(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定位置に配置された上方に開口部を有する樹脂用容器と、
所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、
前記液状樹脂の液面より上方の所定位置に配置されて、この液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレベータからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、
前記エレベータが樹脂用容器と共に若しくは単独で水平面内移動自在であるか、又は、前記光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御することにより、
あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータより上方の未硬化の液状樹脂層をその液面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータ上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、
前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、
前記エレベータの上面又は単位積層膜の上面を前記液状樹脂の液面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの焦点をエレベータの上面に合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、
前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したことを特徴とするマイクロ光造形装置。
【請求項２】
所定位置に配置された上方に開口部を有する樹脂用容器と、
所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、
前記液状樹脂の液面より上方の所定位置に配置されて、この液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームとこれと同一波長の膜厚計測用光ビームとを照射可能な半導体レーザからなる光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレベータからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、
前記エレベータが樹脂用容器と共に若しくは単独で水平面内移動自在であるか、又は、前記光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御することにより、
あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータより上方の未硬化の液状樹脂層をその液面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータ上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、
前記エレベータ上における前記硬化用光ビームによる光硬化時の位置から側方へ所定距離離れた位置に、このエレベータ上の所定範囲に前記液状樹脂が侵入しないように包囲壁を立設し、該包囲壁内で前記光検出器により膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、
前記エレベータの上面又は単位積層膜の上面を前記液状樹脂の液面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの焦点をエレベータの上面に合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、
前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したことを特徴とするマイクロ光造形装置。
【請求項３】
前記エレベータ上に所定厚さのスペーサを載置し、このスペーサ上に前記単位積層膜を順次に積層できるように構成したことを特徴とする請求項２記載のマイクロ光造形装置。
【請求項４】
所定位置に略水平に配置される底板と側壁板とからなる樹脂用容器と、
少なくとも底板と側壁板とから中空状に形成され且つ前記底板の所定範囲が透明部材で構成されていると共に、所定位置に前記底板が水平姿勢で昇降自在となるように支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中にその下端部が浸漬されるエレベータと、
該エレベータの底板より上方の所定位置に配置されて、前記透明部材中を透過して前記液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、前記透明部材と未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームの樹脂用容器の底板からの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、
前記樹脂用容器又は光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、この樹脂用容器又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御することにより、
あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記樹脂用容器の底板と透明部材との間の未硬化の液状樹脂層を前記透明部材の下面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記樹脂用容器の底板上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、
前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点と樹脂用容器の底板との間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、
前記透明部材の下面を前記樹脂用容器の底板の上面又は単位積層膜の上面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの焦点を樹脂用容器の底板の上面に合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの上昇幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、
前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したことを特徴とするマイクロ光造形装置。
【請求項５】
所定位置に略水平に支持される底板と側壁板とからなり且つ前記底板の所定範囲が透明部材で構成された樹脂用容器と、
所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、
前記樹脂用容器の底板より下方の所定位置に、前記透明部材中を透過して前記液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、前記透明部材と未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを上方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレベータの下面からの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、
前記エレベータ又は光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御することにより、
あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータと透明部材との間の未硬化の液状樹脂層を前記透明部材の上面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータの下面に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、
前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、
前記エレベータの下面又は単位積層膜の下面を前記透明部材の上面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの焦点をエレベータの下面に合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの上昇幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、
前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したことを特徴とするマイクロ光造形装置。
【請求項６】
所定位置に液状樹脂を滴下可能に支持された樹脂滴下手段と、
該樹脂滴下手段からその上面に滴下される液状樹脂を回転の遠心力により所定厚さの液状樹脂層に形成可能なように、所定位置に水平姿勢で回転自在且つ昇降自在に配置されたスピナーと、
該スピナーより上方の所定位置に、前記液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのスピナーからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、
前記スピナー又は光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、前記樹脂滴下手段における液状樹脂の滴下量と、前記スピナーの回転速度と、前記スピナー又は光ヘッドの水平位置と、前記スピナーの高さ位置とをコントローラで制御することにより、
あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記スピナー上に形成される未硬化の液状樹脂層の所定範囲を、前記スピナーを静止させ且つ前記液状樹脂層の液面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記スピナー上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、
前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とスピナーとの間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、
前記膜厚計測用光ビームの焦点をスピナーの上面に合わせた時を基準高さとし、この状態で前記液状樹脂層の厚さを前記スライスデータの設定厚さに形成して、前記基準高さからのスピナーの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記設定厚さとすることにより、
前記光硬化時における硬化用光ビームの焦点位置を略一定の高さに保持できるように構成したことを特徴とするマイクロ光造形装置。
【請求項７】
前記液状樹脂層の中心部分を光硬化させると共に、この中心部分から外方へ所定間隔離れた外周部分を光硬化させて、前記スピナー上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜と、この単位積層膜から外方へ所定間隔離れた単位積層包囲膜とをそれぞれ順次に積層できるように構成したことを特徴とする請求項６記載のマイクロ光造形装置。
【請求項８】
前記スピナーを包囲するように所定位置に側面カバーを設けたことを特徴とする請求項６又は７記載のマイクロ光造形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、感光性の液状樹脂に、光ビーム（レーザー光）をコントローラ等で制御しながら照射して光硬化させ、あらかじめ設定したスライスデータに基づく薄板状の単位積層膜を積層することにより、３次元の立体モデルを形成する光造形（光立体成形）法に使用されるマイクロ光造形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光造形法においては、ＮＣ機械切削や工具による手作り等によることなく、中空体を含む３次元の立体モデルを作製することができる。また、この立体モデルの作製には、３次元ＣＡＤにより、この立体モデルを水平方向に複数個に輪切りした薄板状のスライスデータ（形状データ）が利用されている。
【０００３】
図１３に示すように、従来のこの種のマイクロ光造形装置としては、例えば、(a) ，(b) 上面照射の自由液面方式、(c) 下面照射の規制液面方式、(d) 上面照射の規制液面方式のもの等が知られている（生田幸士：“マイクロ光造形（ＩＨプロセス）”, OPTRONICS, 4, pp.103-108, 1996）。
【０００４】
(a) の上面照射の自由液面方式では、所定位置に配置された上方に開口部３ｃを有する樹脂用容器３と、所定位置に水平姿勢で昇降自在且つ単独で水平面内移動自在に支持されて前記樹脂用容器３に注入する液状樹脂４中に浸漬されるエレベータ５と、前記液状樹脂４の液面４ｂより上方の所定位置に、この液状樹脂４を光硬化させる硬化用光ビーム６Ａを下方へ照射可能に配備された光源（図示せず）と、該光源より下方の所定位置に、前記硬化用光ビーム６Ａを下方へ集光可能且つ焦点位置調整可能に配備された集光レンズ（図示せず）とを備え、前記エレベータ５の水平位置と高さ位置とをコントローラ（図示せず）で制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータ５より上方の未硬化の液状樹脂層４ａをその液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータ５上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９を順次に積層して所定形状の立体モデル１０を作製できるように構成されている。
【０００５】
(b) の上面照射の自由液面方式では、上記(a) において、前記エレベータ５を使用せず、所定位置に略水平に配置される底板３ａと側壁板３ｂとからなる樹脂用容器３が水平面内移動自在であると共に、この樹脂用容器３に、前記液状樹脂層４ａが所定厚さとなるように適宜の量の液状樹脂４をその都度注入することにより、前記樹脂用容器３の底板３ａ上に単位積層膜９を順次に積層できるように構成されている。
【０００６】
(c) の下面照射の規制液面方式では、所定位置に略水平に支持される底板３ａと側壁板３ｂとからなり且つ前記底板３ａの所定範囲が透明部材６６で構成された樹脂用容器３と、上記(a) と同様の昇降自在且つ水平面内移動自在なエレベータ５と、前記樹脂用容器３の底板３ａより下方の所定位置に、前記透明部材６６中を透過して前記液状樹脂４を光硬化させる硬化用光ビーム６Ａを上方へ照射可能に配備された光源（図示せず）と、該光源より上方の所定位置に、前記硬化用光ビーム６Ａを上方へ集光可能且つ焦点位置調整可能に配備された集光レンズ（図示せず）とを備え、前記エレベータ５の水平位置と高さ位置とをコントローラ（図示せず）で制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータ５と透明部材６６との間の未硬化の液状樹脂層４ａを前記透明部材６６の上面６６ｄに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータ５の下面５ｂに所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９を順次に積層できるように構成されている。
【０００７】
(d) の上面照射の規制液面方式では、上記(b) と同様の樹脂用容器３と、少なくとも底板５５ａと側壁板５５ｂとから中空状に形成され且つ前記底板５５ａの所定範囲が透明部材５６で構成されていると共に、所定位置に前記底板５５ａが水平姿勢で昇降自在となるように支持されて前記樹脂用容器３に注入する液状樹脂４中にその下端部が浸漬されるエレベータ５５と、該エレベータ５５の底板５５ａより上方の所定位置に、上記(c) と同様の光源（図示せず）と集光レンズ（図示せず）とを備え、前記樹脂用容器３の水平位置と、前記エレベータ５５の高さ位置とをコントローラ（図示せず）で制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記樹脂用容器３の底板３ａと透明部材５６との間の未硬化の液状樹脂層４ａを前記透明部材５６の下面５６ｅに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状態で光硬化させて、前記樹脂用容器３の底板３ａ上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９を順次に積層できるように構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記(a) 〜(d) のような従来のマイクロ光造形装置においては、前記硬化用光ビーム６Ａの光源として光強度が変化する紫外線レーザが使用されているので、(a) 及び(b) のものでは、その光源の光強度変化により前記単位積層膜９の厚さｈが変動するという問題点がある。また、この厚さｈは、外気流による前記液状樹脂層４ａの液面４ｂの波打ちによっても変動するという問題点がある（山口勝美ら：“紫外線感光樹脂を使ったマイクロストラクチャーの製造”，日本機械学会論文集Ｃ編, 62, 574, pp.677-682, 1996 ）。
【０００９】
また、この単位積層膜９（液状樹脂層４ａ）の厚さｈは、(a) 、(c) 、及び(d) のものでは前記エレベータ５，５５の降下時又は上昇時における機械精度に依存し、(b) のものでは前記液状樹脂４の注入量に依存するので、作製される立体モデル１０の形状精度が高くないという問題点がある。
【００１０】
更に、(c) 及び(d) の規制液面方式のものでは、(a) 及び(b) の自由液面方式のものよりは前記厚さｈを小さくできるが、前記樹脂用容器３の底板３ａとエレベータ５，５５等との間に液状樹脂４がその粘性により侵入しなかったり、あるいは侵入した場合でも前記底板３ａとエレベータ５，５５等とが接着するので、前記厚さｈを非常に小さくしようとしてもできないという問題点がある。
【００１１】
加えて、前記光源としての紫外線レーザは大型であるので、装置自体の小型化が難しいという問題点がある。
【００１２】
この発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、単位積層膜の厚さが変動しにくく、しかもこの厚さを非常に小さくできると共に、作製される立体モデルの形状精度が高く、加えて装置自体も小型化できるマイクロ光造形装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段とするところは、第１に、所定位置に配置された上方に開口部を有する樹脂用容器と、所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、前記液状樹脂の液面より上方の所定位置に配置されて、この液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレベータからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、前記エレベータが樹脂用容器と共に若しくは単独で水平面内移動自在であるか、又は、前記光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータより上方の未硬化の液状樹脂層をその液面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータ上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、前記エレベータの上面又は単位積層膜の上面を前記液状樹脂の液面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの焦点をエレベータの上面に合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したことにある。
【００１４】
第２に、所定位置に配置された上方に開口部を有する樹脂用容器と、所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、前記液状樹脂の液面より上方の所定位置に配置されて、この液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームとこれと同一波長の膜厚計測用光ビームとを照射可能な半導体レーザからなる光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレベータからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、前記エレベータが樹脂用容器と共に若しくは単独で水平面内移動自在であるか、又は、前記光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータより上方の未硬化の液状樹脂層をその液面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータ上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、前記エレベータ上における前記硬化用光ビームによる光硬化時の位置から側方へ所定距離離れた位置に、このエレベータ上の所定範囲に前記液状樹脂が侵入しないように包囲壁を立設し、該包囲壁内で前記光検出器により膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、前記エレベータの上面又は単位積層膜の上面を前記液状樹脂の液面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの焦点をエレベータの上面に合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したことにある。
【００１５】
第３に、前記エレベータ上に所定厚さのスペーサを載置し、このスペーサ上に前記単位積層膜を順次に積層できるように構成したことにある。
【００１６】
第４に、所定位置に略水平に配置される底板と側壁板とからなる樹脂用容器と、少なくとも底板と側壁板とから中空状に形成され且つ前記底板の所定範囲が透明部材で構成されていると共に、所定位置に前記底板が水平姿勢で昇降自在となるように支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中にその下端部が浸漬されるエレベータと、該エレベータの底板より上方の所定位置に配置されて、前記透明部材中を透過して前記液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、前記透明部材と未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームの樹脂用容器の底板からの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、前記樹脂用容器又は光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、この樹脂用容器又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記樹脂用容器の底板と透明部材との間の未硬化の液状樹脂層を前記透明部材の下面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記樹脂用容器の底板上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点と樹脂用容器の底板との間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、前記透明部材の下面を前記樹脂用容器の底板の上面又は単位積層膜の上面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの焦点を樹脂用容器の底板の上面に合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの上昇幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したことにある。
【００１７】
第５に、所定位置に略水平に支持される底板と側壁板とからなり且つ前記底板の所定範囲が透明部材で構成された樹脂用容器と、所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、前記樹脂用容器の底板より下方の所定位置に、前記透明部材中を透過して前記液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、前記透明部材と未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを上方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレベータの下面からの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、前記エレベータ又は光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータと透明部材との間の未硬化の液状樹脂層を前記透明部材の上面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータの下面に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、前記エレベータの下面又は単位積層膜の下面を前記透明部材の上面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの焦点をエレベータの下面に合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの上昇幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したことにある。
【００１８】
第６に、所定位置に液状樹脂を滴下可能に支持された樹脂滴下手段と、該樹脂滴下手段からその上面に滴下される液状樹脂を回転の遠心力により所定厚さの液状樹脂層に形成可能なように、所定位置に水平姿勢で回転自在且つ昇降自在に配置されたスピナーと、該スピナーより上方の所定位置に、前記液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのスピナーからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、前記スピナー又は光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、前記樹脂滴下手段における液状樹脂の滴下量と、前記スピナーの回転速度と、前記スピナー又は光ヘッドの水平位置と、前記スピナーの高さ位置とをコントローラで制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記スピナー上に形成される未硬化の液状樹脂層の所定範囲を、前記スピナーを静止させ且つ前記液状樹脂層の液面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記スピナー上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とスピナーとの間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共に、前記膜厚計測用光ビームの焦点をスピナーの上面に合わせた時を基準高さとし、この状態で前記液状樹脂層の厚さを前記スライスデータの設定厚さに形成して、前記基準高さからのスピナーの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記設定厚さとすることにより、前記光硬化時における硬化用光ビームの焦点位置を略一定の高さに保持できるように構成したことにある。
【００１９】
第７に、前記液状樹脂層の中心部分を光硬化させると共に、この中心部分から外方へ所定間隔離れた外周部分を光硬化させて、前記スピナー上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜と、この単位積層膜から外方へ所定間隔離れた単位積層包囲膜とをそれぞれ順次に積層できるように構成したことにある。
【００２０】
第８に、前記スピナーを包囲するように所定位置に側面カバーを設けたことにある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、既述の従来技術と同じ構成については、同一符号を付してその説明を省略する。ここで、下記第１乃至第３実施形態では上面照射の自由液面方式、第４実施形態では上面照射の規制液面方式、第５実施形態では下面照射の規制液面方式、第６実施形態ではスピナー方式のものについてそれぞれ説明する。
【００２２】
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るマイクロ光造形装置１は、必要に応じて配備されるステージ２と、樹脂用容器３と、この樹脂用容器３に注入する液状樹脂４中に浸漬されるエレベータ５と、前記液状樹脂４を光硬化させる硬化用光ビーム６Ａと未硬化及び硬化後の液状樹脂４中を透過する膜厚計測用光ビーム６Ｂを下方へ集光照射可能且つ焦点位置調整に配備された光ヘッド７とを備え、例えば前記ステージ２の水平位置とエレベータ５の高さ位置とをコントローラ８で制御することにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータ５より上方の未硬化の液状樹脂層４ａをその液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータ５上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９を順次に積層して所定形状の立体モデル１０を作製できるように構成した、上面照射の自由液面方式のものである。
【００２３】
そして、このマイクロ光造形装置１においては、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂのエレベータ５からの反射光６Ｃを検出可能に前記光ヘッド７に内蔵された光検出器１１で、膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢとエレベータ５との間隔を計測して焦点誤差信号ｆを前記コントローラ８へ送出させると共に、前記エレベータ５の上面５ａ又は単位積層膜９の上面９ａを前記液状樹脂４の液面４ｂと同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢをエレベータ５の上面５ａに合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータ５の降下幅を、前記焦点誤差信号ｆに基づいて前記スライスデータの設定厚さΔｈとすることにより、前記液状樹脂層４ａの光硬化により形成される単位積層膜９の厚さが前記設定厚さΔｈと略同一となるように構成されている。
【００２４】
前記ステージ２は、必要に応じて所定位置に略水平に配備されている。そして、前記エレベータ５が例えば樹脂用容器３と共に水平面内移動自在となるようにするために、前記樹脂用容器３を配置したこのステージ２が水平面内移動自在とされている。この場合のその水平位置は、前記コントローラ８により制御されるが、このステージ２の代わりに、前記光ヘッド７を水平面内移動自在とした場合には、図１中に二点鎖線で示すように、この光ヘッド７の水平位置が前記コントローラ８により制御される。
【００２５】
前記樹脂用容器３は、例えば、前記ステージ２上に配置され、底板３ａと側壁板３ｂとから構成されて上方に開口部３ｃを有している。
【００２６】
前記エレベータ５は、例えば、前記樹脂用容器３の底板３ａ上に載置した適宜の昇降装置１２等に水平姿勢で昇降自在に固定され、この樹脂用容器３に注入する液状樹脂４中に浸漬される。また、このエレベータ５は、前記水平面内移動自在なステージ２上に配置した樹脂用容器３に固定されることにより、上記のように、この樹脂用容器３と共に水平面内移動自在となっている。なお、このエレベータ５の上面５ａは、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂを効率良く反射させるために鏡面研摩しておいてもよい。
【００２７】
前記液状樹脂４としては、例えば、可視光線や紫外線の照射によって重合反応が開始されて光硬化されるラジカル重合性のモノマーやプレポリマー等が挙げられ、必要に応じて、例えばカンファーキノンと還元剤と色素等を混合したもの又はベンゾインメチルエーテル等の適宜の光増感剤を配合して使用される。このような液状樹脂４としては、低粘度で、安定性に優れると共に、感光性の高いものが望ましく、例えば、多官能メタクリレート等を好適に使用できる。
【００２８】
前記光ヘッド７は、前記液状樹脂４を光硬化させる硬化用光ビーム６Ａと、前記未硬化の液状樹脂４及び硬化後の単位積層膜９中を透過する膜厚計測用光ビーム６Ｂとを、その下端部に昇降自在に配備した集光レンズ１３により下方へ集光照射可能且つ焦点位置調整可能に、例えば所定形状のアーム１４等で前記液状樹脂４の液面４ｂより上方の所定位置に固定されている。
【００２９】
この光ヘッド７としては、例えば図３及び図４に示すように、ＤＶＤ（デジタル・ビデオ・ディスク）用の光ヘッド７（R.Katayama et al:“Dual wavelength Optical Head for 0.6 mm and 1.2 mm Substrate Thickness", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.36 (1997), pp.460-466）等を使用できる。なお、図３及び図４中、１３は集光レンズ、１５はＨＯＥ（ホログラフィックオプティカルエレメント）、１６はλ／４板、１７は干渉フィルタ、１８はＰＢＳ（プリズムビームスプリッタ）である。また、１９Ａは例えば波長６３５ｎｍの硬化用光ビーム６Ａを照射可能な半導体レーザからなる光源、１９Ｂは例えば波長７８５ｎｍの膜厚計測用光ビーム６Ｂを照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源、１１は前記反射光６Ｃを検出し、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢとエレベータ５との間隔を計測して焦点誤差信号ｆを前記コントローラ８へ送出可能な光検出器である。更に、２０は前記硬化用光ビーム６Ａの焦点位置調整用の光検出器、２１は、波長６３５ｎｍに対してはＮＡ＝０．６，波長７８５ｎｍに対してはＮＡ＝０．４５とするための干渉フィルタからなる可変開口である。
【００３０】
前記コントローラ８は、所定位置に配備され、前記水平面内移動自在なエレベータ５、即ちステージ２又は光ヘッド７の水平位置と、前記昇降自在なエレベータ５の高さ位置とを制御する。そして、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータ５より上方の未硬化の液状樹脂層４ａをその液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状態で光硬化させて、前記エレベータ５上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９を順次に積層することにより、所定形状の３次元の立体モデル１０が作製される。
【００３１】
なお、前記スライスデータは、前記立体モデル１０を水平方向に複数個に輪切りにして得られる３次元ＣＡＤによる薄板状の前記単位積層膜９の形状データであり、あらかじめ前記コントローラ８に記憶させておいてもよいし、あるいはこのコントローラ８を接続したコンピュータ等の記憶装置等にあらかじめ記憶させておき、必要に応じて読み出し可能としておいてもよい。
【００３２】
次に、上記のように構成されたマイクロ光造形装置１の動作について説明する。
まず、前記樹脂用容器３に所定量の液状樹脂４を注入しておく。次いで、前記コントローラ８により、前記エレベータ５が昇降して、このエレベータ５の上面５ａが前記液状樹脂４の液面４ｂと同じ高さになるように調整される。この状態で前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢが前記エレベータ５の上面５ａに合わせられて基準高さとされた後、エレベータ５が降下する。このエレベータ５の降下は、前記焦点誤差信号ｆにより、エレベータ５の降下幅が前記スライスデータの設定厚さΔｈと同じになった時点で止まる。この際、エレベータ５と前記液状樹脂４の液面４ｂとの間には、前記設定厚さΔｈと略同じ厚さの液状樹脂層４ａが形成されているので、その液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡが合わせられ、前記スライスデータに基づいて前記ステージ２又は光ヘッド７が水平面内移動すれば、前記設定厚さΔｈと略同じ厚さで且つ所定形状の最下層の単位積層膜９がエレベータ５上に形成される。
【００３３】
２層目より上層の単位積層膜９が形成される場合においては、その単位積層膜９の上面９ａが前記液状樹脂４の液面４ｂと同じ高さにされた時点が基準高さとなる。その後は、上記と同様の動作が繰り返され、複数の単位積層膜９が積層されて立体モデル１０が作製される。
【００３４】
即ち、前記コントローラ８により、前記基準高さからのエレベータ５の降下幅を、前記焦点誤差信号ｆに基づいて前記スライスデータの設定厚さΔｈとすることにより、前記液状樹脂層４ａの光硬化により形成される単位積層膜９の厚さが前記設定厚さΔｈと略同一となるように構成されているので、前記単位積層膜９をスライスデータに基づいてより精密に形成でき、そのため立体モデル１０の形状精度が高いという利点がある。
【００３５】
また、前記硬化用光ビーム６Ａの光源１９Ａや膜厚計測用光ビーム６Ｂの膜厚計測用光源１９Ｂは、いずれもそれ自体が小さい半導体レーザからなるので、これら光源１９Ａと膜厚計測用光源１９Ｂの他、前記光検出器１１や集光レンズ１３等をも全て光ヘッド７にコンパクトに配備することができ、そのため、当該マイクロ光造形装置１自体を小型化できるという利点がある。また、半導体レーザからなる光源１９Ａから照射される硬化用光ビーム６Ａは、１μｍ以下まで集光可能であるので立体モデル１０をより精密に作製できると共に、光強度変化が少ないので前記単位積層膜９の厚さΔｈが変動しにくいという利点もある。
【００３６】
なお、この第１実施形態においては、前記ステージ２を水平面内移動自在とすることにより前記エレベータ５を水平面内移動自在としているが、これに限定されるものではなく、前記樹脂用容器３内に固定したこのエレベータ５自体を、公知の従来技術を利用して水平面内移動自在としておいてもよい。
【００３７】
図５に示すように、第２実施形態に係るマイクロ光造形装置３１は、上記第１実施形態において、前記エレベータ５を樹脂用容器３内に固定する代わりに、例えば所定位置に配備された図示しない昇降装置等に接続したアーム３２等で略水平に支持することにより、水平姿勢で昇降自在且つ単独で水平面内移動自在となるようにしたものである。
【００３８】
この場合、エレベータ５の水平位置が前記コントローラ８により制御されるが、上記と同様、このエレベータ５の代わりに前記光ヘッド７を水平面内移動自在とした場合には、図５中に二点鎖線で示すように、この光ヘッド７の水平位置が前記コントローラ８により制御される。その他の動作は、第１実施形態と同様である。
【００３９】
従って、上記と同様、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂによる計測を行うので、立体モデル１０の形状精度が高いという利点がある。
【００４０】
図６に示すように、第３実施形態に係るマイクロ光造形装置４１は、上記第１又は第２実施形態において、前記光源１９Ａが硬化用光ビーム６Ａとこれと同一波長の膜厚計測用光源６Ｂとを照射可能であり、前記エレベータ５上における前記硬化用光ビーム６Ａによる光硬化時の位置から側方へ所定距離離れた位置に、このエレベータ５上の所定範囲Ｌに前記液状樹脂４が侵入しないように包囲壁４２を立設し、該包囲壁４２内で前記反射光６Ｃを検出すると共に、必要に応じて前記エレベータ５上に所定厚さのスペーサ４３を載置し、このスペーサ４３上に前記単位積層膜９を順次に積層できるように構成したものである。
【００４１】
前記光ヘッドとしては、例えば図７に示すように、ＤＶＤ（デジタル・ビデオ・ディスク）用の光ヘッド４７（Y.Komma et al:“Dual Focus Optical Head with a Hologram-Integrated Lens", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.36 (1997), pp.474-480）等を使用できる。なお、図７中、１３，４４は集光レンズ、４５はビームスプリッター、４９は例えば波長６５０ｎｍの硬化用光ビーム６Ａと膜厚計測用光源６Ｂを照射可能な半導体レーザからなる光源、５０は検出レンズである。また、１１は、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの前記エレベータ５からの反射光６Ｃを検出し、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢとエレベータ５との間隔を計測して焦点誤差信号ｆを前記コントローラ８へ送出可能であると共に、前記硬化用光ビーム６Ａの焦点位置調整が可能である光検出器である。
【００４２】
次に、当該マイクロ光造形装置４１の動作について説明する。
即ち、前記基準高さにおける膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢは、前記液状樹脂４が侵入していない前記包囲壁４２内のエレベータ５の上面５ａに合わせられる。次いで、前記ステージ２、エレベータ５、又は光ヘッド４７が水平面内移動して、側方へ所定距離離れた位置にある前記スペーサ４３の上方の液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡが合わせられ、上記と同様にしてスペーサ４３上に単位積層膜９が積層される。
【００４３】
なお、前記スペーサ４３を使用する場合においてこのスペーサ４３上に最下層の単位積層膜９を形成する際には、前記液状樹脂４の液面４ｂにエレベータ５の上面５ａを合わせて基準高さとし、この基準高さからのエレベータ５の降下幅を前記単位積層膜５の厚さとスペーサ４３の厚さの和としてもよいし、あるいは、前記液状樹脂４の液面４ｂにスペーサ４３の上面４３ａを合わせて基準高さとし、この基準高さからのエレベータ５の降下幅を前記単位積層膜９の厚さとしてもよい。
【００４４】
このように、前記硬化用光ビーム６Ａと膜厚計測用光ビーム６Ｂが同一波長である光ヘッド４７を使用する場合でも、膜厚計測用光ビーム６Ｂによる計測と硬化用光ビーム６Ａによる光硬化とを所定距離離れた異なる位置で行うように構成しておけば、上記と同様、前記単位積層膜９をスライスデータに基づいてより精密に形成でき、そのため立体モデル１０の形状精度が高いという利点等がある。
【００４５】
また、この実施形態のように、前記スペーサ４３を使用してこのスペーサ４３上に単位積層膜９を積層できるようにした場合には、前記硬化用光ビーム６Ａの焦点位置（光スポット）と膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点位置（光スポット）との間隔が大きい場合でも、上記の計測を行ってからの光硬化時における硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡ合わせをより小さい範囲で効率良くできるという利点がある。
【００４６】
図８及び図９に示すように、第４実施形態に係るマイクロ光造形装置５１は、上記第１実施形態において、エレベータ５５が、少なくとも底板５５ａと側壁板５５ｂとから中空状に形成され且つ前記底板５５ａの所定範囲が透明部材５６で構成されていると共に、所定位置に前記底板５５ａが水平姿勢で昇降自在となるように支持されて前記樹脂用容器３に注入する液状樹脂４中にその下端部が浸漬されるようにした、上面照射の規制液面方式のものである。
【００４７】
そして、このマイクロ光造形装置５１は、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの前記樹脂用容器３の底板３ａからの反射光６Ｃを前記光検出器１１で検出し、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢと樹脂用容器３の底板３ａとの間隔を計測して焦点誤差信号ｆを前記コントローラ８へ送出させると共に、前記透明部材５６の下面５６ｅを前記樹脂用容器３の底板３ａの上面３ｄ又は単位積層膜９の上面９ａと同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢを樹脂用容器３の底板３ａの上面３ｄに合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータ５５の上昇幅を、前記焦点誤差信号ｆに基づいて前記スライスデータの設定厚さΔｈとすることにより、前記液状樹脂層４ａの光硬化により形成される単位積層膜９の厚さが前記設定厚さΔｈと略同一となるように構成されている。
【００４８】
次に、当該マイクロ光造形装置５１の動作について説明する。
このマイクロ光造形装置５１においては、前記単位積層膜９は、前記樹脂用容器３の底板３ａ上に積層される。即ち、まず、前記コントローラ８により、前記エレベータ５５が昇降して、前記樹脂用容器３の底板３ａ上に前記エレベータ５５の底板５５ａが当接するように載置される。この状態で前記透明部材５６を透過した膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢが前記樹脂用容器３の底板３ａの上面３ｄに合わせられて基準高さとされた後、エレベータ５５が上昇する。このエレベータ５５の上昇は、前記焦点誤差信号ｆにより、エレベータ５５の上昇幅が前記スライスデータの設定厚さΔｈと同じになった時点で止まる。この際、樹脂用容器３の底板３ａと前記エレベータ５５の底板５５ａとの間には、前記設定厚さΔｈと略同じ厚さの液状樹脂層４ａが形成されているので、その液面４ｂ、即ち前記透明部材５６の下面５６ｅに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡが合わせられ、前記スライスデータに基づいて前記樹脂用容器３、即ちステージ２又は光ヘッド７が水平面内移動すれば、前記設定厚さΔｈと略同じ厚さで且つ所定形状の最下層の単位積層膜９が前記樹脂用容器３の底板３ａ上に形成される。
【００４９】
２層目より上層の単位積層膜９が形成される場合においては、その単位積層膜９の上面９ａが前記透明部材５６の下面５６ｅに当接されている状態が基準高さとなる。その後は、上記と同様の動作が繰り返され、複数の単位積層膜９が前記樹脂用容器３の底板３ａ上に積層されて立体モデル１０が作製される。
【００５０】
このように、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂによる計測を行うので立体モデル１０の形状精度が高いのに加え、前記液状樹脂層４ａの液面４ｂが前記エレベータ５５の底板５５ａにより規制されるので、前記単位積層膜９の厚さが変動しないと共に、上記の自由液面方式に比べて単位積層膜９の厚さをより小さく形成できるという利点もある。
【００５１】
図１０及び図１１に示すように、第５実施形態に係るマイクロ光造形装置６１は、上記第４実施形態において、前記樹脂用容器３が、所定範囲を透明部材６６で構成した底板３ａと側壁板３ｂとからなり、例えば前記ステージ２上に、前記透明部材６６がこのステージ２に形成した下面照射用開口部６２の上方に位置するように載置されると共に、前記光ヘッド７が樹脂用容器３の底板３ａより下方の所定位置に、前記硬化用光ビーム６Ａと膜厚計測用光ビーム６Ｂとを上方へ集光照射可能且つ焦点位置調整可能に配備された、下面照射の規制液面方式のものである。
【００５２】
即ち、このマイクロ光造形装置６１においては、前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを前記樹脂用容器３の底板３ａの透明部材６６の上面６６ｄに合わせることにより、前記エレベータ５の下面５ｂに単位積層膜９が下方へ積層される。この場合、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂによる計測は、前記エレベータ５の下面５ｂからの反射光６Ｃを検出することにより行われる。また、前記コントローラ８により、水平面内移動自在なエレベータ５又は光ヘッド７の水平位置と、昇降自在なエレベータ５の高さ位置とが制御される。その他の動作については、第４実施形態とは上下が逆に、即ち、前記単位積層膜９が下方へ順次に積層されること以外は第４実施形態とほぼ同様である。
【００５３】
このように、上記と同様、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂによる計測を行うので立体モデル１０の形状精度が高いのに加え、前記液状樹脂層４ａの液面４ｂ（下面）が前記樹脂用容器３の底板３ａの透明部材６６の上面６６ｄにより規制されるので、前記単位積層膜９の厚さが変動しないと共に、上記の自由液面方式に比べて単位積層膜９の厚さをより小さく形成できるという利点もある。
【００５４】
図１２に示すように、第６実施形態に係るマイクロ光造形装置７１は、必要に応じて水平姿勢で水平面内移動自在に配備されるステージ２と、樹脂滴下装置（樹脂滴下手段）７２と、水平姿勢で回転自在且つ昇降自在であって前記ステージ２と共に水平面内移動自在であるスピナー７３と、上記と同様の光ヘッド７と、前記樹脂滴下装置７２における液状樹脂４の滴下量、前記スピナー７３の回転速度、前記スピナー７３、即ちステージ２又は光ヘッド７の水平位置及び前記スピナー７３の高さ位置を制御するコントローラ８とを備え、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記スピナー７３上に形成される未硬化の液状樹脂層４ａの中心部分と、必要に応じてこの中心部分から外方へ所定間隔離れた外周部分とを、前記スピナー７３を静止させ且つ前記液状樹脂層４ａの液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状態で光硬化させて、前記スピナー７３上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９と、この単位積層膜９から外方へ所定間隔離れた単位積層包囲膜７４とを順次に積層できるように構成したものである。
【００５５】
そして、このマイクロ光造形装置７１は、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂのスピナー７３からの反射光６Ｃを前記光検出器１１で検出し、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢとスピナー７３との間隔を計測して焦点誤差信号ｆを前記コントローラ８へ送出させると共に、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢをスピナー７３の上面７３ａに合わせた時を基準高さとし、この状態で前記液状樹脂層４ａの厚さを前記スライスデータの設定厚さΔｈに形成して、前記基準高さからのスピナー７３の降下幅を、前記焦点誤差信号ｆに基づいて前記設定厚さΔｈとすることにより、前記光硬化時における硬化用光ビーム６Ａの焦点位置を略一定の高さに保持できるように構成されている。
【００５６】
前記ステージ２は、必要に応じて所定位置に水平姿勢で水平面内移動自在に配備され、このステージ２より上方の所定位置に、液状樹脂４を滴下可能に前記樹脂滴下装置７２が支持されている。
【００５７】
前記ステージ２は、前記スピナー７３を水平面内移動自在とするために必要に応じて水平面内移動自在とされるが、このステージ２の代わりに、前記光ヘッド７を水平面内移動自在としてもよい。なお、この実施形態のように、必要に応じて例えばこのステージ２上等の所定位置に、前記スピナー７３を包囲するように側面カバー７５を設けておけば、前記スピナー７３の回転による外方への液状樹脂４の飛散を防止できるという利点がある。
【００５８】
また、前記樹脂滴下装置７２における液状樹脂４の滴下量は、前記コントローラ８により制御されるが、樹脂滴下手段としては、この実施形態のような樹脂滴下装置７２に限定されるものではなく、適宜のものを使用できる。
【００５９】
前記スピナー７３は、前記液状樹脂４がその上面７３ａに滴下され且つこの液状樹脂４を回転の遠心力により所定厚さの液状樹脂層４ａに形成可能なように、例えば前記ステージ２上に水平姿勢で回転自在且つ昇降自在に固定されている。そして、このスピナー７３の回転速度は、前記コントローラ８により制御され、その上面７３ａに形成される液状樹脂層４ａが適宜の厚さとされる。
【００６０】
前記コントローラ８は、所定位置に配備され、上記のように、前記樹脂滴下装置７２における液状樹脂４の滴下量と、前記スピナー７３の回転速度と、前記スピナー７３、即ちステージ２又は光ヘッド７の水平位置と、前記スピナー７３の高さ位置とを制御する。そして、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記スピナー７３上に単位積層膜９と、必要に応じて単位積層包囲膜７４とを順次に積層することにより、所定形状の３次元の立体モデル１０が作製される。
【００６１】
次に、上記のように構成されたマイクロ光造形装置７１の動作について説明する。
まず、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢをスピナー７３の上面７３ａに合わせて基準高さとし、この状態で前記樹脂滴下装置７２からスピナー７３上へ所定量の液状樹脂４を滴下した後、前記コントローラ８によりスピナー７３を適宜の速度で高速回転させ、その回転の遠心力により形成される液状樹脂層４ａの厚さを前記スライスデータの設定厚さΔｈに形成する。次いで、前記スピナー７３が降下するが、その降下は、前記焦点誤差信号ｆにより、このスピナー７３の降下幅が前記スライスデータの設定厚さΔｈと同じになった時点で止まる。そして、前記液状樹脂層４ａの液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡが合わせられ、前記スライスデータに基づいて前記スピナー７３、即ちステージ２又は光ヘッド７が水平面内移動すれば、前記液状樹脂層４ａの中心部分に前記設定厚さΔｈと略同じ厚さで且つ所定形状の最下層の単位積層膜９が形成される。また、前記液状樹脂層４ａの外周部分には、この単位積層膜９から外方へ所定間隔を開けて単位積層包囲膜７４が形成される。
【００６２】
２層目より上層の単位積層膜９と飛散防止用単位積層包囲膜７４は、上記の動作を繰り返して形成される。なお、この実施形態のように、前記単位積層包囲膜７４を形成した場合には、これら単位積層膜９と単位積層包囲膜７４との間に液状樹脂４が溜まるので、この液状樹脂４により単位積層膜９を所定数積層した立体モデル１０の前記スピナー７３の回転時における変形や破損等が防止されると共に、液状樹脂４の飛散も防止されるという利点がある。
【００６３】
当該マイクロ光造形装置７１は、上記のように構成されているので、硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡ合わせが不要であるか又は必要な場合でも非常に短時間で済むという利点がある。また、このようなスピナー方式のものによれば、前記液状樹脂層４ａの厚さを非常に小さくできるので、前記スライスデータの設定厚さΔｈが非常に小さい場合でも十分に対応でき、そのため立体モデル１０の形状精度をより高くできるという利点がある。
【００６４】
以上、第２（第３）、第４乃至第６実施形態においては、エレベータ５，５５やスピナー７３を昇降自在としているが、これに限定されるものではなく、前記樹脂用容器３やスピナー７３を配置する例えば前記ステージ２等を昇降自在とすることもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、上面照射の自由液面方式において、前記コントローラにより、前記基準高さからのエレベータの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとすることにより、前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成されているので、前記単位積層膜をスライスデータに基づいてより精密に形成でき、そのため立体モデルの形状精度が高いという利点がある。また、前記硬化用光ビームの光源や膜厚計測用光ビームの膜厚計測用光源は、いずれもそれ自体が小さい半導体レーザからなるので、これら光源と膜厚計測用光源の他、前記光検出器や集光レンズ等も全て光ヘッドにコンパクトに配備することができ、そのため、当該マイクロ光造形装置自体を小型化できるという利点がある。また、半導体レーザからなる光源から照射される硬化用光ビームは、１μｍ以下まで集光可能であるので立体モデルをより精密に作製できると共に、光強度変化が少ないので前記単位積層膜の厚さが変動しにくいという利点もある。
【００６６】
請求項２の発明によれば、上面照射の自由液面方式において、前記硬化用光ビームと膜厚計測用光ビームが同一波長である光ヘッドを使用する場合でも、膜厚計測用光ビームによる計測と硬化用光ビームによる光硬化とを所定距離離れた異なる位置で行うように構成されているので、上記請求項１と同様の効果がある。
【００６７】
請求項３の発明によれば、前記エレベータ上に所定厚さのスペーサを載置し、このスペーサ上に前記単位積層膜を順次に積層できるように構成しているので、上記請求項１及び請求項２の効果に加え、前記硬化用光ビームの焦点位置（光スポット）と膜厚計測用光ビームの焦点位置（光スポット）との間隔が大きい場合でも、上記の計測を行ってからの光硬化時における硬化用光ビームの焦点合わせをより小さい範囲で効率良くできるという利点がある。
【００６８】
請求項４及び請求項５の発明によれば、上面照射又は下面照射の規制液面方式において、前記膜厚計測用光ビームによる計測を行うので立体モデルの形状精度が高いのに加え、前記液状樹脂層の液面が前記エレベータの底板により規制されるので、前記単位積層膜の厚さが変動しないと共に、上記の自由液面方式に比べて単位積層膜の厚さをより小さく形成できるという利点もある。
【００６９】
請求項６の発明によれば、スピナー方式において、前記膜厚計測用光ビームの焦点をスピナーの上面に合わせた時を基準高さとし、この状態で前記液状樹脂層の厚さを前記スライスデータの設定厚さに形成して、前記基準高さからのステージの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記設定厚さとすることにより、前記光硬化時における硬化用光ビームの焦点位置を略一定の高さに保持できるように構成されているので、硬化用光ビームの焦点合わせが不要であるか又は必要な場合でも非常に短時間で済むという利点がある。また、このようなスピナー方式のものによれば、前記液状樹脂層の厚さを非常に小さくできるので、前記スライスデータの設定厚さが非常に小さい場合でも十分に対応でき、そのため立体モデルの形状精度をより高くできるという利点がある。
【００７０】
請求項７の発明によれば、前記液状樹脂層の中心部分を光硬化させると共に、この中心部分から外方へ所定間隔離れた外周部分を光硬化させて、前記スピナー上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜と、この単位積層膜から外方へ所定間隔離れた単位積層包囲膜とをそれぞれ順次に積層できるように構成されているので、前記単位積層膜と単位積層包囲膜との間に液状樹脂が溜まり、そのため、この液状樹脂により単位積層膜を所定数積層した立体モデルの前記スピナーの回転時における変形や破損等が防止されると共に、液状樹脂の飛散も防止されるという利点がある。
【００７１】
請求項８の発明によれば、前記スピナーを包囲するように所定位置に側面カバーを設けているので、前記スピナーの回転による外方への液状樹脂の飛散を防止でき、そのためスピナーの回転速度を上げた場合でもこの側面カバーより外方が液状樹脂で汚れるおそれがないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るマイクロ光造形装置の概略断面説明図。
【図２】単位積層膜を光硬化させた状態を示す拡大断面説明図。
【図３】図１の光ヘッドの一例を示す構成説明図。
【図４】図１の光ヘッドの他例を示す構成説明図。
【図５】第２実施形態に係るマイクロ光造形装置の概略断面説明図。
【図６】第３実施形態に係るマイクロ光造形装置で単位積層膜を光硬化させた状態を示す拡大断面説明図。
【図７】図６の光ヘッドの一例を示す構成説明図。
【図８】第４実施形態に係るマイクロ光造形装置の概略断面説明図。
【図９】単位積層膜を光硬化させた状態を示す拡大断面説明図。
【図１０】第５実施形態に係るマイクロ光造形装置の概略断面説明図。
【図１１】単位積層膜を光硬化させた状態を示す拡大断面説明図。
【図１２】第６実施形態に係るマイクロ光造形装置の概略断面説明図。
【図１３】  (a) 及び(b) は上面照射の自由液面方式の従来例、(c) は下面照射の規制液面方式の従来例、(d) は上面照射の規制液面方式の従来例をそれぞれ示す概略断面説明図。
【符号の説明】
１，３１，４１，５１，６１，７１  マイクロ光造形装置
３  樹脂用容器
３ａ  底板
３ｂ  側壁板
３ｃ  開口部
３ｄ  底板の上面
４  液状樹脂
４ａ  液状樹脂層
４ｂ  液面
５，５５  エレベータ
５ａ  上面
５ｂ  下面
５５ａ  底板
５５ｂ  側壁板
６Ａ  硬化用光ビーム
６Ｂ  膜厚計測用光ビーム
６Ｃ  反射光
ＦＡ，ＦＢ  焦点
７，４７  光ヘッド
８  コントローラ
９  単位積層膜
９ａ  上面
１１  光検出器
ｆ  焦点誤差信号
Δｈ  設定厚さ
１３  集光レンズ
１９Ａ，４９  光源
１９Ｂ  膜厚計測用光源
４２  包囲壁
４３  スペーサ
５６，６６  透明部材
５６ｅ  下面
６６ｄ  上面
７２  樹脂滴下装置（樹脂滴下手段）
７３  スピナー
７３ａ  上面
７４  単位積層包囲膜
７５  側面カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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