(57)【要約】  ３次元（３Ｄ）物体を形成する方法が開示される。方法は、光学的に透明な樹脂コンテナ内に収容される光硬化性樹脂の体積を提供することと、光硬化性樹脂の体積を通して複数の角度θで光学サブシステムからの光学投影を同時に方向付けることとを伴うことがある。光学ビームは、光硬化性樹脂の体積を通って延びるｚ軸まわりに方向付けられる。投影の個々は、３Ｄ強度マップを作り出す計算された２Ｄ空間強度関数を提供される。投影は、固定された時間的な曝露期間にわたって作用し、その間において、正味の曝露線量が、光硬化性樹脂の体積の選択部分を硬化させると共に他の部分を未硬化のままにして、所望の３Ｄ部品を形成するのに十分である。
2020519504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元（３Ｄ）物体を形成する方法であって、
光学的に透明な樹脂コンテナ内に収容される光応答性樹脂の体積を提供することと、
光応答性樹脂の体積を通して複数の角度θで光学サブシステムからの光学投影を同時に方向付けることであって、光学投影が光応答性樹脂の体積を通って延びるｚ軸まわりに更に方向付けられる、方向付けることと、
光応答性樹脂の体積の選択された部分の硬化または除去の少なくとも一方を行って、他の部分を未変更のままにするのに十分である固定された時間的な曝露期間にわたって作用する計算された３次元強度分布を光学投影の個々に提供して、所望の３Ｄ部品を形成することと
を含む、方法。
【請求項２】
複数の角度θで光学サブシステムからの光学投影を同時に方向付ける動作が、３Ｄ強度関数を空間内に生成する光学投影の同時の重ね合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数の角度θで光学サブシステムから送達される光学投影の計算設計が、
ｚ軸を通って延びる複数のｚ平面の各１つについて、各角度θでの特定のｚ平面に対する１次元（１Ｄ）強度パターンを生成することと、
各ｚ平面について特定の角度θに対する１Ｄ強度パターンを、その角度θからの２次元（２Ｄ）イメージ投影に組み立てて、これを各角度θについて行うこととを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の角度θで光学サブシステムから送達される光学投影の計算設計が、
フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ）技術または反復最適化ベース技術の少なくとも一方を含むフーリエドメインメソッドを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
固定された時間的な曝露期間の後に、樹脂コンテナをリンスして、光硬化された３Ｄ部品の領域から未硬化樹脂を除去することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
複数の角度θで光学サブシステムからの光学投影を同時に方向付ける動作が、複数の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびターゲット樹脂体積の周囲まわりに配設されたマイクロレンズアレイからの光学投影を生成することを含み、特定の角度θからの各投影が、特定のサブセットのＯＬＥＤから生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
制御装置を使用して、ＯＬＥＤアレイを制御すことを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
３次元（３Ｄ）物体を形成する方法であって、
光学的に透明な樹脂コンテナ内に収容される光硬化性樹脂の体積と、光硬化性樹脂の体積を通って延びるｚ軸と、ｚ軸に垂直に延びるｘ’軸とを提供することと、
ｚ軸まわりに光学的に透明な樹脂コンテナを回転させ、同時に、樹脂体積が回転するにつれて樹脂体積座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に対して異なった角度θに沿って樹脂コンテナで連順次的な様式で静止光学サブシステムから固定されたｘ’方向に光学投影を方向付けることとを含み、
光学投影の２次元（２Ｄ）投影関数が、制御された３Ｄ曝露線量を送達するために、各角度θで制御され、
他方、樹脂体積に合計３Ｄ曝露線量を作り出す複数の角度θからの投影を含む、固定された時間的な曝露期間にわたって、合計３Ｄ曝露線量が、光硬化を所望の領域に生じさせるのに十分であり不所望の領域には生じさせない、方法。
【請求項９】
光学的に透明な樹脂コンテナを、樹脂の屈折率に適合する屈折率を有する流体で満たされている第２のコンテナ内に、配置することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
光学的に透明なコンテナを回転させることが、光学的に透明なコンテナを回転ステージに固定することと、回転状態を使用して、光学的に透明なコンテナを回転させることとを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
光学的に透明なコンテナの回転が、制御装置によって光学投影と同期される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
静止光学サブシステムから光学投影を方向付けることが、静止デジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタから光学投影を方向付けることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
静止光学サブシステムから光学投影を方向付けることが、衝突光源の振幅または位相あるいは双方を制御する空間光変調器（ＳＬＭ）を用いて光学投影を生成することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
固定された時間的な曝露期間の後に、樹脂コンテナをリンスして、光硬化された３Ｄ部品の領域から未硬化樹脂を除去することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
複数の角度θで光学サブシステムから送達される光学投影の計算設計が、
ｚ軸を通って延びる複数のｚ平面の各１つについて、各角度θでの特定のｚ平面に対する１次元（１Ｄ）強度パターンを生成することと、
各ｚ平面について特定の角度θに対する１Ｄ強度パターンを、その角度θからの２次元（２Ｄ）イメージ投影に組み立てて、各角度θについて生成する動作および組み立てる動作を行うことと
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
複数の角度θで光学サブシステムから送達される光学投影の計算設計が、
フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ）技術または反復最適化ベース技術あるいは双方を含むフーリエドメインメソッドを使用することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
３次元（３Ｄ）物体を形成する方法であって、
光学的に透明な樹脂コンテナ内に収容される光硬化性樹脂の体積と、光硬化性樹脂の体積を通って延びるｚ軸と、ｚ軸に垂直に延びるｘ’軸とを提供することと、
光学サブシステムを使用して、光学２次元（２Ｄ）投影を生成することと、
光硬化性樹脂の体積を通して方向付けられた光学２Ｄ投影を維持しながら、２Ｄ投影または樹脂コンテナの少なくとも一方を他方に対して回転させて、光硬化性樹脂の体積の完全な周囲のまわりに光学２Ｄ投影を受けることとを含み、
２Ｄ投影の２次元（２Ｄ）投影関数が、各角度θで制御されて、固定された時間的な曝露期間にわたって制御された３Ｄ曝露線量を送達し、複数の２Ｄ投影が、複数の角度θから生成され、複数の２Ｄ投影が合計されて、不所望の領域に光硬化を生じさせるのに不十分でありながら所望の領域に光硬化を生じさせるのに十分である３Ｄ曝露線量を樹脂体積に作り出す、方法。
【請求項１８】
２Ｄ投影または樹脂コンテナの少なくとも一方を他方に対して移動させることが、樹脂コンテナおよび光学サブシステムの双方が静止状態に保持されている間、光学２Ｄ投影を光硬化性樹脂の体積の方に方向付けるように構成された複数のミラーを有する回転アーム組立体を使用することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
２Ｄ投影または樹脂コンテナの少なくとも一方を他方に対して移動させることが、樹脂コンテナも回転している間、光学２Ｄ投影を光硬化性樹脂の体積の方に方向付けるように構成された複数のミラーを有する回転アーム組立体を使用することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
回転アーム組立体を使用することが、静止ミラーから光学２Ｄ投影を受ける回転アーム組立体を使用することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
光学サブシステムから２Ｄ投影を方向付けることが、静止デジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタから光学２Ｄ投影を方向付けることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
光学サブシステムから光学２Ｄ投影を方向付けることが、衝突光源の振幅または位相あるいは双方を制御する空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して静止光学サブシステムから光学２Ｄ投影を方向付けることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
樹脂コンテナを第２のコンテナ内に配置することを更に含み、第２のコンテナが、樹脂に適合された屈折率を有する流体を収容する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
２Ｄ投影または樹脂コンテナの少なくとも一方を他方に対して移動させることが、樹脂コンテナが静止状態に保持されている間、樹脂コンテナのまわりを周方向に光学サブシステムを回転させて、光学２Ｄ投影を複数の角度から光硬化性樹脂の体積の方に方向付けることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
複数の角度θで光学サブシステムから送達される光学２Ｄ投影の計算設計が、
ｚ軸を通って延びる複数のｚ平面の各１つについて、各角度θでの特定のｚ平面に対する１次元（１Ｄ）強度パターンを生成することと、
各ｚ平面について特定の角度θに対する１Ｄ強度パターンを、特定の角度θからの２次元（２Ｄ）イメージ投影に組み立てること、ならびに、各角度θについて生成する動作および組み立てる動作を繰り返すことと
を含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年５月１２日に出願された米国特許出願第１５／５９３，９４７号のＰＣＴ国際出願である。上記出願の開示全体は、引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
政府の権利の陳述
米国政府は、ローレンスリバモア国立研究所の運営のために、米国エネルギ省とローレンスリバモアナショナルセキュリティＬＬＣとの間の契約番号ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４に従って、本発明において権利を有する。
【０００３】
分野
本開示は、付加製造を実行するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）技術を使用する体積製造（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）に向けられたシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
この段落は、必ずしも先行技術ではない本開示に関係する背景情報を提供する。
【０００５】
付加製造（ＡＭ）の製造方法は、急速に拡大しており、フォトポリマベースのアプローチは、最も顕著な方法の幾つかを含む。これらのステレオリソグラフィ技術は、解像度、ビルド速度、処理制御、および資本コストの有用なバランスを提供する。しかしながら、これらのシステムメトリックは、典型的には、互いにトレードオフされなければならない。速度制限、表面粗さ（階段状アーチファクト）、および、サポート構造のための要件を解決することは、これらの将来の技術の進歩における次の主要なステップを提供するであろう。
【０００６】
付加製造（ＡＭ）技術が重要性かつ多用性を獲得するにつれて、ほとんど全てのＡＭアプローチに対する１つの制約が、低次元ユニット動作をシリアルに繰り返すこと、構造をボクセルバイボクセルまたはレイヤバイレイヤで構築することに依存する。これは、利点になり得、著しい処理の柔軟性をもたらす場合があるが、多くの場合、欠点であって、表面仕上げの不足および寸法の制限を課す。例えば、滑らかに湾曲するジオメトリを作り出すことは不可能である。幾つかのアプローチは、平面スライシングを必要とせずに３Ｄ構造を生成する能力を実証したが、特に、ヒューズリサーチラボラトリーズの格子状光線（ｌａｔｔｉｃｅｄ  ｌｉｇｈｔ−ｂｅａｍ）による格子の製造（Ｔ．Ａ．Ｓｃｈａｅｄｌｅｒらの「Ｕｌｔｒａｌｉｇｈｔ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｍｉｃｒｏｌａｔｔｉｃｅｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、３３４巻、６０５８号、９６２−９６５頁、２０１１年１１月を参照のこと）、および、干渉リソグラフィによって作り出されたフォトニック結晶（Ｙ．Ｌｉｎ、Ａ．Ｈａｒｂ、Ｋ．Ｌｏｚａｎｏ、Ｄ．Ｘｕ、および、Ｋ．Ｐ．Ｃｈｅｎ、「Ｆｉｖｅ  ｂｅａｍ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｆｏｒ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｔｅｍｐｌａｔｅｓ  ａｎｄ  ｌｉｎｅ  ｄｅｆｅｃｔｓ  ｕｓｉｎｇ  ｐｈａｓｅ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ」、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ、１７巻、１９号、１６６２５頁、２００９年９月を参照のこと）である。しかしながら、これらのアプローチは、周期構造に限定されており、寸法の１つが他の２つよりも実質上小さくなっている。Ｃａｒｂｏｎ３Ｄの「連続的な」液体界面処理（Ｊ．Ｒ．Ｔｕｍｂｌｅｓｔｏｎらの「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ３Ｄ  ｏｂｊｅｃｔｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、３４７巻、６２２８号、１３４９−１３５２頁、２０１５年３月を参照のこと）でさえ、２Ｄ離散化に基づく順次的な製造を依然として必要とする。
【０００７】
ＡＭ技術ベースを拡張して、任意のジオメトリを有する３Ｄ形状を生成する３Ｄユニット動作による製造（「ボリュームアトワンス」）を含めることは、非常に望ましい。そういったアプローチは、それらの初期にある。最初の「ボリュームアトワンス」フォトポリマベースの製造は、Ｔｈｅ  ２６ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｒｅｅｆｏｒｍ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍの予稿集、テキサス州オースティン２０１６年１１８３−１１９２頁のＭ．Ｓｈｕｓｔｅｆｆらの「Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ３Ｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｂｙ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」で述べられたように、最近実証された。このアプローチは、位相限定（ｐｈａｓｅ−ｏｎｌｙ）液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）空間光変調器（ＳＬＭ）によって生成されたホログラフィック形状の光線場を使用した。Ｓｈｕｓｔｅｆｆらのアプローチによって達成可能なジオメトリは、３つの直交方向の個々に沿って一定の断面を有するのが原因で制限される。この制限は、それらの比較的大きいピクセルサイズ（最小で約４μｍ、より一般的には、８μｍまたはそれより大きい）のせいで、先端技術のＳＬＭから利用可能な小さい回折角に大きく生じる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｔ．Ａ．Ｓｃｈａｅｄｌｅｒらの「Ｕｌｔｒａｌｉｇｈｔ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｍｉｃｒｏｌａｔｔｉｃｅｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、３３４巻、６０５８号、９６２−９６５頁、２０１１年１１月
【非特許文献２】Ｙ．Ｌｉｎ、Ａ．Ｈａｒｂ、Ｋ．Ｌｏｚａｎｏ、Ｄ．Ｘｕ、および、Ｋ．Ｐ．Ｃｈｅｎ、「Ｆｉｖｅ  ｂｅａｍ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｆｏｒ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｔｅｍｐｌａｔｅｓ  ａｎｄ  ｌｉｎｅ  ｄｅｆｅｃｔｓ  ｕｓｉｎｇ  ｐｈａｓｅ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ」、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ、１７巻、１９号、１６６２５頁、２００９年９月
【非特許文献３】Ｊ．Ｒ．Ｔｕｍｂｌｅｓｔｏｎらの「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ３Ｄ  ｏｂｊｅｃｔｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、３４７巻、６２２８号、１３４９−１３５２頁、２０１５年３月
【非特許文献４】Ｔｈｅ  ２６ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｒｅｅｆｏｒｍ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍの予稿集、テキサス州オースティン２０１６年１１８３−１１９２頁のＭ．Ｓｈｕｓｔｅｆｆらの「Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ３Ｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｂｙ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」
【非特許文献５】Ｓ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈの「Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ  ＆  Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」第１版．，カリフォルニア州サンディエゴ：Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｕｂ，１９９７年
【非特許文献６】Ｔ．Ｂｏｒｔｆｅｌｄ、Ｊ．Ｂｕｒｋｅｌｂａｃｈ、Ｒ．Ｂｏｅｓｅｃｋｅ、および、Ｗ．Ｓｃｈｌｅｇｅｌ、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｔｏ  ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ」Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ、３５巻１０号、１４２３−１４３４頁、１９９０年１０月
【非特許文献７】Ｒ．Ｂｒａｃｅｗｅｌｌ「Ｓｔｒｉｐ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｒａｄｉｏ  Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ」、Ａｕｓｔ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．９巻、２号、１９８頁、１９５６年
【非特許文献８】Ｒ．Ｎ．Ｂｒａｃｅｗｅｌｌ、「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ，２４８巻、４９５６号、６９７−７０４頁、１９９０年５月
【非特許文献９】Ｄ．Ｄｅｎｄｕｋｕｒｉ、Ｐ．Ｐａｎｄａ、Ｒ．Ｈａｇｈｇｏｏｉｅ、Ｊ．Ｍ．Ｋｉｍ、Ｔ．Ａ．Ｈａｔｔｏｎ、および、Ｐ．Ｓ．Ｄｏｙｌｅ、「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｏｘｙｇｅｎ−Ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ  Ｆｒｅｅ  Ｒａｄｉｃａｌ  Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ＰＤＭＳ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，４１巻、２２号、８５４７−８５５６頁、２００８年１１月
【非特許文献１０】「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ」（博士論文、スタンフォード大学）Ｌａｎｍａｎ，Ｄ．およびＬｕｅｂｋｅ，Ｄ．、２０１３年  「Ｎｅａｒ−ｅｙｅ  ｌｉｇｈｔ  ｆｉｅｌｄ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」（ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  （ＴＯＧ））、３２巻、６号、２２０頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この段落は、本開示の一般概要を提供しており、その全範囲またはその特徴の全てについての包括的な開示ではない。
【００１０】
本開示の１つの態様は、３次元（３Ｄ）物体を形成する方法に関する。方法は、光学的に透明な樹脂コンテナ内に収容される光硬化性樹脂の体積を提供することと、光硬化性樹脂の体積を通して複数の角度θで光学サブシステムからの光学投影を同時に方向付けることとを含むことがある。光学投影は、光硬化性樹脂の体積を通って延びるｚ軸まわりに更に方向付けられることがある。光学投影の個々は、固定された時間的な曝露期間にわたって作用する計算された３次元強度分布を提供されることがある。１つまたは複数の角度からの投影がその間において提供される固定された時間期間にわたって、正味の曝露線量は、所望の３Ｄ部品を形成するために、光硬化性樹脂の体積の選択された部分を硬化させると共に他の部分を未硬化のままにするのに十分である。
【００１１】
別の態様では、本開示は、光学的に透明な樹脂コンテナ内に収容される光硬化性樹脂の体積を提供することによって３次元（３Ｄ）物体を形成する方法に関する。ｚ軸は、光硬化性樹脂の体積を通って延び、ｒ軸は、ｚ軸に垂直に延びる。光学的に透明な樹脂コンテナは、ｚ軸まわりに回転され、同時に、光学投影は、ｚ軸に対して異なった角度θに沿って樹脂コンテナで順次的な様式で静止光学サブシステムからｘ’方向に方向付けられることがある。光学投影の２次元（２Ｄ）投影関数は、各角度θで制御されることがある。この投影関数は、制御された３Ｄ曝露線量を送達することがある。複数の角度θからの投影を含む、固定された時間的な曝露期間にわたって、正味の合計３Ｄ曝露線量は、樹脂体積に生成されることがある。合計３Ｄ曝露線量は、光硬化を所望の領域に生じさせ、不所望の領域には生じさせない、のに十分であることがある。
【００１２】
更に別の態様では、本開示は、３次元（３Ｄ）物体を形成する方法に関する。方法は、光学的に透明な樹脂コンテナ内に収容される光硬化性樹脂の体積と、光硬化性樹脂の体積を通って延びるｚ軸と、ｚ軸に垂直に延びるｘ’軸とを提供することを含むことがある。方法は、３Ｄ強度マップを生成する光学２次元（２Ｄ）投影関数を生成する光学サブシステムを使用することを更に含むことがある。方法は、光硬化性樹脂の体積を通して方向付けられた光学２Ｄ投影を維持しながら、光硬化性樹脂の体積の完全な周囲のまわりに光学２Ｄ投影を受けるために、２Ｄ投影または樹脂コンテナの少なくとも一方を他方に対して回転させることを更に含むことがある。２Ｄ投影の２次元（２Ｄ）投影関数は、固定された時間的な曝露期間にわたって制御された３Ｄ曝露線量を送達するために、各角度θで制御されることがあり、複数の２Ｄ投影は、複数の角度θから生成される。不所望の領域に光硬化を生じさせるのに不十分でありながら所望の領域に光硬化を生じさせるのに十分である３Ｄ曝露線量を樹脂体積に作り出すために複数の２Ｄ投影は合計されることがある。
【００１３】
適用可能性の更なる範囲は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。この概要の説明および特定の例は、例証だけの目的を意図されており、本開示の範囲を限定することを意図していない。
【００１４】
本明細書で説明される図面は、全ての可能な実装ではなく、選択された実施形態の例証目的だけのためであり、本開示の範囲を限定することを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】光学投影を計算に設計するために使用される基礎にある数学的な関係の概要を提供する複数の図である。これらの光学投影は、ターゲット強度分布を作成するために本開示の様々な実施形態によって物理的に生成される場合がある。
【図１Ｂ】様々な実施形態の説明を助けるために本開示で使用される座標系を例証する図である。
【図１Ｃ】様々な実施形態の説明を助けるために本開示で使用される座標系を例証する図である。
【図１Ｄ】様々な実施形態の説明を助けるために本開示で使用される座標系を例証する図である。
【図２Ａ】各角度θで投影を同時に生成するためにターゲット樹脂体積のまわりに周方向に配置された光源およびレンズや他の光学系のシステムを利用する本開示に従ったシステムの１つの実施形態を示す図である。全ての投影から発出される３Ｄ強度マップの同時重ね合わせは、１つの動作ステップで樹脂の選択された部分を硬化するために使用される。
【図２Ｂ】様々な光学投影が異なる角度θで樹脂のターゲット体積を通過する図２Ａの実施形態の３Ｄ表示を示す図である。
【図３】ターゲット樹脂体積コンテナが回転マウントまたはステージによって回転され、他方、光学投影生成構成要素が固定された時間で単一の投影を提供する本開示の別の実施形態の高水準図である。この投影は、体積に３Ｄ強度場を作成する。樹脂体積が時間と共に回転して角度θが変化すると、投影が更新される。
【図４】ターゲット樹脂体積コンテナが静止状態に維持され、回転アーム組立体が変わる角度θから光学投影を方向付ける本開示の別の実施形態の高水準図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
対応する参照番号は、図面の幾つかの図を通して対応する部分を示す。
【００１７】
実施形態例は、今から添付の図面を参照して更に十分に説明されるであろう。
【００１８】
本発明の開示で説明されるアプローチは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）技術を逆に適用することによって、即ち、フォトポリマ樹脂体積を３Ｄ光線場で複数の角度から曝露すること、および光線場を各角度で更新することにより構造体を製造することによって、体積製造を達成する。必要な光線場は、空間的および／または時間的に多重化され、それにより、ターゲット樹脂体積内のそれらのエネルギ線量合計が、ユーザにより定義されたジオメトリに樹脂をクロスリンクさせる。これらの光線場は、静的または動的であることがあり、また、任意の適切な機構、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ）によって生成されることがある。ＳＬＭは、必要な強度分布を提供するために、光線場の位相または振幅、あるいは、おそらく双方を制御する。各角度θでの光線場は、時間的に同時または順次に生成されることがある。順次的なケースでは、それらは、任意の順序で生成されることがある。本開示は、この範囲の処理可能性を大幅に前進させ、所与の体積内での３Ｄ放射線量分布を生成するための手段を提供し、フォトポリマ硬化における殆ど任意の構造体を可能にする。
【００１９】
本開示は、感光性樹脂浴体積に関する３次元（３Ｄ）光学光線場の空間的および／または時間的な多重化に基づく。多重化は、以下の段落の特定の実施形態および方法において説明される方法を含むいくつかの方法で達成することができるが、それらに限定されない。多重化は、樹脂の選択領域に制御された曝露線量を送達することによって、３Ｄのユーザにより設計されたジオメトリをイン・サイチュでフォトポリマビルド体積に硬化させることに関して実現されることがある。
【００２０】
概念的に、本開示の教示は、十分に発達したコンピュータ断層撮影（ＣＴ）の分野に基づく。ＣＴは、一般に、複数の角度からの３Ｄ体積のイメージングを指し、殆どの場合、体積を透過したＸ線によるものであり、各イメージは、方位角的にアレイ化された方向からの照明によって順次に生成される。３Ｄ体積は、次に、様々の知られている計算技術によって再構築される。そういった知られている計算技術は、フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ）技術や反復最適化ベース技術などのフーリエドメインメソッドを含むことがある。例えば、Ｓ．Ｗ．Ｓｍｉｔｈの「Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ  ＆  Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」第１版．，カリフォルニア州サンディエゴ：Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐｕｂ，１９９７年、を参照のこと。３Ｄ幾何学的情報のキャプチャおよび記録に役立つＣＴアプローチを用いて、コンピュータアキシャルリソグラフィ（ＣＡＬ）は、概念を逆にして、複数の角度からのフォトポリマの曝露から３Ｄジオメトリを生成する。本明細書で説明される実施形態は、「ボリュームアットワンス」機能を保持し、同時に、従来の離散化「階段状」アーチファクトを排除する３ビームホログラフィックリソグラフィアプローチ（上記Ｓｈｕｓｔｅｆｆら）の幾何学的柔軟性を大幅に改善する。
【００２１】
癌治療の目的のために、ＣＴ最適化は使用されて、強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）を送達し、患者の生理機構内の特定領域に放射線量のターゲット３Ｄ分布を送達し、同時に、非ターゲット領域の線量を最小化した。例えば、Ｔ．Ｂｏｒｔｆｅｌｄ、Ｊ．Ｂｕｒｋｅｌｂａｃｈ、Ｒ．Ｂｏｅｓｅｃｋｅ、および、Ｗ．Ｓｃｈｌｅｇｅｌ、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｔｏ  ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ」Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ、３５巻１０号、１４２３−１４３４頁、１９９０年１０月を参照のこと。３Ｄリソグラフィ製造の制約は、概して厳しくなく、同様に規定された放射線の３Ｄ線量分布が、感光性樹脂をクロスリンクさせるために使用される場合があることを示唆している。
【００２２】
断層撮影イメージ計算
ターゲットの３Ｄ部分ジオメトリと、計算された投影との間の関係を理解するために、図１Ａならびに図１Ｂ−１Ｄの座標系指定を考慮する。以下の議論に関して、グローバルデカルト座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を採用して、３Ｄビルド体積と、考慮される投影の角度θに向きが依存する回転されたデカルト座標系（ｘ’、ｙ’、ｚ’）とを参照することが便利である。これらの座標系では、ｚは、体積１０のまわりの角度θでの曝露の方位角的アレイ化のための軸である。各角度θに関して、投影が計算される。特定の角度θで、ターゲット体積内で生成される３次元強度マップＩθ（ｘ、ｙ、ｚ）を完全に決定する２次元関数Ｐθ（ｙ’、ｚ）として、投影を定義する（Ｐθは角度θに依存するが、２つの空間的次元を有するので、２次元関数と呼ばれることに留意すべきである）。最も単純なケースでは、投影は、樹脂体積をｘ’方向に伝播する（ｙ’、ｚ）ドメインの２次元イメージと考えられ得る場合がある。この理想的なケースでは、投影によって生成された３Ｄ強度プロファイルは、ｘ’方向にターゲット体積を通して押し出された（ｙ’、ｚ）ドメインイメージのように見える。この近似は、照明投影がコリメートされる場合、物理的に良好に有効である。医療イメージング用途では、これは、平行ビーム断層撮影に類似する。本開示に関して、これは、光学的構成が長い焦点深度（特に、現在のＳＬＭ技術で利用可能な小さな回折角に関連する）を有するときはいつでも、十分に良好な近似である。一般的なケースでは、光の伝搬および減衰モデルは、特定の角度で２Ｄ投影関数から生成される３Ｄ強度マップを表す。この説明と図１Ａでは、本方法の説明を簡単にするために理想的なケースを考慮する。
【００２３】
断層撮影イメージ計算の目的は、各投影から生成された３Ｄ光線場の重ね合わせから生成された３Ｄ強度マップが、ターゲット３Ｄ強度マップを詳しくまたは正確に近似するように、ある範囲の角度θから２Ｄ投影イメージのセットＰ（ｙ’、ｚ、θ）を設計することである。我々は今から、知られているターゲット３Ｄ強度マップから、投影の設計を考慮する。説明をより簡略化するために、３Ｄ強度マップのための２Ｄ投影のセットを生成する問題を、２Ｄ強度マップＩ（ｘ、ｙ）の１Ｄ投影のセットＰ（ｙ’、θ）を生成する問題に、縮小する。繰り返すと、このケースでは、１Ｄは、１つの空間次元ｙ’を指す。物理的な（ｘ、ｙ、ｚ）樹脂体積システムでは、２Ｄ強度マップは、真の３Ｄ強度マップの水平方向一定のｚスライスと考えることができる。最終的に、所与の角度θでの２Ｄ投影Ｐθ（ｙ’、ｚ）は、次にその特定の角度に対して各ｚ平面で計算された１Ｄ投影の個々を積み重ねることによって生成される場合がある。
【００２４】
ＣＴイメージ再構築を達成する多くのやり方のうち、製造のための線量最適化に容易に役立つ２つの主要なアプローチは、フィルタ補正逆投影（ＦＢＰ）および反復最適化ベースのアルゴリズムである。ここでは、先ず、ＦＢＰアプローチおよびその制限を考慮して、最適化アルゴリズムの有用な開始パラメータを提供するために、どのようにそれが使用され得るかを説明する。
【００２５】
ｚの所与の値について（ｘ、ｙ）平面内の２Ｄ光学密度分布を再構築するためのＦＢＰアプローチは、Ｍ個の角度サンプル（θ＝θ１、θ２、．．．θＭ）の個々での数学的１Ｄ投影を計算することから始まる。これらの一緒に取られた投影は、２Ｄイメージのラドン変換から成る。投影スライスの定理から、その両者がここに引用により本開示に組み込まれる、Ｒ．Ｂｒａｃｅｗｅｌｌ「Ｓｔｒｉｐ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｒａｄｉｏ  Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ」、Ａｕｓｔ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．９巻、２号、１９８頁、１９５６年、および、Ｒ．Ｎ．Ｂｒａｃｅｗｅｌｌ、「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ，２４８巻、４９５６号、６９７−７０４頁、１９９０年５月、で議論されているように、特定の角度θでの各１Ｄ投影のフーリエ変換が、元の２Ｄ密度分布のフーリエ変換の１Ｄサンプルに正確に等しいことが知られている。この１Ｄサンプルは、フーリエドメインの原点を通る線に沿って在り、また、角度θで傾斜する。これは、図１Ａに示される。フーリエドメインでの十分に密なサンプリングが、正確なＣＴイメージの再構築に必要とされる。フーリエドメインでサンプル数Ｍを適切に選択するために、１つの可能な保守的なヒューリスティックは、スライス間の最大距離が径方向のＮ個のサンプルポイントの分離より大きくないことを確実にすることである。これは、１８０度の角度範囲内でπＮ／２の角度サンプルをもたらす。
【００２６】
各２Ｄｚ平面のリソグラフィ製造は、ＣＴイメージング処理の、アルゴリズムによる時間反転に従うことができる。スライスＩｚ（ｘ、ｙ）のターゲット２Ｄ強度マップは、フーリエドメインに変換され、次に、Ｍ個の方位角の個々に沿ってサンプリングされ、Ｍ個の１Ｄ強度分布、または、各角度θ１、θ２、．．．θＭに１つの投影Ｐθ（ｙ’）を生成する。これらの分布の個々は、その特定の角度からそのそれぞれのパターンでターゲット平面を曝露するために使用され、それは、スライスから原点を通してフーリエドメインにサンプルを構築することに対応する。ＣＴ再構築に対するＦＢＰは、中央スライシングアプローチに固有の低周波数オーバーサンプリングを重要でなくする目的で、逆投影の前のハイパス空間フィルタリングに依存する。これを説明するための同等のやり方は、径方向に増加するランプフィルタとしてであろう。このフィルタは、通常、逆投影イメージに負の偏位をもたらし、それらはリソグラフィにとって物理的でない。負の値を除去してリソグラフィに適したイメージを作り出す幾つかのヒューリスティックなアプローチは、課せられた正値性制約または計算されたイメージをオフセットすることを含む。そういったヒューリスティックの結果は、計算された線量分布のコントラストおよび解像度間にトレードオフを課す；しかしながら、それらは、制約付き最適化手順の初期線量推定値として使用される場合がある。
【００２７】
簡潔には、最適化手順は、その開始点として、樹脂モノマクロスリンクを受けた光エネルギ線量に関係付ける順方向処理モデルを取る。そういったモデルの様々な２Ｄバージョンは、Ｄ．Ｄｅｎｄｕｋｕｒｉ、Ｐ．Ｐａｎｄａ、Ｒ．Ｈａｇｈｇｏｏｉｅ、Ｊ．Ｍ．Ｋｉｍ、Ｔ．Ａ．Ｈａｔｔｏｎ、および、Ｐ．Ｓ．Ｄｏｙｌｅ、「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｏｘｙｇｅｎ−Ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ  Ｆｒｅｅ  Ｒａｄｉｃａｌ  Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ＰＤＭＳ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，４１巻、２２号、８５４７−８５５６頁、２００８年１１月、で議論されているなどがあり、その教示が引用により本明細書に組み込まれ、利用することができ、３Ｄ類似物への進展は限定的である。モデル化された硬化（全ての角度からの合計線量分布によって引き起こされる）の度合いを所望の部品ジオメトリと比較して、誤差関数が生成され、それが逆変換されて初期線量推定値を修正するために使用される。このサイクルは、ビルド体積全体のエッジシャープネス、コントラスト、または合計エラーなどの特定のエラー基準を満たすのに十分な数のサイクルで繰り返される。最適化手順は、強度の吸収などの処理の非線形性を正確にモデル化してイメージ生成で考慮するための手段を提供する。これは、特徴の品質の観点から著しく有利である。２Ｄ平面から３Ｄへの拡張は、簡単であり、各ｚ平面からの１Ｄ強度パターンは、特定のｘ’伝搬方向に対応する全ての角度θでの投影のために２Ｄｙ’−ｚイメージに組み立てられる。実際上、これは、各角度θでの全てのｚ平面の計算されたラドン変換の物理的な投影であり、所望の３Ｄ線量体積を再構築する。
【００２８】
上で説明された方法を実行する１つの特定の実施形態は、図２Ａに示されるシステム２４である。システム２４は、特定の選択された角度θ１、θ２、．．．θＭでの光学投影Ｐ（ｙ’、ｚ、θ）のセットが、光学的に透明なコンテナ２９ａ内に収容された樹脂２９のターゲット体積のまわりに生成されるように配置された、複数の光学サブシステム２６を含むことがある。光学サブシステム２６の１つの可能な設計は、樹脂２９の３Ｄターゲット体積を囲むマイクロレンズ２８によってカバーされたＯＬＥＤアレイ２７を含むことがある。ＯＬＥＤアレイ２７は、制御装置２６ａによって部分的に制御されることがある。光学サブシステム２６の異なったグループは、図２Ｂに示されるように、ターゲット樹脂体積２９を通って投影する、それぞれ異なった角度θ１、θ２、θ３等々での、投影Ｐθ（ｙ’、ｚ）および対応する３Ｄ強度マップＩθ（ｘ、ｙ、ｚ）２６１、２６２、２６３等々を同時に生成する。投影Ｐθ（ｙ’、ｚ）および強度マップＩθ（ｘ、ｙ、ｚ）は、段落［００１５］で説明されたものと類似する。図２Ｂは、光学投影２６１、２６２、２６３の個々の２Ｄ性質を例証する。投影２６１、２６２、２６３は、ｚ軸（図２Ｂ）まわりのＭ個（即ち、２つ以上）の異なった角度θから同時に樹脂コンテナ２９ａ内に収容されたターゲット樹脂体積２９に送達される。ターゲット樹脂体積２９の３６０度全周のまわりの全角度からの３Ｄ強度場２６１、２６２、２６３等々の同時の重ね合わせは、図２Ａに示すように、３Ｄ強度関数Ｉ（ｘ、ｙ、ｚ）を空間内に生成する。この強度関数は、固定された時間的な曝露期間にわたって作用する。曝露中、材料の形成が望まれる領域は、光硬化による固化を引き起こすのに十分な光エネルギ線量を受け、他方、形成（即ち、硬化）が望まれない領域は、不十分な線量を受ける。曝露期間後、樹脂コンテナ２９ａは、光硬化を達成するのに不十分な線量の光エネルギを受けた３Ｄ部品の領域から未硬化樹脂を除去するためにリンスされることがある。
【００２９】
光線場写真および３Ｄ表示に関する更なる基礎的な情報は、Ｎｇ，Ｒ．２００６年に見出すことができる。「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ」（博士論文、スタンフォード大学）Ｌａｎｍａｎ，Ｄ．およびＬｕｅｂｋｅ，Ｄ．、２０１３年  「Ｎｅａｒ−ｅｙｅ  ｌｉｇｈｔ  ｆｉｅｌｄ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」（ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  （ＴＯＧ））、３２巻、６号、２２０頁、それらの開示は、引用により本明細書に組み込まれる。この情報は、マイクロレンズによってカバーされたＬＥＤのアレイから必要な光学サブシステムを作成する可能性に関連する。システム２４は、こうして多数の視点からイメージを同時に生成し、樹脂２９のターゲット体積全体を投影２６１、２６２、２６３に各角度θから同時に曝露する手段を形成する。各投影２６１、２６２、２６３が体積に同時に作用するという理由で、最終的な３Ｄ部品は、単一ステップで印刷できる。
【００３０】
単一ステップで印刷し、シリアルなレイヤバイレイヤ印刷を回避することによって、既存のＡＭ方法で起こり得る幾つかの潜在的な課題が、対処され得る。これらは、オーバーハングジオメトリを印刷すること、ならびに、粗末な表面仕上げや機械的な異方性などのレイヤアーチファクトを回避することの困難さを含む。このアプローチの追加の利点は、構築されている構造が流体媒体に対して移動せずに、低体積含有率ヒドロゲルスカフォールドなどの非常に従順または脆弱な構成要素の製造を可能にすることである（溶媒交換、その後の、超臨界ＣＯ２乾燥などの適切なリンス／乾燥のアプローチと組み合わせて）。
【００３１】
図３を参照すると、システム３０が示されており、それは、ｚ軸４２のまわりの樹脂３２のターゲット体積の物理的回転により、固定された時間期間にわたる３Ｄ曝露線量分布を生成し、デジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタまたは他のイメージ生成光学システム３４からの単一２Ｄ光学投影の時間的な操作と、制御装置３１を介して同期化されている。本明細書で先に説明されたような実現では、イメージ生成光学システム３４は、樹脂３２のターゲット体積に衝突する、軸ｘ’４１に沿った単一の方向からの、コリメートされた光学イメージまたは投影３６を作り出す。イメージが幾らかの発散（即ち、コリメートされていない）も有し得ること、および、それらを設計するためのアルゴリズムがそれに応じて更新できることが、理解されるであろう。
【００３２】
投影３６の入射光と樹脂３２のターゲット体積との間の相対角度θは、異なった平面イメージ（ｙ’、ｚ）が連続投影されるとき、時間につれて変化する。以前に説明されて図１Ｂ、１Ｃ、および１Ｄに示された座標系の取り決めに従って、（ｘ、ｙ、ｚ）システムは、ｚ軸のまわりを回転し、そのとき、樹脂３２のターゲット体積は、回転し、（ｘ’、ｙ’、ｚ）システムは、空間に固定されたままである。こうして、樹脂３２のターゲット体積が回転すると、ｘ軸とｘ’軸との間の角度θは変化する。１つの例では、樹脂３２のターゲット体積を保持する樹脂閉じ込め容器３８は、回転マウントまたはステージ４０にマウントされる。回転ステージは、ｚ軸４２のまわりを回転し、ＤＬＰプロジェクタ３４の動作は、制御装置３１によってマウント４０の回転と同期される。閉じ込め容器３８は、樹脂３２と同一（または類似）の屈折率を有する流体４６を収容する第２の閉じ込め容器４４内に沈められることがある。これは、平らな界面を提供し、そこでは屈折率が変化し、適合しない屈折率の湾曲した界面でなら起こったであろうレンズ効果を軽減する。上のシステムの説明で留意すべきことは、ｘ’軸が静止し、他方、（ｘ、ｙ、ｚ）座標系が樹脂閉じ込め容器３８と共に回転する、というような座標表記であることである。
【００３３】
図３に示されたシステム３０の別の実施形態は、複数の光学２Ｄ投影を生成するために、第２の閉じ込め容器４４の４つの鉛直側面の個々に面するように位置決めされた複数のＤＬＰプロジェクタ３４（即ち、複数の光学サブシステム）の使用を伴うことがある。更に別の実施形態は、図３に示されたシステム３０の修正例を伴うことがあり、それにおいては、閉じ込め容器３８および第２の閉じ込め容器４４の双方は、静止状態に保持され、他方、ＤＬＰプロジェクタ３４（即ち、光学サブシステム）は、複数の光学２Ｄ投影を作り出すために、閉じ込め容器３８の全周まわりのドーナツ形状の支持体３４ａ上を回転する。
【００３４】
図３に示された実施形態の更に別の変形例は、樹脂の代わりに光分解性（即ち、光応答性）材料を使用することを伴うことがある。例えば、本明細書で説明されるように、光分解性材料の固体３Ｄブロックから開始し、光学２Ｄ投影を使用して、固体３Ｄブロックの特定の部分だけを除去して所望の３Ｄ部品を作り出すかもしれない。そういった材料は、例えば、ティッシュエンジニアリングで使用される。
【００３５】
図４を参照すると、本開示の別の実施形態に従ったシステム５０が示される。システム５０の場合、樹脂体積５２は、静止コンテナ５４内に収容される。第２のコンテナ５５は、樹脂体積５２と同一（または類似）の屈折率を有する追加量の流体５５ａを保持するために使用されることがある。光学サブシステム５６は、ｘ軸（静止ターゲット体積に対して固定された）に沿って光学投影５８を作り出す。投影によって生成された３Ｄ強度マップは、回転アーム組立体５０ａを介して樹脂体積５２（即ち、ｚ軸６０のまわりで回転するｘ’軸６１に沿って伝播する）のまわりを回転する。静止ミラー６２は、投影５８を受け、それを回転アーム組立体５０ａ内に収容されたミラー６４−６８の集まりに送る。ミラー６４−６８は、樹脂体積を照らすために投影５８を方向付けする。アームが回転すると、ｙ’−ｚ平面イメージは、全周まわりの多くの角度θで投影される。他の実施形態と同様に、１回転にわたって全ての投影から生成される３Ｄ強度分布の合計からの正味の曝露線量は、材料の形成が望まれる領域が樹脂を光クロスリンクさせるのに十分な線量を受ける一方で、他の領域が不十分な線量を受けるようなものである。各角度θでの投影５８の空間的および時間的な変調（即ち、投影される２Ｄ（ｙ’−ｚ）イメージのイメージ強度の変調）は、例えば、図２Ａ−２Ｃに関して、空間光変調器（ＳＬＭ）７０またはＤＬＰプロジェクタを用いて、上で説明されたのと同じやり方で制御される。システム５０は、流体運動の考慮事項が排除されるので、図３に関連して説明された方法論と比較して潜在的に遥かに速い回転速度を可能にする。図２Ａ−２Ｂに関連して説明された方法論と比較して、システム５０は、従来技術に基づいたより単純な光学システムの利点を提供する。図４に示された提案された構成は、１つまたは複数の同時回転する光学投影に適用することができる。図２Ａおよび２Ｂに関連して説明された方法論と同様に、樹脂コンテナ５４は、製造中に流体に対して移動せず、したがって、より壊れやすい、繊細な、または従順な構造の形成が可能である。
【００３６】
最後に、コンピュータアキシャルリソグラフィを達成するのに必要な光信号多重化は、上で説明された実施形態のどれかまたは全ての特徴を共有するシステムによって実行することができる。１つの例として、３６０度の角度の投影全体に広がらない光線場投影ディスプレイ（図２Ａ−２Ｂ）は、角度範囲を拡大する目的で、図３のシステム３０で使用されるものと同様に回転バイアルと組み合わせることができる。例えば、図２Ａおよび２Ｂに示されるような湾曲したディスプレイの使用を考慮すると、これは、円筒形状を有する代わりに、半円筒または円筒の小さめの角度セクションのように見える。それは、複数の角度から同時にイメージを依然として投影するが、角度の範囲は、３６０度（半円筒のケースでは、１８０度である）よりも小さく広がる。しかし、そのディスプレイが樹脂体積のまわりを回転し、投影が時間的に更新される場合に、図４に示された実施形態で、達成され得る可能性があるものよりも更に速く、３６０度全体に広がることが可能である。そういった実施形態は、図２の実施形態と同じように速くは印刷しないであろうが、製造するのがより容易になることがある。同様に、樹脂のターゲット体積は、静止したままである場合があり、その間、３６０度未満の投影ディスプレイは、体積のまわりを回転する。
【００３７】
本開示のシステムおよび方法は、その幾何学的な柔軟性においてホログラフィック光線場を使用する最近報告された体積非周期的（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ａｐｅｒｉｏｄｉｃ）な３次元（３Ｄ）構造の製造に勝る。同様に、本開示の本質的に体積ベースのアプローチは、従来のレイヤバイレイヤ「２  １／２Ｄ」印刷技術に対して製造速度における桁違いの改善を提供する。最後に、レイヤバイレイヤ製造によって課される表面粗さの課題は、完全に除去されないとしても、実質上減少する。
【００３８】
本開示のシステムおよび方法は、幾つかの用途での有用性を見出すことが期待される。例えば、本開示のシステムおよび方法は、より迅速な部品生成、改善された表面品質（例えば、層化からの「階段状」アーチファクトなし）、および、２Ｄレイヤスライシングおよび単純化された後処理から生じる幾何学的な制約の軽減などの幾つかの重要な態様におけるフォトポリマベースの付加製造に対する改善を提供する。本明細書で説明された様々な実施形態および方法の潜在的な用途は、高品質の表面仕上げを備えたＡＭ生成光学系と、中空またはオーバーハング構造と、広いダイナミックレンジのメソスケールＡＭ構造と、樹脂に浸漬された事前製造された３Ｄ構造の印刷／製造と、柔らかい、柔軟な、または、もろいポリマと幾何学的に繊細な／壊れやすい構造（印刷中に相対的な構造／流体の動きがないので）の処理とを伴うことがある。
【００３９】
実施形態の先の説明は、例証および説明の目的のために提供された。網羅的であること、即ち、本開示を限定することは、意図されていない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般にその特定の実施形態に限定されないが、該当する場合には、交換可能であり、また、たとえ具体的に示されないかまたは記述されなくても、選択された実施形態において使用される場合がある。同じことは、多くのやり方で変えられることもある。そういった変形例は、本開示からの逸脱とみなされるべきではなく、全てのそういった変更は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。
【図１Ａ】
2020519504.tif 000003
【図１Ｂ】
2020519504.tif 000004
【図１Ｃ】
2020519504.tif 000005
【図１Ｄ】
2020519504.tif 000006
【図２Ａ】
2020519504.tif 000007
【図２Ｂ】
2020519504.tif 000008
【図３】
2020519504.tif 000009
【図４】
2020519504.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月15日(2020.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元（３Ｄ）物体を形成する方法であって、
光学的に透明な樹脂コンテナ内に収容される光硬化性樹脂の体積と、光硬化性樹脂の体積を通って延びるｚ軸と、ｚ軸に垂直に延びるｘ’軸とを提供することと、
光学的に透明な樹脂コンテナを、樹脂の屈折率に適合する屈折率を有する流体で満たされている第２のコンテナ内に、配置することと、
光学サブシステムを使用して、光学２次元（２Ｄ）投影を生成することと、
光硬化性樹脂の体積および第２のコンテナ内の液体を通して方向付けられた光学２Ｄ投影を維持しながら、２Ｄ投影、または樹脂コンテナおよび第２のコンテナの少なくとも一方を他方に対して回転させて、光硬化性樹脂の体積の完全な周囲のまわりに光学２Ｄ投影を受けることとを含み、
２Ｄ投影の２次元（２Ｄ）投影関数が、各角度θで制御されて、固定された時間的な曝露期間にわたって制御された３Ｄ曝露線量を送達し、複数の２Ｄ投影が、複数の角度θから生成され、複数の２Ｄ投影が合計されて、不所望の領域に光硬化を生じさせるのに不十分でありながら所望の領域に光硬化を生じさせるのに十分である３Ｄ曝露線量を樹脂体積に作り出す、方法。
【請求項２】
２Ｄ投影または樹脂コンテナの少なくとも一方を他方に対して移動させることが、樹脂コンテナおよび光学サブシステムの双方が静止状態に保持されている間、光学２Ｄ投影を光硬化性樹脂の体積の方に方向付けるように構成された複数のミラーを有する回転アーム組立体を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
２Ｄ投影または樹脂コンテナの少なくとも一方を他方に対して移動させることが、樹脂コンテナも回転している間、光学２Ｄ投影を光硬化性樹脂の体積の方に方向付けるように構成された複数のミラーを有する回転アーム組立体を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
回転アーム組立体を使用することが、静止ミラーから光学２Ｄ投影を受ける回転アーム組立体を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
光学サブシステムから２Ｄ投影を方向付けることが、静止デジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタから光学２Ｄ投影を方向付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
光学サブシステムから光学２Ｄ投影を方向付けることが、衝突光源の振幅または位相あるいは双方を制御する空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して静止光学サブシステムから光学２Ｄ投影を方向付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
２Ｄ投影または樹脂コンテナの少なくとも一方を他方に対して移動させることが、樹脂コンテナが静止状態に保持されている間、樹脂コンテナのまわりを周方向に光学サブシステムを回転させて、光学２Ｄ投影を複数の角度から光硬化性樹脂の体積の方に方向付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
複数の角度θで光学サブシステムから送達される光学２Ｄ投影の計算設計が、
ｚ軸を通って延びる複数のｚ平面の各１つについて、各角度θでの特定のｚ平面に対する１次元（１Ｄ）強度パターンを生成することと、
各ｚ平面について特定の角度θに対する１Ｄ強度パターンを、特定の角度θからの２次元（２Ｄ）イメージ投影に組み立てること、ならびに、各角度θについて生成する動作および組み立てる動作を繰り返すことと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複数の角度θで光学サブシステムから送達される光学投影の計算設計が、
フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ）技術または反復最適化ベース技術の少なくとも一方を含むフーリエドメインメソッドを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
光学的に透明な材料コンテナ内に収容される光応答性材料の体積から３次元（３Ｄ）物体を形成するためのシステムであって、
制御装置と、
光学的に透明な材料コンテナを支持するためのマウントと、
複数の２次元（２Ｄ）光学投影を生成するための制御装置によって制御されるイメージ生成光学システムとを
備え、
各前記２Ｄ光学投影が、光学イメージを形成し、光学的に透明な材料コンテナを目標とし、
複数の２Ｄ光学投影が透明な材料コンテナ内に収容される光応答性材料の体積に対して複数の異なった角度θで方向付けられて、したがって光応答性材料の少なくとも選択された部分を硬化させるように、制御装置が、イメージ生成光学システムまたはマウントの少なくとも一方の動きを制御するように構成される、システム。
【請求項１１】
イメージ生成光学システムが、デジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
イメージ生成光学システムによって生成される２Ｄ光学投影が、コリメートされた２Ｄ光学イメージを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
イメージ生成光学システムが、光応答性材料の体積のまわりに異なった角度で配置された複数のイメージ生成光学システムを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
イメージ生成光学システムおよび光応答性材料のどちらも、同時に回転される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
コンテナを更に備え、コンテナが、光学的に透明な材料コンテナを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
光学的に透明な材料コンテナを収容するための第２のコンテナを更に備え、第２のコンテナが、光応答性材料の屈折率に適合する屈折率を有する流体で満たされるように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
イメージ生成光学システムが、空間光変調器を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
制御装置が、
ｚ軸を通って延びる複数のｚ平面の各１つについて、各角度θでの特定のｚ平面に対する１次元（１Ｄ）強度パターンを生成することと、
各ｚ平面について特定の角度θに対する１Ｄ強度パターンを、その角度θからの２次元（２Ｄ）イメージ投影に組み立てること、ならびに、これを各角度θについて行うことと
によって、イメージ生成光学システムを制御して、複数の角度θで２Ｄ光学投影を生成する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
制御装置が、フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ）技術または反復最適化ベース技術の少なくとも一方を含むフーリエドメインメソッドを使用して、光学サブシステムに複数の角度θで光学投影を送達させるように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【国際調査報告】
2020519504.tif 000011
2020519504.tif 000012