CN105690753A - 提高分辨率的3d打印方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高分辨率的3D打印方法和设备。该方法包括以下步骤：依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多个像素点和多个非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；使各第一光束子图像依次透过一偏移机构，将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n。

Description

提高分辨率的3D打印方法和设备

技术领域

本发明涉及一种3D打印方法，尤其涉及一种提高分辨率的3D打印方法和设备。

背景技术

3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

目前3D打印技术的成型方式仍在不断演变，所使用的材料也多种多样。在各种成型方式中，光固化法是较为成熟的方式。光固化法是利用光敏树脂被紫外激光照射后发生固化的原理，进行材料累加成型，具有成型精度高、表面光洁度好、材料利用率高等特点。

为了制作更为精细的产品，需要3D打印设备的分辨率持续提高。3D打印设备的分辨率由图像曝光系统决定。图像曝光系统的分辨率往往取决于系统硬件上的分辨率。以使用数字光处理(DigitalLightProcession,DLP)投影技术的图像曝光系统来说，它是使用数字微镜元件(DigitalMicromirrorDevice,DMD)控制对光的反射来实现的。数字微镜元件可视为一镜面。这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的。每一个微镜代表一个像素，图像就由这些像素所构成。每一个微镜可独立受控以决定是否反射光线到投影镜头。最终，整面镜子反射出所需的光束图像。DLP投影技术的分辨率基本上由DMD芯片分辨率决定，无法有效提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高分辨率的3D打印方法和设备。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种提高分辨率的3D打印方法，包括以下步骤：依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多个像素点和多个非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；使各第一光束子图像依次透过一偏移机构，将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n。

在本发明的一实施例中，依序提供多个第一光束子图像的步骤包括：经过严格设计的光源发射的光束透过一聚焦阵列进行聚焦，以分别形成该第一光束子图像，光点被聚焦到原尺寸的1/m。

在本发明的一实施例中，依序提供多个第一光束子图像的步骤包括：使用一空间光调制器接收一光束，并在该空间光调制器的各个像素元件上聚焦光束且选择性地反射光束，从而在预定方向上提供各该第一光束子图像，其中各个像素元件将光束的光点聚焦到原尺寸的1/m。

在本发明的一实施例中，该多个第一光束子图像的数量为n²。

在本发明的一实施例中，m为2-4之间的正整数。

在本发明的一实施例中，n为3-6之间的正整数。

本发明提出一种提高分辨率的3D打印设备，包括：图像源，依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多像素点和多非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；偏移机构，依次透过各第一光束子图像，并将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n；控制器，命令该图像源按照预定的时序提供该多个第一光束子图像，且针对各第一光束子图像，命令该偏移机构按照对应的水平偏移值和垂直偏移值进行偏移后投影到该光敏材料表面，组成完整的曝光图像。

在本发明的一实施例中，该图像源包括：光源，出射一光束；液晶装置，接收该光束；聚焦阵列，对光束进行聚焦，以分别形成该多个第一光束子图像。

在本发明的一实施例中，该图像源包括：空间光调制器，接收一光束，并在其各个像素元件上聚焦光束且选择性地反射光束，从而在预定方向上提供该多个第一光束子图像，其中各个像素元件将光束的光点聚焦到原尺寸的1/m。

在本发明的一实施例中，该多个第一光束子图像的数量为n²。

在本发明的一实施例中，m为2-4之间的正整数。

在本发明的一实施例中，n为3-6之间的正整数。

在本发明的一实施例中，该液晶装置包括：液晶面板，位于该光源的出光光路上，该液晶面板具有第一分辨率；第一偏振光滤光器，设置于该液晶面板的入光侧；第二偏振光滤光器，设置于该液晶面板的出光侧，该第一偏振光滤光器和该第二偏振光滤光器配合该液晶面板遮挡该光束的一部分，以形成该第一光束子图像；该聚焦阵列设置于该液晶面板的入光侧，该聚焦阵列包含多个聚焦透镜，每一聚焦透镜对应该液晶面板的每一像素，每一聚焦透镜能够会聚照射到其上的光束，使该光束尽可能多的透过该像素的透光区域，并在该液晶面板的出光侧成像，且像的尺寸小于对应像素的透光区域的尺寸。

在本发明的一实施例中，该空间光调制器具有多个微镜，每一微镜对应一像素，用于根据控制信号调节照射到其上的光的反射方向，该反射方向包括该预定方向和另一方向，其中每一微镜为凹面镜，将照射到其上的光会聚成尺寸小于该微镜所对应的像素尺寸的微光斑。

在本发明的一实施例中，设该光源与该聚焦透镜的距离为L1，该聚焦透镜到成像面的距离是L2，该聚焦透镜的前焦距和后焦距分别为f和f’，该光源的尺寸为A，该像的尺寸为d，则满足以下条件：f’/L2+f/L1＝1；L1/L2＝A/d。

在本发明的一实施例中，假设各微镜的焦距为f，微镜所对应的像素尺寸为p，入射到各微镜的光束的半夹角为β，微光斑的像高为a，出射光最大半角为W，则满足：tan(β)＝(a/2)/f；tan(w)＝((a+p)/2)/f；Fno＝1/(2tan(w))。

在本发明的一实施例中，该偏移机构包括：偏转镜片，布置在该图像源的出光侧，该偏转镜片能够围绕垂直于该图像源的光轴的至少一转轴偏转，以微调该第二光束子图像投影到该光敏材料表面的位置。

在本发明的一实施例中，该偏移机构包括：微位移驱动机构，连接该图像源，能够驱动该图像源在相互垂直的第一方向和第二方向移动，以微调该第二光束子图像投影到该光敏材料表面的位置。

在本发明的一实施例中，提高分辨率的3D打印设备还包括投影镜头，布置在该图像源与光敏材料表面之间，且位于该聚焦阵列的像与该光敏材料表面之间，将该第二光束子图像投影到该光敏材料表面。

在本发明的一实施例中，提高分辨率的3D打印设备还包括投影镜头，对准该空间光调制器的该预定方向，使该光源通过各微镜所成的微光斑阵列投射到该光敏材料表面。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，通过对光束图像进行聚焦和偏移，能够提高3D打印的分辨率。尤其是，通过使单位偏移量小于最小像素光斑尺寸，可以进一步提高3D打印的分辨率，尤其是在被打印物体边缘区域的分辨率。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出光固化型3D打印设备的基本结构。

图2示出图像曝光系统通常提供的光束子图像的部分像素点。

图3示出图2所示像素光斑经过汇聚缩小后的光束子图像的部分像素点。

图4-6示出图3所示光束子图像所进行的各次偏移。

图7示出图3-6所示光束子图像组合形成的光束图像。

图8示出图3所示光束子图像水平移动1个偏移单位所形成的光束图像。

图9示出图3所示光束子图像垂直移动1个偏移单位形成的光束图像。

图10示出图3所示光束子图像各次偏移的位置。

图11示出本发明一实施例的3D打印设备的图像曝光系统。

图12示出本发明一实施例的聚焦透镜阵列与液晶显示面板的配合关系。

图13示出图11所示图像曝光系统单个像素的光路原理图。

图14示出液晶面板上的黑色掩模。

图15示出本发明实施例的图像曝光系统的未进行偏转的光线示意图。

图16示出本发明实施例的图像曝光系统的已进行偏转的光线示意图。

图17示出本发明一替代实施例的3D打印设备的图像曝光系统。

图18示出本发明另一实施例的3D打印设备的图像曝光系统。

图19A-19C示出图18所示图像曝光系统的数字微镜元件的结构图。

图20示出图像曝光系统的数字微镜元件的工作原理。

图21示出图20所示数字微镜元件的单个微镜在0°偏转角时的会聚光路图。

图22示出图20所示数字微镜元件的单个微镜在+12°偏转角时的会聚光路图。

图23示出图20所示数字微镜元件的单个微镜在-12°偏转角时的会聚光路图。

图24示出本发明实施例的图像曝光系统的图像抽取示意图。

图25示出本发明另一实施例的3D打印设备的图像曝光系统。

图26示出图25所示图像曝光系统的偏转镜片未偏转的光路示意图。

图27示出图25所示图像曝光系统的偏转镜片进行了偏转的光路示意图。

图28示出作为比较的图像曝光系统，经过原尺寸像素光斑曝光在光敏材料表面上所形成的图像。

图29示出作为比较的图像曝光系统经过4次像素面积缩小到1/4光斑曝光在光敏材料表面上所形成的图像。

图30示出作为比较的图像曝光系统经过9次像素面积缩小到1/9光斑曝光在光敏材料表面上所形成的图像。

图31示出本发明一实施例的图像曝光系统经过9次像素面积缩小到1/4光斑曝光在光敏材料表面上所形成的图像。

图32示出作为参考的图像曝光系统经过9次像素面积缩小到1/4光斑曝光在1/9光斑网格上所形成的图像。

具体实施方式

图1示出光固化型3D打印设备的基本结构。这一3D打印设备100包括用于容纳光敏树脂的物料槽110、用于使光敏树脂固化的图像曝光系统120、以及用于连接成型工件的升降台130。图像曝光系统120位于物料槽110上方，并可照射光束图像使物料槽110液面的一层光敏树脂被固化。每次图像曝光系统120照射光束图像致使一层光敏树脂固化后，升降台130都会带动成型的那层光敏树脂略微下降，并通过刮板131使固化后的工件顶面均匀铺展光敏树脂，等待下一次照射。如此循环，将会得到逐层累加成型的三维工件。

图像曝光系统120可以照射光束图像至光敏树脂，形成所需的曝光图案。图像曝光系统120可以使用能够形成光束图像的各种已知技术。

举例来说，在一个实施例中，图像曝光系统120可以使用数字光处理(DigitalLightProcession,DLP)投影技术。DLP投影成像技术是使用数字微镜元件(DigitalMicromirrorDevice,DMD)控制对光的反射来实现的。数字微镜元件可视为一镜面。这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的。每一个微镜代表一个像素，图像就由这些像素所构成。

在另一个实施例中，图像曝光系统120还可以使用液晶(LCD)投影技术。液晶面板中包含了许多像素，每个像素可以单独控制偏振光的偏振方向，配合液晶面板两侧的偏振光滤光器可控制某一像素的光线是否通过，因此经过液晶面板系统的光束是图像化的。

无论是DLP投影技术、LCD投影技术或者其它类似的技术，其分辨率都可能受限于器件本身的分辨率。对DLP投影技术来说，DMD器件的分辨率制约了整个图像曝光系统的分辨率。对LCD投影技术来说，液晶面板的分辨率同样制约了整个图像曝光系统的分辨率。

不过，通过改进这些投影技术某一部分环节，可以提高它们所提供的光束图像的分辨率。

图2示出图像曝光系统通常提供的原始光束子图像的部分像素点。这一光束子图像可通过DLP投影技术、LCD投影或者其它技术实施。参考图2所示，原始光束子图像20包括多个微光斑22，每个微光斑22可看作一个像素点。尽管图2中以相同的阴影部分表示各微光斑22，但是可以理解，每个微光斑22可以包含“亮”或“暗”的信息。这一光束子图像具有第一分辨率。假设图2中的部分像素点占据了1平方英寸，则这一部分光束子图像的总有效像素为25个，水平和垂直分辨率均为5dpi(DotsPerInch)。

需要指出的是，受制于具体器件特性，各个微光斑22的排列可能不是完全紧密的。也就是说，相邻微光斑22之间可能会有空隙。

为了进一步提高原始光束子图像的分辨率，对该原始光束子图像做进一步处理。

首先，可以通过光学方法，缩小像素光斑尺寸，缩小程度可依需求而定。通常来说，微光斑尺寸缩小为原来的1/m，m为大于1的正整数。举例来说m＝2。在此，假设微光斑尺寸是指光斑在水平方向上的长度。当然，也可以假设微光斑尺寸是指光斑在垂直方向上的长度。图3示出经过缩小光斑后的光束子图像的部分像素点。参考图3所示，光束子图像30a上，每一微光斑32的尺寸被缩小为原来的1/2，面积缩小为原来的1/4。由于微光斑尺寸的缩小，此时光束子图像30既包含了由各微光斑32构成的像素点，也在相邻微光斑32之间留下了空白的非像素点。这些无像素点不携带“亮”或“暗”的信息。像素光斑经过缩小后，光束子图像30a中的像素点尺寸为原来像素的1/2，因此有潜力提供更高的分辨率。

像素被缩小后，光束子图像30a只携带了整个光束图像面积的1/4。因此可以提供4个原始光束子图像20，经过类似的光学处理，分别得到类似图3的光束子图像30a后，再组合成整个光束图像。

为了组合不同的光束子图像，将不同的光束子图像进行偏移。图4-6示出经过不同偏移后所得到的光束子图像30b、30c、30d。组合偏移到不同位置的光束子图像30a、30b、30c、30d，即可得到如图7所示的光束图像30。假设图7中的部分像素点占据了1平方英寸，则这一光束子图像30的总有效像素为100个，水平和垂直分辨率均为10dpi。因此前述聚焦和偏移的组合可让图像的总有效像素提升为原来的m²＝4倍，分辨率提升为原来的m＝2倍。

进一步，对不同光束子图像进行偏移时，每一偏移单位(即最小的偏移值)不是如图4-6那样等于各光束子图像30a-30d的像素点的尺寸，而必须是小于或等于第一光束子图像的像素点的尺寸。偏移单位与不同光束子图像在一个方向上的曝光次数有关。假设不同光束子图像在一个方向(例如水平或者垂直)上需要进行的曝光次数为n次，n为正整数且n大于m，那么，每一次偏移的偏移量为光束子图像的原始像素点尺寸的1/n，也是光束子图像的像素点尺寸的m/n。相应的，偏移次数为n-1。举例来说，假设n＝3，那么光束子图像在光敏材料表面上的一个方向上需要曝光3次，偏移2次。因此，每一次偏移量为光束子图像的原始像素点尺寸的1/3，光束子图像的像素点尺寸的2/3。假设n＝4，那么光束子图像在光敏材料表面上的一个方向上需要曝光4次，偏移3次。因此，每次偏移量为光束图像的原始像素点尺寸的1/4，光束子图像的像素点尺寸的2/4＝1/2。

图8示出光束子图像在水平方向移动的偏移值为1个偏移量，且偏移量为原始像素点尺寸a的1/3的情形。图9示出光束子图像在垂直方向移动的偏移值为1个偏移量，且偏移量为原始像素点尺寸a的1/3的情形。参考图8和图9所示，通过更为精细的移动，可以让所形成的曝光图案的分辨率，尤其是在图案边缘的分辨率进一步提升。例如如果像素点P1处于图案边缘时，可以仅占据缩小后像素区域(图中虚框)的一部分而非全部，从而提升这一位置的分辨率。值得一提的是，当像素点P1继续向右移动a/3时，会略微进入虚框右侧的像素区域(进入a/6)，而与该区域原本的像素点重叠。不过在各次曝光的重叠区域，由于对应的光固化树脂已经固化，因此重叠不会产生不良影响。

图10示出图3所示光束子图像各次偏移的位置。参考图10所示，在由图9的四个像素(虚框所示)组成的区域内，可以进行图8或图9所示的偏移并曝光。偏移次序可以是如图10那样从未偏移的第1个位置逐次偏移，最终到水平和垂直方向各进行2次偏移的第9个位置。也就是说，在4个像素内进行了9次曝光。

归纳而言，根据本发明一实施例的3D打印方法，其在成像时依序提供多个第一光束子图像(例如前述的光束子图像30)，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含像素点和非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数。然后使各第一光束子图像依次透过一偏移机构，将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和垂直偏移次数为0至(n-1)次，n为正整数且n大于m+1，每次偏移的偏移量为该第一光束子图像的像素点的尺寸的m/n。

下文将继续描述该方法的细节，并提出可实施该方法的3D打印设备。

本发明的一实施例描述一种光固化型3D打印设备及其图像曝光系统，该图像曝光系统使用液晶面板作为面阵图像源。

图11示出本发明一实施例的3D打印设备的图像曝光系统。参照图11所示，本实施例的图像曝光系统300包括光源301、聚焦透镜阵列302、偏转镜片303、液晶面板304、第一偏振光滤光器305、第二偏振光滤光器306、投影镜头307以及控制器(图未示出)。为简明起见，不示出与本发明无关的器件。

光源301可出射一光束。光源301所发出的光的波长随固化成型的光敏材料而定。例如，选择UV树脂作为光敏材料时，光束可为紫光至紫外光，其波长在430nm以下，例如400-405nm。

液晶面板304位于光源301的出光光路上。液晶面板304包含有多个像素，其主要作用是偏转光源301所发出的光束的偏振方向，配合偏振光滤光器可遮挡光源发出的一部分光，以形成光束图像。液晶面板304的入光侧和出光侧分别设置第一偏振光滤光器305和第二偏振光滤光器306，组成液晶系统。第一偏振光滤光器305和第二偏振光滤光器306只允许和其极化方向相同的光通过，而且二者极化方向相互垂直。在没有液晶面板304的情况下，第一偏振光滤光器305和第二偏振光滤光器306会阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个偏振光滤光器之间为液晶面板304。液晶面板304被分隔为许多充满液晶的液晶单元。每一液晶单元对应一个像素。光线穿出第一偏振光滤光器305后，经过液晶面板304，会被液晶分子扭转一定角度，扭转角度受加在液晶面板上的电压控制。这些光线只有和第二偏振光滤光器306极化方向相同的分量才能从第二偏振光滤光器306中穿出。因此，个别控制各液晶单元的液晶分子的排列方向，就可控制光线透过液晶系统的亮度和图像。

当用于3D打印时，液晶面板304所形成的光束图像可以只包含灰阶信息。因此，液晶面板304可不需要彩色滤色片等在用作显示面板时需要的光学元件。

在本发明的实施例中，第一偏振光滤光器305可以是偏振片或者偏振光分光棱镜。第二偏振光滤光器306也可以是偏振片或者偏振光分光棱镜。

对液晶面板304的每一像素而言，由于液晶单元附近需要布置薄膜晶体管和布线等，并无法让光束全部通过。考虑到包含透光率在内的各种光能量损失，光源301需要达到一定的照射功率才能使光敏材料固化，或者使固化的时间在可接受的程度。如前文所述，波长在430nm以下的光，达到一定功率后对液晶的损害较大。因此如何在满足使光敏材料固化的条件下，尽可能地降低光源301的照射功率成为基于液晶面板的图像曝光系统可实施的关键。

本实施例引入聚焦透镜阵列302并配合对聚焦程度的控制来达成前述目的。

聚焦透镜阵列302设置于液晶面板304的入光侧。聚焦透镜阵列302包含了许多微小的聚焦透镜。每一聚焦透镜对应液晶面板304的每一像素。图12示出本发明一实施例的聚焦透镜阵列与液晶面板的配合关系。在此实施例中，聚焦透镜阵列302是覆盖在液晶面板304上。举例来说，某一聚焦透镜302对应液晶面板304的某一像素304。此像素304包含不透光的黑色掩模504a和透光区域504b。聚焦透镜阵列302可以是由树脂材料压制而成。

在本实施例中，光源301的形状、面积、发散角、到液晶面板304的距离需要被严格设计，以得到所期望的聚焦程度，后文将详细描述。

图13示出图11所示图像曝光系统单个像素的光路原理图。参照图13所示，光源301发出光束，设其发光面的高和宽都为A，光源发散角能够配合液晶面板304需要照射的面积，光源301到聚焦透镜阵列302的距离为L1，光束照射到聚焦透镜阵列302，其中部分光线照射到某一聚焦透镜302，对应液晶面板304的某一像素504。像素504的尺寸为P。

聚焦透镜302会对光源301发出的光束进行汇聚，同时，在聚焦透镜302后端会产生光源301的像501a。像501a经过投影镜头207后，投影在光敏材料(图中未示出)表面上形成光斑。

设聚焦透镜的前焦距为f，后焦距为f’(f’≈f)，光源301的像高为d，聚焦透镜302到成像面的距离为L2，按照高斯公式我们可以得到：

f/L1+f’/L2＝1；

L1/L2＝A/d。

在一个示例中，f＝100μm，P＝20μm，L1＝200mm，A＝20mm代入上式则：

100μm/200mm+100μm/L2＝1；L2＝100.05μm；

200mm/100.05μm＝20mm/d；d＝10μm。

通过上述计算可知，可以通过适当的设计，控制成像光斑的大小。在此，光斑越小，意味着聚焦程度越高，分辨率提高程度越高。

事实上由于聚焦透镜302可能的制造缺陷，特别是光的衍射效应的存在，光斑尺寸会略大于实际计算，而且光斑的形状也可能成为圆形，而和光源301原来的形状不一样，这需要在实际试验中对前述参数进行调整，以确定最终数据。

投影镜头307布置在液晶面板304与三维打印设备的光敏材料表面320之间，将液晶面板304及偏振光滤光器305、306所形成并出射的光束图像投影到光敏材料表面320。再参考图13所示，光源301在液晶面板304的每一像素后有一像501a。投影镜头307的位置，则是位于该像与光敏材料表面之间，如图13所显示的那样。因此，光源301经液晶面板304后形成的多个微光斑将清晰地投影到光敏材料表面320上。可使会聚后的像501a的尺寸与液晶像素尺寸之比为1:2，即面积之比为1:4。尽管经过投影，像501a的尺寸会扩大，但这一比例在像301a投影到光敏材料表面上时会保持不变。下面将参考光敏材料表面的光斑来继续讨论比例的设定。

图3示出可视为本实施例的图像曝光系统一次曝光在光敏材料表面上所形成的图像。作为比较，如果光线直接通过图14示出的图像曝光系统的黑色掩模进行成像，则会得到类似于此黑色掩模的图像(接近如图2所示，但是像素间距较大)。比较图2和图3可知，经过聚焦透镜阵列302的会聚后，图像中光斑的尺寸缩小了。通过如前文所述的适当的光学设计来调整会聚的程度，以决定光斑的尺寸缩小比例。举例来说，可使会聚后的光斑尺寸(像501a投影在光敏材料表面的尺寸)与像素尺寸(液晶像素投影在光敏材料表面的尺寸)之比为1:2，即面积之比为1:4。

可以理解，考虑到前述聚焦透镜302制造的缺陷和光的衍射效应等因素，当所设计光斑尺寸与像素尺寸之比为1:2时，实际的光斑尺寸与像素尺寸之比会略大于1:2。本实施例的图像曝光系统允许适当的误差，即前述尺寸之比约为1:2。

此外，可使会聚后的光斑尺寸与像素尺寸之比约为1:3或1:4。这里取整数倍的原因是考虑到后续偏转时，需要在各个光斑的空白部分插入新的光斑。

如图3所示，光敏材料表面上一次曝光的图像中，光斑之间留有空白。为此，通过多次曝光来填补这些空白，使光斑布满整个光敏材料表面。

在本实施例中，在液晶面板304的出光侧，例如液晶面板304与投影镜头307之间(或者投影镜头307之后)布置有偏转镜片303。偏转镜片303能够围绕至少一转轴偏转，以微调光束图像投影到光敏材料表面320的位置。前述的转轴均垂直于图像曝光系统的光轴z，在偏转镜片和液晶面板304平行(和光轴z垂直)时，光线垂直照射在偏转镜片303，这时没有折射现象发生，光线a直接经过偏转镜片(如图15)；如果偏转镜片303围绕一转轴倾斜一个角度，光线从空气进入偏转镜片303将会产生折射，光线从偏转镜片303进入空气时再次发生折射，两个折射的折射角度相同，方向相反，折射后的光线b将按原有方向前进，但是发生微小的位移(如图16)。举例来说，偏转透镜的这一转轴是图16所示的转轴x。另外，这一转轴可以是位于包含转轴x且垂直于光轴z的平面内，且垂直于转轴x的转轴y(图未示出)。在本发明的实施例中，偏转镜片303可以既能够绕转轴x偏转，也能绕转轴y偏转。

上述的偏转可以结合多次曝光，使各次曝光的光束图像叠加，令光斑布满光敏材料表面320。具体地说，可以令光源301进行多次曝光，在每次曝光时，命令偏转镜片303进行偏转以将各次曝光的光束图像投影到该光敏材料表面的不同位置。在第1次曝光时，形成了如图3所示的光束子图像30a；在第2次曝光时，由于偏转镜片303绕着x轴偏转，使光束图像略微沿图中的水平方向移动，形成如图8所示的光束子图像30e；在第3次曝光时，由于偏转镜片303绕着x轴偏转，使光束图像略微继续沿图中的水平方向移动；……；在第4次曝光时，偏转镜片303绕着在x轴复位，y轴偏转，使光束图像略微沿图中的垂直方向移动，形成如图9所示的光束子图像30f；同理，在第5-9次曝光时形成对应的光束子图像。这些投影图像按照图10所示的示例方式依次进行曝光，形成完整的光束图像。

在实际实施时，可以使用图像曝光系统300的控制器，命令光源301进行多次曝光，同时在每次曝光时命令该偏转镜片303配合进行x、y两个方向的偏转。

在本发明的另一实施例中，如图17所示，液晶面板304连接有微位移驱动机构308以代替偏转镜片303。微位移驱动机构308能够驱动液晶面板在x方向和y方向移动，以微调光束图像投影到光敏材料表面320的位置。在此，x、y方向在同一平面，且这一平面垂直于图像曝光系统的光轴z。在微位移驱动机构308没有驱动液晶面板位移时，液晶面板304的光束图像在光敏材料表面320的第一位置；当微位移驱动机构308驱动液晶面板304在一方向(x或y方向)微位移时，液晶面板304的整个光束图像将随着液晶面板304发生微小的位移。

微位移驱动机构308可以是压电陶瓷。

需要指出的是，光束图像的叠加虽然布满该光敏材料表面，但是可以理解，光束图像中并非每个位置都是亮点，而是可能有暗点。

在本实施例中，各次曝光的光束图像是包含不同的图像信息。这就意味着，图像的分辨率至少变为原来的4倍，且在边缘部分精细程度得到增强。因此3D打印的精度得到显著提高。

本发明的一个实施例描述一种3D打印设备及其图像曝光系统，该图像曝光系统使用数字微镜元件作为面阵图像源。

图18示出本发明一实施例的3D打印设备的图像曝光系统。参照图18所示，本实施例的图像曝光系统400包括光源401、带通滤色片402、积分棒403、中继光学元件404、反射镜405、数字微镜元件406、TIR(TotalInternalReflection,全内反射)棱镜407、投影镜头408以及控制器(图未示出)。为简明起见，不示出与本发明无关的器件。

光源401用来产生需要照射到数字微镜元件406上的光束。光源401所发出的光的波长随固化成型的光敏材料而定。例如，选择UV树脂作为光敏材料时，光束可为紫光至紫外光，其波长在430nm以下，例如360-305nm。

在此实施例中，在光源401和数字微镜元件406之间设置了多个光学器件。如图18所示，在光源401中，UHP灯泡发射出的光线通过反光碗汇聚成一个光点。这一光点通过带通滤色片402滤除固化光敏材料不需要的光线，再通过积分棒403将光束均匀化，再由反射镜405与透镜组(如果需要的话)配合照射到TIR棱镜407上，TIR棱镜407将光线反射到数字微镜元件406上，最后光线经数字微镜元件406反射后，经过TIR棱镜407和投影镜头408照射到光敏材料表面上。

数字微镜元件406在本发明中用作空间光调制器。图19A示出图18所示图像曝光系统的数字微镜元件的结构图，图19B示出图19A的单个像素结构图，图19C示出图19B的侧视图。参考图19A-19C所示，数字微镜元件可被简单描述成为一个半导体光开关，数十到数百万个像素聚集在CMOS硅基片上。一个像素510包括一个微镜511，每一微镜511的尺寸例如为十几微米。为便于调节方向与角度，微镜511由一支撑柱512安装在轭形件513上并被其举起，支撑柱512从微镜中心向下伸出，沿其扭转轴到达轭形件513中心，使微镜511的质量中心在轭形件513上保持平衡。轭形件513由一对扭铰件514沿其中心轴作轴向支撑，扭铰件514另一端伸至一个支撑柱头515并安装在其上，支撑柱头515则是在相应的支撑柱516顶端形成。一对抬起的微镜寻址电极517和518由对应的寻址支撑柱519和520支撑。寻址支撑柱519和520、支撑柱516支撑着寻址电极517和518、扭铰件514，轭形件513离开并处于偏置/复位总线521和一对基板层寻址电极片522和523之上。

数字微镜元件的微镜的转动受控于来自SRAM的数字驱动信号。当数字信号被写入SRAM时，SRAM向数字微镜元件输出寻址电压。寻址电压施加在两寻址电极片522和523之一，并经相联的电极支撑柱519和520加到相应的举起的微镜寻址电极517和518之一。同时，偏置电压加到偏置/复位总线521上，并经支撑柱516、支撑柱头515和扭铰件514加到轭形件513上，以及经支撑件512加到微镜311上。

通过寻址一个电极517或518，就在举起的对应寻址电极522或523上产生寻址电压，在两处产生静电吸引力，如50和52所示，或54和56所示。有选择地将寻址电压加到两寻址电极517和518之一，可决定一旦电压加到偏置总线521以及轭形件513和微镜511上时微镜511和轭形件513朝哪个方向转动。

图20示出图像曝光系统的数字微镜元件的工作原理。简而言之，数字微镜元件的工作原理就是借助各微镜反射需要的光到投影镜头，同时通过光吸收器吸收不需要的光来实现影像的投影，而其光照方向则是借助静电作用，通过控制微镜的角度来实现的。

通过对每一个微镜下的存储单元以二进制平面信号进行寻址，数字微镜元件上的每个微镜以静电方式倾斜为开或关状态。决定每个微镜倾斜在哪个方向上为多长时间的技术被称为脉冲宽度调制(PWM)。微镜可以在一秒内开关1000多次。控制微镜开和关的状态数目的比例，即可达到控制图像中该点亮度(灰度)的目的。

来自投影灯的光线，通过聚光透镜以及滤色片后，照射到微镜上。如图20所示，以数字微镜元件对准投影镜头408的方向作为0°位置。该入射光线被以24°直接照射在数字微镜元件上。当数字微镜元件的某一微镜在“开”的位置即+12°时，入射光经过其反射，进入设置在0°位置上的投影镜头408，在光敏材料表面上形成一个投影图像；当镜片在“关”的位置即-12°时，入射光经过其反射，进入设置在48°位置上的光吸收器210，而不会照射到光敏材料表面。

此外，微镜还有“平”的位置，此时入射光经过其反射，以24°的角度出射，不过这一位置在工作时不会出现。

在本发明的实施例中，数字微镜元件的各个微镜被设计为凹面镜，配合下述经过严格设计的照明系统，可将照射到其上的光会聚成尺寸小于该微镜尺寸的微光斑。图21示出图19A所示数字微镜元件的单个微镜的会聚光路图。图22示出图19A所示数字微镜元件的单个微镜在+12°偏转角时的会聚光路图。参考图21和图22所示，具有一定角度的平行光束射入某一具有凹面镜特性的微镜501。假设该凹面的微镜501的焦距f为60μm，微镜所对应的像素尺寸p为14μm，该光束的半夹角β为3.5°，则微镜所反射形成的微光斑的像高a为：

tan(β)＝(a/2)/f；a＝2*f*tanβ＝7.3μm；

即在微镜前出现一个尺寸为7.3μm的像，其尺寸为像素尺寸的约1/2。

设W为出射光最大半角，则有：

tan(w)＝((a+p)/2)/f＝((7.3+14)/2)/60＝0.1775，W＝10.065°；

光圈数值Fno的计算如下：

Fno＝1/(2tan(w))＝2.8。

即光路系统中，24°入射的光线被+12°偏转的微镜反射为0°的出射光，该光线进入位于0°的投影镜头，该镜头只需使用2.8光圈值即可使全部光线通过。同时该镜头的焦平面不再位于数字微镜元件的微镜上，而位于数字微镜元件前面的微光斑阵列上，这样比原来微镜面积小得多的微光斑组成的阵列被投影到光敏材料表面上，最终在光敏材料表面成像，形成曝光光斑。

图23示出图19A所示数字微镜元件的单个微镜在-12°偏转角时的会聚光路图。可见，这时的光线被偏转至48°，被位于此位置的光吸收器210吸收。这时光束角被限制在48°±10.065°，即最小光束角在48-10.065°≈38°，远大于投影镜头可以接受的±10.065°，而不会进入光路。

图3所示光束子图像可视为本实施例的图像曝光系统一次曝光在光敏材料表面上所形成的图像。作为比较，如果光线通过平面的微镜进行成像，得到图像会几乎占据全部投影面积(如图2所示)。比较图2和图3可知，经过呈凹面镜的微镜的会聚后，图像中微光斑的尺寸缩小了。通过精确设计照明系统和凹面镜的形状，可控制成像光斑的大小。举例来说，可使成像光斑尺寸与像素尺寸(微镜的尺寸)之比为1:2，即面积之比为1:4。

此外，可使成像光斑尺寸与像素尺寸之比约为1:3或1:4。这里取整数倍的原因是考虑到后续微位移时，需要在各个微光斑之间的空白部分插入新的微光斑。

如图3所示，光敏材料表面上一次曝光的图像中，光斑之间留有空白。为此，通过如图10所示多次位移并曝光来填补这些空白，使光斑布满整个光敏材料表面。

如图18所示，数字微镜元件406连接有微位移驱动机构409。微位移驱动机构409能够驱动数字微镜元件406在x方向和y方向移动，以微调微光斑阵列投影到光敏材料表面的位置。在此，x、y方向在同一平面，且这一平面垂直于图像曝光系统的光轴z。在微位移驱动机构没有驱动数字微镜元件406位移时，数字微镜元件406的微光斑阵列在光敏材料表面的第一位置成像；当微位移驱动机构409驱动数字微镜元件406在一方向(x或y方向)微位移时，数字微镜元件406的整个微光斑阵列将随着数字微镜元件406发生微小的位移，从而在光敏材料表面的第一位置以外的位置成像。

上述的位移可以结合多次曝光，使各次曝光的光斑图像叠加，令光斑布满光敏材料表面。具体地说，可以令光源401进行多次曝光，在每次曝光时，命令数字微镜元件406进行位移以将各次曝光的微光斑阵列投影到该光敏材料表面的不同位置。在第1次曝光时，形成了如图3所示的光束子图像30a；在第2次曝光时，由于微位移驱动机构409沿着x方向移动1/3个原始像素大小的距离，使微光斑阵列略微沿图中的水平方向移动，形成如图8所示的光束子图像30e；在第3次曝光时，由于微位移驱动机构409继续沿着x方向移动1/3原始像素大小的距离，使微光斑阵列略微沿图中的水平方向移动；……；在第4次曝光时，微位移驱动机构209在x方向复位，且沿着y方向移动，使微光斑阵列略微沿图中的垂直方向移动1/3原始像素大小的距离，形成如图9所示的光束子图像30f；同理，在第5-9次曝光时形成对应的光束子图像。各个光束子图像组合，形成完整的光束图像。

在本实施例中，微位移驱动机构409可以是压电陶瓷。在实际实施时，可以使用图像曝光系统400的控制器，命令光源401进行多次曝光，同时在每次曝光时命令微位移驱动机构209配合进行x、y两个方向的移动。

投影镜头408布置在数字微镜元件406与三维打印设备的光敏材料表面之间，将数字微镜元件406反射的微光斑阵列投影到光敏材料表面。

需要指出的是，微光斑阵列的叠加虽然布满该光敏材料表面，但是可以理解，微光斑阵列中并非每个位置都是亮点，而是可能有暗点。

在本发明的实施例中，各次曝光的光束子图像30a-30d包含不同的图像信息。因此3D打印的精度得到显著提高。这些不同的图像信息可以是来自可以组成一幅完整图像的4个不同的图像文件，也可以是从同一图像文件的一幅图像经处理后抽取而成的4个子图像。以图24所示实例来说，图像中包含4*4＝16个像素A1-A4,B1-B4,C1-C4,以及D1-D4，有阴影的像素表示需要曝光，无阴影的像素表示无需曝光。在此，可以从图像中分别抽取出像素组{A1,A3,C1,C3}，{A2,A4,C2,C4}，{B1,B3,D1,D3{，以及{B2,B4,D2,D4}，作为4个子图像分别给4次曝光使用。相比之下，传统的打印设备所使用的图像，其每一像素的大小至少为如图24所示的4个像素，如{A1,A2,B1,B2}，因此其分辨率明显更低。

上述的例子是在控制偏移量为原始像素尺寸的1/3时，进行9次曝光。还可以在控制偏移量为原始像素尺寸的1/4时，进行16次曝光以提高精确度。以此类推。

图25示出本发明另一实施例的3D打印设备的图像曝光系统。在本实施例中，用偏转镜片411来代替前述的微位移驱动机构409。偏转镜片411可布置在数字微镜元件到光敏树脂光路中的任意位置，一般布置在靠近投影镜头的位置。偏转镜片411能够围绕至少一转轴偏转，以微调光束投影到光敏材料表面的位置。前述的转轴均垂直于图像曝光系统的光轴z，在偏转镜片411和数字微镜元件406平行(和光轴z垂直)时，光线垂直照射在偏转镜片411(如图26所示)，这时没有折射现象发生，光线直接经过偏转镜片411；如果偏转镜片411围绕一转轴倾斜一个角度(如图27所示)，光线从空气进入偏转镜片411将会产生折射，光线从偏转镜片411进入空气时再次发生折射，两个折射的折射角度相同，方向相反，折射后的光线将按原有方向前进，但是发生微小的位移。另外，这一转轴可以是位于包含转轴x且垂直于光轴z的平面内，且垂直于转轴x的转轴y。在本发明的实施例中，偏转镜片411可以既能够绕转轴x偏转，也能绕转轴y偏转。

同样地，上述的偏转可以结合多次曝光，使各次曝光的光束图像叠加，令光斑布满光敏材料表面。具体地说，可以令光源401进行多次曝光，在每次曝光时，命令偏转镜片411进行偏转以将各次曝光的光束图像投影到该光敏材料表面的不同位置。

在实际实施时，可以使用图像曝光系统400的控制器，命令光源401进行多次曝光，同时在每次曝光时命令该偏转镜片411配合进行x、y两个方向的偏转。

图28示出作为比较的图像曝光系统经过1次曝光在光敏材料表面上所形成的图像。参考图28所示，按照已知的图像曝光系统，要形成图示的不规则多边形，只能以图中的5个像素的区域近似，分辨率较低。

图29示出作为比较的图像曝光系统经过1/2聚焦和4次曝光在光敏材料表面上所形成的图像。参考图29所示，经过聚焦和4次曝光后，分辨率提升为原来的4倍，其阴影区域与不规则多边形已较为接近。不过在一些面积不到缩小后像素的边缘区域，仍然存在误差。

图30示出作为比较的图像曝光系统经过1/3聚焦和9次曝光在光敏材料表面上所形成的图像。参考图30所示，经过聚焦和9次曝光后，分辨率提升为原来的9倍，其阴影区域与不规则多边形已比4次曝光更为接近，但是这需要更为精细的图像曝光系统。

图31示出本发明一实施例的图像曝光系统经过1/2聚焦和9次曝光在光敏材料表面上所形成的图像。图32示出作为参考的图像曝光系统经过9次像素面积缩小到1/4光斑曝光在1/9光斑网格上所形成的图像。参考图31和图32所示，本实施例的图像曝光系统经过聚焦和9次曝光后，基础分辨率提升仅为原来的4倍，但是经历了类似图30的9次曝光，在虚框所示的边缘区域61、62、63和64，可以通过移动1/3或2/3个原像素P的尺寸来使阴影区域更接近不规则多边形。因此本发明实施例的方式与图29所示的1/2聚焦和4次曝光方案相比，进一步提高了分辨率。如果与图30所示的1/3聚焦和9次曝光方案相比，本发明的实施例在物体边缘普遍大了1/6个像素P1的尺寸。在某些情况下，这是有益的，例如在图30中多边形左侧的不足部分，在图31中被多出的1/6个像素P1的尺寸补上。由于这种边缘增大的效应，本发明的实施例可以通过计算，使得仅在1/2聚焦和4次曝光后的图像与理想图像之间的空白达到2/3个像素P1的尺寸时，才需要通过移动来填补这一空白。

本发明的实施例由于是进行多次曝光，这种通过多次曝光来使光固化树脂的不同像素点分时固化的方法还有另一优点。具体地说，光固化材料固化时会产生微小的体积收缩，因此，在光固化树脂的一个区域固化时，其内部的每一个小区域都会对其其周围的光固化树脂产生拉扯(内应力)。当大面积光固化树脂一并固化时，这种现象会十分显著。本发明上述实施例的方法，通过让不同像素点在不同时间固化，可以降低各像素点固化时对周围像素点拉扯的影响，从而改善了打印体翘曲和变形的程度。参考图3、8和9所示，先对光固化树脂上间隔排列的多个像素点进行第1次曝光固化形成投影图像30a，各个像素点固化时拉扯的周围区域都还是液态的光固化树脂，液态材料的易变性抵消了拉扯的影响；接着，进行第2次曝光固化形成投影图像30e，这次固化的像素在上、下和右三个方向周围都还是液态的光固化树脂，因此这两个方向的液态材料的易变性抵消了拉扯的影响；之后，按照图10所示顺序进行后续各次曝光固化形成投影图像，在第4、5、6、7、8次曝光中，像素都至少有一个有液态的光固化树脂，因此这个方向的液态材料的易变性抵消了拉扯的影响；在第9次曝光中，尽管固化的像素周围均是固态的光固化树脂，但这时只有很小区域材料被固化，而且聚焦后像素点的特性是中间比周围更亮，这样在固化发生时像素中间会比边缘更快固化，中间固化时的内应力还可被周围未固化树脂吸收一部分，等完全固化时积聚的内应力已十分小了。更重要的是，因同一时刻只有相互隔开的像素点在进行固化，而相邻的像素不会同时进行固化，避免了各个像素点同时固化时的互相拉扯。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换。例如在本发明的各实施例中，所示的光路还可以用远心光路实现。因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种提高分辨率的3D打印方法，包括以下步骤：

依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多个像素点和多个非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；

使各第一光束子图像依次透过一偏移机构，将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n。

2.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，依序提供多个第一光束子图像的步骤包括：

经过严格设计的光源发射的光束透过一聚焦阵列进行聚焦，以分别形成该第一光束子图像，光点被聚焦到原尺寸的1/m。

3.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，依序提供多个第一光束子图像的步骤包括：

使用一空间光调制器接收一光束，并在该空间光调制器的各个像素元件上聚焦光束且选择性地反射光束，从而在预定方向上提供各该第一光束子图像，其中各个像素元件将光束的光点聚焦到原尺寸的1/m。

4.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，该多个第一光束子图像的数量为n²。

5.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，m为2-4之间的正整数。

6.如权利要求1所述的提高分辨率的3D打印方法，其特征在于，n为3-6之间的正整数。

7.一种提高分辨率的3D打印设备，包括：

图像源，依序提供多个第一光束子图像，各第一光束子图像具有第一分辨率，且各第一光束子图像包含多像素点和多非像素点，各个相邻像素点之间相隔m-1个非像素点，m为大于1的正整数；

偏移机构，依次透过各第一光束子图像，并将各第一光束子图像按照对应的水平偏移次数和垂直偏移次数偏移一定距离后投向一光敏材料表面，其中该水平偏移次数和该垂直偏移次数为0至n-1次，n为在对应方向上的曝光次数，n为大于m的正整数，每一次偏移的偏移量为该第一光束图像的像素点的尺寸的m/n；

控制器，命令该图像源按照预定的时序提供该多个第一光束子图像，且针对各第一光束子图像，命令该偏移机构按照对应的水平偏移值和垂直偏移值进行偏移后投影到该光敏材料表面，组成完整的曝光图像。

8.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该图像源包括：

光源，出射一光束；

液晶装置，接收该光束；

聚焦阵列，对光束进行聚焦，以分别形成该多个第一光束子图像。

9.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该图像源包括：

空间光调制器，接收一光束，并在其各个像素元件上聚焦光束且选择性地反射光束，从而在预定方向上提供该多个第一光束子图像，其中各个像素元件将光束的光点聚焦到原尺寸的1/m。

10.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该多个第一光束子图像的数量为n²。

11.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，m为2-4之间的正整数。

12.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，n为3-6之间的正整数。

13.如权利要求8所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该液晶装置包括：

液晶面板，位于该光源的出光光路上，该液晶面板具有第一分辨率；

第一偏振光滤光器，设置于该液晶面板的入光侧；

第二偏振光滤光器，设置于该液晶面板的出光侧，该第一偏振光滤光器和该第二偏振光滤光器配合该液晶面板遮挡该光束的一部分，以形成该第一光束子图像；

该聚焦阵列设置于该液晶面板的入光侧，该聚焦阵列包含多个聚焦透镜，每一聚焦透镜对应该液晶面板的每一像素，每一聚焦透镜能够会聚照射到其上的光束，使该光束尽可能多的透过该像素的透光区域，并在该液晶面板的出光侧成像，且像的尺寸小于对应像素的透光区域的尺寸。

14.如权利要求9所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该空间光调制器具有多个微镜，每一微镜对应一像素，用于根据控制信号调节照射到其上的光的反射方向，该反射方向包括该预定方向和另一方向，其中每一微镜为凹面镜，将照射到其上的光会聚成尺寸小于该微镜所对应的像素尺寸的微光斑。

15.如权利要求13所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，设该光源与该聚焦透镜的距离为L1，该聚焦透镜到成像面的距离是L2，该聚焦透镜的前焦距和后焦距分别为f和f’，该光源的尺寸为A，该像的尺寸为d，则满足以下条件：

f’/L2+f/L1＝1；

L1/L2＝A/d。

16.如权利要求14所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，假设各微镜的焦距为f，微镜所对应的像素尺寸为p，入射到各微镜的光束的半夹角为β，微光斑的像高为a，出射光最大半角为W，则满足：

tan(β)＝(a/2)/f；

tan(w)＝((a+p)/2)/f；

Fno＝1/(2tan(w))。

17.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该偏移机构包括：

偏转镜片，布置在该图像源的出光侧，该偏转镜片能够围绕垂直于该图像源的光轴的至少一转轴偏转，以微调该第二光束子图像投影到该光敏材料表面的位置。

18.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，该偏移机构包括：

微位移驱动机构，连接该图像源，能够驱动该图像源在相互垂直的第一方向和第二方向移动，以微调该第二光束子图像投影到该光敏材料表面的位置。

19.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，还包括投影镜头，布置在该图像源与光敏材料表面之间，且位于该聚焦阵列的像与该光敏材料表面之间，将该第二光束子图像投影到该光敏材料表面。

20.如权利要求7所述的提高分辨率的3D打印设备，其特征在于，还包括投影镜头，对准该空间光调制器的该预定方向，使该光源通过各微镜所成的微光斑阵列投射到该光敏材料表面。