CN113165375B - 具有检测单元以便光学调整和图像修改的立体光刻设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于生成三维物体(2)的立体光刻设备(1)，包括：光学单元(4)，用于朝向可光固化物质(3)投射图像，以便硬化沉积在聚焦层(5)中的可光固化物质(3)；控制单元(6)，其特征在于还包括：检测单元(7)，其包括：可移动地布置在检测区域(9)中的检测装置(8)，用于在生成过程期间或在生成暂停中检测由光学单元(4)投射的图像以及用于输出检测信号；和用于将检测装置(8)移入或移出检测区域(9)的第一驱动装置(10)，其中光学单元(4)包括：连接到光学单元(4)的第二驱动装置(11)，用于将聚焦层(5)移入或移出检测区域(9)，其中控制单元(6)基于表示所检测到的图像的信号调整光学单元(4)和/或修改要投射的图像。

Description

具有检测单元以便光学调整和图像修改的立体光刻设备
技术领域
本发明涉及立体光刻设备。本发明更特别地涉及用于立体光刻设备的校准技术。
背景技术
立体光刻设备用于通过逐步地或连续地用分层图像曝光可光固化物质(例如液态单体)来制造具有期望形状的三维物体的过程，所述分层图像可以例如通过数字掩模或通过激光束的扫描生成。立体光刻的基本原理通常也称为快速原型制作或三维打印。对于立体光刻制造过程，除了创建数字掩模的基于像素的显示器外，还可以使用与可控微镜结合的激光束来将分层图像(尤其是基于像素的分层图像)投射到可光固化物质中的参考表面中，以使其逐步地或连续地硬化。该参考表面通过聚焦层限定，在该聚焦层中进行可光固化物质的固化。取决于应用，固化层可以具有刚性或柔性的稠度，并且也可以定位于流体可光固化物质的体积内。为了将固化层与参考表面分离，在生成过程的下一步骤之前，固化层首先通过聚合过程中的粘附被转移到相对于参考表面可相对移动的平台上。在生成过程的后续步骤中，确保新鲜的可光固化物质在最后的固化层(即聚合前沿)和参考表面之间流动。这可以例如通过平台的简单相对运动或行程组合来实现。然后，可以通过随后的曝光使流入的可光固化物质固化。重复生成过程的这些步骤，直到根据投射的分层图像生成物体为止。
光学单元在三维物体的制造过程中起着重要的作用。光学单元以电磁辐射的形式将分层图像投射到可光固化物质中。为了在立体光刻设备的整个寿命周期中确保稳定且准确的物体尺寸，重要的是光学单元(即光源、投射装置、数字反射镜装置等等)的实际状态应保持最初校准的状态并位于安装位置处。因此，在立体光刻制造过程中，当光学单元的特性(例如，放大倍率)改变时就会出现问题。这样的结果是，批处理的三维物体可能有错误，这些错误仅在经过一定时间后例如通过物体尺寸的改变才被用户观察到。在现有技术中，放大倍率的稳定性和物体尺寸的相关正确性不时地由用户通过生成校准体并对其进行测量来控制。这些校准体通常必须由用户保存并与批次一起交付。为此，使用具有各种测量表面的小方块或类似阶梯的物体作为校准物体。在现有技术中，光学单元的特性、例如立体光刻设备的聚焦层的位置在工厂中被校准，并且随后可以仅通过由服务技术人员干预立体光刻设备来进行校准。从现有技术中还已知一些用于立体光刻设备的校准技术。
EP1726927A1公开了一种投射设备，其中使用检测非成像光的传感器来校准投射图像。
US2003/0179435A1公开了一种投射仪设备，其中使用检测转向光的传感器来校准光源。
EP1849587A1公开了一种立体光刻设备，该立体光刻设备使用恒定的灰度级补偿矩阵，该灰度级补偿矩阵叠加在每一个单个位图掩模上来实现光的均匀分布。
WO2016016443A1公开了一种具有用于提高光强度的光均化器的立体光刻设备。
US2009/0184444A1公开了一种光学模制设备，其检测由可紫外线固化树脂反射的反馈光。
EP1106332A2公开了一种立体光刻设备和使用针孔校准板来对立体光刻光束进行分布，该针孔校准板在运输之间或在该立体光刻设备损坏之后被定位在可紫外线固化液体的表面的精确位置中。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种立体光刻设备，其能够在生成过程期间或在生成暂停中以通用、广泛和灵活的方式选择性地进行光学调整和图像修改。
本发明提供一种用于由可光固化物质生成三维物体的立体光刻设备。该立体光刻设备包括：光学单元，其用于朝向可光固化物质投射图像，以便使沉积在聚焦层中的可光固化物质硬化；和控制单元，其用于控制光学单元。该立体光刻设备还包括：检测单元，该检测单元包括：检测装置，其可移动地布置在检测区域中，用于在生成过程期间或在生成暂停中检测由光学单元投射的图像的至少一部分并将表示检测到的图像的信号发送给控制单元；和第一驱动装置，其用于将检测装置移入或移出检测区域，其中光学单元还包括：第二驱动装置，其连接至光学单元，用于将聚焦层移入或移出检测区域，并且其中控制单元还适于控制第一驱动单元和第二驱动装置，并基于表示检测到的图像的信号来选择性地调整光学单元和/或修改要投射的图像。
本发明的主要有利效果是，不利地影响三维物体的制造过程的光学单元的物理特性，例如光学单元或其部件的位置变化、聚焦层的变化、图像清晰度的变化、放大倍率的变化、强度分布的变化、照射均匀性的变化、光学畸变、任何像素误差等等，可以选择性地通过内置检测单元以不同投射深度和图像尺寸在生成过程期间或在生成暂停中检测到并通过光学调整和/或图像修改立即消除。因此，可以省去在制造过程期间对校准物体进行三维打印以及对这些校准物体进行测量的需要，因此，校准过程变得不太复杂并且主要是数字的。
根据本发明，可以将检测区域设置在光学单元的上和储存可光固化物质的桶的底侧，以实现节省空间的、紧凑的塔状结构。检测区域可以可替代地设置在光学单元的上方和储存可光固化物质的桶的上方。桶可以是可移除的，并且检测区域可以设置在已经从中移除桶的空间中。第一驱动装置将检测装置沿着垂直于光轴的方向移入或移出检测区域。该方向可以平行于储存可光固化物质的矩形桶的各侧重的任一侧。因此，检测装置可以相对于光轴在投射层内或在检测区域内的聚焦层内移动。第二驱动装置将聚焦层沿着光轴移入或移出检测区域。通过移动整个光学单元或其光学部件(例如，成像透镜)，可以将聚焦层移入或移出检测区域。第一驱动装置和第二驱动装置二者都具有包括马达和用于操作马达的相关致动器的机械装置。
根据本发明，检测单元可以是固定不动的，或者优选地可移除地内置在立体光刻设备中。检测单元可以布置在可移动的功能部件上，例如布置在储存可光固化物质的桶上。可替代地，可以使用另外的透明抽屉。抽屉可以与桶互换，或者抽屉被接收在桶的下方或上方。在扫描过程期间引导检测装置的机械部件可以设置在可移动的桶/抽屉和/或立体光刻设备的本体上。因此，可以将检测单元与可移动的桶或抽屉一起从立体光刻设备拉出。检测单元可以使用与用于可移动的桶的功能部件的附接、数据通信以及控制所使用的相同的机械接口和电气接口。这样的功能部件可以是用于擦拭可光固化物质的旋转/平移擦拭器。
根据本发明，检测装置包括一个或多个传感器，优选地一个或多个传感器阵列或线传感器。传感器可以组合成一组或多组传感器。一个或多个传感器阵列可以布置在臂上，所述臂与第一驱动装置连接以移入或移出检测区域。所述臂可以布置在桶下方，平行于可光固化物质的面向光学单元的表面。臂的长度可以等于或短于桶的宽度。一个或多个传感器可以是光敏二极管，或者具有有源传感器区域，例如CCD相机或CMOS相机中的有源传感器区域。一个或多个传感器可以具有位于有源传感器区域上的光学元件，例如透镜、滤光片、光圈、反射镜。可以使用一个或多个传感器来检测光学单元的光源的光学特性(即，与环境辐射或温度有关的波长光谱的至少一部分)以及对于光固化过程所需的波长光谱的至少一部分。由此，可以检测并相应地补偿光源的老化、光源在允许公差内的实际光输出以及室温的升高。一个或多个传感器可以用来通过在检测期间改变景深中的焦点位置检测体元体积(volume of a voxel)中的能量密度。可以基于光源温度，光源功率以及引入可光固化物质中的辐射能等等来针对可光固化物质的固化过程优化要曝光的层图像中的灰度级。
根据本发明，控制单元通过控制第二驱动装置来调整光学单元以消除光轴的倾斜。第二驱动装置可以使光学单元绕三个相互垂直的方向独立地旋转，其中这些方向之一垂直于可光固化物质的面向光学单元的表面。光学单元可以悬挂在万向节上或由万向节支撑。聚焦层中的倾斜可以例如通过使用要朝向聚焦层投射的校准图像来检测。校准图像中在聚焦层的相对端部之间对准的交替像素排允许检测强度和清晰度的变化，强度和清晰度表示关于相应方向的倾斜。可以在生成暂停中投射校准图像。可替代地，可以在生成过程期间将校准图像投射在不需要为生成三维物体而主动曝光的区域上。在任一种情况下，校准图像都可以仅投射在一个或多个有源传感器区域上，以防止可光固化物质的固化。由此，通过检测单元对光学单元的光学特征进行连续监测成为可能。
根据本发明，检测装置还可以检测由光学单元投射到用于物体生成的主动曝光区域中的图像引起的杂散辐射。在检测杂散辐射期间，第一驱动装置可以将检测装置移出由光学单元主动曝光的区域，但不移出检测区域。因此，可以在生成过程期间检测所述检测区域内的杂散辐射，例如在某一位置处，通过第一驱动装置将至少一个传感器放置在该位置中，使得不会干扰生成过程。由此，可以检测由杂散辐射引起的可光固化物质的辐射剂量，并将其与容许剂量进行比较。取决于杂散辐射剂量的水平，可以通过添加新的可光固化物质来循环和/或更新可光固化物质。而且，至少一个用于检测杂散辐射的传感器可以永久地布置在检测区域中，使得它是机器室的组成部分，用户不必一定要接近该机器室。
根据本发明，光学单元可以朝向可光固化物质投射相对较小的图像，该图像将被检测装置完全遮挡，以防止在检测期间光固化物质硬化。然后，检测装置检测该较小的图像的至少一部分，并且控制单元基于该检测来调整光学单元或修改要投射的图像用于生成过程。这些较小的图像可以在生成暂停中投射到传感器上，例如在两个连续层图像的曝光之间。可替代地，较小的图像可以投射到被移动到检测区域中不需要通过光学单元利用层图像主动曝光的位置中的传感器上，因此在生成过程期间可以通过检测单元对光学单元的光学特征进行连续监测。由此，可以进行连续监测而不会引起过多的辐射。
根据本发明，当第一驱动装置使检测装置在检测区域内沿着垂直于光轴的方向步进地或连续地移动时，检测装置可以检测由光学单元投射的图像的至少一部分。在该扫描过程期间，检测装置可以向控制单元输出表示扫描图像的信号。然后，控制单元可以基于检测到的图像确定补偿矩阵，并且基于补偿矩阵来修改要投射的图像。由此可以补偿光学畸变。
根据本发明，控制单元可以调整放大倍率、层图像的清晰度、聚焦层的位置，并且基于检测到的图像补偿光学单元的光学畸变。然而，当不可能进行检测时，可以输出光学单元中、例如光源中存在故障的结论。第一/第二驱动装置可以执行扫描过程以定位聚焦层并确定其光学特征。立体光刻设备可以通过光学单元中的一个或多个成像/变焦透镜至少在一定范围内的相对运动来改变放大倍率、层图像的清晰度、聚焦层的位置或投射距离。立体光刻设备还可以具有至少一个折叠的光束路径，该折叠的光束路径容许借助于对应的光学元件(例如，至少一个反射镜)的相对运动来调整聚焦层的位置。对于不同的投射尺寸，不仅可以全局，而且可以局部，每个区域地检测可能由光学单元引起的成像错误，例如光学畸变，并且可以用于修改管理立体光刻设备操作的参数或者通过建立补偿矩阵来修改层图像以便补偿光学畸变。
根据本发明，光学单元可以包括两个或更多个子光学单元，用于将两个或更多个图像分别朝向可光固化物质独立地投射，以便硬化沉积在聚焦层中的可光固化物质。检测装置可以在生成过程期间或在生成暂停中检测这两个或更多个图像中的每个图像的至少一部分，并将表示检测到的图像的信号输出到控制单元。第二驱动装置可以包括两个第二子驱动装置，每个第二子驱动装置均连接到子光学单元，用于将聚焦层移入或移出检测区域。第二子驱动装置可以相互联接以同时驱动聚焦层移入或移出检测区域。控制单元可以基于表示检测到的图像的信号来调整子光学单元和/或修改要投射的图像，并且在聚焦层中获得相同的成像特性，例如均匀性、像素尺寸等等。由此，可以匹配各个曝光的光学特征。校准图像可以包括具有明亮像素和暗像素的掩模，明亮像素和暗像素限定了至少一个或两个测量点和/或测量区域，这些测量点和/或测量区域的局部距离和尺寸是预先已知的，并且用于校准光学单元或子光学单元并修改分层图像。
根据本发明，控制单元可以使第二驱动单元基于由检测装置输出的信号来调整两个或更多个子光学单元，以并排地在聚焦层中生成相应图像，无间隙、无跳跃和无重叠。由此，可以消除各个曝光之间的间隔，并且可以使过渡平滑。
根据本发明，控制单元可以使桶相对于保持三维物体的平台来回平移或倾斜。由此，可以加速固化层的分离过程，并且可以加速生成过程。
根据本发明，立体光刻设备执行校准而无需用户进行任何主动测量。由此，光学单元(例如，光源)的特性可以保持稳定或保持在预定的特定范围内。另外，可以在每个生成过程之前和/或在完成一定数量的生成过程之后自动地或根据用户要求执行预防性校准例程。立体光刻设备还可存储检测/扫描协议，所述检测/扫描协议就用于生成过程中的一个或多个步骤的光学单元的至少一个重要特性而言对于生成过程是重要的，并且可选地将其通过LAN/WLAN等等传输到外围装置，以实现生成的三维物体的全面过程协议。这些可以传送到CAD CAM模块。立体光刻设备还可以容许在线校准以及故障诊断并且可以在本地或远程进行/监测校准和故障诊断。
附图说明
在后续描述中，将通过使用示例性实施例并参考附图来更详细地描述本发明的进一步的方面和有利效果，其中，
图1是在聚焦层撤回到与检测装置一致的位置的状态中的根据本发明的第一实施例的立体光刻设备的示意图；
图2是在聚焦层位于检测装置下方的位置处的状态中的图1的立体光刻装置的示意图；
图3是在聚焦层倾斜并且处于至少部分地位于检测装置上的位置处的状态中的图1的立体光刻设备的示意图；
图4是在聚焦层在生成过程期间位于桶的底部并且检测装置被移出检测区域时的图1的立体光刻设备的示意图；
图5a是在根据本发明的实施例的立体光刻设备的检测装置中使用的传感器的示意图；
图5b是在根据本发明的实施例的立体光刻设备的检测装置中使用的传感器阵列的示意图；
图6是根据本发明实施例的用于调整立体光刻设备和修改分层图像的校准图像的示意图；
图7是根据本发明的实施例的在所投射的校准图像中检测到的强度变化的示意图；
图8是由根据本发明的实施例的立体光刻设备的检测单元检测到的畸变图像的示意图；
图9是根据本发明的第二实施例的立体光刻设备的示意图，其中光学单元具有两个独立的子光学单元。
附图中所示的附图标记表示下面列出的元件，并且在示例性实施例的后续描述中将被引用：
1.立体光刻设备
1a.机器室
1b.桶
1c.平台
1d.致动器
2.物体
3.可光固化物质
4.光学单元
40.底架
41.成像透镜
42.变焦透镜
4a.子光学单元
40a.底架
41a.成像透镜
42a.变焦透镜
4b.子光学单元
40b.底架
41b.成像透镜
42b.变焦透镜
5.聚焦层
5a.聚焦层
5b.聚焦层
6.控制单元
7.检测单元
8.检测装置
8a-8f.传感器
80.有源传感器区域
9.检测区域
10.第一驱动装置
100.致动器
11.第二驱动装置
110.致动器
111.致动器
112.致动器
11a.第二子驱动装置
110a.致动器
111a.致动器
112a.致动器
11b.第二子驱动装置
110b.致动器
111b.致动器
112b.致动器
12.臂
13.校准图像
130.左区域
131.右区域
14.排
15.像素
具体实施方式
图4示出了在三维物体的生成过程期间的根据第一实施例的立体光刻设备(1)。如图4所示，立体光刻设备(1)具有机器室(1a)，用于逐步地和/或连续地生成至少一个三维物体(2)。三维物体(2)由储存在桶(1b)内部的可光固化物质(3)生成。可光固化物质(3)为流体形式并且可以具有各种稠度，也可以是例如糊状的。，可光固化物质(3)在已经固化后附着至平台(1c)。平台(1c)可以至少通过一个马达和致动器(1d)相对于桶(1b)被向上或向下驱动。立体光刻设备(1)中的所有过程都通过控制单元(6)进行控制和调整。立体光刻设备(1)还具有用于与CAD CAM模块进行无线和/或有线通信的接口。立体光刻设备(1)具有光学单元(4)，该光学单元用于朝向可光固化物质(3)投射图像，以便使沉积在聚焦层(5)中的可光固化物质(3)硬化。光学单元(4)具有光源、数字反射镜装置(DMD)、成像透镜(41)、变焦透镜(42)等等。底架(40)容纳用于投射图像的所有必需部件。光源发射电磁辐射，优选UV辐射，所述电磁辐射具有例如365nm或385nm的波长。如图4所示，光学单元(4)位于桶(1b)的下方，但不一定是这种情况。
图1示出了第一实施例的立体光刻设备(1)，该立体光刻设备执行用于检测由光学单元(4)投射的图像的检测过程。如图1所示，立体光刻设备(1)具有检测单元(7)，该检测单元包括检测装置(8)，该检测装置可移动地布置在检测区域(9)中以在生成过程期间或在生成暂停中检测由光学单元(4)投射的图像的至少一部分并将表示检测到的图像的信号输出到控制单元(6)。检测装置(8)优选地具有多个传感器(8a-8e)。如图5a所示，每个传感器(8a-8f)优选具有有源传感器区域(80)，例如CMOS相机。如图1和图5b所示，检测装置(8)具有用于以阵列方式支撑传感器(8a-8f)的臂(12)。检测单元(7)还具有用于在x-y平面内移动检测装置(8)的第一驱动装置(10)。第一驱动装置(10)连接到臂(12)，并且可以通过马达和致动器(100)使臂(12)沿着垂直于光轴(O)的方向(X，Y)移入或移出检测区域(9)。因此，所投射的图像可以被部分地或全部地扫描，并且数据可以通过所述信号传输到控制单元(6)。臂(12)布置成平行于可光固化物质(3)的面向光学单元(4)的表面。光学单元(4)具有第二驱动装置(11)，该第二驱动装置通过马达和致动器(110，111，112)连接到光学单元(4)，以便将聚焦层(5)移入或移出检测区域(9)。成像透镜(41)和变焦透镜(42)可以通过马达和相关的致动器(111，112)来驱动，以设置清晰度和放大倍率。整个光学单元(4)可以通过马达和相关的致动器(110)沿着光轴(O)驱动。如图1所示，聚焦层(5)处于理想排列中，即与桶(2)平行，但撤回到与传感器(8a-8f)的有源传感器区域(80)一致的位置，使得可以检测到由光学单元(4)投射的清晰图像。所投射的图像可以是校准图像，例如测试图案、棋盘图案等等，所述校准图像可以在聚焦深度上清晰地观察到。检测单元(7)可以检测所投射的图像的清晰度、放大倍率、光学畸变以及聚焦层(5)的位置。控制单元(6)还控制第一驱动装置(10)和第二驱动装置(11)，并且可以基于表示检测到的图像的信号来调整光学单元(4)和/或修改要投射的图像。因而，可以针对生成过程正确地调整光学单元(4)的放大倍率、层图像的清晰度以及聚焦层(5)的位置，并且可以补偿为了固化可光固化物质(5)而要投射的图像中的光学畸变。
图9示出了根据第二实施例的立体光刻设备(1)，该立体光刻设备执行用于检测由光学单元(4)投射的图像的检测过程。如图9所示，立体光刻设备(1)的光学单元(4)具有两个独立的子光学单元(4a，4b)。当然，可以在立体光刻设备(1)中内置更多个子光学单元(4a，4b)以获得更大的图像区域。每个子光学单元(4a，4b)具有光学部件，例如光源、数字反射镜装置、成像透镜(41a，41b)和变焦透镜(42a，42b)，用于朝向可光固化物质上(3)投射相应图像，以便硬化沉积在相应聚焦层(5a，5b)中的可光固化物质(3)。两个分开的底架(40a，40b)分别容纳用于投射两个图像的所有必需部件。第二实施例的检测装置(8)与针对第一实施例所述的检测装置(8)相似，并且可以至少部分地检测由子光学单元(4a，4b)投射的图像。第二驱动装置(11)具有两个第二子驱动装置(11a，11b)，每个第二子驱动装置分别通过马达和致动器(110a，111a，112a；110b，111b，112b)连接到子光学单元(4a，4b)，用于使聚焦层(5a，5b)移入或移出检测区域(9)。成像透镜(41a，41b)和变焦透镜(42a，42b)可以通过马达和相关的致动器(111a，112a)驱动以设置清晰度和放大倍率。整个光学单元(40a，40b)可以通过马达和相关的致动器(110a，110b)沿着光轴(O)被驱动。这里，第二子驱动装置(111a，111b)可以彼此相互联接，以同时驱动聚焦层(5a，5b)移入或移出检测区域(9)。这可以通过使用共同的马达来实现。如图9所示，聚焦层(5a，5b)处于理想排列中，即与桶(2)平行，并排定位，无间隙、无跳跃和无重叠，并且撤回到传感器(8a-8f)的有源传感器区域(80)上的一位置，使得可以清晰地检测到由子光学单元(4a，4b)投射的图像。所投射的图像可以是校准图像，例如测试图案、棋盘图案等等，所述校准图像允许确定聚焦层(5a，5b)的相对位置和聚焦深度上的清晰度。控制单元(6)基于表示检测到的图像的信号来调整子光学单元(4a，4b)和/或修改要投射的图像，以通过传感器技术在两个聚焦层(5a，5b)中获得相同的成像特性，所述传感器技术包括马达和致动器(110a，111a，112a；110b，111b，112b)。控制单元(6)基于检测结果来调整两个子光学单元(4a，4b)，使得聚焦层(5a，5b)中的相应图像并排定位，无跳跃、无间隙和无重叠。
图2示出了当光学单元(4)具有成像缺陷时的根据第一实施例的立体光刻设备(1)，在该成像缺陷中，聚焦层(5)位于桶(2)下方。在图2中，其中存在清晰图像的聚焦深度位于外部，特别是位于有源传感器区域(80)下方。由于有源传感器区域(80)与聚焦层(5)不一致，因此由检测装置(8)检测到的图像变得模糊。为了纠正图2中的成像故障，控制单元(6)可以借助于传感器技术驱动光学单元(4)，使得聚焦层(5)如图1那样位于检测装置(8)上，然后光学单元(4)可以将聚焦层(5)驱动到桶(2)中的参考区域上，以如图4那样进行生成过程。
图3示出了根据第一实施例的立体光刻设备(1)，其中光学单元(4)具有成像缺陷，在该成像缺陷中，聚焦层(5)稍微倾斜并位于桶(2)下方。由于聚焦层(5)与至少一个传感器(8b)的有源传感器区域(80)部分地一致，这导致局部清晰成像。其他传感器(8a，8c，8d，8e)检测到模糊的图像。控制单元(6)借助于致动器使第二驱动装置(11)调整光学单元(4)以消除光轴(O)的倾斜。第二驱动装置(11)可以借助于马达使光学单元(4)独立地绕三个相互垂直的方向(X，Y，Z)旋转，其中所述方向之一(Z)垂直于可光固化物质(3)的面向光学单元(4)的表面。
图4示出了在第一驱动装置(10)已经将检测装置(8)移出要由光学单元(4)主动曝光的区域但没有移出检测区域(9)的生成过程期间的根据第一实施例的立体光刻设备(1)。臂(12)不必总是移出整个检测区域(9)。臂可以当要被主动曝光的区域小于可以被曝光的最大区域时移出整个检测区域，由此所投射的图像不会被臂(12)遮挡。但是，即使当检测装置(8)位于主动曝光区域之外时，它也可以用于至少检测由光学单元(4)投射到主动曝光区域中的图像所引起的杂散辐射，并输出表示检测到的杂散辐射的信号。臂(12)还可以在检测区域(9)内部连续地移动，使得其保持在主动暴露区域之外，并检测尽可能多的杂散辐射。也可行的是，光学单元(4)在生成暂停中朝向可光固化物质(3)仅投射相对较小的图像，该图像将被检测装置(8)完全遮挡，以防止可光固化物质(3)在检测期间硬化。检测装置(8)检测该相对较小的图像的至少一部分，并向控制单元(6)输出表示光学单元(4)的光学特性的信号。控制单元(6)基于该输出的信号调整光学单元(4)以修改要投射的图像。
图6示出了由光学单元(4)朝向聚焦层(5)投射的校准图像(13)。校准图像(13)具有要照射的交替像素(15)的一个或多个排(14)，以便允许检测所投射的校准图像(13)的强度和清晰度。左区域(130)示出了清晰图像，其中像素(15)的排(14)是明亮的，并且与暗掩模清楚地分开。右区域(131)示出了不清晰图像，其中像素(15)的排(14)是模糊的并且没有与暗掩模清楚地分开。在右区域(131)中，不能清楚地识别出基于像素的图像。然而，当查看包括左和右区域(130，131)的整个校准图像(13)时，成像故障表示如图3那样的倾斜。因此，校准图像(13)可以至少包括沿着聚焦层(5)的相对端部对齐的所述像素(15)的左和右区域(130，131)，以允许检测聚焦层(5)中的倾斜。
图7示出了沿着连接所检测的校准图像(13)中的左和右区域(130，131)的虚线在方向(Y)上测量的强度分布(I)。强度分布(I)具有两个峰部，每个峰部具有对应于左和右区域(130，131)中的明亮/模糊像素(15)的局部最大值和最小值。左和右区域(130，131)在清晰度上不同，这可以通过右视野中的下峰部看到。两个峰部中的局部最大值和最小值可以被清楚地看到，并且与左和右区域(130，131)的排(14)中的像素(15)一一对应。图7示出了具有一定程度的清晰度的倾斜图像。从图7可以清楚地看出，传感器(8a-8f)对于成像基本上不必是必须的。也可以通过光电二极管等等来获得所述强度分布，并使用数学方法对其进行分析以确定像素的尺寸、清晰度和数量。如图7所示，两个峰部的宽度与左和右区域(130，131)中的对应像素(15)的宽度成比例。由此，可以确定局部放大。连接两个峰部的虚线表明强度(I)的变化。如图7所示，右峰部中的局部最大值和最小值小于左峰部中的局部最大值和最小值，这是由于右区域(131)中的校准图像(13)的清晰度故障所致。尽管图像存在部分不清晰，但是可以观察到强度的变化以及暗掩模与明亮/模糊像素(15)之间的过渡。还可以观察到与聚焦层(5)中的倾斜有关的光的不均匀分布。
图8示出了如何通过检测单元(7)扫描所投射的图像。检测装置(8)由第一驱动装置(10)在检测区域(9)内沿垂直于光轴(O)的方向(X)横跨光学单元(4)的整个投射场逐步地或连续地移动。检测装置(8)在扫描过程期间输出表示检测到的图像的信号。由此，基于检测到的图像的畸变或局部放大倍率的变化来确定补偿矩阵。此后，控制单元(6)基于该补偿矩阵改变要投射的图像，以补偿畸变。

Claims (15)

1.一种用于由可光固化物质(3)生成三维物体(2)的立体光刻设备(1)，所述立体光刻设备包括：
光学单元(4)，用于朝向所述可光固化物质(3)投射图像，以便使沉积在聚焦层(5)中的所述可光固化物质(3)硬化；
控制单元(6)，用于控制所述光学单元(4)，
其特征在于，所述立体光刻设备还包括：
检测单元(7)，所述检测单元包括：检测装置(8)，所述检测装置能够移动地布置在检测区域(9)中，用于在生成过程期间或在生成暂停中检测由所述光学单元(4)投射的所述图像的至少一部分以及用于向所述控制单元(6)输出表示所检测到的图像的信号；和第一驱动装置(10)，用于将所述检测装置(8)移入或移出所述检测区域(9)，并且
其中，所述光学单元(4)还包括：第二驱动装置(11)，所述第二驱动装置(11)连接到所述光学单元(4)，用于将所述聚焦层(5)移入或移出所述检测区域(9)，
其中，所述控制单元(4)还适于控制所述第一驱动装置(10)和所述第二驱动装置(11)，并基于表示所检测到的图像的信号调整所述光学单元(4)和/或修改要投射的图像。
2.根据权利要求1所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述第一驱动装置(10)还适于将所述检测装置(8)沿着垂直于光轴(O)的方向(X)移入或移出所述检测区域(9)。
3.根据权利要求1或2所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述第二驱动装置(11)适于将所述聚焦层(5)沿着光轴(O)移入或移出所述检测区域(9)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述检测单元(7)能够被移除。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述检测装置(8)包括一个或多个传感器(8a-8e)。
6.根据权利要求5所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，一个或多个传感器(8a-8g)均包括诸如CMOS相机的有源传感器区域(80)，和/或一个或多个传感器(8a-8g)适用于检测所述光学单元(4)的曝光波长。
7.根据权利要求5或6所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述检测装置(8)包括用于以阵列方式支撑所述传感器(8a-8e)的臂(12)，其中所述第一驱动装置(10)连接到所述臂(12)并且进一步适于将所述臂(12)移入或移出所述检测区域(9)，其中所述臂(12)布置成平行于所述可光固化物质(3)的面向所述光学单元(4)的表面。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述第二驱动装置(11)还适用于使所述光学单元(4)独立地绕三个相互垂直的方向(X，Y，Z)旋转，其中所述三个相互垂直的方向中的一个方向(Z)垂直于所述可光固化物质(3)的面向所述光学单元(4)的表面，并且所述控制单元(6)还适于通过控制所述第二驱动装置(11)调整所述光学单元(4)以消除光轴(O)的倾斜。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述第一驱动装置(10)适于将所述检测装置(8)移出在所述检测区域(9)内要由所述光学单元(4)主动曝光的区域，并且所述检测装置(8)适于至少检测由所述光学单元(4)投射到该主动曝光的区域中的图像所产生的杂散辐射并用于输出表示所检测到的杂散辐射的信号。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述光学单元(4)适于在生成过程期间或在生成暂停中朝向所述可光固化物质(3)投射相对较小的图像，所述相对较小的图像将被所述检测装置(8)完全遮挡，以防止所述可光固化物质(3)在检测期间硬化，并且其中所述检测装置(8)适于检测所述相对较小的图像的至少一部分并将指示所检测到的图像的信号发送给所述控制单元(6)，所述控制单元(6)还适于基于表示所检测到的图像的信号来调整光学单元(4)或修改要投射的图像。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述光学单元(4)适于朝向所述聚焦层(5)投射校准图像(13)，其中所述校准图像(13)包括一排或多排(14)交替像素(15)，所述交替像素要被照射，以便允许检测所投射的校准图像(13)的强度和清晰度，并且其中所述校准图像(13)至少包括与所述聚焦层(5)的相对端部相对应的所述像素(15)的左区域和右区域(130，131)，以允许检测所述聚焦层(5)中的倾斜。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述检测装置(8)适于检测在所述第一驱动装置(10)在所述检测区域(9)内沿着垂直于光轴(O)的方向(X)逐步地或连续地移动所述检测装置(8)期间由所述光学单元(4)投射的图像的至少一部分，以及用于将表示所检测到的图像的信号输出到所述控制单元(6)；控制单元(6)还适于基于所检测到的图像确定补偿矩阵并基于补偿矩阵改变要投射的图像。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述控制单元(6)还适于调整层图像的放大倍率、清晰度以及所述光学单元(4)的聚焦层的位置，并基于表示所检测到的图像的信号补偿光学畸变。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，
所述光学单元(4)包括两个或更多个子光学单元(4a，4b)，用于分别朝向所述可光固化物质(3)独立地投射两个或更多个图像，以便硬化沉积在所述聚焦层(5a，5b)中的所述可光固化物质(3)，
其中，所述检测装置(8)适于在生成过程期间或在生成暂停中检测由所述子光学单元(4a，4b)投射的所述两个或更多个图像中的每个图像的至少一部分并将表示所检测到的图像的信号输出到所述控制单元(6)，并且
其中，所述第二驱动装置(11)包括两个第二子驱动装置(11a，11b)，每个第二子驱动装置连接到所述子光学单元(4a，4b)，以便将所述聚焦层(5a，5b)移入或移出所述检测区域(9)，
其中，所述第二子驱动装置(11a，11b)相互耦合，以同时驱动所述聚焦层(5a，5b)移入或移出所述检测区域(9)，
其中，所述控制单元(6)还适于基于表示所检测到的图像的信号来调整所述子光学单元(4a，4b)和/或修改要投射的图像，并获得所述聚焦层(5a，5b)中的相同的成像特性，例如均匀性、像素尺寸等等。
15.根据权利要求14所述的立体光刻设备(1)，其特征在于，所述控制单元(4)还适于基于所输出的信号来调整所述两个或更多个子光学单元(4a，4b)，以无间隙地且无重叠地在所述聚焦层(5a，5b)中并排投射相应图像。
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