CN113492218B - 光学装置以及三维造型装置 - Google Patents

光学装置以及三维造型装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113492218B
CN113492218B CN202110358008.5A CN202110358008A CN113492218B CN 113492218 B CN113492218 B CN 113492218B CN 202110358008 A CN202110358008 A CN 202110358008A CN 113492218 B CN113492218 B CN 113492218B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
light
light beam
axis direction
optical device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110358008.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113492218A (zh
Inventor
水野博文
桥本佳三
藤泽泰充
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Screen Holdings Co Ltd
Original Assignee
Screen Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Screen Holdings Co Ltd filed Critical Screen Holdings Co Ltd
Publication of CN113492218A publication Critical patent/CN113492218A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113492218B publication Critical patent/CN113492218B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/08—Anamorphotic objectives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/12—Combinations of only three kinds of elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0911—Anamorphotic systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0966—Cylindrical lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/18—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

光学装置(12)包括照明光学系统(21)、光调制器(22)以及投影光学系统(23)。照明光学系统(21)包括：光束整形器(213)，将激光(L31)的短轴方向和长轴方向上的强度分布从高斯分布进行变换，并使光调制器的调制面上的平行光束(L32)的短轴方向和长轴方向的强度分布成为平顶分布。在投影光学系统中，在长轴方向上利用第三透镜(223)以及第四透镜(234)使上述调制面与照射面(131)光学共轭。另外，在短轴方向上，利用第一透镜(231)、第二透镜(232)以及第三透镜(233)使该调制面与第四透镜(234)的前侧焦点位置光学共轭。第四透镜(234)将该前侧焦点位置处的平顶分布的光束在照射面(131)会聚。由此，能够增加向光调制器投入的光量。

Description

光学装置以及三维造型装置
技术领域
本发明涉及在对象物上的照射面上照射调制光束的光学装置以及具有该光学装置的三维造型装置。
背景技术
近年来，使用通过在金属粉末等的造型材料上照射调制的激光，从而使造型材料烧结来进行三维造型的SLS(Selective Laser Sintering，选择性激光烧结)式的三维造型装置。在该三维造型装置中，需要提高生产性，并考虑增加在造型材料上照射的激光的功率密度(即，单位面积的光强度)。然而，在调制并照射激光的光学装置中，若增加入射至光调制器的激光的功率密度，则强度分布为高斯分布的激光的峰值强度(即，最大强度)过大，从而可能损伤光调制器。
另一方面，在日本特表2018-521478号公报(文献1)中，公开了如下技术：在用于舞台照明、前照灯等的发光装置中，通过设置平顶光束整形器使从激光二极管、LED射出的第一波长的光(例如，青色光)重新分布成在空间上具有平坦的强度分布的光束，来提高在光变换构件中将第一波长的光变换为第二波长的光(例如，黄色光)时的效率。
另外，在上述的光学装置中，考虑通过利用平顶光束整形器将入射至光调制器的激光的强度分布平坦地整形，从而在不损伤光调制器的情况下，增加向光调制器投入的光量。
在这种情况下，由平顶光束整形器整形的激光的强度分布在光调制器的调制面为平顶分布，而在光路上的其他位置为扰动状态。因此，考虑如下问题：由于激光的强度分布在将激光在对象物上会聚的聚光透镜的前侧焦点位置处也是扰动的，因此在后侧焦点位置(即，对象物上的照射面)的激光的强度分布中不产生主峰，从而激光无法适当地会聚。需要说明的是，在从光调制器射出的激光的强度分布为高斯分布的情况下，聚光透镜的前侧焦点位置处的强度分布也为高斯分布，因此，后焦点位置的强度分布也为高斯分布，从而适当地进行会聚。
发明内容
本发明的目的在于，针对用于将调制光束照射到对象物上的照射面的光学装置，增加向光调制器投入的光量。
本发明的优选的一实施方式的光学装置包括：照明光学系统，将激光整形为在长轴方向上长的线状的平行光束；光调制器，将所述平行光束调制为调制光束；以及投影光学系统，将所述调制光束引导至对象物的照射面。所述照明光学系统包括：光束整形器，将所述激光的短轴方向以及所述长轴方向上的强度分布从高斯分布进行变换，并使所述光调制器的调制面上的所述平行光束的所述短轴方向以及所述长轴方向上的强度分布成为平顶分布。所述投影光学系统包括：第一透镜；第二透镜，位于比所述第一透镜更靠近所述调制光束的行进方向的位置；第三透镜，位于比所述第一透镜更靠近所述调制光束的行进方向的位置；以及第四透镜，位于比所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜更靠近所述调制光束的行进方向的位置。在所述长轴方向上，利用所述第三透镜以及所述第四透镜使所述调制面与所述照射面光学共轭。在所述短轴方向上，利用所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜使所述调制面与所述第四透镜的前侧焦点位置在光学共轭。所述第四透镜将所述前侧焦点位置处的平顶分布的光束在所述照射面会聚。
在该光学装置中，能够增加向光调制器投入的光量。
优选地，所述第三透镜位于比所述第二透镜更靠近所述调制光束的行进方向的位置。
优选地，所述投影光学系统还包括：长轴侧遮光部，位于所述第三透镜与所述第四透镜之间，遮挡来自所述光调制器的长轴侧的非0阶衍射光；以及短轴侧遮光部，位于所述第一透镜与所述第二透镜及所述第三透镜之间，遮挡来自所述光调制器的短轴侧的非0阶衍射光。
优选地，所述光调制器包括二维排列的多个调制元件。
优选地，所述光调制器为PLV。
本发明还提供一种三维造型装置。本发明的优选的一实施方式的三维造型装置包括：上述的光学装置；激光源，向所述光学装置射出所述激光；以及扫描部，是供来自所述光学装置的所述调制光束照射的所述对象物，并在造型材料上扫描所述调制光束。
优选地，所述扫描部包括通过旋转来变更所述调制光束的行进方向的电流镜。
上述的目的以及其他目的、特征、实施方式以及优点，通过参照附图并如下进行的该发明的详细说明而更加清楚。
附图说明
图1是表示一实施方式的三维造型装置的结构的图。
图2是表示光调制器的结构的图。
图3是表示光学装置的结构以及光学装置的光路的图。
图4是表示光学装置的结构以及光学装置的光路的图。
图5是表示短轴侧遮光部的立体图。
图6是表示长轴侧遮光部的立体图。
其中，附图标记说明如下：
1 三维造型装置
11 激光源
12 光学装置
13 扫描部
21 照明光学系统
22 光调制器
23 投影光学系统
91 造型材料
131 照射面
132 电流镜
213 光束整形器
221 像素
231 第一透镜
232 第二透镜
233 第三透镜
234 第四透镜
235 长轴侧遮光部
236 短轴侧遮光部
L31 激光
L32 平行光束
L33 调制光束
具体实施方式
图1是表示本发明的一实施方式的三维造型装置1的结构的图。三维造型装置1是通过在粉末状或膏状的造型材料上照射调制的激光从而使造型材料烧结或熔融，来进行三维造型的选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)式的三维造型装置。造型材料例如是金属、工程塑料、陶瓷或合成树脂等。该造型材料也可以包括多种类型的材料。
三维造型装置1包括激光源11、光学装置12、扫描部13以及材料供给机构14。在三维造型装置1中，从激光源11射出的激光L31由光学装置12引导至扫描部13，并利用扫描部13在材料供给机构14的造型空间140内的造型材料91上进行扫描。由此，造型材料91中的被激光照射的部位烧结。而且，通过反复向造型空间140供给造型材料91以及在造型材料91上进行激光的扫描来形成三维造型物。在图1中，为了易于附图的理解，用双点划线包围光学装置12的各结构。
在三维造型装置1中，基于被制造的预定的三维造型物的设计数据(例如，CAD数据)等，由省略图示的控制部控制激光源11、光学装置12(例如，后述的光调制器22)、扫描部13以及材料供给机构14等的结构。该控制部例如是包括处理器、存储器、输入/输出部以及总线的通用计算机。
激光源11向光学装置12射出激光L31。激光源11例如是光纤激光源。激光L31的波长例如为1.070μm。
光学装置12将来自激光源11的激光L31调制为调制光束L33，并向扫描部13照射。光学装置12包括照明光学系统21、光调制器22以及投影光学系统23。如后述，照明光学系统21以及投影光学系统23分别包括多个透镜等的光学元件。
照明光学系统21将来自激光源11的激光L31整形为一个方向(以下，称为“长轴方向”)上长的大致线状的平行光束L32并向光调制器22引导。换言之，平行光束L32的截面形状是在长轴方向上较长而在与长轴方向垂直的短轴方向上短的大致线状。平行光束L32的截面形状是指在与平行光束L32的行进方向垂直的面上的平行光束L32的形状。在以下的说明中，与上述相同，光的截面是指在与该光的行进方向垂直的面上的该光的截面。平行光束L32的截面形状也能够视为大致矩形形状。平行光束L32的截面的大小在平行光束L32的行进方向上的任何位置都是相同的。光调制器22上的平行光束L32的照射区域的形状例如是长轴方向的长度为28mm、短轴方向的长度为1mm的大致线状(或大致矩形形状)。
光调制器22将来自照明光学系统21的平行光束L32调制为调制光束L33并向投影光学系统23引导。作为光调制器22，例如能够使用PLV(Planar Light Valve，平面光阀)、GLV(Grating Light Valve，光栅光阀)(注册商标)或DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜设备)等。在本实施方式中，光调制器22是PLV的一种即LPLV(Liner Planar LightValve，线性平面光阀)。
图2是表示光调制器22(即，LPLV)的结构的简化图。光调制器22包括在省略图示的基板上邻接并矩阵状地配置的(即，二维排列的)多个大致矩形形状的像素221。在光调制器22中，该多个像素221的表面成为调制面。在图2所示的例中，在附图中的纵向配置了M个并在横向配置了N个像素221。图2中的横向与平行光束L32(参照图1)的长轴方向相对应，图2中的纵向与平行光束L32的短轴方向相对应。
每个像素221是包括固定构件222和可动构件223的调制元件。固定构件222是在上述基板上固定的平面状的大致矩形的构件，并在中央设置有大致圆形的开口。可动构件223是在固定构件222的该开口处设置的大致圆形的构件。在固定构件222的上表面(即，在与图2中的纸面垂直的方向上的近前侧的面)设置固定反射面。在可动构件223的上表面设置可动反射面。可动构件223能够在与图2中的纸面垂直的方向上移动。
在每个像素221中，通过改变固定构件222与可动构件223的相对位置，将来自像素221的反射光在0阶光(即，正反射光)与非0阶衍射光之间切换。换言之，在像素221中，通过可动构件223相对于固定构件222移动来进行利用衍射光栅的光调制。从光调制器22射出的0阶光由投影光学系统23(参照图1)向扫描部13引导。另外，从光调制器22射出的非0阶衍射光(主要为1阶衍射光)由投影光学系统23向与扫描部13不同的方向引导并被遮光。
在投影光学系统23中，累计来自在图2中的纵向排成一排的M个像素221(以下，也称为“像素列”)的反射光，并作为调制光束L33向扫描部13照射。由此，能够增加从扫描部13向造型材料91照射的调制光束L33的功率密度。在光调制器22中，能够将一个像素列的M个像素221(即，M个调制元件)视为与一个单位空间相对应的一个调制单元。光调制器22作为包括在光调制器22上的平行光束L32的长轴方向上排成一排的N个调制单元的光调制器发挥作用。
图1所示的投影光学系统23将来自光调制器22的调制光束L33会聚并向扫描部13引导。换言之，扫描部13是由光学装置12引导调制光束L33的对象物。调制光束L33在扫描部13的照射面131上照射。
扫描部13反射来自光学装置12的投影光学系统23的调制光束L33，并在材料供给机构14的造型空间140中的造型材料91上进行扫描。作为扫描部13，例如能够使用电流(Galvano式)扫描仪或多边形(Polygon)激光扫描仪等。在本实施方式中，扫描部13是包括电流镜132以及电马达(省略图示)的电流扫描仪，并且电流镜132的反射面成为上述的照射面131。在扫描部13中，通过利用电马达使电流镜132旋转，变更由电流镜132反射的调制光束L33的行进方向。其结果，在造型材料91上照射的调制光束L33在与调制光束L33的短轴方向相对应的扫描方向上进行扫描。
材料供给机构14包括造型部141和供给部142。造型部141包括第一缸143和第一活塞144。第一缸143是在上下方向上延伸的筒状的构件。第一缸143的内部空间的俯视形状例如为大致矩形。第一活塞144是容纳在第一缸143的内部空间中的大致平板形状或大致柱状的构件，俯视的形状与第一缸143的内部空间大致相同。第一活塞144在第一缸143的内部空间中，能够在上下方向上移动。在造型部141中，由第一缸143的内侧面与第一活塞144的上表面围绕的三维空间成为由调制光束L33进行三维造型的造型空间140。
供给部142包括第二缸145、第二活塞146以及刮板147。第二缸145是在上下方向上延伸的筒状的构件，与第一缸143的侧方邻接地配置。第二缸145的内部空间的俯视形状例如为大致矩形。第二活塞146是容纳在第二缸145的内部空间中的大致平板形状或大致柱状的构件，俯视的形状与第二缸145的内部空间大致相同。第二活塞146在第二缸145的内部空间中，能够在上下方向上移动。在供给部142中，由第二缸145的内侧面与第二活塞146的上表面围绕的三维空间成为存储用于供给至造型部141的预定的造型材料91的存储空间。刮板147是横跨第二缸145的上部开口并在水平方向上延伸的棒状(例如，大致圆柱形状)的构件。刮板147能够沿着第二缸145的上端面而在水平方向上移动。
在供给部142中，第二活塞146仅上升规定距离，并且第二缸145中的造型材料91被向上方提起。然后，通过使刮板147从第二缸145上向第一缸143上移动，与第二缸145的上端面相比更向上侧突出的造型材料91被供给至造型部141的造型空间140中。保持在造型空间140中的造型材料91的上表面位于规定的高度(例如，与第一缸143的上端面相同的高度)的位置。
在三维造型装置1中，对造型空间140中的造型材料91进行上述的调制光束L33的扫描。由此，在造型空间140中的造型材料91的表层部，被调制光束L33照射的部位烧结，并形成与将三维造型物分割成在上下方向层叠的多个层时的一个层相当的部位。对造型空间140内的造型材料91进行的上述的调制光束L33的扫描完成时，第一活塞143仅下降规定距离。之后，如上所述，进行从供给部142向造型空间140的造型材料91的供给，并进行调制光束L33的扫描。在三维造型装置1中，通过反复向造型空间140供给造型材料91和对造型空间140中的造型材料91进行调制光束L33的扫描，来在造型空间140内形成三维造型物。
接下来，参照图3以及图4说明光学装置12的详细结构。在图3中，以使平行光束L32和调制光束L33的短轴方向与垂直于纸面的方向一致的方式，表示平行光束L32和调制光束L33的光路。在图3中，平行光束L32和调制光束L33的长轴方向与附图中的上下方向一致。另外，在图4中，以使平行光束L32和调制光束L33的长轴方向与垂直于纸面的方向一致的方式，表示平行光束L32和调制光束L33的光路。在图4中，平行光束L32和调制光束L33的短轴方向与附图中的上下方向一致。
光学装置12的照明光学系统21包括准直透镜211、光束整形器213以及圆柱透镜214、215。在从激光源11朝向光调制器22的行进方向上，准直透镜211、光束整形器213以及圆柱透镜214、215以该顺序排列。准直透镜211例如是柱面透镜。需要说明的是，在图3和图4所示的示例中，准直透镜211为1个，但准直透镜211的个数也可以是2个以上。另外，准直透镜211只要能够生成平行光即可，透镜形状可以是球面，也可以是非球面，也可以是柱面。
光束整形器213是将平行光束L32的截面上的短轴方向和长轴方向的光强度的分布(以下，也简称为“强度分布”)从高斯分布变换为最大强度的区域的宽度扩展的(即，上部大致平坦)平顶分布的平顶光束整形器。
圆柱透镜214、215使利用通过光束整形器213而生成的矩形像，在短轴与长轴各自的方向上以不同的倍率，在后述的光调制器22的调制面上成像。圆柱透镜214包括用于在长轴方向上扩大平顶分布的圆柱透镜214a和圆柱透镜214b。另外，圆柱透镜215包括用于在短轴方向上扩大平顶分布的圆柱透镜215a和圆柱透镜215b。在图3以及图4所示的例中，在从激光源11朝向光调制器22的行进方向上，圆柱透镜214a、圆柱透镜215a、圆柱透镜214b以及圆柱透镜215b以该顺序排列。
需要说明的是，在照明光学系统21中，也可以追加上述以外的光学元件。另外，在照明光学系统21中，不必一定设置圆柱透镜214、215，例如，也可以使用在光调制器22的调制面上形成期望尺寸的矩形像的光束整形器213。
如上所述，照明光学系统21将从激光源11射出的激光L31变换为平行光束L32并向光调制器22引导。入射至照明光学系统21的激光L31的截面中的短轴方向和长轴方向上的强度分布分别为高斯分布。实际上，这些强度分布有时不是严格的高斯分布，而是与高斯函数近似的形状的分布，在以下的说明中，将严格的高斯分布以及与高斯分布近似的分布统称为“高斯分布”。
在照明光学系统21中，由于从激光源11射出的激光L31通过准直透镜211而在短轴方向和长轴方向上成为平行光，从而成为平行光束L32。平行光束L32通过光束整形器213以及圆柱透镜214、215并被引导至光调制器22。如在图3和图4的光路图的下侧由矩形框包围地所示，入射至光束整形器213之前的平行光束L32的强度分布在长轴方向上为高斯分布，在短轴方向上也为高斯分布。
如在图3和图4的光路图的下侧由矩形框包围地所示，由于通过光束整形器213，平行光束L32的短轴方向和长轴方向上的强度分布从高斯分布变换为平顶分布(也称为“矩形分布”)。因此，通过光束整形器213并入射至光调制器22的平行光束L32的强度分布(即，光调制器22的调制面上的平行光束L32的强度分布)在短轴方向和长轴方向上分别为平顶分布。
投影光学系统23包括第一透镜231、第二透镜232、第三透镜233、第四透镜234、长轴侧遮光部235以及短轴侧遮光部236。第一透镜231以及第二透镜232例如为柱面凸透镜。第三透镜233以及第四透镜234例如为球面凸透镜。长轴侧遮光部235例如是在中央部设置有与短轴方向平行地延伸的矩形形状的开口235a的平板构件。短轴侧遮光部236例如是在中央部设置有与长轴方向平行地延伸的矩形形状的开口236a的平板构件。长轴侧遮光部235以及短轴侧遮光部236的材料例如为不锈钢等的金属、陶瓷等。
第二透镜232以及第三透镜233位于比第一透镜231更靠近调制光束L33的行进方向(即，从光调制器22朝向扫描部13的调制光束L33行进侧)的位置。换言之，第二透镜232以及第三透镜233在调制光束L33的光路上，位于比第一透镜231更靠近扫描部13侧的位置。在图3以及图4所示的例中，第三透镜233位于比第二透镜232更靠近调制光束L33的行进方向的位置。第三透镜233也可以配置在第一透镜231与第二透镜232之间。第四透镜234位于比第一透镜231、第二透镜232以及第三透镜233更靠近调制光束L33的行进方向的位置。
优选为，在投影光学系统23中，第一透镜231的短轴侧的前侧焦点位置(即，光调制器22侧的焦点位置)与光调制器22的调制面一致。这样，通过使光调制器22与第一透镜231之间的间隔在第一透镜231的前侧焦点距离以下(优选地，小于该前侧焦点距离)，由此，通过第一透镜231之后产生的0阶衍射光与1阶衍射光之间的会聚点间隔得以扩展。其结果，能够容易地将0阶衍射光与1阶衍射光等的非0阶衍射光分开。另外，第三透镜233的前侧焦点位置与光调制器22的调制面一致。第一透镜231的短轴侧的后侧焦点位置(即，扫描部13侧的焦点位置)与第二透镜232以及第三透镜233的短轴侧的前侧合成焦点位置一致。第三透镜233的后侧焦点位置与第四透镜234的前侧焦点位置一致。第四透镜234的后侧焦点位置与扫描部13的照射面131一致。
在投影光学系统23中，利用第三透镜233以及第四透镜234，使光调制器22的调制面与扫描部13的照射面131在长轴方向上光学共轭。另外，利用第一透镜231、第二透镜232以及第三透镜233，使光调制器22的调制面与第四透镜234的前侧焦点位置在短轴方向上光学共轭。第四透镜234将调制光束L33在短轴方向上会聚并在扫描部13的照射面131上会聚。扫描部13的照射面131利用第二透镜232、第三透镜233以及第四透镜234而与第一透镜231的后侧焦点位置在短轴方向上光学共轭。
在图3以及图4所示的示例中，在从光调制器22朝向扫描部13的行进方向上，第一透镜231、短轴侧遮光部236、第二透镜232、第三透镜233、长轴侧遮光部235以及第四透镜234以该顺序排列。短轴侧遮光部236位于第一透镜231与第二透镜232之间。需要说明的是，在第三透镜233配置在第一透镜231与第二透镜232之间的情况下，短轴侧遮光部236位于第一透镜231与第三透镜233之间。即，短轴侧遮光部236在第一透镜231、第二透镜232以及第三透镜233之间、配置在调制光束L33的短轴方向上的会聚位置附近。短轴侧遮光部236例如配置在第一透镜231的短轴侧的后侧焦点位置。另外，长轴侧遮光部235在第三透镜233与第四透镜234之间、配置在调制光束L33的长轴方向上的会聚位置附近。长轴侧遮光部235例如配置在第三透镜233的后侧焦点位置。
需要说明的是，在投影光学系统23中，第一透镜231、第二透镜232、第三透镜233以及第四透镜234的种类可以进行各种变更，也可以追加上述以外的光学元件。另外，长轴侧遮光部235以及短轴侧遮光部236的材料、形状以及结构也可以进行各种变更。
如上所述，投影光学系统23将来自光调制器22的调制光束L33向扫描部1引导。详细来说，在光调制器22生成的平行光即调制光束L33通过第一透镜231，由此在短轴方向上，在第一透镜231的后侧焦点位置(即，第二透镜232以及第三透镜233的前侧合成焦点位置)会聚。调制光束L33在通过第一透镜231时，在长轴方向上不发生折射。
通过第一透镜231的调制光束L33通过位于第一透镜231的短轴侧的后侧焦点位置的短轴侧遮光部236的开口236a。详细来说，在光调制器22反射的反射光中的0阶光以及长轴侧的非0阶衍射光通过短轴侧遮光部236的矩形形状的开口236a，而短轴侧的非0阶衍射光(主要为1阶衍射光(即，(+1)阶衍射光以及(-1)阶衍射光))由短轴侧遮光部236遮挡。如图5所示，短轴侧的非0阶衍射光在比短轴侧遮光部236的开口236a更靠上侧以及下侧(即，开口236a的短轴方向两侧)的部位，照射在沿长轴方向延伸的大致线状的照射区域81。
通过了短轴侧遮光部236的开口236a的调制光束L33的截面随着在行进方向上行进而在短轴方向上扩展。由于通过了短轴侧遮光部236的调制光束L33通过第二透镜232以及第三透镜233，从而成为短轴方向上的平行光。调制光束L33在长轴方向上，在通过第二透镜232时不发生折射，并由于通过第三透镜233而在第三透镜233的后侧焦点位置(即，第四透镜234的前侧焦点位置)会聚。
通过了第二透镜232以及第三透镜233的调制光束L33通过位于第三透镜233的后侧焦点位置的长轴侧遮光部235的开口235a。详细来说，由光调制器22反射的反射光中的0阶光通过长轴侧遮光部235的矩形形状的开口235a，而长轴侧的非0阶衍射光(主要为1阶衍射光)由长轴侧遮光部235遮挡。如图6所示，长轴侧的非0阶衍射光在比长轴侧遮光部235的开口235a更靠近附图中的左侧以及右侧(即，开口235a的长轴方向两侧)的部位，被照射到在短轴方向上延伸的大致直线状的照射区域82。
通过了长轴侧遮光部235的开口235a的调制光束L33的截面随着在行进方向上行进而在长轴方向上扩展。由于通过了长轴侧遮光部235的调制光束L33通过第四透镜234，从而成为长轴方向上的平行光并入射至扫描部13的照射面131。另外，由于在短轴方向上作为平行光入射至第四透镜234的调制光束L33通过第四透镜234，从而在位于第四透镜234的后侧焦点位置的扫描部13的照射面131上在短轴方向上会聚。
如上所述，光调制器22的调制面与扫描部13的照射面131在长轴方向上光学共轭。另外，光调制器22的调制面上的平行光束L32的长轴方向的强度分布是如图3的矩形框中所示的平顶分布。因此，扫描部13的照射面131上的调制光束L33的长轴方向的强度分布也成为平顶分布。
另外，光调制器22的调制面与第四透镜234的前侧焦点位置(即，第三透镜233的后侧焦点位置)在短轴方向上光学共轭。另外，如图4的矩形框中所示，光调制器22的调制面上的平行光束L32的短轴方向上的强度分布由光束整形器213变换为平顶分布。因此，通过了第三透镜233的调制光束L33的短轴方向上的强度分布在第四透镜234的前侧焦点位置处成为平顶分布。因此，由于第四透镜234的傅里叶变换作用，扫描部13的照射面131上的会聚点处的调制光束L33的短轴方向上的强度分布成为sinc分布。实际上，调制光束L33的短轴方向上的强度分布有时不是严格的sinc分布，而是与sinc函数近似的形状的分布，但在以下的说明中，将严格的sinc分布以及与sinc分布近似的分布统称为“sinc分布”。由于sinc分布与高斯分布大致相同，是具有主峰的分布，从而能够适当地使调制光束L33在扫描部13的照射面131上会聚。
如下所述地获得扫描部13的照射面131上的调制光束L33的大小。例如，激光L31的波长λ为1.070μm，光调制器22的调制面上的照射区域是长轴方向上的长度L1为28mm、短轴方向上的长度L2为1mm的大致线状(或大致矩形形状)的区域。第一透镜231以及第二透镜232的短轴侧的焦点距离f1、f2分别为40mm以及400mm、第三透镜233以及第四透镜234的焦点距离f3、f4分别为240mm以及60mm。第二透镜232与第三透镜233之间的间隔d为50mm。在这种情况下，第二透镜232以及第三透镜233的短轴侧的合成焦点距离f23大约为163mm。
如上所述，在短轴方向上，调制光束L33在第一透镜231的后侧焦点位置会聚。第一透镜231的后侧焦点位置处的调制光束L33的短轴方向上的会聚直径(即，sinc函数的暗环直径)
Figure BDA0003004300540000121
为2.44×λ×f1/L2≈104μm。第一透镜231的后侧焦点位置在短轴方向上与扫描部13的照射面131光学共轭。因此，照射面131上的调制光束L33的短轴方向上的会聚直径为104μm×f4/f23≈33μm。
如上所述，在长轴方向上，调制光束L33在第三透镜233的后侧焦点位置会聚。第三透镜233的后侧焦点位置处的调制光束L33的长轴方向上的会聚直径
Figure BDA0003004300540000131
为2.44×λ×f3/L1≈22μm。需要说明的是，第三透镜233的后侧焦点位置处的调制光束L33的短轴方向上的长度L3为L2×f23/f1＝4mm。在长轴方向上，光调制器22的调制面与扫描部13的照射面131光学共轭。因此，照射面131上的调制光束L33的长轴方向上的长度为L1×f4/f3＝7mm。
如上所述，由于短轴侧遮光部236配置在第一透镜231的后侧焦点位置，在短轴侧遮光部236的开口236a的短轴方向两侧照射的1阶衍射光(即，(+1)次衍射光以及(-1)次衍射光))的照射区域81(参照图5)成为长轴方向为L1＝28mm、短轴方向为
Figure BDA0003004300540000132
的大致线状。另外，由于长轴侧遮光部235配置在第三透镜233的后侧焦点位置，照射至长轴侧遮光部235的开口235a的长轴方向两侧的1阶衍射光的照射区域82(参照图6)成为长轴方向为
Figure BDA0003004300540000133
短轴方向为L3＝4mm的大致线状。
另一方面，若假想有一个光学装置(以下，称为“比较例的光学装置”)，其使调制光束L33在长轴方向以及短轴方向这双方通过一个凸透镜会聚在光路上的相同位置(即，该凸透镜的后侧焦点位置)的，则在配置于该后侧焦点位置的遮光部上，1阶衍射光照射成点状的照射区域。例如，在该凸透镜的焦点距离为240mm的情况下，该遮光部上的1阶衍射光的照射区域的直径大约为326μm。
因此，在本实施方式的光学装置12中，与比较例的光学装置相比，短轴侧遮光部236上的1阶衍射光的功率密度以及长轴侧遮光部235上的1阶衍射光的功率密度降低至1/10以下。
如上所述，在三维造型装置1中，利用扫描部13将适当地在照射面131上会聚的调制光束L33在造型空间140中的造型材料91上扫描。并且，通过反复向造型空间140供给造型材料91以及在造型材料91上进行的激光的扫描来形成三维造型物。
如上述说明，光学装置12是将调制光束L33照射至对象物上的照射面(在上述的例中为扫描部13的照射面131)的装置。光学装置12包括照明光学系统21、光调制器22以及投影光学系统23。照明光学系统21将激光L31整形为在长轴方向上长的线状的平行光束L32。光调制器22将平行光束L32调制为调制光束L33。投影光学系统23将调制光束L33引导至对象物的照射面。照明光学系统21包括光束整形器213。光束整形器213将激光L31的短轴方向和长轴方向上的强度分布从高斯分布进行变换，并将光调制器22的调制面上的平行光束L32的短轴方向和长轴方向上的强度分布成为平顶分布。
投影光学系统23包括第一透镜231、第二透镜232、第三透镜233以及第四透镜234。第二透镜232位于比第一透镜231更靠近调制光束L33的行进方向的位置。第三透镜233位于比第一透镜231更靠近调制光束L33的行进方向的位置。第四透镜234位于比第一透镜231、第二透镜232以及第三透镜233更靠近调制光束L33的行进方向的位置。利用第三透镜233以及第四透镜234，上述调制面与上述照射面在长轴方向上光学共轭。另外，利用第一透镜231、第二透镜232以及第三透镜233，该调制面与第四透镜234的前侧焦点位置在短轴方向上光学共轭。第四透镜234使该前侧焦点位置处的平顶分布的光束在照射面131上会聚。
这样，由光束整形器213将激光L31的短轴方向和长轴方向上的强度分布成为平顶分布，由此，能够使入射至光调制器22的平行光束L32的最大功率密度降低并增加投入总光量。因此，能够降低光调制器22的损伤风险并增加向光调制器22投入的光量。另外，通过采用上述结构的投影光学系统23，能够将在光调制器22上以平顶分布(短轴方向和长轴方向)入射的平行光束L32作为具有主峰的sinc分布(短轴方向)的调制光束L33而在对象物上适当地会聚。其结果，能够适当地增加照射至对象物的调制光束L33的功率密度。
在投影光学系统23中，优选为第三透镜233位于比第二透镜232更靠近调制光束L33的行进方向的位置。换言之，第三透镜233优选配置在第二透镜232与第四透镜234之间。假使第二透镜232位于比第三透镜233更靠调制光束L33的行进方向的位置时，由于在长轴方向上从光调制器22的各个位置射出的主光线以不同的角度入射至第二透镜232，可能会产生像差。另一方面，如上所述，通过将第三透镜233配置在比第二透镜232更靠近调制光束L33的行进方向的位置，由于在长轴方向上从光调制器22的各个位置射出的主光线大致垂直于第二透镜23入射，从而能够减少像差的产生。
如上所述，投影光学系统23优选为还包括长轴侧遮光部235以及短轴侧遮光部236。长轴侧遮光部235位于第三透镜233与第四透镜234之间，遮挡来自光调制器22的长轴侧的非0阶衍射光。短轴侧遮光部236位于第一透镜231与第二透镜232及第三透镜233之间，遮挡来自光调制器22的短轴侧的非0阶衍射光。这样，在光学装置12中，使调制光束L33在投影光学系统23的光路上的会聚位置在长轴方向和短轴方向上不同，并通过在该不同的会聚位置将长轴侧以及短轴侧的非0阶衍射光分别遮光，如上所述，使1阶衍射光照射至长轴侧遮光部235以及短轴侧遮光部236上的大致线状的照射区域81、82。因此，与如上述比较例的将1阶衍射光照射至点状的照射区域的情况相比，能够显著地降低长轴侧遮光部235以及短轴侧遮光部236上的1阶衍射光的功率密度。由此，能够降低由1阶衍射光等的非0阶衍射光引起的损伤长轴侧遮光部235以及短轴侧遮光部236的风险，并且能够实现长轴侧遮光部235以及短轴侧遮光部236的结构的简单化(例如，板状构件的薄型化)。
如上所述，长轴侧遮光部235优选位于第三透镜233的后侧焦点位置。由此，由于能够减小长轴侧遮光部235上的1阶衍射光等的非0阶衍射光的照射区域，从而能够使长轴侧遮光部235的遮光面积小型化。另外，短轴侧遮光部236优选位于第一透镜231的后侧焦点位置。由此，由于能够减小短轴侧遮光部236上的1阶衍射光等的非0阶衍射光的照射区域，从而能够使短轴侧遮光部236的遮光面积小型化。
另一方面，长轴侧遮光部235也优选避开第三透镜233的后侧焦点位置而配置。由此，由于能够降低长轴侧遮光部235上的1阶衍射光等的非0阶衍射光的功率密度，从而能够进一步降低由非0阶衍射光引起的长轴侧遮光部235的损伤风险。另外，短轴侧遮光部236也优选避开第一透镜231的后侧焦点位置配置。由此，由于能够降低短轴侧遮光部236上的1阶衍射光等的非0阶衍射光的功率密度，从而能够进一步降低由非0阶衍射光引起的短轴侧遮光部236的损伤风险。
如上所述，光调制器22优选包括二维排列的多个调制元件(即，像素221)。由此，由于来自照明光学系统21的平行光束L32能够平面状地照射在光调制器22上，从而能够增加向光调制器22投入的总光量，并且降低光调制器22上的照射区域中的平行光束L32的最大功率密度。其结果，能够进一步降低光调制器22的损伤风险。
如上所述，光调制器22优选为PLV。由于PLV具有高耐功率性能，尤其适用于需要增加投入光量的光调制器22。
三维造型装置1包括上述的光学装置12、激光源11以及扫描部13。激光源11向光学装置12射出激光L31。扫描部13是供来自光学装置12的调制光束L33照射的上述对象物，并在造型材料91上扫描调制光束L33。如上所述，在光学装置12中，由于能够适当地增加照射至对象物(即，扫描部13)的调制光束L33的功率密度，从而在三维造型装置1中，也能够适当地增加在造型材料91上照射的调制光束L33的功率密度。其结果，能够增加三维造型装置1中的造型物的造型速度，从而能够提高生产性。
如上所述，扫描部13优选包括通过旋转来变更所述调制光束的行进方向的电流镜132。由此，能够高精度且高速地进行来自光学装置12的调制光束L33的扫描。
如上所述，在三维造型装置1中，由扫描部13进行的调制光束L33的扫描方向优选为与调制光束L33的短轴方向相对应的方向。由于在造型材料91上，调制光束L33的短轴方向上的强度分布为上述的sinc分布，因此在会聚点的周围存在亮环，比该会聚点更靠近扫描方向(即，短轴方向)前侧的区域被该亮环预热。因此，在利用调制光束L33扫描被预热的该区域时，能够缩短该区域的加热时间。其结果，能够进一步提高三维造型装置1的生产性。
在上述的光学装置12以及三维造型装置1中，能够进行各种变更。
例如，光学装置12的光调制器22不限于上述的PLV、GLV或DMD，可以进行各种变更。另外，光调制器22不必一定包括二维排列的多个调制元件，例如也可以是包括直线状地排列的多个调制元件的光调制器。
在投影光学系统23中，例如在上述的像差在容许范围内的情况下或追加用于修正像差的光学元件等情况下，第二透镜232也可以配置在比第三透镜233更靠近调制光束L33的行进方向的位置。
三维造型装置1的扫描部13不必一定包括电流镜132，如上所述，也可以是具有多边形激光扫描仪等其他结构的扫描部。或者，扫描部13不限于变更来自投影光学系统23的调制光束L33的行进方向的机构，例如也可以是在调制光束L33的照射位置被固定的状态下，使保持造型材料91的造型部141在水平方向上移动的线性马达等的移动机构。
光学装置12不必一定设置在三维造型装置1中，例如也可以在激光标记装置等的激光加工机中使用。
上述实施方式以及各变形例中的结构在彼此不矛盾的范围内能够适当地组合。
对本发明进行了详细说明，但所述说明是示例性而非限制性。因此，在不脱离本发明的范围内可以进行多种变形、实施方式。
相关申请的相互参照
本申请主张2020年4月6日提出的日本专利申请JP2020-068194号的优先权，并将该申请的全部内容援引至本申请。

Claims (12)

1.一种光学装置，将调制光束照射至对象物上的照射面，其中，
包括：
照明光学系统，将激光整形为在长轴方向上长的线状的平行光束；
光调制器，将所述平行光束调制为调制光束；以及
投影光学系统，将所述调制光束引导至对象物的照射面，
所述照明光学系统包括：光束整形器，将所述激光的短轴方向以及所述长轴方向上的强度分布从高斯分布进行变换，并使所述光调制器的调制面上的所述平行光束的所述短轴方向以及所述长轴方向上的强度分布成为平顶分布，
所述投影光学系统包括：
第一透镜；
第二透镜，在所述调制光束的行进方向上，位于比所述第一透镜更靠近所述对象物的照射面的位置；
第三透镜，在所述调制光束的行进方向上，位于比所述第一透镜更靠近所述对象物的照射面的位置；以及
第四透镜，在所述调制光束的行进方向上，位于比所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜更靠近所述对象物的照射面的位置，
在所述长轴方向上，利用所述第三透镜以及所述第四透镜使所述调制面与所述照射面光学共轭，
在所述短轴方向上，利用所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜使所述调制面与所述第四透镜的前侧焦点位置光学共轭，所述第四透镜将所述前侧焦点位置处的平顶分布的光束在所述照射面会聚。
2.如权利要求1所述的光学装置，其中，
在所述调制光束的行进方向上，所述第三透镜位于比所述第二透镜更靠近所述对象物的照射面的位置。
3.如权利要求2所述的光学装置，其中，
所述投影光学系统还包括：
长轴侧遮光部，位于所述第三透镜与所述第四透镜之间，遮挡来自所述光调制器的长轴侧的非0阶衍射光；以及
短轴侧遮光部，位于所述第一透镜与所述第二透镜及所述第三透镜之间，遮挡来自所述光调制器的短轴侧的非0阶衍射光。
4.如权利要求3所述的光学装置，其中，
所述光调制器包括二维排列的多个调制元件。
5.如权利要求4所述的光学装置，其中，
所述光调制器为平面光阀。
6.如权利要求1所述的光学装置，其中，
所述投影光学系统还包括：
长轴侧遮光部，位于所述第三透镜与所述第四透镜之间的位置，遮挡来自所述光调制器的长轴侧的非0阶衍射光；以及
短轴侧遮光部，位于所述第一透镜与所述第二透镜及所述第三透镜之间的位置，遮挡来自所述光调制器的短轴侧的非0阶衍射光。
7.如权利要求6所述的光学装置，其中，
所述光调制器包括二维排列的多个调制元件。
8.如权利要求7所述的光学装置，其中，
所述光调制器为平面光阀。
9.如权利要求1所述的光学装置，其中，
所述光调制器包括二维排列的多个调制元件。
10.如权利要求9所述的光学装置，其中，
所述光调制器为平面光阀。
11.一种三维造型装置，其中，
包括：
权利要求1至10中任一项所述的光学装置；
激光源，向所述光学装置射出所述激光；以及
扫描部，该扫描部是供来自所述光学装置的所述调制光束照射的所述对象物，在造型材料上扫描所述调制光束。
12.如权利要求11所述的三维造型装置，其中，
所述扫描部包括通过旋转来变更所述调制光束的行进方向的电流镜。
CN202110358008.5A 2020-04-06 2021-04-01 光学装置以及三维造型装置 Active CN113492218B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020068194A JP7395410B2 (ja) 2020-04-06 2020-04-06 光学装置および３次元造形装置
JP2020-068194 2020-04-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113492218A CN113492218A (zh) 2021-10-12
CN113492218B true CN113492218B (zh) 2023-04-25

Family

ID=75302286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110358008.5A Active CN113492218B (zh) 2020-04-06 2021-04-01 光学装置以及三维造型装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11588080B2 (zh)
EP (1) EP3919959B1 (zh)
JP (1) JP7395410B2 (zh)
CN (1) CN113492218B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114378308A (zh) * 2021-11-30 2022-04-22 杭州正向增材制造技术有限公司 激光打印方法及系统
JP2024027223A (ja) 2022-08-17 2024-03-01 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 光学装置および３次元造形装置
CN115401215B (zh) * 2022-09-16 2023-06-27 爱司凯科技股份有限公司 使用非球柱面镜组调节光斑形状及能量分布的装置及方法
JP2024045830A (ja) * 2022-09-22 2024-04-03 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス レーザマーカ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10332073A1 (de) 2003-07-11 2005-02-10 Carl Zeiss Jena Gmbh Anordnung zur optischen Erfassung von in einer Probe angeregter und / oder rückgestreuter Lichtstrahlung mit Doppelobjektivanordnung
JP2006072220A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Sony Corp 照明装置及び画像生成装置
JP2007029959A (ja) 2005-07-22 2007-02-08 Olympus Corp レーザ加工機
US7583444B1 (en) 2005-12-21 2009-09-01 3M Innovative Properties Company Process for making microlens arrays and masterforms
US8743165B2 (en) * 2010-03-05 2014-06-03 Micronic Laser Systems Ab Methods and device for laser processing
DE102015002537B4 (de) * 2015-02-27 2017-11-09 Innovavent Gmbh Optisches System und optisches Verfahren zum Homogenisieren der Intensität von Laserstrahlung sowie Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten
JP6427452B2 (ja) 2015-03-30 2018-11-21 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 露光データ生成方法、製造方法、露光データ生成装置、露光データ生成プログラム、および、製造システム
EP3320396B1 (en) 2015-07-07 2019-01-02 Lumileds Holding B.V. Light emitting apparatus
JP6625901B2 (ja) 2016-02-29 2019-12-25 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 照明装置、および検査装置
US10717230B2 (en) * 2016-06-16 2020-07-21 Xerox Corporation Line laser imager for thermoplastic selective laser sintering
DE102016120244A1 (de) 2016-10-24 2018-04-26 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte

Also Published As

Publication number Publication date
US20210313492A1 (en) 2021-10-07
JP7395410B2 (ja) 2023-12-11
JP2021165769A (ja) 2021-10-14
EP3919959A1 (en) 2021-12-08
US11588080B2 (en) 2023-02-21
CN113492218A (zh) 2021-10-12
EP3919959B1 (en) 2022-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113492218B (zh) 光学装置以及三维造型装置
JP6810199B2 (ja) レーザー印刷システム
EP3078482B1 (en) Photo-curing 3d printing device and imaging system thereof
US10156793B2 (en) Light-curing type 3D printing device and image exposure system thereof
JP2017501052A5 (zh)
EP2226683A1 (en) Illumination system for use in a stereolithography apparatus
JP2018518601A5 (zh)
KR20160126153A (ko) 레이저 레이더 또는 다른 장치를 위한 광 스캐너
CN109968661A (zh) 光固化型三维打印方法和设备
CN108351498B (zh) 用于制造三维物体的设备及其应用
US20240064275A1 (en) Optical apparatus and three-dimensional modeling apparatus
JP2005275325A (ja) 画像露光装置
US9964857B2 (en) Beam exposure device
WO2024062696A1 (ja) ３次元造形装置
JP2006148711A (ja) レーザビームスキャナ
US20240036344A1 (en) Optical apparatus and three-dimensional modeling apparatus
US20200200953A1 (en) Method of producing lens unit and lens unit
CN117733356A (zh) 激光打标机
JP2019077118A (ja) 光造形装置
WO2018041688A1 (en) Laser based light source with tailored illumination pattern
KR102214632B1 (ko) 소형 라인 레이저 장치
US20240227291A9 (en) Three-dimensional modeling apparatus and three-dimensional modeling method
JP2021170050A (ja) 光造形装置用光学系
KR20220004140A (ko) 물체를 층층이 적층 제조하기 위한 적층 제조 기계
JP2006337530A (ja) 画像露光装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant