JP2000238137A - Apparatus and method for conducting stereolithography - Google Patents

Apparatus and method for conducting stereolithography

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JP2000238137A
JP2000238137A JP11038760A JP3876099A JP2000238137A JP 2000238137 A JP2000238137 A JP 2000238137A JP 11038760 A JP11038760 A JP 11038760A JP 3876099 A JP3876099 A JP 3876099A JP 2000238137 A JP2000238137 A JP 2000238137A
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resin
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laser
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JP11038760A
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Japanese (ja)
Inventor
Shin Asano
Takayuki Goto
Tatsunori Hayashi
Ryosuke Hoshina
良祐 保科
崇之 後藤
辰憲 林
伸 浅野
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Ind Ltd
三菱重工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately conduct a stereolithography of a three-dimensional article. SOLUTION: The apparatus 1 for conducting a stereolithography comprises a resin storage tank 21 for storing liquid-like photo-setting resin 23, a light source 11 for emitting a luminous flux 12, a luminous flux scanning means 30 for scanning a luminous flux 14, and a lens 51 for focusing the resin 23 with the luminous flux 14b, and conducts the stereolithography of a desire stereoscopic shape by laminating a resin cured layer by repeating the step of forming the resin cured layer of a predetermined surface-like pattern by scanning the flux 14b by the means 30. In this case, the apparatus comprises a luminous flux power control means 40 for suppressing a change of power of the flux 14b, a focus position detecting means for detecting a focal position of the flux 14b, a focus position control means 50 for moving the focus of the flux to a predetermined position, and a luminous flux scanning speed control means for suppressing a change of the speed, thereby individually controlling the means 40, 50 and the scanning speed control means.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂貯溜槽内の液状光硬化性樹脂に、レンズで絞った光束を照射しこれを走査させて、所定の面状パターンを有する樹脂硬化層を形成する工程を繰り返して、樹脂硬化層を積層していくことにより三次元の立体形状を造形する、光造形装置及び光造形方法に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to liquid photocurable resin in the resin reservoir, is irradiated with the light beam focused by the lens by scanning it, to form a cured resin layer having a predetermined planar pattern Repeat step shaping a three-dimensional solid shape by going laminated cured resin layer, an optical shaping apparatus and optical shaping method.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来より、任意に設計された立体形状を容易且つ安価に造形して設計仕様の確認を迅速に行なえるように、また、従来の金型を用いた造形手法では造形が困難もしくは不可能であった複雑な立体形状にも対応して製品の開発作業が迅速且つ安価に行なうことができるように、液状光硬化性樹脂に光束を照射しながら走査することにより所望の立体形状を造形する光造形装置が開発されている。 Conventionally, to quickly perform so confirm the design specifications and shaping a three-dimensional shape that is designed to arbitrarily easily and inexpensively, also difficult to build a molding method using a conventional mold desired three-dimensional shape by or impossible in which was also compatible with complex three-dimensional shape such development work products can be performed quickly and inexpensively, is scanned while being irradiated with the light beam to the liquid photocurable resin the optical shaping apparatus has been developed for modeling a.

【0003】このような光造形装置としては、例えば図10に示すような構成のものがあり、図示するように、 [0003] As such an optical shaping apparatus, may include the configuration example shown in FIG. 10, as shown,
紫外光が照射されると硬化する液状光硬化性樹脂102 Liquid photocurable resin is cured with ultraviolet light is irradiated 102
が溜められた樹脂貯溜槽101と、樹脂貯溜槽101内に配置される水平板状のステージ104と、このステージ104を昇降駆動するエレベータ103と、紫外域の波長を有するレーザ光107を液状光硬化性樹脂102 The resin reservoir 101 accumulated is a horizontal plate-like stage 104 disposed in the resin reservoir tank 101, the elevator 103 for vertically driving the stage 104, a laser beam 107 having a wavelength in the ultraviolet range liquid light curable resin 102
に照射するビームスキャナー106と、ビームスキャナー106及びエレベータ103の動作を制御する造形コントローラ108とから構成されている。 A beam scanner 106 to be irradiated to, and a shaping controller 108 which controls the operation of the beam scanner 106 and the elevator 103.

【0004】ここで、造形コントローラ108には、所望の三次元立体を所定の厚みで複数層にスライスして得られる各断面の形状データ(断面スライスデータ)が入力されており、エレベータ103とビームスキャナー1 [0004] Here, the shaping controller 108, the shape data of each section obtained by slicing a plurality of layers of the desired three-dimensional with a predetermined thickness (sectional slice data) are input, elevator 103 and beam scanner 1
06の動作は、この断面スライスデータに基づいて造形コントローラ108により制御されるようになっている。 06 operations, are controlled by the molding controller 108 on the basis of the cross-sectional slice data.

【0005】そして、この光造形装置により、所望の三次元立体を造形するには、まず、エレベータ103により、ステージ104を図10中に実線で示す初期位置に移動させる。 [0005] By the optical shaping apparatus, the shaping of the desired three-dimensional, first, the elevator 103 moves the stage 104 in the initial position shown by the solid line in FIG. 10. ここで、ステージ104の初期位置は、液状光硬化性樹脂102の液面102aよりも所定の厚み、即ち、単位樹脂層厚みだけ低い位置に設定されており、ビームスキャナー106から照射されたレーザ光1 Here, the initial position of the stage 104, a predetermined thickness than the liquid surface 102a of the liquid photo-curable resin 102, i.e., is set at a low position by the unit resin layer thickness, the laser beam emitted from the beam scanner 106 1
07は、ステージ104によって規制され、液面102 07 is regulated by the stage 104, the liquid level 102
a,ステージ104間の領域の液状光硬化性樹脂102 a, in the regions between the stage 104 liquid photo-curable resin 102
を硬化させ、所定の厚みで第1の硬化層が形成される。 Curing the first curable layer at a predetermined thickness is formed.

【0006】このとき、造形コントローラ108によりビームスキャナー106が制御されて、レーザ光107 [0006] At this time, the beam scanner 106 is controlled by shaping controller 108, laser beam 107
が第1層目の断面スライスデータにしたがって走査され、第1の樹脂硬化層(以降、単に硬化層ともいう)が所定の形状に形成される。 There is scanned in accordance with section slice data of the first layer, the first resin cured layer (hereinafter, simply referred to as hardened layer) is formed into a predetermined shape. 次に、エレベータ103により、ステージ104を所定の厚み分下方へ移動させる。 Next, the elevator 103 moves the stage 104 to a predetermined thickness of the lower.
このとき、第1の硬化層は、ステージ104とともに所定の厚み分下方へ移動するので、液状光硬化性樹脂10 At this time, the first cured layer, so move together with the stage 104 to a predetermined thickness of the lower, liquid photocurable resin 10
2が第1の硬化層上に流れ込み、液面102aと第1の硬化層の上面に挟まれた領域が、所定の厚みで第2の硬化層として形成される。 2 flows into the first hardening layer, the area between the upper surface of the liquid surface 102a of the first cured layer is formed as a second cured layer with a predetermined thickness.

【0007】このとき、第1層目と同様にビームスキャナー106によりレーザ光107を第2層目の断面スライスデータにしたがって走査し、第2の硬化層が所定の形状に形成される。 [0007] At this time, the first layer as well as the beam scanner 106 to scan the laser beam 107 in accordance with the second layer section slice data, a second cured layer is formed in a predetermined shape. なお、この際、第2の硬化層は第1 At this time, the second hardened layer is first
の硬化層の上面に接合する。 Bonded to the upper surface of the hardened layer. そして、これ以降、上述した手順により断面スライスデータに基づいて各層が形成されていき、図中に二点鎖線で示す最終位置にまでステージ104が移動して最上層の硬化層が形成されて立体形状の造形が完了するのである。 Then, after this, the above procedure will be formed each on the basis of the section slice data, the stage 104 is moved to the final position indicated by the two-dot chain line in FIG been uppermost hardened layer forming the three-dimensional modeling of the shape is to complete.

【0008】なお、このように、樹脂貯溜槽101に溜められた液状光硬化性樹脂102に、上方からレーザ光107を照射しながら硬化層を一層ずつ造形していく方式は、一般に自由液面方式と呼ばれる。 [0008] Incidentally, in this way, the liquid photocurable resin 102 accumulated in the resin reservoir 101, the method to continue to shape the cured layer by layer while irradiating the laser beam 107 from above, generally free liquid surface It called the method. また、従来の光造形装置には、このような自由液面方式の他に、底部にレーザ光を透過する透過窓を有する樹脂貯溜槽内の液状光硬化性樹脂に、下方より透過窓を介してレーザ光を照射して造形を行なう規制液面方式と呼ばれるものがある。 Further, the conventional optical shaping apparatus, in addition to such free liquid surface method, the bottom liquid photocurable resin in the resin reservoir having a transmission window that transmits a laser beam, through a more transparent window below is irradiated with a laser beam is the so-called regulated liquid level method of performing molding Te. 規制液面方式の装置としては、例えば、図11に示す装置があり、この装置は、図示するように、液状光硬化性樹脂112を貯溜した樹脂貯溜槽111と、樹脂貯溜槽111内に配置される水平板状のステージ114 The device of the regulating liquid surface method, for example, there is a device shown in FIG. 11, this apparatus, as shown, the resin reservoir 111 reservoir the liquid photocurable resin 112, disposed in the resin reservoir 111 horizontal plate-like stage 114
と、移動手段113aを有してステージ114を昇降させるエレベータ113と、レーザ光117を照射する光源119と、樹脂貯溜槽111の下方に配設されたビームスキャナー116とをそなえて構成されている。 When, an elevator 113 for moving up and down the stage 114 has a moving means 113a, a light source 119 for irradiating a laser beam 117 is configured to include a beam scanner 116 is disposed below the resin reservoir 111 .

【0009】ここで、樹脂貯溜槽111の底部には開口部が設けられており、この開口部には、レーザ光117 [0009] Here, the bottom of the resin reservoir 111 is provided with an opening, in the opening, the laser beam 117
が透過できる例えば石英ガラス板のような透過窓118 Transmissive window 118 but as the transmission can be for example quartz glass plate
が設置されている。 There has been installed. また、ビームスキャナー116は、 In addition, the beam scanner 116,
偏向器116aとレンズ116bとをそなえており、レーザ光117を、偏向器116aによりレンズ116b And it includes a deflector 116a and the lens 116b, the laser beam 117, a lens 116b by a deflector 116a
に入射させ、このレンズ116bにより、透過窓118 To be incident on, this lens 116 b, the transmission window 118
を介して液状光硬化性樹脂112に集束させる。 Focusing the liquid photocurable resin 112 through. そして、偏向器116aとレンズ116bとは、左右方向に一体に移動可能となっており、偏向器116a,レンズ116bを移動させることにより、レーザ光117を走査することができる。 Then, the deflector 116a and the lens 116 b, the left-right direction and is movable integrally with the, by moving the deflector 116a, the lens 116 b, it is possible to scan the laser beam 117.

【0010】また、この光造形装置には、図示しない造形コントローラがそなえられており、この造形コントローラには、所望の三次元立体を所定の厚みで複数層にスライスして得られる各断面の形状データ(断面スライスデータ)が入力されている。 [0010] The optical shaping apparatus is provided with a shaping controller (not shown), this modeling controller, the shape of each cross section obtained by slicing a plurality of layers of the desired three-dimensional at a predetermined thickness data (section slice data) is input. そして、この断面スライスデータに基づいて、造形コントローラによりビームスキャナー116及びエレベータ113の動作が制御される。 Then, based on the cross-sectional slice data, the operation of the beam scanner 116 and the elevator 113 is controlled by the molding controller.

【0011】したがって、造形コントローラの制御により、レーザ光117がビームスキャナー116に走査され、所定の形状を有する硬化層が1層づつ造形されていく。 Accordingly, the control of the shaping controller, the laser beam 117 is scanned in the beam scanner 116, the hardened layer having a predetermined shape is gradually being shaped one layer at a time. このとき、レーザ光117はステージ114に規制されるので、ステージ114と透過窓118との隙間1 At this time, the laser beam 117 is restricted to the stage 114, the gap between the stage 114 and the transmission window 118 1
20により、硬化層の厚みが決定される。 By 20, the thickness of the hardened layer is determined. そして、硬化層の造形が終了する毎にステージ114をエレベータ1 Then, the elevator 1 stage 114 every time the shaping of the hardened layer is completed
13によって所定の厚み分だけ上昇させ、ステージ11 It is raised by a predetermined thickness of the 13, the stage 11
4の下面にこの硬化層を積層させていくことにより、最終的に所望の三次元立体形状が造形されるのである。 By going by stacking the cured layer on the lower surface of the 4, final desired three-dimensional shape is being shaped.

【0012】さて、上述したように、従来の自由液面方式及び規制液面方式による何れの光造形装置においても、複数の硬化層を重ねて三次元立体形状を造形するので、高精度に三次元立体を造形するためには、硬化層一層分の厚みを薄くするとともにこの厚みの精度を向上させる必要がある。 [0012] Now, as described above, in any of the optical shaping apparatus according to the conventional free liquid surface method and regulating liquid surface method, since shaping the three-dimensional shape by overlapping a plurality of cured layers, the three high precision linear to build the original solid, it is necessary to improve the accuracy of the thickness as well as reduce the thickness of the hardened layer one layer. ここで、レーザ光を液状光硬化性樹脂に照射しながら一定速度で走査した時に造形される単位樹脂層厚みの最大高さZmax は光束のパワー(レーザパワー)P(W),レーザ走査速度(以降、単に走査速度ともいう)v(m/s),液状光硬化性樹脂の液面におけるレーザ光のスポット径w(m),液状硬化性樹脂の吸収係数α(m -1 ),臨界硬化エネルギー密度u C (J Here, the maximum height Zmax is the light beam power of the unit a resin layer thickness is shaped laser beam when scanning at a constant speed while irradiating the liquid photo-curable resin (laser power) P (W), the laser scanning speed ( hereinafter, simply referred to as the scanning speed) v (m / s), the spot diameter of the laser beam at the liquid surface of the liquid photocurable resin w (m), the absorption coefficient of the liquid curable resin alpha (m -1), critical curing energy density u C (J
/m 2 )から、以下の式(1)により解析的に求められる。 / From m 2), it is analytically determined by the following equation (1).

【0013】 Zmax =α -1 {ln〔(2/π) 0.5 P/(v・w)〕・ln(u C )}・・(1) ここで、式(1)における各パラメータα,P,v, [0013] Zmax = α -1 {ln [(2 / π) 0.5 P / (v · w) ] · ln (u C)} ·· (1) , wherein each parameter in the formula (1) alpha, P , v,
w,u Cが互いに独立であり、また、液状光硬化性樹脂の特性を表わす吸収係数α及び臨界硬化エネルギー密度u Cが一定であるとすれば、単位樹脂層厚みの最大高さZmax はレーザパワーP,レーザ走査速度v,レーザスポット径wのみに依存することになる。 w, u C is independent of each other, also, if the absorption coefficient α and the critical curing energy represents the characteristics of the liquid photocurable resin density u C is constant, the maximum height Zmax unit resin layer thickness laser power P, the laser scanning speed v, will depend only on the laser spot size w.

【0014】そこで、上式(1)の両辺を微分することによって、上記パラメータP,v,wと、単位樹脂層厚み最大高さZmax の変動量δZmax との関係を示す式(2)が得られる。 [0014] Thus, by differentiating both sides of the above equation (1), the parameter P, v, w and, obtained the formula (2) showing the relationship between the variation amount δZmax maximum height Zmax units resin layer thickness It is. δZmax ≦α -1 (|δP/P|+|δv/v|+|δw/w|)・・(2) そして、この式(2)からも分かるように、変動量δZ δZmax ≦ α -1 (| δP / P | + | δv / v | + | δw / w |) ·· (2) Then, as can be seen from the equation (2), variation δZ
max を減少させて高精度に三次元立体を造形するためには、液状光硬化性樹脂の特性を表わす吸収係数αを大きくするか、または、レーザパワーP,レーザ走査速度v,レーザスポット径wを高精度に制御すればよく、従来より、このような観点から高精度に三次元立体を造形する技術が種々開発されている。 Decreasing the max to build a three-dimensional with high precision, either by increasing α the absorption coefficient representing the characteristic of the liquid photocurable resin, or the laser power P, the laser scanning speed v, the laser spot size w well be controlled with high accuracy, conventionally, a technique for shaping a three-dimensional high precision from this point of view have been developed.

【0015】例えば、液状光硬化性樹脂に、インクのようなレーザ光を吸収しうる媒体(以降、単に吸収媒体という)を混ぜることで吸収係数αを大きくして、単位樹脂層厚みの最大高さZmax を小さくするとともに、その変動量δZmax を抑制するようにした技術がある(従来技術1)。 [0015] For example, the liquid photo-curable resin, medium capable of absorbing laser light, such as ink (hereinafter, simply referred to as absorption medium) by increasing the absorption coefficient α by mixing the maximum height of the unit a resin layer thickness is thereby reduced Zmax, there is a technique so as to suppress the variation DELTA.Zmax (prior art 1). このように吸収係数αを大きくすることにより、単位樹脂層厚みの最大高さZmax 及びその変動量δ By doing so increase the absorption coefficient α, the maximum height of the unit a resin layer thickness Zmax and the variation amount δ
Zmax を、共に吸収係数αに反比例して抑制することができる。 Zmax and can both be suppressed in inverse proportion to the absorption coefficient alpha.

【0016】また、特許2676838号公報には、レーザ光を走査するための偏向器と、液状光硬化性樹脂の液面にレーザ光の焦点を合わせるための焦点補正器と、 Further, Japanese Patent No. 2676838, a focus corrector for adjusting a deflector for scanning the laser beam, the liquid surface of the liquid photocurable resin to bring the focus of the laser beam,
レーザ光のレーザパワーPを調整するためのAOM(音響光学変調素子)と、これらを制御するための制御手段とをそなえた光造形装置が開示されている(従来技術2)。 AOM for adjusting the laser power P of the laser light (acousto-optic modulation device), optical shaping apparatus provided with a control means for controlling these have been disclosed (prior art 2).

【0017】ここで、偏向器は例えばガルバノミラーにより構成され、偏向器の角度を動かしてレーザ光の照射方向を偏向させることによりレーザ光を任意の方向に走査するようになっている。 [0017] Here, the deflector is constituted by the galvanometer mirror for example, so as to scan the laser beam in an arbitrary direction by deflecting the irradiation direction of the laser beam by moving the angle of the deflector. したがって、偏向器の角度の変更速度がレーザ光の走査速度vを決定することになる。 Therefore, the change rate of the angle of the deflector determines the scanning speed v of the laser beam. また、焦点補正器は、偏向器の角度変更に伴い、液状光硬化性樹脂の液面に焦点を合わせるためにレーザ光のフォーカシングを行なう。 The focal correction instrument, with the angle changes of the deflector, for focusing the laser light to focus on the liquid surface of the liquid photo-curable resin. 即ち、液状光硬化性樹脂の液面におけるレーザ光の径(スポット径)wを調整するようになっている。 In other words, so as to adjust the diameter (spot diameter) w of the laser beam in the liquid surface of the liquid photo-curable resin.

【0018】また、走査速度vの制御(偏向器の角度制御),レーザ光のフォーカシング(スポット径wの制御),レーザパワーPの制御は、制御手段によりそれぞれフィードバック制御されるようになっている。 Further, control of the scanning speed v (angle control of the deflector), focusing the laser beam (control spot diameter w), control of the laser power P is adapted to be feedback-controlled respectively by the control means . つまり、偏向器の角度制御に関しては、予め制御手段に入力された三次元立体の断面スライスデータに基づいた走査ライン上を、レーザ光が、所定の走査速度で走査するように、偏向器の角度を逐次感知してレーザ光の現在位置(位置情報)を確認するとともに、このレーザ光の現在位置と予定の走査ラインとを比較して、偏向器の角度がフィードバック制御されるようになっている。 That is, with respect to the angle control of the deflector, the scanning line on which is based on three-dimensional cross-sectional slice data entered in advance control means, so that the laser beam is scanned at a predetermined scanning speed, the angle of the deflector as well as determine the current position of the successive sensed by the laser beam (position information), by comparing the scan line of the plan and the current position of the laser light, the angle of the deflector is adapted to be feedback-controlled .

【0019】また、レーザ光のフォーカシングは、偏向器の角度情報からレーザ光のX−Y座標値(液状光硬化性樹脂の液面状の位置)が逐次算出され、これと予め作成されたX−Y座標の各点における焦点補正値に関するデータとが比較され、これに基づいて焦点補正器が駆動されることによりフィードバック制御されるようになっている。 Further, the focusing of the laser beam, deflector X-Y coordinate values ​​of the laser beam from the angle information (the liquid surface shaped position of the liquid photo-curable resin) is sequentially calculated, and was formed in advance and this X data about the focus correction value at each point in the -Y coordinates are compared, the focus corrector on the basis of this is adapted to be feedback-controlled by being driven.

【0020】さらに、レーザパワーPは、レーザパワーPと走査速度vとの積が常に一定になるようにAOMにより制御されるようになっている。 Furthermore, the laser power P is the product of the laser power P and scanning speed v is always adapted to be controlled by the AOM to be constant. ここで、走査速度v Here, the scanning speed v
は、偏向器の角度情報からレーザ光のX−Y座標値を算出し、このX−Y座標値の所定時間における変化量から逐次算出されるようになっている。 Calculates the X-Y coordinate values ​​of the laser beam from the angle information of the deflector is adapted to sequentially calculated from the variation in a predetermined time of the X-Y coordinate values.

【0021】 [0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の従来技術1及び従来技術2には、それぞれ以下のような課題がある。 [SUMMARY OF THE INVENTION] However, the conventional art 1 and the prior art 2 described above have the following problems, respectively. つまり、従来技術1では、上述したように単位樹脂層厚みの最大高さZmax 及びその変動量δZma That is, in the prior art 1, the maximum height of the unit a resin layer thickness as described above Zmax and variation δZma
x を小さくするために、液状光硬化性樹脂に吸収媒体を混ぜてその吸収係数αを大きくしているが、これによれば、最大高さZmax とその変動量δZmax とは、上述の式(1),(2)に示すように共に吸収係数αに反比例して小さくなり、このため、最大高さZmax とその変動量δZmax との比(δZmax /Zmax )は変化しない。 In order to reduce the x, but by increasing the absorption coefficient α by mixing absorption medium in the liquid photocurable resin, according to this, the maximum and its variation δZmax height Zmax, the above equation ( 1), (2) decreases in inverse proportion to both the absorption coefficient α as shown in, Therefore, the ratio of the maximum height Zmax and its variation DELTA.Zmax (DELTA.Zmax / Zmax) is not changed.
つまり、変動量δZmax が抑制されたとしても、最大高さZmax も薄くなって、所望の三次元立体形状をより多くの層に分けて造形することになる。 That is, even variation δZmax was suppressed, the maximum height Zmax be thinned, so that the shaping is divided into more layers of the desired three-dimensional shape. したがって、各層の精度向上は、層数の増加により相殺されてしまい、三次元立体形状を形成する層数と変動量δZmax とを乗じた値で導かれる三次元立体全体としての変動量は変化せずに精度は向上しないという課題がある。 Accordingly, each accuracy of, will be offset by an increase in the number of layers, the amount of variation of the entire three-dimensional guided by a value obtained by multiplying the number of layers to form a three-dimensional shape and the variation δZmax is unchanged there is a problem that accuracy is not improved without.

【0022】さらに、液状光硬化性樹脂は一般的に粘性が高いことが多く、吸収媒体が液状光硬化性樹脂に均一に混合されにくい。 Furthermore, the liquid photocurable resin is generally often viscous, absorbing medium difficult to uniformly mix the liquid photo-curable resin. このため、吸収媒体の濃度にむらが生じて液状光硬化性樹脂の吸収係数にばらつきが発生してしまうという課題もある。 Therefore, there is a problem that variation in the absorption coefficient of the concentration caused uneven liquid photocurable resin absorbing medium occurs. また、従来技術2では、従来技術1とは異なり、レーザ光のレーザパワーP,レーザ走査速度v,レーザスポット径wを制御することで、 Further, the prior art 2, unlike the prior art 1, by controlling the laser power P of the laser beam, the laser scanning speed v, the laser spot diameter w,
単位樹脂層厚みの最大高さZmax と変動量δZmax とを独立して制御することが可能である。 It is possible to independently control the maximum height Zmax unit resin layer thickness and variation DELTA.Zmax. したがって、最大高さZmax とその変動量δZmax との比(δZmax /Z Accordingly, the maximum ratio of the height Zmax and its variation δZmax (δZmax / Z
max )を抑制して、三次元立体の実質的な精度向上がはかれる。 max) by suppressing, substantial accuracy of three-dimensional can be achieved.

【0023】しかしながら、この従来技術2では、AO [0023] However, in this prior art 2, AO
Mと焦点補正器とのフィードバック制御に要する演算時間に多大な時間を要するために制御遅れが生じて、立体形状の造形精度が悪くなってしまうという課題がある。 And control delay for time-consuming in the calculation time required is generated in the feedback control between M and the focus corrector, a problem that fabrication accuracy of the three-dimensional shape is deteriorated.
つまり、レーザスポット径wの制御は、上述のように偏向器の角度情報からレーザ光が照射されているX−Y座標値を演算し、この結果に基づいて予め作成した補正値にしたがって焦点補正器を駆動するようになっているため、偏向器の角度が検出されてから焦点補正器を駆動するまでに多大な時間を要する。 That is, the control of the laser spot diameter w calculates the X-Y coordinate values ​​where the laser beam is irradiated from angle information of the deflector, as described above, focus correction according to the correction value created in advance based on a result since adapted to drive the vessel, it takes a long time until the angle of the deflector to drive the focus corrector from the detection. このため、焦点補正器により焦点の補正が行なわれた時点では、既にレーザ光は、この補正のための演算に使用されたX−Y座標値から大きく移動している。 Therefore, at the time when the correction of the focus has been performed by the focus corrector, already laser beam has moved largely from the X-Y coordinate values ​​used in the calculation for the correction. したがって、この補正と、実際に焦点補正器が駆動されてレーザ光のフォーカシングが行なわれる時点で本来行なわれるべき補正とでは、少なからず差異が生じてしまうのである。 Therefore, this correction, the actually focus corrector is driven correction to be performed originally when the focusing of the laser beam is performed, is the no small differences may occur.

【0024】また、レーザパワーPの制御は、上述のようにレーザパワーPとレーザ光走査速度vとの積が常に一定になるように行なわれる。 Further, control of the laser power P is the product of the laser power P and the laser beam scanning speed v is always performed so as to be constant as described above. したがって、まず偏向器の位置(角度)情報に基づきレーザ光のX−Y座標値が算出されて、このX−Y座標値の所定時間における変位量からレーザ光走査速度vが算出され、さらに、このレーザ光走査速度vからレーザパワーPを演算した上で、 Therefore, first, the position of the deflector (angle) X-Y coordinate values ​​of the laser beam on the basis of information is calculated, the laser beam scanning velocity v is calculated from the displacement amount at a predetermined time of the X-Y coordinate values, further, after having calculated the laser power P from the laser beam scanning velocity v,
AOMにより制御が行なわれる。 Control is performed by the AOM. このため、焦点補正器と同様に、偏向器の角度が検出されてからレーザパワーPの補正が行なわれるまでに多大な時間を要して、この補正と、実際にAOMにより制御が行なわれる時点で本来行なわれるべき補正とでは、やはり差異が生じてしまうのである。 Point Therefore, similarly to the focus corrector, it takes a lot of time from the detection of the angle of the deflector to the correction of the laser power P is performed, and the correction, which is actually controlled by the AOM is performed in the correction should be performed originally, it is still the difference occurs.

【0025】このような従来技術2の課題を解決すべく、特開平9−99490号公報には、断面スライスデータから、任意の中間点でのレーザ光走査速度vのデータを予め計算しておき、このレーザ光走査速度vのデータに基づいて各制御対象(焦点補正器,AOM)を予測的に制御して制御遅れを防止するようにした技術(従来技術3)が開示されている。 [0025] In order to solve the problems of the conventional art 2, JP-A-9-99490, from a cross-sectional slice data, calculated in advance data of the laser beam scanning velocity v at any intermediate point the laser beam scanning velocity v data each control object based on the (focus corrector, AOM) techniques to prevent the predictive control to control delay (prior art 3) discloses a. しかし、このように各制御対象を予測的に制御しても、三次元立体を造形中に振動や温度変化等の環境的な外乱が発生した場合には、こうした突発的な外乱に対する補正を行なうことができず造形精度が低下してしまう虞がある。 However, even in this way predictive control each control object, if the environmental disturbance, such as vibration or temperature changes occur during molding the three-dimensional performs correction to these sudden disturbances molding accuracy can not there is a risk that degraded.

【0026】本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、三次元立体を高精度に造形することができるようにした、光造形装置及び光造形方法を提供することを目的とする。 [0026] The present invention has been made in view of such problems, and so it is possible to manufacture a three-dimensional high precision, and an object thereof is to provide an optical shaping apparatus and optical shaping method .

【0027】 [0027]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1記載の本発明の光造形装置は、液状光硬化性樹脂を貯溜した樹脂貯溜槽と、光束を出射する光源と、該光束を走査する光束走査手段と、該光束を該樹脂貯溜槽内の該液状光硬化性樹脂に集束させるレンズとをそなえ、該レンズにより集束され該液状光硬化性樹脂に照射された該光束を、該光束走査手段により走査させて所定の面状パターンを有する樹脂硬化層を形成する工程を繰り返して、該樹脂硬化層を積層していくことにより、所望の立体形状を造形する光造形装置において、該光束のパワーの検出情報に基づき該光束のパワーの変動を抑制する光束パワー制御手段と、該レンズで集束された該光束の焦点位置を検出する焦点位置検出手段と、該焦点位置検出手段によって検出された該 Means for Solving the Problems] Accordingly, the optical shaping apparatus of the present invention according to claim 1, scans a resin reservoir that reservoir a liquid photocurable resin, a light source for emitting a light beam, the light beam a light beam scanning unit, the light beam includes a lens for focusing in the liquid form photocurable resin of the resin reservoir tank, the light beam irradiated to be focused the liquid photocurable resin by the lens, the light beam scanning by scanning by means repeating the step of forming a resin cured layer having a predetermined surface pattern, by going laminating the cured resin layer, the optical shaping apparatus for shaping a desired three-dimensional shape, of the light beam and suppressing light beam power control means the variation of the power of the light beam based on the detection information of the power, and the focus position detecting means for detecting the focal position of the light flux converged by the lens, which is detected by said focus position detecting means the 点位置の情報に基づき、該光束の焦点を所定の位置に移動させる焦点位置制御手段と、該光束の走査速度の検出情報に基づき該走査速度の変動を抑制するための光束走査速度制御手段とをそなえ、該光束パワー制御手段と該焦点位置制御手段と該光束走査速度制御手段とがそれぞれ個別に制御を行なうように構成されていることを特徴としている。 Based on the information of the point positions, the focus position control means for moving the focal point of the light beam to a predetermined position, the light beam scanning speed control means for suppressing the fluctuation of the scanning speed on the basis of the detection information of the scanning speed of the light beam the provided, it is characterized in that the light beam power control means and the focal point position control means and the light beam scanning speed control means is configured to perform individually controlled respectively.

【0028】請求項2記載の本発明の光造形装置は、請求項1記載の光造形装置において、該光束パワー制御手段が音響光学素子により構成されていることを特徴としている。 The optical forming apparatus of the present invention according to claim 2, the optical modeling apparatus according to claim 1, the light beam power control means is characterized in that it is constituted by an acousto-optic element. 請求項3記載の本発明の光造形装置は、請求項1又は2記載の光造形装置において、該焦点位置検出手段が、該液状光硬化性樹脂の液面から反射する該光束の反射光の形状を検出する反射光形状検出手段をそなえて、該反射光形状検出手段からの検出結果に基づき非点収差法により該焦点位置を検出することを特徴としている。 Optical shaping apparatus of the present invention according to claim 3, in the optical modeling apparatus according to claim 1 or 2, wherein said focus position detecting means, the reflected light of the light beam reflected from the liquid surface of the liquid photocurable resin equipped with a reflected light shape detection means for detecting the shape, it is characterized by detecting the focal point position by reflected light shapes based on the detection result from the detection means astigmatic method.

【0029】請求項4記載の本発明の光造形方法は、樹脂貯溜槽内の液状光硬化性樹脂に、レンズにより光束を集束させて照射し、該光束を走査して所定の面状パターンを有する樹脂硬化層を形成する工程を繰り返して、該樹脂硬化層を積層することにより、所望の立体形状を造形する光造形方法において、該光束の照射時に、該光束のパワーの検出情報に基づき該光束のパワーの変動を抑制する光束パワー制御と、該光束の焦点位置の検出情報に基づき該レンズで集束された該光束の焦点を所定の位置に移動させる焦点位置制御と、該光束の走査速度の検出情報に基づき該光束の走査速度の変動を抑制する光束走査速度制御とをそれぞれ個別に行なうことを特徴としている。 The optical modeling method of the present invention described in claim 4, in the liquid photocurable resin in the resin reservoir, a lens by irradiating it focuses the light beam, a predetermined planar pattern by scanning the light beam Repeat the step of forming a resin cured layer having, by laminating the cured resin layer, the optical modeling method of modeling a desired three-dimensional shape, upon irradiation of the light beam based on the detection information of the power of the light beam the and inhibiting beam power control fluctuations in the power of the light beam, and a focus position control to move the focal point of the light flux converged by the lens based on the detection information of the focus position of the light beam to a predetermined position, the scanning speed of the light beam the basis of the detection information and suppressing the light beam scanning speed control fluctuations in the scanning speed of the light beam are respectively and performing separately.

【0030】 [0030]

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, with reference to the drawings will be described embodiments of the present invention. まず、第1実施形態について説明すると、図1〜図8は本発明の第1実施形態としての光造形装置及び光造形方法について示すもので、図1 First, explaining the first embodiment, FIGS. 8 shows the optical shaping apparatus and optical shaping method according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1
はその装置の全体構成を示す模式図、図2はそのホストコンピュータから出力される制御信号を示す図、図3はそのレーザ強度安定化部の構成及び制御ブロックを示す模式図、図4はそのレーザ走査部の構成及び制御ブロックを示す模式図、図5はそのオートフォーカス部及び造形部の構成を示す上面視からの模式図、図6はそのオートフォーカス部及び造形部の構成とともにオートフォーカス部の制御ブロックを示す側面視からの模式図、図7 Schematic diagram illustrating the overall configuration of the apparatus, FIG. 2 showing a control signal outputted from the host computer, FIG. 3 is a schematic view showing a configuration and control block of the laser intensity stabilization unit, Figure 4 is the schematic diagram illustrating the configuration and control block of the laser scanning unit, Figure 5 is the autofocus unit and the shaping unit schematic view from the top view showing the structure of, 6 autofocus unit with the configuration of the autofocus unit and the shaping unit schematic view from a side view showing a control block of FIG. 7
はその4分割フォトディテクタで検出されるビーム断面形状を示す図、図8はその4分割フォトディテクタにより検出される強度信号と透過窓に対する焦点の相対的な位置との関係を示す図である。 Is a diagram illustrating a beam cross-sectional shape that is detected at the 4-split photodetector 8 is a diagram showing the relationship between the relative position of the focal point relative to the transmission window intensity signal detected by the four-division photodetector.

【0031】本実施形態における光造形装置1は、図1 The optical shaping apparatus 1 of this embodiment, FIG. 1
に示すように、液状光硬化性樹脂23を貯溜した樹脂貯溜槽21をそなえて三次元立体が造形される造形部20 As shown in, the shaped portion 20 the liquid photocurable resin 23 provided with a resin reservoir 21 having reservoir three-dimensional is shaped
と、レーザ光(光束)12を出射するレーザ光源(光源)11と、このレーザ光12を反射させてレーザ強度安定化部(光束パワー制御手段)40へ入射させるフォールドミラー13と、レーザ光12から所定のレーザパワー(光束のパワー)の一次回折光14aを取り出す(即ち、レーザパワーを安定化させる)レーザ強度安定化部40と、レーザ強度安定化部40からの一次回折光14aのビーム径を拡大するビームエキスパンダ15 When a laser light source (light source) 11 for emitting a laser beam (light beam) 12, a fold mirror 13 to be incident to the laser intensity stabilization unit (light flux power control means) 40 by reflecting the laser beam 12, the laser beam 12 from taking out the first-order diffracted light 14a of a predetermined laser power (power of the light beam) (i.e., laser power to stabilize) and laser intensity stabilization unit 40, the beam diameter of the first-order diffracted light 14a from the laser intensity stabilization unit 40 to expand the beam expander 15
と、ビームエキスパンダ15によりビーム径の拡大された一次回折光14bを反射させてオートフォーカス部(焦点位置制御手段)50へ入射させるフォールドミラー16と、一次回折光14bを樹脂貯溜槽21内の液状光硬化性樹脂23に集束させる(即ち、レーザ光の焦点位置を調整する)オートフォーカス部50と、オートフォーカス部50の上部に配設された対物レンズ(レンズ)51と、オートフォーカス部50及び対物レンズ5 When the beam by expander 15 is reflected primary diffraction light 14b that has been expanded in beam diameter by the autofocus portion and fold mirror 16 to be incident to the (focal position control means) 50, in the first-order diffracted light 14b resin reservoir 21 focusing the liquid photocurable resin 23 (i.e., the focal position adjusting of the laser beam) autofocus unit 50, an objective lens (lens) 51 which is disposed above the autofocus unit 50, autofocus 50 and the objective lens 5
1を搭載するレーザ走査部(光束走査手段)30とをそなえて構成される。 The laser scanning unit for mounting one constituted by a (light beam scanning means) 30.

【0032】なお、対物レンズ51は、レンズの収差を極限まで取り除いた高精度な凸レンズであり、これにより、入射してくる平行な光束である一次回折光14b [0032] Incidentally, the objective lens 51 is a high-precision lens by removing the aberrations of the lens to the limit, thereby, the first-order diffracted light 14b are parallel light beams coming incident
を、一点(焦点)に高精度に集光する(液状光硬化性樹脂23に集束させる)ことができるようになっている。 The, so that it can be focused with high precision to a point (focal point) (focusing on the liquid photocurable resin 23).
また、ビームエキスパンダ15を設けて、一次回折光1 Further, by providing the beam expander 15, the first-order diffracted light 1
4aのビーム径を拡大するようにしているが、これは、 Although so as to enlarge the beam diameter of the 4a, which,
後段の対物レンズ51により樹脂貯溜槽21内の液状光硬化性樹脂23に一次回折光14bを集束させる際、この一次回折光14bのビーム径が大きいほど、対物レンズ51により一次回折光14bをより細く絞り込むことができるためである。 When the liquid photocurable resin 23 in the resin reservoir 21 to focus the first-order diffracted light 14b by subsequent objective lens 51, as the beam diameter of the first-order diffracted light 14b is large, more of the first-order diffracted light 14b by the objective lens 51 This is because it is possible to narrow down narrow.

【0033】なお、図1中に示すように、X軸,Y軸及びZ軸の各軸方向を、それぞれ、図の左右方向,紙面の直交方向,上下方向に規定しており、以降、X軸,Y軸及びZ軸と言った場合は、この軸方向を示す。 It should be noted, as shown in FIG. 1, X-axis, each axis direction of the Y-axis and Z-axis, respectively, the left-right direction, the paper in the perpendicular direction in the figure, are defined in the vertical direction, since, X axis, when said Y-axis and Z-axis and the axial direction. また、本実施形態における光造形装置1には、図2に示すように、ホストコンピュータ67が接続されており、このホストコンピュータ67には、任意に設定された三次元立体の断面スライスデータ(面状パターン)が記憶されるようになっている。 Furthermore, the optical modeling apparatus 1 according to this embodiment, as shown in FIG. 2, which is the host computer 67 is connected, cross-sectional slice data (the plane of the three-dimensional The host computer 67, which is set arbitrarily Jo pattern) is adapted to be stored. そして、ホストコンピュータ67から、レーザ走査部30,レーザ強度安定化部40,オートフォーカス部50に、断面スライスデータに基づく制御信号Rx,Ry,Sp0,S0が入力されるようになっている。 Then, the host computer 67, a laser scanning unit 30, a laser intensity stabilization unit 40, the auto-focus unit 50, so that the control signal Rx, which is based on the cross-sectional slice data, Ry, Sp0, S0 is inputted.

【0034】レーザ走査部30には、レーザ走査速度v [0034] In the laser scanning unit 30, laser scanning speed v
の変動を抑制するためのステージ制御装置(光束走査速度制御手段)63X,63Yが(図4参照)がそなえられており、このステージ制御装置63X,63Yは、ホストコンピュータ67からの位置指令信号Rx,Ryに基づきレーザ光走査速度vを制御するようになっている。 Stage controller for suppressing the fluctuation of the (light flux scanning speed control means) 63X, 63Y (see FIG. 4) is provided for, the stage controller 63X, 63Y is a position command signal Rx from the host computer 67 , and controls the laser beam scanning velocity v based on Ry.

【0035】レーザ強度安定化部40には、レーザパワーPを制御するレーザパワー制御装置61が(図3参照)がそなえられており、このレーザパワー制御装置6 [0035] laser intensity stabilization unit 40 is provided for the laser power control device 61 controls the laser power P are (see FIG. 3), the laser power control unit 6
1は、ホストコンピュータ67からの基準パワー信号S 1, reference power signal S from the host computer 67
p0に基づきレーザパワーPを制御するようになっている。 And controls the laser power P based on p0. オートフォーカス部50には、レーザ光の焦点位置を制御する(即ち、レーザスポット径wを制御する)比較器66(図6参照)がそなえられており、この比較器66は、ホストコンピュータ67からの基準焦点位置信号S0に基づき1次回折光14bの焦点位置を制御するようになっている。 The autofocus unit 50, and controls the focal position of the laser beam (i.e., to control the laser spot diameter w) comparator 66 (see FIG. 6) has been provided, the comparator 66, the host computer 67 and controls the first focus position of the diffracted light 14b based on the reference focus position signal S0.

【0036】また、造形部20は、図1に示すように、 Further, the shaped portion 20, as shown in FIG. 1,
その樹脂貯溜槽21内にターゲットプレート24をそなえており、このターゲットプレート24は、ホストコンピュータ67からの制御信号に基づき制御され、所定の位置に昇降するようになっている。 As the resin reservoir 21 is provided with a target plate 24, the target plate 24 is controlled based on a control signal from the host computer 67 is adapted to lift into place. また、樹脂貯溜槽2 Further, the resin reservoir 2
1の底部には、一次回折光14bの透過できる透過窓2 The first bottom transparent window 2 which can be transmitted through the first-order diffracted light 14b
2をそなえており、この透過窓22の上面とターゲットプレート24の下面とに挟まれた領域に存在する液状光硬化性樹脂23に一次回折光14bを照射して硬化させるようになっている。 Equipped with a 2, and the liquid photocurable resin 23 present in the region sandwiched between the lower surface of the upper surface and the target plate 24 of the transmission window 22 so as to cure by irradiation with the first-order diffracted light 14b. したがって、ターゲットプレート24を所定の位置に移動させることにより、所定の厚みの硬化層を形成することができるようになっているのである。 Therefore, by moving the target plate 24 in place, it has become to be able to form a cured layer of a predetermined thickness.

【0037】したがって、本実施形態における光造形装置1は、ホストコンピュータ67からの制御信号に基づき、一次回折光14bを、オートフォーカス部50により樹脂貯溜槽21内の液状光硬化性樹脂23に集束させるとともにレーザ走査部30により所定の速度で走査させて、透過窓22の上面とターゲットプレート24の下面とに挟まれた領域に、所定の樹脂層厚み且つ所定の面状パターンの樹脂硬化層を形成するようになっている。 [0037] Thus, the optical shaping apparatus 1 of this embodiment, based on a control signal from the host computer 67, focus the first-order diffracted light 14b, the autofocus unit 50 to the liquid photocurable resin 23 in the resin reservoir 21 by scanning at a predetermined speed by the laser scanning unit 30 causes the, in a region sandwiched between the lower surface of the upper surface and the target plate 24 of the transmission window 22, the cured resin layer of and a predetermined planar pattern predetermined resin layer thickness so as to form.
そして、樹脂硬化層を形成する毎に、ターゲットプレート24を、所定の樹脂層厚み上方に移動して、所定の樹脂層厚み且つ所定の面状パターンの樹脂硬化層を積層していくことにより、所望の立体形状を造形するようになっているのである。 Then, each time to form a cured resin layer, by the target plate 24, moves upward predetermined resin layer thickness, continue to predetermined resin layer thickness and laminating cured resin layer having a predetermined planar pattern, it has become so shaping the desired three-dimensional shape.

【0038】以下、造形部20,レーザ強度安定化部4 [0038] Hereinafter, molding unit 20, the laser intensity stabilization unit 4
0,オートフォーカス部50,レーザ走査部30について、さらに詳細に説明する。 0, autofocus unit 50, the laser scanning unit 30 will be described in more detail. まず、図1,図5,図6により、造形部20について説明すると、造形部20は、 First, FIG. 1, FIG. 5, the FIG. 6, explaining shaping part 20, the shaped portion 20,
上述したように、液状光硬化性樹脂23を貯溜した樹脂貯溜槽21をそなえ、さらに、引き上げロッド25と、 As described above, includes a resin reservoir 21 that reservoir a liquid photocurable resin 23, further the pulling rod 25,
引き上げロッド25を昇降させるエレベータ26と、樹脂貯溜槽21の内部に配置されて引き上げロッド25の下端に固定されたターゲットプレート24とをそなえて構成されており、エレベータ26は、例えばステッピングモータのようなアクチュエータ(図示略)により駆動されて、ホストコンピュータ67からの制御信号に基づき、ターゲットプレート24を所定の位置に昇降させるようになっている。 An elevator 26 for raising and lowering the lift rods 25, is disposed in the resin reservoir 21 and a target plate 24 which is fixed to the lower end of the pulling rod 25 is composed, elevator 26, for example, as a stepping motor an actuator driven by (not shown), based on the control signal from the host computer 67, and is adapted to lower the target plate 24 in position.

【0039】また、樹脂貯溜槽21の底部には開口部が設けられており、この開口部には一次回折光14bが透過できる透過窓22が設置されている。 Further, the bottom of the resin reservoir 21 is provided with an opening, transparent window 22 is installed to the opening capable of transmitting the first-order diffracted light 14b. そして、対物レンズ51からの一次回折光14bは、この透過窓22を通過し、透過窓22の上面とターゲットプレート24の下面とに挟まれた領域に存在する液状光硬化性樹脂23 The first-order diffracted light 14b from the objective lens 51, passes through the transmission window 22, the upper surface and the liquid photocurable resin 23 present in the region sandwiched between the lower surface of the target plate 24 of the transmission window 22
を照射して硬化させるようになっている。 So that the curing by irradiation with.

【0040】次に、レーザ強度安定化部40について説明すると、レーザ強度安定化部40は、図3に示すように、入射したレーザ光12から高次にわたる回折光14 Next, to describe the laser intensity stabilization unit 40, the laser intensity stabilization unit 40, as shown in FIG. 3, the diffracted light 14 from the laser light 12 incident over higher
を発生させるAOM(音響光学変調素子)41と、AO AOM for generating a (acousto-optic modulation device) 41, AO
M41からの高次にわたる回折光14のうち所定のレーザパワーを有する回折光(ここでは、最もレーザパワーの大きい一次回折光14a)を取り出す空間フィルタ4 Higher over diffracted light having a predetermined laser power in the diffracted light 14 (in this case, most of the laser power larger first-order diffracted light 14a) from the M41 spatial filter 4 for taking out the
4と、一次回折光14aからパワー参照光線14cをサンプリングするハーフミラー42と、パワー参照光線1 4, a half mirror 42 for sampling the power reference beam 14c from the first-order diffracted light 14a, the power reference beam 1
4cからパワー信号Spを検出するフォトディテクタ4 Photodetector 4 for detecting a power signal Sp from 4c
3と、レーザパワー制御装置61と、AOM駆動アンプ62とから構成され、ここでは、フォトディテクタ43 3, a laser power control device 61 is composed of AOM drive amplifier 62, here, the photodetector 43
は接地して使用されている。 It has been used in contact with the ground.

【0041】なお、AOM41で発生した高次にわたる回折光14は、いずれもAOM41によってその強度(レーザパワー)を変調させることができるが、ここでは、回折光14のうち、レーザパワーの最も大きい1次回折光14aを、空間フィルタ44により取り出すようにしている。 [0041] Note that the diffracted light 14 across high-order generated in AOM41, each of which may be to modulate the intensity by AOM41 (laser power), where, in the diffracted light 14, the largest first laser power order diffracted light 14a, so that taken out by the spatial filter 44. 必要とされるレーザパワーが小さい場合には、AOM41で発生した高次にわたる回折光14のうち、1次回折光14aよりもレーザパワーの小さな高次の回折光を取り出すような構成にしてもよい。 When the laser power required is small, in the diffracted light 14 across high-order generated in AOM41, 1 may be a small order, such as taking out the diffracted light having the configuration of the laser power than order diffracted light 14a.

【0042】レーザパワー制御装置61には、フォトディテクタ43からパワー信号Spが入力されるとともに、上述したようにホストコンピュータ67から基準パワー信号Sp0が入力されるようになっている。 The laser power control device 61, together with the power signal Sp is input from the photodetector 43, so that the reference power signal Sp0 is input from the host computer 67 as described above. そして、レーザパワー制御装置61は、これらの信号Sp, The laser power control device 61, these signals Sp,
Sp0の差を示すパワー変動信号δSpをAOM駆動アンプ62に出力するようになっている。 And outputs a power change signal δSp indicating a difference Sp0 the AOM drive amplifier 62.

【0043】AOM駆動アンプ62は、パワー変動信号δSpを増幅してAOM41に出力し、AOM41は、 The AOM driver amplifier 62 outputs the AOM41 amplifies the power fluctuation signal whose ASP, is AOM41,
この信号に基づいてフィードバック制御されるようになっている。 It is fed back controlled based on this signal. つまり、パワー信号Spと基準パワー信号S That is, the power signal Sp and the reference power signal S
p0とが等しくなってパワー変動信号δSpが0となるように制御されて、レーザ強度安定化部40から出力される一次回折光14aが常に所定のレーザパワーで安定したものとなるようにしているのである。 p0 and is equal is controlled so that the power fluctuation signal δSp becomes 0, so that becomes the first-order diffracted light 14a outputted from the laser intensity stabilization unit 40 is always stable at a predetermined laser power than it is.

【0044】また、基準パワー信号Sp0をゼロに設定することにより、AOM41からの回折光14の出力を瞬時にOFFとすることができるようになっている。 [0044] Further, by setting the reference power signal Sp0 to zero, thereby making it possible to instantly turn OFF the output of the diffracted light 14 from AOM41. これにより、ナノ(10 -9 )秒オーダでのレーザパワーのON/OFFタイミング制御(ON/OFFの切り変え制御)が可能となって、高精度に造形を行なえるようになっている。 Thus, the nano (10 -9) seconds laser power ON / OFF timing control (cut changing control of ON / OFF) in order to have enabled, have become so perform the molding with high accuracy.

【0045】なお、AOM41は、電気信号を弾性表面波へ容易に変換できる結晶(ニオブ酸リチウムや水晶) [0045] Incidentally, AOM41 is readily converted can crystals electrical signals to surface acoustic wave (lithium niobate or quartz crystal)
をそなえ、この結晶の一端には電極が取り付けられている。 The provided, electrodes are attached to one end of the crystal. そして、この電極に数百kHz程度の電気信号を印加することにより、結晶内部には定在波が発生し、この定在波が結晶内部の密度を空間的に変化させる。 By applying an electrical signal of about several hundred kHz to the electrode, the crystal internal standing waves are generated, the standing waves spatially varying the density of the interior of the crystals. これによりAOM41は透過型回折格子として利用することができるようになっており、レーザ光12がAOM41を通過すると、高次にわたる回折光14が発生するのである。 Thus AOM41 is so can be used as a transmission type diffraction grating, the laser beam 12 passes through the AOM41, diffracted light 14 across high-order is to occur. そして、電極に印加する電気信号の振幅を変化させることによって、結晶内部における密度変化のコントラストを調整できるので、AOM41から出射される回折光14のレーザパワーを電気的に且つ容易に制御できるようになっているのである。 Then, by changing the amplitude of the electrical signal applied to the electrodes, it is possible to adjust the contrast of density change within the crystal, so as to be electrically and easily control the laser power of the diffracted light 14 emitted from AOM41 than is going on.

【0046】次に、レーザ走査部30について説明すると、レーザ走査部30は上述したように、対物レンズ5 Next, explaining the laser scanning unit 30, a laser scanning unit 30, as described above, the objective lens 5
1を搭載しており、レーザ走査部30が任意の平面位置に移動することにより、対物レンズ51から照射される一次回折光14bを任意に走査することができるようになっている。 1 equipped with a by laser scanning unit 30 is moved to an arbitrary plane position, so that it is possible to arbitrarily scan the first-order diffracted light 14b emitted from the objective lens 51. ここで、レーザ走査部30は、図4に示すように、送り機構にボールねじ、案内機構に転がり案内を用いて互いに直交する方向に移動可能なステージ本体31X,31Yをそなえて、X軸及びY軸の2軸方向に移動可能なステージ(X−Yステージ)として構成される。 Here, the laser scanning unit 30, as shown in FIG. 4, equipped ball screw in the feed mechanism, the movable stage main body 31X in the direction orthogonal to each other using guide rolling guide mechanism, a 31Y, X-axis and configured as a movable stage (X-Y stage) in the two axial directions of the Y-axis. そして、ステージ本体31X,31Yには、それぞれ、ステージ本体31X,31Yを駆動するDCサーボモータ32X,32Yと、ステージ本体31X,31Y Then, the stage main body 31X, the 31Y, respectively, the stage main body 31X, DC servomotors 32X for driving the 31Y, and 32Y, the stage main body 31X, 31Y
の位置を検出するための例えばリニアエンコーダのような位置検出器33X,33Yが付設されている。 Position detector 33X as the position of for example, a linear encoder for detecting the, 33Y is attached.

【0047】なお、このようなボールねじ及び転がり案内を用いたステージ本体31X,31Yは、例えば、現状で100mm程度のストロークに対して1μm程度の真直度のものが作製可能であり、極めて高精度な運動性能を有する。 [0047] Incidentally, the stage main body 31X using such ball screw and rolling guide, 31Y, for example, those of 1μm about straightness relative 100mm about stroke at present are possible prepared, extremely high precision with a Do not exercise performance. したがって、対物レンズ51から照射される一次回折光14bを高精度に走査することができるものを容易に入手することができる。 Therefore, it is possible to readily obtain the one capable of scanning the first-order diffracted light 14b emitted from the objective lens 51 with high accuracy.

【0048】また、ステージ本体31X,31Yを駆動するDCサーボモータ32X,32Yは、印加電圧に比例した回転数で回転可能な等速制御性に優れるアクチュエータであり、したがって、搭載した対物レンズ51を等速運動のもとで移動させて、対物レンズ51から照射される一次回折光14bの走査速度を高精度に制御できるようになっているのである。 [0048] The stage main body 31X, DC servomotors 32X for driving the 31Y, 32Y is an actuator excellent in possible constant speed control of the rotation at a rotational speed proportional to the applied voltage, thus, the objective lens 51 mounted is moved under uniform motion, it has become possible to control the scanning speed of the first-order diffracted light 14b emitted with high accuracy from the objective lens 51.

【0049】そして、レーザ走査部30には、さらにステージ制御装置(光束走査速度制御手段)63X,63 [0049] Then, the laser scanning unit 30 further stage controller (light flux scanning speed control means) 63X, 63
Y及びモータアンプ64X,64Yがそなえられている。 Y and motor amplifier 64X, the 64Y are provided. ここで、ステージ制御装置63X,63Yには、それぞれ、位置検出器33X,33Yからの位置信号P Here, the stage control unit 63X, the 63Y, respectively, the position detector 33X, position signals P from the 33Y
x,Pyが入力されるとともに、ホストコンピュータ6 x, with Py is inputted, the host computer 6
7から位置指令信号Rx,Ryが入力されるようになっている。 Position command signal Rx from 7, so that Ry is input.

【0050】ステージ制御装置63Xは、位置信号Px The stage controller 63X is position signal Px
と位置指令信号Rxとを比較して、これらの信号Px, Compares the position command signal Rx and these signals Px,
Rxの差を示す位置誤差信号δPxをモータアンプ64 The position error signal δPx indicating a difference Rx motor amplifier 64
Xに出力するようになっている。 And outputs it to the X. 同様に、ステージ制御装置63Yは、位置信号Pyと位置指令信号Ryとの差を示す位置誤差信号δPyをモータアンプ64Yに出力するようになっている。 Similarly, the stage controller 63Y is configured to output a position error signal δPy indicating a difference between a position command signal Ry and a position signal Py to the motor amplifier 64Y.

【0051】各モータアンプ64X,64Yは、位置誤差信号δPx,δPyを増幅してDCサーボモータ32 [0051] Each motor amplifiers 64X, 64Y, the position error signal .DELTA.Px, DC servo motor 32 amplifies the δPy
X,32Yに印加し、DCサーボモータ32X,32Y X, is applied to 32Y, DC servomotors 32X, 32Y
は、この位置誤差信号δPx,δPyに応じた回転数速度で回転してステージ本体31X,31Yを駆動するようになっている。 It is the position error signal .DELTA.Px, stage body 31X rotates at a rotational speed speed corresponding to DerutaPy, and drives the 31Y. したがって、ステージ本体31X,3 Thus, the stage body 31X, 3
1Yの位置が高精度にフィードバック制御され、また、 Position of 1Y is feedback-controlled with high accuracy, also,
これにより、ステージ本体31X,31Yの移動速度、 Thus, the stage main body 31X, the movement speed of 31Y,
即ち、レーザ光走査速度vが高精度に制御されるようになっているのである。 That is, the laser beam scanning speed v are controlled with high precision.

【0052】次に、オートフォーカス部50について図5〜図8により説明する。 Next explained autofocus unit 50 by 5 to 8. オートフォーカス部50は、 Auto-focus unit 50,
図5及び図6に示すように、対物レンズ駆動装置60をそなえる対物レンズ51を搭載し、フォールドミラー1 As shown in FIGS. 5 and 6, mounting the objective lens 51 of an objective lens driving device 60, fold mirror 1
6(図1参照)から入射する一次回折光14bをλ/2 6 primary diffracted light 14b incident (see Fig. 1) λ / 2
波長板53へ反射するフォールドミラー52と、後段の偏光ビームスプリッタ54の反射偏光面に一致するように一次回折光14bの偏光面を回転させるλ/2波長板53と、偏光ビームスプリッタ54と、λ/4波長板5 A fold mirror 52 which reflects the wave plate 53, the lambda / 2 wavelength plate 53 to rotate the polarization plane of the first-order diffracted light 14b to match the reflective polarization plane of the subsequent stage of the polarization beam splitter 54, a polarization beam splitter 54, λ / 4-wave plate 5
5と、フォールドミラー56と、集光レンズ57と、円筒面レンズ58と、4分割フォトディテクタ(反射光形状検出手段)59とから構成される。 5, a fold mirror 56, a condenser lens 57, a cylindrical surface lens 58, and a 4-division photodetector (reflected light shape detection means) 59.. なお、図示しないが、レーザ強度安定化部40のフォトディテクタ43 Although not shown, the photodetector 43 of the laser intensity stabilization unit 40
(図3参照)と同様に、4分割フォトディテクタ59は接地して使用されている。 Similarly (see FIG. 3), 4-division photodetector 59 is used to ground.

【0053】ここで、図5に示すように、偏光ビームスプリッタ54に入射した一次回折光14bは、後段のλ [0053] Here, as shown in FIG. 5, first-order diffracted light 14b incident on the polarization beam splitter 54, the subsequent λ
/4波長板55に入射するが、このλ/4波長板55では、入射した一次回折光14bの偏光面を直線偏光の状態から円偏光の状態に変化させるようになっている。 / 4 is incident on the wave plate 55, but in the lambda / 4 wave plate 55, so as to vary the polarization plane of the first-order diffracted light 14b incident from the state of the linear polarization state of the circularly polarized light. そして、図6に示すように、偏光ビームスプリッタ54により円偏光に変えられた一次回折光14bは、フォールドミラー56に反射されて、フォールドミラー56の上方に位置する対物レンズ51へ入射し、そして対物レンズ51により、樹脂貯溜槽21内の液状光硬化性樹脂2 Then, as shown in FIG. 6, the first-order diffracted light 14b that has been converted into circularly polarized light by the polarization beam splitter 54 is reflected on the fold mirror 56, and enters the objective lens 51 located above the fold mirror 56, and by the objective lens 51, the liquid photocurable resin 2 in the resin reservoir 21
3に集束されるようになっている。 It is adapted to be focused on 3.

【0054】ここで、液状光硬化性樹脂23に集束された一次回折光14bの一部は、透過窓22と液状光硬化性樹脂23の界面において反射され、この反射光14e [0054] Here, some of the first-order diffracted light 14b that is focused on the liquid photocurable resin 23 is reflected at the interface of the transmission window 22 and the liquid photocurable resin 23, the reflected light 14e
は、対物レンズ51,フォールドミラー56を経てλ/ It passes through the objective lens 51, a fold mirror 56 lambda /
4波長板55を再び通過し、この際に円偏光から直線偏光に戻されるようになっている。 4 again passes through the wave plate 55, is returned to the linearly polarized light from the circularly polarized light at this time. この直線偏光の偏光面は偏光ビームスプリッタ54の透過方向の偏光面と一致した方向となっているため、偏光ビームスプリッタ54 Since the linear polarization plane of the polarized light has a direction that is consistent with the transmission direction of the polarization plane of the polarization beam splitter 54, a polarizing beam splitter 54
に入射した反射光14eは偏光ビームスプリッタ54を透過し、集光レンズ57,円筒面レンズ58を通過して4分割フォトディテクタ59へと入射するようになっている。 It reflected light 14e incident passes through the polarization beam splitter 54, a condensing lens 57, are incident and passes through the cylindrical surface lens 58 to the quarter-split photodetector 59. このとき、反射光14eは、集光レンズ57により4分割フォトディテクタ59の光電面上に集光されるようになっている。 At this time, the reflected light 14e is adapted to be focused on the photocathode of the 4-division photodetector 59 by the condenser lens 57. また、円筒面レンズ58は、集光特性が光軸に対して非対称であるため、円筒面レンズ58 Further, the cylindrical surface lens 58, since light condensing characteristic is asymmetrical with respect to the optical axis, the cylindrical surface lens 58
から4分割フォトディテクタ59へ入射する反射光14 It enters the four-division photo detector 59 from the reflected light 14
eのビーム断面形状(反射光の形状)は、樹脂貯溜槽2 e beam sectional shape (shape of the reflected light), the resin reservoir 2
1に入射した1次回折光14bの焦点位置と透過窓22 Incident on the 1 1 focal position and the transmission window of the order diffracted light 14b 22
の上面との相対的な位置関係に対して、例えば、図7に示すように変化するようになっている。 Against relative positional relationship between the upper surface, for example, so as to vary as shown in FIG.

【0055】すなわち、反射光14eのビーム断面形状は、対物レンズ51が透過窓22に比較的近接した位置にあって、1次回折光14bの焦点位置が透過窓22の上面に対して上方に位置するような場合には、図7 [0055] That is, the beam cross-sectional shape of the reflected light 14e is in a position where the objective lens 51 is relatively close to the transmission window 22, located above with respect to the focal position of the first order diffracted light 14b is the upper surface of the transmission window 22 If such that, as shown in FIG. 7
(a)に示すように縦長の楕円形状となり、対物レンズ51が透過窓22から所定の位置にあって、1次回折光14bの焦点位置が透過窓22の上面に合焦した場合には、図7(b)に示すように略真円となり、対物レンズ51が透過窓22に比較的離隔した位置にあって、1次回折光14bの焦点位置が透過窓22の上面に対して下方に位置するような場合には、図7(c)に示すように横長の楕円形状となるのである。 Becomes vertically long elliptical shape (a), the there from the objective lens 51 is transmitted through the window 22 in place, when the focal position of the first order diffracted light 14b is focused on the upper surface of the transmissive window 22, Fig. 7 become substantially perfect circle (b), the in a position where the objective lens 51 is relatively spaced transmission window 22, the focal position of the first order diffracted light 14b is positioned below the upper surface of the transmission window 22 If such is the a horizontally long elliptical shape as shown in FIG. 7 (c).

【0056】ここで、4分割フォトディテクタ59は、 [0056] In this case, 4-split photodetector 59,
4分割フォトディテクタ59の中心C1が反射光14e 4 the center C1 of the split photodetector 59 is reflected light 14e
のビーム断面の中心C2と略一致するように配設されるとともに、この中心C1において、光電面59A,59 While being arranged so as to substantially coincide with the center C2 of the beam cross-section of, in the center C1, the photocathode 59A, 59
B,59C,59Dの4光電面に分割されている。 B, 59C, is divided into 4 photocathode of 59D. このような4分割フォトディテクタ59の構成により、反射光14eのビーム断面形状が縦長になると、縦方向に並ぶ光電面59A,59Bの反射光14eに照射される面積が、横方向に並ぶ光電面59C,59Dの反射光14 Such a structure of the 4-split photodetector 59, the beam cross-sectional shape of the reflected light 14e is vertically long, photocathode 59A arranged in the vertical direction, the area to be irradiated on the reflection light 14e of 59B, photocathode arranged in the horizontal direction 59C , the reflection of light 59D 14
eに照射される面積よりも大きくなり、一方、反射光1 Larger than the area to be irradiated on e, whereas the reflected light 1
4eのビーム断面形状が横長になると、反射光14eに照射される光電面59C,59Dの面積が反射光14e When 4e beam cross section is oblong, photocathode 59C irradiated to reflected light 14e, the area of ​​59D reflected light 14e
に照射される光電面59A,59Bの面積よりも大きくなるようになっている。 Photocathode 59A to be irradiated to, it has become larger than the area of ​​59B.

【0057】また、各光電面59A,59B,59C, [0057] In addition, each of the photoelectric surface 59A, 59B, 59C,
59Dからは、反射光14eに照射される面積の大きさに応じて、光の強度(レーザパワー)を示す強度信号S From 59D, depending on the size of the area to be irradiated on the reflection light 14e, the intensity signal indicating the light intensity (laser power) S
A ,S B ,S C ,S Dが検出されるようになっている。 A, S B, S C, so that the S D is detected.
そして、オートフォーカス部50には、図6に示すように、さらに、演算器(焦点位置検出手段)65と比較器66とがそなえられており、これらの演算器65と比較器66により、強度信号S A ,S B ,S C ,S Dに基づいて、オートフォーカス部50の制御が行なわれるようになっている。 Then, the automatic focusing unit 50, as shown in FIG. 6, further, the computing unit (focus position detecting means) 65 and a comparator 66 are provided for, by the comparator 66 with these calculator 65, the intensity signals S a, S B, S C , based on S D, so that the control of the autofocus unit 50 is performed.

【0058】演算器65と比較器66とによる制御を説明すると、まず、強度信号S A ,S [0058] To explain control by the comparator 66 and the arithmetic unit 65, first, the intensity signal S A, S B ,S C ,S Dは、 B, S C, S D is
図6に示すように演算器65へと送信され、演算器65 It is transmitted to the arithmetic unit 65 as shown in FIG. 6, the calculator 65
は、以下に示す式(3)により強度信号Sを演算して、 It is by calculating the intensity signal S by Equation (3) below,
この強度信号Sを比較器66に出力するようになっている。 And it outputs the intensity signal S to the comparator 66. S=(S A +S B )−(S C +S D ) ・・・(3) そして、対物レンズ51が透過窓22に比較的近接した位置にあって1次回折光14bの焦点位置が透過窓22 S = (S A + S B ) - (S C + S D) ··· (3) Then, in a position where the objective lens 51 is relatively close to the transmission window 22 one focal position of the diffracted light 14b is transmitted through window 22
の上面に対して上方に位置する場合には、図7(a)に示すように反射光14eのビーム断面形状が縦長の楕円形状となって、反射光14eに照射される光電面59 When located upward relative to the upper surface, so that the beam cross section of the reflected light 14e as shown in FIG. 7 (a) and vertically long elliptical shape, the photocathode 59 to be irradiated on the reflection light 14e
A,59Bの面積が反射光14eに照射される光電面5 A, photocathode 5 which area 59B is irradiated to the reflection light 14e
9C,59Dの面積よりも大きくなる。 9C, is larger than the area of ​​the 59D. 従って、強度信号S A ,S Therefore, the intensity signal S A, S Bが強度信号S C ,S Dよりも大きくなって、 B is the intensity signal S C, is greater than S D,
強度信号Sは正の数となるようになっている。 Intensity signal S is as a positive number.

【0059】また、対物レンズ51が透過窓22から所定の位置にあって1次回折光14bの焦点位置が透過窓22の上面に合焦した場合には、図7(b)に示すように反射光14eのビーム断面形状が略真円となって、強度信号S A ,S Bと強度信号S C ,S Dとが略等しくなるので強度信号Sは略ゼロになるようになっている。 [0059] Further, when the objective lens 51 focal position of a to 1-order diffracted light 14b from the transmission window 22 in position is focused on the upper surface of the transmission window 22 is reflected as shown in FIG. 7 (b) beam cross-sectional shape of the light 14e becomes substantially a perfect circle, the intensity signal S a, S B and intensity signal S C, the intensity signal S because the S D substantially equal is adapted to become substantially zero. また、対物レンズ51が透過窓22から比較的離隔した位置にあって1次回折光14bの焦点位置が透過窓22の上面に対して下方に位置するような場合には、図7 Further, when the objective lens 51 such as the focal position of first order diffracted light 14b be in relatively spaced position from the transmission window 22 is positioned below the upper surface of the transmission window 22, Fig. 7
(c)に示すように反射光14eのビーム断面形状が横長の楕円形状となって、強度信号S C ,S Dが強度信号S A ,S Bよりも大きくなって、強度信号Sは負の数となるようになっている。 Beam cross-sectional shape of the reflected light 14e as shown in (c) is a laterally long elliptical shape, the intensity signal S C, S D intensity signal S A, is greater than S B, the intensity signal S of the negative It has become such that the number.

【0060】そして、透過窓22に対する1次回折光1 [0060] The first order for the transmission window 22 diffracted light 1
4bの焦点の相対的な位置と、強度信号Sとの関係は、 And the relative position of the focal point of 4b, the relationship between the intensity signal S,
例えば、図8に示すようなS字曲線として予想され、ホストコンピュータ67は、所定の1次回折光14bの焦点位置に対応した強度信号を、このS字曲線より読み取り、この強度信号を基準焦点位置信号S0として比較器66に出力するようになっている。 For example, it expected as the S-shaped curve as shown in FIG. 8, the host computer 67, the intensity signal corresponding to the focal position of a predetermined first order diffracted light 14b, read from the S-shaped curve, a reference focus position of the intensity signal and outputs to the comparator 66 as a signal S0. そして、この基準焦点位置信号S0と強度信号Sとを比較して、1次回折光14bの焦点が、常に透過窓22に対して一定の位置となるように制御されるようになっている。 Then, comparing the reference focus position signal S0 and the intensity signal S, the focus of the first order diffracted light 14b is always adapted to be controlled to a constant position with respect to the transmission window 22.

【0061】つまり、比較器66には、上述したようにホストコンピュータ67から基準焦点位置信号S0が、 [0061] That is, the comparator 66, the reference focus position signal S0 from the host computer 67 as described above,
演算器65から強度信号Sが、それぞれ入力されており、比較器66では、強度信号Sと基準焦点位置信号S Intensity signal S from the arithmetic unit 65 are inputted, the comparator 66, the intensity signal S and the reference focal position signal S
0との差を示す偏差信号δSを算出するようになっている。 And calculates the deviation signal δS indicating the difference to zero. そして、この偏差信号δSは、対物レンズ51を搭載した対物レンズ駆動装置60に印加され、対物レンズ駆動装置60は、この偏差信号δSに見合った分だけ、 Then, the deviation signal delta] S is applied to the objective lens driving device 60 equipped with the objective lens 51, the objective lens driving device 60, an amount corresponding commensurate with the deviation signal delta] S,
上下方向に対物レンズ51を駆動して、1次回折光14 Vertically by driving the objective lens 51, first-order diffracted light 14
bの焦点位置が一定の位置に制御されるようになっている。 Focus position of b is adapted to be controlled to a fixed position.

【0062】したがって、基準焦点位置信号S0をゼロに設定すれば、1次回折光14bは透過窓22の上面に常に合焦するように定位置に制御され、基準焦点位置信号S0を所定の正の数に設定すれば、1次回折光14b [0062] Thus, by setting the reference focus position signal S0 to zero, first order diffracted light 14b is controlled to a fixed position to always focus on the upper surface of the transmission window 22, a reference focus position signal S0 of a predetermined positive if set to a number, 1-order diffracted light 14b
の焦点の位置は透過窓22の上面の所定の位置に、基準焦点位置信号S0を所定の負の数に設定すれば、1次回折光14bの焦点の位置は透過窓22の下面の所定の位置に、それぞれ定位置に制御されるようになっている。 Position of the focal point of a predetermined position on the upper surface of the transmission window 22, by setting the reference focus position signal S0 to a predetermined negative number, first position of the focal point of the diffracted light 14b is a predetermined position of the lower surface of the transmission window 22 a, so that each is controlled in position.

【0063】なお、このように、4分割フォトディテクタ59に入射した反射光14eの形状から1次回折光1 [0063] In this manner, 1 from the shape of the reflected light 14e incident on the 4-division photodetector 59 order diffracted light 1
4bの焦点の位置を検出するような方法を、非点収差法という。 The method to detect the position of the focal point of the 4b, called astigmatism method. 本発明の第1実施形態にかかる光造形装置1 Optical shaping apparatus according to a first embodiment of the present invention 1
は、上述のように構成されているので、以下のような手順(本実施形態にかかる光造形方法)で所望の三次元立体の造形が行なわれる。 , Which is configured as described above, molding of the desired three-dimensional is performed in the procedure (the stereolithography method according to the present embodiment) as follows.

【0064】まず、図1により説明すると、レーザ光源11からレーザ光12を出射し、このレーザ光12は、 [0064] First, when described with reference to FIG. 1, a laser beam 12 emitted from the laser light source 11, the laser beam 12,
フォールドミラー13により直角に曲げられてレーザ強度安定化部40に入射する。 Bent at a right angle and enters the laser intensity stabilization unit 40 by fold mirror 13. そして、レーザ強度安定化部40内において、図3に示すように、レーザ光12がAOM41を通過すると、高次にわたる回折光14が発生し、これらの複数の回折光14のうち、所定のレーザパワーを有する一次回折光14aが空間フィルタ44により取り出されて、ハーフミラー42を経て後段のビームエキスパンダ15に入射する。 Then, the laser intensity stabilization unit 40, as shown in FIG. 3, the laser beam 12 passes through the AOM41, diffracted light 14 is generated over higher order, among the plurality of diffracted beams 14, a predetermined laser first-order diffracted light 14a having a power is taken out by the spatial filter 44 and enters the rear stage of the beam expander 15 via the half mirror 42. このとき、ハーフミラー42に入射した一次回折光14aの一部は、パワー参照光線14cとしてフォトディテクタ43へ入射する。 At this time, a part of the first-order diffracted light 14a incident on the half mirror 42 is incident on the photodetector 43 as a power reference beam 14c.
そして、フォトディテクタ43では、このパワー参照光線14cからパワー信号Spを検出し、これをレーザパワー制御装置61へ送る。 Then, the photodetector 43 detects the power signal Sp from the power reference beam 14c, and sends it to the laser power control unit 61. レーザパワー制御装置61には、パワー信号Spとともに、ホストコンピュータ67 A laser power control device 61, together with the power signal Sp, the host computer 67
から断面スライスデータに基づいて基準パワー信号Sp From based on cross-sectional slice data reference power signal Sp
0が入力されており、レーザパワー制御装置61は、これらのパワー信号Spと基準パワー信号Sp0との差を示すパワー変動信号δSpをAOM駆動アンプ62に出力する。 0 is inputted, the laser power controller 61 outputs a power change signal δSp indicating the difference between these power signal Sp and the reference power signal Sp0 the AOM drive amplifier 62. そして、このパワー変動信号δSpは、AOM Then, the power fluctuation signal δSp is, AOM
駆動アンプ62により増幅されてからAOM41に入力され、AOM41は、この増幅されたパワー変動信号δ Are input after being amplified by a drive amplifier 62 to AOM41, AOM41 a power variation signal δ which is the amplified
Spに基づいて、レーザ強度安定化部40から出力される一次回折光14aが、所定のレーザパワーとなるように制御(光束パワー制御)されるのである。 Based on the sp, first-order diffracted light 14a outputted from the laser intensity stabilization unit 40 is of being controlled (light flux power control) so as to have a predetermined laser power.

【0065】そして、レーザ強度安定化部40から出力された一次回折光14aは、図1に示すようにビームエキスパンダ15に入射して所定のビーム径に拡大され、 [0065] Then, the first-order diffracted light 14a outputted from the laser intensity stabilization unit 40 is expanded and enters the beam expander 15 as shown in FIG. 1 to a predetermined beam diameter,
この所定のビーム径の一次回折光14bは、フォールドミラー16により反射されてオートフォーカス部50へ入射する。 First-order diffracted light 14b of the predetermined beam diameter is incident is reflected by the fold mirror 16 to the automatic focusing unit 50. 次に、オートフォーカス部50へ入射した一次回折光14bは、図5,図6に示すように、フォールドミラー52により、λ/2波長板53へ反射される。 Next, the first-order diffracted light 14b incident on the autofocus unit 50, as shown in FIGS. 5 and 6, the fold mirror 52, is reflected to lambda / 2 wave plate 53.
そして、一次回折光14bの偏向面は、λ/2波長板5 The deflecting surface of the first-order diffracted light 14b is, lambda / 2 wavelength plate 5
3により回転されて、偏光ビームスプリッタ54の反射偏光面に一致する。 3 is rotated by, matching the reflective polarizing surface of the polarizing beam splitter 54. そして、この偏向面の回転した一次回折光14bは、偏光ビームスプリッタ54により反射されて、λ/4波長板55へと入射するのである。 The first-order diffracted light 14b that rotation of the deflecting surface is reflected by the polarizing beam splitter 54 is made incident into the lambda / 4 wave plate 55. そして、一次回折光14bの偏光面はλ/4波長板55の作用により直線偏光の状態から円偏光の状態に変化する。 The changes from the state of the linearly polarized light by the action of the polarization plane of the first-order diffracted light 14b is lambda / 4 wave plate 55 in a state of circularly polarized light.
その後、この一次回折光14bは、フォールドミラー5 Thereafter, the first-order diffracted light 14b are fold mirror 5
6により直角上方に反射し、フォールドミラー56の上方に位置する対物レンズ51により、透過窓22を介して樹脂貯溜槽21内の液状光硬化性樹脂23に集束する。 It reflected perpendicularly upward by 6, by an objective lens 51 located above the fold mirror 56, through a transmission window 22 for focusing the liquid photocurable resin 23 in the resin reservoir 21.

【0066】また、液状光硬化性樹脂23に入射した一次回折光14bの一部は、透過窓22と液状光硬化性樹脂23の界面において反射され、この反射光14eは、 [0066] Further, a portion of the primary diffracted light 14b incident on the liquid photocurable resin 23 is reflected at the interface of the transmission window 22 and the liquid photocurable resin 23, the reflected light 14e is
対物レンズ51,フォールドミラー56,λ/4波長板55の順に進み、λ/4波長板55を通過するときに、 Go to the objective lens 51, fold mirror 56, lambda / 4 wave plate 55, when passing through the lambda / 4 wave plate 55,
その偏向面は、円偏光から直線偏光の状態に変化する。 Deflecting surface thereof, changes from circular polarization state of the linearly polarized light.
次に、この反射光14eは、偏光ビームスプリッタ54 Then, the reflected light 14e is a polarizing beam splitter 54
に入射するが、この反射光14eの偏向面は、偏光ビームスプリッタ54の透過方向の偏光面と一致した方向となっているので、偏光ビームスプリッタ54を透過して、集光レンズ57,円筒面レンズ58を経て、4分割フォトディテクタ59へと入射するのである。 Is incident on the deflection plane of the reflected light 14e, so has a direction that is consistent with the transmission direction of the polarization plane of the polarization beam splitter 54, passes through the polarization beam splitter 54, a condensing lens 57, a cylindrical surface through the lens 58 is made incident into 4-division photodetector 59.

【0067】そして、4分割フォトディテクタ59は、 [0067] Then, the four-division photodetector 59,
上述のように4つの光電面59A,59B,59C,5 Four photoelectric surface 59A as described above, 59B, 59C, 5
9Dにより構成されており、これらの各光電面59A, Is constituted by 9D, each of these photoelectric surface 59A,
59B,59C,59Dからは、反射光14eの照射面積の大きさに応じて、レーザパワーを示す強度信号S A ,S B ,S C ,S Dが検出される。 59B, 59C, from 59D, depending on the size of the irradiation area of the reflected light 14e, the intensity signal indicating the laser power S A, S B, S C , S D is detected. そして、これらの強度信号S A ,S B ,S C ,S Dを演算器65に出力し、演算器65は、上述の式(3)により強度信号Sを演算し、そして、この強度信号Sを比較器66へ出力する。 Then, these intensity signals S A, S B, S C, and outputs a S D to the calculator 65, the calculator 65 calculates the intensity signal S by the above equation (3), and this intensity signal S and outputs to the comparator 66. また、比較器66には、強度信号Sとともに、ホストコンピュータ67から所定の1次回折光14bの焦点位置を示す基準焦点位置信号S0が入力されている。 Further, the comparator 66, together with the intensity signal S, a reference focus position signal S0 from the host computer 67 indicating the focus position of a predetermined first order diffracted light 14b is input. そして、比較器66は、強度信号Sと基準焦点位置信号S Then, the comparator 66, the intensity signal S and the reference focal position signal S
0との差を示す偏差信号δSを対物レンズ駆動装置60 0 an objective lens driving device a deviation signal δS indicative of the difference 60
に出力し、これにより、対物レンズ駆動装置60は、偏差信号δSに基づいて対物レンズ51を所定の位置に駆動して、1次回折光14bの焦点位置を所定の位置に一定制御(焦点位置制御)するのである。 Output to, Thereby, the objective lens driving device 60 drives the objective lens 51 to a predetermined position on the basis of the deviation signal delta] S, 1 constant control the focal position to a predetermined position in order diffracted light 14b (the focal position control ) than it is.

【0068】さて、図4に示すように、対物レンズ51 [0068] Now, as shown in FIG. 4, the objective lens 51
を搭載するレーザ走査部30のステージ制御装置63 Mounting the stage controller 63 of the laser scanning unit 30
X,63Yには、ホストコンピュータ67からレーザ位置指令信号Rx,Ryが入力され、また、各ステージ本体31X,31Yに付設された位置検出器33X,33 X, the 63Y, laser position command signal from the host computer 67 Rx, Ry are input The position detector is attached the stage bodies 31X, the 31Y 33X, 33
Yから、ステージ本体31X,31Yの位置を示す位置信号Px,Pyが入力される。 From Y, the stage main body 31X, the position signal Px indicating the position of 31Y, Py is input. そして、ステージ制御装置63X,63Yは、信号Px,Rxの差及び信号P The stage controller 63X, 63Y are signals Px, the difference in Rx and the signal P
y,Ryの差を示す位置誤差信号δPx,δPyを、モータアンプ64X,64Yに出力し、モータアンプ64 y, the position error signal δPx indicating a difference Ry, the DerutaPy, and outputs the motor amplifiers 64X, the 64Y, motor amplifier 64
X,64Yは、この位置誤差信号δPx,δPyを増幅してDCサーボモータ32X,32Yに出力する。 X, 64Y outputs the position error signal .DELTA.Px, DC servomotors 32X amplifies the DerutaPy, to 32Y. そして、DCサーボモータ32X,32Yは、この増幅された位置誤差信号δPx,δPyに基づいて、ステージ本体31X,31Yを駆動して、1次回折光14bの走査速度vを制御(光束走査速度制御)するのである。 Then, DC servo motors 32X, 32Y, the amplified position error signal .DELTA.Px, based on DerutaPy, by driving the stage main body 31X, the 31Y, 1 controls the scanning velocity v of the order diffracted light 14b (light flux scanning speed control) than it is.

【0069】そして、このように所定のレーザパワーP,走査速度v及び焦点位置(レーザスポット径w)に制御された1次回折光14bを、図1に示すように、樹脂貯溜槽21内の液状光硬化性樹脂23に照射させる。 [0069] Then, thus predetermined laser power P, and first order diffracted light 14b that is controlled in scan velocity v, and the focal position (laser spot diameter w), as shown in FIG. 1, the liquid in the resin reservoir 21 It is irradiated to the photocuring resin 23.
このとき、例えば、第1の樹脂硬化層を形成するときには、樹脂貯溜槽21内のターゲットプレート24を、エレベータ26により駆動して、樹脂貯溜槽21の底部の透過窓22の上面よりも所定の樹脂層厚み上方に配置させ、このターゲットプレート24の下面と透過窓22の上面とに挟まれた領域に存在する液状光硬化性樹脂23 In this case, for example, when forming a first cured resin layer, the target plate 24 in the resin reservoir 21, and driven by the elevator 26, the transmission window 22 in the bottom of the resin reservoir 21 given from the upper surface is arranged above the resin layer thickness, liquid photocurable resin 23 present in the region sandwiched between the upper surface of the lower surface and the transmission window 22 of the target plate 24
に、1次回折光14bを照射して、所定の面状パターンを有する第1の樹脂硬化層を形成するのである。 To, by irradiating first order diffracted light 14b, it is to form a first cured resin layer having a predetermined planar pattern. その後、ホストコンピュータ67からの制御信号に基づきエレベータ26は、ターゲットプレート24を所定の樹脂層厚み分だけ上方に移動させるが、このとき、第1の樹脂硬化層は、ターゲットプレート24に接合してターゲットプレート24とともに上方に移動するため、第1の樹脂硬化層と透過窓22との間に、未硬化の液状光硬化性樹脂23が流入する。 Thereafter, the elevator 26 based on the control signal from the host computer 67 is moved upward to the target plate 24 by a predetermined resin layer thickness of this time, the first resin cured layer, joined to the target plate 24 to move with the target plate 24 upwardly, between the first resin cured layer and the transparent window 22, uncured liquid photocurable resin 23 flows. そして、1次回折光14bを照射して、第1の樹脂硬化層の下面と透過窓22との間に、所定の面状パターン且つ所定の樹脂層厚みの第2の樹脂硬化層を形成するのである。 Then, 1 is irradiated with the diffracted light 14b, between the first lower surface and the transmission window of the cured resin layer 22, so forming a second resin cured layer of the predetermined planar pattern and predetermined resin layer thickness is there. なお、このとき、第2 It should be noted that, this time, the second
の樹脂硬化層は、第1の樹脂硬化層に接合する。 Cured resin layer is bonded to the first cured resin layer.

【0070】以降、同様の工程を繰り返して、所定の面状パターンを有する樹脂硬化層を積載していくことにより所望の立体形状を造形するのである。 [0070] Thereafter, by repeating the same process, is to shape the desired three-dimensional shape by going stacked cured resin layer having a predetermined planar pattern. したがって、本実施形態の光造形装置によれば、以下のような効果が得られる。 Therefore, according to the optical shaping apparatus of the present embodiment, the following effects can be obtained. つまり、制御対象であるレーザパワーPと走査速度vとレーザスポット径wに相当する焦点位置とを直接に検出するとともに、これらの検出結果に基づいて、 That is, a corresponding focal position with directly detecting the laser power P and scanning speed v and the laser spot diameter w to be controlled, based on these detection results,
レーザ強度安定化部40によりレーザパワーPを、ステージ制御装置63X,63Yにより走査速度vを、オートフォーカス部50により焦点位置を、それぞれ個別にフィードバック制御することにより、高速な制御が可能となる。 The laser power P by laser intensity stabilization unit 40, the stage control unit 63X, the scanning speed v by 63Y, the focal position by the autofocus unit 50, by feedback control individually, thereby enabling high-speed control. したがって、制御遅れによってレーザ光の照射状態が目標値から外れてしまうことが防止されて、高精度な三次元立体の造形が可能となるという利点がある。 Therefore, the irradiation state of the laser light that is prevented from deviating from the target value, there is an advantage that the molding of high-precision three-dimensional made possible by control delay.

【0071】また、レーザパワーP,走査速度v,焦点位置の検出結果に基づいてフィードバック制御を行なうので、三次元立体を造形中に振動や温度変化等の突発的な外乱が発生した場合にも、このような外乱に対応した制御を行なって、高精度な三次元立体の造形が可能となるという利点もある。 [0071] Also, the laser power P, the scanning speed v, so performing feedback control based on the detection result of the focus position, even if the sudden disturbance such as vibration or temperature changes occur during molding the three-dimensional , by performing control corresponding to such a disturbance, there is an advantage that the molding of high-precision three-dimensional possible. また、レーザ強度安定化部40には、AOM41がそなえられており、AOM41に印加する電気信号の振幅を変化させることによって、光束のパワーを容易に制御できるという利点もある。 Further, the laser intensity stabilization unit 40, AOM41 has been provided, is by varying the amplitude of the electrical signal applied to AOM41, an advantage that the power of the light beam can be easily controlled.

【0072】次に、第2実施形態について説明する。 Next, a second embodiment will be described. 図9は本発明の第2実施形態にかかる光造形装置の全体構成を示す模式図である。 Figure 9 is a schematic diagram showing the overall configuration of the optical shaping apparatus according to a second embodiment of the present invention. なお、図9において第1実施形態と同様の構成部については、同じ符号を付し、説明を省略する。 Incidentally, the same components as the first embodiment in FIG. 9, the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. 本実施形態にかかる光造形装置1aは、図9 Optical shaping apparatus 1a according to this embodiment, FIG. 9
に示すように、第1実施形態の光造形装置1の一部を変更したもので、光束走査手段としては、レーザ走査部3 As shown in, a partial modification of the optical shaping apparatus 1 of the first embodiment, the light beam scanning unit, a laser scanning unit 3
0(図1参照)を、ガルバノミラー71,72に置き換えたものであり、また、対物レンズ(図1参照)をf− 0 (see FIG. 1) are those obtained by replacing the galvano mirror 71 and 72, also, the objective lens (see Fig. 1) f-
θレンズ73に置き換えたものである。 It is replaced with θ lens 73.

【0073】つまり、本実施形態における光造形装置1 [0073] That is, the optical shaping apparatus 1 in this embodiment
aは、液状光硬化性樹脂23を貯溜した樹脂貯溜槽21 a is the resin reservoir 21 that reservoir a liquid photocurable resin 23
をそなえて三次元立体が造形される造形部20と、レーザ光(光束)12を出射するレーザ光源(光源)11 A modeling unit 20 for three-dimensional and includes a is shaped, a laser light source (light source) 11 for emitting a laser beam (light flux) 12
と、このレーザ光12を反射してレーザ強度安定化部(光束パワー制御手段)40へ入射させるフォールドミラー13と、レーザ光12から所定のレーザパワー(レーザ強度)の一次回折光14aを取り出す(即ち、レーザパワーを安定化する)レーザ強度安定化部40と、この一次回折光14aのビーム径を拡大するビームエキスパンダ15と、一次回折光14bを樹脂貯溜槽21内の液状光硬化性樹脂23に集束させる(即ち、レーザ光の焦点位置を調整する)オートフォーカス部(焦点位置制御手段)50と、一次回折光14bをf−θレンズ73 When taken out and fold mirror 13 to be incident to the laser intensity stabilization unit (light flux power control means) 40, a first-order diffracted light 14a of a predetermined laser power from the laser beam 12 (laser intensity) reflects the laser beam 12 ( that is, to stabilize the laser power) and laser intensity stabilization unit 40, a beam expander 15 for expanding the beam diameter of the first-order diffracted light 14a, the liquid photocurable resin of first-order diffracted light 14b in the resin reservoir 21 focusing on 23 (i.e., adjusting the focal position of the laser beam) autofocus portion (focal position control means) 50, a first-order diffracted light 14b f-theta lens 73
に入射させるガルバノミラー71,72と、レンズ駆動装置60の付設されたf−θレンズ(レンズ)73とをそなえて構成される。 It constituted equipped with galvanometer mirror 71 and 72 to be incident, and a f-theta lens (lens) 73 attached to the lens driving device 60.

【0074】ここで、ガルバノミラー71,72には駆動装置(図示略)が設けられ、この駆動装置はホストコンピュータ(図示略)によって制御されてガルバノミラー71,72を所定の偏向角度に駆動するようになっている。 [0074] Here, the driving device (not shown) is provided on the galvanometer mirror 71, the driving device is driven by being controlled by the host computer (not shown) of the galvanometer mirror 71, 72 at a predetermined deflection angle It has become way. そして、ガルバノミラー71は、その偏向角度を変えることにより、一次回折光14bをX−Y面内に走査し、一方、ガルバノミラー72は、その偏向角度を変えることにより、一次回折光14bをY−Z面内に走査するようになっている。 The galvanometer mirror 71, by changing the deflection angle, scans the first-order diffracted light 14b onto the X-Y plane while the galvanometer mirror 72, by changing the deflection angle, the first-order diffracted light 14b Y It is adapted to scan the -Z plane. これにより、ガルバノミラー7 As a result, the galvanometer mirror 7
1,72は、一次回折光14bをf−θレンズ73に入射させるとともに、f−θレンズ73への一次回折光1 1,72, as well is incident first-order diffracted light 14b to f-theta lens 73, the first-order diffracted light to the f-theta lens 73 1
4bの入射角θを変化させることができるようになっている。 And it is capable of changing the incident angle θ of 4b.

【0075】ここで、f−θレンズ73は、f―θレンズ73の光軸に対して角度を持って入射してくる平行光束である一次回折光14bの光軸をf−θレンズ73の光軸に平行となるように屈折させると同時に、その一次回折光14bを焦点面と呼ばれる一定の平面上に収束させるようになっている。 [0075] Here, f-theta lens 73, the optical axis of a parallel light beam coming incident at an angle to the optical axis of the f-theta lens 73 first-order diffracted light 14b of the f-theta lens 73 simultaneously with the refracted to be parallel to the optical axis, which is the first-order diffracted light 14b so as to converge on a given plane, called the focal plane. したがって、第1実施形態のようにレーザ走査部30により対物レンズ51を平面上で移動させる(図1参照)のではなく、上述のようにf−θ Therefore, instead of moving the objective lens 51 on the plane (see FIG. 1) by the laser scanning unit 30 as in the first embodiment, as described above f-theta
レンズ73に入射する一次回折光14bの入射角度θ Angle of incidence of the first-order diffracted light 14b incident on the lens 73 theta
を、ガルバノミラー71,72によって変化させることにより、一次回折光14bの焦点を焦点面の任意の位置に移動させる(走査する)ことができるようになっているのである。 And by changing the galvanometer mirror 71 and 72, it has become to be able to move the focus of the first-order diffracted light 14b to an arbitrary position of the focal plane (scanned).

【0076】また、本実施形態における光造形装置1a [0076] Further, the optical shaping apparatus 1a of this embodiment
には、上述したように図示しないホストコンピュータがそなえられており、このホストコンピュータには、任意に設定された三次元立体の断面スライスデータ(面状パターン)が記憶されている。 To is the host computer is equipped not shown, as described above, this host computer, sectional slice data of the three-dimensional, which is arbitrarily set (planar pattern) are stored. そして、このホストコンピュータにより、断面スライスデータに基づいて、ガルバノミラー71,72,レーザ走査部30,レーザ強度安定化部40,オートフォーカス部50が制御されるようになっている。 By this host computer, based on the cross-sectional slice data, the galvano-mirror 71 and 72, the laser scanning unit 30, a laser intensity stabilization unit 40, auto-focus unit 50 is adapted to be controlled.

【0077】ここで、ガルバノミラー71,72には、 [0077] In this case, the galvanometer mirror 71 and 72,
その偏向角度を検出する角度検出手段(図示略)と光束走査速度制御手段(図示略)とが、それぞれ設けられ、 Angle detecting means for detecting the deflection angle and (not shown) the light beam scanning speed control means and (not shown) but provided respectively,
この角度検出手段は、光束走査速度制御手段に各ガルバノミラー71,72の角度情報をおくるようになっている。 The angle detecting means is adapted to send the angle information of each galvano-mirror 71 and 72 in the light beam scanning speed control means. また、光束走査速度制御手段には、ホストコンピュータから、断面スライスデータに基づいて位置指令信号が入力されるようになっている。 Further, the light flux scanning speed control means from the host computer, so that the position command signal is input based on the cross-sectional slice data. そして、光束走査速度制御手段は、各ガルバノミラー71,72の角度情報より、一次回折光14bの走査位置を演算し、この演算された走査位置と、ホストコンピュータからの位置指令信号とを比較して、ガルバノミラー71,72の偏向角度が所定の角度となるように駆動装置を制御するようになっている。 The light beam scanning speed control means, than the angle information of each galvanometer mirror 71 and 72, calculates the scanning position of the first-order diffracted light 14b, and compares this computed scanning position, and a position command signal from the host computer Te, deflection angle of the galvanometer mirror 71, 72 is adapted to control the driving unit so as to have a predetermined angle. つまり、光束走査速度制御手段は、一次回折光14bの走査速度vの制御を行なうようになっているのである。 That is, the light beam scanning speed control means is for and performs the control of the scanning speed v of the first-order diffracted light 14b.

【0078】また、f−θレンズ73は、コンフォーカルなもので構成されており、f−θレンズ73に入射した一次回折光14bは常に樹脂貯溜槽21の底部に設置された透過窓22に常に垂直に入射するようになっている。 [0078] Further, f-theta lens 73 is composed of those con a focal, first-order diffracted light 14b incident on the f-theta lens 73 is always transparent window 22 installed on the bottom of the resin reservoir 21 It has always been to be incident vertically. そして、この一次回折光14bの一部は、透過窓2 A part of the first-order diffracted light 14b is transmitted through the window 2
2と液状光硬化性樹脂23との界面で反射するが、一次回折光14bは透過窓22に垂直に入射しているので、 Although the reflection at the interface between the 2 and a liquid photocurable resin 23, the first-order diffracted light 14b are perpendicularly incident on the transmission window 22,
この反射光14eは、入射経路と同一の経路を逆方向に進んで、オートフォーカス部50に入射するようになっているのである。 The reflected light 14e, the procedure goes the same path as the incident path in the opposite direction, it has become to be incident on the autofocus unit 50. そして、オートフォーカス部50は、 Then, the auto-focus unit 50,
この反射光14eのビーム断面形状に基づいて、レンズ駆動装置60によりf−θレンズ73を所定の高さに移動させて、一次回折光14bの焦点位置(焦点面)が所定の位置になるように制御しているのである。 Based on the beam cross section shape of the reflected light 14e, by moving the f-theta lens 73 to a predetermined height by the lens driving device 60, so that the focal position of the first-order diffracted light 14b (the focal plane) is in place with each other to control the.

【0079】本発明の第2実施形態にかかる光造形装置1aは、上述のように構成されているので、以下のような手順(本実施形態にかかる光造形方法)で所望の三次元立体の造形が行なわれる。 [0079] optical shaping apparatus 1a according to a second embodiment of the present invention, which is configured as described above, the desired three-dimensional in the procedure (the stereolithography method according to the present embodiment) as follows modeling is performed. まず、レーザ光源11からレーザ光12を出射させ、このレーザ光12は、フォールドミラー13により直角に曲げられてレーザ強度安定化部40に入射する。 First, to emit a laser beam 12 from the laser light source 11, the laser beam 12 is incident bent at a right angle by fold mirror 13 to the laser intensity stabilization unit 40. そして、このレーザ光12を、レーザ強度安定化部40により制御(光束パワー制御)して、所定のレーザパワーの一次回折光14aとして出力する。 Then, the laser beam 12, is controlled by a laser intensity stabilization unit 40 (light flux power control), and outputs it as first-order diffracted light 14a of a predetermined laser power. そして、この一次回折光14aを、ビームエキスパンダ15に入射させてビーム径を拡大し、次に、このビーム径の拡大した一次回折光14bを、オートフォーカス部50,ガルバノミラー71,72,f−θレンズ73を介して、樹脂貯溜槽21の透過窓22から樹脂貯溜槽21内の液状光硬化性樹脂23に照射させる。 Then, the first-order diffracted light 14a, beam expander is made incident on the expander 15 to expand the beam diameter, then the enlarged first-order diffracted light 14b of the beam diameter, the autofocus unit 50, the galvanometer mirror 71 and 72, f through -θ lens 73, is irradiated from the transmission window 22 of the resin reservoir 21 to the liquid photocurable resin 23 in the resin reservoir 21. このとき、所定の断面スライスデータに基づいて、ガルバノミラー71,72の偏向角度を制御し、これにより一次回折光14bの走査速度vを制御(光束走査速度制御) At this time, based on the predetermined sectional slice data, to control the deflection angle of the galvanometer mirror 71 and 72, thereby controlling the scanning speed v of the first-order diffracted light 14b (light flux scanning speed control)
する。 To. また、オートフォーカス部50からの制御信号に基づいてレンズ駆動装置60はf−θレンズ73を所定の高さに駆動し、これにより、一次回折光14bの焦点位置(焦点面)を制御(焦点位置制御)するのである。 Also, the lens driving device 60 based on a control signal from the autofocus unit 50 drives the f-theta lens 73 to a predetermined height, thereby controlling the focal position of the first-order diffracted light 14b (the focal plane) (focal position control) than is to.

【0080】そして、樹脂貯溜槽21の底部の透過窓2 [0080] Then, the transmission window at the bottom of the resin reservoir 21 2
2の上面とターゲットプレート24との間の液状光硬化性樹脂23に、所定のレーザパワーP,走査速度v,焦点位置に制御した1次回折光14bを照射させる。 Liquid photocurable resin 23 between the second top surface and the target plate 24, a predetermined laser power P, the scanning velocity v, to irradiate the first order diffracted light 14b that controls the focal position. このとき、ターゲットプレート24を、透過窓22の上面よりも所定の樹脂層厚み上方に位置させておき、これにより所定の面状パターン且つ所定の樹脂層厚みの樹脂硬化層を形成する。 In this case, the target plate 24, the upper surface of the transmission window 22 advance is positioned above a predetermined resin layer thickness, thereby forming a cured resin layer having a predetermined planar pattern and predetermined resin layer thickness. そして、以降、所定の面状パターン且つ所定の樹脂層厚みの樹脂硬化層を形成するごとに、ターゲットプレート24を所定の樹脂層厚みづつ上方に移動させて、これにより、所定の面状パターンを有する樹脂硬化層を積載して所望の立体形状を造形するのである。 Then, since, each time to form a cured resin layer having a predetermined planar pattern and predetermined resin layer thickness, to move the target plate 24 to a predetermined thickness of the resin layer Mizutsu upward, thereby, the predetermined planar pattern the cured resin layer having stacked is to shape the desired three-dimensional shape.

【0081】したがって、本実施形態の光造形装置によれば、第1実施形態の光造形装置と略同様に以下のような効果が得られる。 [0081] Thus, according to the optical shaping apparatus of the present embodiment, the optical shaping apparatus substantially the same as the following effects of the first embodiment can be obtained. つまり、第1実施形態の光造形装置と略同様に、制御対象であるレーザパワーPとレーザスポット径wに相当する焦点位置とを直接に検出するとともに、レーザ強度安定化部40によりレーザパワーP That is, similarly stereolithography apparatus substantially in the first embodiment, and a corresponding focal position with directly detecting the laser power P and the laser spot diameter w to be controlled, laser power P by laser intensity stabilization unit 40
を、ガルバノミラー71,72により走査速度vを、オートフォーカス部50により焦点位置(焦点面)を、それぞれ個別にフィードバック制御することにより、高速な制御が可能となって、制御遅れによってレーザ光の照射状態が目標値から外れてしまうことが防止されて、高精度な三次元立体の造形が可能となるという利点がある。 And the scanning speed v by the galvanometer mirror 71, the focal position by the autofocus unit 50 (focal plane), by respectively feedback controlled individually, making it possible to high-speed control, the laser light by the control delay it is prevented from irradiation state deviates from the target value, there is an advantage that the molding of high-precision three-dimensional possible.

【0082】また、レーザパワーP,焦点位置の検出結果に基づいてフィードバック制御を行なうので、三次元立体を造形中に振動や温度変化等の突発的な外乱が発生した場合にも、このような外乱に対応した制御を行なって、高精度な三次元立体の造形が可能となるという利点がある。 [0082] Also, the laser power P, so performing feedback control based on the detection result of the focus position, even if the sudden disturbance such as vibrations and temperature changes during shaping a three-dimensional occurs, like this by performing control corresponding to the disturbance, the advantage that the molding of high-precision three-dimensional possible. なお、本発明の光造形装置及び光造形方法は、 The optical shaping apparatus and optical shaping method of the present invention,
上述の実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。 Is not limited to the above embodiments can be modified in various ways.

【0083】例えば、フォトディテクタ43及び4分割フォトディテクタ59は接地して使用されているが、電気回路の構成によっては、フォトディテクタ43や4分割フォトディテクタ59を接地させなくてもよい。 [0083] For example, although the photodetectors 43 and 4-division photodetector 59 is used to ground, depending on the configuration of the electrical circuit, it may not be grounded photodetector 43 and 4-split photodetector 59. また、本実施形態では、下方からレーザ光を照射して硬化層を形成する規制液面方式を用いているが、上方からレーザ光を照射して硬化層を形成する自由液面方式を使用してもよい。 Further, in the present embodiment uses a regulated liquid level method of forming a cured layer by irradiating a laser beam from below, using the free liquid surface method for forming a cured layer by irradiating a laser beam from above it may be.

【0084】 [0084]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1記載の本発明の光造形装置及び請求項4記載の光造形方法によれば、光束のパワー,走査速度,焦点位置を、それぞれ個別に制御することにより、高速な制御が可能となって、 As described above in detail, according to the optical shaping method for an optical shaping apparatus and according to the fourth aspect of the present invention according to claim 1, the light beam power, scanning speed, a focal position, respectively separately by controlling, making it possible to high-speed control,
制御遅れによって光束の照射状態が目標値から外れてしまうことが防止されて、三次元立体を高精度に造形することができるという利点がある。 It is prevented from irradiation state of the light beam deviates from the target value by the control delay, there is an advantage that it is possible to manufacture a three-dimensional high precision.

【0085】さらに、光束のパワー,走査速度,焦点位置の検出結果に基づいて制御を行なうので、三次元立体を造形中に振動や温度変化等の突発的な外乱が発生した場合にも、このような外乱に対応した制御を行なって、 [0085] Further, the light beam power, scanning speed, because the control based on the detection result of the focus position, even if the sudden disturbance such as vibration or temperature changes occur during shaping a three-dimensional, this It performs a control corresponding to the disturbance, such as,
三次元立体を高精度に造形することができるという利点がある。 There is an advantage that it is possible to manufacture a three-dimensional high precision. 請求項2記載の本発明の光造形装置によれば、 According to the optical forming apparatus of the present invention according to claim 2,
光束パワー制御手段が音響光学素子により構成されているので、音響光学素子に印加する電気信号の振幅を変化させることによって、光束のパワーを容易に制御できるという利点がある。 Since the light beam power control means is constituted by the acousto-optic device, by changing the amplitude of the electrical signal applied to the acousto-optic device is advantageous in that the power of the light beam can be easily controlled.

【0086】請求項3記載の本発明の光造形装置によれば、反射光形状検出手段からの検出結果に基づき非点収差法により光束の焦点位置を直接に検出することができるので、焦点位置を演算する時間が不要となって、焦点位置制御手段により速やかに焦点位置を制御することができるという利点がある。 [0086] According to the optical forming apparatus of the present invention described in claim 3, it is possible to detect the focus position of the light beam directly to the astigmatic method based on the detection result from the reflection light shape detection means, the focus position and time to operation becomes unnecessary, there is an advantage that it is possible to control the rapidly focus position by the focus position control means.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の第1実施形態としての光造形装置の全体構成を示す模式図である。 Is a schematic diagram showing the overall configuration of the optical shaping apparatus according to a first embodiment of the present invention; FIG.

【図2】本発明の第1実施形態としての光造形装置のホストコンピュータから出力される制御信号を示す図である。 2 is a diagram illustrating a control signal outputted from the host computer of the optical shaping apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態としての光造形装置の光束パワー制御手段の構成及び制御ブロックを示す模式図である。 3 is a schematic diagram illustrating the configuration and control block of the light beam power control means of the optical shaping apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施形態としての光造形装置の光束走査手段の構成及び制御ブロックを示す模式図である。 It is a schematic view showing a configuration and control block of the light beam scanning unit of the optical shaping apparatus according to a first embodiment of the present invention; FIG.

【図5】本発明の第1実施形態としての光造形装置の焦点位置制御手段及び造形部の構成を示す上面視からの模式図である。 5 is a schematic view from the top view showing a configuration of a focus position control means and the shaping of the optical shaping apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施形態としての光造形装置の焦点位置制御手段,焦点位置検出手段及び造形部の構成を一部ブロック図として示す側面視からの模式図である。 Focus position control means of the optical shaping apparatus according to a first embodiment of the invention; FIG is a schematic diagram of a side view showing the configuration of the focal position detection means and the shaping unit as part block diagram.

【図7】本発明の第1実施形態としての光造形装置の反射光形状検出手段で検出されるビーム断面形状(反射光の形状)を示す図であり、(a)は光束の焦点位置が透過窓に対して上方に位置する場合のビーム断面形状を示す図、(b)は光束の焦点位置が透過窓の上面に合焦した場合のビーム断面形状を示す図、(c)は光束の焦点位置が透過窓の上面に対して下方に位置する場合のビーム断面形状を示す図である。 [Figure 7] is a diagram showing a beam sectional shape (shape of the reflected light) detected by the reflected light shape detection unit of the optical shaping apparatus according to the first embodiment of the present invention, is (a) the focal position of the light beam shows the beam cross-sectional shape when positioned upwardly with respect to the transmission window, (b) is a view showing a beam cross-sectional shape when the focal position of the light beam is focused on the upper surface of the transmission window, (c) the light beam shows a beam cross-sectional shape of the case which is located below with respect to the focal position is the upper surface of the transmission window.

【図8】本発明の第1実施形態としての光造形装置の反射光形状検出手段により検出される強度信号と透過窓に対する焦点の相対的な位置との関係を示す図である。 8 is a diagram showing a relationship between the relative position of the focal point relative to the intensity signal with transmission window detected by the reflected light shape detection unit of the optical shaping apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2実施形態としての光造形装置の全体構成を示す模式図である。 9 is a schematic diagram showing the overall structure of an optical shaping apparatus according to the second embodiment of the present invention.

【図10】従来の自由液面方式の光造形装置の全体構成を示す模式図である。 10 is a schematic diagram showing the overall configuration of the optical shaping apparatus of a conventional free liquid surface method.

【図11】従来の規制液面方式の光造形装置の全体構成を示す模式図である。 11 is a schematic diagram showing the overall structure of an optical shaping apparatus of a conventional regulating liquid surface method.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1,1a 光造形装置 11 レーザ光源(光源) 12 レーザ光(光束) 13,16,52,56 フォールドミラー 14 回折光 14a,14b 一次回折光 14c パワー参照光線 14e 反射光 15 ビームエキスパンダ 20 造形部 21 樹脂貯溜槽 22 透過窓 23 液状光硬化性樹脂 24 ターゲットプレート 25 引き上げロッド 26 エレベータ 30 レーザ走査部(光束走査手段) 31X,31Y ステージ本体 32X,32Y DCサーボモータ 33X,33Y 位置検出器 40 レーザ強度安定化部(光束パワー制御手段) 41 AOM(音響光学変調素子) 42 ハーフミラー 43 フォトディテクタ 44 空間フィルタ 50 オートフォーカス部(焦点位置制御手段) 51 対物レンズ(レンズ) 53 λ/2波長板 54 偏光ビーム 1,1a stereolithography apparatus 11 laser light source (light source) 12 laser (light beam) 13,16,52,56 fold mirror 14 diffracted light 14a, 14b first-order diffracted light 14c power reference beam 14e reflected light 15 beam expander 20 shaped section 21 resin reservoir 22 transmissive window 23 liquid photocurable resin 24 target plate 25 pulling rod 26 elevator 30 laser scanning unit (the light beam scanning unit) 31X, 31Y stage body 32X, 32Y DC servomotors 33X, 33Y position detector 40 the laser intensity stabilizer (light flux power control means) 41 AOM (acousto-optic modulation device) 42 a half mirror 43 photodetector 44 spatial filter 50 autofocus unit (focus position control means) 51 objective lens (lens) 53 lambda / 2 wave plate 54 the polarization beam プリッタ 55 λ/4波長板 57 集光レンズ 58 円筒面レンズ 59 4分割フォトディテクタ(反射光形状検出手段) 59A,59B,59C,59D 光電面 60 対物レンズ駆動装置,レンズ駆動装置 61 レーザパワー制御装置 62 AOM駆動アンプ 63X,63Y ステージ制御装置(光束走査速度制御手段) 64X,64Y モータアンプ 65 演算器(焦点位置検出手段) 66 比較器 67 ホストコンピュータ 71,72 ガルバノミラー(光束走査手段) 73 f−θレンズ(レンズ) P レーザパワー(光束のパワー) Px,Py 位置信号 Rx,Ry 位置指令信号 S,S A ,S B ,S C ,S D強度信号 S0 基準焦点位置信号 Sp パワー信号 Sp0 基準パワー信号 δPx,δPy 位置誤差信号 δSp パワー変動信号 v レ Splitter 55 lambda / 4 wave plate 57 the condenser lens 58 cylindrical surface lens 59 4-division photodetector (reflected light shape detection means) 59A, 59B, 59C, 59D photocathode 60 objective lens driving device, the lens driving device 61 laser power control device 62 AOM drive amplifier 63X, 63Y stage controller (light flux scanning speed control means) 64X, 64Y motor amplifier 65 calculator (focal position detection means) 66 comparator 67 the host computer 71, 72 galvanomirror (light beam scanning means) 73 f-theta lens (lens) P laser power (power of the light beam) Px, Py position signal Rx, Ry position command signal S, S a, S B, S C, S D intensity signal S0 reference focal position signal Sp power signal Sp0 reference power signal δPx, δPy position error signal δSp power fluctuation signal v Les ザ光走査速度(光束の走査速度) w レーザスポット径 The light scanning speed w laser spot diameter (scanning speed of the light beam)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保科 良祐 横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重 工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 後藤 崇之 横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重 工業株式会社基盤技術研究所内 Fターム(参考) 4F203 AA44 DA12 DB01 DC07 DF01 DF46 DK07 4F213 AA44 WA25 WA53 WA86 WA87 WA97 WB01 WL02 WL12 WL15 WL85 WL92 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Hoshina YoYu Kanazawa-ku, Yokohama Sachiura chome address 8 1 Mitsubishi heavy Industries Co., Ltd. Fundamental technology in Laboratories (72) inventor Takayuki Goto Kanazawa-ku, Yokohama Sachiura address chome 8 1 Mitsubishi heavy Industries, Ltd. Key technology Research Laboratories in the F-term (reference) 4F203 AA44 DA12 DB01 DC07 DF01 DF46 DK07 4F213 AA44 WA25 WA53 WA86 WA87 WA97 WB01 WL02 WL12 WL15 WL85 WL92

Claims (4)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 液状光硬化性樹脂を貯溜した樹脂貯溜槽と、光束を出射する光源と、該光束を走査する光束走査手段と、該光束を該樹脂貯溜槽内の該液状光硬化性樹脂に集束させるレンズとをそなえ、該レンズにより集束され該液状光硬化性樹脂に照射された該光束を、該光束走査手段により走査させて所定の面状パターンを有する樹脂硬化層を形成する工程を繰り返して、該樹脂硬化層を積層していくことにより、所望の立体形状を造形する光造形装置において、 該光束のパワーの検出情報に基づき該パワーの変動を抑制する光束パワー制御手段と、 該レンズで集束された該光束の焦点位置を検出する焦点位置検出手段と、 該焦点位置検出手段によって検出された該焦点位置の情報に基づき、該光束の焦点を所定の位置に移動させる焦点位 And 1. A liquid photo-curable resin of the resin reservoir that reservoir, a light source for emitting a light beam, a light beam scanning means for scanning the light beam, the liquid photocurable resin to the light beam the resin reservoir tank and a lens for focusing the a light beam irradiated to be focused the liquid photocurable resin by the lens, the step of by scanning by the light beam scanning means to form a resin cured layer having a predetermined planar pattern repeatedly, by going laminating the cured resin layer, the optical shaping apparatus for shaping a desired three-dimensional shape, and suppresses light beam power control means the variation of the power based on the detection information of the power of the light beam, the a focus position detecting means for detecting the focal position of the focused light beam by the lens, based on the information of the focal point position detected by said focus position detecting means, the focus position to move the focal point of the light beam in a predetermined position 置制御手段と、 該光束の走査速度の検出情報に基づき該走査速度の変動を抑制するための光束走査速度制御手段とをそなえ、 該光束パワー制御手段と該焦点位置制御手段と該光束走査速度制御手段とがそれぞれ個別に制御を行なうように構成されていることを特徴とする、光造形装置。 And 置制 control means, based on detection information of the scanning speed of the light beam and a light beam scanning speed control means for suppressing the fluctuation of the scanning speed, the light beam power control means and the focal point position control means and the light beam scanning speed wherein the control means is configured to perform individually controlled respectively, the optical shaping apparatus.
  2. 【請求項2】 該光束パワー制御手段が音響光学素子により構成されていることを特徴とする、請求項1記載の光造形装置。 Wherein characterized in that the light beam power control means is constituted by an acousto-optic element, an optical shaping apparatus according to claim 1.
  3. 【請求項3】 該焦点位置検出手段が、該液状光硬化性樹脂の液面から反射する該光束の反射光の形状を検出する反射光形状検出手段をそなえて、該反射光形状検出手段からの検出結果に基づき非点収差法により該焦点位置を検出することを特徴とする、請求項1又は2記載の光造形装置。 Wherein said focus position detecting means, provided with the reflected light shape detection means for detecting the shape of the reflected light of the light beam reflected from the liquid surface of the liquid photocurable resin, the reflected light shape detecting means detection on the basis of the results of the astigmatic method and detects the focal point position, the optical modeling apparatus according to claim 1 or 2, wherein.
  4. 【請求項4】 樹脂貯溜槽内の液状光硬化性樹脂に、レンズにより光束を集束させて照射し、該光束を走査して所定の面状パターンを有する樹脂硬化層を形成する工程を繰り返して、該樹脂硬化層を積層することにより、所望の立体形状を造形する光造形方法において、 該光束の照射時に、 該光束のパワーの検出情報に基づき該光束のパワーの変動を抑制する光束パワー制御と、 該光束の焦点位置の検出情報に基づき該レンズで集束された該光束の焦点を所定の位置に移動させる焦点位置制御と、 該光束の走査速度の検出情報に基づき該光束の走査速度の変動を抑制する光束走査速度制御とをそれぞれ個別に行なうことを特徴とする、光造形方法。 4. A liquid photo-curable resin in the resin reservoir tank, a lens by irradiating it focuses the light beam, by repeating the step of forming a resin cured layer having a predetermined planar pattern by scanning the light beam by laminating the cured resin layer, the optical modeling method of modeling a desired three-dimensional shape, upon irradiation of the light beam, inhibiting beam power control fluctuations in the power of the light beam based on the detection information of the power of the light beam When the focus position control to move the focal point of the focused light beam by the lens based on the detection information of the focus position of the light beam to a predetermined position, the scanning speed of the light beam based on the detection information of the scanning speed of the light beam and performing the suppressing light beam scanning speed control for variations each separately, stereolithography method.
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