JP2009113294A - Optical modeling apparatus and optical modeling method - Google Patents

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Nobuhiro Kihara
信宏 木原
Masanobu Yamamoto
眞伸 山本
Junichi Kuzusako
淳一 葛迫
Katsuhisa Honda
勝久 本田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out accurate optical modeling by detecting an exact focus state and condensing a light beam for drawing in a proper spot diameter on the cured layer forming surface of a photo-curable resin. <P>SOLUTION: An optical molding apparatus 1 forming a shaped article in a desired shape by forming cured layers in turn by irradiating the liquid photo-curable resin with light is equipped with a light source 11 for drawing which radiates the light beam of a prescribed wavelength for forming the cured layers by drawing the photo-curable resin on a cured layer forming surface, a scanning means 12 for scanning the photo-curable resin by the light beam radiated from the light source 11 for drawing, and a focus detecting light source 31 radiating a light beam of a wavelength which is different from that of the light beam radiated from the light source 11 for drawing and does not cure the photo-curable resin. The cured layer forming surface is irradiated with the light beam radiated from the focus detecting light source 31. By detecting the light beam reflected by the cured layer forming surface, the focus state of the light beam which is scanned by the scanning means 12 is adjusted. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、紫外線硬化樹脂等の光硬化性樹脂に光を照射することにより硬化層を形成し、これを積層して所望の形状の樹脂造形物を形成する光造形装置及び光造形方法に関する。   The present invention relates to an optical modeling apparatus and an optical modeling method in which a cured layer is formed by irradiating light to a photocurable resin such as an ultraviolet curable resin, and a resin molded article having a desired shape is formed by laminating the cured layer.

近年、CAD装置により入力された3次元形状データを用いて、機械加工等をすることなく目標造形物である立体モデルを生成する、所謂ラピッドプロトタイピング(RP)と呼ばれる手法が多くの製造現場で注目を集めている。   In recent years, a technique called rapid prototyping (RP) that generates a three-dimensional model, which is a target model, without performing machining or the like using three-dimensional shape data input by a CAD apparatus has been used in many manufacturing sites. It attracts attention.

従来より、このラピッドプロトタイピングの手法として、紫外線硬化樹脂を用いた光造形、熱可塑性樹脂を押し出しこれを積層する方法(FDM)、粉末の溶融接着積層方式(SLS)、紙を薄膜積層する方式(LOM)、粉末や効果触媒を吐出させ積層する方式(Ink−Jet方式)等が知られている。   Conventionally, rapid prototyping methods include stereolithography using UV curable resins, methods of extruding and laminating thermoplastic resins (FDM), powder melt adhesion laminating method (SLS), and thin film laminating methods. (LOM), a method of discharging and laminating powder and an effective catalyst (Ink-Jet method), and the like are known.

従来の3次元造形では、以下のような流れにより、所望の立体形状の造形物を形成する。具体的には、まず、コンピュータ等により、立体デザインシステムであるCAD装置によって、目標とする立体形状(3次元形状データ)を入力及び設計する。   In the conventional three-dimensional modeling, a modeled object having a desired three-dimensional shape is formed by the following flow. Specifically, first, a target three-dimensional shape (three-dimensional shape data) is input and designed by a computer or the like using a CAD device that is a three-dimensional design system.

次に、入力されたCADデータをSTLフォーマット等の所定の3次元形状データに変換し、造形物の配置する向き及び積層方向(正立、倒立、横転等)を決定し、積層方向に厚さを0.1〜0.2mm程度とした輪切り状にスライスして、各層毎の断面データを生成する。   Next, the input CAD data is converted into predetermined three-dimensional shape data such as STL format, and the orientation and stacking direction (upright, inverted, rollover, etc.) of the modeled object are determined, and the thickness in the stacking direction is determined. Is sliced in a circular shape of about 0.1 to 0.2 mm, and cross-sectional data for each layer is generated.

そして、その各層毎の断面データに基づいて、最下層から一層毎に液状光硬化性樹脂、粉末樹脂、金属粉やワックス等の材料の性状を変化させて積み上げていくことで3次元立体モデルを得ることができる。   Based on the cross-sectional data for each layer, a three-dimensional solid model is created by changing the properties of materials such as liquid photocurable resin, powder resin, metal powder, and wax from the bottom layer to each layer. Obtainable.

具体的に、例えば、液状光硬化性樹脂の場合には、図24に示すように、樹脂貯留槽203に貯留された液状光硬化性樹脂202に、上方から光ビームB201を照射しながら硬化層を一層ずつ造形していく所謂自由液面法といった形式や、図25に示すように、樹脂硬化用の光ビームを透過させる透明板をさらに設け、この透明板により紫外線硬化樹脂の液面の振動、揺動等を抑制する所謂液面規制法といった形式の光造形方法がある。   Specifically, for example, in the case of a liquid photocurable resin, as shown in FIG. 24, the cured layer is irradiated with the light beam B201 from above on the liquid photocurable resin 202 stored in the resin storage tank 203. As shown in FIG. 25, there is further provided a transparent plate that transmits a resin curing light beam, and the transparent plate vibrates the liquid level of the ultraviolet curable resin. There is a stereolithography method in the form of a so-called liquid level regulation method that suppresses swinging and the like.

この液状光硬化性樹脂と自由液面法を用いた場合について図24を用いて説明すると、まず、液面202bに対して垂直方向に移動される移動架台204上に一層目となる所定の厚みの硬化層202aを形成し、次に、移動架台204を下方に移動させた後にこの一層目の硬化層上に、所定の厚みの硬化層を形成し、さらに、積層を進めてn−1層目の硬化層の上に、n層目の硬化層を形成することで、3次元形状モデルを得ることができる。   The case where this liquid photocurable resin and the free liquid level method are used will be described with reference to FIG. 24. First, a predetermined thickness that is a first layer on the movable frame 204 moved in a direction perpendicular to the liquid level 202b. Next, after moving the movable base 204 downward, a hardened layer having a predetermined thickness is formed on the first hardened layer, and the lamination is further advanced to form an n-1 layer. A three-dimensional shape model can be obtained by forming an nth cured layer on the cured layer of the eye.

一方、液面規制法を用いた場合には、図25(a)に示すように、上述の図24を用いて説明した自由液面方式の液面202bに透明板205を追加して、液面の揺動等を規制するとともに上方側から光ビームB201を照射して移動架台204の上面に造形するタイプのものと、図25(b)に示すように、樹脂貯留槽213の底面部にガラス等の透明板により形成した底部透過部213aを設け、移動架台214と底部透過部213aとの間の液状光硬化性樹脂の揺動等を規制するとともに、下方側からこの底部透明板を介して照射して移動架台214の下面に造形するタイプのものとがある。上方側から光ビームを照射するタイプのものは上述の自由液面方式と光ビームを透明板を介して光硬化性樹脂に照射させることを除いて同様であるのでここでは説明を省略する。   On the other hand, when the liquid level regulation method is used, as shown in FIG. 25A, a transparent plate 205 is added to the liquid level 202b of the free liquid level method described with reference to FIG. A type that regulates the swinging of the surface and the like and irradiates the light beam B201 from the upper side to form on the upper surface of the movable frame 204, and a bottom surface portion of the resin storage tank 213 as shown in FIG. A bottom transmission part 213a formed of a transparent plate such as glass is provided to regulate the swinging of the liquid photocurable resin between the movable base 214 and the bottom transmission part 213a, and from the lower side through the bottom transparent plate. There is a type that is irradiated and shaped on the lower surface of the movable stand 214. The type that irradiates the light beam from the upper side is the same as the above-described free liquid surface method except that the light beam is irradiated to the photo-curable resin through the transparent plate, and the description is omitted here.

そして、液状光硬化性樹脂と液面規制法(下方側から光ビームを照射するタイプのもの)を用いた場合について図25(b)を用いて説明すると、まず、垂直方向に移動される移動架台214の下面と、樹脂貯留槽213の底部透過部213aとの間の紫外線硬化樹脂212に底部透過部213a側から光B211を照射することにより一層目となる所定の厚みの硬化層を形成し、次に、移動架台を上方に移動させた後にこの一層目の硬化層上に、すなわち、下方側に所定の厚みの硬化層を形成し、さらに、下方側に積層を進めてn−1層目の硬化層上に、n層目の硬化層を形成することで、3次元形状モデルを得ることができる。   Then, the case of using the liquid photocurable resin and the liquid level regulation method (type of irradiating the light beam from the lower side) will be described with reference to FIG. 25B. First, the movement is moved in the vertical direction. The ultraviolet curable resin 212 between the lower surface of the base 214 and the bottom transmission part 213a of the resin storage tank 213 is irradiated with light B211 from the bottom transmission part 213a side to form a cured layer having a predetermined thickness as the first layer. Next, after moving the movable base upward, a hardened layer having a predetermined thickness is formed on the first hardened layer, that is, on the lower side, and the lamination is further advanced to the n-1 layer. A three-dimensional shape model can be obtained by forming an nth cured layer on the cured layer of the eye.

以上のような3次元造形方法及びこの3次元造形を実現する造形装置は、機械加工による立体物製作法では切削加工が困難であった自由曲面や複雑な構造を有する立体形状を簡単に製作することが可能であり、機械加工に要する工具の摩耗、騒音、振動、切削屑等の発生することなく、完全自動化されたプロセスにより所望の立体形状(モデル)を得ることができる。   The three-dimensional modeling method as described above and the modeling apparatus that realizes the three-dimensional modeling easily produce a three-dimensional shape having a free-form surface or a complicated structure that has been difficult to cut by a three-dimensional object manufacturing method by machining. It is possible to obtain a desired three-dimensional shape (model) by a fully automated process without generation of tool wear, noise, vibration, cutting waste and the like required for machining.

このような有用な3次元造形技術を、精度が数μm程度の高精細な樹脂成型物の製造等といった多種多様な分野に適用するためには、さらに高精細及び高速な造形が望まれる。   In order to apply such a useful three-dimensional modeling technique to various fields such as the production of a high-definition resin molding having an accuracy of about several μm, higher-definition and higher-speed modeling is desired.

しかしながら、従来の立体造形方法及び立体造形装置では、正確なフォーカス検出を行うものがなかっため、光造形の精細度を高めるには限界があった。すなわち、光造形の精細度を向上させていくには、光ビームの焦点を絞る必要がある。そのためには、オートフォーカスのような機構が必要である。   However, since there is no conventional three-dimensional modeling method and three-dimensional modeling apparatus that perform accurate focus detection, there is a limit to increasing the precision of stereolithography. That is, in order to improve the precision of stereolithography, it is necessary to focus the light beam. For this purpose, a mechanism such as autofocus is required.

具体的に、ビームスポット径が50μm(ミクロン)程度までなら、あらかじめ計算された光ビーム描画位置と各位置に対応したフォーカス状態との関係から焦点合わせを行うことが可能である。従来の光造形装置では、このような方法により焦点合わせを行っていた。ところが、さらに高精細な精度を要求する場合に、光ビームのスポット径が数ミクロンレベルにする必要がある場合には、リアルタイムに光ビームのフォーカス状態を調べながらフォーカス合わせを行う必要がある。   Specifically, if the beam spot diameter is up to about 50 μm (micron), it is possible to perform focusing from the relationship between the light beam drawing position calculated in advance and the focus state corresponding to each position. In conventional stereolithography apparatuses, focusing is performed by such a method. However, when higher precision is required and the spot diameter of the light beam needs to be on the order of several microns, it is necessary to perform focusing while examining the focus state of the light beam in real time.

光造形においてリアルタイムにフォーカス検出を行う方法としては、例えば、光ディスク等の技術で用いられる非点収差法等を応用することが考えられる。すなわち、光造形の際の光硬化性樹脂を硬化させるために描画される露光用の光ビームの光硬化性樹脂の硬化層形成面での反射光を受光して検出する検出器等を設け、この検出器により反射光を受光することでフォーカス状態を検出するといった方法が考えられる。   As a method for performing focus detection in real time in stereolithography, for example, it is conceivable to apply an astigmatism method used in a technique such as an optical disc. That is, a detector or the like that receives and detects the reflected light at the cured layer forming surface of the photocurable resin of the light beam for exposure drawn to cure the photocurable resin at the time of stereolithography, A method of detecting the focus state by receiving reflected light with this detector is conceivable.

しかしながら、上述した自由液面法及び液面規制法のいずれの場合にも、造形を行う際には、その造形される形状に応じて露光用の光ビームをオン及びオフを切り換える必要があるが、オフの間にはフォーカス信号が得られないといった問題がある。上述した光ディスク等の技術においてはオフの期間が限られているため、この問題を解決する手法もあるが、光造形の分野にこれを適用する場合には、オフの期間がどれだけ続くが予想できず、大きな問題となるおそれがある。   However, in any case of the above-described free liquid level method and liquid level regulation method, when performing modeling, it is necessary to switch on and off the light beam for exposure according to the shape to be modeled. There is a problem that a focus signal cannot be obtained during the off state. Since the off period is limited in the above-mentioned optical disc technology, there is a method to solve this problem. However, when this is applied to the field of stereolithography, how long the off period lasts is expected. There is a risk that it will not be possible and will be a big problem.

また、一般的に、高精細を要求する場合に優れているとされている液面規制法の場合には、例えば図26に示すように、描画用の光ビームB211を、上述したようなガラス等で形成される底部透過部213aから入射させたときに、底部透過部213aの入射側である下面213bから反射される第1の反射光B221と、底部透過部213aと光硬化性樹脂212との界面である底部透過部213aの上面213cから反射される第2の反射光B222との、少なくとも2箇所で反射される2つの反射光が発生する。第1の反射光B221は、例えばガラスと空気の屈折率差によって、無反射コーティング等を施さなければ数%の反射率で発生することとなるが、実際にフォーカスを合わせるために検出したいガラス(底部透過部213a)と光硬化性樹脂212の界面からの第2の反射光B222は、例えばガラスと紫外線硬化樹脂の屈折率差が少ないために、検出が困難な程少ない反射率で発生することとなる。このように、液面規制法の場合に、単に光硬化性樹脂で反射することにより発生する戻り光によりフォーカス検出を行おうとする際には、戻り光の強度に関して問題があり、これにより、正確なフォーカス状態を検出できないおそれがあるといった問題がある。   In general, in the case of the liquid level regulation method, which is considered to be superior when high definition is required, for example, as shown in FIG. The first reflected light B221 reflected from the lower surface 213b on the incident side of the bottom transmissive part 213a, the bottom transmissive part 213a, the photocurable resin 212, Two reflected lights reflected at at least two places are generated with the second reflected light B222 reflected from the upper surface 213c of the bottom transmitting portion 213a which is the interface of The first reflected light B221 is generated with a reflectance of several percent unless a non-reflective coating or the like is applied due to a difference in refractive index between the glass and air, for example, but the glass ( The second reflected light B222 from the interface between the bottom transmitting portion 213a) and the photocurable resin 212 is generated with a reflectance that is difficult to detect because, for example, the difference in refractive index between glass and the ultraviolet curable resin is small. It becomes. As described above, in the case of the liquid level regulation method, there is a problem regarding the intensity of the return light when trying to detect the focus by the return light generated simply by reflection with the photo-curable resin. There is a problem that it may not be possible to detect the correct focus state.

以上のように、光造形装置において正確にリアルタイムのフォーカス検出を行うことができず、これにより、描画用の光ビームを光硬化性樹脂の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光することができず、高精度な光造形が困難であった。   As described above, the real-time focus detection cannot be performed accurately in the optical modeling apparatus, and thereby, the light beam for drawing is focused on the cured layer forming surface of the photocurable resin with an appropriate spot diameter. Therefore, high-precision optical modeling was difficult.

特開平5−77323号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-77323

本発明の目的は、正確なフォーカス状態を検出して、描画用の光ビームを光硬化性樹脂の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光することにより、高精度な光造形を行うことができる光造形装置及び光造形方法を提供することにある。   An object of the present invention is to perform accurate optical modeling by detecting an accurate focus state and condensing a drawing light beam on a cured layer forming surface of a photocurable resin with an appropriate spot diameter. It is in providing the optical modeling apparatus and optical modeling method which can be performed.

また、本発明の目的は、フォーカス検出信号を確実に検出することができる光造形装置及び光造形方法を提供することにある。   Moreover, the objective of this invention is providing the optical modeling apparatus and optical modeling method which can detect a focus detection signal reliably.

この目的を達成するため、本発明に係る光造形装置は、液状の光硬化性樹脂に光を照射して硬化層を順次形成することにより所望の形状の造形物を形成する光造形装置において、硬化層形成面上の上記光硬化性樹脂を描画することにより硬化層を形成するための所定の波長の光ビームを放射する描画用光源と、上記描画用光源から放射された光ビームを上記光硬化性樹脂に走査させる走査手段と、上記描画用光源から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ上記光硬化性樹脂を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源と、上記フォーカス検出用光源から放射されて上記硬化層形成面に照射され、上記硬化層形成面で反射された光ビームを検出する検出手段とを備え、上記検出手段により検出された検出結果に基づいて上記走査手段により走査される光ビームのフォーカス状態を調整する。   In order to achieve this object, an optical modeling apparatus according to the present invention is an optical modeling apparatus that forms a molded article of a desired shape by sequentially forming a cured layer by irradiating light to a liquid photocurable resin. A drawing light source that emits a light beam having a predetermined wavelength for forming a cured layer by drawing the photo-curable resin on the cured layer forming surface, and a light beam emitted from the drawing light source A scanning means for scanning the curable resin, a focus detection light source that emits a light beam having a wavelength different from that of the light beam emitted from the drawing light source and a wavelength that does not cure the photocurable resin; A detection means for detecting a light beam emitted from the focus detection light source and irradiated on the cured layer forming surface and reflected by the cured layer forming surface, and the detection result detected by the detecting means Zui by adjusting the focus state of the light beam scanned by said scanning means.

また、この目的を達成するため、本発明に係る光造形方法は、液状の光硬化性樹脂に光を照射して硬化層を順次形成することにより所望の形状の造形物を形成する光造形方法において、硬化層形成面上の上記光硬化性樹脂を描画することにより硬化層を形成するための所定の波長の光ビームを放射する描画用光源と、上記描画用光源から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ上記光硬化性樹脂を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源との、それぞれから光ビームを放射し、上記フォーカス検出用光源から放射された光ビームを上記硬化層形成面に照射し、上記硬化層形成面で反射された光ビームを検出することにより、上記描画用光源から放射された光ビームを検出手段で検出し、上記検出手段により検出された検出結果に基づいて上記光硬化性樹脂に走査させる走査手段により上記描画用光源から放射された光ビームのフォーカス状態を調整するとともに上記硬化層形成面上を走査させる。   Moreover, in order to achieve this object, the optical modeling method according to the present invention is an optical modeling method in which a liquid photocurable resin is irradiated with light to sequentially form a cured layer to form a modeled object having a desired shape. A drawing light source that emits a light beam having a predetermined wavelength for forming the cured layer by drawing the photocurable resin on the cured layer forming surface; and a light beam emitted from the drawing light source; And a focus detection light source that emits a light beam having a different wavelength and a wavelength that does not cure the photo-curable resin, and radiates a light beam from each of the focus detection light sources and emits the light beam emitted from the focus detection light source. By irradiating the hardened layer forming surface and detecting the light beam reflected by the hardened layer forming surface, the light beam emitted from the drawing light source is detected by the detecting means and detected by the detecting means. Based on the result of detection is scanned over the hardened layer forming surface while adjusting the focus state of the emitted light beam from the drawing light source by the scanning means for scanning the above photocurable resin.

本発明は、光硬化性樹脂を硬化させるための描画用の光ビームと、この光硬化性樹脂の硬化層形成面を検出するためのフォーカス検出用の光ビームとを用いて、正確にフォーカス検出を行うとともに描画用の光ビームにより光硬化性樹脂の露光を行うことにより、描画用の光ビームを光硬化性樹脂の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光させることができ、造形精度を向上させ高精細な光造形を行うことを実現する。   The present invention accurately detects a focus by using a light beam for drawing for curing a photocurable resin and a light beam for focus detection for detecting a cured layer forming surface of the photocurable resin. And exposure of the photocurable resin with the light beam for drawing allows the light beam for drawing to be focused on the cured layer forming surface of the photocurable resin with an appropriate spot diameter. Improves accuracy and realizes high-resolution stereolithography.

以下、本発明を適用した光造形装置について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an optical modeling apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

本発明を適用した光造形装置1は、図1に示すように、光硬化性樹脂上に光を照射して硬化層を順次形成して積層することにより所望の形状の造形物を形成する光造形装置である。尚、以下では、光硬化性樹脂として液状の紫外線硬化樹脂を用いるものとして説明するが、これに限られるものではなく、すなわち、光が照射されることにより硬化層が形成されるものであればよい。   As shown in FIG. 1, the optical modeling apparatus 1 to which the present invention is applied is a light that irradiates light on a photocurable resin to sequentially form and laminate a cured layer to form a modeled object having a desired shape. It is a modeling device. In the following description, it is assumed that a liquid ultraviolet curable resin is used as the photocurable resin. However, the present invention is not limited to this. That is, as long as a cured layer is formed by irradiation with light. Good.

光造形装置1は、具体的に、図1に示すように、光硬化性樹脂として液状の紫外線硬化樹脂2を貯留する樹脂貯留槽3と、この樹脂貯留槽3内に浸漬され形成される硬化層2aを下面側に保持するとともに少なくともこの紫外線硬化樹脂2の表面である液面に対して直交する垂直方向Zに移動可能とされる移動架台4と、この紫外線硬化樹脂2上に光を照射するための後述するビームスキャン光学系10及びフォーカス検出光学系30を有する光学系5とを有する。   Specifically, as shown in FIG. 1, the optical modeling apparatus 1 includes a resin storage tank 3 that stores a liquid ultraviolet curable resin 2 as a photocurable resin, and a curing that is formed by being immersed in the resin storage tank 3. The movable frame 4 that holds the layer 2a on the lower surface side and is movable at least in the vertical direction Z perpendicular to the liquid surface that is the surface of the ultraviolet curable resin 2, and irradiates the ultraviolet curable resin 2 with light. And an optical system 5 having a beam scanning optical system 10 and a focus detection optical system 30 to be described later.

樹脂貯留槽3の底部には、光学系5からの硬化用の光を透過するための透過部3aが設けられており、光造形装置1は、光学系5からの光を透過部3aを介して紫外線硬化樹脂2の硬化層を形成する領域である硬化層形成面に照射させることで硬化層を形成する。換言すると、移動架台4の下面と、透過部3aの上面との間には、各硬化層の厚さ分の所定の隙間が形成されており、この所定の隙間に存在する紫外線硬化樹脂2が光学系5からの光により露光され硬化層が形成される硬化層形成面となる。   At the bottom of the resin reservoir 3, a transmission part 3a for transmitting the curing light from the optical system 5 is provided, and the optical modeling apparatus 1 transmits the light from the optical system 5 through the transmission part 3a. Then, the cured layer is formed by irradiating the cured layer forming surface, which is a region where the cured layer of the ultraviolet curable resin 2 is formed. In other words, a predetermined gap corresponding to the thickness of each cured layer is formed between the lower surface of the movable frame 4 and the upper surface of the transmission portion 3a, and the ultraviolet curable resin 2 existing in the predetermined gap is It becomes the hardened layer formation surface by which it exposes with the light from the optical system 5 and a hardened layer is formed.

そして、光造形装置1は、光学系5により光を照射し移動架台4の下面に硬化層を形成する動作と、この移動架台4を垂直方向Zに上方に移動する動作とを順次繰り返すことにより立体造形を行う。尚、上述の硬化層が形成された後には、移動架台4の下面に形成された硬化層と、透過部3aの上面との間の所定の隙間が形成された領域が、硬化層形成面となる。   Then, the optical modeling apparatus 1 sequentially repeats the operation of irradiating light by the optical system 5 to form a hardened layer on the lower surface of the movable mount 4 and the operation of moving the movable mount 4 upward in the vertical direction Z. Perform 3D modeling. In addition, after the above-mentioned hardened layer is formed, a region where a predetermined gap is formed between the hardened layer formed on the lower surface of the movable frame 4 and the upper surface of the transmission part 3a is the hardened layer forming surface. Become.

上述の樹脂貯留槽3の透過部3aは、移動架台4の下面、又は移動架台4の下面に形成された硬化層との間に硬化層形成面としての隙間を形成し、その間の紫外線硬化樹脂2の振動、揺動等を発生させないように規制又は抑制する液面規制板として機能する。液面規制板としての透過部3aを有する光造形装置1は、硬化層形成面の紫外線硬化樹脂2の振動、揺動等を規制することにより形成される硬化層及び最終的に形成される立体造形物の精度を高め、すなわち高精細の立体造形を可能とする。   The transmission part 3a of the above-described resin storage tank 3 forms a gap as a cured layer forming surface between the lower surface of the movable frame 4 or the cured layer formed on the lower surface of the movable frame 4, and an ultraviolet curable resin therebetween. 2 functions as a liquid level regulating plate that regulates or suppresses so as not to generate vibrations 2 or the like. The optical modeling apparatus 1 having the transmission part 3a as a liquid level regulating plate includes a cured layer formed by regulating vibration, swinging, and the like of the ultraviolet curable resin 2 on the cured layer forming surface, and a finally formed solid. The accuracy of the modeled object is increased, that is, high-precision three-dimensional modeling is possible.

尚、光造形装置1において、移動架台4を垂直方向Zにのみ移動可能な構成として説明をするが、後述の光造形装置51の移動手段56のような移動手段をさらに追加して設け、移動架台4と光学系5との水平面内における相対的な位置を変化させる構成としてもよく、その場合には、移動架台4及び光学系5を固定した状態で硬化層を形成可能な領域より大面積の硬化層を形成することを可能とし、すなわち、大きな造形物を形成することを可能とすることができる。   In the optical modeling apparatus 1, the movable gantry 4 will be described as a configuration that can move only in the vertical direction Z. However, a moving unit such as a moving unit 56 of the optical modeling apparatus 51 described below is additionally provided and moved. It is good also as a structure which changes the relative position in the horizontal surface of the mount frame 4 and the optical system 5, and in that case, an area larger than the area | region which can form a hardening layer in the state which fixed the movable mount frame 4 and the optical system 5 It is possible to form a hardened layer, that is, it is possible to form a large shaped article.

この光造形装置1は、図2に示すように、ビームスキャン光学系10用として、紫外線硬化樹脂2上に光を描画するための光ビームを放射する描画用光源(ビームスキャン用光源)として第1の光源11と、第1の光源11から放射された光ビームを紫外線硬化樹脂2上に走査させる走査手段12とを備え、また、フォーカス検出光学系30用として、第1の光源11から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源31を備え、さらに、走査手段12により走査される光ビームと、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームとを合成して紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面に導く光路合成手段として波長選択性ミラー41を備える。   As shown in FIG. 2, the stereolithography apparatus 1 is used as a beam scanning optical system 10 as a drawing light source (beam scanning light source) that emits a light beam for drawing light on the ultraviolet curable resin 2. 1 light source 11 and scanning means 12 for scanning the light beam radiated from the first light source 11 onto the ultraviolet curable resin 2, and radiated from the first light source 11 for the focus detection optical system 30. A focus detection light source 31 that emits a light beam having a wavelength different from that of the light beam to be cured and a wavelength that does not cure the ultraviolet curable resin 2, and further includes a light beam scanned by the scanning unit 12 and focus detection A wavelength-selective mirror 41 is provided as an optical path synthesizing unit that synthesizes the light beam emitted from the light source 31 and guides it to the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2.

尚、この光造形装置1では、各光学系からの光を紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面に導くための光路合成手段として、波長選択性ミラー41を用いるように構成したが、これに限られるものではなく、光造形装置を構成する光路合成手段として波長選択性プリズム、偏光ビームスプリッタ等を用いるように構成してもよい。   The optical modeling apparatus 1 is configured to use the wavelength selective mirror 41 as an optical path synthesizing unit for guiding light from each optical system to the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2. However, a wavelength-selective prism, a polarizing beam splitter, or the like may be used as an optical path synthesizing unit constituting the stereolithography apparatus.

また、光造形装置1は、上述した第1の光源11と走査手段12とともに、ビームスキャン光学系10を構成するために、第1の光源11から放射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズ13と、コリメータレンズ13から出射された略楕円形状の光ビームを整形して略円形状にするアナモルフィックレンズ14と、アナモルフィックレンズ14から出射された光ビームのビーム径を後述する対物レンズ42の開口、NA(開口数)等に適した所望のビーム径に変換してビーム径のサイズ調整を行うビームエキスパンダ15と、ビームエキスパンダ15から出射された光ビームの発散角度を調整して収束光、平行光、又は発散光の状態として出射させることで後述する対物レンズ42により紫外線硬化樹脂2上に集光される光ビームのフォーカス状態を調整するフォーカス調整レンズ16と、紫外線硬化樹脂2に照射する光ビームの通過・遮蔽を制御し、すなわちビームスキャン光学系10による描画のオン・オフ制御をするためのシャッタ17とを備える。   Further, the optical modeling apparatus 1 converts the divergence angle of the light beam emitted from the first light source 11 in order to form the beam scanning optical system 10 together with the first light source 11 and the scanning unit 12 described above. A collimator lens 13 that is substantially parallel light, an anamorphic lens 14 that shapes a substantially elliptical light beam emitted from the collimator lens 13 into a substantially circular shape, and a light beam that is emitted from the anamorphic lens 14 The beam expander 15 converts the beam diameter into a desired beam diameter suitable for the aperture of the objective lens 42 described later, NA (numerical aperture), etc., and adjusts the beam diameter, and the beam expander 15 emits the beam diameter. By adjusting the divergence angle of the light beam and emitting it as a state of convergent light, parallel light, or divergent light, it is applied onto the ultraviolet curable resin 2 by an objective lens 42 described later. To control the focus adjustment lens 16 that adjusts the focus state of the light beam that is emitted, and the passage and shielding of the light beam that irradiates the ultraviolet curable resin 2, that is, to control drawing on / off by the beam scanning optical system 10. The shutter 17 is provided.

ビームスキャン用光学系に用いられるビームスキャン用光源としての第1の光源11は、硬化層形成面上の紫外線硬化樹脂2を描画することにより硬化層を形成するための光ビームを放射するものであり、例えば、発振波長375nm程度のレーザ光を放射する半導体レーザである。尚、ここでは、波長375nmとしたが、これに限られるものではなく、使用する光硬化性樹脂を硬化し得る程度、例えば、青〜紫外域程度の比較的波長の短いレーザ光を放射するものであればよい。尚、ここでは、半導体レーザを用いるものとしたが、これに限られるものではなく、ガスレーザー等を用いてもよい。ここでは、第1の光源11として半導体レーザーを用いたので、レーザー出射後に略平行な光ビームにするためのコリメータレンズ13と、楕円形とされた光ビームを円形の光ビームにするためのアナモルフィックレンズ14が設けられている。また、ここでは、シャッタ17を設けるように構成したが、第1の光源11として半導体レーザを用いていることから、これを直接変調することにより光ビームのオン・オフ制御をするように構成してもよい。   The first light source 11 as a beam scanning light source used in the beam scanning optical system emits a light beam for forming a cured layer by drawing the ultraviolet curable resin 2 on the cured layer forming surface. For example, a semiconductor laser that emits laser light having an oscillation wavelength of about 375 nm. Here, the wavelength is set to 375 nm, but the wavelength is not limited to this, and is capable of curing the photo-curing resin to be used, for example, a laser beam that emits a laser beam having a relatively short wavelength in the blue to ultraviolet range. If it is. Although a semiconductor laser is used here, the present invention is not limited to this, and a gas laser or the like may be used. Here, since a semiconductor laser is used as the first light source 11, a collimator lens 13 for making a substantially parallel light beam after emitting the laser and an analog for making the elliptical light beam a circular light beam. A morphic lens 14 is provided. In this example, the shutter 17 is provided. However, since a semiconductor laser is used as the first light source 11, the light beam is controlled to be turned on / off by directly modulating it. May be.

光造形装置1の走査手段12は、例えば、ビームエキスパンダ15からの入射した光ビームを偏向して紫外線硬化樹脂2の表面である液面に平行な面内の第1の方向としてX方向に走査させる第1のガルバノミラー21と、第1のガルバノミラー21からの光ビームを偏向してX方向に略直交し紫外線硬化樹脂2の液面に平行な面内の第2の方向としてY方向に走査させる第2のガルバノミラー22と、波長選択性ミラー41と紫外線硬化樹脂2との間に設けられ、第2のガルバノミラー22からの光ビームを集光するとともに、第1及び第2のガルバノミラー21,22で偏向された光ビームを紫外線硬化樹脂2上に等速度で走査させる対物レンズ42とからなる。   The scanning unit 12 of the stereolithography apparatus 1 deflects the incident light beam from the beam expander 15, for example, in the X direction as a first direction in a plane parallel to the liquid surface that is the surface of the ultraviolet curable resin 2. A first galvanometer mirror 21 to be scanned, and a Y direction as a second direction in a plane substantially perpendicular to the X direction and parallel to the liquid surface of the ultraviolet curable resin 2 by deflecting the light beam from the first galvanometer mirror 21 Are provided between the second galvanometer mirror 22 to be scanned, the wavelength selective mirror 41 and the ultraviolet curable resin 2, and collects the light beam from the second galvanometer mirror 22, and the first and second It comprises an objective lens 42 that scans the light beam deflected by the galvanometer mirrors 21 and 22 onto the ultraviolet curable resin 2 at a constant speed.

また、走査手段12は、第1のガルバノミラー21と第2のガルバノミラー22との間に設けられる第1のリレーレンズ23と、第2のガルバノミラー22と波長選択性ミラー41との間に設けられる第2のリレーレンズ24とを有する。   Further, the scanning unit 12 includes a first relay lens 23 provided between the first galvanometer mirror 21 and the second galvanometer mirror 22, and a second galvanometer mirror 22 and the wavelength selective mirror 41. And a second relay lens 24 provided.

第1及び第2のガルバノミラー21,22は、所定の方向に回転可能とされたミラー等の反射手段と、電気信号に応じて反射手段の回転方向の角度を調整する調整手段とを有し、光ビームを所定の方向に走査させるため、入射した光ビームを所定の角度で反射して、すなわち所望の方向に偏向することにより、移動架台4上の走査すべき面内(以下、「ワーク領域」ともいう。)に光ビームを走査させる。このように、第1及び第2のガルバノミラー21,22は、光ビームを偏向するビーム偏向手段として機能する。尚、ここでは、第1のガルバノミラー21により光ビームをX方向に走査させ、第2のガルバノミラー22により光ビームをY方向に走査させるように構成したが、これに限られるものではなく、紫外線硬化樹脂2の液面に平行な面内、すなわち、移動架台4上の走査すべき面内において、略直交する任意の二軸の一方及び他方を走査できるように構成すればよい。また、走査手段12に設けられ光ビームを所定の二軸方向にそれぞれ偏向させるビーム偏向手段としては、上述のガルバノミラーに限られるものではなく、ポリゴンミラー等を用いるように構成してもよい。   The first and second galvanometer mirrors 21 and 22 have reflection means such as a mirror that can be rotated in a predetermined direction, and adjustment means that adjusts the angle of the reflection means in the rotation direction according to an electric signal. In order to scan the light beam in a predetermined direction, the incident light beam is reflected at a predetermined angle, that is, deflected in a desired direction. The region is also referred to as a region). Thus, the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 function as beam deflecting means for deflecting the light beam. Here, the first galvanometer mirror 21 is configured to scan the light beam in the X direction, and the second galvanometer mirror 22 is configured to scan the light beam in the Y direction. However, the present invention is not limited to this. What is necessary is just to comprise so that one and the other of the arbitrary two axes | shafts substantially orthogonal may be scanned in the surface parallel to the liquid level of the ultraviolet curable resin 2, ie, the surface which should be scanned on the movable mount frame 4. Further, the beam deflecting means provided in the scanning means 12 for deflecting the light beam in each of predetermined biaxial directions is not limited to the above-described galvanometer mirror, and a polygon mirror or the like may be used.

第1及び第2のガルバノミラー21,22で偏向された光ビームを紫外線硬化樹脂2上に等速度で走査させる対物レンズ42は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、第1及び第2のガルバノミラー21,22によりX方向及びY方向に走査され、波長選択性ミラー41で反射されて入射された光ビームを紫外線硬化樹脂2上に集光して結像させることで、第1及び第2のガルバノミラー21,22で偏向された光ビームを紫外線硬化樹脂2上に均一な走査線速度で走査させる。   The objective lens 42 that scans the light beams deflected by the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 onto the ultraviolet curable resin 2 at a constant speed is composed of a lens group having one or a plurality of lenses. The first galvanometer mirrors 21, 22 scan the X direction and the Y direction, reflect the incident light beam reflected by the wavelength selective mirror 41, and form an image by focusing on the ultraviolet curable resin 2. The light beams deflected by the second galvanometer mirrors 21 and 22 are scanned on the ultraviolet curable resin 2 at a uniform scanning linear velocity.

ここでは、この対物レンズ42として、図3に示すように、入射角θに比例した像高Yをもち、焦点距離fと入射角θとの積が像高Yとなるような関係(Y=f×θ)を有する所謂fθレンズが用いられる。換言すると、fθレンズは、走査される光ビームの走査速度が、レンズへの入射位置によらず、常に一定となるように設計されたレンズである。   Here, as the objective lens 42, as shown in FIG. 3, the image height Y is proportional to the incident angle θ, and the product of the focal length f and the incident angle θ becomes the image height Y (Y = A so-called fθ lens having f × θ) is used. In other words, the fθ lens is a lens designed so that the scanning speed of the scanned light beam is always constant regardless of the incident position on the lens.

すなわち、対物レンズ42としてのfθレンズは、例えば、第1及び第2のガルバノミラー21,22の回転速度を等速度とした状態で、この第1及び第2のガルバノミラー21,22で走査され対物レンズ42により結像されるワーク領域内における走査線速度を等速度とすることを可能とし、走査線速度がばらつくことによる設計形状と実際の硬化層の形状とに違いが発生することを防止する。すなわち、例えば、XY方向に対して傾斜した所望の直線上を結像される光ビームを走査しようとした場合に、X方向の走査線速度成分と、Y方向の走査線速度成分との何れか一方又は両方がばらついたときには、走査される光ビームが所望の直線を描くことができなくなることを、上述の対物レンズ42及び第1及び第2のガルバノミラー21,22は、解消することができる。このように、対物レンズ42は、第1及び第2のガルバノミラー21,22とともに、ワーク領域上の走査線速度を等速度に走査させることを可能とし、微細描画による高精細な造形を実現する。   That is, the fθ lens as the objective lens 42 is scanned by the first and second galvanometer mirrors 21 and 22, for example, with the rotation speeds of the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 being equal. It is possible to make the scanning line velocity within the work area imaged by the objective lens 42 constant, and to prevent the difference between the design shape and the actual hardened layer shape due to the variation in the scanning line velocity. To do. That is, for example, when scanning a light beam imaged on a desired straight line inclined with respect to the XY direction, either the scanning linear velocity component in the X direction or the scanning linear velocity component in the Y direction is selected. The objective lens 42 and the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 described above can eliminate the fact that the scanned light beam cannot draw a desired straight line when one or both of them vary. . As described above, the objective lens 42, together with the first and second galvanometer mirrors 21 and 22, enables the scanning line speed on the work area to be scanned at a constant speed, thereby realizing high-definition modeling by fine drawing. .

尚、ここで用いられる対物レンズ42は、fθレンズに限られるものではなく、通常の集光機能を有するレンズを用いるとともに第1及び第2のガルバノミラー21,22を制御する駆動制御部側でその回転速度を電気的に調整制御し、第1及び第2のガルバノミラー21,22で偏向された光ビームを対物レンズで集光して均一な走査線速度で走査させるように構成してもよい。   Note that the objective lens 42 used here is not limited to the fθ lens, and a lens having a normal condensing function is used, and the drive control unit that controls the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 is used. The rotational speed is electrically adjusted and controlled, and the light beams deflected by the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 are condensed by the objective lens and scanned at a uniform scanning line speed. Good.

ここで、第1及び第2のガルバノミラー21,22と対物レンズ42とにより、第1の光源11から放射された光ビームを走査する動作について図4を用いて説明する。尚、図4中においては、第1のガルバノミラー21と対物レンズ42との動作を示すために第2のガルバノミラー22、第1及び第2のリレーレンズ23,24並びに波長選択性ミラー41を省略して示す。また、第2のガルバノミラー22と対物レンズ42との動作についても同様であるので詳細は省略する。   Here, an operation of scanning the light beam emitted from the first light source 11 by the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the objective lens 42 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the second galvanometer mirror 22, the first and second relay lenses 23 and 24, and the wavelength selective mirror 41 are shown in order to show the operation of the first galvanometer mirror 21 and the objective lens 42. Omitted. Further, the operations of the second galvanometer mirror 22 and the objective lens 42 are the same, and the details are omitted.

第1のガルバノミラー21には、コリメータレンズ13で平行光とされ、ビームエキスパンダ15で均一化された光ビームが入射され、その角度に応じてX方向に走査されて、対物レンズ42によりワーク領域上に集光される。   The first galvanometer mirror 21 receives a light beam that has been collimated by the collimator lens 13 and made uniform by the beam expander 15, is scanned in the X direction according to the angle, and is moved by the objective lens 42. Focused on the area.

このように、対物レンズ42は、第1のガルバノミラー21によりX方向に走査された光ビームが所定の状態で入射させることで、ワーク領域上をX方向に走査させるとともにワーク領域の紫外線硬化樹脂2上に垂直方向に入射させテレセントリックに結像させる。また、対物レンズ42は、同様に、第2のガルバノミラー22によりY方向に走査された光ビームが所定の状態で入射させることで、ワーク領域上をY方向に走査させるとともにワーク領域の紫外線硬化樹脂2上に垂直方向に入射させテレセントリックに結像させる。   As described above, the objective lens 42 allows the light beam scanned in the X direction by the first galvanometer mirror 21 to be incident in a predetermined state, thereby scanning the work area in the X direction and the UV curable resin in the work area. 2 is incident in a vertical direction to form a telecentric image. Similarly, the objective lens 42 allows the light beam scanned in the Y direction by the second galvanometer mirror 22 to enter in a predetermined state, thereby scanning the work area in the Y direction and curing the work area with ultraviolet rays. The light is incident on the resin 2 in the vertical direction to form a telecentric image.

ところで、第1及び第2のガルバノミラー21,22による走査方向のスキャン角度と、対物レンズ42の焦点距離には、一定の関係がある。上述のように、対物レンズ42をfθレンズとした場合には、例えば、ワーク領域のX方向及びY方向の寸法がそれぞれ1cm、すなわちワーク領域を1cm×1cm程度とし、第1及び第2のガルバノミラー21,22のスキャン角度を±10度程度とすると、焦点距離は約28.65mm程度となる。尚、第1及び第2のガルバノミラー21,22のスキャン角度及び対物レンズ42の構成を変えることによりワーク領域の大きさを変更することも可能である。   Incidentally, there is a certain relationship between the scan angle in the scanning direction by the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the focal length of the objective lens 42. As described above, when the objective lens 42 is an fθ lens, for example, the dimensions of the work area in the X direction and the Y direction are each 1 cm, that is, the work area is about 1 cm × 1 cm, and the first and second galvanometers are used. When the scanning angle of the mirrors 21 and 22 is about ± 10 degrees, the focal length is about 28.65 mm. It is possible to change the size of the work area by changing the scan angle of the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the configuration of the objective lens 42.

このように、ワーク領域の大きさは、第1及び第2のガルバノミラー21,22の回転角度、対物レンズ42の径及び構成、その他の光学部品の構成及び配置等により決定される。また、ワーク領域とは、光学系5と移動架台4との液面と平行な平面内、すなわち水平な平面内での位置関係が変化しない状態における硬化層を形成可能な領域であって、且つ、垂直方向Zにおいては移動架台4又は移動架台4上に既に形成された硬化層上の領域である。換言すると、ワーク領域は、これから硬化層を形成しようとする領域を意味するものである。   Thus, the size of the work area is determined by the rotation angle of the first and second galvanometer mirrors 21 and 22, the diameter and configuration of the objective lens 42, the configuration and arrangement of other optical components, and the like. The work area is an area where a hardened layer can be formed in a state in which the positional relationship in the plane parallel to the liquid surface of the optical system 5 and the movable frame 4, that is, in the horizontal plane does not change, and In the vertical direction Z, it is a region on the hardened layer already formed on the movable frame 4 or the movable frame 4. In other words, the work area means an area where a hardened layer is to be formed.

また、対物レンズ42は、前側焦点位置である物側焦点位置が波長選択性ミラー41の反射透過面41aに一致され、後側焦点位置である像側焦点位置が移動架台4上のワーク領域の紫外線硬化樹脂2に一致されて配置されている。ここで、ワーク領域の紫外線硬化樹脂2とは、移動架台4上の光ビームを走査可能な面内で且つ紫外線硬化樹脂2の硬化層を形成すべき高さの位置の紫外線硬化樹脂2をいい、多くの場合は表面、すなわち液面付近の位置を意味するものである。尚、ここでは、対物レンズの物側焦点位置を反射透過面41aに一致して配置されるように構成したが、厳密に一致させる必要はなく、波長選択性ミラー41自体が大きくなりすぎない程度に、反射透過面41aの近傍に物側焦点位置が位置するように配置されていればよい。すなわち、ビームスキャン光学系10からの光ビームが全て反射透過面41aを通過(反射)させる必要性があることから波長選択性ミラー41が大きくなりすぎない程度に、反射透過面41aの近傍に対物レンズ42の物側焦点位置が位置するようにすればよい。   In the objective lens 42, the object-side focal position that is the front focal position is matched with the reflection / transmission surface 41 a of the wavelength selective mirror 41, and the image-side focal position that is the rear focal position is the work area on the movable frame 4. The ultraviolet curable resin 2 is arranged in conformity with the ultraviolet curable resin 2. Here, the ultraviolet curable resin 2 in the work area refers to the ultraviolet curable resin 2 in a position where a light beam on the movable frame 4 can be scanned and at which a cured layer of the ultraviolet curable resin 2 is to be formed. In many cases, it means the surface, that is, the position near the liquid surface. Here, the object side focal position of the objective lens is arranged so as to coincide with the reflection / transmission surface 41a. However, it is not necessary to exactly coincide, and the wavelength-selective mirror 41 itself does not become too large. In addition, it is only necessary that the object-side focal position be positioned in the vicinity of the reflection / transmission surface 41a. That is, since it is necessary for all the light beams from the beam scanning optical system 10 to pass (reflect) through the reflection / transmission surface 41a, there is no object in the vicinity of the reflection / transmission surface 41a so that the wavelength selective mirror 41 does not become too large. The object-side focal position of the lens 42 may be positioned.

第1及び第2のリレーレンズ23,24は、第1及び第2のガルバノミラー21,22による必要なスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射することができるとともに、物体面としての第1又は第2のガルバノミラー21,22上で反射させる光ビームを、次のガルバノミラー22又は、波長選択性ミラー41の反射透過面41a上に結像することができる。   The first and second relay lenses 23 and 24 can emit parallel incident light beams in parallel over the necessary scan angles by the first and second galvanometer mirrors 21 and 22, and can also be used as first object surfaces. The light beam reflected on the first or second galvanometer mirror 21 or 22 can be imaged on the next galvanometer mirror 22 or the reflection / transmission surface 41 a of the wavelength selective mirror 41.

すなわち、第1のリレーレンズ23は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、第1のガルバノミラー21で反射された光ビームを第2のガルバノミラー22上の反射面に結像し、第2のリレーレンズ24は、一又は複数のレンズを有するレンズ群からなり、第2のガルバノミラー22で反射された光ビームを波長選択性ミラー41の反射透過面41a上に結像する。   That is, the first relay lens 23 includes a lens group having one or a plurality of lenses, and images the light beam reflected by the first galvanometer mirror 21 on the reflection surface on the second galvanometer mirror 22. The second relay lens 24 includes a lens group having one or a plurality of lenses, and forms an image of the light beam reflected by the second galvanometer mirror 22 on the reflection / transmission surface 41 a of the wavelength selective mirror 41.

このような機能を有する第1及び第2のリレーレンズ23,24は、両側テレセントリック結像光学系となるように構成されている。尚、図5に両側テレセントリック結像光学系となるような光学系の代表例であって所謂「4f光学系」とも呼ばれる光学系について示す。図5に示すようなテレセントリック結像光学系は、例えば、最も前方側の位置に配置されたレンズの前焦点位置に第1及び第2のガルバノミラー21,22に相当する物体面Poが配置され、最も後方側の位置に配置されたレンズの後焦点位置に第2のガルバノミラー22又は波長選択性ミラー41に相当する像面Piが配置されることで、物体面Po上の任意の位置で集光された光ビームが発散して入射されたとき、像面Pi側の対応する位置に収束されることとなる。そして、物体面Po上の任意の位置から平行光として入射した光ビームは、像面Pi側の対応する位置に平行光として入射することとなる。このように、両側テレセントリック結像光学系は、像面側から所定の位置、所定の方向で入射した平行光を、像面側の対応する位置に、対応する方向で平行光を出射させることとなる。   The first and second relay lenses 23 and 24 having such a function are configured to be both-side telecentric imaging optical systems. FIG. 5 shows an optical system that is a representative example of an optical system that is a double-sided telecentric imaging optical system, and is also called a “4f optical system”. In the telecentric imaging optical system as shown in FIG. 5, for example, the object plane Po corresponding to the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 is arranged at the front focal position of the lens arranged at the most forward position. The image plane Pi corresponding to the second galvanometer mirror 22 or the wavelength-selective mirror 41 is arranged at the rear focal position of the lens arranged at the most rear side position, so that it can be placed at any position on the object plane Po. When the condensed light beam diverges and enters, it is converged to a corresponding position on the image plane Pi side. Then, a light beam incident as parallel light from an arbitrary position on the object plane Po enters the corresponding position on the image plane Pi side as parallel light. In this way, the double-sided telecentric imaging optical system emits parallel light incident in a predetermined position and a predetermined direction from the image plane side to a corresponding position on the image plane side in a corresponding direction. Become.

そして、第2のリレーレンズ24は、第2のガルバノミラー22で偏向された光ビームが、対物レンズ42の物側焦点位置を通過、すなわち、反射透過面41aの中心を通過するように導くともに、対物レンズ42の所定の位置に入射するような所定の角度でこの物側焦点位置を通過するようにできる。すなわち、第2のリレーレンズ24は、第2のガルバノミラー22で偏向された光ビームの光軸が対物レンズ42の前側焦点を、ワーク領域内を走査される位置に応じた角度で通過して対物レンズ42に入射するように導くことができる。   The second relay lens 24 guides the light beam deflected by the second galvanometer mirror 22 so that it passes through the object side focal position of the objective lens 42, that is, passes through the center of the reflection / transmission surface 41a. The object side focal position can be passed through at a predetermined angle so as to enter the predetermined position of the objective lens 42. That is, in the second relay lens 24, the optical axis of the light beam deflected by the second galvanometer mirror 22 passes through the front focal point of the objective lens 42 at an angle corresponding to the position scanned in the work area. It can be guided to enter the objective lens 42.

第1のリレーレンズ23は、第1のガルバノミラー21で偏向され、第2のガルバノミラー22及び第2のリレーレンズ24を経由した後の光ビームが、対物レンズ42の物側焦点位置を通過、すなわち、反射透過面41aの中心を通過するように導くとともに、対物レンズ42の所定の位置に入射するような所定の角度でこの物側焦点位置を通過するようにできる。すなわち、第1のリレーレンズ23は、第1のガルバノミラー21で偏向された光ビームの光軸が対物レンズ42の前側焦点を、ワーク領域内を走査される位置に応じた角度で通過して対物レンズ42に入射するように導くことができる。   The first relay lens 23 is deflected by the first galvanometer mirror 21, and the light beam after passing through the second galvanometer mirror 22 and the second relay lens 24 passes through the object side focal position of the objective lens 42. In other words, the object can be guided so as to pass through the center of the reflection / transmission surface 41a and pass through the object-side focal position at a predetermined angle so as to enter the predetermined position of the objective lens. That is, in the first relay lens 23, the optical axis of the light beam deflected by the first galvanometer mirror 21 passes through the front focal point of the objective lens 42 at an angle corresponding to the position scanned in the work area. It can be guided to enter the objective lens 42.

すなわち、第1及び第2のリレーレンズ23,24は、異なる位置に配置された第1及び第2のガルバノミラー21,22によりX方向及びY方向に偏向され走査される光ビームを一旦対物レンズ42の前側焦点位置を通過させることができる。   In other words, the first and second relay lenses 23 and 24 once convert the light beams deflected and scanned in the X direction and the Y direction by the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 arranged at different positions, once into the objective lens. 42 front focal positions can be passed.

第1及び第2のリレーレンズ23,24は、異なる位置に配置された第1及び第2のガルバノミラー21,22によりX方向及びY方向に偏向され走査される光ビームの、X方向及びY方向の通過位置を調整して、fθレンズ等の対物レンズ42の前側焦点位置を一旦通過するようにしたことから、すなわち、二次元で変調された光ビームをfθレンズの物側焦点を走査される位置に応じた角度で通過させ、これをfθレンズで投影するようにしたことから、走査される位置に拘わらず対物レンズ42により集光される光ビームを紫外線硬化樹脂2の液面に対して垂直にすることができ、光ビームが斜めに集光されることにより各硬化層に傾斜面が形成されてしまうことを防止して高精細な造形を可能とする。   The first and second relay lenses 23 and 24 are arranged in the X and Y directions of the light beams that are deflected and scanned in the X and Y directions by the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 arranged at different positions. Since the passing position in the direction is adjusted so as to pass once through the front focal position of the objective lens 42 such as the fθ lens, the object side focal point of the fθ lens is scanned with the light beam modulated in two dimensions. The light beam that is collected by the objective lens 42 is projected with respect to the liquid surface of the ultraviolet curable resin 2 regardless of the scanning position. This makes it possible to achieve high-definition modeling by preventing the inclined surface from being formed in each hardened layer by converging the light beam obliquely.

また、第1及び第2のリレーレンズ23,24は、後述のフォーカス検出光学系30との光路の合成が必要なことから、波長選択性ミラー41を配置し、この波長選択性ミラー41より紫外線硬化樹脂2側に対物レンズ42を配置する必要、及びこの波長選択性ミラー41より第1の光源11側に第1及び第2のガルバノミラー21,22を配置する必要から、この第1及び第2のガルバノミラー21,22及び波長選択性ミラー41とがガルバノミラーの反射手段の回転により物理的に衝突してしまうことを防止することができる、すなわち、衝突してしまう範囲より距離を離間させることを可能とする。   Further, since the first and second relay lenses 23 and 24 need to synthesize an optical path with a focus detection optical system 30 to be described later, a wavelength selective mirror 41 is disposed, and an ultraviolet ray is emitted from the wavelength selective mirror 41. The first and second galvanometer mirrors 21 and 22 need to be disposed on the first light source 11 side of the wavelength selective mirror 41 and the objective lens 42 needs to be disposed on the cured resin 2 side. The galvanometer mirrors 21 and 22 and the wavelength selective mirror 41 can be prevented from physically colliding with each other due to the rotation of the reflecting means of the galvanometer mirror, that is, the distance is separated from the colliding range. Make it possible.

尚、ここで、波長選択性ミラー41を配置するのは、ビームスキャン光学系10と後述のフォーカス検出光学系30との光路を一致させるためであり、このような波長選択性ミラー41により光路合成することにより、ワーク領域に対してビームスキャン光学系10において垂直方向から光ビームを照射して、垂直方向から傾斜した斜め方向から照射されることにより各硬化層に傾斜面が形成されてしまうことを防止して、高精細な造形を実現するためである。また、フォーカス検出光学系30においてもフォーカス検出用の光ビームを所定の位置、方向から照射して、正確なフォーカス検出を行うことを可能とする。   Here, the wavelength selective mirror 41 is disposed in order to make the optical paths of the beam scanning optical system 10 and a focus detection optical system 30 to be described later coincide. As a result, the workpiece region is irradiated with a light beam from the vertical direction in the beam scanning optical system 10 and is irradiated from an oblique direction inclined from the vertical direction, whereby an inclined surface is formed in each cured layer. This is for realizing high-definition modeling. Also, the focus detection optical system 30 can perform accurate focus detection by irradiating a focus detection light beam from a predetermined position and direction.

また、波長選択性ミラー41より紫外線硬化樹脂2側に対物レンズ42を配置する必要があるのは、対物レンズ42を波長選択性ミラー41より手前に配置してしまうと、波長選択性ミラー41が大きくなってしまうからであり、また、波長選択性ミラー41より紫外線硬化樹脂2側に対物レンズ42を配置することにより、対物レンズ42から紫外線硬化樹脂2までの距離が大きくなることによる走査される光ビームの照射位置の誤差等の問題が発生するおそれを防止できるからである。   Further, the objective lens 42 needs to be arranged on the ultraviolet curable resin 2 side from the wavelength selective mirror 41. If the objective lens 42 is arranged in front of the wavelength selective mirror 41, the wavelength selective mirror 41 This is because the distance between the objective lens 42 and the ultraviolet curable resin 2 is increased by disposing the objective lens 42 closer to the ultraviolet curable resin 2 than the wavelength selective mirror 41. This is because it is possible to prevent the occurrence of problems such as errors in the light beam irradiation position.

以上のような、第1の光源11と、第1及び第2のガルバノミラー21,22、第1及び第2のリレーレンズ23,24、対物レンズ42からなる走査手段12と、コリメータレンズ13と、アナモルフィックレンズ14と、ビームエキスパンダ15と、フォーカス調整レンズ16と、シャッタ17とは、ビームスキャン光学系10を構成し、この光造形装置1のビームスキャン光学系10は、第1の光源11から放射された光ビームを、コリメータレンズ13で略平行とし、アナモルフィックレンズ14でビーム整形し、ビームエキスパンダ15でビーム径を調整し、フォーカス調整レンズ16によりフォーカス状態を調整し、第1及び第2のリレーレンズ23,24で対物レンズ42の前側焦点位置を通過するようにされた状態で第1及び第2のガルバノミラー21,22によりX方向及びY方向に走査されるように偏向して、波長選択性ミラー41により対物レンズ42側に導かれて、対物レンズ42により紫外線硬化樹脂2上の所望の位置に走査されるとともに集光されて微細領域を照射するとともに描画して硬化層を形成する。   As described above, the first light source 11, the first and second galvanometer mirrors 21 and 22, the first and second relay lenses 23 and 24, the scanning unit 12 including the objective lens 42, the collimator lens 13, and the like. The anamorphic lens 14, the beam expander 15, the focus adjustment lens 16, and the shutter 17 constitute a beam scanning optical system 10. The beam scanning optical system 10 of the stereolithography apparatus 1 includes the first The light beam emitted from the light source 11 is made substantially parallel by the collimator lens 13, shaped by the anamorphic lens 14, the beam diameter is adjusted by the beam expander 15, and the focus state is adjusted by the focus adjustment lens 16, The first and second relay lenses 23 and 24 pass the first focal position of the objective lens 42 in the first and second relay lenses 23 and 24. The beam is deflected so as to be scanned in the X and Y directions by the second galvanometer mirrors 21 and 22, guided to the objective lens 42 side by the wavelength selective mirror 41, and desired on the ultraviolet curable resin 2 by the objective lens 42. And is condensed to irradiate and draw a fine region to form a hardened layer.

この際、従来の一般的なビームスキャン方式の光造形装置ではX方向のガルバノミラーとY方向のガルバノミラーとを互いに近接して配置し、2次元スキャンを行うものが多いが、上述の光造形装置1は、後述のフォーカス検出光学系30と合成する必要があるので、第1のリレーレンズ23でX方向に第1のガルバノミラー21で偏向された光ビームを第2のガルバノミラー22上に結像し、さらにY方向に第2のガルバノミラー22で偏向された光ビームを第2のリレーレンズ24で対物レンズ42の物側焦点上に結像する構成としている。   At this time, in many conventional beam scanning type optical modeling apparatuses, the galvanometer mirror in the X direction and the galvanometer mirror in the Y direction are arranged close to each other to perform two-dimensional scanning. Since the apparatus 1 needs to be combined with a focus detection optical system 30 to be described later, the light beam deflected by the first galvanometer mirror 21 in the X direction by the first relay lens 23 is placed on the second galvanometer mirror 22. An image is formed, and a light beam deflected by the second galvanometer mirror 22 in the Y direction is imaged on the object side focal point of the objective lens 42 by the second relay lens 24.

換言すると、対物レンズ42は、第1及び第2のガルバノミラー21,22とワーク位置との間に、後述するフォーカス検出光学系30と合成するための波長選択性ミラー41を設ける必要があることから、波長選択性ミラー41とワーク位置との間に設けられており、第1及び第2のリレーレンズ23,24は、この第1及び第2のガルバノミラー21,22とワーク位置との距離が遠くなった場合にも第1及び第2のガルバノミラー21,22並びにワーク領域上の所定の位置に高精度に光ビームを結像させ、且つテレセントリックに結像させることができる。ここで、ワーク位置とは、ワーク領域すなわち、移動架台4上の紫外線硬化樹脂2が設けられた位置をいう。   In other words, the objective lens 42 needs to be provided with a wavelength selective mirror 41 for combining with the focus detection optical system 30 described later between the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the work position. The first and second relay lenses 23 and 24 are provided between the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the work position. Even when the distance is long, a light beam can be imaged with high accuracy at a predetermined position on the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the work area, and telecentric imaging can be performed. Here, the workpiece position refers to a workpiece region, that is, a position where the ultraviolet curable resin 2 is provided on the movable frame 4.

以上のように、光造形装置1は、上述のような走査手段12等からなるビームスキャン光学系10により、紫外線硬化樹脂2上の所望の微細な描画を可能とし、これにより高精度に所望の形状の硬化層を得ることができ、よって、高精細な造形を実現する。   As described above, the optical modeling apparatus 1 enables desired fine drawing on the ultraviolet curable resin 2 by the beam scanning optical system 10 including the scanning unit 12 and the like as described above, and thereby the desired precision can be obtained with high accuracy. A hardened layer having a shape can be obtained, thus realizing high-definition modeling.

尚、このビームスキャン光学系10は、所望の断面形状データに応じて、図6(a)に示すように、断面形状を所定の一方向に往復して直線状にスキャンするラスタースキャンと、図6(b)に示すように、境界部(エッジ部)等をスムーズに曲線状にスキャンするベクタースキャンとを適宜切り換えて、図6(c)に示すように併用してラスター・ベクター併用スキャンを行うことが可能である。   The beam scanning optical system 10 includes a raster scan that reciprocates the cross-sectional shape in a predetermined direction and scans linearly according to desired cross-sectional shape data, as shown in FIG. As shown in Fig. 6 (b), the vector scan that smoothly scans the boundary portion (edge portion) etc. in a curved line is appropriately switched, and the raster / vector combination scan is performed in combination as shown in Fig. 6 (c). Is possible.

また、光造形装置1は、上述したフォーカス検出用光源31とともに、フォーカス検出光学系30を構成するために、紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面に照射され反射された光ビーム(以下、「反射光」ともいう。)を検出するための反射光検出手段としてポジションセンシングデバイス(以下、「PSD」ともいう。)32を有している。   Further, the optical modeling apparatus 1, together with the above-described focus detection light source 31, constitutes a focus detection optical system 30, so that a light beam (hereinafter referred to as “reflection”) is irradiated and reflected on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2. A position sensing device (hereinafter also referred to as “PSD”) 32 is provided as reflected light detecting means for detecting light.

フォーカス検出用光源31は、描画用の第1の光源11から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するものである。例えば、フォーカス検出用光源31は、例えば、発振波長655nm程度のレーザ光を放射する半導体レーザである。尚、ここでは、波長655nmとしたが、これに限られるものではなく、使用する光硬化性樹脂に照射されてもこれを硬化させず、後述の透過部3aと紫外線硬化樹脂2との界面での所定の反射率を得ることができる程度のレーザ光を放射するものであればよい。また、このフォーカス検出用光源31からフォーカス検出用の光ビームとして、紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射させるようにしたことから、上述の界面で全光量が反射されないことにより、このフォーカス検出用の光ビームの一部が紫外線硬化樹脂2内に照射されたとしても不要な硬化層を形成させることを防止できる。   The focus detection light source 31 emits a light beam having a wavelength different from that of the light beam emitted from the first light source 11 for drawing and a wavelength that does not cure the ultraviolet curable resin 2. For example, the focus detection light source 31 is a semiconductor laser that emits laser light having an oscillation wavelength of about 655 nm, for example. Here, the wavelength is set to 655 nm, but the wavelength is not limited to this. Even if the photocurable resin to be used is irradiated, it is not cured, and at the interface between the transmitting portion 3a and the ultraviolet curable resin 2 described later. Any laser beam may be used as long as the laser beam can be emitted to such an extent that a predetermined reflectance can be obtained. Further, since a light beam having a wavelength that does not cure the ultraviolet curable resin 2 is emitted from the focus detection light source 31 as a focus detection light beam, the total amount of light is not reflected at the above-described interface. Even if a part of the light beam for focus detection is irradiated into the ultraviolet curable resin 2, an unnecessary cured layer can be prevented from being formed.

ところで、上述したように、樹脂貯留槽3は、例えば、1.2mm程度の厚みの石英ガラスにより形成されることにより、その底部のワーク領域に対応する部分が透過部3aとして機能することとなり、描画用の第1の光源11から出射された光ビームを透過させて、上述したビームスキャン光学系10による硬化層の形成を可能とするとともに、上述したように液面規制板として機能して、すなわち移動架台4等との間の紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面の揺動等を規制する。   By the way, as described above, the resin storage tank 3 is formed of, for example, quartz glass having a thickness of about 1.2 mm, so that the portion corresponding to the work area at the bottom functions as the transmission part 3a. The light beam emitted from the first light source 11 for drawing is transmitted to enable the formation of a hardened layer by the beam scanning optical system 10 described above, and functions as a liquid level regulating plate as described above. That is, the swinging of the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 between the movable base 4 and the like is restricted.

尚、ここでは、樹脂貯留槽3の全部を石英ガラスにより形成するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、その底部全面若しくは底部のうち少なくともワーク領域に対応する部分が、石英ガラス、ガラス等のある程度の強度を有するとともに描画用(露光用)の光ビームに対して高い透過率を有する材料により形成されていればよい。また、樹脂貯留槽3の底部の厚みは、上述した1.2mmに限られるものではないが、紫外線硬化樹脂2を貯留するのに足りる強度を有するとともに描画用の光ビームに対して十分な透過率を有する程度に設定する必要がある。   Here, the entire resin storage tank 3 is formed of quartz glass. However, the present invention is not limited to this. For example, the entire bottom surface or at least the portion corresponding to the work area of the bottom is quartz. It should just be formed with the material which has a certain amount of intensity | strength, such as glass and glass, and has a high transmittance | permeability with respect to the light beam for drawing (for exposure). Further, the thickness of the bottom of the resin reservoir 3 is not limited to the above-described 1.2 mm, but has sufficient strength to store the ultraviolet curable resin 2 and is sufficiently transmitted to the drawing light beam. It is necessary to set the rate to have a rate.

また、この液面規制板としての透過部3aには、図7に示すように、その紫外線硬化樹脂2側、すなわち上面側に、描画用光源としての第1の光源11から放射され導かれた光ビームの大部分を透過し、フォーカス検出用光源31から放射される光ビームの大部分を反射する反射コーティング膜7が形成されている。   Further, as shown in FIG. 7, the transmitting portion 3 a serving as the liquid level regulating plate is radiated and guided from the first light source 11 serving as the drawing light source to the ultraviolet curable resin 2 side, that is, the upper surface side. A reflective coating film 7 that transmits most of the light beam and reflects most of the light beam emitted from the focus detection light source 31 is formed.

この反射コーティング膜7は、例えば、図8に示すように、石英ガラス基板3bの上面に、MgF(フッ化マグネシウム)からなる厚みt1=125nm程度の層7aと、ZrO(酸化ジルコニウム)からなる厚みt2=90nm程度の層7bと、を交互に積層することにより形成されている。尚、ここで、この反射コーティング膜7は、MgF、ZrOからなる2種類の層を交互に積層された積層構造により形成するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、誘電体多層膜コーティング等の複数種類の層を積層して形成するように構成してもよく、また、単層構造により形成するように構成してもよく、上述したように描画用の光ビームを略透過させ、フォーカス検出用の光ビームを少なくともその一部を反射させるような構成であればよい。尚、この反射コーティング膜7によるフォーカス検出用の光ビームに対する反射率としては0.5%程度以上あればフォーカス検出可能であるが、ここで説明するようにその大部分を反射させるような構成とすることで、フォーカス検出用の光ビームの光強度を必要以上に設ける必要がなくなるとともに、確実且つ正確に検出することが可能となる。 For example, as shown in FIG. 8, the reflective coating film 7 is formed of a layer 7a made of MgF 2 (magnesium fluoride) with a thickness t1 = about 125 nm and ZrO 2 (zirconium oxide) on the quartz glass substrate 3b. The layer 7b having a thickness t2 of about 90 nm is formed by alternately laminating. Here, the reflective coating film 7 is configured to be formed by a laminated structure in which two types of layers made of MgF 2 and ZrO 2 are alternately laminated. However, the present invention is not limited to this. For example, A plurality of types of layers such as a dielectric multilayer coating may be laminated and formed, or a single layer structure may be formed. May be used as long as the light is substantially transmitted and at least part of the light beam for focus detection is reflected. It should be noted that if the reflectance of the light beam for focus detection by the reflective coating film 7 is about 0.5% or more, focus detection is possible. However, as described here, most of the reflection is reflected. As a result, it is not necessary to provide the light intensity of the focus detection light beam more than necessary, and it is possible to detect the light beam reliably and accurately.

ここで、反射コーティング膜7の構成として、具体的数値を挙げて、そのように構成された反射コーティング膜7を施した場合に描画用の光ビームと、フォーカス検出用の光ビームに対する透過率について、図9を用いて説明する。ここでは、MgFからなる厚み125nmの層と、ZrOからなる厚み90nmの層と、をそれぞれ5層ずつ交互に積層した10層からなる反射コーティング膜7を石英ガラス基板3bの上に形成したものとして説明する。ここで、石英ガラス基板の屈折率@550nm(波長550nmの光ビームに対する屈折率を表すものとする。)を、1.462とし、Mgfの屈折率@550nmを、1.379とし、ZrOの屈折率@550nmを、2.1とし、紫外線硬化樹脂2の屈折率@550nmを、1.462としたときの、波長変化に対する反射率の変化を図9に示す。尚、図9中横軸は、光ビームの波長(WAVELENGTH IN μm)を示し、縦軸は、反射光強度(INTENSITY REFLECTION)を示し、曲線は、入射する光ビームの波長の変化に応じた反射光強度の変化を示すものである。図9に示すように、このように石英ガラス上に形成された反射コーティング膜7は、紫外線硬化樹脂2との界面で、波長375nmの光ビーム(描画用の光ビーム)の反射率が0.5%であり、露光に十分な透過率が得られることが確認でき、波長655nmの光ビーム(フォーカス検出用の光ビーム)の反射率が95%であり、フォーカス検出に十分な反射率が得られることが確認できる。 Here, with respect to the configuration of the reflective coating film 7, specific numerical values are given, and the transmittance with respect to the drawing light beam and the focus detection light beam when the reflective coating film 7 thus configured is applied. This will be described with reference to FIG. Here, a reflective coating film 7 consisting of 10 layers in which five layers of 125 nm of MgF 2 and 90 nm of ZrO 2 are alternately stacked is formed on the quartz glass substrate 3 b. It will be explained as a thing. Here, the refractive index of the quartz glass substrate @ 550 nm (representing the refractive index with respect to the light beam having a wavelength of 550 nm) is set to 1.462, the refractive index of Mgf 2 @ 550 nm is set to 1.379, and ZrO 2 FIG. 9 shows a change in reflectance with respect to a change in wavelength when the refractive index of 550 nm is 2.1 and the refractive index of the UV curable resin 2 is 550 nm. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the wavelength of the light beam (WAVELENGTH IN μm), the vertical axis indicates the reflected light intensity (INTENSITY REFLECTION), and the curve indicates the reflection according to the change in the wavelength of the incident light beam. It shows a change in light intensity. As shown in FIG. 9, the reflective coating film 7 thus formed on the quartz glass has an interface with the ultraviolet curable resin 2 and a reflectance of a light beam having a wavelength of 375 nm (light beam for drawing) is 0. It can be confirmed that the transmittance sufficient for exposure is obtained, and the reflectance of the light beam with a wavelength of 655 nm (light beam for focus detection) is 95%, and sufficient reflectance for focus detection is obtained. Can be confirmed.

このように液面規制板としての透過部3aは、描画用の光ビームを透過して紫外線硬化樹脂の硬化層形成面に導くとともに、その紫外線硬化樹脂2側に上述のような反射コーティング膜7を有することにより、透過部3aと紫外線硬化樹脂2との界面においてフォーカス検出用の光ビームを反射させることができ、以下で説明するように紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面の位置を正確に検出して、すなわちフォーカス状態を検出することができる。   Thus, the transmission part 3a as a liquid level regulating plate transmits the light beam for drawing and guides it to the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin, and the reflective coating film 7 as described above on the ultraviolet curable resin 2 side. The light beam for focus detection can be reflected at the interface between the transmission part 3a and the ultraviolet curable resin 2, and the position of the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 can be accurately determined as described below. It is possible to detect the focus state.

すなわち、樹脂貯留槽3の底部に設けられた透過部3aにおいて、反射コーティング膜7を設けなかった場合に、フォーカス検出用の光ビームの透過部3aと紫外線硬化樹脂2との界面からの反射光が、透過部3aと紫外線硬化樹脂2との屈折率差が小さいことから小さくなってしまうがこの反射光を反射光検出手段で検出可能であれば、この反射コーティング膜を設けなくてもよい。さらに、反射コーティング膜7を設けなかった場合に、透過部3aを十分な均一な厚さで形成することにより、透過部3aの下面である空気との界面からの反射光をモニターすることでフォーカス検出行うことも可能である。その一方で、上述したような反射コーティング膜7を有する透過部3aは、確実に、その紫外線硬化樹脂2との界面においてフォーカス検出用の光ビームを所定の強度で反射させることができ、透過部3aの厚み誤差等によらず、より確実で正確なフォーカス検出を可能とする。   That is, when the reflective coating film 7 is not provided in the transmission part 3 a provided at the bottom of the resin reservoir 3, the reflected light from the interface between the transmission part 3 a of the focus detection light beam and the ultraviolet curable resin 2. However, since the difference in refractive index between the transmission part 3a and the ultraviolet curable resin 2 is small, the reflection coating film need not be provided if the reflected light can be detected by the reflected light detection means. Further, when the reflective coating film 7 is not provided, focus is achieved by monitoring the reflected light from the interface with the air, which is the lower surface of the transmissive portion 3a, by forming the transmissive portion 3a with a sufficiently uniform thickness. It is also possible to perform detection. On the other hand, the transmissive part 3a having the reflective coating film 7 as described above can reliably reflect the focus detection light beam at a predetermined intensity at the interface with the ultraviolet curable resin 2, and the transmissive part. A more reliable and accurate focus detection is possible regardless of the thickness error of 3a.

尚、ここで説明した樹脂貯留槽3の透過部3aは、上述したものに限られるものではなく、例えば図10に示すように、反射コーティング膜7の上面にさらに、剥離コーティング膜7Cを設けるように構成してもよく、また、光ビームの入射側である下面側に減反射コーティング膜7Dを設けるように構成してもよい。ここで設けられる剥離コーティング膜7Cは、例えばフッ素コーティング等であり、この剥離コーティング膜7Cを設けることにより、任意の硬化層の造形が終了したときに、その底部である透過部3aから形成された硬化層の剥離が容易となる。また、減反射コーティング膜7Dは、描画用及び/又はフォーカス検出用の光ビームの透過部3aの入射側の面である下面での反射を防止することができるものであり、この減反射コーティングを設けることにより、描画用の光ビームの光利用効率を高めることができ、及び/又は透過部3aと紫外線硬化樹脂2の界面からの反射光に透過部3aと空気との界面からの反射光が混じってしまうことを防止して正確なフォーカス検出を行うことができる。尚、図10では、剥離コーティング膜7C及び減反射コーティング膜7Dを同時に設ける例について説明したが、いずれか一方を設けるように構成してもよい。   In addition, the transmission part 3a of the resin storage tank 3 demonstrated here is not restricted to what was mentioned above, For example, as shown in FIG. 10, it should provide the peeling coating film 7C further on the upper surface of the reflective coating film 7 Alternatively, the anti-reflection coating film 7D may be provided on the lower surface side that is the incident side of the light beam. The release coating film 7 </ b> C provided here is, for example, a fluorine coating. When the release coating film 7 </ b> C is provided, when the formation of an arbitrary hardened layer is completed, the release coating film 7 </ b> C is formed from the transmission part 3 a that is the bottom thereof. The cured layer can be easily peeled off. Further, the anti-reflection coating film 7D can prevent reflection on the lower surface, which is a surface on the incident side, of the light transmitting portion 3a for drawing and / or focus detection. By providing, the light use efficiency of the light beam for drawing can be increased, and / or the reflected light from the interface between the transmitting portion 3a and the air is reflected on the reflected light from the interface between the transmitting portion 3a and the ultraviolet curable resin 2. It is possible to perform accurate focus detection by preventing mixing. In FIG. 10, the example in which the release coating film 7 </ b> C and the antireflection coating film 7 </ b> D are provided at the same time has been described. However, either one may be provided.

また、フォーカス検出光学系30の反射光検出手段としてのPSD32は、透過部3aと紫外線硬化樹脂2との界面で反射され、波長選択性ミラー41を透過した反射光を受光して検出する。光造形装置1は、フォーカス検出用光源31から放射され、紫外線硬化樹脂2との界面で反射された反射光をPSD32で受光してフォーカス状態を検出して、上述したフォーカス調整レンズ16によりフォーカス状態を調整することによりフォーカス補正を行うことができる。   The PSD 32 as reflected light detection means of the focus detection optical system 30 receives and detects the reflected light that is reflected at the interface between the transmission part 3 a and the ultraviolet curable resin 2 and passes through the wavelength selective mirror 41. The optical modeling apparatus 1 receives the reflected light emitted from the focus detection light source 31 and reflected at the interface with the ultraviolet curable resin 2 by the PSD 32 to detect the focus state, and the focus adjustment lens 16 performs the focus state. The focus correction can be performed by adjusting.

具体的に、フォーカス検出用光源31及びPSD32からなるフォーカス検出光学系30は、三角法によりフォーカス補正用の信号を検出する。すなわち、図11(a)に示すように、紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面、すなわち、紫外線硬化樹脂2と透過部3aとの界面にフォーカス状態が合っている場合の硬化層形成面の高さをL0とし、その場合のこの界面からの反射光のPSD32の受光面上での位置をP0とすると、図11(b)に示すように、フォーカス状態が合っている場合の高さL0に対して硬化層形成面の高さL1がずれている場合、すなわち、フォーカス状態が合焦位置からずれている場合には、この界面からの反射光のPSD32の受光面上での位置P1が合焦状態の受光位置P0に対してその合焦位置からのずれ量に対応してずれた位置で検出されることとなる。尚、図11(b)は、ジャストフォーカスの状態に対して奥側の位置で反射した場合の戻り光の検出位置を示すものであり、ジャストフォーカスの状態に対して手前側の位置で反射した場合については図示は省略するが、その場合には位置P0に対して位置P1とは反対側の位置で戻り光が検出されることとなる。PSD32は、上述のような反射光の検出位置に応じてフォーカス状態を検出できる。以上のようにフォーカス検出光学系30は、PSD32に入射する反射光の位置を検出することで透過部3aと紫外線硬化樹脂2との界面、すなわち硬化層形成面の垂直方向の位置を正確に検出することができる。   Specifically, the focus detection optical system 30 including the focus detection light source 31 and the PSD 32 detects a focus correction signal by trigonometry. That is, as shown in FIG. 11 (a), the height of the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2, that is, the cured layer forming surface when the focus state is aligned with the interface between the ultraviolet curable resin 2 and the transmitting portion 3a. If the position is L0 and the position of the reflected light from this interface on the light receiving surface of the PSD 32 on the light receiving surface in this case is P0, as shown in FIG. On the other hand, when the height L1 of the hardened layer forming surface is deviated, that is, when the focus state is deviated from the in-focus position, the position P1 of the reflected light from the interface on the light receiving surface of the PSD 32 is aligned. It is detected at a position shifted with respect to the light receiving position P0 in the focused state corresponding to the shift amount from the focused position. FIG. 11 (b) shows the detection position of the return light when reflected at the back position with respect to the just focus state, and reflected at the near side position with respect to the just focus state. Although illustration of the case is omitted, in that case, return light is detected at a position opposite to the position P1 with respect to the position P0. The PSD 32 can detect the focus state according to the detection position of the reflected light as described above. As described above, the focus detection optical system 30 accurately detects the position of the reflected light incident on the PSD 32, thereby accurately detecting the interface between the transmission part 3a and the ultraviolet curable resin 2, that is, the position in the vertical direction of the cured layer forming surface. can do.

尚、ここでは、三角法を用いてフォーカス検出を行うように構成したが、非点収差法等によりフォーカス検出を行うように構成してもよい。非点収差法を用いる場合には、シリンドリカルレンズ等の非点収差を付与する素子を設け、発生された非点収差を検出することにより、フォーカス補正用の信号を検出するようにしてもよい。   Here, the focus detection is performed using the trigonometric method, but the focus detection may be performed using the astigmatism method or the like. When the astigmatism method is used, an element for providing astigmatism such as a cylindrical lens may be provided, and the generated astigmatism may be detected to detect a focus correction signal.

このように、光造形装置1は、フォーカス検出光学系30として描画用の光ビームとは異なる波長で且つ紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源31と、PSD32等の反射光検出手段とを備え、液面規制板として機能する透過部3aの紫外線硬化樹脂側の面に反射コーティング膜7が形成されていることにより、硬化層形成面の位置を正確且つ確実に検出することができ、すなわち、例えば樹脂貯留槽3の底部である透過部3aの厚みが均一でない場合や、樹脂貯留槽3に貯留される紫外線硬化樹脂2の量に対応して透過部3aが撓んだ場合や、この撓みにより水平面内における透過部3aの垂直方向の位置が異なる場合にも、正確且つ確実に界面の位置を検出して硬化層形成面の位置を検出することを可能とする。   As described above, the optical modeling apparatus 1 includes a focus detection light source 31 that emits a light beam having a wavelength different from that of the drawing light beam as the focus detection optical system 30 and that does not cure the ultraviolet curable resin 2; The reflective coating film 7 is formed on the surface of the transmissive part 3a functioning as a liquid level regulating plate on the ultraviolet curable resin side, and the position of the cured layer forming surface is accurately and accurately provided. For example, when the thickness of the transmission part 3a that is the bottom of the resin storage tank 3 is not uniform, or the amount of the ultraviolet curable resin 2 stored in the resin storage tank 3, the transmission part can be detected. Even when the 3a is bent or when the vertical position of the transmitting portion 3a in the horizontal plane is different due to this bending, the position of the hardened layer forming surface is detected by accurately and reliably detecting the position of the interface. It makes it possible to.

ここで、このフォーカス検出光学系30により得られたフォーカス検出信号に基づいて、上述したビームスキャン光学系10のフォーカス調整レンズ16によるフォーカス調整について詳細に説明する。   Here, based on the focus detection signal obtained by the focus detection optical system 30, the focus adjustment by the focus adjustment lens 16 of the beam scan optical system 10 will be described in detail.

ビームスキャン光学系10に設けられたフォーカス調整レンズ16は、例えば、所謂ガリレオタイプビームエキスパンダからなり、具体的には、入射側に配置され固定された第1のレンズ16aと、出射側に配置され光軸方向に移動可能に設けられた第2のレンズ16bとからなる。このフォーカス調整レンズ16には、検出されたフォーカス状態に基づいて第2のレンズ16bを移動させるフォーカス調整用駆動部25が設けられている。   The focus adjustment lens 16 provided in the beam scanning optical system 10 includes, for example, a so-called Galileo type beam expander. Specifically, the first adjustment lens 16a is disposed and fixed on the incident side, and is disposed on the emission side. And a second lens 16b provided to be movable in the optical axis direction. The focus adjustment lens 16 is provided with a focus adjustment drive unit 25 that moves the second lens 16b based on the detected focus state.

フォーカス調整レンズ16は、PSD32により得られたフォーカス検出信号に基づいて後述する制御部101で生成されたフォーカス補正信号に基づいてフォーカス調整用駆動部25により駆動されることによりフォーカス状態を調整する。   The focus adjustment lens 16 adjusts the focus state by being driven by the focus adjustment drive unit 25 based on a focus correction signal generated by the control unit 101 described later based on the focus detection signal obtained by the PSD 32.

すなわち、フォーカス調整レンズ16は、第1のレンズ16aに入射した入射光ビームB0を第1のレンズ16aにより一旦集光した後に第2のレンズ16bを通過することにより図12(b)に示すような平行光B1の状態で出射させる状態から、フォーカス調整用駆動部25により、図12(a)に示すように、第2のレンズ16bを第1のレンズ16aから離間させる方向に移動させることにより、このフォーカス調整レンズ16から出射される光ビームを収束光B2の状態とすることができる。また、フォーカス調整レンズ16は、図12(b)に示す状態から、図12(c)に示すように、第2のレンズ16bを第1のレンズ16aに近接させる方向に移動させることにより、このフォーカス調整レンズ16から出射される光ビームを発散光B3の状態とすることができる。   That is, the focus adjustment lens 16 once converges the incident light beam B0 incident on the first lens 16a by the first lens 16a and then passes through the second lens 16b, as shown in FIG. By moving the second lens 16b away from the first lens 16a, as shown in FIG. 12 (a), by the focus adjustment drive unit 25 from the state of emitting in the state of the parallel light B1. The light beam emitted from the focus adjustment lens 16 can be brought into the state of convergent light B2. Further, the focus adjustment lens 16 is moved from the state shown in FIG. 12B by moving the second lens 16b closer to the first lens 16a as shown in FIG. 12C. The light beam emitted from the focus adjustment lens 16 can be in the state of diverging light B3.

そして、フォーカス調整レンズ16は、対物レンズ42に収束光を入射させることにより平行光を入射させた状態に比べて合焦位置(フォーカス)を対物レンズ42に近接させることができ、対物レンズ42に発散光を入射させることにより平行光を入射させた状態に比べて合焦位置を対物レンズ42から離間させることができる。このように、フォーカス調整レンズ16は、通過する光ビームを所定の角度の収束光、平行光及び発散光に調整することにより対物レンズ42により紫外線硬化樹脂2に結像される光ビームのフォーカス状態を調整することができる。   Then, the focus adjustment lens 16 can bring the focusing position (focus) closer to the objective lens 42 by making the convergent light incident on the objective lens 42 as compared with the state in which the parallel light is incident. By making divergent light incident, the focus position can be separated from the objective lens 42 as compared with a state in which parallel light is incident. As described above, the focus adjustment lens 16 adjusts the light beam passing therethrough to converged light, parallel light, and divergent light at a predetermined angle, thereby focusing the light beam focused on the ultraviolet curable resin 2 by the objective lens 42. Can be adjusted.

このように、光造形装置1は、フォーカス検出光学系30により硬化層形成面の位置を正確に検出するとともに、この得られた検出信号に基づいてビームスキャン光学系10のフォーカス調整レンズ16によりフォーカス調整を行うことで、描画用の光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光させることができ、高精度な光造形を行うことができる。   As described above, the optical modeling apparatus 1 accurately detects the position of the hardened layer forming surface by the focus detection optical system 30 and focuses by the focus adjustment lens 16 of the beam scan optical system 10 based on the obtained detection signal. By performing the adjustment, the light beam for drawing can be condensed on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 with an appropriate spot diameter, and high-precision optical modeling can be performed.

また、光造形装置1は、フォーカス検出光学系30により正確なフォーカス状態をリアルタイムに検出することができるので、形成する硬化層の形状に応じてスポット径を変化させるように構成することを可能とする。すなわち、光造形装置1は、後述の制御部101により例えば、目標となる造形物の輪郭部分等の精細な露光が必要な部分についてはスポット径を小さくさせて描画することにより精細な造形を行うようにし、目標となる造形物の中心部分等の露光についてはスポット径を大きくさせて描画することにより高速な造形を行うように構成してもよく、これにより、高速且つ高精細な光造形を可能とする。   Moreover, since the optical modeling apparatus 1 can detect an accurate focus state in real time by the focus detection optical system 30, it can be configured to change the spot diameter according to the shape of the hardened layer to be formed. To do. In other words, the optical modeling apparatus 1 performs fine modeling by drawing with a reduced spot diameter for a portion that requires fine exposure, such as a contour portion of a target modeling object, by the control unit 101 described later. Thus, the exposure of the central part of the target modeled object may be configured to perform high-speed modeling by drawing with a large spot diameter, thereby enabling high-speed and high-definition optical modeling. Make it possible.

尚、この反射光検出手段であるPSD32によるフォーカス検出及びフォーカス調整レンズ16によるフォーカス補正は、常時行うように構成してもよく、また、少なくとも各硬化層を形成する毎、すなわち、移動架台4を垂直方向Zに移動させる毎に行うように構成してもよい。   Note that the focus detection by the PSD 32 as the reflected light detection means and the focus correction by the focus adjustment lens 16 may be performed at all times, and at least every time each cured layer is formed, that is, the movable gantry 4 is provided. You may comprise so that it may carry out whenever it moves to the perpendicular direction Z.

ところで、本発明を適用した光造形装置1は、データベース、プログラム等が格納されたハードディスク、データがロードされるRAM(Random Access Memory)、演算を行うCPU(Central ProcessingUnit)等を有した制御装置100を備えている。   By the way, the stereolithography apparatus 1 to which the present invention is applied includes a control device 100 having a hard disk in which a database, a program, and the like are stored, a RAM (Random Access Memory) in which data is loaded, a CPU (Central Processing Unit) that performs calculation, and the like. It has.

この制御装置100は、図13に示すように、各種データの処理や、各光学部品等を制御する制御部101と、この制御部101に3次元形状データ等を入力するための入力部102と、この制御部101を操作するための操作部103とを備えている。   As shown in FIG. 13, the control device 100 includes a control unit 101 that controls various data processing, optical components, and the like, and an input unit 102 that inputs three-dimensional shape data and the like to the control unit 101. And an operation unit 103 for operating the control unit 101.

制御部101は、図13に示すように、第1の光源11に対してレーザー制御を行い、シャッタ17に対して光ビームの透過・遮蔽の制御を行い、第1及び第2のガルバノミラー21,22の反射手段の回転駆動制御を行うことにより、ビームスキャン光学系10の微細描画の制御を行う。   As shown in FIG. 13, the control unit 101 performs laser control on the first light source 11, controls light beam transmission and shielding on the shutter 17, and performs first and second galvanometer mirrors 21. , 22 to control the rotational drive of the reflecting means, the fine drawing of the beam scanning optical system 10 is controlled.

また、制御部101は、所定の高さの硬化層の積層が完了したら、移動架台4を制御して、移動架台4を所定量だけ垂直方向Zに上昇させてワーク領域のZ方向の位置を変更して、形成層を変更する。   Further, when the stacking of the hardened layers having a predetermined height is completed, the control unit 101 controls the moving gantry 4 to raise the moving gantry 4 in the vertical direction Z by a predetermined amount so that the position of the work area in the Z direction is increased. Change and change the formation layer.

さらに、制御部101は、PSD32で検出されたフォーカス検出信号を受け、このフォーカス検出信号に基づいてジャストフォーカスの状態からずれたときのずれ量を補正するためのフォーカス補正信号を生成して、フォーカス調整用駆動部25に出力することで、フォーカス調整レンズ16を光軸方向に移動させてフォーカス補正を行いフォーカス状態の調整を行うことができ、より一層の高精細な造形を実現する。   Further, the control unit 101 receives the focus detection signal detected by the PSD 32, generates a focus correction signal for correcting the shift amount when the focus detection signal is shifted from the just focus state based on the focus detection signal, and By outputting to the adjustment drive unit 25, the focus adjustment lens 16 can be moved in the optical axis direction to perform focus correction and the focus state can be adjusted, thereby realizing further high-definition modeling.

本発明を適用した光造形装置1は、硬化層形成面上の紫外線硬化樹脂2を描画することにより硬化層を形成するための所定の波長の光ビームを放射する描画用光源として第1の光源11と、第1の光源11から放射された光ビームを紫外線硬化樹脂2に走査させる走査手段12と、第1の光源11から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源31とを備え、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを硬化層形成面に照射し、硬化層形成面で反射された光ビームをPSD32等の反射光検出手段で検出する光により走査手段12により走査される光ビームのフォーカス状態を調整することにより、描画用の光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光させることができ、造形精度を向上させ高精細な光造形を行うことを実現する。すなわち、本発明を適用した光造形装置1は、フォーカス検出用の光ビームを用いて正確にフォーカス検出を行うとともにこの検出結果に応じて描画用の光ビームにより適切なスポット径で光硬化性樹脂の露光を行うことにより高精細な立体造形を実現する。   The stereolithography apparatus 1 to which the present invention is applied is a first light source as a drawing light source that emits a light beam having a predetermined wavelength for forming a cured layer by drawing the ultraviolet curable resin 2 on the cured layer forming surface. 11, scanning means 12 for scanning the ultraviolet curable resin 2 with the light beam emitted from the first light source 11, and the ultraviolet curable resin 2 at a wavelength different from that of the light beam emitted from the first light source 11. A focus detection light source 31 that emits a light beam having a wavelength that does not cure, and irradiates the cured layer forming surface with the light beam emitted from the focus detection light source 31 and reflects the light beam reflected by the cured layer formation surface. By adjusting the focus state of the light beam scanned by the scanning means 12 with the light detected by the reflected light detecting means such as PSD 32, the light beam for drawing is hardened by the ultraviolet curable resin 2. In a suitable spot diameter on the layer-forming surface can be condensed, it realizes to make a high-definition optical shaping to improve the molding accuracy. That is, the stereolithography apparatus 1 to which the present invention is applied accurately detects a focus using a light beam for focus detection, and uses a light curable resin with an appropriate spot diameter by a drawing light beam according to the detection result. High-definition 3D modeling is realized by performing this exposure.

また、本発明を適用した光造形装置1は、描画用の光ビームとは別のフォーカス検出用の光ビームを用いてフォーカス検出を行うことにより、リアルタイムなフォーカス検出を可能とし、すなわち、造形される形状に応じて露光用の光ビームがオフの状態、すなわち、硬化層形成面に露光用の光ビームが照射されていない状態においても、常にフォーカス検出を行うことができるので、より高精細な立体造形を実現する。   Further, the optical modeling apparatus 1 to which the present invention is applied enables focus detection in real time by performing focus detection using a light beam for focus detection different from the light beam for drawing, that is, modeling is performed. The focus detection can always be performed even when the exposure light beam is turned off according to the shape of the image, that is, when the exposure layer is not irradiated with the exposure light beam. Realize 3D modeling.

また、本発明を適用した光造形装置1は、硬化層形成面の紫外線硬化樹脂の揺動を抑制するとともに、第1の光源11から放射された光ビームを透過させる液面規制板としての透過部3aを有する所謂液面規制法を用いた光造形装置であり、紫外線硬化樹脂の液面が空中に露出した所謂自由液面法を用いた光造形装置が造形時の硬化層の精度が液面の表面精度で決まっていることから高精度化に限界があったのに比べて、空中に樹脂液面を露出する代わりに、樹脂の硬化層形成面に液面規制板を配置することにより液面の平滑度を向上させることで硬化層の精度を向上させ、すなわち高精細な立体造形を実現する。さらに、本発明を適用した光造形装置1は、上述の液面規制法を用いたものであるとともに、第1の光源11及びフォーカス検出用光源31から放射される光ビームが、紫外線硬化樹脂に対して液面規制板としての透過部3a側から導かれ、この透過部3aの紫外線硬化樹脂2側である上面側に、描画用の光ビームを透過し、フォーカス検出用の光ビームを反射する反射コーティング膜7が形成されていることにより、液面規制法を用いた場合に問題となり得る液面規制板の紫外線硬化樹脂2との界面(上面)からの反射光よりも、液面規制板の光入射側である空気側の面(下面)からの反射光が大きいことにより正確なフォーカス検出を行えないといった問題を解消し、すなわち、正確に紫外線硬化樹脂2との界面、すなわち硬化層形成面の位置を検出して、正確なフォーカス状態を検出することを実現する。   Further, the stereolithography apparatus 1 to which the present invention is applied transmits light as a liquid level regulating plate that suppresses the swing of the ultraviolet curable resin on the cured layer forming surface and transmits the light beam emitted from the first light source 11. The optical modeling apparatus using the so-called liquid level regulation method having the part 3a, and the optical modeling apparatus using the so-called free liquid level method in which the liquid level of the ultraviolet curable resin is exposed in the air, the accuracy of the cured layer during modeling is liquid By placing a liquid level regulating plate on the resin hardened layer forming surface instead of exposing the resin liquid level in the air, compared to the limit to high accuracy because it is determined by the surface accuracy of the surface By improving the smoothness of the liquid level, the accuracy of the cured layer is improved, that is, high-definition three-dimensional modeling is realized. Furthermore, the optical modeling apparatus 1 to which the present invention is applied uses the above-described liquid level regulation method, and the light beam emitted from the first light source 11 and the focus detection light source 31 is applied to the ultraviolet curable resin. On the other hand, it is guided from the transmission part 3a side as a liquid level regulating plate, and the drawing light beam is transmitted to the upper surface side which is the ultraviolet curable resin 2 side of the transmission part 3a, and the focus detection light beam is reflected. Since the reflective coating film 7 is formed, the liquid level regulating plate is more than the reflected light from the interface (upper surface) with the ultraviolet curable resin 2 of the liquid level regulating plate, which may be a problem when the liquid level regulating method is used. The problem that accurate focus detection cannot be performed due to large reflected light from the air-side surface (lower surface) that is the light incident side of the light is eliminated, that is, the interface with the ultraviolet curable resin 2, that is, a cured layer is formed accurately. surface Position by detecting, implementing detecting a correct focus state.

さらに、本発明を適用した光造形装置1は、この反射コーティング膜7を、MgFからなる層と、ZrOからなる層とを交互に積層することにより形成された積層膜により形成することにより、例えば波長655nm程度のフォーカス用の光ビームに対しては、95%程度の高い反射率を得て良好なフォーカス検出を実現するとともに、例えば波長375nm程度の描画用の光ビームに対しては、反射率を0.5%程度に低く抑え高い透過率で硬化層形成面の紫外線硬化樹脂2を露光して、光利用効率を高め、造形速度を高め省電力化を可能とするとともに、高精細な立体造形を実現する。 Furthermore, the stereolithography apparatus 1 to which the present invention is applied is such that the reflective coating film 7 is formed by a laminated film formed by alternately laminating layers made of MgF 2 and layers made of ZrO 2. For example, for a focusing light beam with a wavelength of about 655 nm, a high reflectivity of about 95% is obtained to achieve good focus detection. For example, for a drawing light beam with a wavelength of about 375 nm, The UV curable resin 2 on the cured layer forming surface is exposed with a high transmittance while keeping the reflectance as low as about 0.5%, thereby improving the light utilization efficiency, increasing the modeling speed and saving power, and high definition. Realize 3D modeling.

尚、上述の光造形装置1は、光ビームを紫外線硬化樹脂2上に走査して硬化層を形成するビームスキャン光学系10を備えるとともに、紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面におけるフォーカス状態を検出するフォーカス検出光学系30を有することにより高精細な光造形を行うものとして説明したが、本発明を適用する光造形装置はこれに限られるものではなく、例えば、フォーカス検出光学系を有するとともに、光造形を高精細且つ光束に行うための上述のようなビームスキャン光学系に加えて、造形時間を短縮化するために空間光変調器(SLM(Spatial Light Modulator))を有したSLM投影光学系を備え各層のパターンを紫外線硬化樹脂に投影して各硬化層を形成する所謂一括露光光学系を有するものとして構成してもよい。   The optical modeling apparatus 1 includes a beam scanning optical system 10 that scans a light beam onto the ultraviolet curable resin 2 to form a cured layer, and detects a focus state on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2. However, the optical modeling apparatus to which the present invention is applied is not limited to this, for example, it has a focus detection optical system, In addition to the above-described beam scanning optical system for performing high-definition optical shaping on a light beam, an SLM projection optical system having a spatial light modulator (SLM) to shorten the modeling time And a so-called collective exposure optical system for forming each cured layer by projecting the pattern of each layer onto an ultraviolet curable resin.

次に、図14に示すように、ビームスキャン光学系及び一括露光光学系を有する光造形装置51について説明する。尚、以下の説明において、上述した光造形装置1と共通する部分については、共通の符号を付すとともに詳細な説明は省略する。   Next, as shown in FIG. 14, an optical modeling apparatus 51 having a beam scanning optical system and a batch exposure optical system will be described. In addition, in the following description, about the part which is common in the optical modeling apparatus 1 mentioned above, while attaching | subjecting a common code | symbol, detailed description is abbreviate | omitted.

尚、以下で説明するビームスキャン光学系及び一括露光光学系を有する光造形装置51は、ビームスキャン光学系の、使用波長やレンズ系の構成を変更しスポット径を小さくすることにより高精細の造形を可能とする一方で、光源の強度に限界があり且つ基本的には1本の光ビームを走査して描画を行うので、比較的大きな領域に光ビームを照射し面積の広い硬化層を形成するには非常に多大な時間を必要とするため、大きな領域の硬化層を形成するには不向きであるという特徴と、一括露光光学系の、1本の光ビームをビームスキャンで描画するのではないので、光源として例えばアレイ状のものを使用することが可能となり、光源を強くすることができるので露光時間を短くすることを可能とする一方で、空間光変調器の画素数等により精度が決定されるため精度に限界があり、各硬化層のエッジ部をきれいに形成することができず、すなわち、高精細の造形には不向きであるという特徴とに鑑み、後述のように、その長所を兼ね備え、互いの短所を補うことで、比較的大きな造形物を高精細に造形することを実現するものである。   The optical modeling apparatus 51 having the beam scanning optical system and the batch exposure optical system described below is a high-definition modeling by changing the wavelength used and the configuration of the lens system of the beam scanning optical system to reduce the spot diameter. On the other hand, there is a limit to the intensity of the light source, and basically drawing is performed by scanning one light beam, so a relatively large area is irradiated with the light beam to form a hardened layer with a large area. In order to require a very long time, it is not suitable for forming a hardened layer in a large area, and it is not possible to draw one light beam of a batch exposure optical system by beam scanning. Therefore, it is possible to use, for example, an array-shaped light source, and it is possible to shorten the exposure time because the light source can be strengthened, while depending on the number of pixels of the spatial light modulator, etc. In view of the feature that the degree of accuracy is limited and the edge portion of each cured layer cannot be formed cleanly, that is, unsuitable for high-definition modeling, as described later, By combining the advantages and supplementing each other's disadvantages, it is possible to form relatively large objects with high definition.

具体的に、光造形装置51は、図1に示すように、紫外線硬化樹脂2を貯留する樹脂貯留槽3と、この樹脂貯留槽3内に浸漬され形成される硬化層2aを下面側に保持するとともに少なくとも垂直方向Zに移動可能とされる移動架台4と、この紫外線硬化樹脂2上に光を照射するためのビームスキャン光学系10、後述する一括露光光学系60及びフォーカス検出光学系35を有する光学系55とを有する。   Specifically, as shown in FIG. 1, the optical modeling apparatus 51 holds a resin storage tank 3 storing the ultraviolet curable resin 2 and a cured layer 2 a formed by being immersed in the resin storage tank 3 on the lower surface side. At the same time, a movable gantry 4 that is movable at least in the vertical direction Z, a beam scanning optical system 10 for irradiating light onto the ultraviolet curable resin 2, a collective exposure optical system 60 and a focus detection optical system 35 described later are provided. And an optical system 55.

そして、光造形装置51は、光学系55により光を照射し移動架台4の下面に硬化層を形成する動作と、この移動架台4を垂直方向Zに上方に移動する動作とを順次繰り返すことにより立体造形を行う。尚、一層目の硬化層が形成される場合には、移動架台4の下面と、透過部3aの上面との間の所定の隙間が形成された領域が、硬化層形成面となり、上述の硬化層が形成された後には、移動架台4の下面に形成された硬化層と、透過部3aの上面との間の所定の隙間が形成された領域が、硬化層形成面となる。   Then, the optical modeling apparatus 51 sequentially repeats the operation of irradiating light with the optical system 55 to form a hardened layer on the lower surface of the movable mount 4 and the operation of moving the movable mount 4 upward in the vertical direction Z. Perform 3D modeling. When the first hardened layer is formed, a region where a predetermined gap is formed between the lower surface of the movable frame 4 and the upper surface of the transmission part 3a becomes the hardened layer forming surface, and the above-described hardening is performed. After the layer is formed, a region where a predetermined gap is formed between the hardened layer formed on the lower surface of the movable mount 4 and the upper surface of the transmission part 3a becomes the hardened layer forming surface.

樹脂貯留槽3の透過部3aは、上述したように、液面規制板として機能し、この液面規制板としての透過部3aを有する光造形装置51は、硬化層形成面の紫外線硬化樹脂2の振動、揺動等を規制することにより形成される硬化層及び最終的に形成される立体造形物の精度を高め、すなわち高精細の立体造形を可能とする。   As described above, the transmission part 3a of the resin storage tank 3 functions as a liquid level regulating plate, and the optical modeling apparatus 51 having the transmission part 3a as the liquid level regulating plate is an ultraviolet curable resin 2 on the cured layer forming surface. The accuracy of the hardened layer formed by regulating the vibration, swinging, and the like, and the finally formed three-dimensional object are improved, that is, high-definition three-dimensional object modeling is possible.

また、光造形装置51は、後述の移動手段56により移動架台4と光学系55との水平面内における相対的な位置を変化させることにより、移動架台4及び光学系55を固定した状態で硬化層を形成可能な領域より大面積の硬化層を形成することが可能であり、すなわち、大きな造形物を形成することが可能である。   Further, the optical modeling apparatus 51 changes the relative position of the moving gantry 4 and the optical system 55 in the horizontal plane by the moving means 56 described later, so that the hardened layer is fixed with the moving gantry 4 and the optical system 55 fixed. It is possible to form a hardened layer having a larger area than the region where the film can be formed, that is, it is possible to form a large shaped article.

この光造形装置51は、図14に示すように、ビームスキャン光学系10用として、紫外線硬化樹脂2上に光を描画するための光ビームを放射する描画用光源(ビームスキャン用光源)として第1の光源11と、第1の光源11から放射された光ビームを紫外線硬化樹脂2上に走査させる走査手段12とを備え、また、一括露光光学系60用として、紫外線硬化樹脂2上の一定領域毎に照射される光を放射する一括露光用光源として第2の光源61と、第2の光源から放射された光ビームを紫外線硬化樹脂2上の所定領域を一括露光させる空間光変調手段(SLM(Spatial Light Modulator))62とを備え、また、フォーカス検出光学系35用として、第1の光源11から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源31を備え、さらに、走査手段12により走査される光ビームと、空間光変調手段62により空間変調される光と、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームとを合成して紫外線硬化樹脂2上に導く光路合成手段としてビームスプリッタ43を備える。   As shown in FIG. 14, the stereolithography apparatus 51 is used as a drawing light source (beam scanning light source) that emits a light beam for drawing light on the ultraviolet curable resin 2 for the beam scanning optical system 10. 1 light source 11 and scanning means 12 for scanning a light beam emitted from the first light source 11 on the ultraviolet curable resin 2, and for the collective exposure optical system 60, a constant on the ultraviolet curable resin 2. A second light source 61 as a collective exposure light source that emits light emitted for each region, and a spatial light modulation unit that collectively exposes a predetermined region on the ultraviolet curable resin 2 with a light beam emitted from the second light source ( An SLM (Spatial Light Modulator) 62, and for the focus detection optical system 35, the ultraviolet curable resin 2 is cured at a wavelength different from that of the light beam emitted from the first light source 11. A focus detection light source 31 that emits a light beam of a certain wavelength, and further includes a light beam scanned by the scanning unit 12, light spatially modulated by the spatial light modulation unit 62, and the focus detection light source 31. A beam splitter 43 is provided as optical path combining means for combining the emitted light beam and guiding it onto the ultraviolet curable resin 2.

また、光造形装置51は、上述した光造形装置1と同様に、第1の光源11と走査手段12とともに、ビームスキャン光学系10を構成するために、コリメータレンズ13と、アナモルフィックレンズ14と、ビームエキスパンダ15と、フォーカス調整レンズ16と、シャッタ17とを備える。   Similarly to the optical modeling apparatus 1 described above, the optical modeling apparatus 51 includes the collimator lens 13 and the anamorphic lens 14 in order to configure the beam scanning optical system 10 together with the first light source 11 and the scanning unit 12. A beam expander 15, a focus adjustment lens 16, and a shutter 17.

尚、ここで用いられる走査手段12の構成は、上述した光造形装置1の場合と同様であり、また、この走査手段12に設けられる各構成部品の機能は、上述した光造形装置1の場合に比べて、第2のリレーレンズ24と対物レンズ42との間に設けられた波長選択性ミラー41に換えてビームスプリッタ43が設けられていることを除いて同様であり、すなわち、第2のリレーレンズ24からの光ビームをビームスプリッタ43を介して対物レンズ42に導くことを除いて同様であるのでここでは詳細な説明を省略する。また、このビームスプリッタ43は、フォーカス検出光学系35のフォーカス検出用光源31からの光ビームを反射して対物レンズ42側に導くとともに、硬化層形成面で反射された反射光を反射してPSD32に導くという機能も有する。   In addition, the structure of the scanning means 12 used here is the same as that of the case of the optical modeling apparatus 1 mentioned above, and the function of each component provided in this scanning means 12 is the case of the optical modeling apparatus 1 mentioned above. Is the same as that of the second relay lens 24 and the objective lens 42 except that a beam splitter 43 is provided in place of the wavelength selective mirror 41, that is, the second relay lens 24 and the objective lens 42 are provided. Since it is the same except for guiding the light beam from the relay lens 24 to the objective lens 42 via the beam splitter 43, detailed description thereof is omitted here. Further, the beam splitter 43 reflects the light beam from the focus detection light source 31 of the focus detection optical system 35 and guides it to the objective lens 42 side, and reflects the reflected light reflected by the hardened layer forming surface to produce the PSD 32. It also has the function of leading to

尚、光造形装置51において、対物レンズ42は、後述の一括露光光学系60からの空間変調された光を紫外線硬化樹脂2上に結像させる。また、光造形装置51におけるワーク領域の大きさは、後述の一括露光光学系60の空間光変調手段62等によっても決定される。   In the optical modeling apparatus 51, the objective lens 42 images the spatially modulated light from the batch exposure optical system 60 described later on the ultraviolet curable resin 2. Further, the size of the work area in the optical modeling apparatus 51 is also determined by the spatial light modulation means 62 of the collective exposure optical system 60 described later.

また、光造形装置51においても、上述の光造形装置1の場合と同様に、対物レンズ42の物側焦点位置をビームスプリッタ43の反射透過面43aに一致して配置されるように構成したが、厳密に一致させる必要はなく、ビームスプリッタ43自体が大きくなりすぎない程度に、反射透過面43aの近傍に物側焦点位置が位置するように配置されていればよい。すなわち、ビームスキャン光学系10及び一括露光光学系60からの光ビーム及び光が全て反射透過面43aを通過(透過又は反射)させる必要性があることからビームスプリッタ43が大きくなりすぎない程度に、反射透過面43aの近傍に対物レンズ42の物側焦点位置が位置するようにすればよい。   Further, the optical modeling apparatus 51 is configured so that the object-side focal position of the objective lens 42 is arranged to coincide with the reflection / transmission surface 43a of the beam splitter 43, as in the case of the optical modeling apparatus 1 described above. It is not necessary to exactly match, and it is only necessary that the object side focal position is positioned in the vicinity of the reflection / transmission surface 43a to such an extent that the beam splitter 43 itself does not become too large. That is, since the light beam and light from the beam scanning optical system 10 and the batch exposure optical system 60 need to pass (transmit or reflect) all through the reflection / transmission surface 43a, the beam splitter 43 does not become too large. The object side focal position of the objective lens 42 may be positioned in the vicinity of the reflection / transmission surface 43a.

また、光造形装置51において、第1及び第2のリレーレンズ23,24は、後述の一括露光光学系60との光路の合成が必要なことから、ビームスプリッタ43を配置し、このビームスプリッタ43より紫外線硬化樹脂2側に対物レンズ42を配置する必要、及びこのビームスプリッタ43より第1の光源11側に第1及び第2のガルバノミラー21,22を配置する必要から、この第1及び第2のガルバノミラー21,22及びビームスプリッタ43とがガルバノミラーの反射手段の回転により物理的に衝突してしまうことを防止することができる、すなわち、衝突してしまう範囲より距離を離間させることを可能とする。   Further, in the stereolithography apparatus 51, the first and second relay lenses 23 and 24 need to synthesize an optical path with a batch exposure optical system 60 to be described later. The first and second galvanometer mirrors 21 and 22 need to be disposed closer to the first light source 11 than the beam splitter 43 and the objective lens 42 needs to be disposed closer to the ultraviolet curable resin 2. It is possible to prevent the two galvanometer mirrors 21 and 22 and the beam splitter 43 from physically colliding with each other due to the rotation of the reflecting means of the galvanometer mirror, that is, separating the distance from the colliding range. Make it possible.

尚、ここで、ビームスプリッタ43を配置するのは、ビームスキャン光学系10と後述の一括露光光学系60の照射光路を一致させるためであり、このようなビームスプリッタ43により光路合成することにより、ワーク領域に対して両光学系ともに垂直方向から光ビーム及び光を照射して、垂直方向から傾斜した斜め方向から照射されることにより各硬化層に傾斜面が形成されてしまうことを防止して、高精細な造形を実現するためである。尚、ここで、上述したのと同様に、フォーカス検出光学系35においてもフォーカス検出用の光ビームを所定の位置、方向から照射して、正確なフォーカス検出を行うことを可能とする。   Here, the beam splitter 43 is disposed in order to match the irradiation optical paths of the beam scanning optical system 10 and the collective exposure optical system 60 described later, and by combining the optical paths with such a beam splitter 43, Both optical systems irradiate the work area with a light beam and light from the vertical direction, and prevent the inclined surface from being formed on each hardened layer by irradiating from the oblique direction inclined from the vertical direction. This is to achieve high-definition modeling. Here, as described above, the focus detection optical system 35 can also irradiate a focus detection light beam from a predetermined position and direction to perform accurate focus detection.

また、ビームスプリッタ43より紫外線硬化樹脂2側に対物レンズ42を配置する必要があるのは、対物レンズ42をビームスプリッタ43より手前に配置してしまうと、ビームスプリッタ43が大きくなってしまうからであり、また、ビームスプリッタ43より紫外線硬化樹脂2側に対物レンズ42を配置することにより、対物レンズ42から紫外線硬化樹脂2までの距離が大きくなることによる走査される光ビームの照射位置の誤差等の問題が発生するおそれを防止できるからである。   Further, the objective lens 42 needs to be arranged on the ultraviolet curable resin 2 side from the beam splitter 43 because the beam splitter 43 becomes large if the objective lens 42 is arranged in front of the beam splitter 43. In addition, by disposing the objective lens 42 closer to the ultraviolet curable resin 2 than the beam splitter 43, an error in the irradiation position of the scanned light beam due to an increase in the distance from the objective lens 42 to the ultraviolet curable resin 2 or the like. This is because it is possible to prevent the occurrence of this problem.

光造形装置51のビームスキャン光学系10は、第1の光源11から放射された光ビームを、コリメータレンズ13で略平行とし、アナモルフィックレンズ14でビーム整形し、ビームエキスパンダ15でビーム径を調整し、フォーカス調整レンズ16によりフォーカス状態を調整し、第1及び第2のリレーレンズ23,24で対物レンズ42の前側焦点位置を通過するようにされた状態で第1及び第2のガルバノミラー21,22によりX方向及びY方向に走査されるように偏向して、ビームスプリッタ43により対物レンズ42側に導かれて、対物レンズ42により紫外線硬化樹脂2上の所望の位置に走査されるとともに集光されて微細領域を照射するとともに描画して硬化層を形成する。   The beam scanning optical system 10 of the optical shaping apparatus 51 makes the light beam emitted from the first light source 11 substantially parallel by the collimator lens 13, beam-shaped by the anamorphic lens 14, and beam diameter by the beam expander 15. , The focus state is adjusted by the focus adjustment lens 16, and the first and second galvanometers are passed through the front focal position of the objective lens 42 by the first and second relay lenses 23 and 24. The beam is deflected so as to be scanned in the X and Y directions by the mirrors 21 and 22, guided to the objective lens 42 side by the beam splitter 43, and scanned to a desired position on the ultraviolet curable resin 2 by the objective lens 42. At the same time, it is condensed to irradiate and draw a fine region to form a hardened layer.

この際、従来の一般的なビームスキャン方式の光造形装置ではX方向のガルバノミラーとY方向のガルバノミラーとを互いに近接して配置し、2次元スキャンを行うものが多いが、上述の光造形装置51は、後述の一括露光光学系60と合成する必要があるので、第1のリレーレンズ23でX方向に第1のガルバノミラー21で偏向された光ビームを第2のガルバノミラー22上に結像し、さらにY方向に第2のガルバノミラー22で偏向された光ビームを第2のリレーレンズ24で対物レンズ42の物側焦点上に結像する構成としている。   At this time, in many conventional beam scanning type optical modeling apparatuses, the galvanometer mirror in the X direction and the galvanometer mirror in the Y direction are arranged close to each other to perform two-dimensional scanning. Since the apparatus 51 needs to be combined with a collective exposure optical system 60 described later, the light beam deflected by the first galvanometer mirror 21 in the X direction by the first relay lens 23 is placed on the second galvanometer mirror 22. An image is formed, and a light beam deflected by the second galvanometer mirror 22 in the Y direction is imaged on the object side focal point of the objective lens 42 by the second relay lens 24.

換言すると、対物レンズ42は、第1及び第2のガルバノミラー21,22とワーク位置との間に、後述する一括露光光学系60と合成するためのビームスプリッタ43を設ける必要があることから、ビームスプリッタ43とワーク位置との間に設けられており、第1及び第2のリレーレンズ23,24は、この第1及び第2のガルバノミラー21,22とワーク位置との距離が遠くなった場合にも第1及び第2のガルバノミラー21,22並びにワーク領域上の所定の位置に高精度に光ビームを結像させ、且つテレセントリックに結像させることができる。ここで、ワーク位置とは、ワーク領域すなわち、移動架台4上の紫外線硬化樹脂2が設けられた位置をいう。   In other words, the objective lens 42 needs to be provided with a beam splitter 43 for combining with the batch exposure optical system 60 described later between the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the work position. The first and second relay lenses 23 and 24 are provided between the beam splitter 43 and the workpiece position, and the distance between the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the workpiece position is increased. Even in this case, the light beam can be imaged with high accuracy at a predetermined position on the first and second galvanometer mirrors 21 and 22 and the work area, and telecentric imaging can be performed. Here, the workpiece position refers to a workpiece region, that is, a position where the ultraviolet curable resin 2 is provided on the movable frame 4.

以上のように、光造形装置1は、上述のような走査手段12等からなるビームスキャン光学系10により、紫外線硬化樹脂2上の所望の微細な描画を可能とし、これにより高精度に所望の形状の硬化層を得ることができ、よって、高精細な造形を実現する。尚、このビームスキャン光学系10は、上述したのと同様に、ラスタースキャン、ベクタースキャン又はラスター・ベクター併用スキャンを行うことが可能である。   As described above, the optical modeling apparatus 1 enables desired fine drawing on the ultraviolet curable resin 2 by the beam scanning optical system 10 including the scanning unit 12 and the like as described above, and thereby the desired precision can be obtained with high accuracy. A hardened layer having a shape can be obtained, thus realizing high-definition modeling. The beam scanning optical system 10 can perform a raster scan, a vector scan, or a raster / vector combined scan, as described above.

また、光造形装置51は、光造形装置1と同様に、上述したフォーカス検出用光源31とともに、フォーカス検出光学系35を構成するために、紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面に照射され反射された光ビームを検出するための反射光検出手段としてPSD32を有している。さらに、光造形装置51のフォーカス検出光学系35は、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを反射してビームスプリッタ43に導く反射ミラー36を有する。   Similarly to the optical modeling apparatus 1, the optical modeling apparatus 51 is irradiated and reflected on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 in order to constitute the focus detection optical system 35 together with the focus detection light source 31 described above. A PSD 32 is provided as reflected light detecting means for detecting the detected light beam. Further, the focus detection optical system 35 of the optical modeling apparatus 51 includes a reflection mirror 36 that reflects the light beam emitted from the focus detection light source 31 and guides it to the beam splitter 43.

尚、この光造形装置51に設けられるフォーカス検出光学系35を構成するフォーカス検出用光源31及びPSD32の構成は上述した光造形装置1の場合と同様であり、フォーカス検出光学系35は、上述した光造形装置1のフォーカス検出光学系30と、配置及びフォーカス検出用の光ビームの光路が異なるだけであるので、その機能及び効果についてはフォーカス検出光学系30と同様であるので、詳細な説明は省略する。   Note that the configurations of the focus detection light source 31 and the PSD 32 constituting the focus detection optical system 35 provided in the optical modeling apparatus 51 are the same as those of the optical modeling apparatus 1 described above, and the focus detection optical system 35 is described above. Since the focus detection optical system 30 of the optical modeling apparatus 1 is different from the focus detection optical system 30 only in the arrangement and the optical path of the light beam for focus detection, its functions and effects are the same as those of the focus detection optical system 30. Omitted.

すなわち、フォーカス検出光学系35において、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームは、反射ミラー36により反射されビームスプリッタ43により反射されることで対物レンズ42に導かれ、対物レンズ42を介して液面規制板としての透過部3aと紫外線硬化樹脂2の界面に導かれ、この界面で反射された光ビームは、対物レンズ42及びビームスプリッタ43を経由してPSD32に導かれて受光されてフォーカス状態が検出される。また、光造形装置51において、樹脂貯留槽3の底部に設けられた透過部3aについても、図7〜図10を用いて説明した光造形装置1と同様の構成とされ、すなわち、この透過部3aは、液面規制板として機能するとともに、この透過部3aには、反射コーティング膜7が設けられている。   That is, in the focus detection optical system 35, the light beam emitted from the focus detection light source 31 is reflected by the reflection mirror 36 and reflected by the beam splitter 43, thereby being guided to the objective lens 42, via the objective lens 42. The light beam guided to the interface between the transmitting portion 3a as the liquid level regulating plate and the ultraviolet curable resin 2 and reflected by this interface is guided to the PSD 32 via the objective lens 42 and the beam splitter 43, and received and focused. A state is detected. Further, in the optical modeling apparatus 51, the transmission part 3a provided at the bottom of the resin storage tank 3 is also configured in the same manner as the optical modeling apparatus 1 described with reference to FIG. 7 to FIG. 3a functions as a liquid level regulating plate, and a reflective coating film 7 is provided on the transmitting portion 3a.

このようなフォーカス検出光学系35を備える光造形装置51は、描画用の光ビームとは異なる波長で且つ紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源31と、PSD32等の反射光検出手段とを備え、液面規制板として機能する透過部3aの紫外線硬化樹脂側の面に反射コーティング膜7が形成されていることにより、硬化層形成面の位置を正確且つ確実に検出することができる。   The optical modeling apparatus 51 including such a focus detection optical system 35 includes a focus detection light source 31 that emits a light beam having a wavelength different from that of the drawing light beam and a wavelength that does not cure the ultraviolet curable resin 2; The reflective coating film 7 is formed on the surface of the transmissive part 3a functioning as a liquid level regulating plate on the ultraviolet curable resin side, and the position of the cured layer forming surface is accurately and accurately provided. It can be detected reliably.

また、光造形装置51において、このフォーカス検出光学系35により得られたフォーカス検出信号に基づく、ビームスキャン光学系10のフォーカス調整レンズ16によるフォーカス調整については、上述した光造形装置1の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。   In the optical modeling apparatus 51, the focus adjustment by the focus adjustment lens 16 of the beam scan optical system 10 based on the focus detection signal obtained by the focus detection optical system 35 is the same as that of the optical modeling apparatus 1 described above. Therefore, detailed description is omitted.

光造形装置51は、フォーカス検出光学系35により硬化層形成面の位置を正確に検出するとともに、この得られた検出信号に基づいてビームスキャン光学系10のフォーカス調整レンズ16によりフォーカス調整を行うことで、描画用の光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光させることができ、高精度な光造形を行うことができる。   The optical modeling apparatus 51 accurately detects the position of the hardened layer forming surface by the focus detection optical system 35 and performs focus adjustment by the focus adjustment lens 16 of the beam scan optical system 10 based on the obtained detection signal. Thus, the light beam for drawing can be condensed on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 with an appropriate spot diameter, and high-precision optical modeling can be performed.

また、光造形装置51は、フォーカス検出光学系35により正確なフォーカス状態をリアルタイムに検出することができるので、形成する硬化層の形状に応じてスポット径を変化させるように構成することを可能とする。すなわち、光造形装置1は、後述の制御部101により例えば、目標となる造形物の輪郭部分等の精細な露光が必要な部分についてはスポット径を小さくさせて描画することにより精細な造形を行うようにし、目標となる造形物の中心部分等の部分についてはスポット径を大きくさせて描画することにより高速な造形を行うように構成してもよく、これにより、高速且つ高精細な光造形を可能とする。   Moreover, since the optical modeling apparatus 51 can detect an accurate focus state in real time by the focus detection optical system 35, it can be configured to change the spot diameter according to the shape of the hardened layer to be formed. To do. In other words, the optical modeling apparatus 1 performs fine modeling by drawing with a reduced spot diameter for a portion that requires fine exposure, such as a contour portion of a target modeling object, by the control unit 101 described later. Thus, it may be configured to perform high-speed modeling by increasing the spot diameter and drawing the portion such as the center portion of the target modeling object, thereby enabling high-speed and high-definition optical modeling. Make it possible.

尚、光造形装置51におけるこの反射光検出手段であるPSD32によるフォーカス検出及びフォーカス調整レンズ16によるフォーカス補正は、常時行うように構成してもよく、また、少なくとも各硬化層を形成する毎、すなわち、移動架台4を垂直方向Zに移動させる毎に行うように構成してもよく、さらに、後述のステップ&リピート動作の際の所定の分割領域毎、すなわち、移動架台4を水平方向X,Y及び/又は垂直方向Zに移動させる毎に行うように構成してもよい。   It should be noted that the focus detection by the PSD 32 as the reflected light detection means and the focus correction by the focus adjustment lens 16 in the stereolithography apparatus 51 may be always performed, and at least every time each cured layer is formed, that is, The moving gantry 4 may be configured to be performed each time the moving gantry 4 is moved in the vertical direction Z. Further, the moving gantry 4 is moved in the horizontal directions X and Y for every predetermined divided area in the step & repeat operation described later. And / or it may be configured to be performed each time when it is moved in the vertical direction Z.

また、光造形装置51は、上述した第2の光源61と空間光変調手段62とともに、一括露光光学系60を構成するために、所定の偏光光とするための偏光板63と、通過する光を均一化するためのビームインテグレータ64と、ビームインテグレータ64からの光を空間光変調手段62に導く反射手段65と、空間光変調手段62で空間光変調された光を対物レンズ42の前焦点に集光するための集光レンズ66とを備える。   Further, the optical modeling apparatus 51 includes a polarizing plate 63 for making predetermined polarized light and light passing therethrough in order to constitute the batch exposure optical system 60 together with the second light source 61 and the spatial light modulation means 62 described above. The beam integrator 64 for uniforming the light, the reflecting means 65 for guiding the light from the beam integrator 64 to the spatial light modulation means 62, and the light spatially modulated by the spatial light modulation means 62 as the front focal point of the objective lens 42. And a condensing lens 66 for condensing light.

ここで、第2の光源61と、偏光板63との間には、紫外線硬化樹脂2に照射する光の通過・遮蔽を制御し、すなわち、一括露光光学系60による露光のオン・オフ制御をするためのシャッタ67が設けられている。   Here, between the second light source 61 and the polarizing plate 63, the passage / shielding of the light applied to the ultraviolet curable resin 2 is controlled, that is, the on / off control of exposure by the batch exposure optical system 60 is performed. A shutter 67 is provided.

一括露光光学系60に用いられる一括露光用光源としての第2の光源61は、紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面の面内における一定領域毎に照射される光を放射するものであり、例えば、高出力な青色LED(Light Emitting Diode)のアレーである。尚、一括露光用光源は、ビームスキャン用光源とは、異なりコヒーレントなレーザ光源を用いる必要はない。この第2の光源61であるLEDアレーから放射された光は、ビームインテグレータ64で均一化される。   The second light source 61 as a collective exposure light source used in the collective exposure optical system 60 emits light that is irradiated for each predetermined region in the surface of the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2. This is an array of high output blue LEDs (Light Emitting Diodes). Unlike the beam scanning light source, the collective exposure light source need not use a coherent laser light source. The light emitted from the LED array which is the second light source 61 is made uniform by the beam integrator 64.

ビームインテグレータ64としては、複数のレンズエレメントを配列してなるフライアイタイプや、四角柱等の柱状のロッドレンズの内部を全反射させる構成としてライトロッドタイプ等の一般的なものを用いることが可能である。このようなビームインテグレータ64を通過した光は、後述する透過型液晶素子68を均一に照射する。   As the beam integrator 64, it is possible to use a general type such as a fly eye type in which a plurality of lens elements are arranged, or a light rod type as a configuration that totally reflects the inside of a columnar rod lens such as a square column. It is. The light that has passed through the beam integrator 64 uniformly irradiates a transmissive liquid crystal element 68 described later.

光造形装置1の空間光変調手段62として、例えば、重ね合わされた2枚の透明基板と、この透明基板間に封入された液晶からなる液晶層と、透明電極とを有する透過型液晶素子68が用いられる。この透過型液晶素子68は、各画素毎に駆動信号に基づいて投影しようとする画像に対応して液晶の分子の配列を変えて透過する偏光方向を変化させることで通過する光を空間変調し、所望の投影光を紫外線硬化樹脂2上に投影することができる。ここで、投影しようとする画像とは、一括露光をしようとする形状に対応した光となるような投影光をいう。尚、ここでは、空間光変調手段62として、透過型液晶素子を用いるものとして説明したが、これに限られるものではなく、入力信号に応じて傾き角度が変化する微小な反射ミラーを複数配列してなるデジタルミラーマイクロデバイス(DMD)や、反射型液晶素子(LCOS)等を用いて構成してもよい。デジタルミラーマイクロデバイス(DMD)を用いる場合には、各マイクロミラーが後述する1画素に対応する。   As the spatial light modulation means 62 of the optical modeling apparatus 1, for example, a transmissive liquid crystal element 68 having two transparent substrates stacked, a liquid crystal layer made of liquid crystal sealed between the transparent substrates, and a transparent electrode is provided. Used. This transmissive liquid crystal element 68 spatially modulates the light passing therethrough by changing the polarization direction of the transmitted light by changing the arrangement of the liquid crystal molecules corresponding to the image to be projected for each pixel based on the drive signal. Desired projection light can be projected onto the ultraviolet curable resin 2. Here, the image to be projected means projection light that becomes light corresponding to the shape to be collectively exposed. Here, the description has been made assuming that the transmissive liquid crystal element is used as the spatial light modulator 62, but the present invention is not limited to this, and a plurality of minute reflecting mirrors whose inclination angles change according to the input signal are arranged. A digital mirror micro device (DMD), a reflective liquid crystal element (LCOS), or the like may be used. When a digital mirror micro device (DMD) is used, each micro mirror corresponds to one pixel described later.

ここでは、透過型液晶素子68の画素数として、縦横1000×1000からなる100万画素のものを用い、集光レンズ66及び対物レンズ42を通過したワーク領域上での1画素毎に対応する大きさを約10μm×10μm程度とするようにすることで、この透過型液晶素子68を有する一括露光光学系60は、1画素毎に対応した一定領域毎(10μm×10μm)に1cm×1cmの領域内の一括して露光すべき所定領域を一括露光することが可能となる。このように、この空間光変調手段としての透過型液晶素子68により一括して露光可能な1cm×1cmの領域が上述したワーク領域となる。尚、画素数を増加させることで、上述した1画素に対応した一定領域を小さくして一括露光の精度を高めることも可能であり、また、集光レンズ66及び対物レンズ42の構成を変えることでワーク領域の大きさを変更することも可能である。さらに、空間光変調手段62は、形成すべき所望の形状データに応じて各層毎又は後述の各分割領域毎に、使用画素数を変化させたり、投影サイズを変化させるように構成してもよい。   Here, as the number of pixels of the transmissive liquid crystal element 68, one having 1 million pixels of 1000 × 1000 in length and width is used, and the size corresponding to each pixel on the work area that has passed through the condenser lens 66 and the objective lens 42. By setting the thickness to about 10 μm × 10 μm, the collective exposure optical system 60 having the transmissive liquid crystal element 68 has an area of 1 cm × 1 cm for each fixed area (10 μm × 10 μm) corresponding to each pixel. It is possible to perform batch exposure of predetermined areas to be exposed at once. As described above, the above-described work area is a 1 cm × 1 cm area that can be collectively exposed by the transmissive liquid crystal element 68 as the spatial light modulator. In addition, by increasing the number of pixels, it is possible to increase the accuracy of batch exposure by reducing the constant region corresponding to the one pixel described above, and to change the configuration of the condenser lens 66 and the objective lens 42. It is also possible to change the size of the work area. Furthermore, the spatial light modulation means 62 may be configured to change the number of used pixels or change the projection size for each layer or for each divided area described later according to desired shape data to be formed. .

また、この光造形装置1では、空間光変調手段62として透過型液晶素子68を用い、この透過型液晶素子68に所定の偏光光で入射するために上述の偏光板63を用いるように構成したが、他の方法により所定の偏光光で入射するように構成してもよい。   Further, the stereolithography apparatus 1 is configured such that the transmissive liquid crystal element 68 is used as the spatial light modulator 62 and the above-described polarizing plate 63 is used to enter the transmissive liquid crystal element 68 with predetermined polarized light. However, you may comprise so that it may enter with predetermined polarized light by another method.

集光レンズ66は、空間光変調手段62と、ビームスプリッタ43との間に設けられ、対物レンズ42とともに、空間光変調手段62で変調された光を紫外線硬化樹脂2上に結像するための投影光学系として機能する。また、集光レンズ66は、空間光変調手段62により空間変調された光が対物レンズ42を通過する際のディストーションを補正するレンズ群により構成され、上述の投影光学系として機能するのみならず、ディストーションを最大限低減させることができる。換言すると、集光レンズ66は、後述のようにビームスキャン光学系10と一括露光光学系60とを合成する必要があることから、一括露光光学系60による光がビームスキャン光学系10のfθレンズ等の対物レンズ42を通過してしまうことにより発生してしまうディストーションを防止することができる。   The condensing lens 66 is provided between the spatial light modulator 62 and the beam splitter 43, and together with the objective lens 42, images the light modulated by the spatial light modulator 62 on the ultraviolet curable resin 2. Functions as a projection optical system. The condensing lens 66 is composed of a lens group that corrects distortion when the light spatially modulated by the spatial light modulation means 62 passes through the objective lens 42, and not only functions as the projection optical system described above. Distortion can be reduced to the maximum. In other words, the condensing lens 66 needs to synthesize the beam scanning optical system 10 and the batch exposure optical system 60 as will be described later, so that the light from the batch exposure optical system 60 is reflected by the fθ lens of the beam scanning optical system 10. It is possible to prevent distortion that occurs due to passing through the objective lens 42.

以上のような、第2の光源61と、透過型液晶素子等の空間光変調手段62と、偏光板63と、ビームインテグレータ64と、反射手段65と、集光レンズ66と、対物レンズ42とは、一括露光光学系60を構成し、この光造形装置1の一括露光光学系60は、第2の光源61から放射された光ビームを、偏光板63で所定の偏光光とし、ビームインテグレータ64で均一化し、空間光変調手段62である透過型液晶素子68で所定の露光を行うような投影光となるように空間変調し、集光レンズ66により対物レンズ42の前焦点位置に集光されて、対物レンズ42により紫外線硬化樹脂2上に所望の露光を行うように照射される。   As described above, the second light source 61, the spatial light modulation means 62 such as a transmissive liquid crystal element, the polarizing plate 63, the beam integrator 64, the reflection means 65, the condenser lens 66, and the objective lens 42. Constitutes a collective exposure optical system 60. The collective exposure optical system 60 of the stereolithography apparatus 1 converts the light beam emitted from the second light source 61 into a predetermined polarized light by the polarizing plate 63, and a beam integrator 64. And is spatially modulated by the transmissive liquid crystal element 68 serving as the spatial light modulation means 62 so as to obtain projection light for performing predetermined exposure, and is condensed by the condenser lens 66 at the front focal position of the objective lens 42. The objective lens 42 irradiates the ultraviolet curable resin 2 so as to perform desired exposure.

この際、一括露光光学系60において、空間光変調手段62で空間変調された光は、集光レンズ66でビームスプリッタ43上に、すなわち、対物レンズ42の前焦点位置で集光され、上述したビームスキャン光学系10を経由した走査される光ビームと合成され、対物レンズ42により紫外線硬化樹脂2上に結像されて所定領域に照射される。このとき、集光レンズ66により、ディストーションは最大限に低減されている。   At this time, in the batch exposure optical system 60, the light spatially modulated by the spatial light modulation means 62 is condensed on the beam splitter 43 by the condensing lens 66, that is, at the front focal position of the objective lens 42. It is combined with the scanned light beam via the beam scanning optical system 10, imaged on the ultraviolet curable resin 2 by the objective lens 42, and irradiated onto a predetermined area. At this time, the distortion is reduced to the maximum by the condenser lens 66.

また、空間光変調手段62は、第2の光源61としてLEDのアレーを用いることができることから放射される光の光強度を大きくすることができるので、この空間光変調手段62で空間変調され、集光レンズ66、対物レンズ42により結像される範囲を、光強度に応じた所定の時間で硬化層を形成することができ、高速造形を可能とする。   Further, since the spatial light modulation means 62 can increase the light intensity of the emitted light because an LED array can be used as the second light source 61, the spatial light modulation means 62 is spatially modulated, A hardened layer can be formed in a predetermined time corresponding to the light intensity in the range formed by the condenser lens 66 and the objective lens 42, thereby enabling high-speed modeling.

以上のように、光造形装置51は、上述のような空間光変調手段62等からなる一括露光光学系60により、所望の造形物を得るための各層毎の所望の形状に含まれる領域の紫外線硬化樹脂2上への1画素に対応した一定領域毎からなる所定範囲への大まかな描画すなわち粗描画を行うことを可能とし、これにより一定の範囲の硬化層の形成を一括、すなわち短時間で行うことができ、よって、このような一括描画により高速度な造形を実現する。   As described above, the optical modeling apparatus 51 uses the collective exposure optical system 60 including the spatial light modulation unit 62 and the like as described above, and the ultraviolet rays in the region included in the desired shape for each layer for obtaining a desired modeled object. It is possible to perform rough drawing, that is, rough drawing, within a predetermined range consisting of a certain area corresponding to one pixel on the curable resin 2, thereby forming a hardened layer in a certain range all at once, that is, in a short time. Therefore, high-speed modeling is realized by such batch drawing.

また、光造形装置51の一括露光光学系60においても、上述したフォーカス検出光学系35により検出されたフォーカス検出結果に応じて、フォーカス調整可能な構成とされており、以下に一括露光光学系60におけるフォーカス調整について説明する。   Further, the batch exposure optical system 60 of the stereolithography apparatus 51 is also configured so that the focus can be adjusted according to the focus detection result detected by the focus detection optical system 35 described above. The focus adjustment in will be described.

上述した空間光変調手段62には、フォーカス調整用の駆動部69が設けられており、具体的にこのフォーカス調整用の駆動部69は、PSD32により得られたフォーカス検出信号に基づいて後述する制御部101で生成されたフォーカス補正信号に基づいて空間光変調手段62としての透過型液晶素子68を光軸方向に移動させる。   The above-described spatial light modulator 62 is provided with a focus adjustment drive unit 69. Specifically, the focus adjustment drive unit 69 performs control to be described later based on a focus detection signal obtained by the PSD 32. Based on the focus correction signal generated by the unit 101, the transmissive liquid crystal element 68 as the spatial light modulator 62 is moved in the optical axis direction.

このように、駆動部69及び透過型液晶素子68とは、一括露光光学系60により紫外線硬化樹脂2上に投影される光のフォーカス状態、すなわち、この光の投影サイズを調整するフォーカス調整手段として機能する。すなわち、制御部101からのフォーカス補正信号に基づいて、駆動部69により所定の位置移動された透過型液晶素子68は、対物レンズ42により紫外線硬化樹脂2に投影される光の投影サイズを調整することができる。   As described above, the drive unit 69 and the transmissive liquid crystal element 68 serve as a focus adjustment unit that adjusts the focus state of light projected onto the ultraviolet curable resin 2 by the collective exposure optical system 60, that is, the projection size of this light. Function. That is, based on the focus correction signal from the control unit 101, the transmissive liquid crystal element 68 that has been moved to a predetermined position by the drive unit 69 adjusts the projection size of light projected onto the ultraviolet curable resin 2 by the objective lens 42. be able to.

このように、光造形装置51は、フォーカス検出光学系35により硬化層形成面の位置を正確に検出するとともに、この得られた検出信号に基づいて一括露光光学系60の駆動部69及び空間光変調手段62からなるフォーカス調整手段によりフォーカス調整、すなわち、投影サイズの調整を行うことで、一括露光用の露光光を紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切な投影サイズで露光することができ、高精度な光造形を行うことができる。   As described above, the optical modeling apparatus 51 accurately detects the position of the hardened layer forming surface by the focus detection optical system 35, and based on the obtained detection signal, the drive unit 69 and the spatial light of the batch exposure optical system 60. By performing focus adjustment, that is, adjustment of the projection size by the focus adjustment unit comprising the modulation unit 62, exposure light for batch exposure can be exposed on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 with an appropriate projection size. And high-precision optical modeling can be performed.

光造形装置51は、ビームスキャン光学系10の走査手段12により走査される光ビームと、一括露光光学系60の空間光変調手段62により空間変調される光とをビームスプリッタ43で光路合成し、対物レンズ42を経由して移動架台4上の紫外線硬化樹脂2に照射することで、高速且つ高精細な造形を実現する。   The optical modeling apparatus 51 synthesizes the optical path of the light beam scanned by the scanning unit 12 of the beam scanning optical system 10 and the light spatially modulated by the spatial light modulation unit 62 of the batch exposure optical system 60 by the beam splitter 43, By irradiating the ultraviolet curable resin 2 on the movable mount 4 via the objective lens 42, high-speed and high-definition modeling is realized.

すなわち、上述のような構成とされた光造形装置51は、走査手段12により走査される光ビームと、空間光変調手段62により空間変調される光とを同時に照射し、又は一方を照射することの双方を可能とし、より高速度な造形を可能とする。   That is, the optical modeling apparatus 51 configured as described above irradiates the light beam scanned by the scanning unit 12 and the light spatially modulated by the spatial light modulation unit 62, or irradiates one of them. Both are possible, and higher-speed modeling is possible.

この際、ビームスキャン光学系10及び一括露光光学系60からの光ビーム及び光をビームスプリッタ43で合成していることから、両光学系のいずれを用いる場合にも紫外線硬化樹脂2に対して垂直方向から照射することができるので、硬化層及び造形物が水平方向に対して斜め方向に傾斜してしまうことがなく、高精細な造形を可能とする。   At this time, since the light beam and the light from the beam scanning optical system 10 and the batch exposure optical system 60 are combined by the beam splitter 43, the optical beam is perpendicular to the ultraviolet curable resin 2 when using either optical system. Since it can irradiate from a direction, a hardened layer and a molded article do not incline in the diagonal direction with respect to a horizontal direction, and enable high-definition modeling.

また、光造形装置51は、高速度を実現する一括露光光学系60により、目標とする立体造形物の各層の形状に応じて、大部分一括して露光できる部分に関しては、空間光変調手段62により空間変調される光を照射して高速造形を可能とするとともに、境界部等の高精細な造形を要求される部分に関しては、走査手段12により走査される光ビームを照射して高精細な微細造形を可能とする。   Further, the optical modeling apparatus 51 uses the spatial light modulation means 62 for a portion that can be exposed in a large amount according to the shape of each layer of the target three-dimensional object by the collective exposure optical system 60 that realizes a high speed. Irradiates light modulated spatially by high-speed modeling, and for a portion requiring high-definition modeling, such as a boundary portion, irradiates a light beam scanned by the scanning unit 12 to achieve high-definition. Enables fine modeling.

例えば、図15に示すような、目標とする立体造形物の各層の形状である目標二次元形状fがワーク領域内にあった場合、光造形装置1は、空間光変調手段62により空間変調された光により一括露光(一括描画)して、所望の形状の造形物を得るための各層毎の所望の形状より内側の部分であって上述の1画素に対応した各一定領域を組み合わせた部分(以下、「一括描画領域」ともいう。)の粗描画(以下、「一括描画」ともいう。)を行うことで各画素に対応して硬化された部分a11が一又は複数組み合わされてなる光硬化性樹脂の硬化層の大部分a(以下、「一括描画部分」ともいう。)を形成し、走査手段12により走査された光ビームにより、各層毎の所望の形状の境界部分a21と、粗描画された部分と境界部との間の隙間部分a22と(以下、この境界部分と隙間部分とを合わせて「微細描画領域」ともいう。)の微細描画を行うことで光硬化性樹脂の硬化層の微細部分a(以下、「微細描画部分」ともいう。)を形成することができる。 For example, when the target two-dimensional shape f 1 that is the shape of each layer of the target three-dimensional modeled object as shown in FIG. 15 is in the work area, the optical modeling apparatus 1 performs spatial modulation by the spatial light modulation means 62. A portion that is a portion that is inside the desired shape for each layer to obtain a shaped object of a desired shape by performing collective exposure (collective drawing) with the emitted light, and that is a combination of each of the predetermined regions corresponding to the one pixel described above By performing rough drawing (hereinafter also referred to as “collective drawing”) (hereinafter also referred to as “collective drawing region”), one or a plurality of portions a 11 cured corresponding to each pixel are combined. A boundary portion a 21 having a desired shape for each layer is formed by a light beam formed by forming a large portion a 1 (hereinafter, also referred to as “collective drawing portion”) of the cured layer of the photocurable resin and scanned by the scanning unit 12. Between the roughly drawn part and the boundary part The gap section a 22 (hereinafter, together with the boundary portion and the gap portion is also referred to as "fine drawing area.") Of the fine portion a 2 of the cured layer of the photocurable resin by performing fine drawing (hereinafter, (Also referred to as a “fine drawing portion”).

尚、走査手段12等からなるビームスキャン光学系10により微細描画に際しては、図16に示すように、境界部a21及び隙間部分a22をベクタースキャンを繰り返し行うことによって硬化層の微細部分aを形成してもよく、また、図17に示すように、境界部a21をベクタースキャンにより行い、隙間部分a22をラスタースキャンにより行うことで硬化層の微細部分aを形成してもよい。 When fine drawing is performed by the beam scanning optical system 10 including the scanning unit 12 and the like, as shown in FIG. 16, the fine part a 2 of the hardened layer is repeatedly performed by repeatedly performing vector scanning on the boundary part a 21 and the gap part a 22. it may form, and as shown in FIG. 17, the boundary portion a 21 performs the vector monitor, may form a fine portion a 2 of the hardened layer by performing a gap section a 22 by raster scanning .

このように、光造形装置51は、図15に示すような目標二次元形状をビームスキャン方式の従来の光造形装置により形成するよりも短時間で硬化層を形成することができ、一括露光方式の従来の光造形装置により形成するよりも高精度に硬化層を形成することができる。また、光造形装置1は、上述したように、移動架台4を垂直方向Zの下方側に移動させて次に硬化層を形成するための位置にワーク領域が位置するように移動させて、すなわち、形成層を変更する動作を繰り返すことにより立体造形物を形成でき、上述したような高精度な硬化層を短時間で形成することにより、高精度な造形物を短時間で造形することが可能となる。   Thus, the optical modeling apparatus 51 can form a hardened layer in a shorter time than a target optical modeling apparatus of the beam scan type as shown in FIG. The hardened layer can be formed with higher accuracy than that formed by the conventional stereolithography apparatus. Further, as described above, the optical modeling apparatus 1 moves the movable gantry 4 to the lower side in the vertical direction Z, and then moves the work region so that the work region is located at the position for forming the hardened layer. By repeating the operation to change the formation layer, a three-dimensional model can be formed, and by forming a high-precision hardened layer as described above in a short time, a high-precision model can be modeled in a short time. It becomes.

また、本発明を適用した光造形装置51は、図1に示すように、移動架台4と、上述した走査手段12、空間光変調手段62、ビームスプリッタ43等からなる光学系55との何れか一方を紫外線硬化樹脂2の液面に平行な平面内でX方向及びY方向に移動させる移動手段56を備えている。尚、ここでは、移動手段56は、移動架台4を紫外線硬化樹脂2の液面に平行な平面内で略直交する二軸方向X,Yに駆動させる移動手段とするが、これに限られるものではなく、移動架台4及び光学系55の少なくとも一方を移動させることで相対的な位置を変化させるものであればよい。また、ここでは、移動架台4を樹脂貯留槽3に対しても液面に平行な平面内で移動させるように構成したが、この平面内での移動は、移動架台4と樹脂貯留槽3とを同時に移動させるように構成してもよい。   In addition, as shown in FIG. 1, the stereolithography apparatus 51 to which the present invention is applied is one of the movable gantry 4 and the optical system 55 including the scanning unit 12, the spatial light modulation unit 62, the beam splitter 43, and the like. A moving means 56 for moving one side in the X direction and the Y direction in a plane parallel to the liquid level of the ultraviolet curable resin 2 is provided. Here, the moving means 56 is a moving means for driving the moving gantry 4 in the biaxial directions X and Y substantially perpendicular to each other in a plane parallel to the liquid surface of the ultraviolet curable resin 2, but is not limited thereto. Instead, the relative position may be changed by moving at least one of the movable frame 4 and the optical system 55. In addition, here, the movable gantry 4 is configured to move in a plane parallel to the liquid level with respect to the resin storage tank 3 as well. May be configured to move simultaneously.

移動手段56は、例えば移動架台4をX方向及び/又はY方向に移動させ、移動架台4及び光学系55の水平面内における相対的な位置を変化させることにより、光学系55により移動架台4上及びこれに積層された硬化層上に、硬化層を形成可能な領域を液面に平行な面内で変えることができ、このように、ワーク領域を変更することができる。   The moving means 56 moves the moving gantry 4 in the X direction and / or the Y direction, for example, and changes the relative positions of the moving gantry 4 and the optical system 55 in the horizontal plane. On the cured layer laminated thereon, the region where the cured layer can be formed can be changed in a plane parallel to the liquid surface, and thus the work region can be changed.

このように、光造形装置51は、後述の制御部101に駆動制御されることにより、移動架台4及び移動手段56により、光学系55と移動架台4との相対的な位置関係をX,Y,Z方向に変化させることが可能である。尚、ここでは、X,Y,Z方向への相対位置の関係の変化を可能とするように構成したが、例えば、移動架台4をZ方向の軸回り方向にも変化させるように構成してもよく、このように構成することで、さらに、造形物を高速且つ高精細に形成することも可能である。   In this way, the optical modeling apparatus 51 is driven and controlled by the control unit 101 described later, so that the relative positional relationship between the optical system 55 and the movable gantry 4 is expressed by X and Y by the movable gantry 4 and the moving means 56. , Z direction can be changed. In this example, the relative position relationship in the X, Y, and Z directions can be changed. However, for example, the movable mount 4 can be changed in the direction around the Z axis. In addition, with this configuration, it is possible to form a modeled object at high speed and with high definition.

光造形装置51は、この移動手段56により移動架台4と光学系55との相対的な位置を変化させる動作と、光学系55の光及び光ビームにより硬化層を形成する動作とを順次繰り返す動作(以下、「ステップ&リピート動作」ともいう。)によりさらに広範囲な造形を行うことを実現し、すなわち、より大きな造形物を高精細に造形することが可能となる。   The optical modeling apparatus 51 sequentially repeats an operation of changing the relative position of the moving gantry 4 and the optical system 55 by the moving unit 56 and an operation of forming a hardened layer by the light and the light beam of the optical system 55. (Hereinafter, also referred to as “step and repeat operation”), it is possible to perform modeling in a wider range, that is, it is possible to model a larger modeled object with high definition.

ここで、このステップ&リピート動作について詳細に説明する。尚、以下の説明においては、この光造形装置1により紫外線硬化樹脂2の液面に平行な平面内の大きさが例えば10cm×10cm以内の寸法とされる造形物を作成するものとして説明する。また、造形物の液面に直交する所謂高さ方向の寸法は、移動架台4のZ方向の移動可能な範囲により決定される。   Here, the step & repeat operation will be described in detail. In the following description, it is assumed that a modeled object having a size within a plane parallel to the liquid level of the ultraviolet curable resin 2 is, for example, 10 cm × 10 cm or less is created by the optical modeling apparatus 1. The so-called height direction perpendicular to the liquid level of the modeled object is determined by the movable range of the movable mount 4 in the Z direction.

ステップ&リピート動作を可能とする光造形装置51は、例えば図18に示すように、この10cm×10cmの領域を造形物の各層を形成することができる最大の領域を示すワーク全体領域Wallとして、これを例えば1cm×1cmの個別の分割領域からなる各ワーク領域Wxyに分割し、この各ワーク領域Wxy毎に光学系55から光及び光ビームを照射して移動架台4上に硬化層を形成するとともに、順次、上述した移動手段56により移動架台4と光学系55との相対的な位置を変化することにより所望の造形物の各硬化層を形成する。 For example, as shown in FIG. 18, the stereolithography apparatus 51 that enables the step-and-repeat operation uses the 10 cm × 10 cm area as the entire work area W all indicating the maximum area where each layer of the modeled object can be formed. This is divided into respective work areas W xy composed of individual divided areas of, for example, 1 cm × 1 cm, and light and light beams are irradiated from the optical system 55 for each of the work areas W xy , and a hardened layer is formed on the movable frame 4. Each of the hardened layers of the desired model is formed by sequentially changing the relative positions of the moving gantry 4 and the optical system 55 by the moving means 56 described above.

具体的に図18中fallで示されるような目標二次元形状がワーク全体領域Wall内にあった場合に、まず、図18及び図19に示すように、移動架台4上の一のワーク領域W32に対向する位置に光学系55が位置する状態とされた場合の一のワーク領域W32において、一括露光光学系60の空間光変調手段62により空間変調された光による粗描画を行うことでこのワーク領域内の硬化層の大部分である一括描画部分a321を形成するとともに、ビームスキャン光学系10の走査手段12により走査された光ビームによる微細描画を行うことでこのワーク領域内の硬化層の微細部分である微細描画部分a322を形成する。これにより、一のワーク領域W32内の所定の形状f32の硬化層を形成することができる。 Specifically, when the target two-dimensional shape as indicated by “ fall” in FIG. 18 is in the entire work area W all , first, as shown in FIGS. in one of the work area W 32 when the optical system 55 is a state located in the position facing the area W 32, performs rough drawing by the spatial light modulated by the spatial light modulation means 62 of the collective exposure optical system 60 As a result, the batch drawing portion a 321 which is the majority of the hardened layer in the work area is formed, and the fine drawing by the light beam scanned by the scanning means 12 of the beam scanning optical system 10 is performed. A fine drawing portion a 322 which is a fine portion of the cured layer is formed. This makes it possible to form a cured layer of a predetermined shape f 32 in one work area W 32.

そして、移動手段56により移動架台4と光学系55との相対的な位置を変化することにより、移動架台4上の他のワーク領域Wxyに対向する位置に光学系55が位置する状態とする。このワーク領域Wxyにおいても、上述したワーク領域W32と同様に硬化層を形成し、このステップ&リピート動作を繰り返すことにより、造形物の各硬化層の一層を形成することができる。そして、上述のように、移動架台4をZ方向に移動させた後に、上述のステップ&リピート動作を行うことを順次繰り返して各硬化層を積層することで造形物を形成することができる。 Then, by changing the relative position of the moving gantry 4 and the optical system 55 by the moving means 56, the optical system 55 is positioned at a position facing the other work area Wxy on the moving gantry 4. . Also in the work area W xy, the hardened layer was formed in the same manner as the work area W 32 described above, by repeating this step-and-repeat operation, it is possible to form one layer of each cured layer of build material. And as above-mentioned, after moving the movable mount frame 4 to a Z direction, performing the above-mentioned step & repeat operation | movement can be repeated sequentially, and a molded article can be formed by laminating | stacking each hardening layer.

以上のように、移動架台4と光学系55との相対位置を変化させる移動手段56を有しステップ&リピート動作を行う光造形装置51は、比較的大きな範囲の領域を、高精細且つ短時間で硬化させることができ、これにより比較的大きな立体造形物を形成することを可能とする。   As described above, the stereolithography apparatus 51 that includes the moving unit 56 that changes the relative position between the movable gantry 4 and the optical system 55 and that performs the step-and-repeat operation can perform a high-definition and short-time operation in a relatively large area. Can be cured, thereby making it possible to form a relatively large three-dimensional model.

尚、上述では、1cm×1cm程度の所定の小領域において、一括露光光学系60により10μm程度のオーダで粗描画を行い、ビームスキャン光学系10により1μm程度のオーダで微細描画を行うとともに、ステップ&リピート動作を行うことにより10cm×10cm程度の比較的大きな造形物を実現するものとしたが、移動手段56により移動架台4等をさらに広範囲に移動させることでさらに大きな造形物の造形を実現できるとともに、一括露光光学系60の空間光変調手段62の画素数を変化させたり、ビームスキャン光学系10によりさらに小さなビームスポットを形成する構成に変えることでさらに微細な描画も実現できる。   In the above description, in a predetermined small area of about 1 cm × 1 cm, rough drawing is performed by the batch exposure optical system 60 on the order of about 10 μm, fine drawing is performed by the beam scanning optical system 10 on the order of about 1 μm, and step Although a relatively large model of about 10 cm × 10 cm is realized by performing the & repeat operation, it is possible to realize modeling of a larger model by moving the moving frame 4 and the like over a wider range by the moving means 56. At the same time, finer drawing can be realized by changing the number of pixels of the spatial light modulating means 62 of the batch exposure optical system 60 or changing the configuration to form a smaller beam spot by the beam scanning optical system 10.

ところで、本発明を適用した光造形装置51は、上述した光造形装置1と同様に、制御装置100を備えており、この制御装置100は、図20に示すように、制御部101と、入力部102と、操作部103とを備えている。   By the way, the optical modeling apparatus 51 to which the present invention is applied includes a control device 100 as in the optical modeling apparatus 1 described above. The control apparatus 100 includes a control unit 101 and an input as shown in FIG. A unit 102 and an operation unit 103 are provided.

制御部101は、図20に示すように、第1の光源11に対してレーザー制御を行い、シャッタ17に対して光ビームの透過・遮蔽の制御を行い、第1及び第2のガルバノミラー21,22の反射手段の回転駆動制御を行うことにより、ビームスキャン光学系10の微細描画の制御を行う。   As shown in FIG. 20, the control unit 101 performs laser control on the first light source 11, controls light beam transmission and shielding on the shutter 17, and performs first and second galvanometer mirrors 21. , 22 to control the rotational drive of the reflecting means, the fine drawing of the beam scanning optical system 10 is controlled.

また、光造形装置51において、制御部101は、第2の光源61に対して光強度等の制御を行い、シャッタ67に対して光の透過・遮蔽の制御を行い、空間光変調手段62の制御を行うことにより、一括露光光学系60の一括描画の制御を行う。   In the stereolithography apparatus 51, the control unit 101 controls the light intensity and the like with respect to the second light source 61, controls light transmission and shielding with respect to the shutter 67, and controls the spatial light modulation unit 62. By performing the control, the batch drawing of the batch exposure optical system 60 is controlled.

また、制御部101は、移動手段56を制御して、所定の分割領域に対応した移動架台4の所定に位置にワーク領域が位置するようにX,Y方向に移動架台4を移動させるとともに、所定の位置での分割領域の積層が完了したら次の所定の分割領域に対応した移動架台4の所定の位置にワーク領域が位置するようにX,Y方向に移動架台4を移動させる。また、制御部101は、所定の高さの硬化層の積層が完了したら、移動架台4を制御して、移動架台4を所定量だけ垂直方向Zに上昇させてワーク領域のZ方向の位置を変更して、形成層を変更する。   Further, the control unit 101 controls the moving means 56 to move the moving gantry 4 in the X and Y directions so that the work area is located at a predetermined position of the moving gantry 4 corresponding to the predetermined divided area. When the stacking of the divided areas at the predetermined position is completed, the movable gantry 4 is moved in the X and Y directions so that the work area is located at a predetermined position of the movable gantry 4 corresponding to the next predetermined divided area. Further, when the stacking of the hardened layers having a predetermined height is completed, the control unit 101 controls the moving gantry 4 to raise the moving gantry 4 in the vertical direction Z by a predetermined amount so that the position of the work area in the Z direction is increased. Change and change the formation layer.

さらに、制御部101は、PSD32で検出されたフォーカス検出信号を受け、このフォーカス検出信号に基づいてフォーカス補正信号を生成して、フォーカス調整用駆動部25に出力することで、フォーカス調整レンズ16を制御してフォーカス補正を行いフォーカス状態の調整を行うことができ、より一層の高精細な造形を実現する。   Further, the control unit 101 receives the focus detection signal detected by the PSD 32, generates a focus correction signal based on the focus detection signal, and outputs the focus correction signal to the focus adjustment driving unit 25, thereby causing the focus adjustment lens 16 to move. It is possible to control and correct the focus to adjust the focus state, thereby realizing further high-definition modeling.

さらにまた、制御部101は、PSD32で検出されたフォーカス検出信号を受け、このフォーカス検出信号に基づいてフォーカス補正信号を生成して、フォーカス調整用駆動部69に出力することで、空間光変調手段62を光軸方向に駆動制御して、フォーカス補正を行いフォーカス状態の調整を行うことができ、すなわち、一括露光光学系60による露光光の硬化層形成面上の投影サイズの調整を行うことができ、より一層の高精細な造形を実現する。   Furthermore, the control unit 101 receives the focus detection signal detected by the PSD 32, generates a focus correction signal based on the focus detection signal, and outputs the focus correction signal to the focus adjustment drive unit 69, thereby generating spatial light modulation means. 62 can be driven and controlled in the optical axis direction to perform focus correction and adjust the focus state. That is, the batch exposure optical system 60 can adjust the projection size of the exposure light on the cured layer forming surface. Achieving higher-definition modeling.

本発明を適用した光造形装置51は、硬化層形成面上の紫外線硬化樹脂2を描画することにより硬化層を形成するための所定の波長の光ビームを放射する描画用光源として第1の光源11と、第1の光源11から放射された光ビームを紫外線硬化樹脂2に走査させる走査手段12と、第1の光源11から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源31とを備え、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを硬化層形成面に照射し、硬化層形成面で反射された光ビームをPSD32等の反射光検出手段で検出する光により走査手段12により走査される光ビームのフォーカス状態を調整することにより、描画用の光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光させることができ、造形精度を向上させ高精細な光造形を行うことを実現する。すなわち、本発明を適用した光造形装置1は、フォーカス検出用の光ビームを用いて正確にフォーカス検出を行うとともにこの検出結果に応じて描画用の光ビームにより適切なスポット径で光硬化性樹脂の露光を行うことにより高精細な立体造形を実現する。また、光造形装置51は、その他の上述した光造形装置1の効果と同様の効果を有している。   The stereolithography apparatus 51 to which the present invention is applied is a first light source as a drawing light source that emits a light beam having a predetermined wavelength for forming a cured layer by drawing the ultraviolet curable resin 2 on the cured layer forming surface. 11, scanning means 12 for scanning the ultraviolet curable resin 2 with the light beam emitted from the first light source 11, and the ultraviolet curable resin 2 at a wavelength different from that of the light beam emitted from the first light source 11. A focus detection light source 31 that emits a light beam having a wavelength that does not cure, and irradiates the cured layer forming surface with the light beam emitted from the focus detection light source 31 and reflects the light beam reflected by the cured layer formation surface. By adjusting the focus state of the light beam scanned by the scanning means 12 with the light detected by the reflected light detection means such as PSD 32, the light beam for drawing is made of the ultraviolet curable resin 2. Layer appropriate spot diameter on the forming surface at can be condensed, it realizes to make a high-definition optical shaping to improve the molding accuracy. That is, the stereolithography apparatus 1 to which the present invention is applied accurately detects a focus using a light beam for focus detection, and uses a light curable resin with an appropriate spot diameter by a drawing light beam according to the detection result. High-definition 3D modeling is realized by performing this exposure. Moreover, the optical modeling apparatus 51 has the same effect as the effects of the optical modeling apparatus 1 described above.

さらに、本発明を適用した光造形装置51は、第1の光源11と、走査手段12と、フォーカス検出用光源31とを備え、さらに、紫外線硬化樹脂2の一定領域毎に照射される光を放射する一括露光用光源として第2の光源61と、第2の光源61から放射された光を空間変調して紫外線硬化樹脂2上の所定領域を一括露光させる空間光変調手段62とを備え、走査手段12により走査される光ビームと、空間光変調手段62により空間変調される光とにより、紫外線硬化樹脂2を硬化して各硬化層を形成することにより、すなわち、所望の各硬化層を形成する際に大部分一括して露光できる部分については、空間光変調手段62により空間変調される光を用いて短時間に硬化層を形成し、境界部及び境界部付近の微細な精度を要求される部分については、走査手段12により走査される光ビームにより高精度に硬化層を形成することにより、造形物の各硬化層を高速且つ高精度に形成することができ、これを積層することにより高精細な立体造形物を短時間で形成することを実現する。さらに、光造形装置51は、上述の正確なフォーカス検出を行うことにより、ビームスキャン光学系10の走査手段12により走査される光ビームの精度を向上させることができ、より高精細な立体造形物を短時間で形成することを実現する。   Furthermore, the stereolithography apparatus 51 to which the present invention is applied includes the first light source 11, the scanning unit 12, and the focus detection light source 31, and further emits light that is irradiated for each predetermined region of the ultraviolet curable resin 2. A second light source 61 as a collective exposure light source to be radiated; and spatial light modulation means 62 that spatially modulates the light emitted from the second light source 61 to collectively expose a predetermined region on the ultraviolet curable resin 2; By curing the ultraviolet curable resin 2 with the light beam scanned by the scanning means 12 and the light spatially modulated by the spatial light modulating means 62, each cured layer is formed, that is, each desired cured layer is formed. For the parts that can be exposed at the same time when forming, a hardened layer is formed in a short time using light that is spatially modulated by the spatial light modulation means 62, and fine precision around the boundary and the boundary is required. Part With respect to, by forming a hardened layer with high accuracy by the light beam scanned by the scanning means 12, each hardened layer of the modeled object can be formed at high speed and with high accuracy, and by stacking these layers, high definition is achieved. It is possible to form a simple three-dimensional model in a short time. Furthermore, the optical modeling apparatus 51 can improve the accuracy of the light beam scanned by the scanning unit 12 of the beam scanning optical system 10 by performing the above-described accurate focus detection, and can achieve a higher-definition three-dimensional modeled object. Can be formed in a short time.

また、本発明を適用した光造形装置51は、第1の光源11、走査手段12、第2の光源61、空間光変調手段62に加えて、これらの光学系55と移動架台4との何れか一方を液面に平行な平面内で移動させることで移動架台4と光学系55との相対的な位置を変化させる移動手段56とを備えることにより、走査手段12により走査される光ビームと、空間光変調手段62により空間変調される光とにより、所望の2次元形状を分割した分割形状を各ワーク領域に形成する動作と、移動手段56により移動架台4と光学系55との相対的な位置を変化する動作とを順次繰り返す所謂ステップ&リピート動作を行うことにより、走査手段12及び空間光変調手段62の性能により決定されるワーク領域より大きな各硬化層を高速且つ高精度に形成することができ、これを積層することにより、比較的大きな立体造形物を高精細且つ短時間で形成することを実現する。   In addition to the first light source 11, the scanning unit 12, the second light source 61, and the spatial light modulation unit 62, the optical modeling apparatus 51 to which the present invention is applied includes any one of the optical system 55 and the movable mount 4. By moving one of them in a plane parallel to the liquid level, and moving means 56 for changing the relative position of the moving gantry 4 and the optical system 55, a light beam scanned by the scanning means 12 is provided. The operation of forming a divided shape obtained by dividing the desired two-dimensional shape in each work area by the light spatially modulated by the spatial light modulation means 62, and the relative of the moving gantry 4 and the optical system 55 by the moving means 56. By performing so-called step-and-repeat operation that sequentially repeats the operation of changing the position, each cured layer larger than the work area determined by the performance of the scanning means 12 and the spatial light modulation means 62 can be quickly and highly accurate. Can be formed by laminating them, it realizes to form a relatively large three-dimensional object with high definition and in a short time.

さらに、本発明を適用した光造形装置51は、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを硬化層形成面に照射し、硬化層形成面で反射された光ビームをPSD32等の反射光検出手段で検出する光により空間光変調手段62により空間変調される光のフォーカス状態を調整することにより、一括露光用の光を紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切な投影サイズで光硬化性樹脂の露光を行うことにより一括露光光学系60により硬化層が形成される部分についても精度を高めることができ、より高精細な立体造形物をより短時間で形成することを実現する。   Furthermore, the optical modeling apparatus 51 to which the present invention is applied irradiates the cured layer forming surface with the light beam emitted from the focus detection light source 31, and detects the reflected light from the cured layer forming surface such as PSD 32. By adjusting the focus state of the light spatially modulated by the spatial light modulation means 62 with the light detected by the means, the light for batch exposure is photocured with an appropriate projection size on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 By performing the exposure of the photosensitive resin, the accuracy can be increased also for the portion where the hardened layer is formed by the batch exposure optical system 60, and a higher-definition three-dimensional model can be formed in a shorter time.

尚、上述の光造形装置1,51では、所謂液面規制法を用いたものであり、樹脂貯留槽3の底部に設けた透過部3aに液面規制板としての機能を発揮させ、樹脂貯留槽3の底部側から露光用の光ビーム又は光を入射させることにより、移動架台4とこの底部の透過部3aとの間に、すなわち、移動架台4の下面に硬化層を形成するような形式のものであるが、本発明を適用した光造形装置は、これに限られるものではなく、例えば、図21(a)に示すように、同様に液面規制法を用い、移動架台4の上方であって、樹脂貯留槽3の液面付近に、液面規制板を設け、この液面規制板の上方側から露光用の光ビーム及び/又は光を入射させることにより、移動架台4の上面に硬化層を形成するような構成としてもよい。   The above-mentioned stereolithography apparatuses 1 and 51 use a so-called liquid level regulating method, and the function as a liquid level regulating plate is exhibited in the transmission part 3a provided at the bottom of the resin reservoir 3 so as to store the resin. Form in which a hardened layer is formed between the movable frame 4 and the transmitting portion 3a at the bottom, that is, the lower surface of the movable frame 4 by making an exposure light beam or light incident from the bottom side of the tank 3 However, the optical modeling apparatus to which the present invention is applied is not limited to this. For example, as shown in FIG. In this case, a liquid level regulating plate is provided in the vicinity of the liquid level of the resin reservoir 3, and an exposure light beam and / or light is incident on the upper side of the liquid level regulating plate, whereby the upper surface of the movable mount 4 is placed. It is good also as a structure which forms a hardened layer.

すなわち、図21(a)に示す光造形装置71は、紫外線硬化樹脂2を貯留する樹脂貯留槽3と、この樹脂貯留槽3内に浸漬され形成される硬化層2aを上面側に保持するとともに少なくともこの紫外線硬化樹脂2の表面である液面に対して直交する垂直方向Zに移動可能とされる移動架台4と、この紫外線硬化樹脂2上に光を照射するための上述の光学系5又は光学系55とを有する。この光造形装置71において用いられる光学系は、上述した光学系5,55のいずれでもよく、光学系の構成及び機能については上述と同様であるので詳細な説明は省略する。   That is, the stereolithography apparatus 71 shown in FIG. 21A holds the resin storage tank 3 storing the ultraviolet curable resin 2 and the cured layer 2a formed by being immersed in the resin storage tank 3 on the upper surface side. At least the movable frame 4 that is movable in the vertical direction Z perpendicular to the liquid surface that is the surface of the ultraviolet curable resin 2, and the optical system 5 for irradiating the ultraviolet curable resin 2 with light or And an optical system 55. The optical system used in this stereolithography apparatus 71 may be any of the optical systems 5 and 55 described above, and the configuration and function of the optical system are the same as described above, and thus detailed description thereof is omitted.

この光造形装置71は、移動架台4の上方側であって樹脂貯留槽3の液面付近に、光学系5,55からの硬化用の光を透過させるとともに、液面規制板として機能する透明板72を有しており、光学系5,55からの光を透明板72を介して紫外線硬化樹脂2の硬化層を形成する領域である硬化層形成面に照射させることで硬化層を形成する。換言すると、移動架台4の上面、又は移動架台4の上面に形成された硬化層と、透明板72の下面との間には、所定の隙間が形成されており、この所定の隙間に存在する紫外線硬化樹脂2が光学系5,55からの光により露光され硬化層が形成される硬化層形成面となる。また、透明板72は、移動架台4の上面、又は移動架台4の上面に形成された硬化層との間に硬化層形成面としての隙間を形成し、その間の紫外線硬化樹脂2の振動、揺動等を発生させないように規制する液面規制板として機能する。   This stereolithography apparatus 71 is transparent above the moving gantry 4 and near the liquid surface of the resin reservoir 3 and transmits the curing light from the optical systems 5 and 55 and functions as a liquid level regulating plate. It has a plate 72 and forms a cured layer by irradiating light from the optical systems 5 and 55 to a cured layer forming surface which is a region for forming a cured layer of the ultraviolet curable resin 2 through the transparent plate 72. . In other words, a predetermined gap is formed between the upper surface of the movable gantry 4 or the hardened layer formed on the upper surface of the movable gantry 4 and the lower surface of the transparent plate 72, and exists in the predetermined gap. The ultraviolet curable resin 2 is exposed to light from the optical systems 5 and 55 to form a cured layer forming surface on which a cured layer is formed. In addition, the transparent plate 72 forms a gap as a hardened layer forming surface between the upper surface of the movable frame 4 or a cured layer formed on the upper surface of the movable frame 4, and the vibration and vibration of the ultraviolet curable resin 2 therebetween. It functions as a liquid level regulating plate that regulates not to cause movement or the like.

そして、光造形装置71は、光学系により光を照射し移動架台4の上面に硬化層を形成する動作と、この移動架台4を垂直方向Zに下方に移動する動作とを順次繰り返すことにより立体造形を行う。   Then, the stereolithography apparatus 71 performs a three-dimensional operation by sequentially repeating an operation of irradiating light with an optical system to form a hardened layer on the upper surface of the movable mount 4 and an operation of moving the movable mount 4 downward in the vertical direction Z. Perform modeling.

本発明を適用した光造形装置71は、上述した光造形装置1,51と同様に、描画用光源として第1の光源11と、走査手段12と、フォーカス検出用光源31とを備え、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを硬化層形成面に照射し、硬化層形成面で反射された光ビームをPSD32等の反射光検出手段で検出する光により走査手段12により走査される光ビームのフォーカス状態を調整することにより、描画用の光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光させることができ、造形精度を向上させ高精細な光造形を行うことを実現する。   Similarly to the optical modeling apparatuses 1 and 51 described above, the optical modeling apparatus 71 to which the present invention is applied includes the first light source 11, the scanning unit 12, and the focus detection light source 31 as a drawing light source, and focus detection. The light beam emitted from the light source 31 is irradiated onto the hardened layer forming surface, and the light beam scanned by the scanning means 12 is detected by the light detected by the reflected light detecting means such as PSD 32. By adjusting the focus state, the drawing light beam can be condensed on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 with an appropriate spot diameter, and the modeling accuracy is improved and high-precision optical modeling is performed. Realize that.

また、上述の光造形装置1,51,71は、所謂液面規制法を用いたものであるが、本発明を適用した光造形装置は、これに限られるものではなく、例えば、図21(b)に示すように、所謂自由液面法を用いたものであってもよい。   Moreover, although the above-mentioned stereolithography apparatus 1,51,71 uses what is called a liquid level control method, the stereolithography apparatus to which this invention is applied is not restricted to this, For example, FIG. As shown in b), a so-called free liquid level method may be used.

すなわち、図21(b)に示す光造形装置76は、紫外線硬化樹脂2を貯留する樹脂貯留槽3と、この樹脂貯留槽3内に浸漬され形成される硬化層2aを上面側に保持するとともに少なくともこの紫外線硬化樹脂2の表面である液面に対して直交する垂直方向Zに移動可能とされる移動架台4と、この紫外線硬化樹脂2上に光を照射するための上述の光学系5又は光学系55とを有する。この光造形装置71において用いられる光学系は、上述した光学系5,55のいずれでもよく、光学系の構成及び機能については上述と同様であるので詳細な説明は省略する。   That is, the optical modeling apparatus 76 shown in FIG. 21B holds the resin storage tank 3 storing the ultraviolet curable resin 2 and the cured layer 2a formed by being immersed in the resin storage tank 3 on the upper surface side. At least the movable frame 4 that is movable in the vertical direction Z perpendicular to the liquid surface that is the surface of the ultraviolet curable resin 2, and the optical system 5 for irradiating the ultraviolet curable resin 2 with light or And an optical system 55. The optical system used in this stereolithography apparatus 71 may be any of the optical systems 5 and 55 described above, and the configuration and function of the optical system are the same as described above, and thus detailed description thereof is omitted.

この光造形装置76は、移動架台4を樹脂貯留槽3内の垂直方向Zに移動させることにより、移動架台4又はこの上に既に積層された硬化層のうち最も上方側に位置する硬化層の上面が紫外線硬化樹脂2の液面より硬化層の厚み分程度の距離だけ下方側に位置するようにすることで、この移動架台4又はこの上に既に積層された硬化層上の紫外線硬化樹脂2に上方側から光学系5,55からの光を照射させることで硬化層を形成する。ここで、紫外線硬化樹脂の液面が硬化層形成面となる。尚、この光造形装置76において、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームは、硬化層形成面である樹脂液面で反射され、この反射光をPSD32で検出することによりフォーカス状態を検出することとなる。   This stereolithography apparatus 76 moves the movable gantry 4 in the vertical direction Z in the resin storage tank 3, so that the hardened layer located on the uppermost side of the movable gantry 4 or the cured layer already laminated on the movable gantry 4. The upper surface is positioned below the liquid surface of the ultraviolet curable resin 2 by a distance corresponding to the thickness of the cured layer, so that the ultraviolet curable resin 2 on the movable gantry 4 or the cured layer already laminated thereon is provided. A cured layer is formed by irradiating light from the optical systems 5 and 55 from above. Here, the liquid surface of the ultraviolet curable resin becomes the cured layer forming surface. In this stereolithography apparatus 76, the light beam emitted from the focus detection light source 31 is reflected by the resin liquid surface, which is the hardened layer forming surface, and the focus state is detected by detecting this reflected light with the PSD 32. It will be.

そして、光造形装置76は、光学系により光を照射し移動架台4の上面に硬化層を形成する動作と、この移動架台4を垂直方向Zに下方に移動する動作とを順次繰り返すことにより立体造形を行う。   Then, the stereolithography apparatus 76 three-dimensionally repeats an operation of irradiating light with an optical system to form a hardened layer on the upper surface of the movable mount 4 and an operation of moving the movable mount 4 downward in the vertical direction Z. Perform modeling.

本発明を適用した光造形装置76は、上述した光造形装置1,51と同様に、描画用光源として第1の光源11と、走査手段12と、フォーカス検出用光源31とを備え、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを硬化層形成面に照射し、硬化層形成面で反射された光ビームをPSD32等の反射光検出手段で検出する光により走査手段12により走査される光ビームのフォーカス状態を調整することにより、描画用の光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光させることができ、造形精度を向上させ高精細な光造形を行うことを実現する。尚、この光造形装置71、76においても、上述した光造形装置51の移動手段56のような移動手段をさらに追加して設けるように構成してもよい。   The optical modeling apparatus 76 to which the present invention is applied includes the first light source 11, the scanning unit 12, and the focus detection light source 31 as a drawing light source, as in the optical modeling apparatuses 1 and 51 described above, and performs focus detection. The light beam emitted from the light source 31 is irradiated onto the hardened layer forming surface, and the light beam scanned by the scanning means 12 is detected by the light detected by the reflected light detecting means such as PSD 32. By adjusting the focus state, the drawing light beam can be condensed on the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 with an appropriate spot diameter, and the modeling accuracy is improved and high-precision optical modeling is performed. Realize that. Note that the optical modeling apparatuses 71 and 76 may be configured to further include moving means such as the moving means 56 of the optical modeling apparatus 51 described above.

次に、上述のような光造形装置を用いた光造形方法について説明する。尚、以下では、図14を用いて説明した光造形装置51を用いた光造形方法について説明し、図2を用いて説明した光造形装置1を用いた光造形方法については、以下に説明する光造形装置51の場合と、一括露光光学系60及び移動手段56を用いることを除いて同様であるので、詳細な説明は省略する。   Next, an optical modeling method using the optical modeling apparatus as described above will be described. In addition, below, the optical modeling method using the optical modeling apparatus 51 demonstrated using FIG. 14 is demonstrated, and the optical modeling method using the optical modeling apparatus 1 demonstrated using FIG. 2 is demonstrated below. Since it is the same as the case of the optical modeling apparatus 51 except using the batch exposure optical system 60 and the moving means 56, detailed description is abbreviate | omitted.

本発明を適用した光造形方法は、入力手段により入力された3次元形状データに基づいて、液状の光硬化性樹脂としての紫外線硬化樹脂2上に光を照射して硬化層を順次形成することにより所望の形状の造形物を形成するものである。   In the stereolithography method to which the present invention is applied, a cured layer is sequentially formed by irradiating light onto the ultraviolet curable resin 2 as a liquid photocurable resin based on the three-dimensional shape data input by the input means. Thus, a shaped article having a desired shape is formed.

この光造形方法は、図22に示すように、入力部102により3次元形状データを入力するステップS1と、入力された3次元形状データに基づいて、各層毎の2次元形状データを生成するステップS2と、生成された2次元形状データに基づいて、各層を液面に平行な平面内で分割した複数の分割領域毎の分割領域形状データを生成するステップS3と、生成された各分割領域形状データに基づいて、一括露光光学系60により一括露光させて所定領域を形成するための第1のデータと、ビームスキャン光学系10により微細描画させて残りの領域を形成するための第2のデータとを生成するステップS4と、フォーカス検出光学系35により得られるフォーカス検出情報に基づいてフォーカス調整を行いながら、第1のデータに基づいて、一括露光光学系60により一括露光するとともに、第2のデータに基づいて、ビームスキャン光学系10により微細描画して各分割領域Wxyを形成することにより硬化層を順次形成するステップS5とを有する。 In this stereolithography method, as shown in FIG. 22, step S1 of inputting three-dimensional shape data by the input unit 102, and step of generating two-dimensional shape data for each layer based on the input three-dimensional shape data S2 and step S3 for generating divided region shape data for each of the plurality of divided regions obtained by dividing each layer in a plane parallel to the liquid surface based on the generated two-dimensional shape data, and each generated divided region shape Based on the data, first data for forming a predetermined region by batch exposure by the batch exposure optical system 60 and second data for forming a remaining region by fine drawing by the beam scan optical system 10 Based on the first data while performing the focus adjustment based on the focus detection information obtained by the focus detection optical system 35. As well as batch exposure by batch exposure optical system 60, having based on the second data, and a step S5 of sequentially forming a cured layer by forming the divided regions W xy finely drawn by the beam scanning optical system 10 .

ステップS1では、入力部102により目標とする所望の形状の立体造形物のCADデータ等の3次元形状データを制御装置100の制御部101内に入力する。   In step S <b> 1, three-dimensional shape data such as CAD data of a desired three-dimensional object having a desired shape is input into the control unit 101 of the control device 100 by the input unit 102.

ステップS2では、入力された3次元形状データを、例えばSTLフォーマット等の3次元形状データに変換するとともに、この3次元形状データを積層方向であるZ方向に輪切り状にスライスして、各層毎の2次元形状データを生成する。尚、この際に、操作部103により立体造形物の配置姿勢・向き及び積層方向を選択し、又は積層方向の厚さを選択できるように構成してもよい。   In step S2, the input three-dimensional shape data is converted into three-dimensional shape data such as an STL format, and the three-dimensional shape data is sliced in the Z direction, which is the stacking direction. Two-dimensional shape data is generated. In addition, you may comprise so that the arrangement | positioning attitude | position and orientation of a three-dimensional molded item and the lamination direction can be selected by this operation part 103, or the thickness of a lamination direction can be selected.

ステップS3では、生成された2次元形状データに基づいて、これを上述した1cm×1cmの所定の各ワーク領域Wxyに対応した分割領域に分割して、各ワーク領域Wxy毎の2次元形状データfxyである分割領域形状データを生成する。 In step S3, based on the generated two-dimensional shape data, which is divided into divided regions corresponding to each of the predetermined work area W xy of 1 cm × 1 cm as described above, two-dimensional shape of each work area W xy The divided region shape data which is the data f xy is generated.

ステップS4では、得られた各ワーク領域Wxy毎の分割領域形状データに基づいて、一括露光させて所定領域を形成するための、すなわち、空間光変調手段62により紫外線硬化樹脂2上の一定領域毎に一括露光させて硬化層の所定領域である一括描画部分を形成するための第1のデータと、ビームスキャン光学系10により微細描画させて残りの領域を形成するための、すなわち、走査手段12により硬化性樹脂上に光ビームを走査することにより硬化層の残りの領域である微細描画部分を形成するための第2のデータとを生成する。 In step S4, based on the obtained divided area shape data for each work area W xy , a predetermined area is formed by batch exposure, that is, a certain area on the ultraviolet curable resin 2 by the spatial light modulation means 62. First data for forming a batch drawing portion which is a predetermined region of the hardened layer by batch exposure for each time, and forming a remaining region by fine drawing by the beam scanning optical system 10, that is, scanning means By scanning the light beam on the curable resin in step 12, the second data for forming the fine drawing portion which is the remaining region of the cured layer is generated.

尚、ここで説明したステップS3,S4では、2次元形状データから分割領域形状データを生成した後に、この分割領域形状データに基づいて第1のデータ及び第2のデータを生成するようにしたが、これに限られるものではなく、2次元形状データに基づいて、一括露光光学系により一括露光させて所定領域である一括描画部分を形成するための第1のデータと、ビームスキャン光学系により微細描画させて残りの領域を形成するための微細描画部分を形成するための第2のデータとを生成し、その後に、それぞれ第1及び第2のデータの分割領域形状データを生成するように構成してもよい。   In steps S3 and S4 described here, after the divided area shape data is generated from the two-dimensional shape data, the first data and the second data are generated based on the divided area shape data. However, the present invention is not limited to this. Based on the two-dimensional shape data, the first data for forming a batch drawing portion which is a predetermined area by batch exposure using the batch exposure optical system and the beam scan optical system The second data for forming the fine drawing portion for forming the remaining area by drawing is generated, and then the divided area shape data of the first and second data is respectively generated. May be.

ステップS5は、図23に示すように、各ワーク領域Wxyにおいて、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを硬化層形成面に照射し、硬化層形成面で反射された光ビームを検出し、第1のデータ及びこのフォーカス結果に基づいて、空間光変調手段62により光を空間変調して紫外線硬化樹脂2上の所定領域をフォーカス状態(投影サイズ)を調整しながら一括露光するとともに、第2のデータ及びこのフォーカス検出結果に基づいて、走査手段12により光ビームをフォーカス状態を調整しながら紫外線硬化樹脂2上に走査することにより硬化層の分割部分を形成するステップS5−1と、移動手段56により、光学系55と移動架台4との相対的な位置を変化させてワーク領域Wxyを変更するステップS5−2と、同一層における各分割領域の積層が完了したことを確認するステップS5−3と、所定の高さの同一層の硬化層が形成されたら移動架台4をZ方向の位置を上方に移動させて形成層を変更するステップS5−4と、全ての硬化層の積層が完了したことを確認するステップS5−5とを有する。 In step S5, as shown in FIG. 23, in each work area Wxy , the light beam emitted from the light source 31 for focus detection is irradiated to the hardened layer forming surface, and the light beam reflected by the hardened layer forming surface is detected. Then, based on the first data and the focus result, the spatial light modulation means 62 spatially modulates the light so that a predetermined area on the ultraviolet curable resin 2 is collectively exposed while adjusting the focus state (projection size), and Based on the second data and the focus detection result, step S5-1 of forming a divided portion of the cured layer by scanning the light beam on the ultraviolet curable resin 2 while adjusting the focus state by the scanning unit 12, by the moving means 56, by changing the relative position between the optical system 55 and the moving platform 4 and step S5-2 of changing the work area W xy, the Step S5-3 for confirming that the lamination of each divided region in the layer is completed, and when the hardened layer of the same layer having a predetermined height is formed, the movable base 4 is moved upward in the Z direction to form the layer Step S5-4, and step S5-5 for confirming that all the hardened layers have been stacked.

ステップS5−1では、フォーカス検出用光源31からフォーカス検出用の光ビームを放射し、紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面で反射されたフォーカス検出用の光ビームをPSD32で検出してフォーカス検出信号を生成し、第1の光源11から紫外線硬化樹脂2上に描画するために光ビームを放射し、第1の光源11から放射された光ビームを走査手段12によりフォーカス検出信号に基づいてフォーカス状態を調整するとともに走査させ、第2の光源61から紫外線硬化樹脂2上の一定領域毎に照射させる光を放射し、第2の光源61から放射された光を空間光変調手段62によりフォーカス検出信号に基づいて投影サイズ(フォーカス状態)を調整するとともに空間変調させ、走査手段12により走査された光ビームにより紫外線硬化樹脂2上を走査させ、空間光変調手段62により空間変調された光により紫外線硬化樹脂2上の所定領域を一括露光させることにより、各分割領域の紫外線硬化樹脂2を硬化させて、造形物の各硬化層の分割領域を形成する。   In step S5-1, a focus detection light beam is emitted from the focus detection light source 31, and the focus detection light beam reflected by the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 is detected by the PSD 32 to detect a focus detection signal. The light beam is emitted from the first light source 11 for drawing on the ultraviolet curable resin 2, and the light beam emitted from the first light source 11 is focused on the basis of the focus detection signal by the scanning unit 12. The second light source 61 emits light to be irradiated for each predetermined region on the ultraviolet curable resin 2, and the light emitted from the second light source 61 is emitted from the spatial light modulator 62 by the focus detection signal. The projection size (focus state) is adjusted on the basis of the light intensity and spatial modulation is performed. By scanning the resin 2 and exposing a predetermined area on the ultraviolet curable resin 2 with the light spatially modulated by the spatial light modulation means 62, the ultraviolet curable resin 2 in each divided area is cured, A divided region of each hardened layer is formed.

ステップS5−2では、移動手段56により移動架台4をX方向及び/又はY方向に移動させてワーク領域Wxyが分割領域形状データに対応した位置となるようにする。 In step S5-2, the moving platform 4 is moved in the X and / or Y direction work area W xy is set to be a position corresponding to the divided area shape data by the moving means 56.

ステップS5−3では、同一層において全ての分割領域の積層が完了したか否かを確認する。分割領域の積層が完了していない場合には、ステップS5−1に戻り、ステップS5−1、ステップS5−2を繰り返すようにする。同一層における全ての分割領域の積層が完了している場合には、ステップS5−4に進む。   In step S5-3, it is confirmed whether or not the lamination of all the divided regions in the same layer is completed. If the stacking of the divided areas has not been completed, the process returns to step S5-1, and steps S5-1 and S5-2 are repeated. When the lamination of all the divided areas in the same layer is completed, the process proceeds to step S5-4.

ステップS5−4では、移動架台4を垂直方向Zの上方側に移動させて次に硬化層を形成するための位置にワーク領域Wxyが位置するように移動させて、形成層を変更する。 In step S5-4, the movable gantry 4 is moved to the upper side in the vertical direction Z and then moved so that the work area Wxy is positioned at a position for forming the hardened layer, thereby changing the formation layer.

ステップS5−5では、立体造形物の全ての硬化層の積層が完了したか否かを確認する。立体造形物の全ての硬化層の積層が完了していない場合には、ステップS5−1に戻り、ステップS5−1〜S5−4を繰り返すようにする。   In step S5-5, it is confirmed whether or not the lamination of all the hardened layers of the three-dimensional structure has been completed. When the lamination | stacking of all the hardened layers of a three-dimensional molded item is not completed, it returns to step S5-1 and repeats steps S5-1 to S5-4.

このように、ステップS5では、上述のステップS5−1〜ステップS5−3で説明したように、所定の高さの同一層における各ワーク領域Wxy毎に第1のデータに基づいて一括露光光学系60により一括露光するとともに、第2のデータに基づいてビームスキャン光学系10により微細描画して硬化層の分割領域を形成するとともに、順次ワーク領域を変更することで2次元形状データに基づいた同一層内の分割領域が全て形成されて一層の硬化層が得られたら、垂直方向Zの高さを変えて順次これを繰り返すことにより立体造形物が形成される。 Thus, in step S5, as described in step S5-1~ step S5-3 described above, collective exposure optical based on the first data to each work area W each xy in the same layer of a predetermined height Based on the two-dimensional shape data by performing batch exposure by the system 60 and finely drawing by the beam scan optical system 10 based on the second data to form a divided region of the hardened layer and sequentially changing the work region. When all the divided regions in the same layer are formed and one layer of the hardened layer is obtained, the three-dimensional structure is formed by changing the height in the vertical direction Z and sequentially repeating this.

尚、上述の光造形方法において、光造形装置1に移動手段56を設けない場合や、造形すべき立体造形物の平面方向の大きさが所定のワーク領域内に含まれてしまう程度に小さい場合にはステップS3を設けなくてもよく、この場合には、ステップS2で生成された「2次元形状データ」がS4以降の「分割領域形状データ」となるとともに、ステップS5におけるステップS5−2及びS5−3を行わない。   In the above-described optical modeling method, when the moving unit 56 is not provided in the optical modeling apparatus 1, or when the size of the three-dimensional model to be modeled is small enough to be included in the predetermined work area. Step S3 may not be provided. In this case, the “two-dimensional shape data” generated in Step S2 becomes “divided region shape data” after S4, and Steps S5-2 and S5-2 in Step S5 S5-3 is not performed.

以上のように、本発明を適用した光造形方法は、硬化層形成面上の紫外線硬化樹脂2を描画することにより硬化層を形成するための所定の波長の光ビームを放射する描画用光源として第1の光源11と、第1の光源11から放射される光ビームとは異なる波長で且つ紫外線硬化樹脂2を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源31との、それぞれから光ビームを放射し、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面に照射し、硬化層形成面で反射された光ビームを検出することにより、第1の光源11から放射された光ビームを紫外線硬化樹脂2に走査させる走査手段12によりフォーカス状態を調整するとともに硬化層形成面上を走査させることにより、描画用の光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切なスポット径で集光させることができ、造形精度を向上させ高精細な光造形を行うことを実現する。すなわち、本発明を適用した光造形方法は、フォーカス検出用の光ビームを用いて正確にフォーカス検出を行うとともにこの検出結果に応じて描画用の光ビームにより適切なスポット径で光硬化性樹脂の露光を行うことにより高精細な立体造形を実現する。   As described above, the stereolithography method to which the present invention is applied is a drawing light source that emits a light beam of a predetermined wavelength for forming a cured layer by drawing the ultraviolet curable resin 2 on the cured layer forming surface. From each of the first light source 11 and the focus detection light source 31 that emits a light beam having a wavelength different from that of the light beam emitted from the first light source 11 and not curing the ultraviolet curable resin 2. By irradiating the light beam emitted from the light source 31 for focus detection onto the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 and detecting the light beam reflected by the cured layer forming surface, the first beam is emitted. By adjusting the focus state by the scanning unit 12 that scans the ultraviolet light curable resin 2 with the light beam emitted from the light source 11 and scanning the cured layer forming surface, the optical beam for drawing is drawn. Beam to can be condensed with the appropriate spot diameter on the hardened layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2, it realizes to make a high-definition optical shaping to improve the molding accuracy. That is, the stereolithography method to which the present invention is applied accurately detects the focus using the light beam for focus detection, and uses the light beam for drawing according to the detection result to make the photocurable resin with an appropriate spot diameter. High-definition three-dimensional modeling is realized by performing exposure.

また、本発明を適用した光造形方法は、第1の光源11から紫外線硬化樹脂2上に描画するために光ビームを放射し、第1の光源11から放射された光ビームを走査手段12により走査させ、第2の光源61から紫外線硬化樹脂2上の一定領域毎に照射させる光を放射し、第2の光源61から放射された光を空間光変調手段62により空間変調させ、走査手段12により走査された光ビームにより紫外線硬化樹脂2上を描画させ、空間光変調手段62により空間変調された光により紫外線硬化樹脂2上の所定領域を一括露光させることにより、造形物の各硬化層を形成することにより、所望の各硬化層を形成する際に大部分一括して露光できる部分については、空間光変調手段62により空間変調される光を用いて短時間に硬化層を形成し、境界部及び境界部付近の微細な精度を要求される部分については、走査手段12により走査される光ビームにより高精度に硬化層を形成することにより、造形物の各硬化層を高速且つ高精度に形成することができ、これを積層することにより高精細な立体造形物を短時間で形成することを実現する。   Further, in the stereolithography method to which the present invention is applied, a light beam is emitted from the first light source 11 to draw on the ultraviolet curable resin 2, and the light beam emitted from the first light source 11 is emitted by the scanning unit 12. Scanning means 12 emits light emitted from the second light source 61 for each predetermined region on the ultraviolet curable resin 2, and the light emitted from the second light source 61 is spatially modulated by the spatial light modulation means 62, and the scanning means 12. By drawing light on the ultraviolet curable resin 2 with the light beam scanned by the above, and exposing a predetermined region on the ultraviolet curable resin 2 with the light spatially modulated by the spatial light modulation means 62, each cured layer of the modeled object By forming the desired cured layer, a portion that can be exposed in a lump is formed using a light that is spatially modulated by the spatial light modulator 62 in a short time, For the parts that require fine accuracy near the boundary and boundary portions, each cured layer of the model is formed at high speed and with high accuracy by forming the cured layer with high accuracy by the light beam scanned by the scanning means 12. It is possible to form a three-dimensional shaped object in a short time by stacking these.

また、本発明を適用した光造形方法は、硬化層形成面上の紫外線硬化樹脂2を一定領域毎に照射することにより硬化層を形成するための一括露光用の光を放射する一括露光用光源として第2の光源61と、フォーカス検出用光源31との、それぞれから光ビームを放射し、フォーカス検出用光源31から放射された光ビームを紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面に放射し、硬化層形成面で反射された光ビームを検出することにより、第2の光源61から放射された光を紫外線硬化樹脂2に空間変調して一括露光する空間光変調手段62によりフォーカス状態を調整するとともに硬化層形成面上を走査させることにより、一括露光用の光を紫外線硬化樹脂2の硬化層形成面上に適切な投影サイズで光硬化性樹脂の露光を行うことにより一括露光光学系60により硬化層が形成される部分についても精度を高めることができ、より高精細な立体造形物をより短時間で形成することを実現する。   In addition, the stereolithography method to which the present invention is applied includes a collective exposure light source that emits collective exposure light for forming a cured layer by irradiating the ultraviolet curable resin 2 on the cured layer forming surface for each predetermined region. The light beam is emitted from each of the second light source 61 and the focus detection light source 31, and the light beam emitted from the focus detection light source 31 is emitted to the cured layer forming surface of the ultraviolet curable resin 2 to be cured. By detecting the light beam reflected by the layer forming surface, the light emitted from the second light source 61 is spatially modulated to the ultraviolet curable resin 2 and the focus state is adjusted by the spatial light modulation means 62 that performs batch exposure. By scanning the cured layer forming surface, the batch exposure light is obtained by exposing the photocurable resin to an appropriate projection size on the cured layer forming surface of the UV curable resin 2 with the light for batch exposure. Also it can improve the accuracy for parts hardened layer is formed by the system 60, to achieve the formation in a shorter time the higher resolution three-dimensional object.

また、本発明を適用した光造形方法は、入力部102により入力された3次元形状データに基づいて、紫外線硬化樹脂2上に光を照射して硬化層を順次形成することにより所望の形状の造形物を形成する光造形方法であって、入力部102により3次元形状データを入力するステップS1と、入力された3次元形状データに基づいて、各層毎の2次元形状データを生成するステップS2と、この2次元形状データに基づいて、空間光変調手段62により紫外線硬化樹脂2上に一定領域毎に一括露光させて硬化層の所定領域を形成するための第1のデータと、走査手段12により紫外線硬化樹脂2上に光ビームを走査することにより硬化層の残りの領域を形成するための第2のデータとを生成するステップS4と、フォーカス検出光学系35により得られるフォーカス検出情報に基づいてフォーカス調整を行いながら、第1のデータに基づいて、空間光変調手段62により光を空間変調して紫外線硬化樹脂2上の所定の領域を一括露光するとともに、第2のデータに基づいて、走査手段12により光ビームを紫外線硬化樹脂2上に走査することにより硬化層を順次形成するステップS5とを有することにより、造形物の各硬化層を高速且つ高精度に形成することができ、これを順次積層することにより、高精細な立体造形物を短時間で形成することを実現する。   Further, the stereolithography method to which the present invention is applied has a desired shape by sequentially irradiating light on the ultraviolet curable resin 2 to form a cured layer based on the three-dimensional shape data input by the input unit 102. An optical modeling method for forming a modeled object, in which step S1 inputs three-dimensional shape data by the input unit 102, and step S2 generates two-dimensional shape data for each layer based on the input three-dimensional shape data. Based on the two-dimensional shape data, the first data for forming a predetermined region of the cured layer by collectively exposing the ultraviolet curable resin 2 on the ultraviolet curable resin 2 for each predetermined region based on the two-dimensional shape data, and the scanning unit 12 To generate the second data for forming the remaining region of the cured layer by scanning the light beam on the ultraviolet curable resin 2 and the focus detection optical system 35. While performing focus adjustment based on the obtained focus detection information, based on the first data, spatial light is spatially modulated by the spatial light modulation means 62 and a predetermined area on the ultraviolet curable resin 2 is collectively exposed, Based on the second data, the scanning means 12 scans a light beam onto the ultraviolet curable resin 2 to sequentially form a cured layer, thereby enabling each cured layer of the model to be formed at high speed and high accuracy. By sequentially laminating these, it is possible to form a high-definition three-dimensional model in a short time.

また、本発明を適用した光造形方法は、入力部102により入力された3次元形状データに基づいて、紫外線硬化樹脂2上に光を照射して硬化層を順次形成することにより、紫外線硬化樹脂2に浸漬され少なくとも光硬化性樹脂の液面に対して直交する方向に移動される移動架台4上に所望の形状の造形物を形成する光造形方法において、入力部102により3次元形状データを入力するステップS1と、入力された3次元形状データに基づいて、各層毎の2次元形状データを生成するステップS2と、各層毎の2次元形状データに基づいて、各層を液面に平行な平面内で分割した複数の分割領域毎の分割領域形状データを生成するステップS3と、分割領域形状データに基づいて、空間光変調手段62により紫外線硬化樹脂2上に一定領域毎に一括露光させて硬化層の分割領域の所定領域を形成するための第1のデータと、走査手段12により紫外線硬化樹脂2上に光ビームを走査することにより硬化層の分割領域の残りの領域を形成するための第2のデータとを生成するステップS4と、フォーカス検出光学系35により得られるフォーカス検出情報に基づいてフォーカス調整を行いながら、第1のデータに基づいて、空間光変調手段62により光を空間変調して紫外線硬化樹脂2上の所定の領域を一括露光し、第2のデータに基づいて、走査手段12により光ビームを紫外線硬化樹脂2上に走査することにより各分割領域を形成するとともに、順次空間光変調手段62及び走査手段12と、移動架台4との液面に平行な平面内での位置関係を変化させることによりワーク領域を変更して得られる硬化層を順次形成・積層するステップS5とを有することにより、造形物の各硬化層の各分割領域を高速且つ高精度に形成することができ、これにより造形物を高速且つ高精度に形成することができ、これを順次積層することにより、比較的大きな立体造形物を高精細且つ短時間で形成することを実現する。   Moreover, the stereolithography method to which the present invention is applied is based on the three-dimensional shape data input by the input unit 102, and the ultraviolet curable resin 2 is irradiated with light to sequentially form a cured layer, thereby forming the ultraviolet curable resin. In an optical modeling method for forming a modeled object having a desired shape on a movable gantry 4 that is immersed in 2 and moved in a direction orthogonal to at least the liquid surface of the photocurable resin, three-dimensional shape data is input by the input unit 102. Step S1 for inputting, Step S2 for generating two-dimensional shape data for each layer based on the inputted three-dimensional shape data, and a plane parallel to the liquid surface based on the two-dimensional shape data for each layer Step S3 for generating divided region shape data for each of the plurality of divided regions and a predetermined region on the ultraviolet curable resin 2 by the spatial light modulator 62 based on the divided region shape data. The first data for forming a predetermined region of the divided region of the hardened layer by performing the batch exposure to the first and the remaining region of the hardened layer divided region by scanning the light beam on the ultraviolet curable resin 2 by the scanning means 12 The spatial light modulating means 62 based on the first data while performing the focus adjustment based on the focus detection information obtained by the focus detection optical system 35 in step S4 for generating the second data for forming The light is spatially modulated by the above and a predetermined area on the ultraviolet curable resin 2 is collectively exposed, and each divided area is scanned by scanning the light beam on the ultraviolet curable resin 2 by the scanning means 12 based on the second data. The work area is formed by sequentially changing the positional relationship in the plane parallel to the liquid level of the spatial light modulation means 62 and the scanning means 12 and the movable frame 4. Step S5 for sequentially forming and laminating the cured layers obtained by the change, each divided region of each cured layer of the modeled object can be formed at high speed and with high accuracy, whereby the modeled object can be formed at high speed and at high speed. It can be formed with high accuracy, and by sequentially laminating these, it is possible to form a relatively large three-dimensional object in a high definition and in a short time.

本発明を適用した光造形装置の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the optical modeling apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した光造形装置の光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the optical modeling apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した光造形装置を構成する対物レンズの機能を説明するための図であり、対物レンズとしてfθレンズを用いた場合の模式図である。It is a figure for demonstrating the function of the objective lens which comprises the stereolithography apparatus to which this invention is applied, and is a schematic diagram at the time of using an f (theta) lens as an objective lens. 本発明を適用した光造形装置を構成する第1及び第2のガルバノミラーと対物レンズとの機能を説明するための図であり、第1のガルバノミラーと対物レンズとの模式図である。It is a figure for demonstrating the function of the 1st and 2nd galvanometer mirror and objective lens which comprise the stereolithography apparatus to which this invention is applied, and is a schematic diagram of a 1st galvanometer mirror and an objective lens. 本発明を適用した光造形装置を構成する第1及び第2のリレーレンズの機能を説明するための図であり、両側テレセントリック結像光学系の一例を示す模式図である。It is a figure for demonstrating the function of the 1st and 2nd relay lens which comprises the optical modeling apparatus to which this invention is applied, and is a schematic diagram which shows an example of a both-side telecentric imaging optical system. 本発明を適用した光造形装置のビームスキャン光学系等における、ビームスキャン方式について説明する図であり、(a)は、ラスタースキャンを示す平面図であり、(b)は、ベクタースキャンを示す平面図であり、(c)は、ラスター・ベクター併用スキャンを示す平面図である。It is a figure explaining the beam scanning system in the beam scanning optical system etc. of the optical modeling apparatus to which this invention is applied, (a) is a top view which shows a raster scan, (b) is a plane which shows a vector scan. It is a figure and (c) is a top view which shows a raster vector combined use scan. 光造形装置を構成する樹脂貯留槽の底部の透過部の構成について説明するための図であり、紫外線硬化樹脂側に反射コーティング膜が形成されたことを示す拡大断面図である。It is a figure for demonstrating the structure of the permeation | transmission part of the bottom part of the resin storage tank which comprises an optical modeling apparatus, and is an expanded sectional view which shows that the reflective coating film was formed in the ultraviolet curable resin side. 図7に示す反射コーティング膜の例についてさらに詳細に説明するための図であり、積層構造により形成された反射コーティング膜を示す拡大断面図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the example of the reflective coating film shown in FIG. 7 in more detail, and is an enlarged cross-sectional view showing the reflective coating film formed by a laminated structure. 反射コーティング膜の一例として、MgFからなる厚み125nmの層と、ZrOからなる厚み90nmの層とを5層ずつ交互に積層した10層からなる反射コーティング膜により入射光ビームの波長に対する反射光強度の変化を示す図である。As an example of the reflective coating film, the reflected light with respect to the wavelength of the incident light beam is reflected by a reflective coating film consisting of 10 layers in which five layers of 125 nm of MgF 2 and 90 nm of ZrO 2 are alternately stacked. It is a figure which shows the change of an intensity | strength. 光造形装置を構成する樹脂貯留槽の底部の透過部の構成についての他の例を示す図であり、上述の反射コーティング膜に加えて、剥離コーティング膜及び減反射コーティング膜を形成した例の拡大断面図である。It is a figure which shows the other example about the structure of the permeation | transmission part of the bottom part of the resin storage tank which comprises a stereolithography apparatus, and is an expansion of the example which formed the peeling coating film and the antireflection coating film in addition to the above-mentioned reflective coating film It is sectional drawing. 光造形装置を構成するフォーカス検出光学系による三角法を用いたフォーカス検出について説明する図であり、(a)は、ジャストフォーカスの状態の戻り光の検出位置を示す平面図であり、(b)は、ジャストフォーカスの状態に対して奥側の位置で反射した場合の戻り光の検出位置を示す平面図である。It is a figure explaining the focus detection using the triangulation method by the focus detection optical system which comprises an optical modeling apparatus, (a) is a top view which shows the detection position of the return light of the state of a just focus, (b) These are top views which show the detection position of the return light at the time of reflecting in the back | inner side position with respect to the state of just focus. 光造形装置を構成するフォーカス調整レンズについて説明する図であり、(a)は、入射された光ビームをフォーカス調整レンズにより収束光として出射させる状態の平面図であり、(b)は、入射された光ビームをフォーカス調整レンズにより平行光として出射させる状態の平面図であり、(c)は、入射された光ビームをフォーカス調整レンズにより発散光として出射させる状態の平面図である。It is a figure explaining the focus adjustment lens which comprises a stereolithography apparatus, (a) is a top view of the state which radiate | emits the incident light beam as convergent light with a focus adjustment lens, (b) is incident FIG. 4C is a plan view of a state in which the focused light beam is emitted as parallel light by the focus adjustment lens, and FIG. 5C is a plan view of a state in which the incident light beam is emitted as divergent light by the focus adjustment lens. 本発明を適用した光造形装置の光学系の制御やデータ処理を行う制御装置について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control apparatus which controls the optical system of the optical modeling apparatus to which this invention is applied, and data processing. 本発明を適用した光造形装置の光学系の他の例として、ビームスキャン光学系と一括露光光学系を備える例を示す図である。It is a figure which shows the example provided with a beam scanning optical system and a package exposure optical system as another example of the optical system of the optical modeling apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した光造形装置により目標とする立体造形物の各硬化層を形成するときの一括描画と微細描画とについて説明するための図であり、各層の形状である目標二次元形状と、一括描画部分及び微細描画部分とを示す平面図である。It is a figure for explaining batch drawing and fine drawing when forming each cured layer of a three-dimensional object to be targeted by an optical modeling apparatus to which the present invention is applied, and a target two-dimensional shape that is the shape of each layer; It is a top view which shows a batch drawing part and a fine drawing part. 本発明を適用した光造形装置により目標とする立体造形物の各硬化層を形成するときの一括描画と微細描画とについて説明するための図であり、一括露光により一括描画を行うとともに、ベクタースキャン方式のビームスキャンにより微細描画を行うことを示す平面図である。It is a figure for demonstrating collective drawing and fine drawing at the time of forming each hardening layer of the target three-dimensional molded item with the optical modeling apparatus to which this invention is applied, while performing collective drawing by collective exposure, and vector scanning It is a top view which shows performing fine drawing by the beam scan of a system. 本発明を適用した光造形装置により目標とする立体造形物の各硬化層を形成するときの一括描画と微細描画とについて説明するための図であり、一括露光により一括描画を行うとともに、ベクター・ラスター併用方式のビームスキャンにより微細描画を行うことを示す平面図である。It is a figure for demonstrating collective drawing and fine drawing when forming each hardening layer of the target three-dimensional modeled object with the optical modeling device to which the present invention is applied. It is a top view which shows performing fine drawing by the beam scan of a raster combined system. 本発明を適用した光造形装置によるステップ&リピート動作について説明するための図であり、ワーク全体領域を所定の各ワーク領域毎に分割することを説明するための平面図である。It is a figure for demonstrating the step & repeat operation | movement by the stereolithography apparatus to which this invention is applied, and is a top view for demonstrating dividing | segmenting the whole workpiece | work area | region for every predetermined | prescribed work area | region. 図18に示すワーク全体領域を分割された各ワーク領域のうち一のワーク領域W32を示す平面図である。Is a plan view showing one of the work area W 32 of each of the work areas divided to work entire area shown in FIG. 18. 図14に示す光造形装置の光学系の制御やデータ処理を行う制御装置について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control apparatus which performs control of the optical system of a stereolithography apparatus shown in FIG. 14, and data processing. 本発明を適用した光造形装置の光学系の他の例を示す図であり、(a)は、液面規制法を用いたものであり、樹脂貯留槽に貯留された光硬化性樹脂の液面付近に液面規制板を設け、液面規制板の上方側から露光用の光を入射させる例の光造形装置の概略を示す図であり、(b)は、所謂自由液面法を用いた例の光造形装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the other example of the optical system of the optical modeling apparatus to which this invention is applied, (a) uses the liquid level regulation method, and is the liquid of the photocurable resin stored by the resin storage tank It is a figure which shows the outline of the stereolithography apparatus of the example which provides the light for exposure from the upper side of a liquid level control board by providing a liquid level control board in the surface vicinity, (b) uses what is called a free liquid level method. It is a figure which shows the outline of the optical modeling apparatus of the example which was. 本発明を適用した光造形方法について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the optical modeling method to which this invention is applied. 図22に示す硬化層を形成するステップS5についてさらに詳細に説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating in more detail about step S5 which forms the hardened layer shown in FIG. 従来の自由液面法を用いた光造形装置の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the optical modeling apparatus using the conventional free liquid level method. 従来の液面規制法を用いた光造形装置の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the optical modeling apparatus using the conventional liquid level control method. 従来の液面規制法を用いた光造形装置でフォーカス検出を行う場合の問題点について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem in the case of performing focus detection with the optical modeling apparatus using the conventional liquid level control method.

符号の説明Explanation of symbols

1 光造形装置、 2 紫外線硬化樹脂、 3 樹脂貯留槽、 3a 透過部、 4 移動架台、 5 光学系、 10 ビームスキャン光学系、 11 第1の光源、 12 走査手段、 13 コリメータレンズ、 14 アナモルフィックレンズ、 15 ビームエキスパンダ、 16 フォーカス調整レンズ、 17 シャッタ、 21 第1のガルバノミラー、 22 第2のガルバノミラー、 23 第1のリレーレンズ、 24 第2のリレーレンズ、 30 フォーカス検出光学系、 31 フォーカス検出用光源、 32 PSD、 41 波長選択性ミラー、 42 対物レンズ、 43 ビームスプリッタ、 55 光学系、 56 移動手段、 60 一括露光光学系、 61 第2の光源、 62 空間光変調手段、 63 偏光板、 64 ビームインテグレータ、 65 反射手段、 66 集光レンズ、 67 シャッタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stereolithography apparatus, 2 Ultraviolet curable resin, 3 Resin storage tank, 3a Transmission part, 4 Moving mount, 5 Optical system, 10 Beam scan optical system, 11 1st light source, 12 Scan means, 13 Collimator lens, 14 Anamol Fick lens, 15 beam expander, 16 focus adjustment lens, 17 shutter, 21 first galvanometer mirror, 22 second galvanometer mirror, 23 first relay lens, 24 second relay lens, 30 focus detection optical system, 31 focus detection light source, 32 PSD, 41 wavelength selective mirror, 42 objective lens, 43 beam splitter, 55 optical system, 56 moving means, 60 batch exposure optical system, 61 second light source, 62 spatial light modulation means, 63 Polarizing plate, 64 beam interior Regulator, 65 reflecting means 66 a condenser lens, 67 a shutter

Claims (5)

液状の光硬化性樹脂に光を照射して硬化層を順次形成することにより所望の形状の造形物を形成する光造形装置において、
硬化層形成面上の上記光硬化性樹脂を描画することにより硬化層を形成するための所定の波長の光ビームを放射する描画用光源と、
上記描画用光源から放射された光ビームを上記光硬化性樹脂に走査させる走査手段と、
上記描画用光源から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ上記光硬化性樹脂を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源と、
上記フォーカス検出用光源から放射されて上記硬化層形成面に照射され、上記硬化層形成面で反射された光ビームを検出する検出手段とを備え、
上記検出手段に検出された検出結果に基づいて上記走査手段により走査される光ビームのフォーカス状態を調整する光造形装置。
In an optical modeling apparatus that forms a molded article of a desired shape by sequentially forming a cured layer by irradiating light to a liquid photocurable resin,
A drawing light source that emits a light beam having a predetermined wavelength for forming a cured layer by drawing the photocurable resin on the cured layer forming surface;
Scanning means for causing the light curable resin to scan the light beam emitted from the drawing light source;
A focus detection light source that emits a light beam having a wavelength different from that of the light beam emitted from the drawing light source and a wavelength that does not cure the photocurable resin;
Detecting means for detecting a light beam emitted from the focus detection light source and irradiated on the cured layer forming surface and reflected by the cured layer forming surface;
An optical modeling apparatus for adjusting a focus state of a light beam scanned by the scanning unit based on a detection result detected by the detection unit.
さらに、上記硬化層形成面の光硬化性樹脂の揺動を規制するとともに、上記描画用光源から放射された光ビームを透過させる液面規制板を有し、
上記描画用光源及び上記フォーカス検出用光源から放射される光ビームは、上記光硬化性樹脂に対して上記液面規制板側から導かれ、
上記液面規制板には、上記描画用光源から放射される光ビームを透過し、上記フォーカス検出用光源から放射される光ビームを反射する反射コーティング膜が形成されている請求項1記載の光造形装置。
Furthermore, it has a liquid level regulating plate that regulates the swing of the photocurable resin on the cured layer forming surface and transmits the light beam emitted from the drawing light source,
The light beam emitted from the light source for drawing and the light source for focus detection is guided from the liquid level regulating plate side with respect to the photocurable resin,
2. The light according to claim 1, wherein the liquid level regulating plate is formed with a reflective coating film that transmits the light beam emitted from the drawing light source and reflects the light beam emitted from the focus detection light source. Modeling equipment.
上記反射コーティング膜は、MgFからなる層と、ZrOからなる層とを交互に積層することにより形成された積層膜である請求項2記載の光造形装置。 The optical modeling apparatus according to claim 2, wherein the reflective coating film is a laminated film formed by alternately laminating layers made of MgF 2 and layers made of ZrO 2 . さらに、上記光硬化性樹脂の一定領域毎に照射される光を放射する一括露光用光源と、
上記一括露光用光源から放射された光を空間変調して上記光硬化性樹脂上の所定領域を一括露光させる空間光変調手段とを備え、
上記走査手段により走査される光ビームと、上記空間光変調手段により空間変調される光とにより、上記造形物の各硬化層を形成する請求項1又は請求項3記載の光造形装置。
Furthermore, a light source for batch exposure that emits light irradiated for each predetermined region of the photocurable resin,
A spatial light modulation means for spatially modulating light emitted from the batch exposure light source to collectively expose a predetermined area on the photocurable resin;
The optical modeling apparatus according to claim 1, wherein each cured layer of the modeled object is formed by a light beam scanned by the scanning unit and light spatially modulated by the spatial light modulation unit.
液状の光硬化性樹脂に光を照射して硬化層を順次形成することにより所望の形状の造形物を形成する光造形方法において、
硬化層形成面上の上記光硬化性樹脂を描画することにより硬化層を形成するための所定の波長の光ビームを放射する描画用光源と、上記描画用光源から放射される光ビームとは異なる波長で、且つ上記光硬化性樹脂を硬化させない程度の波長の光ビームを放射するフォーカス検出用光源との、それぞれから光ビームを放射し、
上記フォーカス検出用光源から放射された光ビームを上記硬化層形成面に照射し、上記硬化層形成面で反射された光ビームを検出手段で検出し、上記検出手段により検出された検出結果に基づいて上記描画用光源から放射された光ビームを上記光硬化性樹脂に走査させる走査手段により上記描画用光源から放射された光ビームのフォーカス状態を調整するとともに上記硬化層形成面上を走査させる光造形方法。
In the optical modeling method of forming a molded article of a desired shape by irradiating light to a liquid photocurable resin and sequentially forming a cured layer,
A drawing light source that emits a light beam of a predetermined wavelength for drawing the photocurable resin on the cured layer forming surface to form a cured layer is different from a light beam emitted from the drawing light source. A focus detection light source that emits a light beam having a wavelength and a wavelength that does not cure the photocurable resin,
A light beam emitted from the focus detection light source is irradiated onto the hardened layer forming surface, a light beam reflected by the hardened layer forming surface is detected by a detecting means, and based on a detection result detected by the detecting means. Light that adjusts the focus state of the light beam emitted from the drawing light source and scans the hardened layer forming surface by a scanning unit that scans the photocurable resin with the light beam emitted from the drawing light source. Modeling method.
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