JP2009137048A

JP2009137048A - 光造形装置

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Publication number: JP2009137048A
Application number: JP2007313094A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Kihara; 信宏木原; Junichi Kuzusako; 淳一葛迫; Katsuhisa Honda; 勝久本田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-25
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Abstract

【課題】規制液面法で光造形を行う場合において、積層精度を向上させ、高精度の立体モデルを造形する。
【解決手段】収容容器３５は、紫外線硬化樹脂３７を収容し、紫外線硬化樹脂３７の液面を規制するガラス窓３６を有する。Zステージ３８は、紫外線硬化樹脂３７の液面に垂直な方向であるz方向に移動可能である。光学系３１は、ガラス窓３６を介して紫外線硬化樹脂３７の液面に光を放射することにより、Zステージ３８とガラス窓３６との間に硬化層を形成する。位置規制機構３２は、光学系３１により硬化層が形成される際に、ガラス窓３６に対して収容容器３５の外側から力を加えることにより、ガラス窓３６を略平面にする。本発明は、例えば、光造形装置に適用することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光造形装置に関し、特に、規制液面法で光造形を行う場合において、積層精度を向上させ、高精度の立体モデルを造形することができるようにした光造形装置に関する。

従来、光造形法としては、光硬化性樹脂の上から光を照射し、液面で樹脂を硬化させる自由液面法と、透明の容器に入った光硬化性樹脂を容器の下側から光を照射し、容器の底面で樹脂を硬化させる規制液面法がある(例えば、特許文献１参照)。

自由液面法で造形を行う光造形装置では、図１に示すように、収容容器１１に収容された光硬化性樹脂１２の液面が大気中に露出している。なお、ここでは、光硬化性樹脂の液面とは、光が照射される光硬化性樹脂の界面のことを指す。

この光造形装置では、造形される立体モデル１４の土台となるステージ１３が、光硬化性樹脂１２の液面から1層分の硬化層の厚みだけ下降し、造形用のレーザビームのフォーカスが、大気と光硬化性樹脂１２の界面に合わせられることにより、光硬化性樹脂１２の液面に硬化層が形成される。これが繰り返されることにより、複数の硬化層が積層され、立体モデル１４が生成される。

しかしながら、自由液面法では、光硬化性樹脂１２の液面が大気中に露出しているため、硬化層の面精度が液面の表面張力などで決まり、硬化層の積層精度には限界がある。従って、高精度の立体モデル１４を造形することは困難であった。

また、規制液面法で造形を行う光造形装置では、図２に示すように、収容容器２１に収容された光硬化性樹脂１２の液面が大気中に露出されずに、収容容器２１の底面に設けられたガラス板２３により規制される。この光造形装置では、立体モデル１４の土台となるステージ２２が、光硬化性樹脂１２の液面から1層分の硬化層の厚みだけ上昇し、造形用のレーザビームのフォーカスが、ガラス板２３と光硬化性樹脂１２の界面に合わせられることにより、光硬化性樹脂１２の液面に硬化層が形成される。これが繰り返されることにより、複数の硬化層が積層され、立体モデル１４が生成される。

以上のように、規制液面法では、ガラス板２３により液面が規制されるので、硬化層の面精度がガラス板２３の面精度で決まる。従って、自由液面法に比べて、液面の平滑度を向上させることができ、積層精度が向上する。その結果、高精度の光造形を行うことができる。
特開２００１−３２８１７５号公報

ところで、規制液面法で造形を行う光造形装置において、ガラス板２３は、造形用のレーザビームを集光させるために球面収差を避ける必要があり、ガラス板２３の厚みは、ある程度以下の薄さにする必要がある。例えば、1μm程度に造形用のレーザビームを集光させるためには、ガラス板２３の厚みを1.2mm程度にする必要がある。

しかしながら、このようにガラス板２３の厚みを薄くすると、図３に示すように、ガラス板２３が自重などによりたわんでしまう。例えば、ガラス板２３が直径20cm、厚み1.2mm程度の石英ガラスで構成される場合、10μm程度のたわみが生じる。そして、このたわみの量は、積層精度の向上において無視することができない量であり、立体モデル１４の積層精度の向上の妨げとなっている。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、積層精度を向上させ、高精度の立体モデルを造形することができるようにするものである。

本発明の第１の側面の光造形装置は、立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の界面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより、前記立体モデルを造形する光造形装置において、前記光硬化性樹脂を収容し、前記光硬化性樹脂の界面を規制する規制窓を有する収容容器と、前記光硬化性樹脂の界面に垂直な方向である垂直方向に移動可能な垂直移動台と、前記規制窓を介して前記光硬化性樹脂の界面に光を放射することにより、前記垂直移動台と前記規制窓との間に前記硬化層を形成する光学系と、前記光学系により前記硬化層が形成される際に、前記規制窓に対して前記収容容器の外側から力を加えることにより、前記規制窓を略平面にする位置規制機構とを備える。

本発明の第１の側面の光造形装置は、前記光学系が、所定の矩形領域単位で前記光硬化性樹脂の界面に光を放射する場合において、前記光硬化性樹脂の界面に平行な方向である平行方向に前記矩形領域を移動させる平行移動台をさらに備え、前記平行移動台は、前記平行方向に前記矩形領域を移動させることにより、前記平行方向に前記矩形領域を走査し、前記位置規制機構は、前記光学系により前記矩形領域に光が放射される場合、その矩形領域に対応する前記規制窓の領域を略平面にし、前記平行移動台が移動する場合、前記規制窓に対して前記収容容器の外側から力を加えないようにすることができる。

本発明の第１の側面の光造形装置は、前記垂直移動台にかかる圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段により検知された圧力の変化に応じて、前記垂直移動台と前記規制窓との接触を検知する接触検知手段とをさらに備え、前記垂直移動台は、前記硬化層を積層する際に、前記接触検知手段により接触が検知されたときの前記垂直移動台の前記垂直方向の位置を基準として、前記垂直方向に移動することができる。

本発明の第１の側面の光造形装置において、前記接触検知手段は、前記圧力検知手段により検知された圧力の変化に応じて、前記規制窓からの前記硬化層の剥離も検知し、前記垂直移動台は、前記硬化層が形成された場合、前記接触検知手段により剥離が検知されるまで、前記垂直方向に移動することにより、前記硬化層を前記規制窓から剥離することができる。

本発明の第１の側面の光造形装置は、前記規制窓から前記垂直移動台までの前記垂直方向の距離を測定する測定手段をさらに備え、前記垂直移動台は、前記硬化層を積層する際に、前記測定手段による測定結果に基づいて、前記垂直方向に移動することができる。

本発明の第２の側面の光造形装置は、立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の界面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより、前記立体モデルを造形する光造形装置において、前記光硬化性樹脂を収容し、前記光硬化性樹脂の界面を規制する規制窓を有する収容容器と、前記光硬化性樹脂の界面に垂直な方向である垂直方向に移動可能な垂直移動台と、前記規制窓を介して前記光硬化性樹脂の界面に光を放射することにより、前記垂直移動台と前記規制窓との間に前記硬化層を形成する光学系と、前記垂直移動台にかかる圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段により検知された圧力の変化に応じて、前記垂直移動台と前記規制窓との接触を検知する接触検知手段とを備え、前記垂直移動台は、前記硬化層を積層する際に、前記接触検知手段により接触が検知されたときの前記垂直移動台の前記垂直方向の位置を基準として、前記垂直方向に移動する。

本発明の第１の側面においては、光硬化性樹脂の界面を規制する規制窓を有する収容容器に、光硬化性樹脂が収容され、垂直移動台が、光硬化性樹脂の界面に垂直な方向である垂直方向に移動し、光学系が、規制窓を介して光硬化性樹脂の界面に光を放射することにより、垂直移動台と規制窓との間に硬化層を形成し、位置規制機構が、光学系により硬化層が形成される際に、規制窓に対して収容容器の外側から力を加えることにより、規制窓を略平面にする。

本発明の第２の側面においては、光硬化性樹脂の界面を規制する規制窓を有する収容容器に、光硬化性樹脂が収容され、光学系が、規制窓を介して光硬化性樹脂の界面に光を放射することにより、垂直移動台と規制窓との間に硬化層を形成する。また、垂直移動台にかかる圧力が検知され、その圧力の変化に応じて、垂直移動台と規制窓との接触が検知され、垂直移動台は、硬化層を積層する際に、接触検知手段により接触が検知されたときの垂直移動台の垂直方向の位置を基準として、垂直方向に移動する。

以上のように、本発明によれば、積層精度を向上させ、高精度の立体モデルを造形することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図４は、本発明を適用した光造形装置の第１の実施の形態の外観構成を示している。

図４の光造形装置３０は、対物レンズ３１Ａを有する光学系３１、位置規制機構３２、XYステージ３３、駆動部３４、収容容器３５、ガラス窓３６、液状のレジンなどの紫外線硬化樹脂である紫外線硬化樹脂３７、Zステージ３８、アーム３９、および駆動部４０により構成される。

光造形装置３０は、収容容器３５に収容された紫外線硬化樹脂３７の液面をガラス窓３６で規制し、立体モデルの３次元形状を所定の厚さに積層方向に輪切り状にスライスした断面形状のデータ(以下、断面形状データという)に応じて、紫外線硬化樹脂３７の液面にガラス窓３６を介して紫外光を照射することにより、規制液面法で光造形を行う。

光学系３１は、紫外光を紫外線硬化樹脂３７に照射する対物レンズ３１Ａを有し、XYステージ３３上に配置されている。この対物レンズ３１Ａは、位置規制機構３２に覆われている。位置規制機構３２のガラス窓３６の底面と接する面には、略所定の矩形領域（以下、露光小領域という）の大きさの開口が設けられ、対物レンズ３１Ａを通過する紫外光は、その開口からガラス窓３６を介して、紫外線硬化樹脂３７の液面の断面形状データに応じた形状の領域を露光小領域単位で露光する。

位置規制機構３２は、駆動部３４により、紫外線硬化樹脂３７の液面に垂直な方向であるz方向に移動する。XYステージ３３は、駆動部３４により、x方向またはy方向に移動する。なお、x方向とy方向は、紫外線硬化樹脂３７の液面に平行な方向であり、x方向とy方向は直交している。

駆動部３４は、後述する制御装置１２０（図１１）の制御により、x方向に所定の距離だけXYステージ３３を順次移動させることにより、露光小領域をx方向に走査する。この後、駆動部３４は、制御装置１２０の制御により、x方向およびy方向に所定の距離だけXYステージ３３を移動させることにより、y方向に並ぶ次の走査ラインの開始位置に露光小領域を移動させる。そして、駆動部３４は、制御装置１２０の制御により、露光小領域をx方向に再度走査する。

以上の処理が繰り返されて、断面形状データに応じて、x方向およびy方向にそれぞれ所定の数だけ並べられた露光小領域からなるワーク領域が露光されることにより、紫外線硬化樹脂３７の1層分の断面形状データに対応する形状の領域が露光され、1層分の硬化層がガラス窓３６とZステージ３８の間に形成される。

このように、光造形装置３０は、露光小領域をx方向およびy方向にタイルのように敷き詰めることにより、ワーク領域を露光する。従って、ここでは、光造形装置３０の光造形方式を、露光小領域とワーク領域が同一である従来のビームスキャン方式や一括露光方式と区別するため、タイリング方式という。

また、駆動部３４は、制御装置１２０の制御にしたがって、光学系３１により露光が行われる際、位置規制機構３２がガラス窓３６の位置を下方から規制するように、位置規制機構３２をz方向に上昇させることにより、ガラス窓３６の自重などによる下方へのたわみを防止する。これにより、ガラス窓３６が略平面になるため、硬化層の面精度が向上し、積層精度が向上する。

収容容器３５は、対物レンズ３１Ａの上部に配置され、収容容器３５の底部には、ガラス窓３６が設けられている。収容容器３５には、紫外線硬化樹脂３７が収容される。

Zステージ３８は、収容容器３５に収容された紫外線硬化樹脂３７に浸漬され、アーム３９を介して駆動部４０に接続されている。Zステージ３８は、駆動部４０の制御により、z方向に移動する。

駆動部４０は、制御装置１２０の制御により、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、Zステージ３８をz方向に移動させて、ガラス窓３６とZステージ３８の間に形成されている硬化層をガラス窓３６から剥離し、その後、ガラス窓３６と形成された硬化層との間の距離が1層分の硬化層の厚みとなるように、Zステージ３８をz方向に移動させる。これにより、複数の硬化層が積層され、立体モデルが造形される。

図５は、図４の光学系３１の構成例を示している。

図５の光学系３１は、対物レンズ３１Ａ、一括露光光学系７１、ビームスキャン光学系７２、偏光ビームスプリッタ７３、および駆動部７４により構成される。

一括露光光学系７１は、収容容器３５に収容された紫外線硬化樹脂３７の液面の露光小領域を一括して露光する一括露光を行うための光学系であり、光源８１、シャッタ８２、偏光板８３、ビームインテグレータ８４、ミラー８５、空間光変調器８６、集光レンズ８７、および駆動部８８から構成される。

光源８１としては、例えば、高出力な青色LED（Light Emitting Diode）をアレイ状に配置したものを用いることができる。なお、光源８１としては、後述するビームスキャン用の光源９１と異なり、コヒーレントなレーザ光源を用いる必要はない。光源８１は、制御装置１２０の制御により、一括露光を行うための紫外光を放射する。

シャッタ８２は、制御装置１２０の制御により、光源８１から放射される紫外光の通過または遮蔽を制御することにより、一括露光光学系７１による露光のオン／オフを制御する。

偏光板８３は、シャッタ８２を通過した紫外光を所定の偏光光とする。即ち、偏光板８３は、空間光変調器８６が、光源８１からの紫外光を空間変調することができるように、その光を偏光する。

ビームインテグレータ８４は、偏光板８３により偏光された紫外光を均一化する。ビームインテグレータ８４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ライトロッドタイプなどの一般的なものが用いられる。

ミラー８５は、ビームインテグレータ８４により均一化された紫外光を空間光変調器８６に向かって反射させる。

空間光変調器８６は、例えば、透過型の液晶パネルからなり、ミラー８５により反射された紫外光が、断面形状データに応じた形状で、露光小領域単位で紫外線硬化樹脂３７の液面に投影されるように、その紫外光の一部を空間変調する。

即ち、空間光変調器８６は、制御装置１２０から入力される、液晶パネルの各画素を制御する駆動信号に基づいて、投影しようとする断面形状データに応じた露光小領域単位の形状の画像に対応して、画素ごとに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紫外光を空間変調する。

その結果、紫外線硬化樹脂３７の液面の露光小領域への紫外光の照射が、断面形状データに応じた露光小領域単位の形状に対応して、液晶パネルの1画素に対応する矩形の領域（以下、露光単位領域という）ごとにオン/オフされ、露光小領域内の紫外光の照射がオンとされる露光単位領域に一括して紫外光が照射される。これにより、紫外線硬化樹脂３７の液面の露光小領域に、断面形状データに応じた露光小領域単位の形状の紫外光が照射される。

なお、空間光変調器８６は、透過型の液晶パネルではなく、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が画素ごとに配列されることにより構成されるDMD、反射型液晶素子（LCOS（Liquid crystal on silicon））などにより構成されるようにしてもよい。

集光レンズ８７は、空間光変調器８６と偏光ビームスプリッタ７３との間に設けられ、対物レンズ３１Ａとともに、空間光変調器８６で空間変調された紫外光を紫外線硬化樹脂３７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８７は、空間光変調器８６により空間変調された紫外光が対物レンズ３１Ａを通過する際のディストーションを補正するためのレンズ群により構成され、投影光学系として機能するとともに、ディストーションを低減させることができる。

例えば、集光レンズ８７は、集光レンズ８７と対物レンズ３１Ａとが対称光学系となるように、それぞれのレンズ群を構成することで、空間光変調器８６により空間変調された紫外光を、偏光ビームスプリッタ７３の反射透過面７３Ａ上の対物レンズ３１Ａの前側焦点位置に集光し、これによりディストーションを低減する。

駆動部８８は、後述するビームスキャン光学系７２の反射光モニタ部１０１により検出される戻り光に基づく制御装置１２０の制御により、空間光変調器８６を光軸方向であるz方向に駆動し、一括露光光学系７１から紫外線硬化樹脂３７の液面に照射される紫外光のフォーカスを調整する。

ビームスキャン光学系７２は、収容容器３５に収容された紫外線硬化樹脂３７の液面の露光小領域内を、レーザ光を走査させてビームスキャン露光を行うための光学系であり、光源９１、コリメータレンズ９２、アナモルフィックレンズ９３、ビームエキスパンダ９４、ビームスプリッタ９５、シャッタ９６、ガルバノミラー９７および９８、リレーレンズ９９および１００、並びに反射光モニタ部１０１から構成される。

光源９１は、例えば、青から紫外域程度の比較的波長の短いレーザ光を放射する半導体レーザにより構成される。光源９１は、制御装置１２０の制御により、ビームスキャン光学系７２によりビームスキャンを行うためのレーザ光の光ビームを放射する。なお、光源９１としては、半導体レーザ以外に、ガスレーザなどを用いてもよい。

コリメータレンズ９２は、光源９１から放射される光ビームの発散角を変換して略平行光とする。アナモルフィックレンズ９３は、コリメータレンズ９２により略平行光とされた楕円形状の光ビームを整形して略円形状にする。

ビームエキスパンダ９４は、複数のレンズを有しており、アナモルフィックレンズ９３により略円形状にされた光ビームの直径であるビーム径を、対物レンズ３１Ａ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。

ビームスプリッタ９５は、光源９１から照射される光ビームを透過させて、収容容器３５に収容された紫外線硬化樹脂３７に向かわせるとともに、紫外線硬化樹脂３７で反射され、各光学系を通過してくる戻り光を、反射光モニタ部１０１に向かって反射する。

シャッタ９６は、制御装置１２０の制御により、ビームスプリッタ９５を透過した光ビームの通過または遮蔽を制御し、ビームスキャン光学系７２によるビームスキャン露光のオン／オフを制御する。なお、光学系３１は、シャッタ９６を設けて、光ビームの通過または遮断を制御して、ビームスキャン露光のオン/オフを制御するのではなく、光源９１における光ビームの放射の直接変調を制御して、ビームスキャン露光のオン/オフを制御するようにしてもよい。

ガルバノミラー９７および９８は、所定の方向に回転可能とされたミラーなどの反射部（図示せず）と、制御装置１２０の制御により反射部の回転方向の角度を調整する調整部（図示せず）とを有し、調整部が反射部の角度を調整することで、反射部により反射される光ビームを、紫外線硬化樹脂３７の液面の露光小領域内でx方向またはy方向に走査させる。

具体的には、ガルバノミラー９７は、シャッタ９６を透過した光ビームを、ガルバノミラー９８に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂３７の液面の露光小領域内でx方向に走査させる。ガルバノミラー９８は、ガルバノミラー９７により反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ７３に向かって反射させるとともに、紫外線硬化樹脂３７の液面のy方向に走査させる。

なお、光学系３１において、ガルバノミラー９７および９８の代わりに、ポリゴンミラーなどを設けるようにしてもよい。

リレーレンズ９９および１００は、1つまたは複数のレンズを有するレンズ群からなる。リレーレンズ９９は、ガルバノミラー９７により光ビームがスキャンされるスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射し、ガルバノミラー９７で反射された光ビームを、ガルバノミラー９８上に結像する。リレーレンズ１００は、ガルバノミラー９８により光ビームがスキャンされるスキャン角度にわたり、平行入射光ビームを平行に出射し、ガルバノミラー９８で反射された光ビームを、偏光ビームスプリッタ７３の反射透過面７３Ａ上に結像する。

このように、ガルバノミラー９７とガルバノミラー９８との間にリレーレンズ９９を設け、ガルバノミラー９８と偏光ビームスプリッタ７３との間にリレーレンズ１００を設けることで、ガルバノミラー９７とガルバノミラー９８が近接する位置に配置されていない場合であっても、偏光ビームスプリッタ７３の反射透過面７３Ａ上に光ビームを結像させることができる。

反射光モニタ部１０１は、紫外線硬化樹脂３７の液面で反射された戻り光を、例えば、非点収差法や三角測量法を用いて検出し、制御装置１２０に入力する。

偏光ビームスプリッタ７３は、一括露光光学系７１からの紫外光と、ビームスキャン光学系７２からの光ビームとを合成し、それらの光を紫外線硬化樹脂３７に導く。なお、偏光ビームスプリッタ７３は、その反射透過面７３Ａが、対物レンズ３１Ａの前側焦点位置に一致するように配置されている。

対物レンズ３１Ａは、1または複数のレンズを有するレンズ群からなり、一括露光光学系７１からの紫外光を紫外線硬化樹脂３７の液面に結像させるとともに、ビームスキャン光学系７２からの光ビームを集光する。

また、対物レンズ３１Ａは、ビームスキャン光学系７２のガルバノミラー９７および９８により偏光された光ビームが、紫外線硬化樹脂３７の液面の露光小領域内において等速度で走査されるように構成されている。

例えば、対物レンズ３１Ａとしては、入射角θに比例した像高Yを有し、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、いわゆるfθレンズが用いられる。この場合、光ビームの走査速度が、対物レンズ３１Ａへの入射位置によらず常に一定となるため、走査速度がばらつくことにより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し、高精度の造形を行うことができる。

駆動部７４は、ビームスキャン光学系７２の反射光モニタ部１０１により検出される戻り光に基づく制御装置１２０の制御により、対物レンズ３１Ａをz方向に駆動し、ビームスキャン光学系７２から紫外線硬化樹脂３７の液面に照射される光ビームのフォーカスを調整する。具体的には、駆動部７４は、対物レンズ３１Ａの後側焦点位置が、収容容器３５内の紫外線硬化樹脂３７の液面に一致するように、対物レンズ３１Ａをz方向に駆動する。

次に、図６を参照して、光造形装置３０によるタイリング方式の光造形について説明する。

なお、図６の例では、図６Ａに示すように、ワーク領域１０５が、x方向およびy方向の長さが10cmの正方形であり、露光小領域１０６が、x方向およびy方向の長さが1cmの正方形であるものとする。従って、ワーク領域１０５は、x方向およびy方向にそれぞれ10個ずつ露光小領域１０６が並べられることにより構成される。

図６Ａにおいて、ワーク領域１０５の中央の領域１０７が、断面形状データに対応する形状の領域であるとすると、光造形装置３０が一括露光光学系７１だけを用いて露光する場合、ワーク領域１０５を構成する露光小領域１０６のうちの、下から2番目で、かつ左から3番目の露光小領域１０６Ａを拡大すると、図６Ｂに示すようになる。

即ち、空間光変調器８６のx方向およびy方向の画素数が、1000画素であるものとすると、図６Ｂに示すように、露光小領域１０６Ａのx方向およびy方向の露光単位領域は1000個となり、露光小領域１０６Ａ内の各露光単位領域のx方向およびy方向の長さは10μmとなる。

これに対して、従来の一括露光方式では、露光小領域とワーク領域が同一であるため、露光小領域内の各露光単位領域のx方向およびy方向の長さは、100μm（=10cm/1000個）となる。従って、光造形装置３０によるタイリング方式の一括露光では、一括露光方式の一括露光に比べて、一括露光を高精細に行うことができる。その結果、光造形装置３０は、高精細な造形を行うことができる。

なお、図６Ｂにおいて、斜線で示した領域が、露光小領域１０６Ａにおいて一括露光光学系７１により一括露光される露光単位領域であり、２点鎖線が、断面形状データに対応する形状の輪郭線を表している。図６Ｂに示すように、一括露光光学系７１だけを用いて露光される場合、輪郭線より内側にある露光単位領域だけが露光されており、輪郭線が重なっている露光単位領域、および輪郭線より外側にある露光単位領域は、露光されない。

一方、光造形装置３０が、一括露光光学系７１とビームスキャン光学系７２の両方を用いて露光する場合、露光小領域１０６Ａを拡大すると、図６Ｃに示すようになる。

なお、図６Ｃにおいても、斜線で示した領域が露光小領域１０６Ａにおいて一括露光光学系７１により一括露光される露光単位領域であり、２点鎖線が、断面形状データに対応する形状の輪郭線を表している。

図６Ｃに示すように、光造形装置３０が、一括露光光学系７１とビームスキャン光学系７２の両方を用いて露光する場合、図６Ｂに示した場合と同様に、一括露光光学系７１により輪郭線より内側にある露光単位領域が露光された後、図６Ｃに示すように、ビームスキャン光学系７２により光ビームがベクタスキャンまたはラスタスキャンされ、一括露光することができない輪郭線が重なっている露光単位領域の輪郭線の内側の領域が露光される。なお、ベクタスキャンとは、曲線状のスキャンのことであり、ラスタスキャンとは、一方向に往復するスキャンのことである。

以上のように、光造形装置３０が、一括露光光学系７１とビームスキャン光学系７２の両方を用いて露光する場合、一括露光することができない輪郭線が重なっている露光単位領域の輪郭線の内側の領域をビームスキャン露光することができるので、一括露光光学系７１だけを用いて露光する場合に比べて、断面形状データに対応する形状を高精細に露光することができる。その結果、高精細な立体モデルを造形することができる。

また、光造形装置３０では、ビームスキャン露光もタイリング方式で行われるので、露光小領域とワーク領域が同一である従来のビームスキャン方式のビームスキャン露光に比べて、ビームスキャン範囲が小さくなり、ビームスキャン露光を高精細に行うことができる。

次に、図７と図８を参照して、図４の位置規制機構３２によるガラス窓３６の位置の規制について説明する。

図７に示すように、位置規制機構３２が設けられていない場合、ガラス窓３６は、自重、紫外線硬化樹脂３７の重さ、積層される硬化層の重さなどにより下方にたわみ、積層精度が悪くなってしまう。従って、光造形装置３０では、図８に示すように、対物レンズ３１Ａの周囲に位置規制機構３２が設けられ、紫外線硬化樹脂３７の液面が露光小領域単位で露光される際に、位置規制機構３２が、その露光小領域に対応するガラス窓３６の領域の周囲に対して外側から力を加えることにより、その領域を略平面にする。その結果、積層精度が向上する。

次に、図９と図１０を参照して、位置規制機構３２の詳細な構成について説明する。

図９と図１０に示すように、位置規制機構３２は、ストッパ１１１と、２つのソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを有する押し上げ機構１１２により構成される。

図９や図１０に示すように、ストッパ１１１は、押し上げ機構１１２の上昇がストッパ１１１により停止されたときに、押し上げ機構１１２がガラス窓３６に対して力を加え、ガラス窓３６を略平面にするように配置される。ソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂは、駆動部３４により駆動され、押し上げ機構１１２をz方向に移動させる。

光学系３１が露光小領域を露光する場合、図９に示すように、駆動部３４は、ソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを駆動し、押し上げ機構１１２をz方向に上昇させる。この上昇はストッパ１１１により停止され、押し上げ機構１１２は、ガラス窓３６を略平面にする。このように、ストッパ１１１により押し上げ機構１１２の位置を機械的に制御する場合、数ミクロン程度の位置再現性が確保できる。

また、XYステージ３３が、光学系３１により露光される露光小領域を移動させる場合、図１０に示すように、駆動部３４は、ソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを駆動し、押し上げ機構１１２をz方向に下降させる。これにより、露光小領域の移動時に、位置規制機構３２がガラス窓３６を擦って傷つけることを防止することができる。

図１１は、図４の光造形装置３０の各部を制御する制御装置１２０のハードウェア構成例を示している。

図１１の制御装置１２０において、CPU（Central Processing Unit）１２１，ROM（Read Only Memory）１２２，RAM（Random Access Memory）１２３は、バス１２４により相互に接続されている。

バス１２４には、さらに、入出力インタフェース１２５が接続されている。入出力インタフェース１２５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１２６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１２７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１２８、ネットワークインタフェースなどよりなり、光造形装置３０と通信を行う通信部１２９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１３１を駆動するドライブ１３０が接続されている。

記憶部１２８には、例えば、CADで作成された立体モデルの３次元形状データを、立体モデルの表面が小さな三角形の面で表現されるフォーマットであるSTL（Stereo Lithography）に変換するプログラムや、STLに変換された３次元形状データから立体モデルの断面形状データを作成するプログラム、立体モデルの断面形状データに基づいて、一括露光光学系７１およびビームスキャン光学系７２を制御するプログラムが記憶されている。

このような制御装置１２０では、CPU１２１が、例えば、記憶部１２８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１２５およびバス１２４を介して、RAM１２３にロードして実行し、通信部１２９を介して、光造形装置３０の各部を制御することで、光造形装置３０に光造形を実行させる。

例えば、制御装置１２０のCPU１２１は、入力部１２６からの入力に応じて、光源８１から放射する紫外光または光源９１から放射する光ビームの強度などを決定し、それを制御するための制御信号を、通信部１２９を介して光源８１または９１に入力する。CPU１２１は、入力部１２６からの入力に応じて、露光のオン/オフを制御するための制御信号を、通信部１２９を介してシャッタ８２または９６に入力する。

また、CPU１２１は、断面形状データに応じて、断面形状データに対応する露光小領域単位の形状の画像が表示されるように、液晶パネルの各画素を制御する駆動信号を、通信部１２９を介して空間光変調器８６に入力する。

さらに、CPU１２１は、反射光モニタ部１０１から通信部１２９を介して入力された戻り光に基づいて、空間光変調器８６をz方向に駆動するための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部８８に入力したり、対物レンズ３１Ａをz方向に駆動するための制御信号を通信部１２９を介して駆動部７４に入力したりする。

また、CPU１２１は、断面形状データに応じて、断面形状データに対応する露光小領域単位の形状が露光されるように、ガルバノミラー９７および９８の反射部の角度を調整するための制御信号を、通信部１２９を介してガルバノミラー９７および９８に入力する。

さらに、CPU１２１は、露光小領域を露光する際、駆動部３４を介して位置規制機構３２のソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、押し上げ機構１１２をz方向に上昇させて、ガラス窓３６の位置を規制する。また、露光小領域の露光が終了するたびに、CPU１２１は、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、押し上げ機構１１２をz方向に下降させて、ガラス窓３６の位置を開放する。

また、CPU１２１は、所定のタイミングで、XYステージ３３をx方向に所定の距離だけ移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３４に入力し、露光小領域をx方向に走査させる。そして、露光小領域のx方向の走査が終了すると、CPU１２１は、次の走査ラインの開始位置に露光小領域を移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部３４に入力する。

さらに、CPU１２１は、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、Zステージ３８をz方向に所定の距離だけ移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部４０に入力する。これにより、Zステージ３８とガラス窓３６との間に形成された硬化層が、ガラス窓３６から剥離され、その後、ガラス窓３６と形成された硬化層との間の距離が硬化層の1層分の厚みとなる位置に、Zステージ３８が移動する。

次に、図１２を参照して、図１１のCPU１２１による造形処理について説明する。この造形処理は、例えば、ユーザが入力部１２６を操作することにより、造形を指示したとき、開始される。

ステップＳ１１において、CPU１２１は、入力部１２６からの入力に応じて、ユーザにより指定された立体モデルの３次元形状データを、造形する立体モデルの３次元形状データとして選択する。そして、CPU１２１は、その３次元形状データから断面形状データを作成する。

ステップＳ１２において、CPU１２１は初期設定を行う。具体的には、例えば、CPU１２１は、駆動部３４と４０を制御し、XYステージ３３とZステージ３８の位置を原点に移動させる。また、CPU１２１は、紫外光および光ビームの強度を制御するための制御信号を光源８１および９１に入力し、その制御信号に対応して光源８１が出射する紫外光および光源９１が出射する光ビームの強度を測定する。

ステップＳ１３において、CPU１２１は、駆動部３４と４０を制御し、XYステージ３３とZステージ３８を、予め設定された造形の開始位置に移動させる。ステップＳ１４において、CPU１２１は、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、位置規制機構３２の押し上げ機構１１２を上昇させる。この上昇はストッパ１１１により停止され、押し上げ機構１１２は、ガラス窓３６に対して外側から力を加えることにより、ガラス窓３６の位置を下方から規制する。

ステップＳ１５において、CPU１２１は、駆動部４０を制御し、アーム３９を介してZステージ３８を微速でz方向に所定の距離だけ下降させる。なお、この距離は、Zステージ３８がガラス窓３６の表面付近に位置するように予め設定された距離である。ステップＳ１６において、CPU１２１は、駆動部４０を制御し、アーム３９を介してZステージ３８を停止させる。駆動部４０は、このときのZステージ３８の位置を、z方向の造形位置の基準（以下、造形基準位置という）として、以降のZステージ３８の移動を制御する。

ステップＳ１７において、CPU１２１は、駆動部４０を制御し、Zステージ３８を、造形基準位置から、形成する硬化層の1層分の厚みだけ離れた位置に上昇させる。ステップＳ１８において、CPU１２１は、1層分の硬化層を造形する1層造形処理を行う。この1層造形処理の詳細については、図１３のフローチャートを参照して後述する。

ステップＳ１９において、CPU１２１は、駆動部４０を制御し、Zステージ３８を所定の距離だけz方向に上昇させる。これにより、Zステージ３８とガラス窓３６の間に形成された硬化層が、ガラス窓３６から剥離される。

ステップＳ２０において、CPU１２１は、積層を終了するか、即ち、ステップＳ１１で選択された３次元形状データに対応する層数だけステップＳ１８の処理が行われたかを判定する。ステップＳ２０で、積層を終了しないと判定された場合、即ちステップＳ１１で選択された３次元形状データに対応する形状の立体モデルがまだ造形されていない場合、ステップＳ２１において、CPU１２１は、駆動部３４を制御し、XYステージ３３を造形の開始位置に再度移動させる。

ステップＳ２２において、CPU１２１は、ステップＳ１４の処理と同様に、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、ガラス窓３６の位置を下方から規制するように、位置規制機構３２の押し上げ機構１１２をz方向に上昇させる。

ステップＳ２３において、CPU１２１は、駆動部４０を制御し、ガラス窓３６の上面と、形成された硬化層の底面との距離が、次に形成する硬化層の1層分の厚みになるように、造形基準位置から所定の距離（例えば、次回までに積層させる層数分の硬化層の厚み）だけ離れた位置にZステージ３８をz方向に移動させる。そして、処理はステップＳ１８に戻り、積層を終了すると判定されるまで、ステップＳ１８乃至Ｓ２３の処理が繰り返される。これにより、ステップＳ１１で選択された３次元形状データに対応する形状の立体モデルが造形されるまで、硬化層が積層される。

一方、ステップＳ２０で、積層を終了すると判定された場合、即ち、ステップＳ１１で選択された３次元形状データに対応する形状の立体モデルが造形された場合、ステップＳ２４において、CPU１２１は、駆動部３４と４０を制御し、XYステージ３３とZステージ３８の位置を原点に移動させ、処理は終了する。

次に、図１３を参照して、図１２のステップＳ１８の1層造形処理について説明する。

ステップＳ４１において、CPU１２１は、各部を制御し、一括露光光学系７１からの紫外光またはビームスキャン光学系７２からの光ビームで、収容容器３５に収容された紫外線硬化樹脂３７の液面を露光小領域単位で露光させる。

ステップＳ４２において、CPU１２１は、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、押し上げ機構１１２がガラス窓３６に接触してガラス窓３６に外側から力を加えないように、位置規制機構３２の押し上げ機構１１２をz方向に下降させる。ステップＳ４３において、CPU１２１は、ステップＳ４１の処理を所定の回数（例えば、ワーク領域内のx方向に並ぶ露光小領域の数）だけ繰り返したかを判定する。

ステップＳ４３で、まだステップＳ４１の処理を所定の回数だけ繰り返していないと判定された場合、ステップＳ４４において、CPU１２１は、駆動部３４を制御し、露光小領域のx方向の長さだけXYステージ３３をx方向に移動させる。ステップＳ４５において、CPU１２１は、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、ガラス窓３６の位置が下方から規制されるように、位置規制機構３２の押し上げ機構１１２をz方向に上昇させる。

そして、処理はステップＳ４１に戻り、ステップＳ４１の処理が所定の回数だけ繰り返されるまで、ステップＳ４１乃至Ｓ４５の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ４３で、ステップＳ４１の処理を所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、即ち、露光小領域のx方向の走査が終了した場合、ステップＳ４６において、CPU１２１は、駆動部３４を制御し、XYステージ３３のx方向の位置を開始位置に移動させる。

ステップＳ４７において、CPU１２１は、駆動部３４を制御し、露光小領域のy方向の長さだけXYステージ３３をy方向に移動させる。ステップＳ４６およびＳ４７の処理により、露光小領域は次の走査ラインの開始位置に移動する。

ステップＳ４８において、CPU１２１は、ステップＳ４５の処理と同様に、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、ガラス窓３６の位置が下方から規制されるように、位置規制機構３２の押し上げ機構１１２をz方向に上昇させる。

ステップＳ４９において、CPU１２１は、各部を制御し、収容容器３５に収容された紫外線硬化樹脂３７の液面を露光小領域単位で露光させる。ステップＳ５０において、CPU１２１は、ステップＳ４２の処理と同様に、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、押し上げ機構１１２がガラス窓３６に対して外側から力を加えないように、位置規制機構３２の押し上げ機構１１２をz方向に下降させる。

ステップＳ５１において、CPU１２１は、ステップＳ４９の処理を所定の回数(例えば、ワーク領域内のy方向に並ぶ露光小領域の数)だけ繰り返したかを判定する。ステップＳ５１で、まだステップＳ４９の処理が所定の回数だけ繰り返していないと判定された場合、ステップＳ５２において、CPU１２１は、駆動部３４を制御し、露光小領域のx方向の長さだけXYステージ３３をx方向に移動させる。

ステップＳ５３において、CPU１２１は、ステップＳ４５やＳ４８の処理と同様に、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、ガラス窓３６の位置が下方から規制されるように、位置規制機構３２の押し上げ機構１１２をz方向に上昇させる。そして、処理はステップＳ４１に戻り、ステップＳ４９の処理が所定の回数だけ行われるまで、ステップＳ４１乃至Ｓ５３の処理が繰り返される。

なお、このとき、ステップＳ４３では、ステップＳ４１の処理を所定の回数(例えば、ワーク領域内のx方向に並ぶ露光小領域の数から1を減算した数)だけ繰り返したかが判定される。

一方、ステップＳ５１で、ステップＳ４９の処理を所定の回数だけ繰り返したと判定された場合、即ち、1層分の断面形状データに対応する形状の領域が露光された場合、処理は図１２のステップＳ１８に戻る。

図１４は、本発明を適用した光造形装置の第２の実施の形態の構成例を示している。

図１４の光造形装置１５０は、対物レンズ３１Ａを有する光学系３１、位置規制機構３２、XYステージ３３、駆動部３４、収容容器３５、ガラス窓３６、紫外線硬化樹脂３７、Zステージ３８、アーム３９、駆動部４０、および圧力検知部１５１により構成され、Zステージ３８にかかる圧力の変化に応じて造形基準位置を決定する。

なお、図１４において、図４と同一のものには同一の符号を付してあり、説明は繰り返しになるので適宜省略する。

図１４の圧力検知部１５１は、例えばロードセルなどにより構成され、Zステージ３８に設置される。圧力検知部１５１は、Zステージ３８にかかる圧力を検知し、後述する制御装置１７０（図１５）に入力する。駆動部４０は、圧力検知部１５１により検知された圧力に応じて制御装置１７０から供給される制御信号に基づいて、Zステージ３８の移動を制御する。

図１５は、図１４の光造形装置１５０を制御する制御装置１７０のハードウェア構成例を示している。

図１５に示すように、制御装置１７０は、図１１の制御装置１２０のCPU１２１の代わりに、CPU１７１が設けられることにより構成される。CPU１７１は、例えば、記憶部１２８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１２５およびバス１２４を介して、RAM１２３にロードして実行し、通信部１２９を介して、光造形装置１５０の各部を制御することで、光造形装置１５０に光造形を実行させる。

例えば、CPU１７１は、図１１のCPU１２１と同様に、入力部１２６からの入力に応じて制御信号を、通信部１２９を介して、光源８１または９１もしくはシャッタ８２または９６に入力する。

また、CPU１７１は、CPU１２１と同様に、断面形状データに応じて、駆動信号を、通信部１２９を介して空間光変調器８６やガルバノミラー９７および９８に入力する。CPU１７１は、CPU１２１と同様に、反射光モニタ部１０１から通信部１２９を介して入力された戻り光に基づいて、通信部１２９を介して制御信号を駆動部７４や駆動部８８に入力する。

さらに、CPU１７１は、CPU１２１と同様に、駆動部３４を介してソレノイド１１２Ａおよび１１２Ｂを制御し、押し上げ機構１１２をz方向に上昇させたり、下降させたりする。

また、CPU１７１は、CPU１２１と同様に、通信部１２９を介して制御信号を駆動部３４に入力することにより、紫外線硬化樹脂３７の1層分の断面形状データに対応する形状の領域を露光小領域単位で露光させる。これにより、1層分の硬化層がZステージ３８とガラス窓３６との間に形成される。

さらに、CPU１７１は、圧力検知部１５１から入力される圧力の変化に応じて、ガラス窓３６とZステージ３８の接触を検知し、そのときのZステージ３８の位置を造形基準位置とする。CPU１７１は、ガラス窓３６と形成された硬化層との間の距離が硬化層の1層分の厚みとなるように、造形基準位置から所定の距離だけ離れた位置にZステージ３８をz方向に移動させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部４０に入力する。

また、CPU１７１は、1層分の断面形状データに対応する露光が終了するごとに、Zステージ３８をz方向に上昇させるための制御信号を、通信部１２９を介して駆動部４０に入力する。その後、CPU１７１は、図１４の圧力検知部１５１から入力される圧力の変化に応じて、硬化層のガラス窓３６からの剥離を検知し、z方向の上昇を停止させるための制御信号を、駆動部４０に入力する。

次に、図１６を参照して、図１５のCPU１７１による造形処理について説明する。この造形処理は、例えば、ユーザが入力部１２６を操作することにより、造形を指示したとき、開始される。

ステップＳ６１乃至Ｓ６４の処理は、図１２のステップＳ１１乃至Ｓ１４の処理と同様であるので、説明は省略する。

ステップＳ６５において、CPU１７１は、駆動部４０を制御し、Zステージ３８を微速でz方向に下降させる。ステップＳ６６において、CPU１７１は、圧力検知部１５１から入力される圧力が変化したかを判定する。

即ち、Zステージ３８がガラス窓３６に接触するまで、Zステージ３８にかかる圧力は、Zステージ３８の自重による力となるが、Zステージ３８がガラス窓３６に接触すると、Zステージ３８にかかる圧力は略ゼロとなる。従って、CPU１７１は、圧力検知部１５１から入力される圧力が変化したかを判定することにより、Zステージ３８がガラス窓３６と接触したかを検知する。

ステップＳ６６において、圧力が変化していないと判定した場合、即ちまだZステージ３８がガラス窓３６に接触していない場合、圧力が変化するまで待機する。

一方、ステップＳ６６で、圧力検知部１５１から入力される圧力が変化したと判定された場合、即ちZステージ３８がガラス窓３６に接触した場合、ステップＳ６７において、CPU１７１は、駆動部４０を制御し、Zステージ３８を停止させる。駆動部４０は、このときのZステージ３８の位置を造形基準位置として、以降のZステージ３８の移動を制御する。

以上のように、光造形装置１５０では、CPU１７１が、Zステージ３８にかかる圧力の変化に応じて、Zステージ３８がガラス窓３６に接触したことを検知し、Zステージ３８の下降を停止させるので、Zステージ３８が下降し過ぎてガラス窓３６を破壊することを防止することができる。

また、Zステージ３８がガラス窓３６に接触した位置で、Zステージ３８を停止させることができるので、Zステージ３８の底面がガラス窓３６の上面と接触するときのZステージ３８のz方向の位置を、造形基準位置とすることができる。従って、駆動部４０が、造形基準位置からの距離に基づいてZステージ３８の移動を制御することにより、後述するステップＳ６８やＳ７６で、ガラス窓３６の上面と、Zステージ３８または形成された硬化層の底面との距離を、次に形成する硬化層の1層分の厚みに正確にすることができる。その結果、積層精度を向上させることができる。

ステップＳ６８およびＳ６９において、ステップＳ１７およびＳ１８の処理と同様に、Zステージ３８が、造形基準位置から、形成する硬化層の1層分の厚みだけ離れた位置に上昇され、図１３の1層造形処理が行われる。

ステップＳ７０において、CPU１７１は、駆動部４０を制御し、Zステージ３８をz方向に上昇する。ステップＳ７１において、CPU１７１は、圧力検知部１５１から入力される圧力が変化したかを判定する。即ち、硬化層がガラス窓３６から剥離されるまで、Zステージ３８は、ガラス窓３６に接着された硬化層により下方向に引っ張られ、Zステージ３８にかかる圧力は、Zステージ３８の自重と硬化層の重さによる力より大きな力となるが、硬化層がガラス窓３６から剥離されると、Zステージ３８にかかる圧力は、Zステージ３８の自重と硬化層の重さによる力だけとなる。従って、CPU１７１は、圧力検知部１５１から入力される圧力が変化したかを判定することにより、硬化層の剥離を検知する。

ステップＳ７１において、圧力が変化していないと判定した場合、即ちまだ硬化層が剥離されていない場合、圧力が変化するまで待機する。

一方、ステップＳ７１で、圧力が変化したと判定された場合、即ち硬化層が剥離された場合、ステップＳ７２において、CPU１７１は、駆動部４０を制御し、Zステージ３８を停止させる。ステップＳ７３乃至Ｓ７７の処理は、図１２のステップＳ２０乃至Ｓ２４の処理と同様であるので、説明は省略する。

図１７は、本発明を適用した光造形装置の第３の実施の形態の構成例を示している。

図１７の光造形装置２００は、対物レンズ３１Ａを有する光学系３１、位置規制機構３２、XYステージ３３、駆動部３４、収容容器３５、ガラス窓３６、紫外線硬化樹脂３７、Zステージ３８、アーム３９、圧力検知部１５１、位置測定機構２０１、および駆動部２０２により構成される。光造形装置２００は、Zステージ３８の造形基準位置からのz方向の位置を測定し、その位置に基づいてZステージ３８を移動する。

なお、図１７において、図４や図１４と同一のものには同一の符号を付してあり、説明は繰り返しになるので適宜省略する。

図１７の位置測定機構２０１は、レーザ距離計や電気マイクロメータなどにより構成される。位置測定機構２０１は、Zステージ３８が造形基準位置にあるときの、Zステージ３８の底面に近いz方向に垂直な面２０１Ａの位置を基準として、そこから現在の面２０１Ａの位置までの距離、即ち、ガラス窓３６の上面からZステージ３８の底面までのz方向の距離を、Zステージ３８の造形基準位置からのz方向の位置として測定し、駆動部２０２に入力する。

駆動部２０２は、制御装置１７０(図１５)からの制御と、位置測定機構２０１から入力される位置にしたがって、Zステージ３８を所定の位置に移動させる。具体的には、駆動部２０２は、位置測定機構２０１により測定された位置が、制御装置１７０からの制御信号により指示された移動位置になるように、Zステージ３８を移動させる。これにより、光造形装置２００は、硬化層が形成されるZステージ３８の底面の位置精度を向上させることができる。

即ち、Zステージ３８の位置精度は、駆動部２０２とアーム３９の剛性（例えば、アーム３９のたわみ）などにより決まってしまうが、光造形装置２００では、硬化層が形成されるZステージ３８の底面に近い面２０１Ａのz方向の位置が測定され、その位置に基づいてZステージ３８の移動が制御されるので、Zステージ３８の底面の位置精度を向上させることができる。その結果、より積層精度を向上させることができる。

なお、上述した説明では、光造形装置３０（１５０，２００）において、液状の紫外線硬化樹脂３７を用いて光造形が行われたが、紫外線硬化樹脂の状態は液状に限定されず、例えばフィルム状であってもよい。

本発明は、タイリング方式で光造形を行う光造形装置だけでなく、一括露光方式やビームスキャン方式で光造形を行う光造形装置にも適用することができる。

また、本明細書において、プログラム記録媒体に格納されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

自由液面法について説明する図である。規制液面法について説明する図である。規制液面法において生じるガラス板のたわみについて説明する図である。本発明を適用した光造形装置の第１の実施の形態の外観構成を示す図である。図４の光学系の構成例を示す図である。図４の光造形装置によるタイリング方式の光造形について説明する図である。ガラス窓の位置の規制について説明する図である。ガラス窓の位置の規制について説明する図である。図４の位置規制機構の詳細な構成を示す図である。図４の位置規制機構の詳細な構成を示す図である。図４の光造形装置の各部を制御する制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１１のCPUによる造形処理について説明するフローチャートである。図１２のステップＳ１８の1層造形処理について説明するフローチャートである。本発明を適用した光造形装置の第２の実施の形態の構成例を示す図である。図１４の光造形装置を制御する制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１５のCPUによる造形処理について説明するフローチャートである。本発明を適用した光造形装置の第３の実施の形態の構成例を示す図である。

符号の説明

３０光造形装置, ３１光学系, ３２位置規制機構，３３ XYステージ，３８ Zステージ, １５０光造形装置，１５１圧力検知部，１７１ CPU，２００光造形装置，２０１位置測定機構

Claims

立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の界面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより、前記立体モデルを造形する光造形装置において、
前記光硬化性樹脂を収容し、前記光硬化性樹脂の界面を規制する規制窓を有する収容容器と、
前記光硬化性樹脂の界面に垂直な方向である垂直方向に移動可能な垂直移動台と、
前記規制窓を介して前記光硬化性樹脂の界面に光を放射することにより、前記垂直移動台と前記規制窓との間に前記硬化層を形成する光学系と、
前記光学系により前記硬化層が形成される際に、前記規制窓に対して前記収容容器の外側から力を加えることにより、前記規制窓を略平面にする位置規制機構と
を備える光造形装置。
前記光学系が、所定の矩形領域単位で前記光硬化性樹脂の界面に光を放射する場合において、前記光硬化性樹脂の界面に平行な方向である平行方向に前記矩形領域を移動させる平行移動台
をさらに備え、
前記平行移動台は、前記平行方向に前記矩形領域を移動させることにより、前記平行方向に前記矩形領域を走査し、
前記位置規制機構は、前記光学系により前記矩形領域に光が放射される場合、その矩形領域に対応する前記規制窓の領域を略平面にし、前記平行移動台が移動する場合、前記規制窓に対して前記収容容器の外側から力を加えないようにする
請求項１に記載の光造形装置。
前記垂直移動台にかかる圧力を検知する圧力検知手段と、
前記圧力検知手段により検知された圧力の変化に応じて、前記垂直移動台と前記規制窓との接触を検知する接触検知手段と
をさらに備え、
前記垂直移動台は、前記硬化層を積層する際に、前記接触検知手段により接触が検知されたときの前記垂直移動台の前記垂直方向の位置を基準として、前記垂直方向に移動する
請求項１に記載の光造形装置。
前記接触検知手段は、前記圧力検知手段により検知された圧力の変化に応じて、前記規制窓からの前記硬化層の剥離も検知し、
前記垂直移動台は、前記硬化層が形成された場合、前記接触検知手段により剥離が検知されるまで、前記垂直方向に移動することにより、前記硬化層を前記規制窓から剥離する
請求項３に記載の光造形装置。
前記規制窓から前記垂直移動台までの前記垂直方向の距離を測定する測定手段
をさらに備え、
前記垂直移動台は、前記硬化層を積層する際に、前記測定手段による測定結果に基づいて、前記垂直方向に移動する
請求項１に記載の光造形装置。
立体モデルの断面形状データに応じた光を光硬化性樹脂の界面に照射して硬化層を形成し、前記硬化層を積層することにより、前記立体モデルを造形する光造形装置において、
前記光硬化性樹脂を収容し、前記光硬化性樹脂の界面を規制する規制窓を有する収容容器と、
前記光硬化性樹脂の界面に垂直な方向である垂直方向に移動可能な垂直移動台と、
前記規制窓を介して前記光硬化性樹脂の界面に光を放射することにより、前記垂直移動台と前記規制窓との間に前記硬化層を形成する光学系と、
前記垂直移動台にかかる圧力を検知する圧力検知手段と、
前記圧力検知手段により検知された圧力の変化に応じて、前記垂直移動台と前記規制窓との接触を検知する接触検知手段と
を備え、
前記垂直移動台は、前記硬化層を積層する際に、前記接触検知手段により接触が検知されたときの前記垂直移動台の前記垂直方向の位置を基準として、前記垂直方向に移動する
光造形装置。