JP2022082420A - 光学補正を用いるレーザに基づいた製造 - Google Patents

Abstract

【課題】物質から物体を形成する方法を提供する。【解決手段】方法は、物質の第一標的箇所に第一光ビームを向けて物体の第一部分を画定することを含む。また、方法は、第一標的箇所に第一光ビームを向けた後に、光学システムが適用すべき光学補正を決定することも含む。光学補正は、第一光ビームと物質の相互作用に少なくとも部分的に起因した第一標的箇所近傍における大気歪み領域の大気変化に基づく。方法は、物質の第二標的箇所に第二光ビームを向けて物体の第二部分を画定することを更に含む。光学補正を適用しながら、第二光ビームを大気歪み領域の少なくとも一部を通るように向ける。【選択図】図１

Description

本発明は、光学補正を用いるレーザに基づいた製造に関する。

レーザは多くの製造プロセスにおいて使用されている。例えば、多様な製造プロセスにおいてレーザを使用して、物質を加熱すること、物質の硬化を促進すること、物質を融合又は溶接すること、物質を切断すること等ができる。このような使用方法の多くにおいては、所望の効果を得るために、レーザデバイスから放出された光のビームを標的箇所に適切に注意深く集束させる必要がある。

レーザデバイスからの光ビームを用いる物質の加熱は、物質の一部を蒸発させ又はオフガスにし得て、これがレーザデバイスと物質との間の屈折率の差を生じさせ得る。光ビームは典型的には極めて局所的な物質の加熱を与える。局所的な加熱は、レーザデバイスと物質との間で光ビームが伝播する経路に沿った顕著な温度差をもたらし得る。このような温度差（又は関連する密度差）は、光ビームが伝播する経路に沿って大気の屈折率を変動させ得る。経路に沿った屈折率の差は、光ビームの歪みを生じさせ得て、これが光ビームをデフォーカスしたり、目的箇所に与えられる光ビームのエネルギーを制限するような他の問題を生じさせたりし得る。

特定の実施形態では、物質から物体を形成するためのシステムは、物質に光を向けて物体の部分を画定するように物質を加工するように構成された一つ以上のレーザデバイスを含む。また、システムは、一つ以上のレーザデバイスに結合され光の光学補正を行うように構成された光学システムも含む。システムは、光学システムに結合され、一つ以上のレーザデバイスが一つ以上の第一光ビームを物質の第一標的箇所に向けて物質の第一部分を画定した後に、光学システムが適用すべき光学補正を決定するように構成されたコントローラを更に備える。光学補正は、一つ以上の第一光ビームと物質の相互作用に少なくとも部分的に起因する第一標的箇所近傍の大気歪み領域における大気変化に基づく。コントローラは、一つ以上のレーザデバイスからの第二光ビームに光学補正を適用することを光学システムにさせるように更に構成される。第二光ビームは、物体の第二部分を画定するように、大気歪み領域の少なくとも一部を通って物質の第二標的領域に向けられる。

他の特定の実施形態では、物質から物体を形成する方法は、第一光ビームを物質の第一標的箇所に向けて、物体の第一部分を画定することを含む。また、方法は、第一光ビームを第一標的箇所に向けた後に、光学システムが適用すべき光学補正を決定することも含む。光学補正は、第一光ビームと物質の相互作用に少なくとも部分的に起因する第一標的箇所近傍の大気歪み領域の大気変化に基づく。方法は、第二光ビームを物質の第二標的箇所に向けて、物体の第二部分を画定することを更に含む。第二光ビームは、光学補正を適用しながら大気歪み領域の少なくとも一部を通って向けられる。

本開示の特徴、機能、利点は、多様な実施形態において独立して達成可能であり、また、更に他の実施形態において組み合わせ可能でもあり、更なる詳細は以下の説明と図面を参照して理解可能となるものである。

特定の実施形態に係る光学補正を用いる物体のレーザに基づいた製造用のシステムを示す図である。 アディティブマニュファクチャリングシステム用の図１のシステムの第一例を示す図である。 アディティブマニュファクチャリングシステム用の図１のシステムの第二例を示す図である。 図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、図１のシステムを用いるアディティブ製造プロセス中の各段階を示す図である。 サブトラクティブマニュファクチャリングシステム用の図１のシステムの例を示す図である。 図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、図１のシステムを用いるサブトラクティブ製造プロセス中の各段階を示す図である。 レーザに基づく製造と光学補正を用いて物体を製造する方法の例を示すフローチャートである。 レーザに基づく製造プロセス用の光学補正を決定する方法の例を示すフローチャートである。 光学補正を用いる物体のレーザに基づく製造の態様をサポートするように構成された計算デバイスを含む計算環境のブロック図である。

本開示の態様はレーザに基づいた製造を促進するように光学補正を用いる。光学補正は光学システムによって与えられ、光学システムは、製造工程において用いられるレーザデバイスと物質の標的箇所との間の経路に沿った大気歪みを補償するように光ビームを予め歪ませるように構成される。例えば、大気歪みは、経路に沿って向けられた光ビームの位相面の形状変化を生じさせ得るので、光学システムは、位相面の形状変化の影響を相殺又は制限するように光ビームを予め歪ませることができる。例えば、光学システムは、光ビームに共役位相面形状を適用して、共役位相面形状を有する光ビームが光学歪みを通過する際に、光学歪みによって誘起される位相面形状の変化が、共役位相面形状の変化を相殺して、十分に集束して実質的に平坦な位相面の光ビームが標的箇所に到達することを可能にするようにする。

光学補正は動的に決定されて適用され得る。例えば、光ビームが第一標的箇所の物質と相互作用する際に、光ビームは或る所望のプロセス効果（例えば、物質の部分の融合や、物質の部分の除去）を生じさせ、第一標的箇所近傍の領域に光学歪みを誘起し得る。特定の実施形態では、光学補正は、第一光ビームが光学歪みを生じさせた後に決定され、第二標的箇所に後続光ビームが向けられるのにあわせて、光学補正が後続光ビームに適用される。従って、物体の製造プロセス中の第一期間に適用される光学補正は、物体の製造プロセス中の第二期間に適用される光学補正と異なり得る。光学補正の適用は、連続的な期間（例えば、立て続けの製造ステップ）において物体又はその物体を形成するのに用いられる物質の隣接領域をレーザデバイスが標的とすることを可能にする。例えば、光ビームを第一標的箇所に向けて、第一標的箇所近傍の大気歪み領域の形成をもたらし得る。次のプロセスステップにおいて、第二光ビームを、第一標的箇所に近接する第二標的箇所に向け得る。この例では、第二光ビームは、第一光ビームが生じさせた大気歪みの少なくとも一を通過するが、大気歪み領域の影響は光学補正によって減じられる。

本開示のように光学補正を用いることとは対照的なやり方でも、第一光ビームが生じさせる光学歪みは回避され得る。例えば、第二光ビームを、第一標的箇所から離れた標的箇所に向けて、第二光ビームが、第一光ビームが生じさせた大気歪み領域を通過しない（又はほとんど通過しない）ようにし得る。第一標的箇所から離れた第二標的箇所を向くようにレーザデバイスの標的を変更することは、製造時間を増やす。何故ならば、このような標的変更は、プロセスステップ間に物質の相対的位置とレーザデバイスの標的箇所を変更する大幅な移動を伴うからである。第一光ビームが生じさせる光学歪みを回避する他の例として、大気歪み領域が消失する遅延の後に第二光ビームを適用し得る。この例も、プロセスステップ間に追加される遅延時間に起因して製造時間を増やす。

本開示のように光学補正を用いることとは対照的な他のやり方として、第一光ビームが生じさせる光学歪みを圧倒し得る。例えば、各標的箇所に印加される熱が少なくとも所望の効果を生じさせるのに十分となるようにレーザデバイスの出力パワーを上げ得る。このように出力パワーを上げることは非効率的である。更に、レーザデバイスの出力パワーが上がると、レーザデバイスによって放出される光ビームが更に光学歪みを生じさせ得る。また、レーザデバイスの出力パワーは、使用される物質の特性によって制限され得る。

本開示の光学補正は、レーザに基づいた製造プロセスにおける光学歪みを回避又は圧倒する他の工程に代えて又は加えて、適用され得る。光学歪みを回避又は圧倒することに代えて用いる場合、本開示の光学補正は、より効率的で高速（例えば、より高スループット）の製造プロセスを可能にする。光学歪みを回避することと組み合わせて用いる場合、本開示の光学補正は、製造結果に影響を与えずに第一光ビームが生じさせる大気歪み領域を第二光ビームがより通過するようにすることによって、標的変更に関連する遅延を低減する。光学歪みを圧倒することと組み合わせて用いる場合、本開示の光学補正は、大気歪み領域を圧倒するのに用いられる過剰出力の量を減らす。従って、本開示の適用性のある光学補正は、プロセスステップ間の待ち時間を低減又は排除しつつ、レーザシステムのスポットサイズと位相面性能を改善することができる。

図面と以下の説明は具体的な例を例示するものである。本願に明示的に記載され示されてはいないが、本開示の原理を実現することができ、添付の特許請求の範囲内に含まれる多様な構成を当業者が想起できることを理解されたい。更に、本願記載のいずれの例も本開示の原理を理解することを助けるためのものであって、限定されずに解釈されるものである。つまり、本開示は、以下に記載の具体的な例に限定されず、特許請求の範囲及びその等価物によって限定されるものである。

図面を参照して特定の実施形態を本願で説明する。説明では、全図面にわたって共通の特徴を共通の参照番号で指称する。一部図面では、特定の種類の特徴の複数の事例が用いられている。こうした特徴は物理的及び／又は論理的に個別のものであるが、それぞれ同じ参照番号が用いられ、異なる事例は、参照番号に文字を追加することで区別される。まとめて又は種類としての特徴が本願で言及される場合（例えば、特定の一つの特徴に言及するものではない場合）、区別用の文字無しで参照番号が用いられる。しかしながら、同じ種類の複数の特徴のうち特定の一つの特徴について本願で言及する場合、区別用の文字有りで参照番号が用いられる。例えば、図１を参照すると、一つ以上のアクチュエータ１６０Ａと一つ以上のアクチュエータ１６０Ｂが示されている。これらアクチュエータのうち一つ又は特定の組、例えばアクチュエータ１６０Ａに言及する場合、区別用の文字「Ａ」が用いられる。しかしながら、これらアクチュエータのうち任意の一つに言及し又はこれらのアクチュエータをまとめて言及する場合、参照番号１６０が区別用の文字無しで用いられる。

本願において、多様な用語は、具体的な実施形態を説明する目的のみで使用されるものであって、限定的なものではない。例えば、単数形での表記は、特に断らない限りは複数の場合も含むものである。更に、本開示の一部の特徴は一部実施形態では単数のものであり、他の実施形態では複数のものである。例えば、図１は、一つ以上のレーザデバイス（図１の「レーザデバイス１０２」）を含むシステム１００を示すが、一部実施形態ではシステム１００は単一のレーザデバイス１０２を含み、他の実施形態ではシステム１００は複数のレーザデバイス１０２を含む。本願における言及を簡単にするため、このような特徴は、「一つ以上の」の特徴として一般的には記載され、以下においては、特に複数の特徴に関係している態様を説明する場合以外は単数形で言及される。

「備える」との用語は「含む」や「有する」との用語と相互可換に用いられる。また、「であって」との用語は「において」との用語と相互可換に用いられる。本願において、「例示」は、一例、一実施形態及び／又は一態様を示すものであって、限定的なものや、優先的又は好ましい実施形態を示すものとして解釈されるものではない。本願において、要素（構造、構成要素、工程等）を修飾するのに用いられる序列の用語（例えば、「第一」、「第二」、「第三」等）は、それ自体が他の要素に対する何らかの優先度や序列を示すものではなくて、（序列の用語を用いて）同じ名称を有する要素同士を単に区別するものである。本願において、「組（セット）」との用語は一つ以上の要素のまとまりを称し、「複数」との用語は複数の要素を称する。

本願において、「生成する」、「計算する」、「使用する」、「選択する」、「アクセスする」、「決定する」との用語は、特に断らない限りは相互可換に用いられる。例えば、パラメータ（又は信号）を「生成する」、「計算する」、又は「決定する」とは、そのパラメータ（又は信号）を積極的に生成、計算、又は決定することを称し得て、又は、例えば他の構成要素やデバイスによって既に生成されているパラメータ（又は信号）を使用、選択、又はアクセスすることを称し得る。本願において、「結合」とは、「通信可能に結合」、「電気的に結合」、又は「物理的に結合」を含み、また（代替的に）、これらの組み合わせを含む。二つのデバイス（又は構成要素）は、直接的に、又は一つ以上の他のデバイス、構成要素、ワイヤ、バス、ネットワーク（例えば、有線ネットワーク、無線ネットワーク、これらの組み合わせ）等を介して間接的に結合（例えば、通信可能に結合、電気的に結合、物理的に結合）可能である。電気的に結合されている二つのデバイス（又は構成要素）は同じデバイス又は別々のデバイスに含まれ得て、例えば非限定的な例として電子機器、一つ以上のコネクタ、誘導結合を介して接続され得る。一部実施形態では、（電気通信等で）通信可能に結合されている二つのデバイス（又は構成要素）は、直接的に、又は一つ以上のワイヤ、バス、ネットワーク等を介して間接的に、電気信号（デジタル信号又はアナログ信号）を送受信することができる。本願において、「直接的に結合」とは、二つのデバイスが、介在する構成要素無しで結合（例えば、通信可能に結合、電気的に結合、又は物理的に結合）されていることを記述する。

図１は、特定の実施形態に係る光学補正を用いる物体１２０のレーザに基づく製造用のシステム１００を示す図である。システム１００は、一つ以上のレーザデバイス１０２（一つ以上のプロセスレーザデバイス１０４や一つ以上の測定レーザデバイス１０６等）を含む。本願において、プロセスレーザデバイス１０４は、光ビーム（例えば、図１のビーム１２６）を物質１２２に向けて、物体１２０の部分を画定するように物質１２２を加工するように構成されているレーザデバイスを称する。測定レーザデバイス１０６は、測定光ビーム（例えば、図１のビーム１２４）を大気歪み領域１２８に向けて、大気歪み領域１２８内の光学歪みの特性を測定又は検知するように構成されているレーザデバイスを称する。

図１に示される例では、ビーム１２６とビーム１２４は実質的に平行な経路に沿って向けられるものとして示されている。他の例では、ビーム１２６とビーム１２４は一致している（例えば、図５の例に示されるように）。更に他の例では、ビーム１２６とビーム１２４は別々の非平行な経路に沿って向けられる（図２及び図３の例に示されるように）。

ビーム１２４はビーム１２６と異なる一つ以上のビーム特性を有する。例えば、ビーム１２４は、波長、強度、焦点、デューティサイクル、ビームパワー、ビーム形状、パルス特性、又はこれらの組み合わせにおいてビーム１２６と異なり得る。一例では、ビーム１２６は第一波長を有し、ビーム１２４は第一波長よりも短い第二波長を有する。例えば、プロセスレーザデバイス１０４からのビーム１２６は、赤外スペクトル内の波長を有し得て、測定レーザデバイス１０６からのビーム１２４は、光学歪みの精細な測定を与えるようにより短い波長を有し得る。他の例では、ビーム１２６はパルスビームであり（例えば、精細な製造制御とパルス間の標的変更を与える）、ビーム１２４は連続ビームである（例えば、光学歪みの連続的又は準連続的なサンプリングを与える）。更に他の例では、ビーム１２６は、製造基準（例えば、物体の形成、及び、ビーム１２６と物質１２２の相互作用を規制する）に基づいた第一率でパルス化され、ビーム１２４は、第一率とは独立した第二率でパルス化される。例えば、第二率は、サンプリング又は測定基準（例えば、光学歪みがどの程度素早く変化するのかに基づいた率で光学歪みをサンプリングする）に基づいて決定され得る。更に他の例では、ビーム１２４は第一率でパルス化され、ビーム１２６は同じ率でパルス化され得る。例えば、特定の実施形態では、ビーム１２４のパルスは、ビーム１２６のパルスが物質１２２に向けられる直前に、光学歪みをサンプリングするように大気歪み領域に向けられ得る。この特定の実施形態では、ビーム１２４のパルスは、ビーム１２６のパルスの光を予め歪ませるように光学システム１１０を調節するのに用いられる。従って、この特定の実施形態では、光学システム１１０はビーム１２６のパルス毎に調節され得る。代わりに、光学システム１１０は、ビームのＮパルス後に調節され得て、Ｎは１よりも大きな整数である。

ビーム１２６のビーム特性は製造を促進するように選択される。例えば、ビーム１２６のビーム特性は、物体１２０を形成するのに用いられる製造プロセスと物質１２２に基づいて選択され得る。例示的な第一例として、システム１００がアディティブマニュファクチャリングプロセス用に用いられる場合、ビーム１２６のビーム特性は、ビーム１２６が物質１２２を選択的に硬化若しくは固化させ、物質１２２の隣接粒子同士を融合、接着、焼結、又は溶接して、物体１２０の部分を形成することを可能にするように選択され得る。例示的な第二例として、システム１００がサブトラクティブマニュファクチャリングプロセス用に用いられる場合、ビーム１２６のビーム特性は、ビームが物質１２２の部分を選択的に融解、昇華、気化、アブレーション、又は他の方法で除去して、物質１２２の残存部分が物体の部分を画定することを可能にするように選択され得る。ビーム１２６と物質１２２の相互作用は、ビーム１２６の標的箇所近傍で大気歪み領域１２８の大気変化を生じさせる。例えば、大気変化は、大気歪み領域１２８内の大気屈折率の局所的な変動をもたらし得る。

ビーム１２４のビーム特性は、製造プロセスに悪影響を与えずに大気歪み領域１２８の光学歪みの測定を促進するように選択させる。例えば、ビーム１２４のビーム特性は、センサ１３０がビーム１２４を検出して、大気歪み領域１２８の光学歪みを示すセンサデータ１３６を決定する性能に基づいて選択され得る。他の例として、ビーム１２４とビーム１２６が一致している場合、ビーム１２４の波長は、センサ１３０によるビーム１２４の正確な検出を可能にするのに十分なようにビーム１２６の波長と異なり得る。

レーザデバイス１０２に加えて、システム１００は、レーザデバイス１０２に結合され、レーザデバイス１０２によって出力された光の光学補正を行うように構成された光学システム１１０を含む。例えば、光学システム１１０は、プロセスレーザデバイス１０４によって放出されたビーム１２６の位相面形状を変更するように構成されている位相面形状調節システム１１２を含み得る。位相面形状を調節するのに使用可能な機構の例として、一つ以上の空間光変調器１１４、一つ以上の動的調節可能レンズ１１６、一つ以上の動的調節可能ミラー１１８が挙げられる。図１では、位相面形状調節システム１１２は、空間光変調器１１４と、動的調節可能レンズ１１６と、動的調節可能ミラー１１８を含むものとして示されている。他の実施形態では、位相面形状調節システム１１２は、空間光変調器１１４と、動的調節可能レンズ１１６と、動的調節可能ミラー１１８のうち二つのみを含む。更に他の実施形態では、位相面形状調節システム１１２は、空間光変調器１１４と、動的調節可能レンズ１１６と、動的調節可能ミラー１１８のうち一つのみを含む。

システム１００は、レーザデバイス１０２に、光学システム１１０に、又はこれら両方に結合されたコントローラ１４０を更に含む。コントローラ１４０は、光学システム１１０が適用すべき光学補正１５４を決定するように構成される。更に、コントローラ１４０は、レーザデバイス１０２の作動、レーザデバイス１０２によって放出される光の指向、レーザデバイス１０２と物質１２２の相対的な位置（例えば、一つ以上のアクチュエータ１６０を用いる）、一つ以上のセンサ１３０の作動、システム１００を用いて製造を行うことの他の態様、又はこれらの組み合わせを制御するように構成され得る。

また、システム１００は、ビーム１２６と物質１２２の相互作用に少なくとも部分的に起因する大気歪み領域１２８の大気変化を示すセンサデータ１３６を生成するように構成されている一つ以上のセンサ１３０も含む。センサ１３０は、一つ以上の位相面センサ１３２、大気歪み領域１２８の大気変化を示すセンサデータ１３６を生成するように構成された一つ以上の他のセンサ１３４、又はこれら両方を含む。位相面センサ１３２は、ビーム１２４が大気歪み領域１２８の少なくとも一部分を通過した後のビーム１２４の位相面形状を測定して、測定された位相面形状に基づいてセンサデータ１３６を生成するように構成される。他のセンサ１３４は、特定の大気歪み特性に相関している状態を検出するように構成される。例えば、他のセンサ１３４は、大気歪み領域（又は周囲領域）の局所的な温度変化や、大気歪み領域（又は周囲領域）の化学成分の存在や濃度等を検出するように構成され得る。

センサ１３０が位相面センサ１３２を含むものであろうと、他のセンサ１３４を含むものであろうと、又はこれらの組み合わせを含むものであろうと、センサデータ１３６は、光学システム１１０が適用すべき光学補正１５４を決定するのにコントローラ１４０が用いる情報を含む。図１では、コントローラ１４０は一つ以上のプロセッサ１４２とメモリ１４４を含む。メモリ１４４は、データと命令１４６を記憶するように構成されている一つ以上の非一時的メモリデバイスを含むかそれに対応するものである。命令１４６はプロセッサ１４２によって実行可能であり、コントローラ１４０に関して記載の多様な工程（光学システムが適用すべき光学補正１５４を決定すること、システム１００の他の工程を制御すること等）を行わせる。図１に示される例では、命令１４６は、レーザ制御命令１４８、位置制御命令１５０、光学補正命令１５２に対応しているか、これらを含む。

レーザ制御命令１４８はプロセッサ１４２によって実行可能であり、一つ以上のレーザデバイス１０２の作動、停止、動作特性変更を行うコマンド１７２を生成させる。コマンド１７２は、タイミング、ビーム特性、指向方向、レーザデバイス１０２によって出力される光の他の態様を指示することによってレーザデバイス１０２の動作を制御する。

位置制御命令１５０はプロセッサ１４２によって実行可能であり、システム１００のアクチュエータ１６０に対するコマンド１７０を生成させる。図１では、システム１００のアクチュエータ１６０は、レーザデバイス１０２及び／又は光学システム１１０に関与するアクチュエータ１６０Ａと、物質の取り扱いと物体の移動に関与するアクチュエータ１６０Ｂを含む。他の実施形態では、システム１００はより多くのアクチュエータ１６０又はより少ないアクチュエータ１６０を含む。図２に示される例等の特定の実施形態では、アクチュエータ１６０Ａは、ビーム１２４とビーム１２６のうち一つ以上の指向を促進するように標的指向ミラーに結合される。他の例では、アクチュエータ１６０Ａは、ビーム１２４、１２６を指向するようにレーザデバイス１０２及び／又は光学システム１１０の向きを変更する。一部実施形態では、ビーム１２４とビーム１２６のうち一つ以上は固定経路に沿って向けられ、アクチュエータ１６０Ｂが物質１２２、物体１２０、又は両方をビーム１２４、１２６に対して移動させる。追加的又は代替的に、アクチュエータ１６０Ｂは、加工領域内に或る量の物質１２２を供給すること等の他の工程を行うように構成され得る。

図１に示される特定の実施形態では、光学補正命令１５２はプロセッサ１４２によって実行可能であり、一つ以上のレーザデバイス１０２によって放出される光に対して光学システム１１０が適用すべき光学補正１５４を決定させる。光学補正１５４は、プロセスレーザデバイス１０４によって放出される光（例えば、ビーム１２６）の標的指向や有効性を改善するために大気歪み領域１２８の大気歪みを補正するように構成される。

光学補正１５４は、大気歪み領域１２８に関連して測定、検出又は推定された位相面形状変化１５６に基づいて決定される。位相面形状変化１５６は、大気歪み領域１２８を通過することによってビーム１２６の位相面がどの位変化すると予想されるのかを示す。一部実施形態では、位相面形状変化１５６は、大気歪み領域１２８の少なくとも一部を通過することによって測定レーザデバイス１０６からの測定光ビーム（例えば、ビーム１２４）の位相面がどの位変更されるのかに基づいて決定される。図１に示される特定の実施形態では、測定レーザデバイス１０６とプロセスレーザデバイス１０４は共に配置されて、両方とも光学システム１１０を通る。この実施形態では、ビーム１２４とビーム１２６は一致している。他の実施形態では、測定レーザデバイス１０６からの光は光学システム１１０を通過しない。例えば、図５に示される例では、ビーム１２４とビーム１２６は一致していて、合成ビーム５０８を形成しているが、ビーム１２４は光学システム１１０を通過しない。図２に示される例等の更に他の例では、プロセスレーザデバイス１０４と測定レーザデバイス１０６は共に配置されず、ビーム１２４とビーム１２６は一致しない。例えば、ビーム１２４は、ビーム１２６と異なる方向で大気歪み領域１２８を通過する。こうした実施形態では、コントローラ１４０は、プロセスレーザデバイス１０４と測定レーザデバイス１０６の向きと位置の違いを補償する較正データ（例えば、図９の較正データ９４２）を含む。

動作中において、コントローラ１４０は、レーザデバイス１０２と物質１２２の相対的位置と指向方向をアクチュエータ１６０に制御させるコマンド１７０を生成する。また、一部実施形態では、コマンド１７０は、物質１２２の部分を加工箇所に配置すること等によって、製造プロセス用に物質１２２を準備することも行う。特定の態様では、位置制御命令１５０は、レーザデバイス１０２を物質１２２の第一標的箇所に向けさせるコマンド１７０を生成する。位置制御命令１５０は、他のデバイスから受信した情報やメモリ１４４に記憶されている情報に基づいてコマンド１７０を決定し得る。例えば、コントローラ１４０は、リモートコンピューティングデバイスから機械語命令（例えば、Ｇコードやコンピュータ数値コード命令）を受信し得る。この例では、機械語命令は、典型的には一層毎のプロセスで、物体１２０を形成するために行われる工程を指示する。例えば、物体１２０の三次元（３Ｄ）コンピュータモデルがスライサーアプリケーションによって処理されて、３Ｄコンピュータモデルを一組の離散層として表し得て、その一組の離散層に基づいてツールパスや他の機械語命令が生成され得る。一部実施形態では、コントローラ１４０が３Ｄコンピュータモデルとスライサーアプリケーションを含む。他の実施形態では、他のデバイスが３Ｄコンピュータモデルとスライサーアプリケーションを含み、コントローラ１４０は、他のデバイスから受信した機械語命令に基づいてコマンド１７０を決定する。

レーザデバイス１０２が正しく指向される（例えば、物質１２２の第一標的箇所に向けられる）と、コントローラ１４０は、プロセスレーザデバイス１０４が物体１２０の第一部分を画定するため第一標的箇所に第一光ビーム（例えば、ビーム１２４）を向けるようにコマンド１７２を送信する。プロセスレーザデバイス１０４が第一光ビームを放出する前、間又は後において、コントローラ１４０は、測定レーザデバイス１０６が第一標的箇所近傍の領域に（例えば、大気歪み領域１２８に、又は大気歪み領域１２８の予測箇所に）測定光ビーム（例えば、ビーム１２６）を向けるようにコマンド１７２も送信し得る。

プロセスレーザデバイス１０４からの第一光ビーム１２６は、物体１２０の部分を画定するように第一標的箇所において物質１２２の部分を相互作用する。例えば、システム１００がサブトラクティブマニュファクチャリングプロセスを行っている場合には、ビーム１２６は物質１２２の部分をアブレーション、融解、気化、又は他の方法で除去し得る。他の例として、システム１００がアディティブマニュファクチャリングプロセスを行っている場合には、ビーム１２６は物質１２２の部分同士を硬化（例えば、架橋開始）、接着、結合、又は他の方法で融合させ得る。

物体１２０の部分を画定することに加えて、第一光ビームと物質１２２の相互作用は、第一標的箇所近傍である大気歪み領域１２８の大気変化を生じさせ得る。大気変化は、大気歪み領域１２８内の大気屈折率の局所的変動をもたらす。補正無しでは、この大気屈折率の局所的変動は、大気歪み領域１２８を通って向けられる第二光ビーム１２６を歪ませてしまう（例えば、デフォーカスさせてしまう）。

センサ１３０は、大気歪み領域１２８の大気歪みを示すセンサデータ１３６を生成する。例えば、測定レーザデバイス１０６は、ビーム１２４が大気歪み領域１２８の少なくとも一部を通過する方向にビーム１２４を放出する。一部実施形態では、センサ１３０は、ビーム１２４を検出し、大気歪み領域１２８によって生じた光学歪みの特性指標としてセンサデータ１３６を生成する。例えば、位相面センサ１３２は、ビーム１２４の位相面の形状や、ビーム１２４が受ける位相面変化を示すセンサデータ１３６を生成し得る。他の例として、他のセンサ１３４が、大気歪み領域１２８の局所的温度、大気歪み領域１２８の化学成分、大気歪み領域１２８の光学的不規則性、又はこれらの組み合わせを示すセンサデータ１３６を生成し得る。

コントローラ１４０は、センサデータ１３６を用いて光学補正１５４を決定する。図１に示される特定の例では、大気歪み領域１２８を通過する後続の光ビーム１２６に影響すると予測される位相面形状変化１５６を推定又は計算することによって、光学補正１５４が決定される。この例では、位相面形状変化１５６を用いて、共役位相面形状１５８を計算する。共役位相面形状１５８を用いて、光学システム１１０に与えられるコマンド１７４を生成する。光学システム１１０は、共役位相面形状１５８に基づいて位相面形状調節システム１１２を調節する。

プロセスレーザデバイス１０４は、物体１２０の第二部分を生成するように物質１２２の第二標的箇所に第二光ビーム（例えば、ビーム１２６）を向ける。第二標的箇所は第一標的箇所の近傍であり（例えば、隣接又は近接する）、第二光ビームが大気歪み領域１２８の少なくとも一部を通過するようになる。例えば、第二標的箇所において除去される物質１２２の一部は、第一標的箇所において除去される物質の一部と連続しているか又は直接隣接している。他の例として、アディティブプロセスでは、物体１２０の第一部分を形成するように第一標的箇所において融合した物質の部分は、第二標的箇所の物質１２２の第二部分と直接隣接して融合する。

第二光ビームは光学システム１１０に向けられ、光学システム１１０が第二光ビームに光学補正１５４を適用する。結果として、第二光ビームは、大気歪み領域１２８の光学歪みを補償するように予め歪まされる。特定の例では、このようにな工程を反復的に続ける。例えば、一続きのプロセスステップを用いて物体１２０が形成され、プロセスレーザデバイス１０４からのビーム１２６が各プロセスステップにおいて物質の標的箇所に向けられる。追加的に、プロセスステップとプロセスステップの間において、光学システム１１０が、以前の一つ以上プロセスステップ中に形成された大気歪み領域１２８の光学歪みを補償するように再構成され得る。大気歪み領域１２８の光学歪みを調節することで、プロセスステップとプロセスステップの間のレーザデバイス１０２の遅延及び／又は標的変更が必要ではなくなるので、製造システム１００の高速動作が可能となる。

図１は、共役位相面形状１５８として光学補正１５４を計算する光学補正命令１５２を示しているが、他の実施形態では共役位相面形状の計算に追加して又は代えて他の光学補正計算が行われ得る。例えば、センサデータ１３６は、他のセンサによって検知された温度や化学成分の情報を含み得て、センサデータ１３６は、光学補正１５４を決定するための入力として機械学習モデル（例えば、ニューラルネットワーク）に与えられ得る。この例では、センサデータ１３６に基づいて光学補正１５４を推定するように機械学習モデルを学習させ得る。他の例では、光学補正１５４のパラメータに対する特定のセンサデータ値をマッピングする較正データとセンサデータ１３６を比較することができる。

図２は、アディティブマニュファクチャリングプロセス用の図１のシステム１００の第一例を示す図である。図２では、システム１００は、樹脂に基づいたアディティブマニュファクチャリングシステムとして構成されている。例えば、図２では、物質１２２は、プロセスレーザデバイス１０４からの光ビーム１２６によって硬化する（例えばポリマーの架橋が始まる）樹脂を含む。この例では、アクチュエータ１６０Ｂは、物質１２２の容器２０６内で物体１２０の深さを調節し、物体の１２０の上部に樹脂層をオーバーフローさせて、物体上に未硬化樹脂層を形成するように構成される。次いで、ビーム１２６は、未硬化樹脂層の特定の箇所に向けられ、層の部分を選択的に硬化させて、物体１２０の部分を形成する。物体１２０はプラットフォーム２０２上で形成され、そのプラットフォーム２０２は、容器内２０６内に延伸し、物体１２０が形成されるにつれて物体１２０を支持する。

図２に示される例では、アクチュエータ１６０Ａは標的指向ミラー２０４に結合されている。アクチュエータ１６０Ａは、ビーム１２６を特定の標的箇所に向けるように標的指向ミラー２０４を動かす。

図２に示される例では、測定レーザデバイス１０６は、測定レーザデバイス１０６によって放出された光ビーム１２４が大気歪み領域１２８を通過してセンサ１３０によって検出されるようにして、位置決めされる。センサ１３０からのセンサデータ１３６に基づいて、コントローラ１４０は、大気歪み領域１２８の光学歪みを補償するようにプロセスレーザデバイス１０４からのビーム１２６を修正するように光学システム１１０に命令する。例えば、光学システム１１０は、図１に示されるような空間光変調器１１４、動的調節可能レンズ１１６、動的調節可能ミラー１１８を用いて位相面調節等の光学補正１５４を適用し得る。一部実施形態では、プロセスレーザデバイス１０４が第一光ビーム１２６を物質１２２の第一標的箇所に向けて大気歪み領域１２８を形成した後に、光学補正１５４に基づいて光学システム１１０を調節する。この例では、プロセスレーザデバイス１０４は第二光ビーム１２６を物質１２２の第二標的箇所に向け、光学システム１１０が第二光ビーム１２６に光学補正１５４を適用する。光学補正１５４は、大気歪み領域１２８の大気屈折率の局所的変動に起因する第二光ビーム１２６のデフォーカスを制限するように第二光ビーム１２６を予め歪ませる。

図３は、アディティブマニュファクチャリングシステム用の図１のシステム１００の第二例を示す図である。図３では、システム１００は、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）システム、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）システム、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）システム等の金属粉体床融合システムに対応している。図３では、システム１００は、物質１２２の容器３０８と、造形空間３１０を含む。容器３０８は、一つのアクチュエータ１０６Ｂに結合された第一プラットフォーム３０４を含み、造形空間３１０は、他のアクチュエータ１０６Ｂに結合された第二プラットフォーム３０２を含む。物質１２２は、金属粉体やポリマー粉体等の微粒子を含む。

図３に示される例では、アクチュエータ１６０Ａは、標的指向ミラー２０４に結合され、ビーム１２６を指定の標的箇所に向けるように標的指向ミラー２０４を動かすように構成される。一部実施形態では、プロセスレーザデバイス１０４が第一光ビーム１２６を物質１２２の第一標的箇所に向けて大気歪み領域１２８を形成した後に、コントローラ１４０が、後続ビーム１２６が物質１２２の第二標的箇所に向けられた際に光学システム１１０が適用すべき光学補正１５４を決定する。光学補正１５４は、大気歪み領域１２８の大気屈折率の局所的変動に起因する第二ビーム１２６のデフォーカスを制限するように第二ビーム１２６を予め歪ませる。

図３では、測定レーザデバイス１０６は、測定レーザデバイス１０６によって放出された光ビーム１２４が大気歪み領域１２８を通過してセンサ１３０によって検出されるようにして、位置決めされる。センサ１３０からのセンサデータ１３６に基づいて、コントローラ１４０は、大気歪み領域１２８の光学歪みを補償するようにプロセスレーザデバイス１０４からのビーム１２６を修正するように光学システム１１０に命令する。

工程中に、第一プラットフォーム３０４を上に移動させ、ローラ３０６又はスクレイパを容器３０８と造形空間３１０にわたって移動させて、物質１２２の薄く均一な層を形成することによって、物質１２２の層が造形空間３１０内に形成される。ビーム１２６を物質１２２の層の選択部分に向け、物質１２２の隣接部分同士を融合させて、物体１２０の部分を画定する。特定の層が完成すると、第二プラットフォーム３０２が下に移動して、もう一層の他の物質層用の余地を設け、第一プラットフォーム３０４が上に移動して、ローラ３０６又はスクレイパが物質１２２の他の層を分配することを可能にする。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、図１～図３のいずれかのシステム１００を用いたアディティブマニュファクチャリングプロセス中の段階を示す。図４Ａでは、プロセスレーザデバイス１０４からの第一光ビーム１２６Ａが物質１２２の第一標的箇所４０２に向けられる。第一光ビーム１２６Ａと第一標的箇所４０２の物質１２２との相互作用が、第一標的箇所４０２の物質１２２を硬化、焼結、融解、又は他の方法で融合させて、物体１２０の少なくとも一部（例えば、図４Ｂに示される部分４０４）を形成する。追加的に、第一ビーム１２６Ａと物質１２２の相互作用は、第一標的箇所４０２近傍において大気歪み領域１２８の大気歪みを生じさせる。例えば、大気歪みは、熱的効果、蒸発、オフガス、又は、大気屈折率の局所的変動を生じさせる他の影響に関連して引き起こされ得る。

図４Ｂでは、測定レーザデバイス１０６が、大気歪み領域１２８の少なくとも一部を通るようにビーム１２４を向けている。図４Ｂに示される特定の例では、ビーム１２４は第一標的箇所４０２に向けられる。他の例では、図２や図３等に示されるように、ビーム１２４は異なる方法で大気歪み領域１２８を通過する。

図１～図３のコントローラ１４０は、ビーム１２４に関連する測定結果に基づいて、又は他のセンサデータ１３６に基づいて、大気歪み領域１２８の大気歪みを補償するように光学補正１５４を決定する。コントローラ１４０は、大気歪み領域１２８の光学歪みを補償するような光学システム１１０の構成を指示する。

光学システム１１０が光学歪みを補償するように構成された後に、図４Ｃに示されるように、プロセスレーザデバイス１０４は、第二標的箇所に向けられる第二光ビーム１２６Ｂを発生させる。第二標的箇所４０６は図４Ａの第一標的箇所４０２に隣接している。例えば、第二ビーム１２６Ｂを向けることは、第二ビーム１２６Ｂを大気歪み領域１２８の少なくとも一部を通過させる。追加的に、一部実施形態では、第二ビーム１２６Ｂと第二標的箇所４０６の物質１２２の相互作用は、物質１２２の部分を、第一光ビーム１２６Ａと物質１２２の相互作用によって生成された物体１２０の第一部分４０４に融合させる。

図５は、サブトラクティブマニュファクチャリングシステム用の図１のシステム１００の例を示す図である。図５では、システム１００は、レーザ切断システム又はレーザ彫刻システムに対応している。図５では、物質１２２が、アクチュエータ１６０Ｂに結合されているプラットフォーム５０２上に配置されている。アクチュエータ１６０Ｂは、プロセスレーザデバイス１０４の指向方向と標的箇所を整列させるようにプラットフォーム５０２を動かすように構成される。例えば、プラットフォーム５０２とアクチュエータ１６０Ｂは、ＸＹテーブルやＸＹＺテーブル等の位置決めテーブルを含むか、位置決めテーブルに対応しているか、又は、位置決めテーブル内に含まれ得る。

図５では、物質１２２は固体（例えば、シートやブランク）であり、金属、ポリマー、生物由来物質（木材等）、他の物質等が挙げられ得る。一部実施形態では、図５等に示されるように、システム１００は、物質を切断して物体１２０を画定するように構成される。例えば、図５では、システム１００は、物質１２２を廃棄部５０６と物体１２０に分離する。他の実施形態では、システム１００は、物質をエッチング又は彫刻して物体１２０を画定するように構成される。例えば、図６Ａ～図６Ｃに示されるように、システム１００は、物体１２０のみが残るようにして廃材部を除去する（例えば、廃材部を蒸発又はアブレーションする）。

図５は、プロセスレーザデバイス１０４によって放出されたビーム１２６と、測定レーザデバイス１０６によって放出されたビーム１２４とが一致している例を示す。例えば、図５では、ビーム１２６は、一方向ミラー５０４によって物質１２２に向けて反射され、ビーム１２４は、一方向ミラー５０４を通過して、ビーム１２４とビーム１２６を含む合成ビーム５０８を形成する。一部実施形態では、図５のシステム１００は、プロセスレーザデバイス１０４と測定レーザデバイス１０６の指向方向が一致しているというよりはむしろ平行となるように構成される。一部実施形態では、プロセスレーザデバイス１０４と測定レーザデバイス１０６は異なる時点において動作するので、合成ビーム５０８ではなくて、ビーム１２６とビーム１２４のどちらかのみが工程中に存在するようになる。

工程中には、アクチュエータ１６０Ｂは、ビーム（例えば、ビーム１２６又は合成ビーム５０８）と物質１２２の第一標的箇所を整列させるようにプラットフォーム５０２を動かす。プロセスレーザデバイス１０４は、第一光ビーム１２６を物質１２２の第一標的箇所に向けて、物体１２０の少なくとも一部を画定する。コントローラ１４０は、後続のビーム１２６が物質１２２の第二標的箇所に向けられる際に光学システム１１０が適用すべき光学補正１５４を決定する。光学補正１５４は、大気歪み領域１２８の大気屈折率の局所的変動に起因する第二ビーム１２６のデフォーカスを制限するように第二ビーム１２６を予め歪ませる。

特定の態様では、コントローラ１４０は、ビーム１２４が大気歪み領域１２８の少なくとも一部を通過することにより測定レーザデバイス１０６のビーム１２４に誘起される位相面変化に基づいて、光学補正１５４を決定する。追加的又は代替的に、コントローラ１４０は、他のセンサ（図１の他のセンサ１３４等）からのセンサデータ１３６に基づいて、光学補正を１５４を決定する。コントローラ１４０は、大気歪み領域１２８の光学歪みを補償するようにプロセスレーザデバイス１０４からの第二ビーム１２６を修正するよう光学システム１１０に命令する。例えば、光学システム１１０は、図１に示されるような空間光変調器１１４、動的調節可能レンズ１１６、動的調節可能ミラー１１８を用いて位相面調節等の光学補正１５４を適用し得る。

図２、図３及び図５に示される例は例示であって排他的なものではない。他の実施形態では、アクチュエータ１６０は、図示されているのは異なるようにレーザデバイス１０２と物質１２２の相対的位置を制御する。また、図２、図３、図５のうち一つ以上の態様を単一システムに組み合わせることができる。例えば、システム１００をアディティブマニュファクチャリングプロセスに用いる際に、レーザデバイス１０２を図５に示されるように配置構成し得る。更に、一部実施形態では、システム１００は、或る特定の方式及び特定の物質に対して構成される際にアディティブマニュファクチャリングプロセス用に使用可能となり、別の方式及び／又は別の物質に対して構成される際にサブトラクティブマニュファクチャリングプロセス用に使用可能となる。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、図１又は図５のシステム１００を用いたサブトラクティブマニュファクチャリングプロセス中の段階を示す。図６Ａでは、プロセスレーザデバイス１０４からの第一光ビーム１２６Ａが、物質１２２の第一標的箇所４０２に向けられている。第一ビーム１２６Ａと第一標的箇所４０２の物質１２２の相互作用で、第一標的箇所４０２の物質１２２の部分が除去され（例えば、蒸発して）、物体１２０の少なくとも一部（例えば、図６Ｂに示されるような物体１２０の縁）を画定する。また、第一ビーム１２６Ａと物質１２２の相互作用は、第一標的箇所４０２近傍において大気歪み領域１２８の大気歪みを生じさせる。例えば、大気歪みは、熱的効果、蒸発、オフガス、又は、大気屈折率の局所的変動を生じさせる他の影響に関連して引き起こされ得る。

図６Ｂでは、測定レーザデバイス１０６は、大気歪み領域１２８の少なくとも一部を通るようにビーム１２４を向けている。図６Ｂに示される特定の例では、ビーム１２４は第一標的箇所４０２に向けられている。他の例では、ビーム１２４は異なる方法で大気歪み領域１２８を通過する。

図１又は図５のコントローラ１４０は、ビーム１２４に関連する測定結果に基づいて、又は他のセンサデータ１３６に基づいて、大気歪み領域１２８の大気歪みを補償するように光学補正１５４を決定する。コントローラ１４０は、大気歪み領域１２８の光学歪みを補償するように光学システム１１０の構成を指示する。

光学システム１１０が光学歪みを補償するように構成された後に、図６Ｃに示されるように、プロセスレーザデバイス１０４は、第二標的箇所に向けられる第二光ビーム１２６Ｂを発生させる。一部実施形態では、第二標的箇所４０６は図６Ａの第一標的箇所４０２に隣接している。例えば、第二ビーム１２６Ｂを向けることは、第二ビーム１２６Ｂを大気歪み領域１２８の少なくとも一部に通過させる。また、一部実施形態では、第二ビーム１２６Ｂと第二標的箇所４０６の物質１２２の相互作用は、第一ビーム１２６Ａによって画定された物体の縁に隣接している物質１２２の部分を除去する（例えば、第一ビーム１２６Ａと第二ビーム１２６Ｂが物体１２０の隣接又は連続的な特徴部を画定する）。

図７は、レーザに基づいた製造法と光学補正を用いて物体を製造する方法７００の一例のフローチャートである。方法７００は、図１～図３、図５のいずれかのシステム、又はその一部（コントローラ１４０等）によって開始、実行、又は制御され得る。

方法７００は、ブロック７０２において、第一光ビームを物質の第一標的箇所に向けて、物体の第一部分を画定することを含む。一部実施形態では、第一光ビームは、アディティブマニュファクチャリングプロセスによって物体の第一部分を画定する。例えば、図２、図３、図４Ａ～図４Ｃに示されるように、第一光ビーム（例えば、ビーム１２６Ａ）は、物体１２０の第一部分を画定するように物質１２２の隣接部分同士を融合又は接着させることによって、物体１２０の第一部分を画定する。一部実施形態では、第一光ビームは、サブトラクティブマニュファクチャリングプロセスによって物体の第一部分を画定する。例えば、図５、図６Ａ～図６Ｃに示されるように、第一光ビーム（例えば、ビーム１２６Ａ）は、物質１２２の残存部分が物体１２０の第一部分を画定するように物質１２２の部分を除去することによって、物体１２０の第一部分を画定する。

特定の態様によると、第一光ビームと物質の相互作用は、第一標的箇所近傍の大気歪み領域の大気変化も生じさせる。例えば、大気変化は、大気歪み領域内の熱的変化、物質の部分のオフガス、又はこれら両方に起因するものであり得る。

また、方法７００は、ブロック７０４において、第一光ビームを第一標的箇所に向けた後に、光学システムが適用すべき光学補正を決定することも含む。光学補正は、第一光ビームと物質の相互作用に少なくとも部分的に起因している第一標的箇所近傍の大気歪み領域の大気変化に基づく。例えば、大気変化は、大気歪み領域内の大気屈折率の局所的変動をもたらし得て、光学補正は、大気屈折率の局所的変動による第二光ビームのデフォーカスを制限するように第二光ビームを歪ませる（例えば、予め歪ませる）。例えば、大気変化は、第二光ビームに影響する位相面変化を生じさせ得る。光学補正は、位相面変化の共役を用いて第二光ビームを歪ませて、位相面変化と共役位相面変化が実質的に相殺して、第二ビームが大気歪み領域を通過すると、第二ビームが第二標的箇所に当たるように第二ビームの実質的に平坦な位相面をもたらす。

更に、方法７００は、ブロック７０６において、第二光ビームを物質の第二標的箇所に向けて、物体の第二部分を画定することを含む。光学補正を適用しながら、第二光ビームを大気歪み領域の少なくとも一部を通るように向ける。第一ビームと同様に、第二ビームは、物体の部分をアディティブに又はサブトラクティブに画定することができる。例えば、アディティブマニュファクチャリングプロセスでは、第二光ビームは、第一ビームによって画定された物体の第一部分に物体の部分を融合又は接着することによって、物体の第二部分を画定し得る。他の例として、サブトラクティブマニュファクチャリングプロセスでは、第二光ビームは、第一ビームによって画定された物体の第一部分に直接隣接している物体の部分を除去することによって物体の第二部分を画定し得る。

図８は、レーザに基づいた製造プロセス用の光学補正を決定する方法８００の例のフローチャートである。例えば、方法８００は、図７のブロック７０４の工程を行うのに用いられ得る。方法８００は、図１～図３、図５のいずれかのシステム１００、又はその一部（コントローラ１４０等）によって開始、実行、又は制御され得る。

方法８００は、ブロック８０２において、測定光ビームを大気歪み領域に向けることを含む。例えば、大気歪み領域は、上述のようなプロセス光ビーム（例えば、ビーム１２６）と物質（例えば、物質１２２）の相互作用によって生じ得る。特定の態様では、測定光ビームは、プロセス光ビームと異なる一つ以上のビーム特性を有する。例えば、一つ以上の異なるビーム特性として、波長、強度、焦点、デューティサイクル、ビームパワー、ビーム形状、パルス特性のうち少なくとも一つが挙げられる。例えば、特定の実施形態では、プロセス光ビームは第一波長を有し、測定光ビームは、第一波長よりも短い第二波長を有する。

また、方法８００は、ブロック８０４において、大気変化を示すセンサデータを受けることを含む。例えば、図１のコントローラ１４０がセンサ１３０からセンサデータ１３６を受信する。

図８に示される特定の実施形態では、方法８００は、ブロック８０６において、測定光ビームの位相面形状を測定することによって、測定位相面形状を決定することを更に含む。例えば、位相面形状はセンサデータ１３６に基づいて測定され得て、又は、センサデータ１３６が測定位相面形状を示し得る。

また、方法８００は、ブロック８０８において、大気歪み領域内で第二光ビームに対して誘起される推定位相面形状変化を決定することも含む。例えば、図１の光学補正命令１５２がプロセッサ１４２によって実行されて、センサデータ１３６に基づいて位相面形状変化１５６を決定させ得る。

方法８００は、ブロック８１０において、推定位相面形状変化に基づいて、第二標的箇所に平面波を発生させるための第二光ビームの共役位相面形状を計算することを更に含む。例えば、図１の光学補正命令１５２がプロセッサ１４２によって実行されて、位相面形状変化１５６に基づいて共役位相面形状を決定させ得る。

また、方法８００は、ブロック８１２において、共役位相面形状を生じさせる光学システムの構成を決定することも含む。例えば、図１の光学補正命令１５２がプロセッサ１４２によって実行されて、共役位相面形状１５８を生じさせるように光学システム１１０を構成するコマンド１７４を決定し得る。

一部実施形態では、図１のセンサデータ１３６は、位相面形状を示す測定結果に加えて又は代えて、大気変化の他の態様を示す。例えば、他のセンサ１３４が大気歪み領域１２８内の温度変動を測定し得て、温度変動を記述する情報を用いて光学補正１５４を決定し得る。こうした実施形態では、図１の光学補正命令１５２がプロセッサ１４２によって実行され、他のセンサ１３４からのセンサデータ１３６に少なくとも部分的に基づいて、光学補正１５４を決定させ得る。例えば、メモリ１４４は、他のセンサ１３４からのセンサデータ１３６の値を対応の光学システム１１０の光学補正構成にマッピングする機械学習モデル（例えば、ニューラルネットワーク）又は較正データを記憶し得る。こうした実施形態では、複雑な位相面センサ１３２ではなくて、温度センサ等のより単純なセンサが使用可能である。また、こうした実施形態では、位相面形状変化１５６と共役位相面形状１５８を計算するのに用いられる計算資源と比較して、光学補正１５４を計算するのに用いられる計算資源が少なくなり得る。しかしながら、追加の時間を資源をまずは用いて、較正データを生成したり、機械学習モデルを学習させてもよい。

図９は、光学補正を用いる物体のレーザに基づいた製造の態様をサポートするように構成された計算デバイス９１０を含む計算環境９００のブロック図である。図９に示される特定の実施形態では、計算デバイス９１０は、図１～図３、図５のコントローラ１４０を含み、コントローラ１４０に対応し、又はコントローラ１４０に含まれ得る。代替的に、計算デバイス９１０は、光学補正１５４を決定するための計算の一部を行うことや、コマンド１７０又は１７２を決定するのに用いられるコントローラ１４０に対する機械語命令を提供すること等でシステム１００の動作をサポートし得る。計算デバイス９１０は、本開示に係るコンピュータ実行方法とコンピュータ実行可能プログラム命令（又はコード）の態様をサポートするように構成される。例えば、計算デバイス９１０又はその一部は、図１～図８を参照して説明した一つ以上の工程を開始、実行又は制御する命令１４６を実行するように構成される。

計算デバイス９１０が含む一つ以上のプロセッサ９２０は、図１のプロセッサ１４２を含む又は対応するものであるか、又は図１のプロセッサ１４２とは異なるものであり得る。プロセッサ９２０は、システムメモリ９３０、一つ以上のストレージデバイス９４０、一つ以上の入出力インタフェース９５０、一つ以上の通信インタフェース９６０、又はこれらの組み合わせと通信するように構成される。システムメモリ９３０は、揮発性メモリデバイス（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス）、不揮発性メモリデバイス（例えば、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）デバイス、プログラマブルリードオンリメモリ、フラッシュメモリ）、又はこれら両方を含む。システムメモリ９３０は、オペレーティングシステム９３２を記憶していて、計算デバイス９１０を起動するためのベーシックインプットアウトプットシステム（ＢＩＯＳ）、及び、計算デバイス９１０がユーザ、他のプログラム、他のデバイスと交信することを可能にするフルオペレーティングシステムを含み得る。図９に示される例では、システムメモリ９３０は、図１の光学補正１５４を決定するのに使用可能なプログラムデータ９３６（較正データ９４２、機械学習モデル９４４、又はこれら両方等）を記憶している。

システムメモリ９３０は、プロセッサ９２０によって実行可能な一つ以上のアプリケーション９３４（例えば、命令セット）を含む。例えば、一つ以上のアプリケーション９３４は、図１～図８を参照して説明した一つ以上の工程を開始、制御又は実行するようにプロセッサ９２０によって実行可能な命令、例えば命令１４６を含む。追加的に又は代替的に、アプリケーション９３４はスライサーアプリケーション９８４を含み得る。

一つ以上のストレージデバイス９４０は不揮発性ストレージデバイス（磁気ディスク、光学ディスク、フラッシュメモリデバイス等）を含む。特定の一例では、ストレージデバイス９４０はリムーバブルメモリデバイスと非リムーバブルメモリデバイスを両方とも含む。ストレージデバイス９４０は、オペレーティングシステム、オペレーティングシステムのイメージ、アプリケーション（例えば、一つ以上のアプリケーション９３４）、プログラムデータ（例えば、プログラムデータ９３６）を記憶するように構成される。特定の態様では、システムメモリ９３０、ストレージデバイス９４０又はこれら両方は、有形（例えば、非一時的）コンピュータ可読媒体を含む。この文脈では、有形コンピュータ可読媒体は、単なる信号ではなくて物理的なデバイスや物質組成を称する。特定の態様では、一つ以上のストレージデバイス９４０は計算デバイス９１０の外部に存在する。

一つ以上の入出力インタフェース９５０は、ユーザインタラクションを促進するように計算デバイス９１０が一つ以上の入出力デバイス９７０と通信することを可能にする。例えば、一つ以上の入出力インタフェース９５０は、表示インタフェース、入力インタフェース、又はこれら両方を含み得る。例えば、入出力インタフェース９５０は、ユーザから入力を受信すること、他の計算デバイスから入力を受信すること、又はこれらの組み合わせを行うように構成される。一部実施形態では、入出力インタフェース９５０は、一つ以上の標準インタフェースプロトコル（シリアルインタフェース等）、例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インタフェースや、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）インタフェース基準、パラレルインタフェース、ディスプレイアダプタ、オーディオアダプタ、カスタムインタフェースに準拠する（「ＩＥＥＥ」はニュージャージー州ピスカタウェイのＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓの登録商標である）。一部実施形態では、入出力デバイス９７０は、一つ以上のユーザインタフェースデバイスとディスプレイ（例えば、ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイ、スピーカ、マイクロフォン、タッチスクリーン、他のデバイスの組み合わせ等）を含む。一部実施形態では、センサ１３０は、入出力インタフェース９５０を介して計算デバイス９１０と通信する。

プロセッサ９２０は、一つ以上の通信インタフェース９６０を介して他のデバイス９８０（例えば、他の計算デバイスやコントローラ１４０）と通信するように構成される。例えば、通信インタフェース９６０は有線又は無線のネットワークインタフェースを含み得る。他のデバイス９８０は、例えば、３Ｄモデリングデバイス９８２を含み得る。一部実施形態では、３Ｄモデリングデバイス９８２はスライサーアプリケーション９８４を含み、３Ｄモデリングデバイス９８２は通信インタフェース９６０を介して計算デバイス９１０に機械語命令（例えば、Ｇコード）を送信する。他の実施形態では、３Ｄモデリングデバイス９８２は通信インタフェース９６０を介して計算デバイス９１０に図１の物体１２０の３Ｄモデルを送信し、アプリケーション９３４はスライサーアプリケーション９８４を含み、プロセッサ９２０がアプリケーションを実行して機械語命令を決定する。

図９に示される例では、計算デバイス９１０は、通信インタフェース９６０を介してレーザデバイス１０２、光学システム１１０、アクチュエータ１６０、又はこれらの組み合わせと通信（例えば、命令を送信）し得る。他の例では、計算デバイス９１０は、入出力インタフェース９５０を介してレーザデバイス１０２、光学システム１１０、アクチュエータ１６０、又はこれらの組み合わせと通信（例えば、命令を送信）し得る。

一部実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、一つ以上のプロセッサによって実行されると、上述の機能の一部又は全部を行う工程を一つ以上のプロセッサに開始、実行又は制御させる命令を記憶している。例えば、命令は、図１～図８を参照して説明した工程や方法のうち一つ以上を行うように実行可能である。一部実施形態では、図１～図８を参照して説明した工程や方法のうち一つ以上の一部又は全部は、命令を実行する一つ以上のプロセッサ（例えば、一つ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）、一つ以上のグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、一つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））によって、専用ハードウェア回路によって、又はこれらの組み合わせによって実行可能である。

本願記載の例による例示は、多様な実施形態の構造の全般的な理解を与えるものである。例示は、本開示の構造や方法を用いる装置とシステムの全ての要素と特徴を完全に説明するためのものではない。本開示を参照することで他の多くの実施形態が当業者に明らかとなるものである。他の実施形態が本開示から利用可能又は導出可能となるものであって、本開示の範囲から逸脱せずに構造と論理の置換と変更が可能である。例えば、方法の工程は、図面に示されているのとは異なる順序で実行可能であり、一つ以上の工程が省略され得る。従って、本開示とれ図面は例示的なものであって限定的なものではないとみなされるものである。

更に、本開示は以下の例を含むが、保護範囲は特許請求の範囲によって与えられるものである。

例１
物質から物体を形成する方法であって、物質の第一標的箇所に第一光ビームを向けて物体の第一部分を画定することと、第一標的箇所に第一光ビームを向けた後に、光学システムが適用すべき光学補正を決定すること（光学補正は、第一光ビームと物質の相互作用に少なくとも部分的に起因した第一標的箇所近傍の大気歪み領域の大気変化に基づく）と、物質の第二標的箇所に第二光ビームを向けて物体の第二部分を画定することと、を備え、光学補正を適用しながら、大気歪み領域の少なくとも一部を通るように第二光ビームを向ける、方法。

例２
第一光ビームが、物体の第一部分を画定するように物質の隣接部分同士を融合又は接着させることによって、物体の第一部分を画定する、例１に記載の方法。

例３
第一光ビームが、物質の部分を除去して物質の残存部分が物体の第一部分を画定するようにすることによって、物体の第一部分を画定する、例１又は２に記載の方法。

例４
第一光ビームがレーザパルスを有する、例１から３のいずれかに記載の方法。

例５
第一光ビームがアディティブマニュファクチャリングプロセスによって物体の第一部分を画定する、例１から４のいずれかに記載の方法。

例６
第一光ビームがサブトラクティブマニュファクチャリングプロセスによって物体の第一部分を画定する、例１から５のいずれかに記載の方法。

例７
大気変化が、大気歪み領域内の大気屈折率の局所的変動をもたらし、光学補正が、大気屈折率の局所的変動に起因する第二光ビームのデフォーカスを制限するように第二光ビームを歪ませる、例１から６のいずれかに記載の方法。

例８
大気変化を示すセンサデータを受けることを更に備え、光学補正がセンサデータに基づいて決定される、例１から７のいずれかに記載の方法。

例９
第一光ビームと物質の相互作用が、大気歪み領域内の温度変化、物質の部分のオフガス、またはこれら両方に起因して大気変化を生じさせる、例１から８のいずれかに記載の方法。

例１０
光学補正を決定することが、大気歪み領域内で第二光ビームに対して誘起される推定位相面形状変化を決定することと、推定位相面形状変化に基づいて、第二標的箇所に平面波を発生させるための第二光ビームの共役位相面形状を計算することと、共役位相面形状を生じさせるための光学システムの構成を決定することと、を備える、例１から９のいずれかに記載の方法。

例１１
大気歪み領域に測定光ビームを向けることと、測定光ビームの位相面形状を測定することによって測定位相面形状を決定することと、を更に備え、第二光ビームの位相面形状変化が、測定光ビームの測定位相面形状に基づいて推定される、例１０に記載の方法。

例１２
測定光ビームが、第一光ビーム及び第二光ビームと異なる一つ以上のビーム特性を有し、一つ以上のビーム特性が、波長、強度、焦点、デューティサイクル、ビームパワー、ビーム形状、パルス特性のうち少なくとも一つを備える、例１１に記載の方法。

例１３
測定光ビームが第一光ビームと一致するように向けられる、例１１又は１２に記載の方法。

例１４
第一光ビームが第一波長を有し、測定光ビームが第二波長を有し、第二波長が第一波長よりも短い、例１１から１３のいずれかに記載の方法。

例１５
物質から物体を形成するためのシステムであって、物質に光を向けて物質を加工して物体の第一部分を画定するように構成された一つ以上のレーザデバイスと、一つ以上のレーザデバイスに結合され、光の光学補正を行うように構成された光学システムと、光学システムに結合されたコントローラと、を備え、コントローラが、一つ以上のレーザデバイスが物質の第一標的箇所に一つ以上の第一光ビームを向けて物体の第一部分を画定した後に、光学システムが適用すべき光学補正（光学補正は、一つ以上の第一光ビームと物質の相互作用に少なくとも部分的に起因した第一標的箇所近傍の大気歪み領域の大気変化に基づく）を決定し、一つ以上のレーザデバイスからの第二光ビームに光学補正を適用することを光学システムにさせるように構成され、第二光ビームが大気歪み領域の少なくとも一部を通して物質の第二標的箇所に向けられて物体の第二部分を画定する、システム。

例１６
コントローラに結合され、大気歪み領域の大気変化を示すセンサデータを生成するように構成された一つ以上のセンサを更に備える例１５に記載のシステム。

例１７
大気歪み領域に一つ以上の測定光ビームを向けるように構成された一つ以上の測定レーザデバイスと、大気歪み領域との相互作用に起因して一つ以上の測定光ビームに誘起される位相面形状変化を示すデータを生成するように構成された一つ以上の位相面センサと、を更に備え、コントローラが位相面形状変化に基づいて光学補正を決定する、例１５又は１６に記載のシステム。

例１８
一つ以上のレーザデバイスのうちの第一レーザデバイスがパルスビームを発生させるように構成され、一つ以上の測定レーザデバイスのうちの特定の測定レーザが連続ビームを発生させるように構成されている、例１７に記載のシステム。

例１９
光学システムが、一つ以上のレーザデバイスによって放出された一つ以上の光ビームの位相面形状を変更する位相面形状調節システムを含む、例１７又は１８に記載のシステム。

例２０
位相面形状調節システムが、一つ以上の空間光変調器、複数の動的調節可能レンズ、複数の動的調節可能ミラー、又はこれらの組み合わせを含む、例１９に記載のシステム。

また、特定の例が本願で図示され説明されているが、同一又は同様の結果を得るように設計された後世の配置構成が、本開示の特定の実施形態と置換可能であることは理解されたい。本開示は、多様な実施形態のありとあらゆる後世の変更や修正をカバーするものである。本開示を参照することで、上記実施形態と、本願に具体的に記載されていない他の実施形態の組み合わせが当業者には明らかとなるものである。

要約書は、特許請求の範囲や意味を解釈したり限定するために用いられないとの理解の下で提出されるものである。また、上記の詳細な説明においては、本開示を簡素化するために、多様な特徴がまとめられたり、単一の実施形態において説明されているものとなり得る。上記の例は本開示を例示するものであって限定するものではない。また、本開示の原理に従って多様な修正や変更が可能であることを理解されたい。添付の特許請求の範囲に反映されているように、特許請求の主題は、本開示のいずれかの例の全ての特徴よりも少ない特徴を対象としているものとなり得る。従って、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲とその均等物によって定められるものである。

１００ システム
１０２ レーザデバイス
１０４ プロセスレーザデバイス
１０６ 測定レーザデバイス
１１０ 光学システム
１２０ 物体
１２２ 物質
１２４ 測定光ビーム
１２６ プロセス（加工）光ビーム
１３０ センサ
１４０ コントローラ

Claims (15)

1. 物質（１２２）から物体（１２０）を形成する方法（７００）であって、
   前記物質の第一標的箇所（４０２）に第一光ビーム（１２６Ａ）を向けて前記物体の第一部分（４０４）を画定すること（４０４）と、
   前記第一標的箇所に前記第一光ビームを向けた後に、前記第一光ビームと前記物質の相互作用に少なくとも部分的に起因した前記第一標的箇所近傍における大気歪み領域（１２８）の大気変化に基づいて、光学システム（１１０）が適用すべき光学補正（１５４）を決定すること（７０４）と、
   前記物質の第二標的箇所（４０６）に第二光ビーム（１２６Ｂ）を向けて前記物体の第二部分を画定することと、を備え、前記光学補正を適用しながら前記第二光ビームを前記大気歪み領域の少なくとも一部を通るように向ける、方法。
2. 前記第一光ビームが、
   前記物体の第一部分を画定するように前記物質の隣接部分同士を融合又は接着させることによって前記物体の第一部分を画定することと、
   前記物質の部分を除去して前記物質の残存部分が前記物体の第一部分を画定するようにすることによって前記物体の第一部分を画定することと、
   アディティブマニュファクチャリングプロセスによって前記物体の第一部分を画定することと、
   サブトラクティブマニュファクチャリングプロセスによって前記物体の第一部分を画定することと、のうち少なくとも一つを行う、請求項１に記載の方法。
3. 前記第一光ビームがレーザパルスを有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記大気変化が前記大気歪み領域内の大気屈折率の局所的変動をもたらし、前記光学補正が、前記大気屈折率の局所的変動に起因する前記第二光ビームのデフォーカスを制限するように前記第二光ビームを歪ませる、請求項１に記載の方法。
5. 前記大気変化を示すセンサデータ（１３６）を受けること（８０４）を更に備え、前記光学補正が前記センサデータに基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
6. 前記第一光ビームと前記物質の相互作用が、前記大気歪み領域内の熱的変化、前記物質の部分のオフガス、又はこれら両方に起因して前記大気変化を生じさせる、請求項１に記載の方法。
7. 前記光学補正を決定することが、
   前記大気歪み領域内で前記第二光ビームに誘起される推定位相面形状変化（１５６）を決定すること（８０８）と、
   前記推定位相面形状変化に基づいて、前記第二標的箇所に平面波を発生させるための前記第二光ビームの共役位相面形状（１５８）を計算すること（８１０）と、
   前記共役位相面形状を生じさせるための前記光学システムの構成を決定すること（８１２）と、を備える、請求項１に記載の方法。
8. 前記大気歪み領域に測定光ビーム（１２４）を向けることと、
   前記測定光ビームの位相面形状を測定することによって測定位相面形状を決定すること（８０６）と、を更に備え、前記第二光ビームの位相面形状変化が前記測定光ビームの測定位相面形状に基づいて推定される、請求項７に記載の方法。
9. 前記測定光ビームが、前記第一光ビーム及び前記第二光ビームと異なる一つ以上のビーム特性を有し、前記一つ以上のビーム特性が、波長と、強度と、焦点と、デューティサイクルと、ビームパワーと、ビーム形状と、パルス特性とのうち一つ以上を備えること、及び／又は、
   前記測定光ビームが前記第一光ビームと一致するように向けられること、を特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記第一光ビームが第一波長を有し、前記測定光ビームが第二波長を有し、前記第二波長が前記第一波長よりも短い、請求項８に記載の方法。
11. 物質（１２２）から物体（１２０）を形成するためのシステム（１００）であって、
    光を物質に向けて前記物質を加工して前記物体の部分を画定するように構成された一つ以上のレーザデバイス（１０２）と、
    前記一つ以上のレーザデバイスに結合され、前記光の光学補正を行うように構成された光学システム（１１０）と、
    前記光学システムに結合されたコントローラ（１４０）と、を備え、前記コントローラが、
    前記一つ以上のレーザデバイスが前記物質の第一標的箇所（４０２）に一つ以上の第一光ビーム（１２６Ａ）を向けて前記物体の第一部分（４０４）を画定した後に、前記一つ以上の第一光ビームと前記物質の相互作用に少なくとも部分的に起因した前記第一標的箇所近傍の大気歪み領域（１２８）の大気変化に基づいて、前記光学システムが適用すべき光学補正（１５４）を決定し、
    前記一つ以上のレーザデバイスからの第二光ビーム（１２６Ｂ）に前記光学補正を適用することを前記光学システムにさせるように構成され、前記第二光ビームが前記大気歪み領域の少なくとも一部を通して前記物質の第二標的箇所（４０６）に向けられて前記物体の第二部分を画定する、システム。
12. 前記コントローラに結合され、前記大気歪み領域の大気変化を示すセンサデータ（１３６）を生成するように構成された一つ以上のセンサ（１３０）を更に備える請求項１１に記載のシステム。
13. 前記大気歪み領域に一つ以上の測定光ビーム（１２４）を向けるように構成された一つ以上の測定レーザデバイス（１０６）と、
    前記大気歪み領域との相互作用に起因して前記一つ以上の測定光ビームに誘起される位相面形状変化（１５６）を示すデータ（１３６）を生成するように構成された一つ以上の位相面センサ（１３２）と、を更に備え、前記コントローラが前記位相面形状変化に基づいて前記光学補正を決定する、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記一つ以上のレーザデバイスがパルスビームを発生させるように構成され、前記一つ以上の測定レーザデバイスが連続ビームを発生させるように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記光学システムが、前記一つ以上のレーザデバイスによって放出された一つ以上の光ビームの位相面形状を変更する位相面形状調節システム（１１２）を含む、請求項１３又は１４に記載のシステム。

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