JP3796882B2 - Stereolithography equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光造形装置に関し、特に光造形法を用いた被加工物の形状加工に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射し、光照射部分を硬化させることによって立体的な造形物を形成する光造形法が知られている。この光造形法では、製造すべき立体造形物の第1層の断面形状データに基づいて、紫外線硬化型樹脂の液面に紫外線の光スポット(走査スポット)または光パターンを照射し、造形物の第1層部分を硬化させる。次いで、紫外線硬化型樹脂の液中に第1層部分を浸漬させ、第2層の断面形状データに基づいて、紫外線硬化型樹脂の液面に紫外線を照射して第2層部分を硬化させる。以下同様に、各層部分を順次硬化させて積層することによって、所定の三次元形状を有する造形物が形成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、光造形法を利用した従来の光造形装置では、紫外線硬化型樹脂の平面状の液面に対してほぼ垂直な一定の入射角度で光照射を行い、平面状に硬化させた各層部分を積層することによって立体造形物を形成している。
ところで、たとえば人口骨の成形分野において、光造形法などを利用して形成された人口骨の表面形状をさらに微調整するために、微調整が必要な局部領域に紫外線硬化型樹脂を塗布し、その表面に紫外線を照射して微細加工を施す研究が進められている。この場合、たとえば人口骨の局部的に窪んだ領域の表面形状を従来の光造形装置を用いて微調整しようとすると、塗布された紫外線硬化型樹脂の複雑な表面に対して所望の角度(向き)で光照射を行うことができず、その結果所望の形状加工を施すことができない可能性がある。
【0004】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、複雑な表面形状を有する被加工物に対しても微細な形状加工を効率良く行うことのできる光造形装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、所定の形状を有する光パターンを形成するための光パターン形成手段と、
前記光パターンからの光を集光して被加工物の表面に前記光パターンの像を形成するための対物光学系と、
前記被加工物の表面における前記光パターンの像の形成位置を実質的に変化させることなく前記被加工物の表面に対する入射光の角度を変化させるために、前記被加工物の表面に入射する光の光路を切り換えるための光路切換手段とを備え、
前記被加工物の表面に形成された前記光パターンの像の光強度分布に応じて前記被加工物を形状加工することを特徴とする光造形装置を提供する。
【0006】
好ましい態様によれば、前記光路切換手段は、前記光パターンからの入射光が透過する光透過部の位置を変化させることによって前記被加工物の表面に入射する光の光路を切り換える。この場合、前記光パターン形成手段は、前記光パターンの形状を変化させることによって前記被加工物の表面に形成される前記光パターンの像の形状を切り換えることが好ましい。
【0007】
また、別の好ましい態様によれば、前記光パターン形成手段は、互いに空間的に分離された複数の光パターンを形成し、前記光路切換手段は、前記複数の光パターンの各々から互いに空間的に分離された光路に沿って入射した光を選択的に透過させて前記被加工物の表面に導くことによって前記被加工物の表面に入射する光の光路を切り換える。この場合、前記光パターン形成手段は、互いに異なる複数の光パターンを形成し、前記光路切換手段の作用により、前記被加工物の表面に形成される前記光パターンの像の形状を切り換えることが好ましい。
【0008】
さらに、前記光路切換手段は、前記対物光学系の瞳面の近傍に配置されていることが好ましい。
また、前記被加工物の表面に入射する光の光路とは実質的に異なる光路に沿って前記対物光学系を介した前記被加工物の表面からの光に基づいて、前記光パターンの像が形成された前記被加工物の表面を観察するための観察系をさらに備えていることが好ましい。
さらにまた、前記対物光学系は、光の通過する領域に応じて焦点距離の異なる多重焦点光学系であり、前記光路切換手段の作用により、前記被加工物の表面に形成される前記光パターンの像の光軸方向の結像位置を切り換えることが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の光造形装置では、たとえばLEDアレイのような光パターン形成手段によって光パターンを形成し、この光パターンからの光を対物光学系を介して集光し、被加工物の表面に光パターンの像を形成する。そして、光路切換手段によって被加工物の表面に入射する光の光路を切り換え、被加工物の表面における光パターンの像の形成位置を実質的に変化させることなく、被加工物の表面に対する入射光の角度(向き)を変化させることができる。
【0010】
具体的な例として、光路切換手段は、たとえば対物光学系の瞳面の近傍に配置された液晶表示素子のようなライトバルブからなり、光パターンからの入射光が透過する光透過部の位置を変化させることによって、被加工物の表面に入射する光の光路を切り換える。この場合、光パターン形成手段は、光パターンの形状を変化させることによって、被加工物の表面に形成される光パターンの像の形状を切り換えることもできる。
【0011】
また、別の具体例によれば、光パターン形成手段は、たとえば複数のLEDアレイを有し、互いに空間的に分離された複数の光パターンを形成する。そして、光路切換手段は、たとえば対物光学系の瞳面の近傍に配置されたライトバルブあるいは複数の開口部を有する開口絞りからなる。こうして、光路切換手段により、複数の光パターンの各々から互いに空間的に分離された光路に沿って入射した光を選択的に透過させて被加工物の表面に導くことによって、被加工物の表面に入射する光の光路を切り換える。この場合、各LEDアレイが互いに異なる光パターンを形成することによって、被加工物の表面に形成される光パターンの像の形状を切り換えることもできる。
【0012】
このように、本発明の光造形装置では、被加工物の表面に入射する光の光路を切り換えて、被加工物の表面に対する入射光の角度(向き)を変化させることができる。したがって、たとえば人口骨のような複雑な表面形状を有する被加工物の局部領域に塗布された紫外線硬化型樹脂の表面に所望の角度(向き)で光を照射して所定の光パターンの像を形成することができる。そして、その光パターンの像を必要に応じて走査しながら、光パターンの像の光強度分布に応じた微細な形状加工を効率良く行うことができる。
【0013】
また、本発明の光造形装置では、被加工物の表面に入射する光の光路とは実質的に異なる光路に沿って対物光学系を介した被加工物の表面からの光に基づいて、光パターンの像が形成された被加工物の表面を観察することができる。さらに、光の通過する領域に応じて焦点距離の異なる多重焦点光学系を対物光学系として用い、光路切換手段の作用により被加工物の表面に形成される光パターンの像の光軸方向の結像位置を切り換えることができる。
したがって、本発明では、被加工物の表面を観察しながら被加工物の表面に対する入射光の角度(向き)、光パターンの像の形状や光軸方向の結像位置などを適宜切り換えることにより、必要に応じて光パターンの像を走査しながら複雑で微細な形状加工をさらに効率良く行うことができる。
【0014】
本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施例にかかる光造形装置の構成を概略的に示す斜視図である。
本実施例の装置は、紫外光を射出する光源41を備えている。光源41として、たとえばArレーザーのような紫外線発光レーザーなどを用いることができる。光源41から射出された光は、図示を省略したコリメータレンズおよび拡散板を介して照度むらのない均一な光となってパターンマスク47aに入射する。パターンマスク47aは透明部と不透明部とからなり、透明部を透過した光は所定の形状を有する光パターンを形成する。
【0015】
パターンマスク47aを透過したパターン光は、六角錐台状のプリズム43の斜面43aに入射する。プリズム43の斜面43aで図中下方に反射された光は、たとえば液晶表示素子からなるライトバルブ44に入射する。ライトバルブ44の光透過部44aを通過した光は、対物光学系45を介して集光され、光路49aに沿って、たとえば人口骨のような被加工物46に導かれる。被加工物46の所定領域には、紫外線硬化型樹脂が塗布されている。こうして、被加工物46の所定領域に塗布された紫外線硬化型樹脂の表面には、パターンマスク47aのパターン像が形成される。ところで、図1では図面の明瞭化のために、対物光学系45よりも光源側にライトバルブ44を配置しているが、一般にライトバルブ44は対物光学系45の瞳面の近傍に位置決めされることが好ましい。しかしながら、光パターンが1つの小さなスポットパターンであるような場合には、対物光学系45の瞳面から離れた位置、たとえば対物光学系45よりも被加工物側に配置することもできる。
【0016】
なお、被加工物46は、三次元的に移動可能なステージ50によって支持されている。ステージ50は、たとえば対物光学系45の光軸に垂直な面内において二次元的に移動可能なXYステージと、対物光学系45の光軸方向に移動可能なZステージとから構成されている。したがって、ステージ50の駆動により被加工物46を三次元的に移動させて、被加工物46の形状加工すべき所定領域を対物光学系45に対して所望の位置に位置決めすることができる。また、必要に応じて、対物光学系45の光軸に垂直な面内において被加工物46を二次元的に移動させることにより、被加工物46の所定領域の表面上においてパターン像を二次元的に走査することもできる。
【0017】
本実施例の装置はまた、紫外線からなる二次元状の光パターンを形成することのできる発光素子47bを備えている。発光素子47bとして、たとえばCRT、LEDアレイ、DMD(ディジタル・マイクロミラー・デバイス)などを用いることができる。発光素子47bに形成された光パターンからの光は、六角錐台状のプリズム43の斜面43bに入射する。プリズム43の斜面43bで図中下方に反射された光は、ライトバルブ44の光透過部44bを通過した後、対物光学系45を介して集光され、光路49aとは異なる光路49bに沿って被加工物46に導かれる。こうして、被加工物46の所定領域に塗布された紫外線硬化型樹脂の表面には、発光素子47bのパターン像が形成される。
【0018】
被加工物46の所定領域に塗布された紫外線硬化型樹脂の表面に形成されたパターン像およびその周辺からの光は、光路49aおよび49bとは異なる別の光路48に沿って、対物光学系45およびライトバルブ44の中央に形成された光透過部44cを介して、プリズム43に入射する。プリズム43に入射した光は、その上面43cおよび底面43dを透過し、たとえばCCDのような撮像素子の撮像面42に像を結ぶ。こうして、CCDの出力信号に基づいて、パターン像が形成された被加工物46の形状加工領域の画像が再生される。すなわち、対物光学系45、ライトバルブ44、プリズム43およびCCDからなる観察系を介して、被加工物46の形状加工領域を随時観察することができる。
【0019】
本実施例の装置では、パターンマスク47aからのパターン光は、ライトバルブ44の光透過部44aを通過し、光路49aに沿って被加工物46に達する。一方、発光素子47bからのパターン光は、ライトバルブ44の光透過部44bを通過し、光路49bに沿って被加工物46に達する。
したがって、光パターン形成手段が光源41およびパターンマスク47aにより構成され、パターンマスク47aからのパターン光だけを利用する場合、光路切換手段としてのライトバルブ44の作用により光透過部44aの位置を変化させることによって、被加工物46に入射する光の光路49aを切り換えることができる。
【0020】
また、光パターン形成手段が発光素子47bにより構成され、発光素子47bからのパターン光だけを利用する場合、光路切換手段としてのライトバルブ44の作用により光透過部44bの位置を変化させることによって、被加工物46に入射する光の光路49bを切り換えることができる。
すなわち、いずれの場合にも、被加工物46に入射する光の光路を切り換えて、被加工物46の表面におけるパターン像の形成位置を実質的に変化させることなく、被加工物46の表面に対する入射光の角度(向き)を変化させることができる。
【0021】
さらに、光パターン形成手段が光源41およびパターンマスク47aと発光素子47bとから構成され、パターンマスク47aからのパターン光および発光素子47bからのパターン光の双方を利用する場合には、光路切換手段としてのライトバルブ44の作用により光透過部44aおよび光透過部44bのうちのいずれか一方だけを選択することによって、被加工物46に入射する光の光路を光路49aと光路49bとの間で切り換えることができる。すなわち、互いに空間的に分離された2つの光パターンからの光を利用する場合にも、被加工物46に入射する光の光路を切り換えて、被加工物46の表面におけるパターン像の形成位置を実質的に変化させることなく、被加工物46の表面に対する入射光の角度(向き)を変化させることができる。
【0022】
形状加工に際して本実施例の装置では、被加工物46の形状加工すべき所定領域に紫外線硬化型樹脂を塗布し、ステージ50の駆動により被加工物46の所定領域を対物光学系45に対して位置決めする。こうして、被加工物46の所定領域に塗布された紫外線硬化型樹脂の表面には、所定のパターン像が形成される。そして、上述したように、光路切換手段としてのライトバルブ44の作用により、被加工物46の表面に入射する光の光路を切り換えて、被加工物46の表面に対する入射光の角度(向き)を適宜変化させることができる。したがって、たとえば人口骨のような複雑な表面形状を有する被加工物の局部領域に塗布された紫外線硬化型樹脂の表面に所望の角度(向き)で光を照射してパターン像を形成することができる。そして、必要に応じてパターン像を走査しながら、パターン像の光強度分布に応じた微細な形状加工を効率良く行うことができる。
【0023】
ところで、本実施例の装置では、パターンマスク47aからのパターン光だけを利用する場合、パターンマスク47aの光パターンの形状を変化させることによって、被加工物46の表面に形成されるパターン像の形状を切り換えることができる。また、発光素子47bからのパターン光だけを利用する場合、発光素子47bの光パターンの形状を変化させることによって、被加工物46の表面に形成されるパターン像の形状を切り換えることができる。さらに、パターンマスク47aからのパターン光および発光素子47bからのパターン光の双方を利用する場合には、パターンマスク47aと発光素子47bとに互いに異なる形状の光パターンを形成し、光路切換手段としてのライトバルブ44の作用により、被加工物46の表面に形成されるパターン像の形状を切り換えることができる。
【0024】
図2は、本実施例のパターンマスク47aまたは発光素子47bにおいて形成される光パターンのバリエーションを例示する図であって、各光パターンの右側には対応する光強度分布を示している。
このように、光パターンの形状をひいては被加工物46の表面に形成されるパターン像の形状を切り換えることによって、さらに複雑で微細な形状加工や様々な表面粗さを有する形状加工が可能になる。
【0025】
図3は、本実施例のライトバルブ44に形成される光透過部のバリエーションを例示する図である。
一般に、たとえば液晶表示素子からなるライトバルブを用いる場合、光透過部の形成位置および形状を随時変化させることができる。したがって、光透過部の形成位置を変化させることにより被加工物の表面に対する入射光の角度(向き)を変化させることはもとより、光透過部の形状を変化させることによって被加工物の表面に入射する光束の開口数を、ひいては対物光学系の焦点深度(観察系では被写界深度)を調整することができる。また、光透過部の透過率を変化させることによって、被加工物の表面に入射する光束の強度を調整することもできる。
【0026】
また、光が通過する領域に応じて焦点距離が僅かに異なる多重焦点光学系を対物光学系として用い、ライトバルブの作用により被加工物の表面に形成されるパターン像の光軸方向の結像位置を切り換えることができるように構成することもできる。この場合、パターン像が形成された被加工物の所定領域を観察系を介して観察しながら、被加工物に入射する光の光路をひいては対物光学系の焦点距離を切り換えることによって、被加工物を移動させることなくパターン像を鮮鋭化することができる。
【0027】
以上のように、本実施例の装置では、被加工物の所定領域を観察系を介して観察しながら、被加工物の表面に対する入射光の角度(向き)、パターン像の形状や光軸方向の結像位置、入射光束の開口数や強度などを適宜切り換えることにより、被加工物の表面に形成されたパターン像を必要に応じて走査しながら複雑で微細な形状加工をさらに効率良く行うことができる。
なお、上述の実施例では、ステージをXYステージとZステージとで構成しているが、被加工物が対物光学系の光軸に関して全体的に回転対称である場合、ステージが対物光学系の光軸周りに回転可能なθステージを備えていることが好ましい。さらに、必要に応じて別の軸線周りに回転可能なステージ機能を付加することも、複雑で微細な形状加工を行うのに有利である。
【0028】
また、上述の実施例では、1つの観察像面を備えた装置を例示しているが、複数の互いに異なる光路に沿って複数の観察像面を備えた観察系を構成することができる。
さらに、上述の実施例では、たとえば人口骨のような造形物の局部領域の形状加工に対して本発明の装置を適用している。しかしながら、従来の装置と同様に、本実施例の光造形装置を用いても、紫外線硬化型樹脂の液面にパターン像を照射し、各層部分を順次硬化させて積層することにより所定の三次元形状を有する造形物を形成することができる。
【0029】
また、上述の実施例では、光路切換手段としてたとえば液晶表示素子からなるライトバルブを用いているが、複数の光パターンを利用する場合にはライトバルブに代えて複数の開口部を有する開口絞りを使用することもできる。
さらに、上述の実施例では、光造形装置を固定とし被加工物を可動としているが、本実施例の構成とは逆に、光造形装置を可動とし被加工物を固定とすることもできる。
【0030】
【効果】
以上説明したように、本発明では、被加工物の表面に入射する光の光路を切り換えて被加工物の表面に対する入射光の角度(向き)を変化させることができるので、たとえば人口骨のような複雑な表面形状を有する被加工物の局部領域に塗布された紫外線硬化型樹脂の表面に所望の角度(向き)で光を照射して所定の光パターンの像を形成し、その光パターンの像を必要に応じて走査しながら微細な形状加工を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる光造形装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図2】本実施例のパターンマスク47aまたは発光素子47bにおいて形成される光パターンのバリエーションを例示する図であって、各光パターンの右側には対応する光強度分布を示している。
【図3】本実施例のライトバルブ44に形成される光透過部のバリエーションを例示する図である。
【符号の説明】
41 光源
42 CCDの撮像面
43 六角錐台状のプリズム
44 ライトバルブ
45 対物光学系
46 被加工物
47b 発光素子
47a パターンマスク
50 ステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical modeling apparatus, and more particularly to shape processing of a workpiece using an optical modeling method.
[0002]
[Prior art]
There is known an optical modeling method in which a three-dimensional model is formed by irradiating an ultraviolet curable resin with ultraviolet rays and curing a light irradiated portion. In this stereolithography method, based on the cross-sectional shape data of the first layer of the three-dimensional model to be manufactured, the liquid surface of the UV curable resin is irradiated with an ultraviolet light spot (scanning spot) or optical pattern, The first layer portion is cured. Next, the first layer portion is immersed in the ultraviolet curable resin liquid, and the second layer portion is cured by irradiating the liquid surface of the ultraviolet curable resin with ultraviolet rays based on the cross-sectional shape data of the second layer. In the same manner, a modeled object having a predetermined three-dimensional shape is formed by sequentially curing and laminating each layer portion.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional optical modeling apparatus using the optical modeling method, light irradiation is performed at a constant incident angle substantially perpendicular to the planar liquid surface of the ultraviolet curable resin, and is cured in a planar shape. A three-dimensionally shaped object is formed by laminating each layer portion.
By the way, in the field of artificial bone molding, for example, in order to further fine-tune the surface shape of artificial bone formed using an optical modeling method, an ultraviolet curable resin is applied to a local region that needs fine adjustment, Research is being carried out to irradiate the surface with ultraviolet rays for fine processing. In this case, for example, if the surface shape of the locally depressed region of the artificial bone is to be finely adjusted using a conventional stereolithography apparatus, a desired angle (orientation) with respect to the complicated surface of the applied ultraviolet curable resin ) Cannot be irradiated, and as a result, the desired shape processing may not be performed.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical modeling apparatus capable of efficiently performing fine shape processing even on a workpiece having a complicated surface shape. To do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, a light pattern forming means for forming a light pattern having a predetermined shape,
An objective optical system for condensing light from the light pattern to form an image of the light pattern on the surface of the workpiece;
Light incident on the surface of the workpiece in order to change the angle of incident light with respect to the surface of the workpiece without substantially changing the formation position of the image of the optical pattern on the surface of the workpiece. An optical path switching means for switching the optical path of
There is provided an optical modeling apparatus characterized in that the workpiece is shaped according to a light intensity distribution of an image of the optical pattern formed on the surface of the workpiece.
[0006]
According to a preferred aspect, the optical path switching means switches an optical path of light incident on the surface of the workpiece by changing a position of a light transmitting portion through which incident light from the light pattern is transmitted. In this case, it is preferable that the light pattern forming unit switches the shape of the image of the light pattern formed on the surface of the workpiece by changing the shape of the light pattern.
[0007]
According to another preferred aspect, the light pattern forming unit forms a plurality of light patterns spatially separated from each other, and the light path switching unit spatially separates from each of the plurality of light patterns. By selectively transmitting the light incident along the separated optical path and guiding it to the surface of the workpiece, the optical path of the light incident on the surface of the workpiece is switched. In this case, it is preferable that the light pattern forming unit forms a plurality of different light patterns and switches the shape of the image of the light pattern formed on the surface of the workpiece by the action of the optical path switching unit. .
[0008]
Furthermore, it is preferable that the optical path switching means is disposed in the vicinity of the pupil plane of the objective optical system.
Further, based on light from the surface of the workpiece through the objective optical system along an optical path substantially different from an optical path of light incident on the surface of the workpiece, an image of the optical pattern is obtained. It is preferable that an observation system for observing the surface of the formed workpiece is further provided.
Furthermore, the objective optical system is a multifocal optical system having a different focal length depending on a region through which light passes, and the optical pattern formed on the surface of the workpiece by the action of the optical path switching unit. It is preferable to switch the imaging position in the optical axis direction of the image.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the optical shaping apparatus of the present invention, for example, an optical pattern is formed by an optical pattern forming means such as an LED array, light from the optical pattern is condensed through an objective optical system, and the optical pattern is formed on the surface of the workpiece. Form an image of Then, the optical path of the light incident on the surface of the workpiece is switched by the optical path switching means, and the incident light on the surface of the workpiece is substantially changed without substantially changing the formation position of the optical pattern image on the surface of the workpiece. The angle (orientation) can be changed.
[0010]
As a specific example, the optical path switching means is composed of a light valve such as a liquid crystal display element arranged in the vicinity of the pupil plane of the objective optical system, for example, and the position of the light transmitting portion through which incident light from the light pattern is transmitted. By changing, the optical path of the light incident on the surface of the workpiece is switched. In this case, the light pattern forming means can change the shape of the image of the light pattern formed on the surface of the workpiece by changing the shape of the light pattern.
[0011]
According to another specific example, the light pattern forming unit has, for example, a plurality of LED arrays, and forms a plurality of light patterns spatially separated from each other. The optical path switching means is composed of, for example, a light valve disposed in the vicinity of the pupil plane of the objective optical system or an aperture stop having a plurality of openings. Thus, the surface of the workpiece is selectively transmitted by the optical path switching means along the optical paths spatially separated from each of the plurality of light patterns and guided to the surface of the workpiece. The optical path of the light incident on is switched. In this case, the shape of the image of the light pattern formed on the surface of the workpiece can be switched by forming different light patterns for each LED array.
[0012]
Thus, in the stereolithography apparatus of the present invention, the angle (direction) of incident light with respect to the surface of the workpiece can be changed by switching the optical path of the light incident on the surface of the workpiece. Therefore, for example, an image of a predetermined light pattern is formed by irradiating light at a desired angle (orientation) on the surface of the ultraviolet curable resin applied to a local region of a workpiece having a complicated surface shape such as artificial bone. Can be formed. Then, fine scanning according to the light intensity distribution of the optical pattern image can be efficiently performed while scanning the optical pattern image as necessary.
[0013]
Further, in the stereolithography apparatus of the present invention, light is generated based on light from the surface of the workpiece through the objective optical system along an optical path substantially different from the optical path of light incident on the surface of the workpiece. The surface of the workpiece on which the pattern image is formed can be observed. Furthermore, a multifocal optical system having a different focal length according to the region through which the light passes is used as the objective optical system, and the optical pattern image formed on the surface of the workpiece by the action of the optical path switching means is connected in the optical axis direction. The image position can be switched.
Therefore, in the present invention, by appropriately switching the angle (orientation) of incident light with respect to the surface of the workpiece, the shape of the image of the optical pattern, the imaging position in the optical axis direction, etc. while observing the surface of the workpiece, Complex and fine shape processing can be performed more efficiently while scanning an optical pattern image as required.
[0014]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical modeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
The apparatus of the present embodiment includes a
[0015]
The pattern light transmitted through the
[0016]
The
[0017]
The apparatus of this embodiment also includes a
[0018]
The pattern image formed on the surface of the ultraviolet curable resin applied to a predetermined region of the
[0019]
In the apparatus of the present embodiment, the pattern light from the
Therefore, when the light pattern forming means is constituted by the
[0020]
Further, when the light pattern forming means is constituted by the
That is, in any case, the optical path of the light incident on the
[0021]
Further, when the light pattern forming means is composed of the
[0022]
In the apparatus of the present embodiment for shape processing, an ultraviolet curable resin is applied to a predetermined area of the
[0023]
By the way, in the apparatus of the present embodiment, when only the pattern light from the
[0024]
FIG. 2 is a diagram illustrating variations of the light pattern formed in the
In this way, by switching the shape of the optical pattern and switching the shape of the pattern image formed on the surface of the
[0025]
FIG. 3 is a diagram illustrating a variation of the light transmission portion formed in the
In general, for example, when a light valve made of a liquid crystal display element is used, the formation position and shape of the light transmission part can be changed as needed. Therefore, by changing the formation position of the light transmission part, the angle (orientation) of the incident light with respect to the surface of the work piece is changed, as well as by changing the shape of the light transmission part, the light is incident on the work surface. It is possible to adjust the numerical aperture of the luminous flux to be adjusted, and thus the depth of focus of the objective optical system (depth of field in the observation system). In addition, the intensity of the light beam incident on the surface of the workpiece can be adjusted by changing the transmittance of the light transmitting portion.
[0026]
Also, a multifocal optical system with a slightly different focal length depending on the region through which light passes is used as the objective optical system, and the pattern image formed on the surface of the workpiece by the action of the light valve is formed in the optical axis direction. It can also be configured such that the position can be switched. In this case, while observing a predetermined region of the workpiece on which the pattern image has been formed through the observation system, the workpiece is switched by switching the focal length of the objective optical system along the optical path of the light incident on the workpiece. The pattern image can be sharpened without moving.
[0027]
As described above, in the apparatus of the present embodiment, the angle (orientation) of incident light with respect to the surface of the workpiece, the shape of the pattern image, and the optical axis direction while observing a predetermined region of the workpiece through the observation system. By appropriately switching the image forming position, the numerical aperture and intensity of the incident light beam, etc., it is possible to more efficiently perform complicated and fine shape processing while scanning the pattern image formed on the surface of the workpiece as necessary. Can do.
In the above-described embodiment, the stage is composed of the XY stage and the Z stage. However, when the workpiece is rotationally symmetric as a whole with respect to the optical axis of the objective optical system, the stage is light of the objective optical system. It is preferable to provide a θ stage that can rotate around an axis. Further, it is advantageous to perform a complicated and fine shape processing by adding a stage function capable of rotating around another axis as required.
[0028]
In the above-described embodiment, an apparatus having one observation image plane is illustrated. However, an observation system having a plurality of observation image planes can be configured along a plurality of different optical paths.
Furthermore, in the above-described embodiment, the apparatus of the present invention is applied to shape processing of a local region of a modeled object such as artificial bone. However, like the conventional apparatus, even if the stereolithography apparatus of the present embodiment is used, a predetermined three-dimensional structure is obtained by irradiating a pattern image onto the liquid surface of the ultraviolet curable resin and sequentially curing and laminating each layer portion. A shaped object having a shape can be formed.
[0029]
In the above-described embodiment, a light valve made of, for example, a liquid crystal display element is used as the optical path switching means. However, when using a plurality of light patterns, an aperture stop having a plurality of openings is used instead of the light valve. It can also be used.
Further, in the above-described embodiment, the optical modeling apparatus is fixed and the workpiece is movable. However, contrary to the configuration of the present embodiment, the optical modeling apparatus can be movable and the workpiece can be fixed.
[0030]
【effect】
As described above, in the present invention, the angle (direction) of incident light with respect to the surface of the workpiece can be changed by switching the optical path of the light incident on the surface of the workpiece. The surface of the ultraviolet curable resin applied to the local area of the workpiece having a complex surface shape is irradiated with light at a desired angle (orientation) to form an image of a predetermined light pattern. Fine shape processing can be efficiently performed while scanning an image as necessary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of an optical modeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a variation of a light pattern formed in the
FIG. 3 is a diagram illustrating a variation of a light transmission portion formed in the
[Explanation of symbols]
41
Claims (5)
前記光パターンからの光を集光して被加工物の表面に前記光パターンの像を形成するための対物光学系と、
前記被加工物の表面における前記光パターンの像の形成位置を実質的に変化させることなく前記被加工物の表面に対する入射光の角度を変化させるために、前記被加工物の表面に入射する光の光路を切り換えるための光路切換手段とを備え、
前記被加工物の表面に形成された前記光パターンの像の光強度分布に応じて前記被加工物を形状加工することを特徴とする光造形装置。A light pattern forming means for forming a light pattern having a predetermined shape;
An objective optical system for condensing light from the light pattern to form an image of the light pattern on the surface of the workpiece;
Light incident on the surface of the workpiece in order to change the angle of incident light with respect to the surface of the workpiece without substantially changing the formation position of the image of the optical pattern on the surface of the workpiece. An optical path switching means for switching the optical path of
An optical modeling apparatus, wherein the workpiece is shaped according to a light intensity distribution of an image of the optical pattern formed on the surface of the workpiece.
前記光路切換手段は、前記複数の光パターンの各々から互いに空間的に分離された光路に沿って入射した光を選択的に透過させて前記被加工物の表面に導くことによって前記被加工物の表面に入射する光の光路を切り換えることを特徴とする請求項1に記載の光造形装置。The light pattern forming means forms a plurality of light patterns spatially separated from each other;
The optical path switching means selectively transmits the light incident along the optical paths spatially separated from each of the plurality of light patterns and guides the light to the surface of the workpiece. The optical modeling apparatus according to claim 1, wherein the optical path of light incident on the surface is switched.
前記光路切換手段の作用により、前記被加工物の表面に形成される前記光パターンの像の形状を切り換えることを特徴とする請求項4に記載の光造形装置。The light pattern forming means forms a plurality of different light patterns,
The optical modeling apparatus according to claim 4, wherein the shape of the image of the optical pattern formed on the surface of the workpiece is switched by the action of the optical path switching unit.
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