JP6972186B2 - 光造形物の製造方法および光造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、光造形物の製造方法および光造形装置に関する。

光硬化性材料（フォトポリマー）を収容した容器の底部を通して光硬化性材料に光を照射することで、硬化層を順次形成して目的物を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

米国特許公開ＵＳ２０１６／０３６１８７公報

上記のような方法においては、光硬化性材料を照射する所望形状の光束を生成するために、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラー素子）のようなマイクロミラー素子を用いることが一般的である。マイクロミラー素子の表面には複数のマイクロミラーが二次元繰り返し構造を有するように配列されて配置されている。これらのマイクロミラーの反射面方向を選択的に制御することで、マイクロミラー素子の表面に所望形状の反射領域が生成され、この反射光束領域の像が光硬化性樹脂に投影される。

本発明者らは、上記説明のＤＶＤによる光造形（stereolithography）を用いて作製された光造形物には立体的回折が発生することを見出した。このよう光造形物に光が入射すると回折光が発生し、光造形物を当初の目的に使用することが難しい。本発明者らは、一連の工程において、光造形物全体に各層が独立している、すなわち、光造形物全体が完全に均質ではなく、各層の積層が認識できる状態となっていることに着目した。

このような光造形物を用いたレンズのような光学部材は、上記説明の回折光の発生により、高い光学性能が得られないという問題がある。回折光発生の許容程度は、光造形物に要求される光学性能に依存する。一般的に、光造形物に光を入射させることにより回折光が発生しても、一次回折光の強度をゼロ次光の強度の６％以下に抑制することが望ましい。さらに、光学性能を要求される光造形物、例えば、回折光が目立ちやすい条件下で使用される光造形物については、一次回折光の強度をゼロ次光の強度の０．０１％以下にすることが望ましい。

本発明者らは、上記欠陥のない、あるいは、少なくともこのような欠陥がエンドユーザに不安を与えないＤＭＤを用いた製造工程を提案する必要がある。

本発明者らは、誰もが予期できなかった回折構造が形成するメカニズムを明らかにする。また、本発明者らは、回折の影響による不快感の低減または回折の影響のない光造形物の提供を可能とする技術的解決を提供する。

ＤＭＤを用いて光硬化性樹脂を硬化する工程において、光硬化性樹脂への投影領域では、マイクロミラーの領域に相当する部分の照射光の強度と隣接するマイクロミラー間に相当する部分の照射光の強度とで違いが生じる。このため、これら二つの部分における光硬化性樹脂の硬化層の硬化状態には微妙な違いが生じ、硬化層にはマイクロミラーの二次元配列に相当する網目状の規則的な屈折率分布が発生する。

この屈折率分布は、層ごとに同じ位置に形成されるので、このように製造された光造形体には立体構造の規則的な屈折率分布を有する。従って、このような光造形体に光を透過させると、上記説明の屈折率分布により回折光が発生する。この現象について、図８および９を参照して次に説明する。

図８は、従来の光造形物に対して、硬化層積層方向であるＺ軸に沿う方向に光を入射させた場合を示す。図９は、光造形物に対して、硬化層の表面に沿う方向であるＸ軸に沿う方向に光を入射させた場合を示す。なお、図８および図９を含む全ての図面において、光造形物内部の実線または破線は、屈折率がその周囲とは異なる領域を模式的に示す。図８および９からわかるように、いずれの場合においても、光造形物に入射した光は上記説明の立体構造の周期的な屈折率分布を通過する。その結果、いずれの場合においても回折光が発生する。なお、図９に示した場合に発生する回折光は、硬化層積層方向の硬化状態のバラツキに起因する規則的な屈折率分布による影響が加わるので、図８に示した場合に発生する回折光に比べて、より多くの回折光が発生することが考えられる。

本発明の第１の態様によると、光造形物の製造方法は、光源から出射した光を、繰り返し構造を有し、かつ所望形状の出射領域を生成して前記所望形状の出射領域を所望時間維持する出射設定素子に入射させて出射光束を生成する出射光束生成処理と、前記出射光束を、投影光学系を通して、内部に光硬化性樹脂が収容され、かつ、ステージが配置された容器の内部に導入して前記出射光束を集光することで、前記出射領域に対応して形成された照射領域に硬化層を形成する硬化層形成処理と、前記ステージを前記出射光束の進行方向である第１方向に所望距離だけ移動させるステージ第１方向移動処理と、を順次実行することで、前記ステージの表面に光造形物を生成する、光造形物の製造方法であって、前記光造形物の製造方法はさらに、前記硬化層形成処理において、前記光造形物の繰り返し構造による回折の影響を低減する前記照射を変動する照射変動処理を含む。
本発明により、前記出射設定素子による繰り返し構造および既に形成された層の上に別の層を繰り返し形成することによる回折の影響を低減することができる。
本発明の第２の態様によると、第１の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理は、前記容器または容器の近傍に配置された拡散素子に前記出射光束を通過させることによる前記出射光束の拡散角５〜２５°の拡散、前記硬化層形成処理において前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、前記硬化層形成処理ごとに前記投影光学系の集光倍率を各硬化層形成処理ごとに変化させる集光倍率変化、および、前記第１方向移動処理における前記所定距離を少なくとも二つの異なる値を設定する第１方向移動距離設定、のうち少なくとも一つにより行うことが好ましい。
本発明の第２の態様の第１の変形例によると、第１の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理は、前記硬化層形成処理において前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、前記投影光学系の集光倍率を各硬化層形成処理ごとに変化させる集光倍率変化、および、前記第１方向移動処理における前記所定距離を少なくとも二つの異なる値を設定する第１方向移動距離設定、のうち少なくとも一つ、または、これらの組み合わせにより行うことが好ましい。
本発明の第２の態様の第２の変形例によると、第１の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理は、前記容器または容器の近傍に配置された拡散素子に前記出射光束を通過させることによる前記出射光束の拡散角５〜２５°の拡散、および、前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、のうち少なくとも一つにより行うことが好ましい。
本発明の第２の態様の第３の変形例によると、第１の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理は、前記硬化層形成処理において前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、前記投影光学系の集光倍率を各硬化層形成処理ごとに変化させる集光倍率変化、および、前記第１方向移動処理における前記所定距離を少なくとも二つの異なる値を設定する第１方向移動距離設定、のうち少なくとも一つにより行うことが好ましい。
本発明の第２の態様の第４の変形例によると、第１の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理は、前記容器または容器の近傍に配置された拡散素子に前記出射光束を通過させることによる前記出射光束の拡散角５〜２５°の拡散、および、前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、のうち少なくとも一つ、かつ、前記硬化層形成処理において前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、および、前記第１方向移動処理における前記所定距離を少なくとも二つの異なる値を設定する第１方向移動距離設定、のうち少なくとも一つにより行うことが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様の光造形物の製造方法において、前記出射設定素子は、反射面の向きを独立に設定可能な複数のマイクロミラーを有するマイクロミラー素子であり、前記所望形状の出射領域は、前記複数のマイクロミラーのそれぞれの反射面の方向を制御することにより生成され、前記出射光束は、前記マイクロミラー素子の前記出射領域で反射された反射光束であり、前記照射領域には、前記出射領域に相当する前記マイクロミラーの表面像が形成されることが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第２の態様の光造形物の製造方法において、前記拡散素子を通過した前記出射光束の拡散角は８〜１２°であることが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第１〜４のいずれか一つの態様の光造形体の製造方法において、前記ステージ第１方向移動処理で設定される前記所望距離は少なくとも異なる２値を有する。
本発明の第５の態様の第１の変形例によると、第５の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理はさらに、前記容器または容器の近傍に配置された拡散素子に前記出射光束を通過させることによる前記出射光束の拡散角５〜２５°の拡散、前記硬化層形成処理において前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、および、前記投影光学系の集光倍率を各硬化層形成処理ごとに変化させる集光倍率変化、のうち少なくとも一つ、またはこれらの組み合わせにより行うことが好ましい。
本発明の第５の態様の第２の変形例によると、第５の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理はさらに、前記硬化層形成処理において前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、および、前記投影光学系の集光倍率を各硬化層形成処理ごとに変化させる集光倍率変化、のうち少なくとも一つ、またはこれらの組み合わせにより行うことが好ましい。
本発明の第５の態様の第３の変形例によると、第５の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理はさらに、前記容器または容器の近傍に配置された拡散素子に前記出射光束を通過させることによる前記出射光束の拡散角５〜２５°の拡散、および、前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、のうち少なくとも一つにより行うことが好ましい。
本発明の第５の態様の第４の変形例によると、第５の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理はさらに、前記硬化層形成処理において前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、および、前記投影光学系の集光倍率を各硬化層形成処理ごとに変化させる集光倍率変化、のうち少なくとも一つにより行うことが好ましい。
本発明の第５の態様の第５の変形例によると、第５の態様の光造形物の製造方法において、前記照射変動処理はさらに、前記容器または容器の近傍に配置された拡散素子に前記出射光束を通過させることによる前記出射光束の拡散角５〜２５°の拡散、および、前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、のうち少なくとも一つ、かつ、前記硬化層形成処理において前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、および、前記第１方向移動処理における前記所定距離を少なくとも二つの異なる値を設定する第１方向移動距離設定、のうち少なくとも一つにより行うことが好ましい。
本発明の第６の態様によると、第１〜４のいずれか一つの態様の光造形物の製造方法において、前記ステージ第１方向移動処理で設定される前記所望距離はランダマイズされていることが好ましい。
本発明の第７の態様によると、第６の態様の光造形物の製造方法において、前記ステージ第１方向移動処理で設定される前記所望距離は、Ｔを一定値、Ｔ＋α_ｋをｋ番目の硬化層の厚さに相当する所望距離、α_ｋを確率密度関数Ｐ_αのフーリエ変換の確率分布に従ってランダマイズした場合、前記所望距離は、前記ステージ第１方向移動処理ごとに、式（１）を満足するように前記ランダマイズが行われる、光造形物の製造方法であることが好ましい。
Ｐ_α（１／Ｔ）／Ｐ_α（０）≦０．００１（Ｐ_α（０）≧１） （１）
本発明の第８の態様によると、光造形装置は、光源と、光硬化性樹脂を収容する容器と、前記光源から出射した光が入射され、前記容器に向けて出射する出射光束を生成する出射設定素子と、前記容器の内部に配置され、前記出射光束の進行方向である第１方向に移動可能であって、前記光硬化性樹脂が硬化して生成された硬化層が付着するステージと、前記ステージを駆動する駆動装置と、前記出射光束を前記容器に集光して導入し、照射領域を形成する投影光学系と、第１制御部と、を有する光造形装置であって、前記出射設定素子は、所望形状の出射領域を所望時間維持して生成することが可能であり、前記第１制御部は、前記出射設定素子に対して、所望形状の出射領域を所望時間だけ維持することで、前記出射設定素子から前記所望形状の前記出射光束を前記所望時間だけ維持して出射するように制御する第１の制御と、前記駆動装置に対して、前記所望時間が経過後、前記ステージを前記第１方向に所望距離だけ移動させるように制御する第２の制御と、を行い、前記光造形装置はさらに、前記照射を変動する照射変動装置を有する。
本発明の第９の態様によると、第８の態様の光造形装置において、前記照射変動装置は、前記容器または前記容器との隙間が５ｍｍ以下となる位置に備えられ、前記出射光束を拡散角が５°以上２５°以下で拡散させる拡散素子、前記ステージの移動を、前記第１方向に垂直な第２方向に制御する第２制御部、前記投影光学系の集光位置を変化させるように制御する第３制御部、および前記投影光学系の集光倍率を変化させるように制御する第４制御部、のうち少なくとも一つであることが好ましい。
本発明の第１０の態様によると、第８または９の態様の光造形装置において、前記出射設定素子は、反射面の向きを独立に設定可能な複数のマイクロミラーを有するマイクロミラー素子であり、前記所望形状の前記出射領域は、前記複数のマイクロミラーのそれぞれの反射面の方向を制御することにより生成され、前記出射光束は、前記出射領域で反射された反射光束であり、前記照射領域には、前記出射領域に相当する前記マイクロミラー素子の表面像が結像されることが好ましい。
本発明の第１１の態様によると、第９の態様の光造形装置において、前記拡散素子は、前記ステージの表面との隙間が１ｍｍ以下となるように備えられ、前記出射光束を拡散角が８°以上１２°以下で拡散させることが好ましい。
本発明の第１２の態様によると、第８〜１１のいずれか一つの態様の光造形装置において、前記第１制御部は、前記第１の制御と前記第２の制御とを交互に繰り返し行うように制御し、かつ、前記第２の制御において少なくとも異なる２値の前記所望距離を設定するように制御することが好ましい。
本発明の第１３の態様によると、第８〜１１のいずれか一つの態様の光造形装置において、前記第１制御部は、前記所望距離はランダマイズして設定する。
本発明の第１４の態様によると、光造形物は、第１〜７のいずれかの態様の光造形物の製造方法により製造され、前記光造形物に光を透過させた場合、回折により発生する１次光の強度は０次光の強度の６％以下、あるいは、好ましくは５％、さらに３％以下である。
本発明の第１５の態様によると、第１４の態様の光造体において、前記光造形物はレンズであることが好ましい。

本発明によれば、回折光の発生が抑制された光学性能の高い光造形物、および、回折光の発生が抑制された光学性能の高い光造形物を製造する光造形装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる光造形装置の構成を示す模式図である。 図２は、本発明の第１の実施形態において製造される光造形物の構造を示す模式図である。 図３は、本発明の第２の実施形態にかかる光造形装置の構成を示す模式図である。 図４は、本発明の第２の実施形態において製造される光造形物の構造を示す模式図である。 図５は、本発明の第３の実施形態にかかる光造形装置の構成を示す模式図である。 図６は、本発明の第３の実施形態において製造される光造形物の構造を示す模式図である。 図７は、本発明の第４の実施形態において製造される光造形物の構造を示す模式図である。 図８は、従来の光造形物に対して、硬化層積層方向に垂直な方向に光を入射させた場合の回折光の発生を示す説明図である。 図９は、従来の光造形物に対して、硬化層の表面に平行な方向に光を入射させた場合の回折光の発生を示す説明図である。 図１０は、シミュレーションに用いるモデルを示す模式図である。 図１１は、シミュレーションに用いるモデルを示す模式図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる光造形装置１００の構成を示す模式図である。説明の都合上、ＸＹＺ座標系を、図１に示す通り、Ｘ軸を図の左右方向に、Ｚ軸を図の上下方向に、Ｙ軸をＸ軸およびＺ軸に垂直にそれぞれ設定する。光造形装置１００は、光源１と容器２と出射設定素子３とステージ４とステージ駆動装置５と投影光学系６と制御部７と拡散素子８とを主として備える。

光源１としては波長３８５ｎｍの紫外光を出射するＬＥＤ光源が用いられている。出射設定素子３としてはマイクロミラー素子が用いられている。容器２は透明フッ素樹脂により構成された底部を有する。ステージ４はステンレス鋼により構成される。出射設定素子３（マイクロミラー素子３）は、表面に複数のマイクロミラーが二次元配列され、各マイクロミラーは個別に反射面方向を制御することができる。拡散素子８は、容器２の外側にその底部に接近させて配置される。拡散素子８との容器２の底部との隙間は約５ｍｍである。拡散素子８の拡散角は５°と２５°との間の範囲である。容器２には、紫外線の照射により硬化する液状の光硬化性樹脂（フォトポリマー）を収容しておく。容器２の内部に配置されたステージ４の表面と容器２の底部との間に適当な幅の隙間が形成されるように、制御部７は、ステージ駆動装置５を制御することにより、ステージ４の表面と容器２の底部との間に適当な厚さの隙間が形成されるように、ステージ４のＺ軸方向（図中、縦方向）の位置を調整する。これにより、この隙間は光硬化性樹脂で充填される。

光造形装置１００を用いて光造形物を製造する際の手順について説明する。制御部７はマイクロミラー素子３を制御して、マイクロミラー素子３から所望形状の出射光束が形成されるように各マイクロミラーの反射面方向を制御する。制御部７は光源１を制御して、マイクロミラー素子３に向けて紫外光を出射させる。出射された紫外光は照明光学系９により収束され、マイクロミラー素子３に向けて伝播される。

マイクロミラー素子３に到達した紫外光は、マイクロミラー素子３において設定された各マイクロミラーの反射面方向に基づいて反射され所望形状の出射光束となる。出射光束は投影光学系６に入射し、ステージ４の表面と容器２の底部との隙間に充填された光硬化性樹脂の所望の照射領域に、マイクロミラー素子３の表面像が結像されるように収束される。同時に、出射光束は拡散素子８を透過することで適度に拡散され、容器２の底部を透過して光硬化樹脂を照射する。その結果、ステージ４と容器２の底部との隙間のうち、上記の照射領域に相当する領域内の光硬化性樹脂は硬化して硬化層を形成する。

硬化層の形成が完了したら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５を制御して、ステージ４を所定の距離だけＺ軸＋方向に移動させた後、停止する。なお、本明細書では、Ｚ方向＋方向を第１方向とも呼ぶ。ステンレス鋼で構成されたステージ４の表面の表面エネルギーは、透明フッ素樹脂で構成された容器２の底部の表面の表面エネルギーより高いので、硬化層は、容器２の底部から剥離され、ステージ４の表面に付着する。すなわち、硬化層はステージ４に付着して上昇する。その結果、硬化層と容器２の底部との間には新たな隙間が形成され、この隙間に光硬化性樹脂が充填される。制御部７は、所望形状の出射光束を再設定するために、マイクロミラー素子３の各マイクロミラーの反射面方向を制御する。制御部７は、光源１からマイクロミラー素子３に向けて紫外光の出射を再開させ、これにより新たな硬化層が既に形成された硬化層の上に積層される。上記説明の手順を繰り返して、所望形状の光造形物を製造する。

上記のように、第１の実施形態の光造形装置１００は、容器２の外側にその底部に接近させて拡散素子８を備えるので、出射光束は投影光学系６により収束された後、拡散素子８により適度に拡散されて、ステージ４と容器２の底部との隙間に充填された光硬化性樹脂を照射する。すなわち、拡散素子８は、ステージ４と容器２の底部との隙間に充填された光硬化性樹脂に形成される照射領域を変動させる。

図２は、上記説明の手順により製造された光造形物の断面を模式的に示す。図２に示すように、光造形物の各硬化層にマイクロミラーの二次元配列に相当する規則的な屈折率分布が形成されたとしても、その屈折率分布の程度は比較的小さい。従って、このような光造形物の硬化層積層方向に光が入射しても、一次回折光の強度がゼロ次光の強度の６％以下となるように回折光の発生を抑制することができる。すなわち、高い光学性能の光造形物が得られる。

上記の通り、拡散素子８は、拡散角は５°と２５°との間の範囲とし、容器２の底部との隙間が５ｍｍとなる位置に配置した。拡散素子８の拡散角と容器２の底部との隙間は、製造する光造形物に要求される光学性能に基づいて適宜設定すればよい。拡散素子８の拡散角を８°と１２°との間の範囲とし、容器２の底部との隙間が１ｍｍ以下となる位置に配置した場合には、回折光の発生が抑制された滑らかな側面の光造形物を製造することができる。なお、拡散素子８の拡散角および拡散素子８と容器２の底部との隙間、を調整することにより、回折により発生する１次光の強度を０次光の強度の５％以下、３％以下、さらに０．０１％以下に抑制することができる。

上記説明では、光源１からの光の出射開始（再開）と停止は、制御部７により光源１を制御することで行う。しかし、光源１から連続的に出射する光を、光路上に配置されたシャッターの開閉によりオン／オフすることも可能である。シャッターを配置する位置は光路上であればどこでもよいが、光源１とマイクロミラー素子３との間にシャッターを設けた場合、より小型のシャッターを用いることができるので好ましい。

第１の実施形態においては、投影光学系６により収束された光は拡散素子８を透過して適度に拡散され、それにより、マイクロミラーの像がステージ４と容器２の底部との間の隙間に充填された光硬化性樹脂に高いコントラストで集光されないようにしている。その結果、光硬化性樹脂の照射領域に形成されるマイクロミラーの二次元配列に相当する規則的な屈折率分布のコントラストは適度に低下する。しかし、拡散素子８の使用以外にも、光硬化性樹脂のマイクロミラーの像のコントラストを適度に低下させる方法はある。上記説明の第１の実施形態は次のように変形してもよい。

（変形例１）
変形例１では、投影光学系６による集光位置を光硬化性樹脂からわずかに変化させることで、光硬化性樹脂に形成されるマイクロミラーの二次元配列に相当する規則的な屈折率分布のコントラストを適度に低下させる。すなわち、投影光学系６によるマイクロミラーの像の結像をデフォーカス状態とする。この場合のデフォーカス量は、投影光学系６によるマイクロミラーの像の集光位置を調整して決定されることが好ましい。投影光学系６によるデフォーカス状態と拡散素子８の使用の両方によりマイクロミラーの像のコントラスト程度を調整してもよい。例えば、投影光学系６による集光位置を、ステージ４と容器２の底部との隙間に充填された光硬化性樹脂の位置よりも上側（Ｚ軸＋方向）あるいは下側（Ｚ軸−方向）の位置にシフトさせてデフォーカス状態を実現する。シフト量は、投影光学系６による集光位置を、硬化層の厚さの１〜５倍程度、例えば、１．５〜２．５倍程度の量となるように設定することができる。

（変形例２）
変形例２では、マイクロミラー素子３のマイクロミラーを微細に振動させ、それにより出射光束を適度に振動させることで、マイクロミラーの像のコントラストの程度を調整する。これにより、光硬化性樹脂に形成されるマイクロミラーの二次元配列に相当する規則的な屈折率分布のコントラストは適度に低下する。マイクロミラーの振動の大きさは、マイクロミラーの二次元配列の両方向の成分を適宜有するように設定されることが望ましい。

（変形例３）
変形例３では、光源１、マイクロミラー素子３、投影光学系６、照明光学系９の少なくともいずれか一つを振動させる。これにより、光硬化性樹脂に形成されるマイクロミラーの二次元配列に相当する規則的な屈折率分布のコントラストは適度に低下する。これらの振動の大きさは、マイクロミラーの二次元配列の両方向の成分を適宜有するように設定されることが望ましい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の光造形装置２００を示す模式図である。説明の都合上、ＸＹＺ座標系を、図３に示す通り、Ｘ軸を図の左右方向に、Ｚ軸を図の上下方向に、Ｙ軸をＸ軸およびＺ軸に垂直にそれぞれ設定する。光造形装置２００は拡散素子８を備えていない。また、光造形装置２００は、光造形装置１００と比べて、ステージ４の表面（図３においては下面）に平行な面内においてステージ４を任意の方向に移動させることが可能な駆動装置５０を備えている点で異なる。すなわち、光造形装置２００では、ステージ４をＸＹ平面に平行な面に沿って任意の方向に移動させることができる。この任意の方向を本明細書においては第２方向とする。

光造形装置２００を用いて光造形物を製造する際の手順について説明する。光源１から光を出射させ、出射光をマイクロミラー素子３により反射させて所望形状の出射光束を形成し、出射光束を収束させるために投影光学系６を透過させる工程は、第１の実施形態と実質的に同様なので、ここでは説明は省略する。投影光学系６により収束された出射光束は容器２の底部を透過して、ステージ４と容器２の底部との隙間に充填された光硬化樹脂を照射する。その結果、この隙間のうち、照射領域に相当する部分の光硬化性樹脂は硬化して１層目の硬化層を形成する。本明細書では、この時のステージ４のＸＹ平面における位置を第１位置とする。

１層目の硬化層の形成が完了したら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５０を制御して、ステージ４を所定の距離だけＺ軸＋方向（第１方向）に移動させた後、停止する。第１の実施形態に説明したように、１層目の硬化層はステージ４の表面に付着して上昇する。次に、制御部７は駆動装置５０を制御して、ステージ４を横方向（第２方向）に適当な距離だけ移動させて停止する。この時のステージ４の移動方向は、ＸＹ平面内であればいずれの方向でもよい。なお、本明細書では、ＸＹ平面内の任意の方向を第２方向とも呼ぶ。本実施形態においては、ステージ４は第１位置からＸ軸＋方向に５μｍ離れた位置に移動する。この時のＸＹ平面におけるステージ４の位置を第２位置とする。すなわち、第２位置は、第１位置からＸ軸＋方向に５μｍだけ離れた位置である。制御部７は、所望形状の出射光束を再設定するために、マイクロミラー素子３の各マイクロミラーの反射面方向を制御する。制御部７は、光源１から紫外光をマイクロミラー素子３に向けて出射させ、それにより２層目の硬化層を形成する。

２層目の硬化層が形成されたら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５０を制御して、ステージ４を所定の距離だけＺ軸＋方向（第１方向）に移動させた後、停止する。２層目の硬化層は、ステージ４の表面に既に付着している１層目の硬化層に積層され、これらの積層された硬化層はステージ４と共に上昇する。その結果、２層目の硬化層と容器２の底部との間には隙間が形成され、この隙間に光硬化性樹脂が充填される。次に、制御部７は駆動装置５０を制御して、ステージ４を横方向（第２方向）に適当な距離だけ移動させて停止する。具体的には、ステージ４は第２位置からからＸ軸−方向に５μｍ、Ｙ軸＋方向に５μｍ離れた位置に移動する。この時のＸＹ平面におけるステージ４の位置を第３位置とする。すなわち、第３位置は、第１位置からＹ軸＋方向に５μｍだけ離れている。制御部７は、光源１から紫外光をマイクロミラー素子３に向けて出射させ、それにより３層目の硬化層を形成する。

３層目の硬化層を形成されたら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５０を制御して、ステージ４を所定の距離だけＺ軸＋方向（第１方向）に移動させた後、停止する。３層目の硬化層は２層目の硬化層に積層され、これらの積層された硬化層はステージ４と共に上昇する。その結果、３層目の硬化層と容器２の底部との間には隙間が形成され、この隙間に光硬化性樹脂が充填される。次に、制御部７は駆動装置５０を制御して、ステージ４を横方向（第２方向）に適当な距離だけ移動させて停止する。具体的には、ステージ４は第３位置からＸ軸−方向に５μｍ、Ｙ軸−方向に５μｍ離れた位置に移動する。この時のＸＹ平面におけるステージ４の位置を第４位置とする。すなわち、第４位置は、第１位置からＸ軸−方向に５μｍだけ離れている。制御部７は、光源１から紫外光をマイクロミラー素子３に向けて出射させ、それにより４層目の硬化層を形成する。

４層目硬化層が形成されたら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５０を制御して、ステージ４を所定の距離だけＺ軸＋方向（第１方向）に移動させた後、停止する。４層目の硬化層は３層目の硬化層に積層され、これらの積層された硬化層はステージ４と共に上昇する。その結果、４層目の硬化層と容器２の底部との間には隙間が形成され、この隙間に光硬化性樹脂が充填される。次に、制御部７は駆動装置５０を制御して、ステージ４を横方向（第２方向）に適当な距離だけ移動させて停止する。具体的には、ステージ４は第４位置からＸ軸＋方向に５μｍ、Ｙ軸−方向に５μｍ離れた位置に移動する。この時のＸＹ平面におけるステージ４の位置を第５位置とする。すなわち、第５位置は、第１位置からＹ軸−方向に５μｍだけ離れている。制御部７は、光源１から紫外光をマイクロミラー素子３に向けて出射させ、それにより５層目の硬化層を形成する。

５層目の硬化層が形成されたら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５０を制御して、ステージ４を所定の距離だけＺ軸＋方向（第１方向）に移動させた後、停止する。５層目の硬化層は４層目の硬化層に積層され、これらの積層された硬化層はステージ４と共に上昇する。その結果、５層目の硬化層と容器２の底部との間には隙間が形成され、この隙間に光硬化性樹脂が充填される。次に、制御部７は駆動装置５０を制御して、ステージ４を横方向に適当な距離だけ移動させて停止する。具体的には、ステージ４は第５位置からＸ軸＋方向に５μｍ、Ｙ軸＋方向に５μｍ離れた位置に移動する。移動後のステージの位置は第２位置と同じ位置である。以降、制御部７は駆動装置５０を制御して、ステージ４を、第３位置、第４位置、第５位置、第２位置に移動させるように駆動装置５０を制御しながら、順次、硬化層を積層することで光造形物は製造される。

図４に、このようにして製造された光造形物の断面を模式的に示す。図４に示すように、光造形物の各硬化層にはマイクロミラーの二次元配列に相当する規則的な屈折率分布が形成されるものの、隣接する硬化層の屈折率分布はＸＹ平面内において互いに重ならない。その結果、この光造形物の硬化層積層方向に光を入射させることにより回折光が発生しても、一次回折光の強度をゼロ次光の強度の６％以下に抑制することができる。このため、高い光学性能の光造形物が得られる。なお、ステージ４の横方向（第２方向）への移動量を調整することにより、回折により発生する１次光の強度を０次光の強度の５％以下、３％以下、さらに０．０１％以下に抑制することができる。

上記の通り、光造形装置２００は拡散素子８を備えていない。しかし、光造形装置２００は拡散素子を備えてもよい。拡散素子を備えて構成した光造形装置２００により製造した光造形物は、回折光の発生をより効果的に抑制できる。

第２の実施形態において、制御部７は、駆動装置５０を制御して、ステージ４をＸＹ平面内でＸ軸方向とＹ軸方向の両方向に移動させた。しかし、ステージ４の移動は一方向のみであってもよい。例えば、ステージ４の移動方向をＸ軸に対して角度４５°をなす方向に設定できる。あるいは、ステージ４の移動方向をＸ軸方向またはＹ軸方向に設定してもよい。ただし、光造形物をステージ４の移動方向を一方向のみに設定して製造し、この光造形物の硬化層積層方向に光を入射させた場合、ステージの移動方向に直交する方向には比較的強い回折光が発生する。ステージ４の移動については、製造する光造形物に要求される光学性能に基づいて決定すればよい。

（第３の実施形態）
図５に本発明の第３の実施形態の光造形装置３００を模式的に示す。説明の都合上、ＸＹＺ座標系を、図５に示す通り、Ｘ軸を図の左右方向に、Ｚ軸を図の上下方向に、Ｙ軸をＸ軸およびＺ軸に垂直にそれぞれ設定する。光造形装置３００は、光造形装置１００と比べて、焦点距離が可変の投影光学系６０を備えている点および拡散素子８は備えていない点で異なる。上記の２点以外については、光造形装置３００は光造形装置１００と実質的に同様である。投影光学系６０は電動ズームレンズであり、制御部７によりその焦点距離を調節することが可能である。これにより、投影光学系６０がステージ４と容器２の底部との間の隙間に充填された光硬化性樹脂に投影するマイクロミラー素子３のマイクロミラーの像の投影倍率を変更することが可能である。

光造形装置３００を用いて光造形物を製造する際の手順について説明する。光源１から光を出射させ、出射光をマイクロミラー素子３により反射させて所望形状の出射光束を形成する工程は、第１の実施形態と同様なので、ここでは説明は省略する。制御部７は、マイクロミラー素子３を制御して、ステージ４と容器２の底部との間の隙間に充填された光硬化樹脂に所定の照射領域が設定されるようにする。この照射領域を初期照射領域とする。同時に、制御部７は、投影光学系６０を制御して焦点距離を所定の値に調節しておく。この焦点距離の投影光学系６０により実現されるマイクロミラー素子３のマイクロミラーの像の投影倍率を初期投影倍率とする。投影光学系６０により収束された出射光束は容器２の底部を透過して、ステージ４と容器２の底部との隙間に充填された光硬化樹脂を照射する。その結果、この隙間のうち、照射領域に相当する部分の光硬化性樹脂は硬化して１層目の硬化層を形成する。

硬化層の形成が完了したら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５を制御して、ステージ４を所定の距離だけＺ軸＋方向（第１方向）に移動させた後、停止する。第１の実施形態に説明したように、硬化層はステージ４の表面に付着して上昇する。次に、制御部７は、投影光学系６０を制御して焦点距離を変化させる。焦点距離の変化量は、マイクロミラー素子３のマイクロミラーの像の投影倍率（集光倍率）が初期投影倍率と比べて１０％程度増大するように設定される。同時に、制御部７は、照射領域が初期照射領域と比べて１０％程度減少して再設定されるように、マイクロミラー素子３の各マイクロミラーの反射面方向を制御する。制御部７は、光源１から紫外光をマイクロミラー素子３に向けて出射させ、それにより２層目の硬化層を形成する。

２層目の硬化層が形成されたら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５を制御して、ステージ４を所定の距離だけＺ軸＋方向（第１方向）に移動させた後、停止する。２層目の硬化層は、ステージ４の表面に既に付着している１層目の硬化層に積層され、これらの積層された硬化層はステージ４と共に上昇する。その結果、２層目の硬化層と容器２の底部との間には隙間が形成され、この隙間に光硬化性樹脂が充填される。次に、制御部７は、投影光学系６０を制御して焦点距離を変化させる。焦点距離の変化量は、マイクロミラー素子３のマイクロミラーの像の投影倍率が初期投影倍率と比べて５％程度減少するようにする。同時に、制御部７は、照射領域が初期照射領域と比べて５％程度増大して再設定されるように、マイクロミラー素子３の各マイクロミラーの反射面方向を制御する。制御部７は、光源１から紫外光をマイクロミラー素子３に向けて出射させ、それにより３層目の硬化層を形成する。投影倍率および照射領域を、それぞれ初期投影倍率および初期照射領域を中心として適宜変化させるように設定しながら、上記のような手順を繰り返して、所望形状の光造形物を製造する。

図６に、このようにして製造された光造形物の断面を模式的に示す。図６に示すように、光造形物の各硬化層にはマイクロミラーの二次元配列に相当する規則的な屈折率分布が形成されるものの、隣接する硬化層の屈折率分布はＸＹ平面内において互いに重ならない。その結果、この光造形物の硬化層積層方向に光を入射させることにより回折光が発生しても、一次回折光の強度をゼロ次光の強度の６％以下に抑制することができる。このため、高い光学性能の光造形物が得られる。なお、投影倍率および／または照射領域を調整することにより、回折により発生する１次光の強度を０次光の強度の５％以下、３％以下、さらに０．０１％以下に抑制することができる。

上記の通り、光造形装置３００は拡散素子８を備えていない。しかし、光造形装置３００は拡散素子を備えて構成してもよい。拡散素子を備えて構成した光造形装置３００により製造した光造形物は、回折光の発生をより効果的に抑制できる。なお、マイクロミラーの像の投影倍率および照射領域の変化量は、製造する光造形物に要求される光学性能に基づいて決定すればよい。

上記の各実施形態においては、硬化層が形成されるごとにステージ４がＺ軸＋方向に移動する距離は一定である。すなわち、上記の各実施形態において製造された光造形物の各硬化層の厚さは一定である。このような光造形物の硬化層積層方向に光を入射させた場合には、上記の通り回折光の発生は抑制される。しかし、このような光造形物の硬化層の表面に沿う方向に光を入射させた場合には、図９に示すように回折光が発生する。このような場合における回折光発生を抑制する方法について、次に説明する。

（第４の実施形態）
本実施形態においては、第１の実施形態において説明した光造形装置１００から拡散素子８を除いて構成した光造形装置を用いて光造形物を製造する。本実施形態における光造形体の製造手順について次に説明する。光源１から光を出射させ、出射光をマイクロミラー素子３により反射させて所望形状の出射光束を形成し、出射光束を収束させるために投影光学系６を透過させる工程は、第１の実施形態と実質的に同様なので、ここでは説明は省略する。出射光束は投影光学系６により収束された後、ステージ４と容器２の底部との隙間に充填された光硬化性樹脂を照射する。その結果、この隙間のうち、照射領域に相当する領域内の光硬化性樹脂は硬化して１層目の硬化層を形成する。なお、この時のこの隙間の厚さ、すなわち、この時のステージ４の表面と容器２の底部との隙間の距離を第１距離とする。従って、１層目の硬化層の厚さは第１距離に相当する。

１層目の硬化層の形成が完了したら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５を制御して、ステージ４をＺ軸＋方向に所定距離だけ移動させた後、停止する。この時のステージ４の移動距離（上昇距離）を第２距離とする。第２距離は第１距離と異なるように設定される。第１の実施形態に説明したように、１層目の硬化層はステージ４の表面に付着して上昇する。その結果、形成された１層目の硬化層と容器２の底部との間には第２距離に相当する隙間が形成され、この隙間に光硬化性樹脂が充填される。制御部７は、所望の出射光束を再設定するために、マイクロミラー素子３の各マイクロミラーの反射面方向を制御する。制御部７は、光源１から紫外光をマイクロミラー素子３に向けて出射させ、それにより２層目の硬化層が１層目の硬化層に積層される。上記のように、第２距離は第１距離とは異なるので、２層目の硬化層は１層目の硬化層とは厚さが異なる。

２層目の硬化層の形成が完了したら、制御部７は、光源１からの紫外光の出射を停止させ、駆動装置５を制御して、ステージ４をＺ軸＋方向に所定距離だけ移動させた後、停止する。この時のステージ４の移動距離を第３距離とする。第３距離は、第２距離とは異なるように設定される。２層目の硬化層は１層目の硬化層に付着し、これらの硬化層はステージ４と共に上昇する。その結果、２層目の硬化層と容器２の底部との間には第３距離に相当する隙間が形成され、この隙間に光硬化性樹脂が充填される。制御部７は、所望の出射光束を再設定するために、マイクロミラー素子３の各マイクロミラーの反射面方向を制御する。制御部７は、光源１から紫外光をマイクロミラー素子３に向けて出射させ、これにより３層目の硬化層が２層目の硬化層に積層される。第３距離は第２距離とは異なるので、３層目の硬化層は２層目の硬化層とは厚さが異なる。

以降、制御部７は、ステージ４を上昇させる移動距離を前回とは異なる値に設定するように制御しながら、硬化層の形成を繰り返すことで光造形物は製造される。すなわち、移動距離は適当な偏差を有するようにランダマイズして設定される。その結果、光造形物における硬化層の厚さも適当な偏差を有する。

図７に、このようにして製造された光造形物の断面を模式的に示す。図７に示すように、光造形物の各硬化層の厚さには適当なバラツキがある。このため、この光造形物の硬化層の表面に沿う方向に光を入射させることにより回折光が発生しても、一次回折光の強度をゼロ次光の強度の６％以下に抑制することができる。このため、高い光学性能の光造形物が得られる。なお、ステージ４の移動距離の偏差を適宜調整してランダマイズすることで、回折光の強度をさらに小さくすることができる。

ステージ４を上昇させる移動距離の平均値および偏差は、製造する光造形物の部分的な形状に基づいてランダマイズして設定してもよい。例えば、外形形状が大きく変化するような部分に相当する硬化層を形成する場合には、ステージ４を上昇させる移動距離の平均値は比較的小さく、また、標準偏差は比較的大きくなるようにランダマイズして設定する。これにより、光造形物のこのような部分を表面が滑らかな状態で形成することができる。一方、外形形状の変化が大きく変化しない部分に相当する硬化層を形成する場合には、ステージ４を上昇させる移動距離の平均値は比較的大きく、また、標準偏差は比較的小さくなるようにランダマイズして設定する。これにより、光造形物のこのような部分を効率よく形成することができる。

光造形物の領域ごとに要求される光学性能が異なる場合には、各領域に要求される光学性能に基づいて、ステージ４を上昇させる移動距離をランダマイズして設定してもよい。例えば、光造形物において、非常に高い光学性能が要求される領域を形成する場合には、ステージ４を上昇させる移動距離の標準偏差は比較的大きくなるようにランダマイズして設定する。一方、光造形物において、非常に高い光学性能が要求されてはいない領域を形成する場合には、ステージ４を上昇させる移動距離の標準偏差は比較的小さくなるようにランダマイズして設定する。このようにして製造された光造形物は、特に高い光学性能が要求される領域で高い光学性能を有する。

ステージ４の移動距離をランダマイズして設定することにより、硬化層の厚さはランダマイズされる。それにより、ゼロ次光の回折効率と一次回折光の回折効率との比は変動する。この変動の大きさはＰ_α（１／Ｔ）／Ｐ_α（０）で表される。ここで、Ｐ_α（１／Ｔ）およびＰ_α（０）は、それぞれ一次回折光およびゼロ次光の確率密度関数のフーリエ変換である。硬化層の厚さが一定である場合、すなわち、硬化層の厚さがランダマイズされない場合には、既に説明した通り、一次回折光の強度がゼロ次光の強度の６％を上回り、これは１２ｄＢを下回ることを意味する。しかし、例えば、暗い背景の正面にランプがあるような厳しい環境で光造形物が使用される場合、４０ｄＢを下回ることが望ましく、これは一次回折光の強度がゼロ次光の強度の０．０１％を下回ることに相当する。このことから、次の式（１）が成り立つようにステージ４の移動距離をランダマイズすることが好ましい。
Ｐ_α（１／Ｔ）／Ｐ_α（０）≦０．００１（Ｐ_α（０）≧１） （１）
この式（１）は上記記載の式（１）と同じものである。ここで、Ｐ_α（０）≧１、Ｔは一定値、Ｔ＋α_ｋはｋ番目の硬化層の厚さに相当するステージ４の所望移動距離、α_ｋはα_ｋの確率密度関数Ｐ_αのフーリエ変換の確率分布に従うランダマイズされた値である。

次に、ステージ４の移動距離（上昇距離）をランダマイズして設定する具体例について説明する。この例では、ステージ４の移動距離（上昇距離）は、上記の（１）式を満足するようにランダマイズして設定する。
上記のようにステージ４の移動距離がランダマイズされて設定されることで製造された光造形物は高い光学性能を有する。すなわち、このような光造形物の硬化層の表面に沿う方向に光を入射させることにより硬化層の積層方向に発生する回折光について、一次回折光の強度をゼロ次光の強度に対してより小さい値となるように抑制することができる。

なお、上記の通り、本実施形態においては拡散素子８を用いていない。従って、図７に示した光造形物においては、硬化層の積層方向、すなわち、Ｚ軸方向に発生する回折光の発生は、ステージ４の移動距離がランダマイズされることにより低減できる。しかし、硬化層表面に沿った方向、すなわち、Ｙ軸方向に沿って発生する回折光の強度は低減できていない。これは、既に説明したように、光造形物の各硬化層にはマイクロミラーの二次元配列に相当する網目状の規則的な屈折率分布が存在するためである。この点については、図１に示した光造形装置１００と同様の拡散素子８を備えた光造形装置を用いることにより、Ｙ軸方向に沿って発生する回折光の強度も低減することができ、Ｚ軸方向とＹ軸方向の両方向において、一次回折光の強度を０次光の強度の５％以下、３％以下、さらに０．０１％以下に抑制するように回折光の発生を低減した光造形物を作製することができる。拡散素子８を使用するかどうかは、製造する光造形物に要求される光学性能に基づいて決定すればよい。

なお、Ｚ軸方向に発生する回折光の低減に加えてＹ軸方向に沿って発生する回折光の強度も低減するには、ステージの移動距離のランダマイズに加えて、拡散素子を用いること以外にも、ステージの第２方向への移動、投影光学系の集光位置調整、投影光学系の集光倍率変化のうちの少なくともいずれか一つを採用することができる。

（シミュレーション）
次に、周期的な屈折率分布を有する光造形物に光を入射させた場合における回折光の発生についてのシミュレーションについて説明する。図１０は、シミュレーションに用いるモデルを示す模式図である。図１０に示すように、このモデルは、単位格子が２５μｍの周期Ｔで繰り返し配列し、単位格子の間には幅ｔ＝２．５μｍの隙間が設けられた構造である。すなわち、このモデルは、光硬化性樹脂層に対して、２５μｍごとに幅２．５μｍの空間が形成された構造を有する。光硬化性樹脂と空間（空気）とが規則的に繰り返す構造は、規則的な屈折率分布に相当する。

図１０に示すように、このモデルの単位格子の配列を垂直に横切るように光を通過させると、光硬化樹脂の部分と空間の部分との光路差により、光硬化性樹脂の部分を通過した光と空間の部分を透過した光との間に位相差が生じる。この位相差をΔφとすると、図１０に示すモデルの伝達関数は次の式（２）で表すことができる。

位相差Δφをπと仮定した場合、ｐ次回折光の強度は次の式（３）で表すことができる。

ゼロ次光の強度に対する一次回折光の強度の比を式（３）から計算すると、６％を上回ることがわかる。この結果から、このようなモデルに相当する光造形物をレンズやプリズムのような光学要素とした用いた場合、目的とする高い光学性能が得られないことが推定できる。

次に、周期Ｔが一定ではなくランダマイズされたモデルについてのシミュレーションについて説明する。図１１は、シミュレーションに用いるモデルを示す模式図である。このモデルは、例えば、光造形装置のステージ４を上昇させる移動距離をランダマイズして作製した光造形物に相当する。図１１に示すモデルは、図１０に示した周期Ｔごとに幅ｔの隙間が存在する基本構造を有するモデルと比較して、幅ｔの隙間の位置が基本構造の位置からずらせた構造であることが異なる。すなわち、図１１に示すモデルでは、各周期Ｔはランダマイズされている。なお、図１１において、点線で描かれた部分は、図１０に示したモデルを比較のために示したものである。

このような構造を採用することにより、図１１に示したモデルにおいては、屈折率分布の規則性が低減されている。具体的には、このモデルにおいては、ｋ番目の単位格子の位置はランダマイズされた距離α_ｋだけ図１０に示した基本構造のモデルにおける位置からずれるように構成される。すなわち、ｋ番目の単位格子の中心ｘ_ｋは、ｘ_ｋ＝ｘ−Ｔ＋α_ｋが満足されるように、基本構造のモデルにおけるｋ番目の単位格子の中心の位置からシフトされる。

α＜Ｔ−ｔであって、α_ｋが［−α／２，α／２］の範囲に均等分布すると仮定した場合、回折効率は次の式で表すことができる。

ここで、Ｐ_α(γ)はα_ｋの確率蜜関数、Ｕ_{without randomization}は基本構造モデル（ランダマイズしない場合）の回折効率を表す。α_ｋが［−α／２，α／２］の範囲に均等に分布する場合には、確率密度関数のフーリエ変換は、回折効率は次の式（５）で表すことができる。ここで、Ｐ_α(γ)= sinc(αγ)である。

α_ｋが平均値ゼロの正規分布である場合には、確率密度関数のフーリエ変換は、

であり、回折効率は次の式（６）で表すことができる。

これらの式（４）〜（６）は、距離α_ｋのランダマイズの度合いが大きくなるに従って回折効率が低下することを示している。上記説明のように、周期のランダマイズによりゼロ次光の回折効率と一次回折光の回折効率との比は変動し、変動の大きさはＰ_α（１／Ｔ）／Ｐ_α（０）で表される。ゼロ次光の強度に対する一次回折光の強度の比は、光造形物が厳しい環境で光造形物が使用される場合を想定して、０．０１％を下回ること、すなわち４０ｄＢを下回ることが望ましい。そのためには、次の（１）式が成り立つように周期をランダマイズすることで好ましい。
Ｐ_α（１／Ｔ）／Ｐ_α（０）≦０．００１（Ｐ_α（０）≧１） （１）

上記の各実施形態および変形例においては、出射設定素子としてマイクロミラー素子３を用い、所望形状の出射光束は、光源１から出射した紫外光をマイクロミラー素子３で反射させることにより生成した。しかし、出射設定素子３としては、マイクロミラー素子３のような反射型の素子に限らず、例えば透過型液晶素子のような透過型の素子も用いることができる。

なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１…光源、２…容器、３…出射設定素子、
４…ステージ、
５、５０…駆動装置、
６、６０…投影光学系、
７…制御部、

Claims (7)

1. 光源から出射した光を、繰り返し構造を有し、かつ所望形状の出射領域を生成して前記所望形状の出射領域を所望時間維持する出射設定素子に入射させて出射光束を生成する出射光束生成処理と、
   前記出射光束を、投影光学系を通して、内部に光硬化性樹脂が収容され、かつ、ステージが配置された容器の内部に導入して前記出射光束を集光することで、前記出射領域に対応して形成された照射領域に硬化層を形成する硬化層形成処理と、
   前記ステージを前記出射光束の進行方向である第１方向に所望距離だけ移動させるステージ第１方向移動処理と、を有し、
   前記出射光束生成処理と、前記硬化層形成処理と、前記ステージ第１方向移動処理とを順次実行することで、前記ステージの表面に光造形物を生成する、光造形物の製造方法であって、
   前記光造形物の製造方法はさらに、前記硬化層形成処理において、前記照射を変動する照射変動処理を有し、
   前記照射変動処理は、
   前記容器または容器の近傍に配置された拡散素子に前記出射光束を通過させることによる、前記出射光束の拡散角５〜２５°の拡散、
   前記硬化層形成処理において、前記第１方向に垂直な第２方向に前記ステージを移動させるステージ第２方向移動、
   前記投影光学系による前記出射光束の集光位置を、前記硬化層が形成されるべき位置からずれるように調整する集光位置調整、
   前記硬化層形成処理ごとに、前記投影光学系の集光倍率を各硬化層形成処理ごとに変化させる集光倍率変化、および、
   前記ステージ第１方向移動処理における前記所望距離を、少なくとも二つの異なる値を設定する第１方向移動距離設定、
   のうち少なくとも一つにより行い、
   前記出射設定素子は、反射面の向きを独立に設定可能な複数のマイクロミラーを有するマイクロミラー素子であり、
   前記所望形状の出射領域は、前記複数のマイクロミラーのそれぞれの反射面の方向を制御することにより生成され、
   前記出射光束は、前記マイクロミラー素子の前記出射領域で反射された反射光束であり、
   前記照射領域には、前記出射領域に相当する前記マイクロミラーの表面像が形成され、
   前記拡散素子を通過した前記出射光束の拡散角は８〜１２°である、光造形物の製造方法。
2. 請求項１に記載の光造形物の製造方法であって、
   前記ステージ第１方向移動処理で設定される前記所望距離は少なくとも異なる２値を有する、光造形物の製造方法。
3. 請求項１に記載の光造形物の製造方法であって、
   前記ステージ第１方向移動処理で設定される前記所望距離はランダマイズされている、光造形物の製造方法。
4. 請求項３に記載の光造形物の製造方法であって、
   前記ランダマイズは、
   前記ステージ第１方向移動処理で設定される前記所望距離は、Ｔを一定値、Ｔ＋αkをｋ番目の硬化層の厚さに相当する所望距離、αｋを確率密度関数Ｐαのフーリエ変換の確率分布に従うランダマイズされた値とした場合、前記所望距離は、前記ステージ第１方向移動処理ごとに、式（１）を満足する、光造形物の製造方法。
   Ｐα（１／Ｔ）／Ｐα（０）≦０．００１（Ｐα（０）≧１） （１）
   ここで、Ｐα（１／Ｔ）は、一次回折光の確率密度関数のフーリエ変換であり、Ｐα（０）は、ゼロ次回折光の確率密度関数のフーリエ変換である。
5. 光源と、
   光硬化性樹脂を収容する容器と、
   前記光源から出射した光が入射され、前記容器に向けて出射する出射光束を生成する出射設定素子と、
   前記容器の内部に配置され、前記出射光束の進行方向である第１方向に移動可能であって、前記光硬化性樹脂が硬化して生成された硬化層が付着するステージと、
   前記ステージを駆動する駆動装置と、
   前記出射光束を前記容器に集光して導入し、照射領域を形成する投影光学系と、
   第１制御部と、を有する光造形装置であって、
   前記出射設定素子は、所望形状の出射領域を所望時間維持して生成することが可能であり、
   前記第１制御部は、
   前記出射設定素子に対して、所望形状の出射領域を所望時間だけ維持することで、前記出射設定素子から前記所望形状の前記出射光束を前記所望時間だけ維持して出射するように制御する第１の制御と、
   前記駆動装置に対して、前記所望時間が経過後、前記ステージを前記第１方向に所望距離だけ移動させるように制御する第２の制御と、を行い、
   前記光造形装置はさらに、前記照射を変動する照射変動装置を有し
   前記照射変動装置は、
   前記容器または前記容器との隙間が５ｍｍ以下となる位置に備えられ、前記出射光束を拡散角が５°以上２５°以下で拡散させる拡散素子、
   前記ステージの移動を、前記第１方向に垂直な第２方向に制御する第２制御部、
   前記投影光学系の集光位置を変化させるように制御する第３制御部、
   前記投影光学系の集光倍率を変化させるように制御する第４制御部、および
   前記第２の制御において、前記所望距離を少なくとも異なる２値に設定するように制御する第５制御部、
   のうち少なくとも一つを含み
   前記出射設定素子は、反射面の向きを独立に設定可能な複数のマイクロミラーを有するマイクロミラー素子であり、
   前記所望形状の前記出射領域は、前記複数のマイクロミラーのそれぞれの反射面の方向を制御することにより生成され、
   前記出射光束は、前記出射領域で反射された反射光束であり、
   前記照射領域には、前記出射領域に相当する前記マイクロミラー素子の表面像が結像され、
   前記拡散素子は、前記ステージの表面との隙間が１ｍｍ以下となるように備えられ、前記出射光束を拡散角が８°以上１２°以下で拡散させる、光造形装置。
6. 請求項５に記載の光造形装置において、
   前記第１制御部は、前記第１の制御と前記第２の制御とを交互に繰り返し行うように制御する、光造形装置。
7. 請求項５又は６に記載の光造形装置において、
   前記第１制御部は、前記所望距離をランダマイズして設定する、光造形装置。

Images