JPH03197951A - 所望の露光レベルを維持する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は像の露光部分での露光量を制御する方法および
装置に関する。−層詳しく言えば、本発明は、光硬化に
よって三次元物体を製造すること、もっと詳しく言えば
、強力レーザのような比較的強力なビーム放射源を制御
しながら使って比較的速くかつ正確に直接前記の製造を
行うことに関する。

レーザのようなビーム放射源は像形成しようとしている
表面に沿って種々のタイプの走査を利用することによっ
て像を形成する際に非常に有用である。或る種のタイプ
のエネルギ（たとえば、電子ビーム）は電界あるいは磁
界をによって走査方向を偏向させることかてきるか、レ
ーザ・ビーム走査は、普通、電気機械手段、たとえば、
適当なコンピュータ装置によって制御されるサーボモー
タで駆動されるミラー・セットによって達成される。こ
のような電気機械手段は電気的あるいは機械的に制御さ
れる同等物に比べて動作か比較的遅い。

最近になって、三次元像形成か非常に重要になってきた
。三次元像形成で生じる問題は二次元像形成に伴なう問
題よりもかなり複雑である。これは、露光深さを精密に
制御しなかればならないし、三次元モデルが多層状の構
造であることに原因かある。

光硬化によって三次元もてるを製造するシステムは多数
提案されてきた。ヨーロッパ特許出願（１９８７年　６
月　６日に５ｃｉｔｅｘ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｌ
ｔｄ、　　の出願した公開番号第２５（１，１２１号）
をここに参考資料として援用すると、これはｔｌｕｌｌ
、Ｋｏｄａｍａ、Ｈｅｒｂｅｒｔによる種々の方法を含
む、この技術領域に関係する文献の良好な概要を与えて
いる。付加的な背景か１９８８年　６月２１日にＦｕｄ
ｉｍに許された米国特許部４，７５２，４９８号（これ
も参考資料としてここに援用する）に記載されている。

これらの方法は固化させようとしている面積あるいは体
積を順次に照射することによって段階的に三次元物体の
固形セクタを形成することに関する０種々のマスキング
技術が、直接的レーザ書き込み法の使用、すなわち、所
望のパターンに従ってレーザ・ビームで光硬化性組成物
を露光し、層毎に三次元モデルを構築する方法の使用と
共に記載されている。これらの技術はラスタ走査を利用
しているが、このラスタ走査には多くの欠陥がある。た
とえば、製造しようとしている物体か全体積のほんの少
しの部分である場合でも全フィールドを走査しなければ
ならず、たいていの場合に記憶しなければならないデー
タ量かかなり多いし、記憶したデータの取り扱いも全体
的にかなり難しく、ＣＡＤベース・ベクトル・データを
ラスタ・データに変換する必要もある。

別の走査法としてはベクトル走査かあるか、ここては、
剛性物体の形状に対応する領域のみを走査すればよいし
、記憶すべくデータの量も少ないし、そのデータの取り
扱いも容易であり、ｒＣＡＤベース・マシンのうち９０
％より多いマシンがベクトル・データを発生し、利用す
るＪ　　（’Ｌａ５ｅｒｓ　＆　０ｐｔｒｏｎｉｃｓ」
１９８９年１月、第８巻、第１号、第５６頁）。ベクト
ル走査は、その利点にもかかわらず、現在最も普及して
いる放射源、たとえば、レーザのために利用てきる偏向
システムの光学部材、たとえば、ミラーの慣性に関係す
る問題を持っている。これらの偏向システムは性質か電
気機械的であるから、所望のビーム速度に到達するには
加速期間か必要である。この避は難い速度不均一性は露
光された光硬化性組成物に望ましくない厚みの変化を生
じさせる。特に、高い強度てすぐ前の露光レベルを持た
ないレーザ部分の場合には、高いビーム速度を使用する
必要かあり、したかって、より長い加速時間か必要であ
り、これかまた露光組成物に不均一な厚さのところを生
じさせる。本出願人の審査中の出願（ＩＭ−０１７８、
これも参考資料としてここに援用する）はベクトル走査
をより効果的に利用し、従来技術の欠点を回避している
改良した方法および装置を記載している。しかしながら
、この場合でも、使用される機構はやや複雑であり、高
価でもある。

したかって、本発明の目的は、ビームの形、特にレーザ
・ビームの形をした放射線を用いて改良された走査方法
て表面に直接書き込みを行うようになっており、表面の
露光部分が制御されたレベルの露光量を受け、この露光
レベルをほぼ一定に留めることのできる簡単で安価、な
方法および装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、前記の改良された走査方法て未露
光光硬化性組成物に直接レーザ書き込みを行い、精密に
制御された深さと解像度の三次元モデル層を順次に形成
する簡単で安価な方法および装置を提供することにある
。

本発明は像の露光部分ての露光量を制御する方法および
装置に関する。−層詳しくは、本発明は或る表面の所定
部位を放射ビームで所望の露光レベルにする方法であっ
て、前記ビームを組になった第１．第２のミラーを通し
て前記表面にそらし、第１ミラーとして第１の回転軸線
を有するミラーを、第２ミラーとして第２の回転軸線を
有するミラーを用いる段階と、前記第１ミラーを前記第
１回転軸線まわりに所望の振動数と有効振幅とで振動さ
せ、実質的に正弦波運動を生じさせると共に、前記第２
ミラーを前記第２回転軸線まわりに前記第１ミラーにつ
いて用いたと同じ所望の振動数と有効振幅で振動させ実
質的に正弦波運動を行わせ、両ミラーが共通の振動数値
と共通の有効振幅値とを持つようにする段階と、第１ミ
ラーの正弦波運動と第２ミラーの正弦波運動とをほぼ９
０度の位相差に維持する段階と、有効振幅の共通値と振
動数の共通値を逆方向に同時に徐々に変化させることに
よって前記表面を螺旋経路に沿って前記ビームでトレー
スし、２つの値の積を制御してビームがオンのときにト
レースされた表面上に所望の露光レベルを生じさせる段
階と、所定の角度位置においてビームをオフ、オンして
予め配置＼した位置にきた前記表面の前記所定部位を所
望の露光レベルにする段階とを包含することを特徴とす
る方法を提供する。

本発明は、また、或る表面の所定部位を放射ビームで所
望の露光レベルにする装置てあって、放射ビームを発生
する放射源と、前記表面に前記ビームを向ける組になっ
た第１、第２のミラーてあって、第１ミラーが第１回転
軸線を、第２ミラーか第２回転軸線を有するミラー・セ
ットと、前記放射ビームを制御するスイッチであり、放
射源と前記ミラー・セットの間に配置してあるスイッチ
と、組になった第１、第２のオシレータ手段であって、
第１オシレータ手段か第１ミラーに連結しであり、第２
オシレータ手段か第２ミラーに連結してあるオシレータ
手段・セットと、第１、第２のオシレータ手段に連結し
てあって、第１、第２のミラーの各々にそれぞれ第１、
第２のオシレータ手段を介して共通振動数と共通有効振
幅を宥する正弦波運動をさせ、第１ミラーの正弦波運動
とＳ２ミラーの正弦波運動にほぼ９０度の位相差を与え
る振動数発生器手段と、この振動数発生器手段と前記ス
イッチの両方に接続してあってそれらを制御するコンピ
ュータ手段であり、有効振幅の共通値と振動数の共通値
を逆方向に同時に徐々に変化させることによって螺旋段
階て特徴付けられる螺旋経路に沿ってビームが表面をト
レースし、ビームがオンのときにトレースされた表面上
に所望の一定露光レベルを生じさせるように前記２つの
値の積を制御し続けると共に、表面上の螺旋経路の所定
位置てスイッチをオン、オフするようにしたことを特徴
とする装置を提供する。

本発明の好ましい実施例の実現については添付図面を参
照しながらの以下の詳しい説明から一層良く理解して貰
えよう。

ラスク走査に比べてベクトル走査が有利であることは先
に述べた。しかしながら、ベクトル走査といえども厳し
い欠点を持っている。そのうちの最も重要な欠点の１つ
は、ベクトル走査のために用いられる偏向システムの停
止、移動開始の動作が非常に急激であるということであ
る。レーザならびにレーザ・ビームの場合に用いられる
偏向システムの機械的な性質により、偏向システムの機
械的部分にあるミラーの慣性かかなり高くてシステムの
適切な動作を阻むのである。したがって、フィードバッ
クその他の動作を行う多数の複雑な機構を使用しなけれ
ばならず、これは速度等に関する所望の値を達成すべく
ミラーその他の電気機械部分を待機させるためにかなり
の遅延を生じさせるのである。

本発明では、これら急激な停止、移動開始動作の問題を
解決すべく、ミラーその他の機械的部分の動きにおける
変化を徐々に生じさせる。本発明による偏向システムは
２つのミラーを利用し、これらのミラーは共通の振動数
と共通の振幅の正弦波をたどつて連続的に振動し、これ
ら共通の振動数と振幅は初期値から最絆値まて徐々に変
化する。２つのミラーの場合の振動数と振幅の値は同じ
すなわち共通であるが、それても、これら２つのミラー
の正弦波運動の間には９０度の位相差かある。

本発明の偏向システムが第１図に示してある。

この偏向システムは軸線ＡＡを有する第１ミラー１０と
、軸線ＢＢを有する第２ミラー１２とを包含する。第１
ミラー１０は或る振動数と或る振幅て第１軸線ＡＡのま
わりに振動する。第２ミラー１２も同じ振動数と同じ振
幅て軸線ＢＢのまわりに振動する。両ミラーの振動数は
同じ値であるが、第１ミラーの振動は第２ミラーの振動
から９０度位相かずれている。このことは、第１ミラー
の振幅の瞬間値が最大あるいは最小を通るときに、第２
ミラーの振幅の瞬間値がゼロを通るということを意味す
る。ここで「振幅」なる用語は、以下に定義し、説明す
る有効振幅を意味する。しかしなから、２つのミラーの
正弦波運動は、９０度の位相ずれかあるにもかかわらず
、共通の振動数と共通の有効振幅を有する。

ここて、第１軸線と第２軸線とか互いに直角であると好
ましい。このことは、第２軸線を通る任意の平面ての第
１軸線の突出が第２軸線に対して直角であることを意味
すると共に、第１軸線を通る任意の平面ての第２軸線の
突出が第１軸線に対して直角であることを意味する。も
ちろん、いずれの場合ても、これら２つの軸線のうちの
一方を含１つの平面があり、ここては他方の軸線の突出
は点としか現われない。

なお第１図を参照して、放射ビーム１５　（１）はレー
ザ・ビームであると好ましく、最初はポイント１１でミ
ラー１０によって偏向され、次いて、ポイント１３にお
いてミラー１２によって偏向される。ポイント１１はミ
ラー１０と軸線ＡＡの両方に含まれると好ましく、固定
である。

方、ポイント１３はミラー１２内に含まれ、軸線ＢＢに
沿ってのみ移動すると好ましい。この構成は所与のビー
ム直径について可能なかぎり最小のミラー寸法を与え、
システムの慣性について少なからぬ貢献をなすという点
て極めて重要である。

また、同じ理由のために、ミラーかできるだけ軽いこと
も重要である。ビーム１５はこのシステムによって像形
成しようとしている表面１７に向って偏向される。各ミ
ラーの位置は、ビーム１５（２）か中央ポイント２９て
表面１７と出会うように偏向させるべく決める。ポイン
ト２９は像形成ずべき領域の重心付近にあるように選ぶ
と好ましい。

ミラー１２が静止しており、ミラー１０が軸線ＡＡのま
わりに振動していると仮定すると、ビームのトレース２
３が表面エフ上に生じることになる。このトレース２３
はライン・セグメントとなる。ここで、ミラー１０か静
止しており、ミラー１２が振動していると仮定すると、
表面１７上のビーム１５（３）のトレースがライン・セ
グメントとなる。両セグメント２３．２５は表面１７上
のポイント２９を通る。ミラー１０の有効振幅はライン
・セグメント２３と定め、ミラー１２の有効振幅はセグ
メント２５と定める。本発明によれば、それぞれミラー
１０．１２に対するセフメン）−２３，２５はほぼ同し
値を有する。放射ビームの直径か異なっていてもよいの
て、あるいは、それらの直径に沿って異なった強さ分布
となつていてすらよいのて、ビームか発生するトレース
、入射点等を考えたとき、ビームの全横断面よりもむし
ろビームの中心を基準とするのか普通である。

第１ミラー１０、第２ミラー１２の両方が同じ振動数、
同じ有効振幅て振動しているとき、ビーム１５のトレー
スは第１図に示すように円２７を形成する。こうなった
とき、２つのミラーの正弦波運動はほぼ同じ値を持つと
共に９０度の位相差を持つはずである。２つのミラーの
共通振幅値が或る値からゼロに向っであるいはその逆に
変化し始めると、第１図の円２７は、第２図に示すよう
に、表面１７上て螺旋３０となる。有効振幅の共通値ば
かりでなく振動数の共通値も逆関係で同時に徐々に変化
させることによって螺旋経路３０内で表面をビームがト
レースすることが重要である。その結果、２つの値の積
は、ビームがオンのときトレースされる表面上で所望の
一定の露光レベルを生じさせるように制御され続ける。

ここて用いた「逆関係」という表現は、振幅の共通値か
徐々に減少するにつれて、振動数の共通値がそれ相応に
増大すること、あるいは、その逆の変化を意味する。レ
ーザ・ビームの強さにおける迅速なアナログ変化は大き
な精度で達成され得ないかビームのオン、オフ切り換え
は非常に簡単な方法である。したがって、螺旋経路に沿
って、ビームは所定の位置で急速にオン、オフされて第
３７に示すように表面３１の所定位置に像を形成する。

第３図の例ではプロペラ状の表面部分３１は表面部分３
５の境界内でビームをオフし、それを持続し、ビームが
螺旋経路をたどるにつれて表面部分３１の境界内でビー
ムをオンにし、それを持続することによって作られたも
のである。本発明の主目的は露光領域て露光レベルをほ
ぼ一定に維持することにあるが、或る限界内て、共通の
振動数あるいは共通有効振幅のいずれかもしくは両方を
付加的に徐々に変化させることによって一定値からずれ
るように露光量を制御することもできる。たとえば、部
品を作った後にこの部品に常に反りか生じるという問題
がある場合、部品の種々の部位に適せてな光硬化差を生
しさせて反りに対抗させ、より良い品質の部品を製造す
る。また、これらのずれは個々の層の種々の部位で層の
厚さを変えて制御することか考えられるか、これは−層
難しい作業である。

ポイント１１て出発し、ポイント１３を通り、ポイント
２９て終るビーム１５（３）（第１図）の経路１６（第
４図）か像形成しようとしている表面の部分の最大寸法
よりもがなり長い場合、非点収差あるいは反射率の変化
についてはなんの問題もないが、平らな形状を有する表
面、たとえば、表面１７のそれは、あらゆる実際的な目
的のためには、ポイント１１．１２間の距離プラスポイ
ント１３．２９間の距離を半径として有し、ポイント２
９のところで平らな表面１７に対して接線方向となる球
形の表面とそれほど変らない。この場合、表面１７に対
するビーム１５の入射角は一定であり、はぼ０度に等し
いと考えられる。この場合、入射角か一定と考えられる
のて、表面１７が平らで、球面でなく、露光量を一定に
維持するという事実に対してなんかの補正を行う必要は
ない。

一般に、振幅か変化するとき、多数の異なった補正値を
共通振動数の変化に組み込んて露光望域における露光量
を一定にしなければならない。しかしながら、表面１７
とミラー・セットの間の距離（ポイント１１を出発し、
ポイント１３を通り、ポイント２９て終るビーム１５の
経路）が同じ場合、露光量を一定に保つ要件は、振動数
が振幅と同時に変化して振幅と振動数の積をほぼ一定に
保つことだけである。また、第２図に示すような螺旋の
２つの連続した経路間の距離は螺旋全体を通じてほぼ一
定に保つことができる。第２図に示すように、中心２９
を通るライン３２はポイント３３．３４で螺旋と交差す
る。ポイント３３．３４て定められるラインのセグメン
トは、この場合、螺旋の２つの最上方部分の間の距離で
ある。

二次元像形成システムて良好な走査像を形成するには、
像における可視リプルを除去するに最適な、連続したラ
イン（この場合、螺旋）間の走査線間隔はライン間の距
離がガウス強度分布を有する像形成用ビームの１　／　
ｅ　−２直径にほぼ等しいかあるいはそれより小さいと
きに生しることがこの技術分野ては知られている。固体
像形成のためには、走査線あるいは螺旋をより緊密に設
けなければならない。その理由は、露光に応答する非ガ
ウス材料厚さが光硬化性組成物に均一な光硬化深さを与
えるに充分に重なり合うことかないからである。固体像
形成の場合、走査間隔は像形成平面て像形成用ガウス・
ビームの最大半分の幅すなわち１／ｅ−０，６９３の直
径に等しいかあるいはそれより小さいと好ましい。それ
によって底部側のりプルを最小限に抑えることができる
。

組になったミラー１０．１２と表面１７の間の距ｇ！（
ポイント１１て出発し、ポイント１３を通り、ポイント
２９で終るビーム１５の経路）か像形成しようとしてい
る表面の部分の最大寸法に匹敵する場合、露光量を一定
に保つために補正を行わなければならない。−回目の補
正に対する必要性か第４図に示しであり、これは表面１
７の横断面１第２図のライン３２を含む横断面、ポイン
ト２９て表面に対して接線方向となる球体で、第１ミラ
ーから表面１７まてのビーム経路の長さに等しい変形１
６を有する球体を表わしている。座標Ｘｉ、Ｘ２は表面
１７上の第２図の螺旋のポイント３３．３４を表わして
いる。

入射角Ｕ（第４図）に等しい角ｑを用いて共通有効振幅
と螺旋の連続した経路間の距離を制御する場合、ミラー
・セットと表面１７の距離が像形成すべき部分の最大寸
法に比べて非常に大きいときのみ角ｑが表面１７の瞬間
的な共通振幅に比例することかわかる。この距離か第４
区に示すようにむしろ小さい場合には、角ｑ１、ｑ２は
球体３６の横断面における対応する円弧に比例すること
になる。これらの円弧はそれぞれポイント２９とポイン
ト１．２によって定められる。したかって、螺旋は１球
体３６の表面に形成されたとすれば、入射角に等しい角
ｑとのみ良好な相互関係を持つことになる。位置１６ａ
におけるビームに対応する角９１および位置１６ｂにお
ける同しビームに対応する角ｑ２は第４図におけるポイ
ントｌ、２間の円弧に正しく対応する角度差を定めるこ
とになる。この円弧は、それ故、表面１７の横断面での
ポイントｘ１、Ｘ２の距離のようなより長い距離に対応
することになる。角度ｑか大きくなれば、それたけ１球
面の円弧と平坦な表面のライン・セグメントの間のこの
差が大きくなる。この差を補正するために、各ポイント
ての角度を補正して、球面てのポイント１．２間の距離
か実際の平坦な表面における連続した螺旋経路のポイン
ト間の距離に等しくしなければならない。したがって、
ビーム経路１６ｃとポイントＸ３に対応する新しい角ｑ
３が計算され、ポイントＸ１、Ｘ３間の距離がポイント
ｌ、２間の実際の距離に等しくなるようにする。これは
この技術分野で知られている簡単な三角法方程式によっ
て行うことかできる。この補正は共通有効振幅補正と呼
ぶことがてきる。

第２の補正は表面から離れる方向へのビームの部分的な
反射の、種々の角度ての変化について行わなければなら
ない。反射光量（周囲環境および像形成しようとしてい
る表面の反射率にも依存する）はこの分野て周知の関係
、たとえば、Ｓｎｅ　１の法則やＦｒｅｓｎｅｌの式等
によって計算てきる。

船釣には、第４図における入射角Ｕか０度から実質的に
偏倚するとき、反射光量か増大し、したかって、表面に
侵入する有効放射線が上記の法則や等式に従って減少す
る。こうして、０度の入射角からの偏倚により、放射エ
ネルギの減少に比例して振動数を減少させるように補正
か行われ、したかって、露光量を一定に維持することが
てきる。入射角か螺旋の形成中に徐々に変化するのて、
振動数の変化も電気機械的偏向システムて徐々にかつ容
易に生しるごとになる。この補正は共通振動数補正と呼
ぶことがてきる。いずれにしても、第４図に示すように
角ｑに等しい入射角を、はぼ全放射エネルギ量か表面か
ら反射される臨界角よりも小さい値に保つことが重要で
ある。

第４図の距離１６は、角ｑのタンジェント、すなわち、
入射角Ｕのタンジェントか０，２５より小さいときに多
くの場合に上記の補正を必要としない程度の大きさであ
ると考えることかてきる。

入射角のタンジェントか０．２５より大きい場合には、
たいていの場合、共通有効振幅および共通振動数につい
ての補正か必要である。しかしなから、入射角のタンジ
ェントの値は用途に応して広い範囲にわたって変化し得
る。

本発明の教示を実現する装置の一例か第５図に示してあ
る。この装置はビーム１５を発生するレーザのような放
射線源５０を包含する。ビーム１５は音響光学変調器の
ようなオン・オフ・スイッチを通り、ミラー１０．１２
によって偏向される。ミラー１０．１２は、サーボモー
タ６７．６５のような振動手段を介して付勢される。他
の形式の振動手段としては共振装置かあり、その場合、
たとえば、固有振動数は機械的あるいは電気機械的手段
によフて徐々に変化する。モータ６７．６５は振動数発
生器５９によって付勢され、この振動数発生器はコンピ
ュータ５７によって制御される。ビーム１５はミラー１
０．１２によって表面１７に送られる。フィードバック
・制御ライン７２．７５．７７．８１か、第６図に示す
ように、装置の対応する部分を接続するのに用いられて
いる。

上述したように、本発明の重要な特徴の１つは、ビーム
の螺旋経路を発生させるミラーの正弦波運動を減少させ
るかあるいは増大させるかしている間、機械的部分の運
動に徐々に変化を与えることのみか必要であり、したか
って、これら機械的な部分を所望の露光量を維持するよ
うに取り扱うのか容易になるという事実からの利点を採
用していることにある。さらに、有効振幅が増大すると
きに振動数がそれに対応して減少するという事実は慣性
を克服するという課題に関してかなりの助けとなる。

作動にあたって、放射線源５ｏ（好ましくは、レーザ）
がビーム１５を発生し、このビームかオン・オフ・スイ
ッチ５３を通る。次いて、ビーム１５はミラー１０．１
２によって表面１７に向って偏向され、表面の選定部位
に像形成を行う。表面１７に形成しようとしている像の
オン・オフ位置に対応するクラフィイク・データを含む
コンピュータ５７はライン７２を通してスイッチ５３を
制御し、像形成しようとし・ている表面てビーム経路の
適切な位置においてスイッチ５３をオン、オフする。ラ
イン７５を通して、コンピュータ５７は振動数発生器５
９も制御しており、それに指令を与える。振動数発生器
５９はライン７７を通してミラー制御モータ６５に送ら
れる適切な信号ならびにライン８１を通してモータ６７
に送られる適切な振動を発生する。これら２つの信号の
差はほぼ９０度の位相差があるということたけである。

コンピュータ５７の指令を受けると、振動数発生器５９
は共通有効振幅と共通振動数を互いに反対の方向に徐々
に変化させ、もし行ったとしてすべての補正がコンピュ
ータ５７によって行われ、処理された後に表面１７の露
光領域ての所望の露光量を生じさせる。ミラー・セット
と像形成すべき表面の距離が像形成部分の最大寸法に比
べて非常に長い最も単純な場合には、上述したような余
計な補正は不要であるか、たたし、螺旋の形成中に振幅
、振動数が逆の関係て徐々に変化するにつれて共通振動
数と共通振部の積を一定に保つことになる。一方、ミラ
ー・セットと像形成すべき表面の距離か像形成部分の最
大寸法に匹敵し得るときには、と述したような共通有効
振幅および振動数への付加的な補正を周知の技術によっ
てコンピュータ５７のデータ処理演算に組み込む。この
とき、振幅、振動数のすべての変化か付加的な補正の有
無にかかわらず徐々に行われることだけか重要である。

もちろん、動作の開始時あるいは終了時の初期値、最終
値についてはこの限ってはない。初期値、最終値ては、
好ましくはビームをオフにした状態て必ず急激な変化か
生じることがある。

最も好ましい形式のスイッチは音響光学式である。他の
スイッチの例としては次のものかある。

電圧か印加されたときに光学的極性を変える結晶に甚く
電気光学式スイッチや、可視領域て使用され得る、Ｍｅ
ａｄｏｖｌａｒｋ　０ｐｔｉｃｓ　（７４６０Ｅａｓｔ
Ｃｏｕｎｔｒｙ　　Ｌｉｎｅ　　Ｒｏａｄ、　Ｌｏｎｇ
ｍｏｎｔ、　Ｃｏ１ｏｒａｄ。

８０５０１）の製造するＢｅａｍ　Ｇａｔｅと呼ばれる
液晶ケートかある。この液晶ゲートも液晶材料の偏光状
態の変化に基礎を置く。

スモール・ピンホールのようなタイアフラムを動かずこ
とのてきる圧電セルもある。これは、極性に依存すルイ
ワＩ　ルＰＬＺＴ（Ｐｂ　Ｏ，９、Ｌａ　Ｏ，１，２「
０．６５、Ｔｉ　Ｏ，３５）ベースのスイッチである。

２つの偏光プレートか互いに９０度隔たった軸線を持っ
て設けられており、それらの間にＰＬ７Ｔ強銹電結晶が
挿入されている。ＰＬＺＴ結晶はそれに電界が加えられ
るかどうかに依存して通過する光の極性を回転させるこ
とかできる。オフ位置（ＰＬＺＴか電界を持っていない
位置）において、第１偏光体を通過した光はＰＬＺＴを
通っても変化せず、第２偏光体によって阻止される。し
かしながら、ＰＬＺＴか電界の下にあるときには、第１
偏光体を通過した光はＰＬＺＴによって回転させられ、
第２偏光体を通過てきる。

像形成しようとする表面は、少なくとも放射エネルギを
受けた領域て化学的あるいは物理的な変化を生しる性質
を持たものならば任意の表面てあり得る。この領域も像
形成領域と呼ぶことかてきる。例としては、銀ハロゲン
その他の化学薬品て処理された白黒あるいはカラー写真
表面、ゼログラフィ表面、磁性表面、融触あるいは不安
定表面、変形表面、液晶表面、光重合表面等がある。

「表面」なる用語の厳格な定義によれば、この用語は２
つの異なった基体の間あるいは１つの基体と真空の間の
インターフェース、すなわち、微小厚さを有するインタ
ーフェースを意味するが、本発明の目的のための「表面
」の定義は有限の厚さの層を含む。したかって、フォト
レジストのコーチインクや、光硬化性組成物の層、照射
時に不安定となる組成物の薄膜も本発明のコンテキスト
における表面と考えられる。好ましい放射線は光である
か、紫外線（ＵＶ）　、可視光線、赤外線（ＩＲ）を含
む。これら３つの波長域の光のうちては、紫外線か最も
好ましい。

本発明の好ましい実施例ては、先に述べたように、１つ
以上の表面の光硬化性組成物の連続した層に一定の露光
量の放射エネルギ・ビームを照射して固体物品を形成す
る。液状の光硬化性組成物の使用か好ましい。

光硬化性液の層を引き続き導入し、レーザのような放射
線に露出させる方法としては、一般的に、２つの方法と
その組合わせかある。第１の方法としては、容器内に液
体のプールを与えるが、付加的な光硬化性液を導入する
必要はない。この場合、可動式のテーブルまたは床が液
体を支える。最初、テーブルあるいは床を上昇させ、光
硬化性液の一部をテーブルまたは床の上方に置き、容器
内の液体の一部をテーブルまたは床の縁のまわり、ある
いは、その下、もしくは、これら両方の位置に与える。

（例として、液体をテーブルの下に流入させるテーブル
かある。）露光させてチーフルの上方の液体層の一部を
光硬化させた後、テーブルを下降させ、光硬化性液の別
の層を先の層の上に流入させ、次いて、新しい層の液体
の所定の領域に露光する。必要ならば、最終的な三次元
物品の形状に応して、２つ以上の層の厚さを光硬化させ
てもよい。チーフルまたは床を下降させ、露光するこの
手順は所望の三次元物品か形成されるまて続ける。

第２の方法ては、可動テーブルまたは床は使用する必要
かなくて、むしろ、光硬化した液と光硬化性材料の両方
を含む先に露光された層の上に新しい液体層を形成する
ように露光を行った後に新しい量の光硬化性液を容器に
導入する。液体の導入方法は絶対的なものてはなく、重
なった液体層を光硬化することかできることだけか重要
である。

第６図において、可動チーフルロ９１は、最初、表面６
９６から短い所定距離のところで液状光硬化性組成物６
９０内に置き、表面６９６とテーブル６９１の間に薄い
層６９８を形成する。

チーフルロ９１の位置決めは設置手段６９２によって行
われ、この設置手段はライン６９９を介してコンピュー
タ手段６５７によってそこに記憶されているデータに従
って制御される。剛性物体の第１層か完成したとき、可
動チーフルロ９１かコンピュータ手段６５７からの指令
に従って設置手段６９２によって所定の小距離だけ下降
させられる。コンピュータ手段６５７からの同様の指令
に従って、トクタナイフのような層形成手段６５７か表
面６９６を拭って平らにする。次いて、同じ手順か繰り
返されて第２、第３、そして次の層を剛性物品が完成す
るまで製作する。

固体像形成目的のための光硬化性組成物の配合は、走査
のタイプと無関係に所望の効果および特性を得るために
非常に重要である。固体像形成用の光硬化性組成物は少
なくとも１種類の光効果性千ツマ−あるいはオリゴマー
と少なくとも１種類の光重合開始剤とを含有していなけ
ればならない。本発明の目的のために、モノマーとオリ
ゴマーなる用語はほぼ同じ意味であり、互換性をもって
使用できる。

単独て、あるいは、他のモノマーとの組合わせて用い得
る適当な千ツマ−の例としては、ｔ−フチル・アクリレ
ートおよびメタクリレート、ｌ、５−ベンタンジオール
・ジアクリレートおよびジメタクリレート、Ｎ、Ｎ−ジ
エチルアミノエチル・アクリレートおよびメタクリレー
ト、エチレン・クリコール・ジアクリレートおよびジメ
タクリレート、ｌ、４−７タンジオール・シアクツレー
トおよびジメタクリレート、ジエチレン・クリコール・
ジアクリレートおよびジメタクリレート、ヘキサメチレ
ン・グリコール・ジアクリレートおよびジメタクリレー
ト、１．３−プロパンジオール・ジアクリレートおよび
ジメタクリレート、デカメチレン・グリコール・ジアク
リレートおよびジメタクリレート、１．４−シクロヘキ
サン・ジオール・ジアクリレートおよびジメタクリレー
ト、２．２−ジメチロールプロパン・ジアクリレートお
よびジメタクリレート、グリセロール・ジアクリレート
およびジメタクリレート、トリプロピレン・グリコール
・ジアクリレートおよびジメタクリレート、グリセロー
ル・トリアクリレートおよびトリメタクリレート、トリ
メチロールプロパン・トリアクリレートおよびトリメタ
クリレート、ペンタエリトリトール・トリアクリレート
およびトリメタクリレート、ポリオキシエチレーテット
・トリメチロールプロパン・トリアクリレートおよびト
リメタクリレート、米国時８１第：］、：１８０，８３
１号に開示されているものと同様の化合物、２．２−シ
（ｐ−ヒドロキシフェニル）−プロパン・ジアクリレー
ト、ペンタエリトリトール・テトラアクリレートおよび
テトラメタクリレート、２．２−シー（ｐ−ヒドロキシ
フェニル）−プロパン・ジメタクリレート、トリエチレ
ン・グリコール・ジアクリレート、ポリオキシエチル−
２，２−ジ（ｐ−ヒドロキシフェニル）プロパン・ジメ
タクリレート、ビスフェノールＡのシー（３−メタクリ
ルオキシ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ビスフ
ェノールＡのジー（２−メタクリルオキシエチル）エー
テル、ビスフェノールＡのシー（３−アクリルオキシ−
２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ビスフェノールＡ
のシー（２−アクリルオキシエチル）エーテル、１．４
−フタンジオールのシー（３−メタクリルオキシ−２−
ヒドロキシプロピル）エーテル、トリエチレン・グリコ
ール・ジメタクリレート、ポリオキシプロピルトリメチ
ロール・プロパン・トリアクリレート、ブチレン・クリ
コール・ジアクリレートおよびジメタクリレート、１．
２．４−フタントリロール・トリアクリレートおよびト
リメタクリレート、２，２．４−）−ジメチル１．３−
ベンタンジオール・ジアクリレートおよびジメタクリレ
ート、１−フェニル・エチレン−１，２−ジメタクリレ
ート、ジアリル・フマレート、スチレン、１．４−ベン
ゼンジオール・ジメタクリレート、１．４−ジイソプロ
はニル・ベンゼンならびに１．３．５−トリイソプロは
ニル・ベンゼンがある。また、少なくとも３００の分子
量を有するエチレン不飽和化合物、たーとえば２〜５炭
素のアルキレン・グリコールまたは１〜１０工−テル結
合のポリアルキレン・エーテル・グリコールカラ作った
アルキレンまたはポリアルキレン・グリコール・ジアク
リレート、米国特許第２，９２７，００２号に開示され
ているもの、たとえば、特に終末結合として存在すると
きの複数の付加重合可能なエチレン結合を有するものも
有用である。特に好ましい千ツマ−は、エトキシレーテ
ッド・トリメチロールプロパン・トリアクリレート、エ
チレーテット・ペンタエリトリトール・トリアクリレー
ト、ジペンタエリトリトール・モノヒドロキシはンタア
クリレート・１．１０−デカンジオール・ジメタクリレ
ート、ビスフェニルＡオリゴマーのシー（３−アクリル
オキシ−２−ヒドロキシプロピル）エーテル、ビスフェ
ニルＡオリゴマーのジー（３−メタクリルオキシ−２−
ヒドロキシル・アルキル）エーテル、ウレタン・ジアク
リレート、ウレタン・メタクリレートおよびこれらのオ
リゴマー、カプロラクトン・アクリレートおよびメタク
リレート、プロポキシレーテッド・ネオペンチル・グリ
コール・ジアクリレートおよびメタクリレート、ならび
に、これらの混合物である。

単独あるいは組合わせにおいて本発明で有用である光重
合開始剤の例は米国特許第２，７６０，８６３号に記載
されており、ベンゾイン、とへロイン、アシロインのエ
ーテル類、たとえば、ベンゾイン・メチル・エーテル、
ベンゾイン・エチル・エーテル、ベンジル・ジメチル・
ケクールのようなビシナル・ケトアルドニル・アルコー
ル類やａ−メチルベンゾイン、ａ−アワルベンゾイン、
ａ−フェイルベンゾイン、１−ヒドロキシルシクロヘキ
シル・フェノール・ケトン、ジェトキシフェニル・アセ
トフェノン、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フ
ェニルツー２−モルホリノ−プロパノン−１を含むａ−
炭化水素置換芳香族アシロイン類を含む。

米国特許節２，８５０，４４５号、同第２，８７５，０
４７号、同第　：ｌ、０９７，０９６号、同第　３，０
７４，９７４号、同第３．０９７，０９７号、同第　３
，１４５，１０４号に開示されている光還元性染料と還
元剤のほかに、フェナジン、オキサジン、キノンのクラ
スの染料、ミヒラーケトン、ペンツフェノン、アクルル
オキシ・ヘンシフエノン、２，４．５−）−リフェニル
イミタソリルニ量体を、米国特許節３，４２７，１６１
号、同第３，４７９，１８５号、同第３，５４９．：１
６７号に記載されているようなロイコ染料およびその混
合物を含む水素供与体と一緒に重合開始剤として使用て
きる。光重合開始剤および光重合抑制剤と共に、米国特
許節４，１６２，１６２号に開示されている光増感剤も
有用である。光重合開始剤系は光硬化性組成物の全重量
あたり０゜０５〜１Ｏｆｆｉ　Ｍ％て存在する。熱的に
不活性であるか、１８５℃以下て露光の際にＩｉ離基を
発生する他の適当な光重合開始系としては、置換あるい
は非置換多核キノン類かあり、これは共役炭Ｊ環系にお
いて２つの内環化炭素原子を有する化合物であり、たと
えば、９．１０−アントラキノン、２−メチルアントラ
キノン、２−二チルアントラキノン、２ｔｅｒｔ−ブチ
ルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、１．
４−ナフトキノン、９、ｌＯ−フエナントラキノン、ベ
ンゾ（ａ）アントラセン−７，１２−シオン、２．３−
ナフタセン−５，１２−ジオン、２−メチル−１，４−
ナフトキノン、１．４−ジメチルアントラキノン、２．
３−ジメチルアントラキノン、２−フェニルアントラキ
ノン、２．３−ジフェニル−アントラキノン、レチンキ
ノン、７．８．９．１０−テトラヒドロナフタセン−５
，１２−ジオン、　１，２．３．４−テトラヒドロベン
ゾ（ａ）アントラセン−７，１２−ジオンかあり、また
、アルファ・アミノ芳香族ケトン類や、トリクロロ−メ
チル置換シクロへキサジェノン類およびトリアジン類の
ようなハロゲン化化合物あるいは塩化アセトフェノン誘
導体、第三アミン類の存在下のチオキサントン、チタノ
センかある。

光硬化の好ましいメカニズムはＭ離基重合であるが、他
の光硬化メカニズムも本発明の範囲内て用い得る。この
ような他のメカニズムとしては、カチオン重合、アニオ
ン重合、縮合重合、付加重合等かるか、これに限るわけ
てはない。

光硬化性組成物内の他の成分としては、光硬化性組成物
かその本質的な性質を留める限り、たとえば、顔料、染
料、エキステンター、熱防止剤、内層および一般的な界
面接着促進剤（たとえば、オルガノシラン）、カップリ
ンク剤、分散剤、界面活性剤、可塑剤、酸化ポリエチレ
ンのようなコーティング補助剤等も存在し得る。

発明を好ましい実施例に従って説明してきたか、発明は
これに限定されるものてはなく、特許請求の範囲に定義
されているものであることは了解されたい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明によるミラー配置と像形成しようとして
いる表面とを示す概略図である。 第２図は本発明による、像形成しようとしている表面上
の放射線ビームの螺旋経路を示す図である。 第３図は第２図に示すと同様の螺旋経路を示す図であり
、所定の位置てビームをオン、オフしてプロペラ様の像
を形成している状態を示す図である。 第４図は入射角が０度以外のときに徐々に減少する振幅
を補正する方法を示す図である。 第５図は本発明に従って作動する装置のフロック図であ
る。 第６図は本発明の好ましい実施例による装置の別のフロ
ック図である。 図面において、１０・・・第１ミラー、１２・・・第２
ミラー、１５・・・ビーム、１７・・・像形成しようと
している表面、２３．２５・・・ライン・セグメント、
３０・・・螺旋、３１・・・表面、５ｏ・・・放射線源
、５３・・・スイッチ、５７・・・コンピュータ、５９
・・・振動数発生器、６５．６７・・・サーボモータ図
面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）或る表面の所定部位を放射ビームで所望の露光レベ
   ルにする方法であって、 前記ビームを組になった第１、第２のミラーを通して前
   記表面にそらし、第１ミラーとして第１の回転軸線を有
   するミラーを、第２ミラーとして第２の回転軸線を有す
   るミラーを用いる段階と、 前記第１ミラーを前記第１回転軸線まわりに所望の振動
   数と有効振幅とで振動させ、実質的に正弦波運動を生じ
   させると共に、前記第２ミラーを前記第２回転軸線まわ
   りに前記第１ミラーについて用いたと同じ所望の振動数
   と有効振幅で振動させ実質的に正弦波運動を行わせ、両
   ミラーが共通の振動数値と共通の有効振幅値とを持つよ
   うにする段階と、 第１ミラーの正弦波運動と第２ミラーの正弦波運動とを
   ほぼ９０度の位相差に維持する段階と、 有効振幅の共通値と振動数の共通値を逆方向に同時に徐
   々に変化させることによって前記表面を螺旋経路に沿っ
   て前記ビームでトレースし、２つの値の積を制御してビ
   ームがオンのときにトレースされた表面上に所望の露光
   レベルを生じさせる段階と、 所定の角度位置においてビームをオフ、オンして予め配
   置した位置にきた前記表面の前記所定部位を所望の露光
   レベルにする段階と を包含することを特徴とする方法。 ２）前記所望露光が一定の露光レベルであることを特徴
   とする、請求項１記載の方法。 ３）前記第１軸線が前記第２軸線に対して直角であるこ
   とを特徴とする、請求項１記載の方法。 ４）共通周波数値と共通有効振幅値の積を一定に保って
   ほぼ一定の露光を維持することを特徴とする、請求項１
   記載の方法。 ５）共通有効振幅補正を行う付加的な段階を重ね合わせ
   てほぼ一定の露光を維持することを特徴とする、請求項
   ４記載の方法。 ６）共通振動数を補正する段階を重ね合わせてほぼ一定
   の露光を維持することを特徴とする、請求項５記載の方
   法。 ７）放射ビームがレーザ・ビームであることを特徴とす
   る、請求項１記載の方法。 ８）表面が写真用成分を含んでいることを特徴とする、
   請求項１記載の方法。 ９）表面が液晶成分を含んでいることを特徴とする、請
   求項１記載の方法。 １０）表面がゼログラフィ成分を含んでいることを特徴
   とする、請求項１記載の方法。 １１）表面か磁気成分を含んでいることを特徴とする、
   請求項１記載の方法。 １２）表面が不安定成分を含んでいることを特徴とする
   、請求項１記載の方法。 １３）表面が変形成分を含んでいることを特徴とする、
   請求項１記載の方法。 １４）表面が感光性重合体を含んでいることを特徴とす
   る、請求項１記載の方法。 １５）表面が光硬化性組成物であり、さらに、光硬化性
   組成物の連続した層から一体の三次元物体を作るために
   以下の段階をさらに包含し、これらの段階が、 ａ）光硬化性組成物の１つの層を形成する段階と、 ｂ）光硬化性組成物のこの層の少なくとも一部を放射ビ
   ームに露光させることによって光硬化させる段階と、 ｃ）先に放射ビームに露光された層上に光硬化性組成物
   の新しい層を導入する段階と、 ｄ）この新しい層の少なくとも一部を放射ビームへの露
   光によって光硬化させる段階と、ｅ）所望の三次元物体
   を作るまで段階ｃ、ｄを繰り返す段階と からなることを特徴とする、請求項１記載の方法。 １６）或る表面の所定部位を放射ビームで所望の露光レ
   ベルにする装置であって、放射ビームを発生する放射源
   と、前記表面に前記ビームを向ける組になった第１、第
   ２のミラーであって、第１ミラーが第１回転軸線を、第
   ２ミラーが第２回転軸線を有するミラー・セットと、前
   記放射ビームを制御するスイッチであり、放射源と前記
   ミラー・セットの間に配置してあるスイッチと、組にな
   った第１、第２のオシレータ手段であって、第１オシレ
   ータ手段が第１ミラーに連結してあり、第２オシレータ
   手段が第２ミラーに連結してあるオシレータ手段・セッ
   トと、第１、第２のオシレータ手段に連結してあって、
   第１、第２のミラーの各々にそれぞれ第１、第２のオシ
   レータ手段を介して共通振動数と共通有効振幅を有する
   正弦波運動をさせ、第１ミラーの正弦波運動と第２ミラ
   ーの正弦波運動にほぼ９０度の位相差を与える振動数発
   生器手段と、この振動数発生器手段と前記スイッチの両
   方に接続してあってそれらを制御するコンピュータ手段
   であり、有効振幅の共通値と振動数の共通値を逆方向に
   同時に徐々に変化させることによって螺旋段階で特徴付
   けられる螺旋経路に沿ってビームが表面をトレースし、
   ビームがオンのときにトレースされた表面上に所望の一
   定露光レベルを生じさせるように前記２つの値の積を制
   御し続けると共に、表面上の螺旋経路の所定位置でスイ
   ッチをオン、オフするようにしたことを特徴とする装置
   。 １７）前記所望露光が一定の露光レベルであることを特
   徴とする、請求項１６記載の装置。 １８）前記第１軸線が前記第２軸線に対して直角である
   ことを特徴とする、請求項１６記載の装置。 １９）共通周波数値と共通有効振幅値の積をコンピュー
   タ手段によって一定に保ってほぼ一定の露光を維持する
   ことを特徴とする、請求項１６記載の装置。 ２０）コンピュータ手段が露光をほぼ一定に維持するた
   めに付加的な共通有効振幅補正を重複実施することを特
   徴とする、請求項１９記載の装置。 ２１）コンピュータ手段が露光をほぼ一定に維持するた
   めに付加的な共通振動数補正を重複実施することを特徴
   とする、請求項１９記載の装置。 ２２）コンピュータ手段が露光をほぼ一定に維持するた
   めに付加的な有効振幅補正と共通振動数補正の両方を重
   複実施することを特徴とする、請求項１９記載の装置。 ２３）放射ビームがレーザ・ビームであることを特徴と
   する、請求項１６記載の装置。 ２４）光硬化性組成物の連続した層から一体の三次元剛
   性物体を正確に製作する装置であって、放射ビームを発
   生する放射源と、前記光硬化性組成物の層に向って前記
   放射ビームを向ける組になった第１、第２のミラーであ
   って、第１ミラーが第１回転軸線を、第２ミラーが第２
   回転軸線を有するミラー・セットと、前記放射ビームを
   オン、オフするスイッチであり、放射源と前記ミラー・
   セットの間に配置してあるスイッチと、組になった第１
   、第２のオシレータ手段であって、第１オシレータ手段
   が第１ミラーに連結してあり、第２オシレータ手段が第
   ２ミラーに連結してあるオシレータ手段・セットと、第
   １、第２のオシレータ手段に連結してあって、第１、第
   ２のミラーの各々にそれぞれ第１、第２のオシレータ手
   段を介して共通振動数と共通有効振幅を有する正弦波運
   動をさせ、第１ミラーの正弦波運動と第２ミラーの正弦
   波運動にほぼ９０度の位相差を与える振動数発生器手段
   と、この振動数発生器手段と前記すいっとの両方に接続
   してあってそれらを制御するコンピュータ手段であり、
   有効振幅の共通値と振動数の共通値を逆方向に同時に徐
   々に変化させることによって螺旋段階で特徴付けられる
   螺旋経路に沿ってビームが表面をトレースし、ビームが
   オンのときにトレースされた表面上に所望の一定露光レ
   ベルを生じさせるように前記２つの値の積を制御し続け
   ると共に、表面上の螺旋経路の所定位置でスイッチをオ
   ン、オフするようにしてあり、さらに、前記コンピュー
   タ手段によって制御されて光硬化性組成物の層を各層が
   少なくとも部分的に放射ビームにさらされた後に互いに
   上下に重ねて配置し、最終的に一体の三次元剛性物体を
   形成する設置手段を包含することを特徴とする装置。 ２５）前記所望露光が一定の露光レベルであることを特
   徴とする、請求項２４記載の装置。 ２６）前記第１軸線が前記第２軸線に対して直角である
   ことを特徴とする、請求項２４記載の装置。 ２７）共通周波数値と共通有効振幅値の積をコンピュー
   タ手段によって一定に保ってほぼ一定の露光を維持する
   ことを特徴とする、請求項２４記載の装置。 ２８）コンピュータ手段が露光をほぼ一定に維持するた
   めに付加的な共通有効振幅補正を重複実施することを特
   徴とする、請求項２７記載の装置。 ２９）コンピュータ手段が露光をほぼ一定に維持するた
   めに付加的な共通振動数補正を重複実施することを特徴
   とする、請求項２７記載の装置。 ３０）コンピュータ手段が露光をほぼ一定に維持するた
   めに付加的な有効振幅補正と共通振動数補正の両方を重
   複実施することを特徴とする、請求項２７記載の装置。 ３１）放射ビームがレーザ・ビームであることを特徴と
   する、請求項２４記載の装置。