JPH0511455A - 光強度の調節方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光等の強度を安定かつ高精度に、速い
応答速度で容易に調節することができる光強度の調節方
法を提供する。 【構成】 光路Ｌ上にガルバノメータ式シャッタ２を配
置し、ガルバノメータ式シャッタ２を短周期にて開閉さ
せると共に、該シャッタの開放時間を長短調節すること
により光強度を調節する。 【効果】 シャッタ２の開閉周期において、単位時間当
りの開放時間を長短調節することにより、単位時間当り
のシャッタ透過光量を増減させ、光強度を調節する。ガ
ルバノメータ式シャッタは高速応答性能に優れることか
ら、レーザ発振器から発振されるレーザ光等の光強度
を、安定かつ精度良く、しかも迅速に調節できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光強度の調節方法に係
り、特に、光硬化性樹脂に光束を照射して目的形状の硬
化体を製造する光学的造形法において照射する光強度を
容易かつ安定に調節することができる光強度の調節方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光硬化性樹脂に光束を照射して該照射部
分を硬化させ、この硬化部分を水平方向に連続させると
共に、さらにその上側に光硬化性樹脂を供給して同様に
して硬化させることにより上下方向にも硬化体を連続さ
せ、これを繰り返すことにより目的形状の硬化体を製造
する光学的造形法は特開昭６０−２４７５１５号、６２
−３５９６６号、６２−１０１４０８号などにより公知
である。光束を走査する代りにマスクを用いる方法も公
知である。

【０００３】この種の光学的造形法として、光硬化性樹
脂を収容する容器と、該容器内に光を照射する装置と、
該容器内において移動可能に設けられたベースを有する
ものがある。この光学的造形法について第２図を参照し
て説明する。

【０００４】第２図において、容器１１内は光硬化性樹
脂１２が収容されている。容器１１の底面には、石英ガ
ラス等の透光板よりなる透光窓１３が設けられており、
該透光窓１３に向けて光束１４を照射するように、レン
ズを内蔵した光出射部１５、光ファイバー１６、光出射
部１５を水平面内のＸ−Ｙ方向（Ｘ，Ｙは直交する２方
向）に移動させるＸ−Ｙ移動装置１７、光シャッタ１
８、光源２０等よりなる光学系が設けられている。

【０００５】容器１１内にはベース２１が設置され、該
ベース２１はエレベータ２２により昇降可能とされてい
る。これら移動装置１７、エレベータ２２はコンピュー
タ２３により制御される。

【０００６】上記装置により硬化体を製造する場合、ま
ずベース２１を透光窓１３よりもわずか上方に位置さ
せ、光束１４を目的形状物の水平断面に倣って走査させ
る。この走査はコンピュータ制御されたＸ−Ｙ移動装置
１７により行なわれる。

【０００７】目的形状物の一つの水平断面（この場合は
底面又は上面に相当する部分）のすべてに光を照射した
後、ベース２１を所定ピッチだけ上昇させ、硬化層２４
と透光窓１３との間に未硬化の光硬化性樹脂を流入させ
た後、上記と同様の光照射を行なう。この手順を繰り返
すことにより、目的形状の硬化体（造形体）が多層積層
体として得られる。

【０００８】第２図に示した光束１４を容器１１の底面
側から照射するものに対して、光束１４を光硬化性樹脂
の液面の上方から照射する方法も公知である。即ち、ベ
ース又はその上の硬化物と光硬化性樹脂の液面との間に
所定厚さとなるように光硬化性樹脂を介在させた後、光
束を液面の上方から照射して目的形状物の一水平断面の
硬化層を形成した後、ベースを所定ピッチだけ下降させ
るようにしたものである。

【０００９】また、光出射部１５をＸ−Ｙ方向に移動さ
せる代わりに、光源からの光を造形部に向って反射する
ミラーを傾動させることにより光束を走査する方法も公
知である。

【００１０】なお、光束としては、使用する光硬化性樹
脂に応じ、可視光、紫外光等種々の光が用いられるが、
エネルギーレベルを高めて造形時間を短縮することがで
きる、良好な集光性を有し造形精度を向上させることが
できるという効果が奏されることから、一般にはレーザ
光が用いられる。

【００１１】ところで、光学的造形法においては、光
束、即ち、レーザ光の出力（エネルギー密度）は、その
走査速度に対応して変化させる必要がある。即ち、光学
的造形法において、高精度の造形体を製造するために
は、光硬化性樹脂の硬化の度合いを、すべての硬化部位
において均一なものとする必要がある。しかして、この
均一硬化のためには、レーザ光の過剰照射や過少照射が
おきることがないように、単位面積当りの照射エネルギ
ー量を一定にする必要がある。このため、レーザ光の出
力はレーザ光の走査速度にリアルタイムで対応させ、一
般には出力と走査速度とが比例関係となるように調節す
ることが必要とされる。

【００１２】従来、レーザ光の出力調節方法としては、
次のような方法が行なわれている。

【００１３】 Ｈｅ−Ｃｄレーザの場合：レーザ発振
器内部の反射ミラーの角度を変える。或いは、光変調器
を用いて出力調節を行なう。

【００１４】 Ａｒレーザの場合：印加電圧を変化さ
せる。或いは、光変調器を用いて出力調節を行なう。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来法のうち、反
射ミラーの角度調節や印加電圧の調節による方法では、
微調節が困難であり、また再現性が悪い上に、応答時間
が長くなり、光学的造形法に適用した場合、造形精度を
高めることが難しいという欠点がある。また、光変調器
を用いる方法は、その制御が困難である上に、コストが
高いという欠点がある。

【００１６】本発明は、上記従来の問題点を解決し、レ
ーザ光等の強度を安定かつ高精度に、速い応答速度で容
易に調節することができ、しかも安価に実施できる光強
度の調節方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の光強度の調節方
法は、光路上にガルバノメータ式シャッタを配置し、該
ガルバノメータ式シャッタを短周期にて開閉させると共
に、該シャッタの開放時間を長短調節することにより光
強度を調節することを特徴とする。

【００１８】

【作用】ガルバノメータ式シャッタは、印加電圧の有無
によるガルバノメータのヘッドの回転を利用して、光を
透過又は遮光するものであり、数ｍｓという非常に速い
応答速度で動作することができる。本発明においては、
このガルバノメータ式シャッタの高速応答性を利用し
て、光路上に配置したガルバノメータ式シャッタを短い
周期にて開閉させ、シャッタの開放時間を長短調節する
ことにより光強度を調節する。即ち、大きな光強度を必
要とする場合には、シャッタの開閉周期における単位時
間当りの開放時間を長くとる。これにより、ガルバノメ
ータ式シャッタを透過する単位時間当りの光の量が増大
し、大きな光強度を得ることができる。逆に、小さな光
強度を必要とする場合には、シャッタの開閉周期におけ
る単位時間当りの開放時間を短くとる。これにより、ガ
ルバノメータ式シャッタを透過する単位時間当りの光の
量が減少し、小さな光強度を得ることができる。

【００１９】このように、高速応答性能に優れたガルバ
ノメータ式シャッタを利用する本発明の光強度の調節方
法によれば、光強度を、安定かつ高精度に、速い応答速
度で容易に調節することができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。第１図は本発明の光強度の調節方法の一実
施例を示す説明図である。

【００２１】なお、第１図において、第２図に示す部材
と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。

【００２２】図示の実施例において、レーザ発振器１か
ら出力されたレーザ光Ｌは、その光路上に設置されたガ
ルバノメータ式シャッタ２、入射コリメータ３及び出射
コリメータ４を経て光学的造形装置の光硬化性樹脂１２
に照射される。なお、５はガルバノメータ式シャッタの
電源である。

【００２３】ガルバノメータ式シャッタ２は、印加電圧
の有無により、１０^-3秒（ｍｓ）オーダーの短周期にて
シャッタを開閉動作させることが可能である。本発明に
おいては、このような短周期の開閉動作において、単位
時間当りの開放時間の長短を調節することにより、ガル
バノメータ式シャッタ２を透過する光束量を増減させ、
光強度を調節する。

【００２４】例えば、開放時間をＡｍｓ、閉鎖時間をＢ
ｍｓに設定したガルバノメータ式シャッタにおいて、１
秒間の開放時間、即ち、光透過時間は、Ａ／（Ａ＋Ｂ）
秒であり、閉鎖時間、即ち、光遮断時間はＢ／（Ａ＋
Ｂ）秒である。同一の光束についての光強度は、その透
過時間に比例するのであるから、ガルバノメータ式シャ
ッタの印加電圧のＯＮ／ＯＦＦ周期を調節して、開放時
間Ａを大きく、閉鎖時間Ｂを小さく設定することによ
り、光強度を大きくすることができる。逆に、Ａを小さ
く、Ｂを大きく設定することにより、光強度を小さくす
ることができる。

【００２５】なお、図示の光強度の調節方法は本発明の
一実施例であって、本発明はその要旨を超えない限り、
何ら図示のものに限定されるものではない。

【００２６】本発明の光強度の調節方法は、このように
光学的造形法の光照射方法として、高精度造形に極めて
有効であるが、本発明は光学的造形法に限らず、光強度
の調節を必要とする他のあらゆる分野に適用できること
は言うまでもない。

【００２７】なお、本発明の光強度の調節方法を光学的
造形法に適用する場合、ガルバノメータ式シャッタの開
閉周期における単位時間当りのシャッタの開放時間に対
する光強度のデータを予めコンピュータに入力してお
き、造形に必要な光強度となるようにシャッタの開閉周
期及び開放時間を制御することにより、光強度を自動制
御することができ、極めて有利である。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の光強度の調
節方法によれば、レーザ発振器から発振されるレーザ光
等の光強度を、安定かつ精度良く、しかも迅速に要求値
となるように調節することが可能とされる。

【００２９】本発明の光強度の調節方法は、特に光学的
造形方法の光強度調節方法として極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は本発明の光強度の調節方法の一実施例
を示す説明図である。

【図２】第２図は光学的造形装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２ ガルバノメータ式シャッタ ３ 入射コリメータ ４ 出射コリメータ １２ 光硬化性樹脂 １３ 透光窓 １４ 光束 １５ 光出射部 １６ 光ファイバー ２０ 光源 ２１ ベース ２２ エレベータ ２３ コンピュータ ２４ 硬化層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 光路上にガルバノメータ式シャッタを配
   置し、該ガルバノメータ式シャッタを短周期にて開閉さ
   せると共に、 該シャッタの開放時間を長短調節することにより光強度
   を調節することを特徴とする光強度の調節方法。