JPH10193464A

JPH10193464A - 光学的立体造形方法

Info

Publication number: JPH10193464A
Application number: JP9006690A
Authority: JP
Inventors: Kaneyasu Ookawa; 金保大川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で立体モデルの複写体を造形すること
ができる光学的立体造形方法を提供する。【解決手段】透明材からなる立体モデル１の表面１ａ
に薄膜よりなる微細パターンを形成し、この微細パター
ンを形成した立体モデル１に照明光４を落射照明し、そ
の反射光により得られる立体モデル１の立体表面像２の
像空間に未硬化の光硬化性樹脂６を配設する。前記反射
光により得られる立体表面像２を光硬化性樹脂６内で硬
化し、立体モデル１の複写体からなる立体表面像２を造
形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液状の光硬化性樹
脂に光を照射することにより、露光硬化を行わせ、３次
元立体形状を造形させる光学的立体造形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に近い従来技術として、特開平４
−７１２５号公報が開示されている。この従来技術は容
器内の液状光硬化性樹脂に露光硬化可能な光を照射する
にあたり、光源と前記樹脂との間に配置すべく、３次元
立体物の各水平断面形状に応じてスリットの開口長が連
続的に変化することが可能なスリットを露光マスクとし
て用いている。そして、この露光マスクを液状光硬化性
樹脂との間に配置し、このスリットの方向に対し直角方
向に３次元立体物の各断面形状に応じて露光マスク移動
させることにより、所望断面形状の薄膜層樹脂硬化部分
を得る。そして、この薄膜層樹脂硬化部分に連続して積
層する次順の水平断面形状を露光マスクを移動させて得
るとともに、この薄膜層樹脂硬化部分と露光マスクとの
間に、薄い液状光硬化性樹脂を供給できるように、前記
硬化した薄膜層樹脂硬化部分をわずかに下降し、液状光
硬化性樹脂に光を照射する。そして、この露光マスクの
移動と薄膜層硬化部分の下降を順次行い、それに応じて
液状光硬化性樹脂に光照射を繰り返すことによって、薄
膜層樹脂硬化部分を積層していくことにより、所望の立
体形状をなす３次元立体物を得るものである。これによ
れば、スリットの長さとこのスリットの位置が水平方向
で変化するので、水平断面形状毎に光学マスクを製作す
る手間が省けるうえに、光エネルギを走査する方法に比
べ、広範囲な水平面形状を連続的に露光することができ
るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
薄膜層樹脂硬化部分を順次積層して、立体形状の３次元
立体物を得る方法であるため、造形終了までの時間がき
わめて長くかかるという欠点がある。

【０００４】本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、短時間で立体モデルの複写体を造形す
ることができる光学的立体造形方法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】本発明は前記目的を達成
するために、請求項１の光学的立体造形方法は、透明材
からなる立体モデルの表面に薄膜よりなる微細パターン
を形成し、この微細パターンを形成した立体モデルに落
射照明をして得られる前記立体モデルの立体表面像の像
空間に未硬化の光硬化性樹脂を配設し、この未硬化の光
硬化性樹脂の前記立体表面像に位置する部分を前記落射
照明による光により硬化し、前記立体モデルの複写体の
シェル構造を造形することを特徴とする。

【０００６】また、請求項２の光学的立体造形方法は、
請求項１の光学的立体造形方法にあって、前記立体モデ
ルのシェル構造の複写体のみを、さらに照明してシェル
構造内部の光硬化可能な光硬化性樹脂を光硬化して立体
モデルの複写体を造形することを特徴とする。

【０００７】さらに、請求項３の光学的立体造形方法
は、請求項１または請求項２の光学的立体造形方法にあ
って、未硬化の光硬化性樹脂は、液状または結晶化した
光硬化性樹脂であることを特徴とする。

【０００８】次に、図１〜図４を用い、液状の光硬化性
樹脂による複写体の造形について、その作用を説明す
る。図１は、予め作成した立体モデル１の表面１ａと複
写体となる立体表面像２との関係（すなわち、レンズ系
３を介在させた状態での結像関係）を示す図である。図
に示すように、照明光４を立体モデル１の表面１ａに照
射して得られる反射光を、レンズ系３により光硬化性樹
脂槽５の液状光硬化性樹脂６に照射する。このとき、例
えば立体モデル１の表面１ａのＡ点およびＢ点は光硬化
性樹脂槽５中の液状光硬化性樹脂６のそれぞれＡ’点お
よびＢ’点に結像する。通常の像は２次元として扱われ
るが、ここでは３次元像として扱う。このように、立体
モデル１の表面１ａの各点がレンズ系３により光硬化性
樹脂槽５中で結像することにより、光硬化性樹脂６の中
に立体表面像２が形成される。

【０００９】図２（ａ）は立体モデル１の表面１ａに形
成した薄膜の微細パターンによる反射光強度を示してい
る。Ｖ₁およびＶ₂はそれぞれ薄膜面および無薄膜面に
よる反射光強度（光強度の変化）を示し、薄膜面で変調
強度が大で、薄膜の無い部分での変調強度が小であるこ
とを示すが、説明の都合上、矩形パターンとしてある。
図２（ｂ）は複写体側で得られる微細パターン像面での
光強度を示している。この光強度は結像関係により、図
２（ａ）と同様の矩形パターンとなり、薄膜面に対応す
る部分では高く、薄膜の無い部分では小となる。ここ
で、微細パターン像面での最大光強度、最小光強度およ
び平均光強度をそれぞれＶmax 、Ｖmin およびＶavと
し、立体モデル１の表面１ａにおける光強度のそれぞれ
をＶ₁，Ｖ₂とすれば、Ｖmax ＝Ｖ₁，Ｖmin ＝Ｖ₂，
Ｖav＝（Ｖ₁＋Ｖ₂）／２となる。図２（ｃ）は複写体
側における完全なデフォーカス空間での光強度、すなわ
ち微細パターン像面からかなり遠い空間での光強度を示
している。この場合には微細パターンの像は完全にボケ
てしまうため、この遠い空間での光強度は均一となって
おり、よってＶav＝（Ｖ₁＋Ｖ₂）／２であり、このと
きＶav＝Ｖmax ＝Ｖminとなる。また少しデフォーカス
した空間においては、Ｖmax およびＶmin はこの間の値
（Ｖmax はＶ₁より小さく、またＶmin はＶ₂より大き
い光強度）となり、Ｖavは変化しない。

【００１０】また、複写体側の微細パターン像面の位置
を原点Ｏとし、レンズ系３の光軸方向でのデフォーカス
量に対応した各位置とこの各位置における光強度の関係
は、図３で模式的に示すように、デフォーカス方向での
減衰状態を有するものであり、微細パターン像面上（原
点Ｏの位置）で空間振幅は最大値（Ｖ₁＋Ｖ₂）／２と
なり、これから遠くなる程（すなわちデフォーカス差の
絶対値が大きくなる程）０に限りなく近づくことにな
る。

【００１１】図４は複写体側の微細パターン像面の位置
を原点Ｏとし、その位置での最大光強度を示す図であ
る。これは図３のローカル的最大値を点線で示すように
結ぶことにより得られるもので、原点Ｏにおいて最大値
Ｖ₁となり、離れるに従って限りなく（Ｖ₁＋Ｖ₂）／
２に近づく。さて、樹脂槽５内の液状光硬化性樹脂６
は、最大光強度が大きい場所に位置する光硬化性樹脂６
から硬化を開始し、この硬化した領域が核となって、徐
々に拡散して隣り合う硬化拡散中の領域と連なるので、
最大光強度で照射される各位置の間の光硬化性樹脂も、
この硬化した領域の拡散によって互いに連なり、最終的
には微細パターン像面の位置での全樹脂が硬化してしま
うことになる。ここで硬化に必要な最小の光強度を強度
しきい値とよぶ。

【００１２】今、最大光強度Ｖ₁が強度しきい値より大
きく、かつ（Ｖ₁＋Ｖ₂）／２が光強度しきい値より小
さくなるように照明光２および／または立体モデル１の
表面１ａに形成した薄膜の特性を設定することにより、
光硬化性樹脂６の部分硬化が可能となる。例えば、光強
度Ｖ₁を光強度しきい値に近づけた場合には、立体表面
像２の光強度Ｖ₁で結像した場所のみが硬化するので、
この光強度Ｖ₁の場所を連続的に設定すれば薄いシェル
構造の複写体が得られ、また光強度しきい値よりも光強
度が更に大きいところにＶ₁を設定した場合には、硬化
する深さ方向が厚くなるので、厚いシェル構造の複写体
が得られる。この際、光強度Ｖ₁を光強度しきい値に設
定して、立体モデル１の表面１ａの薄膜からの反射によ
り光強度Ｖ₁を得るようにすれば、立体モデル１と複写
体とはレンズ系３の倍率が１（等倍）のときは同じ大き
さとなる。また複写体の大きさをレンズ系の倍率を考慮
して決定する場合には、立体モデル１の形状は複写体の
形状と相似形とは限らないものである。

【００１３】なお、前述のように、立体モデル１の微細
パターンの薄膜の間は無薄膜であるが、この無薄膜面に
対応する微細パターン像面の領域がその周囲の薄膜面に
対応する領域の硬化が徐々に拡散して進行し、最終的に
は硬化領域で連なり、前記シェル構造が形成されるもの
である。

【００１４】このシェル構造の複写体を光硬化性樹脂槽
５から取り出し、請求項２のように本照射することによ
り、複写体の内部も硬化され、全体が硬化した所望の複
写体が完成する。立体モデル１の表面１ａに形成する薄
膜パターンは、（１）立体モデル１の表面に所定の巾と
ピッチおよび厚さにて薄膜の存在する部分と立体モデル
１の素地（表面１ａ）を露出させる部分との組み合わせ
で形成したり、（２）光の透過特性の異なる２種類の薄
膜のうち、第１層目を立体モデル１の全表面１ａに、第
２層目を第１層目の上に所定の巾、ピッチおよび厚さで
形成したり、してもよい

【発明の実施の形態】

【００１５】［実施の形態１］図５は本発明の実施の形
態１に用いる光学的造形装置を概略的に示す断面図であ
る。図において、１２は立体モデル１１を配置する水
槽、１３は液状の光硬化性樹脂１４を収容する光硬化性
樹脂槽で、基台２３上に配置されている。水槽１２と樹
脂槽１３の間にはレンズ１５が配置されている。また、
水槽１２とレンズ１５との間には半透鏡１６が配置され
ており、半透鏡１６は水槽１２に向けてレンズ１５の光
軸に対して４５°傾けて配置されている。半透鏡１６の
上方には全反射鏡１７が半透鏡１５と平行に配置される
とともに、全反射鏡１７の前方に光源（図示省略）が配
置され、光源からの照明光１８を全反射鏡１７、半透鏡
１６を介して水槽１２内に配置した立体モデル１１に効
率良く落射照明し得るようになっている。

【００１６】水槽１２は、少なくともレンズ１５側の前
面が透明部材１２ａ、例えば透明ガラス板１２ａで構成
されている。水槽１２内には、水１９が収納されるとと
もに、立体モデル１１を保持する透明の保持部材２０が
水槽１２の底面に設けられている。水槽１２および水１
９は、水槽１２内に配置される立体モデル１１との屈折
率差を少なくして輪郭の像のゆがみを少なくするために
用いるものであり、いわゆる樹脂槽１３の光硬化性樹脂
１４内で結ばせる結像特性を安定的に維持するために配
設されている。水槽１２の上開口部には開閉蓋１２ｂが
設けられている。また、透明ガラス板１２ａには、レン
ズ１５側の外面に反射防止膜を施し、水に接する内面に
光吸収膜を施すのが望ましい。さらに、透明ガラス板１
２ａ以外の水槽１２の内面には、半透鏡１６および立体
モデル１１を透過した光線がが反射しないように、黒色
塗料を施すのが望ましい。

【００１７】樹脂槽１３は、少なくともレンズ１５側の
前面が透明ガラス板１３ａで構成されており、その上開
口部には開閉蓋１３ｂが設けられている。透明ガラス板
１３ａは、レンズ１５側の外面に反射防止膜を施し、光
硬化性樹脂１４と接する内面に光吸収膜を施すのが望ま
しい。さらに、透明ガラス板１３ａを除く樹脂槽１３の
内面には、光の反射を防ぐために黒色塗料を施すのが望
ましい。

【００１８】レンズ１５は、立体モデル１１からの反射
光を所定の倍率で樹脂槽１３の光硬化性樹脂１４内に立
体造形体（複写体）２１の立体表面像を結像させるため
のもので、本実施の形態１では使用倍率が１（等倍）の
ものを用いている。

【００１９】立体モデル１１は、光が透過可能な透明体
モデルで、所望する立体造形体２１と同じ形状および大
きさに形成されている。この立体モデル１１の表面１１
ａには、図６に示すように、全面に薄膜部２２ａと無薄
膜部２２ｂ（立体モデル１１の表面１１ａが露出する部
分）からなる微細パターン２２がストライプ状に形成さ
れており、この微細パターン２２はエッチング法に形成
される。ここで、薄膜部２２ａの表面透過率は無薄膜部
２２ｂの表面透過率より１０％程度低く、かつ薄膜部２
２ａでの光吸収が起きないように設定されている。これ
は立体モデル１１に照明光１８を落射した際に、直接照
射される薄膜部２２ａの表面１１ａで反射される光量お
よび立体モデル１１内に入射し背面側の薄膜部２２ａで
反射される光量を概ね同じ量にするためであり、その原
理を図７を用いて説明する。

【００２０】今、立体モデル１１を光の吸収も反射もな
い物質で作成し、薄膜部２２ａの表面反射率を１０％
（透過率９０％）とする。なお、以下の説明において、
照明光１８が直接照射される立体モデル１１の表面１１
ａを第１面１１ａ−１とし、直接照射されない立体モデ
ル１１の背面側の表面１１ａを第２面１１ａ−２とす
る。

【００２１】まず、照明光１８ａが第１面１１ａ−１の
薄膜部２２ａに照射され、その一部が立体モデル１１を
透過して第２面１１ａ−２の薄膜部２２ａに入射し、そ
の薄膜部２２ａで反射した光線が第１面１１ａ−１の薄
膜部２２ａに入射する場合を考える。このとき、照明光
１８ａが照射され第１面１１ａ−１の薄膜部２２ａで反
射される光量は、照射した光量の１０％となる。また、
第１面１１ａ−１の薄膜部２２ａを透過した光線１８ａ
の光量９０％のうち、第２面１１ａ−２の薄膜部２２ａ
で反射される光量は１０％なので、第１面１１ａ−２の
薄膜に照射される光量のうち、０．９×０．１＝０．０
９、すなわち９％の光量が反射される。さらに、この光
線の反射光は第１面１１ａ−１の薄膜部２２ａに入射し
て９０％が透過するので、０．０９×０．９＝０．０８
１、すなわち８．１％が透過する。また、第２面１１ａ
−２の薄膜部２２ａで反射した光線が第１面１１−１の
無薄膜部２２ｂに入射する場合は、第２面１１ａ−２の
薄膜部２２ａで反射した光量と同じ９％の光量が透過す
る。これにより、光線１８ａは薄膜部２２ａで直接１０
％が反射されるとともに、立体モデル１１内に入射する
光線１８ａは９％および８．１％が反射されることにな
る。

【００２２】次に、第１面１１ａ−１の無薄膜部２２ｂ
に照射された光線１８ｂ，１８ｃを考える。まず、光線
１８ｂが第２面１１ａ−２の薄膜部２２ａで１０％反射
し、この反射光が第１面１１ａ−１の無薄膜部２２ｂを
透過する場合は、薄膜部２２ａで反射された光量がその
まま無薄膜部２２ｂから出射し、光線１８ｂの光量の１
０％が立体モデル１１の表面１１ａから反射されること
になる。また、光線１８ｃが第２面１１ａ−２の薄膜部
２２ａで１０％反射し、第１面１１ａ−１の薄膜部２２
ａに入射する場合は、第１面１１ａ−１の薄膜部２２ａ
を９０％透過するので、０．１×０．９＝０．０９、す
なわち照射される光量の９％が第１面１１ａ−１の薄膜
部２２ａから出射する。よって光線１８ｃの光量の９％
が立体モデル１１の表面１１ａが表面１１ａから反射さ
れることになる。

【００２３】上述したように、立体モデル１１の表面１
１ａに設けた薄膜部２２ａにより反射される光量は、照
明光１８の光量の８．１〜１０％の範囲となる。すなわ
ち、立体モデル１１によって３次元像の複写体２１の立
体表面像を樹脂槽１３の光硬化性樹脂１４の中に形成す
る際、第１面１１ａ−１側と第２面１１ａ−２側を等し
く形成するためには、立体モデル１１の第１面１１ａ−
１側および第２面１１ａ−２側との反射光量の差が少な
いほうが好ましいが、本実施の形態１の場合、反射光量
の差は最大で１．９％となり、第１面１１ａ−１と第２
面１１ａ−２の薄膜部２２ａで反射される光量が概ね同
じ量となっている。

【００２４】次に、本発明の実施の形態１の光学的立体
造形方法を図５、図６および図８に基づいて説明する。
図８は本実施の形態１の光造形工程を示すブロック図で
ある。

【００２５】まず、立体モデル１１としての等倍用透明
体モデル１１を作成する。この透明体モデル１１はアク
リル等のプラスチックを機械加工し、所望する造形体
（複写体）２１の大きさおよび形状と全く同一にして形
成する。次に、透明体モデル１１を回転しながら透明体
モデル１１の全表面１１ａにＭｇＦ₂の薄膜を蒸着法に
より、０．５μｍの厚さで形成する。次に、エッチング
法により、透明体モデル１１の表面１１ａに薄膜部２２
ａの巾が０．５ｍｍ、無薄膜部２２ｂの巾が０．５ｍｍ
となるように条件設定して、ストライプ状の微細パター
ン２２を形成する。ここで、薄膜の種類とその実質的厚
さの関係は、「薄膜の屈折率」と「薄膜の実質厚さ」と
の積である光学的膜厚が０．５μｍとなるように設定さ
れ、水槽１２の水１９中に透明体モデル１１を収容した
ときに、反射特性が約８％となるように設定されてい
る。このようにして得られた透明体モデル１１を水槽１
２内に設けた保持部材２０に保持させて水槽１２内の水
１９中に配置する。

【００２６】次に、光源（図示省略）を点灯し、光源か
らの照明光１８を全反射鏡１７および半透鏡１６を介し
て透明体モデル１１に落射する。透明体モデル１１の表
面１１ａに落射照明された照明光１８は、表面１１ａに
設けた各薄膜部２２ａにより前述したように反射され、
この光線はレンズ１５により樹脂槽１３内の光硬化性樹
脂１４内にそれぞれ結像される。そして、この結像部分
で樹脂槽１３内の光硬化性樹脂１４が硬化し、薄膜部２
２ａの微細パターン２２に沿って透明体モデル１１の表
面１１ａの像が低温下状態の光硬化性樹脂１４内に形成
される。このとき、光硬化性樹脂１４を低温としたの
は、低温下の方が光硬化性樹脂１４の粘度が高く、硬化
点の流動を防ぐことができるからである。そして、光硬
化性樹脂１４の反射光による硬化が、薄膜部２２ａに対
応した箇所が硬化の核となり、透明体モデル１１の全表
面１１ａに対応して、前記硬化が徐々に広がって透明体
モデル１１の前面（図７の第１面１１ａ−１）および背
面（図７の第２面１１ａ−２）でも進行する。

【００２７】また、透明体モデル１１の全表面１１ａに
対応した複写体２１の立体表面像が硬化進行して複写体
２１を樹脂槽１３から取り出し得る時間を予め設定して
おき、この時間になったら光源を消灯し、透明モデル１
１に対する照明光１８の照射（露光）を停止する。次
に、表面硬化した複写体２１を樹脂槽１３から取り出
し、別の照明装置（図示省略）を用いて、表面硬化した
シェル構造の内部に存在する光硬化性樹脂１４の未硬化
部分を硬化し、透明体モデル１１と等倍率の複写体２１
を得る。

【００２８】なお、本発明の実施の形態１では、薄膜と
してＭｇＦ₂を用いた場合で説明したが、これに限られ
ず、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂等の光学
素子の表面に蒸着膜として用いられている物質を用いる
ことができる。また、薄膜の厚さは、光学的膜厚が０．
５μｍ程度になるように設定すれば、実質的膜厚を０．
３μｍ〜１μｍの範囲で調整することができる。さら
に、微細パターンのピッチは０．５ｍｍに限られず、立
体モデルに照射する光強度や複写体のシェル構造の厚さ
に応じて、０．３ｍｍ〜１ｍｍの間で調整しても良い。

【００２９】本発明の実施の形態１によれば、所望する
複写体２１と同一の大きさおよび形状からなる立体モデ
ル１１を用い、所望する大きさと形状の完全立体からな
る等倍複写体２１を効率良く光造形することができる。

【００３０】［実施の形態２］本発明の実施の形態２を
図９および図１０に基づいて説明する。図９は本発明の
実施の形態２に用いる装置を概略的に示す断面図、図１
０は本発明の実施の形態２の造形工程を示すブロック図
である。

【００３１】まず、本発明の実施の形態２に用いる装置
を説明する。本装置は、立体モデル１１を空中に配置す
るように構成されている。すなわち、本装置は、図９に
示すように、実施の形態１に用いる装置に備えた水槽１
２（図５参照）を設けず、基台２３上に設けた棒状の保
持部材２４に立体モデル１１を配置し得るようになって
いる。この保持部材２４の表面には、光の反射を防ぐた
めの黒色塗料が塗布されている。また、保持部材２４に
保持した立体モデル１１と半透鏡１６の間には、半透鏡
１６側に反射面を設けた全反射鏡２５が配置可能となる
ように、上下動自在に設けられている。その他の構成
は、実施の形態１に用いる装置と同様に構成されてお
り、同一部分には同一符号を付して、その説明を省略す
る。

【００３２】次に、本発明の実施の形態２を説明する。
本実施の形態２では、倍率の絶対値がβ（＜１）のレン
ズ１５を用い、立体モデル１１から縮小した複写体２１
を光造形した。さらに、立体モデル１１には、図１１に
示すように、その全表面１１ａに微小な円状の薄膜部２
６ａからなる微細パターン２６を形成したものを用い
た。（図１１参照）

【００３３】まず、縮小した複写体２１を得るための立
体モデル１１としての透明体モデル１１を実施の形態１
と同様にして作成する。この作成に際し、透明体モデル
１１の大きさは、レンズ１５を通して複写体２１のたて
倍率がβ²、他の２方向（水平方向および上下方向）は
倍率がβとなるため、透明体モデル１１の奥行方向の倍
率を１／β²、他の２方向の倍率を１／βの大きさに透
明体モデル１１を作成した。これにより、所望する倍率
βで縮小された複写体２１が造形できる。

【００３４】次に、前記透明体モデル１１の全表面１１
ａに図１１に示す微小な円形（丸パターン）からなる薄
膜部２６ａを図１２に示すようにして形成した。まず、
図１２（ａ）に示すように、透明体モデル１１の全表面
１１ａにマスキング材２７を噴霧器により付着させる。
このときの噴霧条件は、丸パターンの径および丸パター
ン間の距離を０．５ｍｍ程度になるようにし、その条件
で丸パターンの部分を残して全表面１１ａをマスキング
した。次に、図１２（ｂ）に示すように、透明体モデル
１１の表面１１ａにＭｇＦ₂を０．５μｍの厚さで蒸着
した。次に、図１２（ｃ）に示すように、マスキング材
を洗浄により除去し、０．５μｍの厚さのＭｇＦ₂膜か
らなる薄膜部２６ａを表面１１ａに残した。これによ
り、円形の薄膜部２６ａからなる微細パターン（丸パタ
ーン）を全表面１１ａに形成した透明体モデル１１を得
た。

【００３５】そして、このように作成した透明体モデル
１１を保持部材２４に保持させ、透明体モデル１１を空
中に位置させる。次に、透明体モデル１１と半透鏡１６
の間に全反射鏡２５を配置し、光源（図示省略）を点灯
し、照明光１８を全反射鏡１７および半透鏡１６を介し
て全反射鏡２５により樹脂槽１３内の光硬化性樹脂１４
に照射して光硬化性樹脂１４を予備硬化する。光硬化性
樹脂１４を予備硬化するのは、光硬化性樹脂１４の流動
性を抑えるとともに、透明体モデル１１の表面１１ａか
らの反射光によるシェル構造の形成を速めるべく光硬化
性樹脂１４全体の重合を促進するためである。

【００３６】次に、全反射鏡２５を上方に移動させて光
源からの照明光１８を透明体モデル１１の表面１１ａに
落射する。そして、前記実施の形態１の薄膜部２２ａの
反射と同様に、この落射照明により、透明体モデル１１
の全表面１１ａに設けた丸パターンの薄膜部２６ａで反
射された反射光がレンズ１５を通して樹脂槽１３に収容
した常温下でかつ予備硬化された光硬化性樹脂１４内で
結像し、光硬化性樹脂１４を露光することで薄膜部２６
に応じた形状の像が硬化形成される。そして、実施の形
態１と同様にして、透明体モデル１１の全表面が硬化さ
れる時間、すなわち一定の露光量に達し、透明体モデル
１１を縮小させた表面像を形成するシェル構造が形成さ
れたら、光源を消灯し、透明体モデル１１に対する照明
を停止する。その後、樹脂槽１３を加熱してシェル構造
の外側に存在する予備硬化部分の粘度を下げ、シェル構
造のみを樹脂槽１３から取り出せるようにする。次に、
表面硬化したシェル構造の複写体２１を樹脂槽１３から
取り出し、別の照明装置（図示省略）を用いて、表面硬
化したシェル構造の内部に存在する光硬化性樹脂１４の
未硬化部分を硬化し、透明体モデル１１に対して縮小
（倍率β＜１）された複写体２１を得る。

【００３７】本発明の実施の形態２の造形方法は、微小
形状の造形体を、特に短時間で造形するのに適した方法
である。すなわち、複写体２１側の光硬化性樹脂１４が
予め適当に重合が行われているので、複写体２１の表面
像の部分が完全硬化するまでの硬化時間が短くなること
によって、硬化速度が速くなるためである。

【００３８】本発明の実施の形態２によれば、完全立体
の縮小複写体２１をより短時間で光造形することができ
る。

【００３９】なお、本発明の実施の形態２では、縮小複
写体２１を造形する場合を説明したが、所望の拡大倍率
のレンズ１５を用い、所定の形状に作成した透明体モデ
ルを用いて拡大複写体を造形することが可能である。

【００４０】［実施の形態３］本発明の実施の形態３を
図１３および図１４に基づいて説明する。図１３は本発
明の実施の形態３の造形工程を示すブロック図、図１４
は立体モデルの表面に作成する微細パターンとしての薄
膜部を示す図である。

【００４１】本発明の実施の形態３は、立体モデルに形
成する微細パターンの形状と、樹脂槽に収容した光硬化
性樹脂を結晶化した点に特徴を有し、実施の形態１に用
いた装置を用いて複写体を造形した。以下、図１３およ
び図１４とともに、図５を参照しつつ説明する。

【００４２】まず、実施の形態１と同様にして、立体モ
デルとしての等倍用透明体モデル１１を作成する。次
に、実施の形態１と同様に、エッチング法により、透明
体モデル１１の表面１１ａの全面に、図１４に示す薄膜
部２８ａからなるチェック形状の微細パターン２８を形
成する。このようにして得られた透明体モデル１１を透
明な保持部材２０で保持配置する。

【００４３】次に、光源（図示省略）を点灯して照明光
１８を全反射鏡１７および半透鏡１６を介して透明体モ
デル１１の表面１１ａに落射照明する。この落射照明さ
れた照明光１８は、透明体モデル１１の前面の薄膜部２
８ａで反射された反射光、および透明体モデル１１を透
過して透明体モデル１１の背面の薄膜部２８ａで反射さ
れた反射光が、実施の形態１と同様に光硬化性樹脂１４
内で結像して結晶化した光硬化性樹脂１４を露光し、透
明体モデル１１の表面１１ａに施した薄膜部２８ａと同
じシェル構造の表面像が形成される。ここで、光硬化性
樹脂１４を結晶化しておくと、硬化した部分の流動が完
全に無くすことができ、複写体２１の形状精度を高める
ことができる。

【００４４】そして、実施の形態１と同様に、前記シェ
ル構造の表面像を核として硬化が進行され、透明体モデ
ル１１の全表面１１ａに対応した表面形状を硬化させ
る。そして、光硬化性樹脂１４の露光量が一定に達した
ら光源を消灯し、透明体モデル１１への照明を停止す
る。次に、樹脂槽１３を加熱し、未照明の光硬化性樹脂
１４の温度を結晶化温度以上にし、液化する。

【００４５】そして、表面硬化したシェル構造からなる
複写体２１を樹脂槽１３から取り出し、別の照明装置
（図示省略）を用いて、表面硬化したシェル構造の内部
に存在する光硬化性樹脂１４の未硬化部分を硬化し、透
明体モデル１１と等倍率の複写体２１を得る。

【００４６】本発明の実施の形態３によれば、結晶化さ
せた光硬化性樹脂１４にシェル構造を形成するので、硬
化点の流動が全くないため、形状精度の高い、完全立体
の等倍複写体２１を光造形することができる。

【００４７】なお、前記実施の形態１，２，３では、樹
脂槽１４から取り出した後に、表面硬化した複写体２１
の内部に存在する未硬化の光硬化性樹脂１４を硬化する
場合を説明したが、複写体２１の一部、例えば底面に穴
を明け、この穴から内部に存在する未硬化の光硬化性樹
脂１４を外部に流出させることによって、内部を空洞に
したシェル構造の複写体２１を造形することもできる。

【００４８】また、前記実施の形態１，２，３では、完
全立体の透明体モデル１１を用いた場合を説明したが、
半立体の透明体モデル３１の場合、例えば、図１５に示
すような内部が空洞のお面形状にも応用できる。この場
合には、透明体モデル３１の前表面３１ａの全面を完全
な反射面とし、前記実施の形態１〜３のように背面側を
照射するための透明体モデル３１を透過する光線が不必
要であるため、図７に示す第２面１１ａ−２で反射せる
ための微細パターンの変調強度Ｖ₂を０にすることがで
きる。そのため、さらに効率よく複写体の硬化を進行さ
せることができる。

【００４９】以上説明した明細書中には、以下の発明が
含まれている。（１）透明材からなる立体モデルの表面に薄膜よりなる
微細パターンを形成し、この微細パターンを形成した立
体モデルを水中に配置して落射照明し、この落射照明し
て得られる前記立体モデルの立体表面像の像空間に未硬
化の光硬化性樹脂を配設し、この未硬化の光硬化性樹脂
の前記立体表面像に位置する部分を前記落射照明による
光により硬化し、前記立体モデルの複写体のシェル構造
を造形することを特徴とする光学的立体造形方法。

【００５０】構成（１）によれば、未硬化の光硬化性樹
脂内で結ばせる結像特性を安定的に維持し、精度の良い
立体モデルの複写体を光造形することができる。

【００５１】（２）前記未硬化の光硬化性樹脂は、低温
にした光硬化性樹脂であることを特徴とする前記構成
（１）の光学的立体造形方法。

【００５２】構成（２）によれば、未硬化の光硬化性樹
脂の粘度が高くなり、光硬化性樹脂内で硬化したシェル
構造が移動せず、精度の良い立体モデルの複写体を光造
形することができる。

【００５３】（３）前記複写体は立体モデルと等倍であ
ることを特徴とする前記構成（１）または（２）の光学
的立体造形方法。

【００５４】（４）透明材からなる立体モデルの表面に
薄膜よりなる微細パターンを形成し、この微細パターン
を形成した立体モデルを空中に配置して落射照明し、こ
の落射照明して得られる前記立体モデルの立体表面像の
像空間に未硬化の光硬化性樹脂を配設し、この未硬化の
光硬化性樹脂の前記立体表面像に位置する部分を前記落
射照明による光により硬化し、前記立体モデルの複写体
のシェル構造を造形することを特徴とする光学的立体造
形方法。

【００５５】（５）前記立体モデルに落射照明する前
に、未硬化の光硬化性樹脂に光を照射して予備硬化する
ことを特徴とする前記構成（４）の光学的立体造形方
法。

【００５６】構成（５）によれば、未硬化の光硬化性樹
脂の粘度が高くなり、光硬化性樹脂内で硬化したシェル
構造が移動せず、精度の良い立体モデルの複写体を光造
形することができる。

【００５７】（６）前記複写体は立体モデルを縮小した
形状であることを特徴とする前記構成（４）または
（５）の光学的立体造形方法。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、立体モデルの外形を積
層することなく造形できるので、短時間で立体モデルの
複写体を光造形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体モデル１の表面と複写体となる立
体表面像との関係を示す概念図である。

【図２】図２（ａ）は立体モデル表面の微細パターンに
よる反射光強度と微細パターンの薄膜による反射光強度
の関係を示す図、図２（ｂ）は複写体側で得られる微細
パターン像面での光強度と微細パターンの薄膜での光強
度の関係を示す図、図２（ｃ）は複写体側におけるデフ
ォーカス空間での光強度を示す図である。

【図３】被複写体側の微細パターン像面の位置を原点Ｏ
とし、デフォーカス量に対応した各位置における光強度
を示す図である。

【図４】複写体側の微細パターン像面の位置を原点Ｏと
し、その位置での最大光強度を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態１に使用する光学的立体造
形装置を概略的に示す断面である。

【図６】本発明の実施の形態１に用いる立体モデルの表
面に設けた微細パターンを示す図である。

【図７】本発明の実施の形態１における微細パターンの
薄膜部における反射率を説明するための図である。

【図８】本発明の実施の形態１の造形工程を示すブロッ
ク図である。

【図９】本発明の実施の形態２に使用する光学的立体造
形装置を概略的に示す断面である。

【図１０】本発明の実施の形態２の造形工程を示すブロ
ック図である。

【図１１】本発明の実施の形態２に用いる立体モデルの
表面に設けた微細パターンを示す図である。

【図１２】本発明の実施の形態２の微細パターンの形成
工程を示す図である。

【図１３】本発明の実施の形態３の造形工程を示すブロ
ック図である。

【図１４】本発明の実施の形態３に用いる立体モデルの
表面に設けた微細パターンを示す図である。

【図１５】立体モデルの変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１立体モデル１ａ表面２立体表面像３レンズ系４照明光５光硬化性樹脂槽６光硬化性樹脂１１立体モデル１１ａ表面１２水槽１３光硬化性樹脂槽１４光硬化性樹脂１５レンズ１９水２２，２６，２８微細パターン２２ａ，２６ａ，２８ａ薄膜部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明材からなる立体モデルの表面に薄膜
よりなる微細パターンを形成し、この微細パターンを形成した立体モデルに落射照明をし
て得られる前記立体モデルの立体表面像の像空間に未硬
化の光硬化性樹脂を配設し、この未硬化の光硬化性樹脂の前記立体表面像に位置する
部分を前記落射照明による光により硬化し、前記立体モデルの複写体のシェル構造を造形することを
特徴とする光学的立体造形方法。
【請求項２】前記立体モデルのシェル構造の複写体の
みを、さらに照明してシェル構造内部の光硬化可能な光
硬化性樹脂を光硬化して立体モデルの複写体を造形する
ことを特徴とする請求項１記載の光学的立体造形方法。
【請求項３】未硬化の光硬化性樹脂は、液状または結
晶化した光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１
または請求項２の光学的立体造形方法。