JPH10329219A - マイクロ光造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単位積層膜の厚さが変動しにくく、しかもこ
の厚さを非常に小さくできると共に、作製される立体モ
デルの形状精度が高く、加えて装置自体も小型化できる
マイクロ光造形装置を提供する。 【解決手段】 光検出器１１で膜厚計測用光ビーム６Ｂ
の焦点ＦＢとエレベータ５との間隔を計測して焦点誤差
信号ｆをコントローラ８へ送出させると共に、前記エレ
ベータ５の上面５ａ又は単位積層膜９の上面９ａを液状
樹脂４の液面４ｂと同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測
用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢをエレベータ５の上面５ａに
合わせた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベ
ータ５の降下幅を、前記焦点誤差信号ｆに基づいて前記
スライスデータの設定厚さΔｈとすることにより、液状
樹脂層４ａの光硬化により形成される単位積層膜９の厚
さが前記設定厚さΔｈと略同一となるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、感光性の液状樹
脂に、光ビーム（レーザー光）をコントローラ等で制御
しながら照射して光硬化させ、あらかじめ設定したスラ
イスデータに基づく薄板状の単位積層膜を積層すること
により、３次元の立体モデルを形成する光造形（光立体
成形）法に使用されるマイクロ光造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光造形法においては、ＮＣ機械
切削や工具による手作り等によることなく、中空体を含
む３次元の立体モデルを作製することができる。また、
この立体モデルの作製には、３次元ＣＡＤにより、この
立体モデルを水平方向に複数個に輪切りした薄板状のス
ライスデータ（形状データ）が利用されている。

【０００３】図１３に示すように、従来のこの種のマイ
クロ光造形装置としては、例えば、(a) ，(b) 上面照射
の自由液面方式、(c) 下面照射の規制液面方式、(d) 上
面照射の規制液面方式のもの等が知られている（生田幸
士：“マイクロ光造形（ＩＨプロセス）”, OPTRONICS,
4, pp.103-108, 1996）。

【０００４】(a) の上面照射の自由液面方式では、所定
位置に配置された上方に開口部３ｃを有する樹脂用容器
３と、所定位置に水平姿勢で昇降自在且つ単独で水平面
内移動自在に支持されて前記樹脂用容器３に注入する液
状樹脂４中に浸漬されるエレベータ５と、前記液状樹脂
４の液面４ｂより上方の所定位置に、この液状樹脂４を
光硬化させる硬化用光ビーム６Ａを下方へ照射可能に配
備された光源（図示せず）と、該光源より下方の所定位
置に、前記硬化用光ビーム６Ａを下方へ集光可能且つ焦
点位置調整可能に配備された集光レンズ（図示せず）と
を備え、前記エレベータ５の水平位置と高さ位置とをコ
ントローラ（図示せず）で制御することにより、あらか
じめ設定したスライスデータに基づいて、前記エレベー
タ５より上方の未硬化の液状樹脂層４ａをその液面４ｂ
に前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状態で
光硬化させて、前記エレベータ５上に所定厚さ及び所定
形状の単位積層膜９を順次に積層して所定形状の立体モ
デル１０を作製できるように構成されている。

【０００５】(b) の上面照射の自由液面方式では、上記
(a) において、前記エレベータ５を使用せず、所定位置
に略水平に配置される底板３ａと側壁板３ｂとからなる
樹脂用容器３が水平面内移動自在であると共に、この樹
脂用容器３に、前記液状樹脂層４ａが所定厚さとなるよ
うに適宜の量の液状樹脂４をその都度注入することによ
り、前記樹脂用容器３の底板３ａ上に単位積層膜９を順
次に積層できるように構成されている。

【０００６】(c) の下面照射の規制液面方式では、所定
位置に略水平に支持される底板３ａと側壁板３ｂとから
なり且つ前記底板３ａの所定範囲が透明部材６６で構成
された樹脂用容器３と、上記(a) と同様の昇降自在且つ
水平面内移動自在なエレベータ５と、前記樹脂用容器３
の底板３ａより下方の所定位置に、前記透明部材６６中
を透過して前記液状樹脂４を光硬化させる硬化用光ビー
ム６Ａを上方へ照射可能に配備された光源（図示せず）
と、該光源より上方の所定位置に、前記硬化用光ビーム
６Ａを上方へ集光可能且つ焦点位置調整可能に配備され
た集光レンズ（図示せず）とを備え、前記エレベータ５
の水平位置と高さ位置とをコントローラ（図示せず）で
制御することにより、あらかじめ設定したスライスデー
タに基づいて、前記エレベータ５と透明部材６６との間
の未硬化の液状樹脂層４ａを前記透明部材６６の上面６
６ｄに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状
態で光硬化させて、前記エレベータ５の下面５ｂに所定
厚さ及び所定形状の単位積層膜９を順次に積層できるよ
うに構成されている。

【０００７】(d) の上面照射の規制液面方式では、上記
(b) と同様の樹脂用容器３と、少なくとも底板５５ａと
側壁板５５ｂとから中空状に形成され且つ前記底板５５
ａの所定範囲が透明部材５６で構成されていると共に、
所定位置に前記底板５５ａが水平姿勢で昇降自在となる
ように支持されて前記樹脂用容器３に注入する液状樹脂
４中にその下端部が浸漬されるエレベータ５５と、該エ
レベータ５５の底板５５ａより上方の所定位置に、上記
(c) と同様の光源（図示せず）と集光レンズ（図示せ
ず）とを備え、前記樹脂用容器３の水平位置と、前記エ
レベータ５５の高さ位置とをコントローラ（図示せず）
で制御することにより、あらかじめ設定したスライスデ
ータに基づいて、前記樹脂用容器３の底板３ａと透明部
材５６との間の未硬化の液状樹脂層４ａを前記透明部材
５６の下面５６ｅに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡ
を合わせた状態で光硬化させて、前記樹脂用容器３の底
板３ａ上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９を順次
に積層できるように構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(a) 〜(d) のような従来のマイクロ光造形装置において
は、前記硬化用光ビーム６Ａの光源として光強度が変化
する紫外線レーザが使用されているので、(a) 及び(b)
のものでは、その光源の光強度変化により前記単位積層
膜９の厚さｈが変動するという問題点がある。また、こ
の厚さｈは、外気流による前記液状樹脂層４ａの液面４
ｂの波打ちによっても変動するという問題点がある（山
口勝美ら：“紫外線感光樹脂を使ったマイクロストラク
チャーの製造”，日本機械学会論文集Ｃ編, 62, 574, p
p.677-682, 1996 ）。

【０００９】また、この単位積層膜９（液状樹脂層４
ａ）の厚さｈは、(a) 、(c) 、及び(d) のものでは前記
エレベータ５，５５の降下時又は上昇時における機械精
度に依存し、(b) のものでは前記液状樹脂４の注入量に
依存するので、作製される立体モデル１０の形状精度が
高くないという問題点がある。

【００１０】更に、(c) 及び(d) の規制液面方式のもの
では、(a) 及び(b) の自由液面方式のものよりは前記厚
さｈを小さくできるが、前記樹脂用容器３の底板３ａと
エレベータ５，５５等との間に液状樹脂４がその粘性に
より侵入しなかったり、あるいは侵入した場合でも前記
底板３ａとエレベータ５，５５等とが接着するので、前
記厚さｈを非常に小さくしようとしてもできないという
問題点がある。

【００１１】加えて、前記光源としての紫外線レーザは
大型であるので、装置自体の小型化が難しいという問題
点がある。

【００１２】この発明は、以上のような問題点に鑑みて
なされたものであり、単位積層膜の厚さが変動しにく
く、しかもこの厚さを非常に小さくできると共に、作製
される立体モデルの形状精度が高く、加えて装置自体も
小型化できるマイクロ光造形装置を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段とするところは、第１に、所定位置に配置された
上方に開口部を有する樹脂用容器と、所定位置に水平姿
勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液
状樹脂中に浸漬されるエレベータと、前記液状樹脂の液
面より上方の所定位置に配置されて、この液状樹脂を光
硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザか
らなる光源と、未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過す
る膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからな
る膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測
用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調
整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレ
ベータからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘ
ッドとを備え、前記エレベータが樹脂用容器と共に若し
くは単独で水平面内移動自在であるか、又は、前記光ヘ
ッドが水平面内移動自在であると共に、このエレベータ
又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベータの高さ位置
とをコントローラで制御することにより、あらかじめ設
定したスライスデータに基づいて、前記エレベータより
上方の未硬化の液状樹脂層をその液面に前記硬化用光ビ
ームの焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記エレベ
ータ上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積
層できるマイクロ光造形装置であって、前記光検出器で
膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測
して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共
に、前記エレベータの上面又は単位積層膜の上面を前記
液状樹脂の液面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用
光ビームの焦点をエレベータの上面に合わせた時を基準
高さとし、この基準高さからのエレベータの降下幅を、
前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定
厚さとすることにより、前記液状樹脂層の光硬化により
形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一と
なるように構成したことにある。

【００１４】第２に、所定位置に配置された上方に開口
部を有する樹脂用容器と、所定位置に水平姿勢で昇降自
在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中に
浸漬されるエレベータと、前記液状樹脂の液面より上方
の所定位置に配置されて、この液状樹脂を光硬化させる
硬化用光ビームとこれと同一波長の膜厚計測用光ビーム
とを照射可能な半導体レーザからなる光源と、前記硬化
用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で
且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜
厚計測用光ビームのエレベータからの反射光を検出する
光検出器とを有する光ヘッドとを備え、前記エレベータ
が樹脂用容器と共に若しくは単独で水平面内移動自在で
あるか、又は、前記光ヘッドが水平面内移動自在である
と共に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前
記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御するこ
とにより、あらかじめ設定したスライスデータに基づい
て、前記エレベータより上方の未硬化の液状樹脂層をそ
の液面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光
硬化させて、前記エレベータ上に所定厚さ及び所定形状
の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置で
あって、前記エレベータ上における前記硬化用光ビーム
による光硬化時の位置から側方へ所定距離離れた位置
に、このエレベータ上の所定範囲に前記液状樹脂が侵入
しないように包囲壁を立設し、該包囲壁内で前記光検出
器により膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間
隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送出さ
せると共に、前記エレベータの上面又は単位積層膜の上
面を前記液状樹脂の液面と同じ高さにし、且つ、前記膜
厚計測用光ビームの焦点をエレベータの上面に合わせた
時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの降
下幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデー
タの設定厚さとすることにより、前記液状樹脂層の光硬
化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと
略同一となるように構成したことにある。

【００１５】第３に、前記エレベータ上に所定厚さのス
ペーサを載置し、このスペーサ上に前記単位積層膜を順
次に積層できるように構成したことにある。

【００１６】第４に、所定位置に略水平に配置される底
板と側壁板とからなる樹脂用容器と、少なくとも底板と
側壁板とから中空状に形成され且つ前記底板の所定範囲
が透明部材で構成されていると共に、所定位置に前記底
板が水平姿勢で昇降自在となるように支持されて前記樹
脂用容器に注入する液状樹脂中にその下端部が浸漬され
るエレベータと、該エレベータの底板より上方の所定位
置に配置されて、前記透明部材中を透過して前記液状樹
脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レ
ーザからなる光源と、前記透明部材と未硬化及び硬化後
の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能
な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用
光ビーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且
つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚
計測用光ビームの樹脂用容器の底板からの反射光を検出
する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、前記樹脂用
容器又は光ヘッドが水平面内移動自在であると共に、こ
の樹脂用容器又は光ヘッドの水平位置と、前記エレベー
タの高さ位置とをコントローラで制御することにより、
あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記樹
脂用容器の底板と透明部材との間の未硬化の液状樹脂層
を前記透明部材の下面に前記硬化用光ビームの焦点を合
わせた状態で光硬化させて、前記樹脂用容器の底板上に
所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できる
マイクロ光造形装置であって、前記光検出器で膜厚計測
用光ビームの焦点と樹脂用容器の底板との間隔を計測し
て焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共
に、前記透明部材の下面を前記樹脂用容器の底板の上面
又は単位積層膜の上面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚
計測用光ビームの焦点を樹脂用容器の底板の上面に合わ
せた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータ
の上昇幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライス
データの設定厚さとすることにより、前記液状樹脂層の
光硬化により形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚
さと略同一となるように構成したことにある。

【００１７】第５に、所定位置に略水平に支持される底
板と側壁板とからなり且つ前記底板の所定範囲が透明部
材で構成された樹脂用容器と、所定位置に水平姿勢で昇
降自在に支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂
中に浸漬されるエレベータと、前記樹脂用容器の底板よ
り下方の所定位置に、前記透明部材中を透過して前記液
状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能な半導
体レーザからなる光源と、前記透明部材と未硬化及び硬
化後の液状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射
可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬
化用光ビーム及び膜厚計測用光ビームを上方へ集光可能
で且つそれらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記
膜厚計測用光ビームのエレベータの下面からの反射光を
検出する光検出器とを有する光ヘッドとを備え、前記エ
レベータ又は光ヘッドが水平面内移動自在であると共
に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前記エ
レベータの高さ位置とをコントローラで制御することに
より、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、
前記エレベータと透明部材との間の未硬化の液状樹脂層
を前記透明部材の上面に前記硬化用光ビームの焦点を合
わせた状態で光硬化させて、前記エレベータの下面に所
定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマ
イクロ光造形装置であって、前記光検出器で膜厚計測用
光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測して焦点誤
差信号を前記コントローラへ送出させると共に、前記エ
レベータの下面又は単位積層膜の下面を前記透明部材の
上面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビームの
焦点をエレベータの下面に合わせた時を基準高さとし、
この基準高さからのエレベータの上昇幅を、前記焦点誤
差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さとする
ことにより、前記液状樹脂層の光硬化により形成される
単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一となるように
構成したことにある。

【００１８】第６に、所定位置に液状樹脂を滴下可能に
支持された樹脂滴下手段と、該樹脂滴下手段からその上
面に滴下される液状樹脂を回転の遠心力により所定厚さ
の液状樹脂層に形成可能なように、所定位置に水平姿勢
で回転自在且つ昇降自在に配置されたスピナーと、該ス
ピナーより上方の所定位置に、前記液状樹脂を光硬化さ
せる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる
光源と、未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜厚
計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜厚
計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光ビ
ームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可能
な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのスピナーか
らの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッドとを
備え、前記スピナー又は光ヘッドが水平面内移動自在で
あると共に、前記樹脂滴下手段における液状樹脂の滴下
量と、前記スピナーの回転速度と、前記スピナー又は光
ヘッドの水平位置と、前記スピナーの高さ位置とをコン
トローラで制御することにより、あらかじめ設定したス
ライスデータに基づいて、前記スピナー上に形成される
未硬化の液状樹脂層の所定範囲を、前記スピナーを静止
させ且つ前記液状樹脂層の液面に前記硬化用光ビームの
焦点を合わせた状態で光硬化させて、前記スピナー上に
所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できる
マイクロ光造形装置であって、前記光検出器で膜厚計測
用光ビームの焦点とスピナーとの間隔を計測して焦点誤
差信号を前記コントローラへ送出させると共に、前記膜
厚計測用光ビームの焦点をスピナーの上面に合わせた時
を基準高さとし、この状態で前記液状樹脂層の厚さを前
記スライスデータの設定厚さに形成して、前記基準高さ
からのスピナーの降下幅を、前記焦点誤差信号に基づい
て前記設定厚さとすることにより、前記光硬化時におけ
る硬化用光ビームの焦点位置を略一定の高さに保持でき
るように構成したことにある。

【００１９】第７に、前記液状樹脂層の中心部分を光硬
化させると共に、この中心部分から外方へ所定間隔離れ
た外周部分を光硬化させて、前記スピナー上に所定厚さ
及び所定形状の単位積層膜と、この単位積層膜から外方
へ所定間隔離れた単位積層包囲膜とをそれぞれ順次に積
層できるように構成したことにある。

【００２０】第８に、前記スピナーを包囲するように所
定位置に側面カバーを設けたことにある。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。なお、既述の従来技術と同じ構成
については、同一符号を付してその説明を省略する。こ
こで、下記第１乃至第３実施形態では上面照射の自由液
面方式、第４実施形態では上面照射の規制液面方式、第
５実施形態では下面照射の規制液面方式、第６実施形態
ではスピナー方式のものについてそれぞれ説明する。

【００２２】図１及び図２に示すように、第１実施形態
に係るマイクロ光造形装置１は、必要に応じて配備され
るステージ２と、樹脂用容器３と、この樹脂用容器３に
注入する液状樹脂４中に浸漬されるエレベータ５と、前
記液状樹脂４を光硬化させる硬化用光ビーム６Ａと未硬
化及び硬化後の液状樹脂４中を透過する膜厚計測用光ビ
ーム６Ｂを下方へ集光照射可能且つ焦点位置調整に配備
された光ヘッド７とを備え、例えば前記ステージ２の水
平位置とエレベータ５の高さ位置とをコントローラ８で
制御することにより、あらかじめ設定したスライスデー
タに基づいて、前記エレベータ５より上方の未硬化の液
状樹脂層４ａをその液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａ
の焦点ＦＡを合わせた状態で光硬化させて、前記エレベ
ータ５上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９を順次
に積層して所定形状の立体モデル１０を作製できるよう
に構成した、上面照射の自由液面方式のものである。

【００２３】そして、このマイクロ光造形装置１におい
ては、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂのエレベータ５から
の反射光６Ｃを検出可能に前記光ヘッド７に内蔵された
光検出器１１で、膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢと
エレベータ５との間隔を計測して焦点誤差信号ｆを前記
コントローラ８へ送出させると共に、前記エレベータ５
の上面５ａ又は単位積層膜９の上面９ａを前記液状樹脂
４の液面４ｂと同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光
ビーム６Ｂの焦点ＦＢをエレベータ５の上面５ａに合わ
せた時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータ
５の降下幅を、前記焦点誤差信号ｆに基づいて前記スラ
イスデータの設定厚さΔｈとすることにより、前記液状
樹脂層４ａの光硬化により形成される単位積層膜９の厚
さが前記設定厚さΔｈと略同一となるように構成されて
いる。

【００２４】前記ステージ２は、必要に応じて所定位置
に略水平に配備されている。そして、前記エレベータ５
が例えば樹脂用容器３と共に水平面内移動自在となるよ
うにするために、前記樹脂用容器３を配置したこのステ
ージ２が水平面内移動自在とされている。この場合のそ
の水平位置は、前記コントローラ８により制御される
が、このステージ２の代わりに、前記光ヘッド７を水平
面内移動自在とした場合には、図１中に二点鎖線で示す
ように、この光ヘッド７の水平位置が前記コントローラ
８により制御される。

【００２５】前記樹脂用容器３は、例えば、前記ステー
ジ２上に配置され、底板３ａと側壁板３ｂとから構成さ
れて上方に開口部３ｃを有している。

【００２６】前記エレベータ５は、例えば、前記樹脂用
容器３の底板３ａ上に載置した適宜の昇降装置１２等に
水平姿勢で昇降自在に固定され、この樹脂用容器３に注
入する液状樹脂４中に浸漬される。また、このエレベー
タ５は、前記水平面内移動自在なステージ２上に配置し
た樹脂用容器３に固定されることにより、上記のよう
に、この樹脂用容器３と共に水平面内移動自在となって
いる。なお、このエレベータ５の上面５ａは、前記膜厚
計測用光ビーム６Ｂを効率良く反射させるために鏡面研
摩しておいてもよい。

【００２７】前記液状樹脂４としては、例えば、可視光
線や紫外線の照射によって重合反応が開始されて光硬化
されるラジカル重合性のモノマーやプレポリマー等が挙
げられ、必要に応じて、例えばカンファーキノンと還元
剤と色素等を混合したもの又はベンゾインメチルエーテ
ル等の適宜の光増感剤を配合して使用される。このよう
な液状樹脂４としては、低粘度で、安定性に優れると共
に、感光性の高いものが望ましく、例えば、多官能メタ
クリレート等を好適に使用できる。

【００２８】前記光ヘッド７は、前記液状樹脂４を光硬
化させる硬化用光ビーム６Ａと、前記未硬化の液状樹脂
４及び硬化後の単位積層膜９中を透過する膜厚計測用光
ビーム６Ｂとを、その下端部に昇降自在に配備した集光
レンズ１３により下方へ集光照射可能且つ焦点位置調整
可能に、例えば所定形状のアーム１４等で前記液状樹脂
４の液面４ｂより上方の所定位置に固定されている。

【００２９】この光ヘッド７としては、例えば図３及び
図４に示すように、ＤＶＤ（デジタル・ビデオ・ディス
ク）用の光ヘッド７（R.Katayama et al:"Dual wavelen
gthOptical Head for 0.6 mm and 1.2 mm Substrate Th
ickness", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.36 (1997), pp.460-
466）等を使用できる。なお、図３及び図４中、１３は
集光レンズ、１５はＨＯＥ（ホログラフィックオプティ
カルエレメント）、１６はλ／４板、１７は干渉フィル
タ、１８はＰＢＳ（プリズムビームスプリッタ）であ
る。また、１９Ａは例えば波長６３５ｎｍの硬化用光ビ
ーム６Ａを照射可能な半導体レーザからなる光源、１９
Ｂは例えば波長７８５ｎｍの膜厚計測用光ビーム６Ｂを
照射可能な半導体レーザからなる膜厚計測用光源、１１
は前記反射光６Ｃを検出し、前記膜厚計測用光ビーム６
Ｂの焦点ＦＢとエレベータ５との間隔を計測して焦点誤
差信号ｆを前記コントローラ８へ送出可能な光検出器で
ある。更に、２０は前記硬化用光ビーム６Ａの焦点位置
調整用の光検出器、２１は、波長６３５ｎｍに対しては
ＮＡ＝０．６，波長７８５ｎｍに対してはＮＡ＝０．４
５とするための干渉フィルタからなる可変開口である。

【００３０】前記コントローラ８は、所定位置に配備さ
れ、前記水平面内移動自在なエレベータ５、即ちステー
ジ２又は光ヘッド７の水平位置と、前記昇降自在なエレ
ベータ５の高さ位置とを制御する。そして、あらかじめ
設定したスライスデータに基づいて、前記エレベータ５
より上方の未硬化の液状樹脂層４ａをその液面４ｂに前
記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを合わせた状態で光硬
化させて、前記エレベータ５上に所定厚さ及び所定形状
の単位積層膜９を順次に積層することにより、所定形状
の３次元の立体モデル１０が作製される。

【００３１】なお、前記スライスデータは、前記立体モ
デル１０を水平方向に複数個に輪切りにして得られる３
次元ＣＡＤによる薄板状の前記単位積層膜９の形状デー
タであり、あらかじめ前記コントローラ８に記憶させて
おいてもよいし、あるいはこのコントローラ８を接続し
たコンピュータ等の記憶装置等にあらかじめ記憶させて
おき、必要に応じて読み出し可能としておいてもよい。

【００３２】次に、上記のように構成されたマイクロ光
造形装置１の動作について説明する。まず、前記樹脂用
容器３に所定量の液状樹脂４を注入しておく。次いで、
前記コントローラ８により、前記エレベータ５が昇降し
て、このエレベータ５の上面５ａが前記液状樹脂４の液
面４ｂと同じ高さになるように調整される。この状態で
前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢが前記エレベー
タ５の上面５ａに合わせられて基準高さとされた後、エ
レベータ５が降下する。このエレベータ５の降下は、前
記焦点誤差信号ｆにより、エレベータ５の降下幅が前記
スライスデータの設定厚さΔｈと同じになった時点で止
まる。この際、エレベータ５と前記液状樹脂４の液面４
ｂとの間には、前記設定厚さΔｈと略同じ厚さの液状樹
脂層４ａが形成されているので、その液面４ｂに前記硬
化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡが合わせられ、前記スライ
スデータに基づいて前記ステージ２又は光ヘッド７が水
平面内移動すれば、前記設定厚さΔｈと略同じ厚さで且
つ所定形状の最下層の単位積層膜９がエレベータ５上に
形成される。

【００３３】２層目より上層の単位積層膜９が形成され
る場合においては、その単位積層膜９の上面９ａが前記
液状樹脂４の液面４ｂと同じ高さにされた時点が基準高
さとなる。その後は、上記と同様の動作が繰り返され、
複数の単位積層膜９が積層されて立体モデル１０が作製
される。

【００３４】即ち、前記コントローラ８により、前記基
準高さからのエレベータ５の降下幅を、前記焦点誤差信
号ｆに基づいて前記スライスデータの設定厚さΔｈとす
ることにより、前記液状樹脂層４ａの光硬化により形成
される単位積層膜９の厚さが前記設定厚さΔｈと略同一
となるように構成されているので、前記単位積層膜９を
スライスデータに基づいてより精密に形成でき、そのた
め立体モデル１０の形状精度が高いという利点がある。

【００３５】また、前記硬化用光ビーム６Ａの光源１９
Ａや膜厚計測用光ビーム６Ｂの膜厚計測用光源１９Ｂ
は、いずれもそれ自体が小さい半導体レーザからなるの
で、これら光源１９Ａと膜厚計測用光源１９Ｂの他、前
記光検出器１１や集光レンズ１３等をも全て光ヘッド７
にコンパクトに配備することができ、そのため、当該マ
イクロ光造形装置１自体を小型化できるという利点があ
る。また、半導体レーザからなる光源１９Ａから照射さ
れる硬化用光ビーム６Ａは、１μｍ以下まで集光可能で
あるので立体モデル１０をより精密に作製できると共
に、光強度変化が少ないので前記単位積層膜９の厚さΔ
ｈが変動しにくいという利点もある。

【００３６】なお、この第１実施形態においては、前記
ステージ２を水平面内移動自在とすることにより前記エ
レベータ５を水平面内移動自在としているが、これに限
定されるものではなく、前記樹脂用容器３内に固定した
このエレベータ５自体を、公知の従来技術を利用して水
平面内移動自在としておいてもよい。

【００３７】図５に示すように、第２実施形態に係るマ
イクロ光造形装置３１は、上記第１実施形態において、
前記エレベータ５を樹脂用容器３内に固定する代わり
に、例えば所定位置に配備された図示しない昇降装置等
に接続したアーム３２等で略水平に支持することによ
り、水平姿勢で昇降自在且つ単独で水平面内移動自在と
なるようにしたものである。

【００３８】この場合、エレベータ５の水平位置が前記
コントローラ８により制御されるが、上記と同様、この
エレベータ５の代わりに前記光ヘッド７を水平面内移動
自在とした場合には、図５中に二点鎖線で示すように、
この光ヘッド７の水平位置が前記コントローラ８により
制御される。その他の動作は、第１実施形態と同様であ
る。

【００３９】従って、上記と同様、前記膜厚計測用光ビ
ーム６Ｂによる計測を行うので、立体モデル１０の形状
精度が高いという利点がある。

【００４０】図６に示すように、第３実施形態に係るマ
イクロ光造形装置４１は、上記第１又は第２実施形態に
おいて、前記光源１９Ａが硬化用光ビーム６Ａとこれと
同一波長の膜厚計測用光源６Ｂとを照射可能であり、前
記エレベータ５上における前記硬化用光ビーム６Ａによ
る光硬化時の位置から側方へ所定距離離れた位置に、こ
のエレベータ５上の所定範囲Ｌに前記液状樹脂４が侵入
しないように包囲壁４２を立設し、該包囲壁４２内で前
記反射光６Ｃを検出すると共に、必要に応じて前記エレ
ベータ５上に所定厚さのスペーサ４３を載置し、このス
ペーサ４３上に前記単位積層膜９を順次に積層できるよ
うに構成したものである。

【００４１】前記光ヘッドとしては、例えば図７に示す
ように、ＤＶＤ（デジタル・ビデオ・ディスク）用の光
ヘッド４７（Y.Komma et al:"Dual Focus Optical Head
with a Hologram-Integrated Lens", Jpn.J.Appl.Phy
s., Vol.36 (1997), pp.474-480）等を使用できる。な
お、図７中、１３，４４は集光レンズ、４５はビームス
プリッター、４９は例えば波長６５０ｎｍの硬化用光ビ
ーム６Ａと膜厚計測用光源６Ｂを照射可能な半導体レー
ザからなる光源、５０は検出レンズである。また、１１
は、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの前記エレベータ５か
らの反射光６Ｃを検出し、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂ
の焦点ＦＢとエレベータ５との間隔を計測して焦点誤差
信号ｆを前記コントローラ８へ送出可能であると共に、
前記硬化用光ビーム６Ａの焦点位置調整が可能である光
検出器である。

【００４２】次に、当該マイクロ光造形装置４１の動作
について説明する。即ち、前記基準高さにおける膜厚計
測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢは、前記液状樹脂４が侵入
していない前記包囲壁４２内のエレベータ５の上面５ａ
に合わせられる。次いで、前記ステージ２、エレベータ
５、又は光ヘッド４７が水平面内移動して、側方へ所定
距離離れた位置にある前記スペーサ４３の上方の液面４
ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡが合わせられ、
上記と同様にしてスペーサ４３上に単位積層膜９が積層
される。

【００４３】なお、前記スペーサ４３を使用する場合に
おいてこのスペーサ４３上に最下層の単位積層膜９を形
成する際には、前記液状樹脂４の液面４ｂにエレベータ
５の上面５ａを合わせて基準高さとし、この基準高さか
らのエレベータ５の降下幅を前記単位積層膜５の厚さと
スペーサ４３の厚さの和としてもよいし、あるいは、前
記液状樹脂４の液面４ｂにスペーサ４３の上面４３ａを
合わせて基準高さとし、この基準高さからのエレベータ
５の降下幅を前記単位積層膜９の厚さとしてもよい。

【００４４】このように、前記硬化用光ビーム６Ａと膜
厚計測用光ビーム６Ｂが同一波長である光ヘッド４７を
使用する場合でも、膜厚計測用光ビーム６Ｂによる計測
と硬化用光ビーム６Ａによる光硬化とを所定距離離れた
異なる位置で行うように構成しておけば、上記と同様、
前記単位積層膜９をスライスデータに基づいてより精密
に形成でき、そのため立体モデル１０の形状精度が高い
という利点等がある。

【００４５】また、この実施形態のように、前記スペー
サ４３を使用してこのスペーサ４３上に単位積層膜９を
積層できるようにした場合には、前記硬化用光ビーム６
Ａの焦点位置（光スポット）と膜厚計測用光ビーム６Ｂ
の焦点位置（光スポット）との間隔が大きい場合でも、
上記の計測を行ってからの光硬化時における硬化用光ビ
ーム６Ａの焦点ＦＡ合わせをより小さい範囲で効率良く
できるという利点がある。

【００４６】図８及び図９に示すように、第４実施形態
に係るマイクロ光造形装置５１は、上記第１実施形態に
おいて、エレベータ５５が、少なくとも底板５５ａと側
壁板５５ｂとから中空状に形成され且つ前記底板５５ａ
の所定範囲が透明部材５６で構成されていると共に、所
定位置に前記底板５５ａが水平姿勢で昇降自在となるよ
うに支持されて前記樹脂用容器３に注入する液状樹脂４
中にその下端部が浸漬されるようにした、上面照射の規
制液面方式のものである。

【００４７】そして、このマイクロ光造形装置５１は、
前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの前記樹脂用容器３の底板
３ａからの反射光６Ｃを前記光検出器１１で検出し、前
記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢと樹脂用容器３の
底板３ａとの間隔を計測して焦点誤差信号ｆを前記コン
トローラ８へ送出させると共に、前記透明部材５６の下
面５６ｅを前記樹脂用容器３の底板３ａの上面３ｄ又は
単位積層膜９の上面９ａと同じ高さにし、且つ、前記膜
厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢを樹脂用容器３の底板
３ａの上面３ｄに合わせた時を基準高さとし、この基準
高さからのエレベータ５５の上昇幅を、前記焦点誤差信
号ｆに基づいて前記スライスデータの設定厚さΔｈとす
ることにより、前記液状樹脂層４ａの光硬化により形成
される単位積層膜９の厚さが前記設定厚さΔｈと略同一
となるように構成されている。

【００４８】次に、当該マイクロ光造形装置５１の動作
について説明する。このマイクロ光造形装置５１におい
ては、前記単位積層膜９は、前記樹脂用容器３の底板３
ａ上に積層される。即ち、まず、前記コントローラ８に
より、前記エレベータ５５が昇降して、前記樹脂用容器
３の底板３ａ上に前記エレベータ５５の底板５５ａが当
接するように載置される。この状態で前記透明部材５６
を透過した膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢが前記樹
脂用容器３の底板３ａの上面３ｄに合わせられて基準高
さとされた後、エレベータ５５が上昇する。このエレベ
ータ５５の上昇は、前記焦点誤差信号ｆにより、エレベ
ータ５５の上昇幅が前記スライスデータの設定厚さΔｈ
と同じになった時点で止まる。この際、樹脂用容器３の
底板３ａと前記エレベータ５５の底板５５ａとの間に
は、前記設定厚さΔｈと略同じ厚さの液状樹脂層４ａが
形成されているので、その液面４ｂ、即ち前記透明部材
５６の下面５６ｅに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡ
が合わせられ、前記スライスデータに基づいて前記樹脂
用容器３、即ちステージ２又は光ヘッド７が水平面内移
動すれば、前記設定厚さΔｈと略同じ厚さで且つ所定形
状の最下層の単位積層膜９が前記樹脂用容器３の底板３
ａ上に形成される。

【００４９】２層目より上層の単位積層膜９が形成され
る場合においては、その単位積層膜９の上面９ａが前記
透明部材５６の下面５６ｅに当接されている状態が基準
高さとなる。その後は、上記と同様の動作が繰り返さ
れ、複数の単位積層膜９が前記樹脂用容器３の底板３ａ
上に積層されて立体モデル１０が作製される。

【００５０】このように、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂ
による計測を行うので立体モデル１０の形状精度が高い
のに加え、前記液状樹脂層４ａの液面４ｂが前記エレベ
ータ５５の底板５５ａにより規制されるので、前記単位
積層膜９の厚さが変動しないと共に、上記の自由液面方
式に比べて単位積層膜９の厚さをより小さく形成できる
という利点もある。

【００５１】図１０及び図１１に示すように、第５実施
形態に係るマイクロ光造形装置６１は、上記第４実施形
態において、前記樹脂用容器３が、所定範囲を透明部材
６６で構成した底板３ａと側壁板３ｂとからなり、例え
ば前記ステージ２上に、前記透明部材６６がこのステー
ジ２に形成した下面照射用開口部６２の上方に位置する
ように載置されると共に、前記光ヘッド７が樹脂用容器
３の底板３ａより下方の所定位置に、前記硬化用光ビー
ム６Ａと膜厚計測用光ビーム６Ｂとを上方へ集光照射可
能且つ焦点位置調整可能に配備された、下面照射の規制
液面方式のものである。

【００５２】即ち、このマイクロ光造形装置６１におい
ては、前記硬化用光ビーム６Ａの焦点ＦＡを前記樹脂用
容器３の底板３ａの透明部材６６の上面６６ｄに合わせ
ることにより、前記エレベータ５の下面５ｂに単位積層
膜９が下方へ積層される。この場合、前記膜厚計測用光
ビーム６Ｂによる計測は、前記エレベータ５の下面５ｂ
からの反射光６Ｃを検出することにより行われる。ま
た、前記コントローラ８により、水平面内移動自在なエ
レベータ５又は光ヘッド７の水平位置と、昇降自在なエ
レベータ５の高さ位置とが制御される。その他の動作に
ついては、第４実施形態とは上下が逆に、即ち、前記単
位積層膜９が下方へ順次に積層されること以外は第４実
施形態とほぼ同様である。

【００５３】このように、上記と同様、前記膜厚計測用
光ビーム６Ｂによる計測を行うので立体モデル１０の形
状精度が高いのに加え、前記液状樹脂層４ａの液面４ｂ
（下面）が前記樹脂用容器３の底板３ａの透明部材６６
の上面６６ｄにより規制されるので、前記単位積層膜９
の厚さが変動しないと共に、上記の自由液面方式に比べ
て単位積層膜９の厚さをより小さく形成できるという利
点もある。

【００５４】図１２に示すように、第６実施形態に係る
マイクロ光造形装置７１は、必要に応じて水平姿勢で水
平面内移動自在に配備されるステージ２と、樹脂滴下装
置（樹脂滴下手段）７２と、水平姿勢で回転自在且つ昇
降自在であって前記ステージ２と共に水平面内移動自在
であるスピナー７３と、上記と同様の光ヘッド７と、前
記樹脂滴下装置７２における液状樹脂４の滴下量、前記
スピナー７３の回転速度、前記スピナー７３、即ちステ
ージ２又は光ヘッド７の水平位置及び前記スピナー７３
の高さ位置を制御するコントローラ８とを備え、あらか
じめ設定したスライスデータに基づいて、前記スピナー
７３上に形成される未硬化の液状樹脂層４ａの中心部分
と、必要に応じてこの中心部分から外方へ所定間隔離れ
た外周部分とを、前記スピナー７３を静止させ且つ前記
液状樹脂層４ａの液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの
焦点ＦＡを合わせた状態で光硬化させて、前記スピナー
７３上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜９と、この
単位積層膜９から外方へ所定間隔離れた単位積層包囲膜
７４とを順次に積層できるように構成したものである。

【００５５】そして、このマイクロ光造形装置７１は、
前記膜厚計測用光ビーム６Ｂのスピナー７３からの反射
光６Ｃを前記光検出器１１で検出し、前記膜厚計測用光
ビーム６Ｂの焦点ＦＢとスピナー７３との間隔を計測し
て焦点誤差信号ｆを前記コントローラ８へ送出させると
共に、前記膜厚計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢをスピナ
ー７３の上面７３ａに合わせた時を基準高さとし、この
状態で前記液状樹脂層４ａの厚さを前記スライスデータ
の設定厚さΔｈに形成して、前記基準高さからのスピナ
ー７３の降下幅を、前記焦点誤差信号ｆに基づいて前記
設定厚さΔｈとすることにより、前記光硬化時における
硬化用光ビーム６Ａの焦点位置を略一定の高さに保持で
きるように構成されている。

【００５６】前記ステージ２は、必要に応じて所定位置
に水平姿勢で水平面内移動自在に配備され、このステー
ジ２より上方の所定位置に、液状樹脂４を滴下可能に前
記樹脂滴下装置７２が支持されている。

【００５７】前記ステージ２は、前記スピナー７３を水
平面内移動自在とするために必要に応じて水平面内移動
自在とされるが、このステージ２の代わりに、前記光ヘ
ッド７を水平面内移動自在としてもよい。なお、この実
施形態のように、必要に応じて例えばこのステージ２上
等の所定位置に、前記スピナー７３を包囲するように側
面カバー７５を設けておけば、前記スピナー７３の回転
による外方への液状樹脂４の飛散を防止できるという利
点がある。

【００５８】また、前記樹脂滴下装置７２における液状
樹脂４の滴下量は、前記コントローラ８により制御され
るが、樹脂滴下手段としては、この実施形態のような樹
脂滴下装置７２に限定されるものではなく、適宜のもの
を使用できる。

【００５９】前記スピナー７３は、前記液状樹脂４がそ
の上面７３ａに滴下され且つこの液状樹脂４を回転の遠
心力により所定厚さの液状樹脂層４ａに形成可能なよう
に、例えば前記ステージ２上に水平姿勢で回転自在且つ
昇降自在に固定されている。そして、このスピナー７３
の回転速度は、前記コントローラ８により制御され、そ
の上面７３ａに形成される液状樹脂層４ａが適宜の厚さ
とされる。

【００６０】前記コントローラ８は、所定位置に配備さ
れ、上記のように、前記樹脂滴下装置７２における液状
樹脂４の滴下量と、前記スピナー７３の回転速度と、前
記スピナー７３、即ちステージ２又は光ヘッド７の水平
位置と、前記スピナー７３の高さ位置とを制御する。そ
して、あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、
前記スピナー７３上に単位積層膜９と、必要に応じて単
位積層包囲膜７４とを順次に積層することにより、所定
形状の３次元の立体モデル１０が作製される。

【００６１】次に、上記のように構成されたマイクロ光
造形装置７１の動作について説明する。まず、前記膜厚
計測用光ビーム６Ｂの焦点ＦＢをスピナー７３の上面７
３ａに合わせて基準高さとし、この状態で前記樹脂滴下
装置７２からスピナー７３上へ所定量の液状樹脂４を滴
下した後、前記コントローラ８によりスピナー７３を適
宜の速度で高速回転させ、その回転の遠心力により形成
される液状樹脂層４ａの厚さを前記スライスデータの設
定厚さΔｈに形成する。次いで、前記スピナー７３が降
下するが、その降下は、前記焦点誤差信号ｆにより、こ
のスピナー７３の降下幅が前記スライスデータの設定厚
さΔｈと同じになった時点で止まる。そして、前記液状
樹脂層４ａの液面４ｂに前記硬化用光ビーム６Ａの焦点
ＦＡが合わせられ、前記スライスデータに基づいて前記
スピナー７３、即ちステージ２又は光ヘッド７が水平面
内移動すれば、前記液状樹脂層４ａの中心部分に前記設
定厚さΔｈと略同じ厚さで且つ所定形状の最下層の単位
積層膜９が形成される。また、前記液状樹脂層４ａの外
周部分には、この単位積層膜９から外方へ所定間隔を開
けて単位積層包囲膜７４が形成される。

【００６２】２層目より上層の単位積層膜９と飛散防止
用単位積層包囲膜７４は、上記の動作を繰り返して形成
される。なお、この実施形態のように、前記単位積層包
囲膜７４を形成した場合には、これら単位積層膜９と単
位積層包囲膜７４との間に液状樹脂４が溜まるので、こ
の液状樹脂４により単位積層膜９を所定数積層した立体
モデル１０の前記スピナー７３の回転時における変形や
破損等が防止されると共に、液状樹脂４の飛散も防止さ
れるという利点がある。

【００６３】当該マイクロ光造形装置７１は、上記のよ
うに構成されているので、硬化用光ビーム６Ａの焦点Ｆ
Ａ合わせが不要であるか又は必要な場合でも非常に短時
間で済むという利点がある。また、このようなスピナー
方式のものによれば、前記液状樹脂層４ａの厚さを非常
に小さくできるので、前記スライスデータの設定厚さΔ
ｈが非常に小さい場合でも十分に対応でき、そのため立
体モデル１０の形状精度をより高くできるという利点が
ある。

【００６４】以上、第２（第３）、第４乃至第６実施形
態においては、エレベータ５，５５やスピナー７３を昇
降自在としているが、これに限定されるものではなく、
前記樹脂用容器３やスピナー７３を配置する例えば前記
ステージ２等を昇降自在とすることもできる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、上面照射の自由液面方式において、前記コントロー
ラにより、前記基準高さからのエレベータの降下幅を、
前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定
厚さとすることにより、前記液状樹脂層の光硬化により
形成される単位積層膜の厚さが前記設定厚さと略同一と
なるように構成されているので、前記単位積層膜をスラ
イスデータに基づいてより精密に形成でき、そのため立
体モデルの形状精度が高いという利点がある。また、前
記硬化用光ビームの光源や膜厚計測用光ビームの膜厚計
測用光源は、いずれもそれ自体が小さい半導体レーザか
らなるので、これら光源と膜厚計測用光源の他、前記光
検出器や集光レンズ等も全て光ヘッドにコンパクトに配
備することができ、そのため、当該マイクロ光造形装置
自体を小型化できるという利点がある。また、半導体レ
ーザからなる光源から照射される硬化用光ビームは、１
μｍ以下まで集光可能であるので立体モデルをより精密
に作製できると共に、光強度変化が少ないので前記単位
積層膜の厚さが変動しにくいという利点もある。

【００６６】請求項２の発明によれば、上面照射の自由
液面方式において、前記硬化用光ビームと膜厚計測用光
ビームが同一波長である光ヘッドを使用する場合でも、
膜厚計測用光ビームによる計測と硬化用光ビームによる
光硬化とを所定距離離れた異なる位置で行うように構成
されているので、上記請求項１と同様の効果がある。

【００６７】請求項３の発明によれば、前記エレベータ
上に所定厚さのスペーサを載置し、このスペーサ上に前
記単位積層膜を順次に積層できるように構成しているの
で、上記請求項１及び請求項２の効果に加え、前記硬化
用光ビームの焦点位置（光スポット）と膜厚計測用光ビ
ームの焦点位置（光スポット）との間隔が大きい場合で
も、上記の計測を行ってからの光硬化時における硬化用
光ビームの焦点合わせをより小さい範囲で効率良くでき
るという利点がある。

【００６８】請求項４及び請求項５の発明によれば、上
面照射又は下面照射の規制液面方式において、前記膜厚
計測用光ビームによる計測を行うので立体モデルの形状
精度が高いのに加え、前記液状樹脂層の液面が前記エレ
ベータの底板により規制されるので、前記単位積層膜の
厚さが変動しないと共に、上記の自由液面方式に比べて
単位積層膜の厚さをより小さく形成できるという利点も
ある。

【００６９】請求項６の発明によれば、スピナー方式に
おいて、前記膜厚計測用光ビームの焦点をスピナーの上
面に合わせた時を基準高さとし、この状態で前記液状樹
脂層の厚さを前記スライスデータの設定厚さに形成し
て、前記基準高さからのステージの降下幅を、前記焦点
誤差信号に基づいて前記設定厚さとすることにより、前
記光硬化時における硬化用光ビームの焦点位置を略一定
の高さに保持できるように構成されているので、硬化用
光ビームの焦点合わせが不要であるか又は必要な場合で
も非常に短時間で済むという利点がある。また、このよ
うなスピナー方式のものによれば、前記液状樹脂層の厚
さを非常に小さくできるので、前記スライスデータの設
定厚さが非常に小さい場合でも十分に対応でき、そのた
め立体モデルの形状精度をより高くできるという利点が
ある。

【００７０】請求項７の発明によれば、前記液状樹脂層
の中心部分を光硬化させると共に、この中心部分から外
方へ所定間隔離れた外周部分を光硬化させて、前記スピ
ナー上に所定厚さ及び所定形状の単位積層膜と、この単
位積層膜から外方へ所定間隔離れた単位積層包囲膜とを
それぞれ順次に積層できるように構成されているので、
前記単位積層膜と単位積層包囲膜との間に液状樹脂が溜
まり、そのため、この液状樹脂により単位積層膜を所定
数積層した立体モデルの前記スピナーの回転時における
変形や破損等が防止されると共に、液状樹脂の飛散も防
止されるという利点がある。

【００７１】請求項８の発明によれば、前記スピナーを
包囲するように所定位置に側面カバーを設けているの
で、前記スピナーの回転による外方への液状樹脂の飛散
を防止でき、そのためスピナーの回転速度を上げた場合
でもこの側面カバーより外方が液状樹脂で汚れるおそれ
がないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るマイクロ光造形装置の概略
断面説明図。

【図２】単位積層膜を光硬化させた状態を示す拡大断面
説明図。

【図３】図１の光ヘッドの一例を示す構成説明図。

【図４】図１の光ヘッドの他例を示す構成説明図。

【図５】第２実施形態に係るマイクロ光造形装置の概略
断面説明図。

【図６】第３実施形態に係るマイクロ光造形装置で単位
積層膜を光硬化させた状態を示す拡大断面説明図。

【図７】図６の光ヘッドの一例を示す構成説明図。

【図８】第４実施形態に係るマイクロ光造形装置の概略
断面説明図。

【図９】単位積層膜を光硬化させた状態を示す拡大断面
説明図。

【図１０】第５実施形態に係るマイクロ光造形装置の概
略断面説明図。

【図１１】単位積層膜を光硬化させた状態を示す拡大断
面説明図。

【図１２】第６実施形態に係るマイクロ光造形装置の概
略断面説明図。

【図１３】(a) 及び(b) は上面照射の自由液面方式の従
来例、(c) は下面照射の規制液面方式の従来例、(d) は
上面照射の規制液面方式の従来例をそれぞれ示す概略断
面説明図。

【符号の説明】

１，３１，４１，５１，６１，７１ マイクロ光造形装
置 ３ 樹脂用容器 ３ａ 底板 ３ｂ 側壁板 ３ｃ 開口部 ３ｄ 底板の上面 ４ 液状樹脂 ４ａ 液状樹脂層 ４ｂ 液面 ５，５５ エレベータ ５ａ 上面 ５ｂ 下面 ５５ａ 底板 ５５ｂ 側壁板 ６Ａ 硬化用光ビーム ６Ｂ 膜厚計測用光ビーム ６Ｃ 反射光 ＦＡ，ＦＢ 焦点 ７，４７ 光ヘッド ８ コントローラ ９ 単位積層膜 ９ａ 上面 １１ 光検出器 ｆ 焦点誤差信号 Δｈ 設定厚さ １３ 集光レンズ １９Ａ，４９ 光源 １９Ｂ 膜厚計測用光源 ４２ 包囲壁 ４３ スペーサ ５６，６６ 透明部材 ５６ｅ 下面 ６６ｄ 上面 ７２ 樹脂滴下装置（樹脂滴下手段） ７３ スピナー ７３ａ 上面 ７４ 単位積層包囲膜 ７５ 側面カバー

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定位置に配置された上方に開口部を有
   する樹脂用容器と、 所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用
   容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、 前記液状樹脂の液面より上方の所定位置に配置されて、
   この液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームを照射可能
   な半導体レーザからなる光源と、未硬化及び硬化後の液
   状樹脂中を透過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半
   導体レーザからなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビ
   ーム及び膜厚計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそ
   れらの焦点位置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測
   用光ビームのエレベータからの反射光を検出する光検出
   器とを有する光ヘッドとを備え、 前記エレベータが樹脂用容器と共に若しくは単独で水平
   面内移動自在であるか、又は、前記光ヘッドが水平面内
   移動自在であると共に、このエレベータ又は光ヘッドの
   水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントロー
   ラで制御することにより、 あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エ
   レベータより上方の未硬化の液状樹脂層をその液面に前
   記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させ
   て、前記エレベータ上に所定厚さ及び所定形状の単位積
   層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、 前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータ
   との間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ
   送出させると共に、 前記エレベータの上面又は単位積層膜の上面を前記液状
   樹脂の液面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビ
   ームの焦点をエレベータの上面に合わせた時を基準高さ
   とし、この基準高さからのエレベータの降下幅を、前記
   焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さ
   とすることにより、 前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の
   厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したこと
   を特徴とするマイクロ光造形装置。
2. 【請求項２】 所定位置に配置された上方に開口部を有
   する樹脂用容器と、 所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用
   容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、 前記液状樹脂の液面より上方の所定位置に配置されて、
   この液状樹脂を光硬化させる硬化用光ビームとこれと同
   一波長の膜厚計測用光ビームとを照射可能な半導体レー
   ザからなる光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用
   光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整
   可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレベ
   ータからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッ
   ドとを備え、 前記エレベータが樹脂用容器と共に若しくは単独で水平
   面内移動自在であるか、又は、前記光ヘッドが水平面内
   移動自在であると共に、このエレベータ又は光ヘッドの
   水平位置と、前記エレベータの高さ位置とをコントロー
   ラで制御することにより、 あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エ
   レベータより上方の未硬化の液状樹脂層をその液面に前
   記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化させ
   て、前記エレベータ上に所定厚さ及び所定形状の単位積
   層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、 前記エレベータ上における前記硬化用光ビームによる光
   硬化時の位置から側方へ所定距離離れた位置に、このエ
   レベータ上の所定範囲に前記液状樹脂が侵入しないよう
   に包囲壁を立設し、該包囲壁内で前記光検出器により膜
   厚計測用光ビームの焦点とエレベータとの間隔を計測し
   て焦点誤差信号を前記コントローラへ送出させると共
   に、 前記エレベータの上面又は単位積層膜の上面を前記液状
   樹脂の液面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビ
   ームの焦点をエレベータの上面に合わせた時を基準高さ
   とし、この基準高さからのエレベータの降下幅を、前記
   焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さ
   とすることにより、 前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の
   厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したこと
   を特徴とするマイクロ光造形装置。
3. 【請求項３】 前記エレベータ上に所定厚さのスペーサ
   を載置し、このスペーサ上に前記単位積層膜を順次に積
   層できるように構成したことを特徴とする請求項２記載
   のマイクロ光造形装置。
4. 【請求項４】 所定位置に略水平に配置される底板と側
   壁板とからなる樹脂用容器と、 少なくとも底板と側壁板とから中空状に形成され且つ前
   記底板の所定範囲が透明部材で構成されていると共に、
   所定位置に前記底板が水平姿勢で昇降自在となるように
   支持されて前記樹脂用容器に注入する液状樹脂中にその
   下端部が浸漬されるエレベータと、 該エレベータの底板より上方の所定位置に配置されて、
   前記透明部材中を透過して前記液状樹脂を光硬化させる
   硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源
   と、前記透明部材と未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透
   過する膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザか
   らなる膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚
   計測用光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位
   置調整可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームの
   樹脂用容器の底板からの反射光を検出する光検出器とを
   有する光ヘッドとを備え、 前記樹脂用容器又は光ヘッドが水平面内移動自在である
   と共に、この樹脂用容器又は光ヘッドの水平位置と、前
   記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御するこ
   とにより、 あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記樹
   脂用容器の底板と透明部材との間の未硬化の液状樹脂層
   を前記透明部材の下面に前記硬化用光ビームの焦点を合
   わせた状態で光硬化させて、前記樹脂用容器の底板上に
   所定厚さ及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できる
   マイクロ光造形装置であって、 前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点と樹脂用容器
   の底板との間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントロ
   ーラへ送出させると共に、 前記透明部材の下面を前記樹脂用容器の底板の上面又は
   単位積層膜の上面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測
   用光ビームの焦点を樹脂用容器の底板の上面に合わせた
   時を基準高さとし、この基準高さからのエレベータの上
   昇幅を、前記焦点誤差信号に基づいて前記スライスデー
   タの設定厚さとすることにより、 前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の
   厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したこと
   を特徴とするマイクロ光造形装置。
5. 【請求項５】 所定位置に略水平に支持される底板と側
   壁板とからなり且つ前記底板の所定範囲が透明部材で構
   成された樹脂用容器と、 所定位置に水平姿勢で昇降自在に支持されて前記樹脂用
   容器に注入する液状樹脂中に浸漬されるエレベータと、 前記樹脂用容器の底板より下方の所定位置に、前記透明
   部材中を透過して前記液状樹脂を光硬化させる硬化用光
   ビームを照射可能な半導体レーザからなる光源と、前記
   透明部材と未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する膜
   厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる膜
   厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用光
   ビームを上方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整可
   能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのエレベー
   タの下面からの反射光を検出する光検出器とを有する光
   ヘッドとを備え、 前記エレベータ又は光ヘッドが水平面内移動自在である
   と共に、このエレベータ又は光ヘッドの水平位置と、前
   記エレベータの高さ位置とをコントローラで制御するこ
   とにより、 あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記エ
   レベータと透明部材との間の未硬化の液状樹脂層を前記
   透明部材の上面に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた
   状態で光硬化させて、前記エレベータの下面に所定厚さ
   及び所定形状の単位積層膜を順次に積層できるマイクロ
   光造形装置であって、 前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とエレベータ
   との間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ
   送出させると共に、 前記エレベータの下面又は単位積層膜の下面を前記透明
   部材の上面と同じ高さにし、且つ、前記膜厚計測用光ビ
   ームの焦点をエレベータの下面に合わせた時を基準高さ
   とし、この基準高さからのエレベータの上昇幅を、前記
   焦点誤差信号に基づいて前記スライスデータの設定厚さ
   とすることにより、 前記液状樹脂層の光硬化により形成される単位積層膜の
   厚さが前記設定厚さと略同一となるように構成したこと
   を特徴とするマイクロ光造形装置。
6. 【請求項６】 所定位置に液状樹脂を滴下可能に支持さ
   れた樹脂滴下手段と、 該樹脂滴下手段からその上面に滴下される液状樹脂を回
   転の遠心力により所定厚さの液状樹脂層に形成可能なよ
   うに、所定位置に水平姿勢で回転自在且つ昇降自在に配
   置されたスピナーと、 該スピナーより上方の所定位置に、前記液状樹脂を光硬
   化させる硬化用光ビームを照射可能な半導体レーザから
   なる光源と、未硬化及び硬化後の液状樹脂中を透過する
   膜厚計測用光ビームを照射可能な半導体レーザからなる
   膜厚計測用光源と、前記硬化用光ビーム及び膜厚計測用
   光ビームを下方へ集光可能で且つそれらの焦点位置調整
   可能な集光レンズと、前記膜厚計測用光ビームのスピナ
   ーからの反射光を検出する光検出器とを有する光ヘッド
   とを備え、 前記スピナー又は光ヘッドが水平面内移動自在であると
   共に、前記樹脂滴下手段における液状樹脂の滴下量と、
   前記スピナーの回転速度と、前記スピナー又は光ヘッド
   の水平位置と、前記スピナーの高さ位置とをコントロー
   ラで制御することにより、 あらかじめ設定したスライスデータに基づいて、前記ス
   ピナー上に形成される未硬化の液状樹脂層の所定範囲
   を、前記スピナーを静止させ且つ前記液状樹脂層の液面
   に前記硬化用光ビームの焦点を合わせた状態で光硬化さ
   せて、前記スピナー上に所定厚さ及び所定形状の単位積
   層膜を順次に積層できるマイクロ光造形装置であって、 前記光検出器で膜厚計測用光ビームの焦点とスピナーと
   の間隔を計測して焦点誤差信号を前記コントローラへ送
   出させると共に、 前記膜厚計測用光ビームの焦点をスピナーの上面に合わ
   せた時を基準高さとし、この状態で前記液状樹脂層の厚
   さを前記スライスデータの設定厚さに形成して、前記基
   準高さからのスピナーの降下幅を、前記焦点誤差信号に
   基づいて前記設定厚さとすることにより、 前記光硬化時における硬化用光ビームの焦点位置を略一
   定の高さに保持できるように構成したことを特徴とする
   マイクロ光造形装置。
7. 【請求項７】 前記液状樹脂層の中心部分を光硬化させ
   ると共に、この中心部分から外方へ所定間隔離れた外周
   部分を光硬化させて、前記スピナー上に所定厚さ及び所
   定形状の単位積層膜と、この単位積層膜から外方へ所定
   間隔離れた単位積層包囲膜とをそれぞれ順次に積層でき
   るように構成したことを特徴とする請求項６記載のマイ
   クロ光造形装置。
8. 【請求項８】 前記スピナーを包囲するように所定位置
   に側面カバーを設けたことを特徴とする請求項６又は７
   記載のマイクロ光造形装置。