JPH11138645A

JPH11138645A - 光造形装置及び方法

Info

Publication number: JPH11138645A
Application number: JP9308597A
Authority: JP
Inventors: Masato Arai; 真人荒井; Toshiki Shinno; 俊樹新野; Takeo Nakagawa; 威雄中川
Original assignee: NTT Data Corp; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research; NTT Data Group Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1999-05-25
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: CN1243471A; US6180050B1; EP0958912A4; JP4145978B2; CN1116159C; WO1999024241A1; KR20000070084A; TW414754B; KR100332939B1; DE69811861D1; EP0958912B1; EP0958912A1; DE69811861T2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で安価な光造形装置を提供する。【解決手段】多数の青色ＬＥＤを用意し、その各々に
光ファイバーを接続し、それら光ファイバーの先端の先
にＧＲＩＮレンズを配置して、露光ヘッド２３を構成す
る。露光ヘッド２３は、各光ファイバーの先端面の像を
光スポット５５として光硬化性樹脂の露光領域２４上に
結像することができる。光スポット５５の直径は例えば
０．５ｍｍであるが、露光領域２４内のピクセル７１の
サイズは遥かに小さい例えば６２．５μｍである。そこ
で、各光スポット５５が主走査（Ｙ軸）方向にピクセル
７１のピッチ６２．５μｍで並ぶように、露光ヘッド２
３上の多数の光ファイバーを千鳥状に変位したマトリッ
クスに配列する。この露光ヘッド２３で副走査（Ｘ軸）
方向に露光領域２４を走査しつつ、露光領域２４内の硬
化対象の個々のピクセル７１に対し、当該ピクセルに光
を当て得る全ての光スポットをオンして多重露光を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、光硬化性樹脂を用いて３
次元形状モデルを作成する光造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光造形装置について、例えば特許第１８
２７００６号を始めとして数多くの発明が知られてい
る。従来の光造形装置は一般に、紫外線レーザを出力す
るガスレーザ発振器を光源として用いている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ガスレーザ発振器のサ
イズはかなり大きく（例えば１５０ｃｍ×３０ｃｍ×３
０ｃｍ）、結果として光造形装置本体のサイズも相当に
大型である。加えて、ガスレーザ発振器はそれ自体が高
価であり、さらに発振器の種類によっては、２００Ｖ電
源が必要であったり水冷装置（チラー）が必要であった
りする。従って、従来の光造形装置の価格は非常に高額
である（例えば、数千万円）。

【０００４】従って、本発明の目的は、小型で安価な光
造形装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる光造形装
置は、光硬化性樹脂の露光領域に光を照射する露光装置
と、露光領域内の選択されたピクセルを硬化するよう露
光装置を制御する制御装置とを備える。露光領域は、造
形物に要求される寸法精度を満たすような細かい多数の
ピクセルの２次元集合として把握することができる。本
発明の造形装置における露光装置は、オンされたときに
光スポットを露光領域に照射する１個以上の光スポット
発生器を有しているが、その光スポットのサイズは露光
領域のピクセルより大きいものである。そして、露光装
置はその光スポット発生器により露光領域を走査し、そ
の走査の間を通じ、制御装置は、選択されたピクセルに
光スポットを照射できる位置にある延べ複数個の光スポ
ット発生器をオンする。

【０００６】本発明の光造形装置では、光スポット発生
器から露光領域に照射する光スポットのサイズは、露光
領域のピクセル程には微小ではなく、ピクセルより大き
いサイズである。また、各ピクセルの露光は、そのピク
セルに光スポットを照射することのできる延べ複数個の
光スポット発生器を用いて多重に行うので、個々の光ス
ポット発生器の出力は比較的に小さくてもよい。ここ
で、「延べ複数個」の光スポット発生器とは、物理的に
異なる複数個の光スポット発生器から複数の光スポット
を同時に１つのピクセルを照射する場合だけでなく、物
理的に１個の光スポット発生器を走査の間に複数回用い
て異なる時刻に何回も光スポットを照射することも含む
意味である。

【０００７】上記のこと故に、光スポット発生器の光源
には、従来の大型で高価なガスレーザ発振器を用いる必
要がなく、小型で安価なＬＥＤのような固体発光素子を
用いることが可能である。結果として、従来より大幅に
安価な（例えば、従来の数千万円に対して数百万円程度
の）光造形装置が提供できる。

【０００８】露光の効率の面から、光スポット発生器は
複数個ある方が望ましい。その場合、上述した多重露光
を行えるようにするために、複数の光スポット発生器は
露光領域の主走査方向に光スポットの直径より小さい第
１のピッチ（典型的にはピクセルのピッチ）で配列され
ていて、それら複数個の光スポット発生器が露光領域を
副走査方向に走査するように構成されていることが望ま
しい。また、主走査方向の全長に亘って、複数の光スポ
ット発生器配列されていれば一層望ましい。

【０００９】上記のように複数の光スポット発生器を小
さい第１のピッチで配列する場合、２個以上の光スポッ
ト発生器を、光スポットの直径以上の第２のピッチで主
走査方向に１列に並べて成る光スポット発生器アレイを
複数本用意して、それらの光スポット発生器アレイを、
相互間に主走査方向に沿って上記第１のピッチに等しい
変位をもって、副走査方向に配置することできる。この
ような配列方法を採ることにより、第１のピッチより光
スポット発生器のサイズの方が遥か大きくても、それら
大きい光スポット発生器を主走査方向に第１のピッチで
配列することが可能となる。

【００１０】上記の多重露光を可能とするために、制御
装置は露光装置を次のように制御することができる。す
なわち、制御装置は、まず、造形物の断面形状を示すデ
ータを受け、このデータに所定のオフセット量を適用し
て断面形状を膨張させる。次に、光スポット発生器が露
光領域を走査している間、制御装置は、膨張させた断面
形状に含まれる各ピクセルを中心点とした光スポットを
それぞれ照射できる光スポット発生器をオンする。この
オフセット膨張処理を取入れた方法によれば、各光スポ
ット発生器を光スポット中心点のピクセルの値に従って
オン／オフするという単純な光スポット駆動方法を行う
だけで、造形物の断面形状の全てのピクセルに対して
（特に、形状内部のピクセルだけなく輪郭近傍のピクセ
ルに対しても）効果的な多重露光を施すことが可能にな
る。

【００１１】前述したように、各光スポット発生器の光
源には、ＬＥＤのような固体発光素子を用いることがで
きる。望ましくは、各ＬＥＤに光ファイバーを接続し
て、その光ファイバーの先端部から光スポットを露光面
に照射するように構成することができる。更に望ましく
は、光ファイバーの先端部の先にＧＲＩＮレンズ（Grad
ient Index Lens；屈折率分布型レンズ）を配置して、
光ファイバーの先端部の像を露光領域に結像させるよう
に構成することができる。このように構成すると、光フ
ァイバーの直径（例えば０．５ｍｍ）に相当する小さい
直径の光スポットを生成することができる。この程度に
小さい光スポットを用いれば、光造形の一般的用途で十
分に実用可能な寸法精度をもった造形物を作成すること
ができる。それに加え、従来のガスレーザを用いた光造
形装置に比較して価格が桁違いに低く、かつ装置も小型
化するため、本発明の光造形装置の実際上のメリットは
非常に大きい。

【００１２】光源としてのＬＥＤは、出来るだけエネル
ギーの高い（つまり、波長の短い）波長光を発するもの
が望ましく、その観点から青色ＬＥＤを用いる、或いは
入手可能ならば紫外線ＬＥＤを用いることが望ましい。

【００１３】尚、光源としてのＬＥＤは、露光領域を走
査する光スポット発生器（露光ヘッド）と一体化されて
いて露光ヘッドと一緒に移動するようになっていてもよ
いし、後述の実施形態のように露光ヘッドから離れた場
所に固定されていて、光ファイバーで露光ヘッドと繋が
っている構成であってもよい。

【００１４】本発明はまた、光造形方法も提供する。こ
の方法では、光硬化性樹脂の露光領域を、そのピクセル
より大きいサイズの光スポットを発生し得る１個以上の
光スポット発生器で走査しながら、選択されたピクセル
に光スポットを照射できる延べ複数個の光スポット発生
器をオンする（つまり、多重露光を行う）。この方法に
より、例えば上述したＬＥＤと光ファイバの組合せのよ
うに、ピクセルより大きい光スポットしか発生できず且
つ光スポットの出力も小さいが、反面小型で非常に安価
である光スポット発生器を用いて、実用的な光造形を行
うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にか
かる光造形装置の全体構成を示す。

【００１６】この造形装置１００は、光造形に必要な機
械機構や光源やそれらの駆動装置を含んだ装置本体１
と、この本体１の動作を制御するための制御コンピュー
タ３とを有する。制御コンピュータ３は、Ethernetのよ
うな通信ネットワーク９を介して、３次元CADシステム
５や、制御データ生成用ワークステーション７などと接
続することができる。３次元CADシステム５は、造形物
の３次元モデリングを行って造形物の３次元形状データ
を生成するものである。制御データ生成用ワークステー
ション７は、その３次元形状データを多数の薄い層にス
ライスして各層の２次元形状を生成し、その各層の２次
元形状データや厚みデータなどを制御コンピュータ３に
供給するものである。

【００１７】装置本体１内には、樹脂液槽１１が設置さ
れ、そこに光硬化性樹脂液１３が所定液位まで満たされ
ている。液位を制御するために、液面検知センサ３１が
液位を検知し、その検知信号に基づいて制御コンピュー
タ３が液面調整駆動装置３５を制御し、その制御に従っ
て液面調整駆動装置３５が液面調整ボリューム３を機能
させる。

【００１８】樹脂液槽１１内にはＺ軸エレベータ１５が
あり、このエレベータ１５上にトレイ１９が置かれる。
エレベータ１５は、制御コンピュータ３によって制御さ
れるＺ軸エレベータ駆動装置２１によってＺ軸方向（上
下方向）に移動させることができる。周知のように、造
形中、トレイ１９上に造形物１７が形成されて行くのに
つれて、エレベータ１５は徐々に降下していく。

【００１９】トレイ１９の上方の液面上には、液面に硬
化用の光を照射する露光ヘッド２３が配置されている。
図２の斜視図に示すように、露光ヘッド２３は、Ｙ軸方
向に長く、かつ、制御コンピュータ３により制御される
スキャン軸駆動装置２５によってＸ軸方向に移動させる
ことができる。露光ヘッド２３が移動しながらカバーす
る露光領域２４は、この実施形態ではＸ軸方向６４ｍｍ
及びＹ軸方向６４ｍｍであり、よって、作成可能な造形
物１７の最大の平面サイズは６４ｍｍ×６４ｍｍである
（但し、後述するオフセット量の適用による膨張のため
に、実際に作成される造形物１７の最大平面サイズは約
６０ｍｍ×６０ｍｍである）。露光ヘッド２３は、光フ
ァイバー束３９を介して、ＬＥＤ光源３７に接続されて
いる。この部分の詳細な構成は後に説明する。

【００２０】造形物１７の露光面（液面）に接して、そ
の露光面（液面）を平らにするためのＹ軸方向に長いリ
コータ２７が配置されている。リコータ２７は、制御コ
ンピュータ３により制御されるリコータ駆動装置２９に
よって、Ｘ軸方向に移動させることができる。

【００２１】樹脂液１３の温度を制御するために、複数
箇所で温度センサ４１、４３が樹脂液１３の温度を検出
し、その検出温度に基づいて制御コンピュータ３が、温
度調節器４５を制御し、その制御に従って温度調節器４
５がヒータ４７を駆動する。

【００２２】以上の構成の中で、特に注目すべきもの
は、光源部分（露光ヘッド２３、光ファイバ束３９及び
ＬＥＤ光源３７）の構造と、その光源部分の制御コンピ
ュータ３による制御である。以下、この点に関して詳細
に説明する。

【００２３】３次元ＣＡＤシステム５で作成された３次
元形状モデルは、Ｚ軸方向に例えば０．１ｍｍの幅でス
ライスされる。スライスされた各層のデータはＸＹ平面
における２次元形状データであり、これが光造形装置１
００の制御コンピュータ３に供給される。制御コンピュ
ータ３は、まず、各層の２次元形状データを１０２４ビ
ット×１０２４ビットのビットマップデータに展開す
る。このビットマップデータは、ＸＹ平面上の上述した
露光領域２４（６４ｍｍ×６４ｍｍ）のイメージを示し
ている。換言すれば、このビットマップデータは、露光
領域２４の６４ｍｍ×６４ｍｍのイメージを、１０２４
ピクセル×１０２４ピクセルのラスタイメージとして表
現している。従って、このビットマップデータの各１ビ
ットは、露光領域２４内の６２．５μｍ×６２．５μｍ
の各ピクセルに対応し、各ビットの値“１”及び“０”
は、各ピクセルにて樹脂を硬化する（光源をオンす
る）、及び硬化しない（光源をオフする）をそれぞれ意
味する。

【００２４】ＬＥＤ光源３７には、露光領域２４のＹ軸
方向の一ラインのピクセル数に相当する１０２４個のＬ
ＥＤが含まれている。それら１０２４個のＬＥＤは制御
コンピュータ３からの指令で個別にオン／オフできるよ
うになっている。図３は個々のＬＥＤの構成を示してい
る。図３に示すように、各ＬＥＤ５１は、市販のＬＥＤ
ランプ５３の頭部のレンズ部分５４をカットしたもので
あり、これに光ファイバー５５が接続されており、実質
的に出力光の全部が光ファイバー５５に入射するように
構成されている。各ＬＥＤ５３は、できるだけ紫外線に
近い短波長の高エネルギー光を発するものが好ましく、
この実施形態では、青色光（波長４７０ｎｍ、出力３ｍ
Ｗ）を発するものを用いている。

【００２５】ＬＥＤ光源３７内の１０２４個のＬＥＤ５
１に接続された１０２４本の光ファイバー５５は、図１
に示した光ファイバー束３９として、露光ヘッド２３へ
導かれている。露光ヘッド２３では、１０２４本の光フ
ァイバー５５の先端部が、図４を参照して後に説明する
ような態様で配列されており、その下方に、多数の円柱
状のＧＲＩＮレンズ（屈折率分布型レンズ）を平面状に
敷き並べた図３に示すようなＧＲＩＮレンズ・プレート
５７が配置されている。このＧＲＩＮレンズ・プレート
５７は、個々の光ファイバー５５の先端面の像（つま
り、光ファイバー５５と同径の光スポット）５９を、そ
の下方の樹脂液面に結像する。各光ファイバー５５の直
径は例えば０．５ｍｍであり、よって、ＧＲＩＮレンズ
５７により結像される各光スポット５９の直径も０．５
ｍｍである。

【００２６】図４は、露光ヘッド２３における光ファイ
バー５５の先端部の平面配列の一態様を示す。

【００２７】１０２４本の光ファイバー５５の各々は、
露光領域２４のＹ軸に沿った１０２４個の各ピクセル位
置を露光するためのものである。従って、露光ヘッド２
３における１０２４本の光ファイバー５５の先端部は、
露光領域２４のピクセルのピッチに等しい６２．５μｍ
のピッチでＹ軸に沿って配列される必要がある。しか
し、各光ファイバー５５の直径はピクセルピッチ６２．
５μｍより遥かに大きい０．５ｍｍであるため、このピ
ッチで一列に光ファイバー５５を配列することは不可能
である。

【００２８】そこで、図４に示すような１２８本×８行
のファイバー配列を採用する。すなわち、１２８本の光
ファイバー５５をその直径に等しい０．５ｍｍピッチで
Ｙ軸方向に一直線に並べて、長さ６４ｍｍの１本の光フ
ァイバーアレイ６３を作成する。同様にして、全部で
８本の光ファイバーアレイ６３〜６３を用意する。
各光ファイバーアレイ６３〜６３は、具体的には、
長さ６４ｍｍの溝をもったベース６５の溝に１２８本の
光ファイバー５５をはめ込むことにより作成することが
できる。これらの８本の光ファイバーアレイ６３〜６
３を、それぞれＹ軸方向に平行に、かつ、相互間でＹ
軸方向にピクセルピッチに等しい６２．５μｍだけ変位
するようにして、Ｘ軸方向に適当な間隔で配置する（よ
って、露光ヘッド２３の外観は、図２に示すように、８
本のベース６５が並んだものとなる）。

【００２９】図４に示すように８本の光ファイバーアレ
イ６３〜６３が並んだ露光ヘッド２３をＸ軸方向に
走査させていくことにより、その１０２４個の光ファイ
バー５５は、露光領域２４のＹ軸に沿った１０２４個の
ピクセルの位置をそれぞれ走査することになる。例え
ば、その１０２４個のピクセルに対し端から０番、１
番、…、１０２３番と番号を付けたとすると、図４に示
す１行目のアレイ６３の光ファイバー５５は、０番、
８番、１６番、…というように、０番のピクセルから８
ピクセルピッチ置きの１２８個のピクセルの位置を走査
することになり、２行目のアレイ６３の光ファイバー
５５は、１番、９番、１７番、…というように、１番の
ピクセルから８ピクセルピッチ置きの１２８個のピクセ
ルの位置を走査することになる。

【００３０】尚、図４に示したファイバー配列は一例で
あり、別の配列、例えば図５に示すような配列も採用可
能である。図５の配列では、１行目のアレイ６３の隣
に、図４の配列における５行目のアレイ６３が配置さ
れるというように、アレイ間のＹ方向の変位がファイバ
ー半径である０．２５mmに等しい２つのアレイ同士が隣
接して配置される。この配置では、隣接するアレイのＸ
方向の間隔を最小にできるので、露光ヘッド２３のＸ軸
方向のサイズが最小になる。

【００３１】図６は、１つの光ファイバー５５から樹脂
液面に投影された１つの光スポット５９と、その樹脂液
面ピクセル７１との関係を示している。

【００３２】既に説明した通り、ＧＲＩＮレンズ・プレ
ート５７によって樹脂液面に投影された各光スポット５
９の直径は、各光ファイバー５５の直径と同じ０．５mm
である。これに対し、個々のピクセル７１のサイズは６
２．５μm×６２．５μmである。そのため、光スポット
５９は、その中心点に位置するピクセル７３（図４を参
照したファイバー配列の説明で「各光ファイバー５５が
走査するピクセル」と説明したピクセル）だけでなく、
その周囲の多くのピクセルにも照射されることになる。
これを別の側面から見ると、１つのピクセル７３には、
このピクセル７３を中心とする直径０．５mmの範囲内に
中心点をもつ多数の光スポットが照射されることがわか
る。本実施形態では、このことを利用して、１つのピク
セルを多数の光スポットで多重に露光することにより、
光源であるＬＥＤの出力光を最大限に利用するようにし
ている。

【００３３】図７は、この多重露光の原理を示す。図７
に示すように、或るピクセルを７３を硬化させる場合、
このピクセル７３を中心とする直径０．５mmの範囲内の
全てのピクセル（図中「＋」印で示したピクセル）位置
に中心点をもつ全ての光スポットを点灯させるようにす
る。この多重露光は、図４や図５に例示したようなピク
セルピッチで並ぶ光ファイバーアレイを使用すること
と、後に説明する造形物の形状に対するオフセット量の
適用とによって実現される。

【００３４】図８は、上述した構成の光源を駆動するた
めの制御処理の流れを示す。

【００３５】既に説明したように、まず、３次元ＣＡＤ
システム５が、造形物の３次元形状データをモデリング
する（ステップＳ１）。次に、ワークステーション７
が、Ｚ軸方向に所定ピッチで３次元形状をスライスし
て、スライスした各層の２次元形状データを作成し、こ
れを造形装置１００の制御コンピュータ３に送る（Ｓ
２）。

【００３６】次に、制御コンピュータ３が、各層の２次
元形状データに所定のオフセット量を適用して、その２
次元形状をオフセット量だけ膨張させる（Ｓ３）。例え
ば、図８に示すように、元の２次元形状が円８１であっ
た場合、その半径にオフセット量８３を加えて、より大
径の円８５に膨張させる。また、図示してないが、元の
２次元形状が例えば輪であった場合、その外径はオフセ
ット量だけ拡大させるが、内径はオフセット量だけ縮小
させる。要するに、輪郭をオフセット量だけ外方へずら
すのである。

【００３７】このオフセット膨張処理を行う理由は次の
通りである。すなわち、後述するように各ＬＥＤ５１の
オン／オフは各光スポット５９の中心点のピクセル値に
よって決められる。そのため、ワークステーション７か
らの２次元形状データをそのまま用いてＬＥＤ５１のオ
ン／オフを行うと、２次元形状の輪郭（端）近傍のピク
セルを露光する光スポット数が少なくなり（何故なら、
輪郭線の外側のピクセルを中心点とする光スポットはオ
フであるから）、上述した多重露光の効果が十分に得ら
れなくなる。そこで、２次元形状の輪郭線上のピクセル
に対しても、そのピクセルを中心とする直径０．５ｍｍ
の範囲内のピクセルを中心点とする全ての光スポットが
オンされるように、オフセット量を適用して輪郭線を外
側へ移動させるのである。従って、オフセット量は、光
スポットの半径である０．２５ｍｍが標準である。しか
し、最適なオフセット量は、樹脂の硬化特性や光スポッ
トの点灯時間の調整などに依存するため、マイナス値を
含めて任意のオフセット量が設定できるようになってい
ることが好ましい。

【００３８】上記処理により膨張させた２次元形状デー
タはコンタ・データと呼ばれる。制御コンピュータ３
は、次に、このコンタ・データを１０２４ビット×１０
２４ビットのビットマップイメージ８７に展開する。ビ
ットマップイメージ８７の各ビット値は例えば“１”が
ＬＥＤオン（ピクセルを硬化する）、“０”がＬＥＤオ
フ（ピクセルを硬化しない）を意味する（勿論、逆でも
よい）。

【００３９】次に、制御コンピュータ３は、露光ヘッド
２３の走査を開始し、走査が行われている間、ビットマ
ップイメージ８７からビット値を読み出し発光パターン
を作成し、これに基づいてＬＥＤ光源３７を駆動する
（Ｓ５）。

【００４０】発光パターンは次の方法で作成する。前提
として、光ファイバー５５が図４に示した１２８本×８
行の配列になっているとする。また、図９に示すよう
に、各光ファイバ５５を、露光ヘッド２３上での座標
（ｐ，ｑ）で識別することにする。ここに、番号ｐ（ｐ
＝０〜７）は各光ファイバーアレイ６３〜６３の行
番号（ｐ＝０〜７）であり、番号ｑ（ｑ＝０〜１０２
３）は各光ファイバーアレイ内での各光ファイバー５５
の位置番号である。また、露光ヘッド２３上での各光フ
ァイバーアレイ６３〜６３のＸ軸方向（走査方向）
位置を、１行目の光ファイバーアレイ６３と各光ファ
イバーアレイ６３〜６３との間の間隔をピクセルピ
ッチ６２．５μｍで割った倍数値Ｎｐで表すこととす
る。例えば、１行目のアレイ６３（ｐ＝０）について
はＮ０＝０であり、２行目アレイ６３（ｐ＝１）につ
いてはＮ１＝８（つまり、１行目アレイとの間隔は０．
５ｍｍ）、３行目アレイ６３（ｐ＝２）についてはＮ
２＝１８（つまり、２行目アレイとの間隔は０．６２５
ｍｍ）、などとなっている。また、各ピクセル７１を、
露光領域２４（ビットマップイメージ８７）内の座標
（ｉ，ｊ）で識別することとする。ここに、番号ｉ、ｊ
はそれぞれビットマップイメージ８７内の行番号（Ｘ座
標）及び列番号（Ｙ座標）である。更に、露光ヘッド２
３の走査は１ピクセルピッチ６２．５μｍづつＸ軸方向
に移動して行く方法により行われ、走査中の時刻ｔは、
走査開始時点でｔ＝０、以後、ｍピクセルピッチだけ移
動した時点でｔ＝ｍと表すこととする。

【００４１】以上の前提の下で、制御コンピュータ３
は、走査中の個々の時刻ｔにおいて、座標（ｐ，ｑ）の
光ファイバ５５に接続されたＬＥＤ５１を、下式ｉ＝ｔ−Ｎｐｊ＝ｐ＋８×ｑで決定される座標（ｉ，ｊ）のピクセル値に基づいてオ
ン／オフする（但し、ｉがマイナス値又は１０２４以上
のときはＬＥＤ５１はオフである）。

【００４２】例えば、走査開始時刻ｔ＝０では、１行目
の光ファイバアレイ６３（ｐ＝０、Ｎｐ＝０）が露光
開始位置に位置している。このとき、この１行目の光フ
ァイバアレイ６３に対してのみ発光パターンが与えら
れる（２行目以降のアレイについてはｉがマイナスであ
る）。即ち、この１行目の位置番号ｑ＝０、１、２、
…、１２７の各光ファイバ５５のＬＥＤ５１に対し、上
記式で決定した座標（０，０）、（０，８）、（０，１
６）、…、（０，１０１６）のピクセル値の発光パター
ンが与えられる。

【００４３】以後、ｔ＝１、２、…、７の各時点では、
１行目アレイ６３に対してのみ、上記式で決定した発
光パターンが与えられる。

【００４４】開始から８ピクセルピッチだけ移動したｔ
＝８の時点で、２行目の光ファイバーアレイ６３（ｐ
＝１、Ｎｐ＝８）が露光開始位置に来る。この時点か
ら、１行目アレイ６３と２行目アレイ６３とに対し
て発光パターンが与えられる（３行目以降のアレイにつ
いてはｉがマイナスである）。即ち、１行目の位置番号
ｑ＝０、１、２、…、１２７の各ＬＥＤ５１に対し、上
記式で決定した座標（８，０）、（８，８）、（８，１
６）、…、（８，１０１６）のピクセル値の発光パター
ンが、また、２行目の位置番号ｑ＝０、１、２、…、１
２７の各ＬＥＤ５１に対し、上記式で決定した座標
（０，１）、（０，９）、（０，１７）、…、（０，１
０１７）のピクセル値の発光パターンが与えられる。

【００４５】以後、ｔ＝９、１０、…、１７の各時点で
は、１行目と２行目のアレイ６３、６３に対しての
み、上記式で決定した発光パターンが与えられる。

【００４６】開始から１８ピクセルピッチだけ移動した
ｔ＝１８の時点で、３行目の光ファイバーアレイ６３
（ｐ＝２、Ｎｐ＝１８）が露光開始位置に来る。この時
点から、１行目アレイ６３と２行目アレイ６３と３
行目のアレイ６３とに対して発光パターンが与えられ
る（４行目以降のアレイについてはｉがマイナスであ
る）。この発光パターンも、上記の式に従って決定され
る。

【００４７】以下、同様にして、１ピクセルピッチだけ
露光ヘッド２３が進む度に、上記式により発光パターン
が計算されて該当のＬＥＤ５１が駆動される。そして、
８行目の光ファイバーアレイ６３について上記式で計
算したｉが１０２３になるまで（又は、ピクセル値
“１”が存在するｉの最大値になるまで）、上記制御動
作が繰り返され、これで１つの層の露光が終了する。

【００４８】一つの層の露光が終了すると、制御コンピ
ュータ３は、エレベータ１５を層の厚み分だけ降下さ
せ、次の層について、再び同様の制御方法で露光を行
う。これを造形物の上端の層まで繰り返す。

【００４９】図１０は、本実施形態で使用可能なＬＥＤ
光源３７の別の構成例を示す。

【００５０】この構成では、図３に示したようなＬＥＤ
ランプは用いずに、半導体基板（又は適当材料の絶縁基
板）９１上に例えばマトリックス状に、多数の固体発光
素子、典型的にはＬＥＤチップ９２を形成（又はマウン
ト）したものを用いる。そして、各ＬＥＤ素子９２の直
上に、各光ファイバー９３の一端が、各ＬＥＤ素子９２
に極めて近接又は接触した状態で、配置されている。各
光ファイバー９３の先端は露光ヘッド２３に導かれる。
この構成によれば、図３のランプを用いる構成より一層
効率良く、ＬＥＤ素子９２の発光を光ファイバー９３に
取り込むことができる。

【００５１】以上、本発明の好適な一実施形態を説明し
たが、この実施形態は本発明の説明のための例示であっ
て、本発明をこの実施形態にのみに限定する趣旨ではな
い。本発明は、それ以外の種々の形態でも実施すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる光造形装置の全体
構成を示すブロック図。

【図２】露光ヘッド２３の外観を示す斜視図。

【図３】個々のＬＥＤの構成を示す側面図。

【図４】露光ヘッド２３における光ファイバー５５の配
列例を示す平面図。

【図５】露光ヘッド２３における光ファイバー５５の別
の配列例を示す平面図。

【図６】１つの光ファイバー５５から樹脂液面に投影さ
れた１つの光スポット５９と、露光領域のピクセル７１
との関係を示す平面図。

【図７】多重露光の原理を示す平面図。

【図８】制御コンピュータ３の処理を示すフローチャー
ト。

【図９】発光パターンを生成する方法を説明するため
に、配列された光ファイバーの座標とピクセルの座標を
示した平面図。

【図１０】ＬＥＤ光源の別の項整理を示す斜視図。

【符号の説明】

１００光造形装置１造形装置本体３制御コンピュータ２３露光ヘッド２４露光領域３７ＬＥＤ光源３９光ファイバー束５１ＬＥＤランプから頭部を除去したもの５５光ファイバー５７ＧＲＩＮレンズ・プレート５９光スポット６３〜６３光ファイバーアレイ６５ベース７１ピクセル７３光スポット中心点のピクセル８１２次元形状データ８３オフセット量８５コンタ・データ（膨張させた２次元形状データ）９１基板９２ＬＥＤチップ９３光ファイバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川威雄埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光硬化性樹脂の露光領域であって多数の
ピクセルの２次元集合からなる露光領域に、光を照射す
る露光装置と、前記露光領域内の選択されたピクセルを硬化するよう、
前記露光装置を制御する制御装置とを備え、前記露光装置は、オンされたときに各ピクセルより大き
いサイズの各光スポットを前記露光領域に照射する１個
以上の光スポット発生器を有し、この光スポット発生器
により前記露光領域を走査し、前記制御装置は、前記光スポット発生器が前記露光領域
を走査している間、前記選択されたピクセルに前記光ス
ポットを照射できる位置にある延べ複数個の前記光スポ
ット発生器をオンする光造形装置。
【請求項２】前記露光装置は、前記露光領域の主走査
方向に前記光スポットの直径より小さい第１のピッチで
配列された複数個の光スポット発生器を有し、これら複
数個の光スポット発生器により前記露光領域を副走査方
向に走査する請求項１記載の光造形装置。
【請求項３】前記第１のピッチが、前記ピクセルのピ
ッチに等しい請求項２記載の光造形装置。
【請求項４】前記露光装置が、２個以上の光スポット
発生器を前記第１のピッチより大きい第２のピッチで前
記主走査方向に１列に並べて成る光スポット発生器アレ
イを２本以上有し、それら２本以上の光スポット発生器
アレイが、相互間に前記主走査方向に沿って前記第１の
ピッチに等しい変位をもって、前記副走査方向に配置さ
れている請求項２記載の光造形装置。
【請求項５】前記制御装置が、１）造形物の断面形状を示すデータを受け、このデータ
に所定のオフセット量を適用して前記断面形状を膨張さ
せ、２）前記光スポット発生器が前記露光領域を走査してい
る間、膨張させた断面形状に含まれる各ピクセルを中心
点とした前記光スポットを照射できる位置にある前記光
スポット発生器をオンする請求項１記載の光造形装置。
【請求項６】各光スポット発生器が、光源として固体
発光素子を有している請求項１記載の光造形装置。
【請求項７】前記固体発光素子がＬＥＤである請求項
６記載の光造形装置。
【請求項８】前記光造形装置が前記固体発光素子に接
続された光ファイバーをさらに有し、前記光ファイバー
の先端部が前記光スポット発生器に含まれている請求項
６記載の光造形装置。
【請求項９】前記光スポット発生器が、前記固体発光
素子からの光を受けて前記光スポットを形成するＧＲＩ
Ｎレンズをさらに有する請求項６記載の光造形装置。
【請求項１０】前記ＬＥＤが青色ＬＥＤである請求項
６記載の光造形装置。
【請求項１１】光硬化性樹脂の露光領域であって多数
のピクセルの２次元集合からなる露光領域を、オンした
ときに各ピクセルより大きいサイズの光スポットを前記
露光領域に照射する１個以上の光スポット発生器で走査
するステップと、前記光スポット発生器が前記露光領域を走査している
間、前記選択されたピクセルに前記光スポットを照射で
きる位置にある延べ複数個の前記光スポット発生器をオ
ンするステップとを有する光造形方法。