1268854 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關積層成型裝置，特別是有關一種因應畫像資 料以由空間光調變元件所調變的光束將粉末燒結以形成燒結 層 '再將燒結層作積層以成型由粉末燒結体所成之3維模型 的積層成型裝置。 本發明係爲解決上述問題而成者，本發明之第1目的爲提 供一加快空間光調變元件之調變速度且可高速曝光的曝光頭 及曝光裝置。 【先前技術】 近年來伴隨著3維CAD (電腦輔助設計）系統的普及，係 利用光成型系統，其依據由3維CAD作成在電腦上的假想空 間之3維形狀，再依CAD資料以光束將光硬化性樹脂曝光而 作成3維模型之成型。在此光成型系統中，在電腦上將CAD 資料以指定間隔切割再作成複數個斷面資料，依據各斷面資 料以雷射光掃描液狀的光硬化性樹脂之表面使硬化成層狀， 再將樹脂硬化層依序積層以作成3維模型之成型。以光成型 方法而言，係事前在上方開放型的糟內貯留液狀的光硬化性 樹脂，再使配置在接近光硬化性樹脂的液面之成型台，依序由 樹脂的自由液面沈下再將樹脂硬化層積層之自由液面法係廣 範地爲人所知悉。 以往，在此光成型系統所使用的積層成型裝置係具有如「九 谷洋二：光成型系統之基礎、現狀、問題點、模型技術、第 7卷第10號，PP18-23，1 992」所示之依雷射繪圖器方式來 執行掃描及依可動鏡方式來執行掃描者。 一 6 - 1268854 【發明内容】 茲以第28圖來表示雷射繪圖器方式的積層成型裝置。此 裝置中，由雷射光源250所振盪之雷射光係通過具備有遮板 252的光纖25 4而到達XY繪圖器256,再由XY繪圖器256照 射到容器260內的光硬化性樹脂262之液面266。又，藉由 具備有X定位機構2 5 8 a和Y定位機構2 5 8 b之XY定位機構 2 5 8以控制XY繪圖器2 5 6的X方向，Y方向的位置。因此藉 由使XY繪圖器256 —邊移動於X方向，Y方向，一邊藉由遮 板2 52因應斷面資料把由XY繪圖器25 6所照射的雷射光作 開啓、關閉控制，係可硬化液面266之指定部分的光硬化性 樹脂2 6 2。 然而，在依雷射繪圖器方式的積層成型裝置中，在遮板速度 或繪圖器之移動速度上係有限度，具有成型上需要長時間之 問題。 接著，以第 29圖來表示以往依使用有電流計鏡的可動鏡 方式之積層成型裝置。在此裝置中，雷射光270係被X軸旋 轉鏡272、Y軸旋轉鏡274所反射而被照射在光硬化性樹脂 262。X軸旋轉鏡272係以Z軸爲旋轉軸旋轉以控制照射位 置之X方向的位置，Y軸旋轉鏡274係以X軸爲旋轉軸而旋 轉，以控制照射位置之Y方向的位置。在此可動鏡方式中，相 較於雷射繪圖器方式，係可提升掃描速度。 然而，在依可動鏡方式的積層成型裝置中，由於係以微小的 雷射光點作掃描，所以即使執行例如2〜1 2m / s的高速掃 描，10cm立方程度的3維模型在成型上需要8〜24小時的時 間，在成型上係需要長時間。又，雷射光270係僅於Y軸旋轉 鏡274在指定範圍的角度入射時被反射，所以照射區域被限 一 7- 1268854 定於是，爲了放大照射區域，當將Y軸旋轉鏡2 7 4配置在偏離 光硬化性樹脂2 6 2之高的位置時，係具有雷射光點的直徑變 大使定位精度變差且成型精度降低的問題。又，在使Υ軸旋 轉鏡274之旋轉角度加大時，照射範圍雖然會放大，但是同樣 地定位精度變差，正畸變（pincushionerror)會增加。再者， 於使用有電流計鏡的積層成型裝置上也具有應變補正或光軸 調整等之光學系統的調整複雜且光學系統複雜、裝置全體大 型化之問題。 此外，在依任何方式的積層成型裝置，以雷射光源來說係使 用高輸出之紫外線雷射光源，以往一般爲依氬氣雷射等氣體 雷射或依HG (第3高諧波）的固體雷射，氣體雷射係在管之 交換等的維修麻煩，再加上高價且積層成型裝置的價格提高， 必需冷卻用冷卻器等之附帶設備所以裝置整體係大型化。於 THG固體雷射中，在於Q開關的脈波動作係反複速度慢，不適 用在高速曝光。又，因使用THG光使波長變換效率變差而不 能高輸出化，再加上作爲激勵半導體雷射者必需使用高輸出， 所以成爲非常高成本者。 有鑑於此問題，在日本專利特開平1 1 — 1 3 864 5號公報中係 揭示一種光成型裝置，其具備有複數個能以較單一之畫素還 大的尺寸的光點來照射曝光區域的光源，依複數個光源將畫 素多重曝光。此裝置因爲係利用複數個光源將畫素多重曝光， 且因爲即使各個光源之輸出爲小也無所謂，所以可將平價的 發光二極體（LED)作爲光源來使用。 然而，在日本專利特開平1 1 - 1 3 8645號公報所記載之積層 成型裝置中，各光源之光點尺寸係各單一的畫素還大，所以在 高精細的成型上不能使用，且依複數個光源將畫素作多重曝 -8 - 1268854 光，所以在動作上浪費甚多，也具有成型上需要長時間之問 題。另外，因爲光源數增加，也具有所謂之曝光部大型化的問 . 題。再者，即使以LED的輸出光量作多重曝光也具有不能獲 得充分的分辨率之虞。 開發係僅次於使用光硬化性樹脂的積層成型裝置，現在多 數被作爲快速雛型系統來利用的可知有粉末燒結積層成型裝 置。在粉末燒結積層成型裝置中，依據在電腦上製作的3維 模型之斷面資料，將粉末體的表面以雷射光掃描。依雷射光 之掃描，逐次溶融，燒結粉末體，以反覆硬化粉末體之處理。 φ 依此反覆處理，由積層之粉末燒結體所成之3維模型係被成 型。 依粉末燒結的積層成型裝置係可選擇多種多樣的材料，且 不僅是富有靭性之功能評價模型或精密鑄造圖案、鑄型，也 可直接製造金屬模或金屬零件，係具有其應用範圍廣的優 點。在此的積層成型裝置相較於積層成型裝置係在裝置價格 上平價，且成形速度也比較高速，所以可作爲新式樣模型確認 用之用途係驅穩定。 然而，即使是利用粉末燒結的積層成型裝置，藉由使用電流 鲁 計鏡等之可動鏡方式，及作爲光源之使用高輸出的紅外線之 C02雷射（波長10.6/zm)及YAG雷射（波長l.〇6//m)等 之氣體雷射及使用固體雷射，在上述積層成型裝置中，也具有 於與使用有此等時同樣之問題點。此外，光束光點直徑大而 解像度低。再者，由於係長波長所以光束的視角角度係大 而不能獲得充分的焦點深度。 本發明係有鑑於上述先前技術之問題點而成者，本發明之 目的係提供一可高速成型之積層成型裝置。又，本發明之其 - -9 一 1268854 他目的係提供一可高精細成型的積層成型裝置。 爲達成上述目的，本發明之積層成型裝置的特徵爲具備： 收容由光照射執行燒結之粉末的成型槽；用以支持在該成型 槽內以可昇降地設置的成型物的支持台；曝光頭，包含照射 雷射光之雷射裝置、在基板上以2維狀配列有對應各自控制 信號可變化光調變狀態之多數個畫素部，用以調變由該雷射 裝置所照射之雷射光的空間光調變元件、和利用對應曝光資 訊所生成之控制信號，控制比配列在該基板上之畫素部的全 部個數還少個數之複數個畫素部之控制手段、以及把在各畫 素部調變之雷射光成像於被收容在該成型槽之粉末的表面之 光學系統；以及使該曝光頭對該粉末表面作相對移動之移動 手段。 本發明的積層成型裝置中，係使在曝光頭之空間光調變元 件的各畫素部所調變之雷射光成像於收容在該成型槽之粉末 的表面，同時利用移動手段使該曝光頭對該粉末之表面作相 對移動，以把收容在成型槽的粉末表面作掃描曝光。被曝光 之粉末係燒結、硬化而形成燒結層。在形成1層燒結層之後， 使用以支持成型物之設置在成型糟內的支持台降下且形成新 的粉末表面，同樣地形成次一燒結層。如此反覆燒結和支持 台的降下，依序積層燒結層以成型3維模型。本發明之積 層成型裝置中，有關曝光頭之空間光調變元件，係利用對應曝 光資訊所生成的控制信號，控制比配列在其基板上之畫素 部之全部個數還少個數之複數畫素部各自。亦即，並非控制 配列在基板上之畫素部全部，而係控制一部分的畫素部。因 此，要控制之畫素部的個數變少，控制信號的轉送速度係變得 比轉送全部的畫素部之控制信號時還短。依此可加快調變速 -10- 1268854 度而成爲可高速成型。 雖 在上述之積層成型裝置中，由該控制手段所控制之畫素部 -係，對應指定方向之方向的長度被包含於比與該指定方向交 ， 叉之方向的長度還長的區域之畫素部者爲較佳。藉由在雷射 裝置之發光點的配列方向使用長區域的畫素部，可減少要使 用之曝光頭數。 又，在上述之積層成型裝置中，該雷射裝置係可構成爲具 備有把被合波入射至光纖的入射端之雷射光由其出射端出射 之複數光纖光源，且該複數光纖光源之出射端中的發光點各 φ 自以1維或2維陣列狀配列成光纖陣列光源。又，也能以在 該複數光纖光源的出射端以配列有發光點各自成束狀的光纖 束光源來構成。陣列化或束化係可圖謀高輸出化。以該光纖 而言，較佳爲使用核心直徑爲均一且出射端的包層直徑係較 入射端的包層直徑還小的光纖。 以構成光纖陣列光源等之各光纖光源而言，將雷射光合波 以入射至光纖的合波雷射光源爲較佳。藉由合波雷射光源可 獲得高亮度、高輸出。且用以獲得相同光輸出之陣列化之光 纖的條數少就可解決且成本爲低。又，因爲光纖的條數少，所 ® 以陣列化之際的發光區域係變更小（高亮度化）。即使爲部 分地使用空間光調變元件的場合，藉由使用高亮度的光纖 陣列光源或光纖束光源，可對使用部分有效率地照射雷射光， 可以高光密度對燒結用之粉末照射雷射光。依此，成爲可高 速且高精細的曝光。例如，1 /z m等級之微細形狀的成型也 可能。 例如，光纖光源可爲如下所構成：複數半導體雷射；複數 半導體雷射；1條光纖；以及把該複數半導體雷射之各自所 -11- 1268854 出射的雷射光束予以集光，且使集光束結合至該光纖的入射 ， 端之集光光學系統。又，光纖光源也可爲如下所構成：具備 -複數個發光點之多腔雷射；1條光纖；以及把該複數發光點 . 之各自所出射的雷射光束予以集光，且使集光束結合至該光 纖的入射端之集光光學系統。又，也可將複數個多腔雷射之 發光點各自所出射的雷射光束予以集光而結合在1條光纖也 可以。 以上述積層成型裝置所使用的空間調變元件而言，可以使 用在基板上以2維狀配列有因應各個控制信號可變更反射面 φ 角度之多數個微鏡所構成之數位微鏡裝置（DMD )、或在基板 上以2維狀配列有因應各個控制信號可遮斷透過光之多數個 液晶胞所構成之液晶遮板陣列。如同DMD、藉由使用具備多 數個畫素部之空間光調變元件、在多數的通道曝光，以防止 功率分散、熱應變。 以使用在上述積層成型裝置的雷射裝置而言，照射波長 3 50〜450nm之雷射光係較佳。例如，藉由對半導體雷射使用 GaN系半導體雷射，可構成照射波長3 50〜4 50nm之雷射光的 雷射裝置。藉由使用波長3 5 0〜450nm的雷射光，與使用紅外 ® 線波長區域的雷射光之場合相較下，可使燒結用粉末之光吸 收率係大幅地增加。特別是在金屬粉末之場合，光吸收率係 顯著增加。波長3 5 0〜45Onm之雷射光爲短波長，所以光子 能量係大，所以用以變換成燒結粉末之燒結能量係容易。因 此，波長3 5 0〜450nm之雷射光係光吸收率大，對燒結能量之 變換容易，所以對粉末之燒結，亦即可高速地進行成型，可 以高光密度對燒結用之粉末照射雷射光。依此，成爲可高速 且高精細的曝光。例如，1 iz m等級之微細形狀的成型也可 -12- 1268854 目e 〇 例如，光纖光源也可爲如下所構成：複數半1* 11胃射；複 數半導體雷射；1條光纖；以及把來自該複數半導體雷射之 各自所出射的雷射光束予以集光，且使集光束結合至該光纖 的入射端之集光光學系統等。又，光纖光源也可爲如下所構 成：具備複數個發光點之多腔雷射；1條光纖；以及把來自 該複數發光點之各自所出射的雷射光束予以集光，1使集光 束結合至該光纖的入射端之集光光學系統。又，把由複數個 多腔雷射之發光點各自所出射的雷射光束予以集光而結合在 1條光纖也可以。 以上述積層成型裝置所使用的空間調變元件而言，可以使 用在基板上以2維狀配列有因應各個控制信號可變更反射面 角度之多數個微鏡所構成之數位微鏡裝置（DMD )、或在基板 上以2維狀配列有因應各個控制信號可遮斷透過光之多數個 液晶胞所構成之液晶遮板陣列。如同DMD、藉由使用具備多 數個畫素部之空間光調變元件、在多數的通道曝光，以防止 功率分散、熱應變。 以上述之積層成型裝置所使用之雷射裝置而言，照射波長 3 5 0〜4 5 0 nm之雷射光係較佳。例如，在半導體雷射方面係使 用GaN系半導體雷射，可構成照射波長3 50〜450nm的雷射光 之雷射裝置。藉由使用波長350〜4 50nm的雷射光，在與使用 紅外線波長區域之雷射光的場合相較下，係可使燒結用粉末 之光吸收率大幅地增加。特別是在金屬粉末之場合，光吸收 率係顯著增加。因爲波長3 5 0〜450nm之雷射光係短波長， 所以光子能量大，在用以燒結粉末之燒結能量上係變換容 易。如此一來，由於波長350〜4 50nm之雷射光係光吸收率 1268854 大、變換爲燒結能量容易，所以粉末的燒結亦即成型係可高 速地進行。 雷射光之波長帶域係3 50〜42Onm爲較佳。在使用低成本 之GaN系半導體雷射這點上，波長405nm係特別好。 又，雷射裝置受脈波驅動者係較佳。藉由脈波驅動之雷射 光來曝光粉末，因爲可防止依照射的光所產生之熱的擴散，光 能量係有效地運用在粉末的燒結而可高速的成型。又，因熱 擴散被防止，所以係以被照射之際與光束形狀大略同樣大小 而燒結粉末，表面平滑之高精細的成型係成爲可能。因此，雷 射光之脈波寬係短的較好，lpsec〜lOOnsec更好，lpsec〜 300psec 更佳。 此外，上述的積層成型裝置係可構成爲具備有複數個曝光 頭之多頭式積層成型裝置。藉由多頭式化更可謀求成型的高 速化。 【實施方式】 〔其他雷射裝置（光源）〕 上述的實施形態中，係針對使用具備有複數個合波雷射光 源的光纖陣列光源之例子加以說明，但是雷射裝置並不局限 在把合波雷射光源予以陣列化的光纖陣列光源。例如，可使 用把具備1條用以.出射由具有1個發光點的單一半導體雷 射所入射之雷射光之光纖的光纖光源被陣列化的光纖陣列 光線。但是更好爲焦點深度被取深之合波雷射光源。 又，以具備有複數個發光點之光源而言，例如，如第20圖 所示，可使用在熱塊1 00上配列有複數個（例如7個）晶片 狀之半導體雷射LD1〜LD7的雷射陣列。又，如第21 ( A)圖 所示，在指定方向配列有複數（例如，5個）個發光點1 1 〇 a 1268854 之晶片狀的多腔雷射1 1 0係爲人所知悉。多腔雷射1 1 〇與 配列晶片狀的半導體雷射相較下，係可高精度地配列發光點， 可容易地把各發光點所出射的雷射光束予以合波。但是，發 光點變多則於雷射製造時在多腔雷射π 0變得容易產生變 形，所以發光點1 1 〇 a之個數係設定爲5個以下較佳。 本發明之曝光頭中，可將此多腔雷射110或如第21(B) 圖所示，在熱塊1 〇〇上與各晶片之發光點1 1 0 a之配列方向 相同方向上配列有複數個多腔雷射1 1 〇之多腔雷射陣列作 爲雷射裝置（光源）來使用。 又，合波雷射光源並不被限定於用以把由複數個晶片狀之 半導體雷射所出射的雷射光予以合波者。例如，如第22圖 所示，可使用具備有複數（例如，3個）個發光點1 1 0 a之晶 片狀的多腔雷射1 1 〇之合波雷射光源。此合波雷射光源係 構成爲具備有多腔雷射11 〇、1條多模光纖1 30、以及集光 透鏡120。多腔雷射110係例如可以振盪波長爲405nm的GaN 系雷射二極體來構成。 上述的構成中，由多腔雷射110之複數個發光點ll〇a所 出射的雷射光束B係各自由集光透鏡1 20所集光而入射於 多模光纖1 3 0的核心1 3 0 a。入射到核心1 3 0 a的雷射光係在 光纖內傳送且合波爲1條而出射。 在與上述多模光纖130之核心直徑略等寬度內並設多腔 雷射110之複數個發光點ll〇a，同時作爲集光透鏡120,係 使用與多模光纖1 30之核心直徑略等焦點距離之凸透鏡或 來自多腔雷射1 10之出射光束僅在垂直其活性層之面內准 直的杆式透鏡，藉此可提升雷射光束B對多模光纖1 3 0的結 合效率。 -1 5 - 1268854 又，如第22圖所示，可使用具備有複數（例如，3個）個發 秦 光點之多腔雷射1 1 0、在熱塊1 1 1上具備有以等間隔配列複 · 數（例如，9個）個多腔雷射110之雷射陣列140的合波雷 射光源。複數個多腔雷射1 1 0係配列在與各晶片之發光點 1 1 0 a的配列方向相同方向而固定。第2 3圖所示之合波雷射 光源係具備有：雷射陣列1 40 ;對應各多腔雷射1 1 0而配置 之複數個透鏡陣列1 1 4 ;配置在雷射陣列1 40與複數個透鏡 陣列1 1 4之間的1條杆式透境1 1 3 ; 1條多模光纖1 30 ;以 及集光透鏡1 20。透鏡陣列1 1 4係具備有對應多腔雷射1 1 〇 φ 之發光點的複數個微透鏡。 上述的構成中，複數多腔雷射110之複數個發光點10a之 各自出射的雷射光束B，係各自依杆式透境113而被集光在 指定方向之後，藉透鏡陣列1 1 4之各微透鏡而平行光化。 被平行光化的雷射光束L係由集光透鏡120集光而入射至 多模光纖130的核心130a。入射至核心130a的雷射光係在 光纖內傳送、合波成1條而出射。 接著要介紹其他合波雷射光源的例子。此合波雷射光源 係如第24 ( A)及24 ( B)圖所示，在略矩形狀之熱塊180 ® 上搭載有光軸方向的斷面爲L字狀的熱塊182,在2個熱塊 間形成有收納空間。在L字狀的熱塊1 82上面，以陣列狀 配列有複數個發光點（例如，5個）的複數（例如，2個）多 腔雷射1 1 0係在與各晶片之發光點1 1 0 a的配列方向相同方 向以等間隔配列而固定。 略矩形狀的熱塊180形成有凹部，在熱塊180的空間側上 面，以陣列狀配列有複數個發光點（例如，5個）複數（例 ~ 如，2個）之多腔雷射110,係其發光點被配置成位在與配置 — - 1 6- 1268854 在熱塊1 82之上面的雷射晶片之發光點相同的鉛直面上。 多腔雷射1 1 0之雷射光出射側係配置有，因應各晶片的發 光點110a而配列有准直透鏡之准直透鏡陣列184。准直透 鏡陣列1 8 4，係各准直透鏡之長度方向和和雷射光束之視角 爲大的方向（速軸方向）一致，而各准直透鏡之寬度方向和 視角爲小的方向（遲軸方向）一致般地配置。如此，藉由 將准直透鏡陣列化而成一體化，雷射光之空間利用效率係提 升而可謀求合波雷射光源之高輸出化，同時可使零件數減少 且低成本化。 又，准直透鏡陣列1 84之雷射光出射側係配置有，1條多模 光纖1 3 0、以及把雷射光束集光至此多模光纖1 3 0的入射端 且結合的集光透鏡120。 上述的構成中，配置在雷射塊180、182上之複數多腔雷 射1 10之複數個發光點l〇a所各自出射的雷射光束B係各 自被准直透鏡陣列184所平行光化，依集光透鏡120而被集 光以入射至多模光纖130之核心130a。入射至核心130a之 雷射光係在光纖內傳送且被合波成1條而出射。 此合波雷射光源係如同上述，藉由多腔雷射之多段配置 和准直透鏡之陣列化，特別可圖謀高輸出化。藉由使用此合 波雷射光源，因爲可構成高亮度之光纖陣列光源或束光纖光 源，所以特別適合作爲構成本發明之曝光裝置的雷射光源之 光纖光源。 此外，把上述之各合波雷射光源收納至罩內，可構成把多 模光纖1 3 0之出射端部由其罩引出的雷射模組。 又，在上述實施形態中，已說明了在合波雷射光源之多模 光纖的出射端，與核心直徑爲與多模光纖相同且包層直徑爲 -17- 1268854 較多模光纖還小之其他光纖結合，以圖謀光纖陣列光源之高 亮度化的例子，例如把包層直徑爲1 2 5 // m、8 0 // m、6 0 // m 等之多模光纖3 0在出射端不結合其他光纖之下來使用也可 以。 〔光量分布補正光學系統〕 上述的實施形態中，係在曝光頭使用由1對組合透鏡所構 成之光量分布補正光學系統。此光量分布補正光學系統係 使在各出射位置的光束寬度變化，以使周邊部對接近光軸之 中心部的光束寬度之比與入射側相較下，係出射側的會變小， 當來自光源之平行光束對DMD照射時，在被照射面之光量分 布係成爲略均一般地作補正。以下，針對此光量分布補正光 學系統的作用加以說明。 首先，如第25(A)圖所示，以入射光束及出射光束在其全 體之光束寬度（全光束寬度）HO、Η1爲相同之場合加以說 明。此外，在第2 5 ( A )圖中，以符號5 1、5 2所示的部分係 表示假設爲光量分布補正光學系統中之入射面及出射面 者。在光量分布補正光學系統中，設定入射至接近光軸Z1 的中心部之光束與入射至周邊部之光束之各自的光束寬度 hO、hi爲相同（hO = hi )。光量分布補正光學系統，對在入 射側爲同一光束寬度hO、h 1的光，有關中心部的入射光束， 係放大其光束寬度hO，反之，對周邊部之入射光束，係施加使 其光束寬度縮小的作用。亦即，有關中心部之出射光束的寬 度hlO和周邊部之出射光束的寬度hll，係成爲hll<hlO。 若以光束寬度的比率來表示，則周邊部對在出射側之中心部 的光束寬度比[h 1 1 / h 1 0 ]與在入射側之比（h 1 / hO = 1 )相較 下係變小（h 1 1 / h 1 0 ) < 1 )。 1268854 如此，藉由使光束寬度變化，可將通常光量分布變大之中 央部的光束往光量不足的周邊部產生，整體而言、在不降低 光的利用效率下，被照射面之光量分布係被略均一化。均一 化的程度係例如，在有效區域內之亮斑爲3 0 %以內，較好爲 設定成20%以內。依此種光量分布補正光學系統之作用、 效果也與在入射側和出射側改變全體的光束寬度之場合（第 25(B) 、25(C))同樣。 第2 5 ( B )圖係表示把入射側之全體光束寬度H0縮小成 寬度H2加以出射的場合（HO > H2 )。在此種場合，光量分 布補正光學系統係，在入射側爲同一光束寬度h0、h 1的光， 於出射側，中央部的光束寬度h 1 0係變得比周邊部還大，反 之，周邊部之光束寬度h 1 1係變得比中心部還小。若以光束 的縮小率來考量，則施予把對中心部的入射光束之縮小率設 定爲較周邊部小，而把對周邊部之入射光束的縮小率設定爲 較中心部大的作用。在此場合，周邊部的光束寬度對中心部 的光束寬度之比「Η 1 1 / Η 1 0」係與在入射側的比（h 1 / h0 = 1 ) 相較下變小（（h 1 1 / h 1 0 ) < 1 )。 第25(C)圖係表示把入射側之全體的光束寬度H0放大 成寬度H3加以出射的場合（HO < H3 )。即使在此種場合， 光量分布補正光學系統係設定成，把入射側爲同一光束寬 h0、h 1的光，於出射側，中央部的光束寬度h 1 0係與在周邊 部相較下變大，反之，周邊部的光束寬度h 1 1與在中心部相 較下係變小。若以光束的放大率加以考量，與周邊部相較下 係把對中心部的入射光束之放大率設大，施予把對周邊部的 入射光束之放大率設爲較在中心部爲小的作用。在此場合， 對中心部之光束寬度的周邊部之光束寬度比「h 1 1 / h 1 0」， 1268854 係與在入射側的比（h 1 / h Ο = 1 )相較下變小（（h 1 1 / h 1 Ο ) < 1 )。 如此，光量分布補正光學系統係使在各出射位置的光束寬 度變化，因爲把周邊部的光束寬度相對於接近光軸Z 1之中 心部的光束寬度之比設定爲，與入射側相較下，出射側係變 小，所以在入射側爲同一光束寬度的光，於出射側，中央部 的光束寬度係變得比周邊部還大，周邊部的光束寬度係變得 比中心部還小。藉此，可將中央部的光束往周邊部產生，在 光學系統全體之光利用效率不降低之下，可形成光量分布被 略均一化之光束斷面。 以下，表示作爲光量分布補正光學系統來使用之成對的組 合透鏡之具體的透鏡資料的1例。在此例中，如同光源爲雷 射陣列光源之場合一般，表示在出射光束的斷面之光量分布 爲高斯分布時之透鏡資料。此外，在單模光纖的入射端連接 有1個半導體雷射的場合，來自光纖的射出光束之光量分布 係成爲高斯分布。本實施形態也可適用在此種場合。又，藉 由把多模光纖的核心直徑設小以接近單模光纖的構成等，則 接近光軸之中心部的光量係也可適用在比周邊部的光量還 大的場合。 下列表1係表示基本透鏡資料。 -20- 1268854 【表1】 基本透鏡資料 Si Ri Di Ni (面編號） (曲率半徑） (面間隔） (折射率） 01 非球面 5.000 1.52811 02 〇〇 50.000 03 〇〇 7.000 1.52811 04 —------- —1 非球面 由表1可知，成對的組合透鏡係由旋轉對稱之2個非球面 透鏡所構成。將配置在光入射側之第1透鏡的光入射側的 面設爲第1面、光出射側的面設爲第2面，第1面係非球面 形狀。又，配置在光出射側之第2透鏡的光入射側之面設爲 第3面、光出射側之面設爲第4面，第4面係非球面形狀。 表1中，面編號S i係表示第i ( i = 1〜4 )面之編號，曲率 半徑r i係表示第i面的曲率半徑，面間隔d i係表示第i面 和第i + 1面之光軸上的面間隔。面間隔d i値的單位爲毫 米（1 mm )。折射率N i係表示相對於具備有第i面之光學 要素的波長40 5 nm之折射率的値。 下列表2係表示第1面及第4面的非球面資料。 - 2 1 - 1268854 【表2】 -__ 非球面資料 第1面 第4面 C 〜1·4098E- 02 —9 · 8 506E— 03 K —4 · 2192E+ 00 -3 . 6 2 5 3E+ 01 a3 〜1·0027E- 04 —8 · 9980E— 05 a 4 3 · 059 1 E- 05 2 . 3060E— 05 a 5 一 4.5115E— 07 -2 . 2860E- 06 a 6 〜8 · 2819E— 09 8 · 766 1 E— 08 a7 4 . 1 020E- 12 4 . 4028E- 10 a 8 1.22 3 1 - 1 3 1 . 3 624E- 1 2 a9 5 · 3 7 5 3E- 16 3 · 3 9 6 5E- 15 a 1 0 1 . 6315E- 18 7 . 482 3E- 18 上述之非球面資料係以表示非球面形狀之下式（A )中的 係數所表示。 〔數式1〕 C ·ρ2 ίο Ζ = ; - . + Y ai · p1 〇 ο ο ο o ( A ) 式（A)中之各係數係定義如下。 Z :由位在距離光軸高度p之位置的非球面上之點降至非球 面之頂點的接平面（垂直於光軸的平面）之垂線的長度 (mm ) p :距離光軸之距離（mm) · K :圓錐係數 . C:近軸曲率（1/r、r:近軸曲率半徑） -22- 1268854 ai:第i次（i=3〜10)之非球面係數 在表2所示的數値中，記號E係表示接在其後之數値爲應 以10爲底的指數，其以10爲底之指數函數所表示的數値係 表示被乘於E之前的數値。例如，以「1 . 〇E - 02」爲例，係 表示「1 .0*10·2」。 第27圖係表示藉由上述表1及表2所示之成對的組合透 鏡可得之照明光的光量分布。橫軸係表示距離光軸之座標， 軸表示光量比（％ )。此外，爲了作比較，係以第26圖表 示未執行補正時之照明光的光量分布（高斯分布）。由第26 圖及第27圖可知，藉由以光量分布補正光學系統執行補正， 與不執行補正的場合相較下，係可獲得被略均一化之光景分 布。藉此，在曝光頭中之光利用效率不降低之下，可以均一 的雷射光執行無斑的曝光。此外，也可使用一般常用之杆式 積分儀或複眼透鏡等。 〔其他的成像光學系統〕 上述的實施形態中，雖然在曝光頭所使用之DMD的光反 射側設置了作爲成像光學系統之2組透鏡，但也可配置將雷 射光放大而成像之成像光學系統。藉由放大由DMD所反射 之光束線的斷面積，可將在被曝光面中之曝光區域面積（畫 像區域）放大成所期望之大小。 例如，曝光頭可由如第31( A)圖所示構成：對DMD50，DMD50 照射雷射光之照明裝置144;把在DMD5 0反射之雷射光予以 放大而成像之透鏡系454,4 5 8;對應DMD50之各畫素而配置 有多數微透鏡474之微透鏡陣列472 ;對應微透鏡陣列472 之各微透鏡而配置有多數光圏47 8之光圈陣列476;以及使 通過光圈之雷射光成像於被曝光面56之透鏡系480,482。 -23- 1268854 以此曝光頭而言，由照明裝置144照射雷射光時，由DMD5Ο 在開啓方向所反射之光束線的斷面積係經由透鏡系4 5 4、45 8 * 而被放大數倍（例如，2倍）。被放大的雷射光係由微透鏡 _ 陣列472的各微透鏡而對應DMD 50之各畫素被集光，通過光 圏陣列476之對應的光圈。通過光圈之雷射光係經由透鏡 系480、.4 82而成像於被曝光面56上。 在此成像光學系統中，由DMD50所反射之雷射光係經由放 大透鏡454、45 8被放大數倍而投影至被曝光面56,所以全 體的畫像區域變廣。此時，若未配置有微透鏡陣列472及光 φ 圏陣列476，則如第 31 ( Β)圖所示，投影至被曝光面56之 各光束光點BS之1畫素尺寸（光點尺寸）係因應曝光區域 468的尺寸而成爲大者，表示曝光區域 468之鮮銳度的 MTF(光學傳遞函數）特性會降低。 一方面，在配置有微透鏡陣列472及光圈陣列476之場合， 由DMD50所反射之雷射光係依微透鏡陣列472的各微透鏡， 對應DMD 5 0之各畫素而被集光。藉此，如第31(C)圖所示， 即使是在曝光區域被放大的場合，也可把各光束光點BS的 光點尺寸縮小成所期望之大小（例如，1 0 // m X 1 0 // m )，可防 ® 止MTF特性之降低以執行高精細的曝光。此外，曝光區域468 之所以傾斜係，爲了使畫素間沒有間隙而將DMD50傾斜地配 置所致。 又，即使依微透鏡之像差的光束爲寬，也可利用光圏使被 曝光面56上之光點尺寸成爲一定大小般地將光束整形，同 時藉由使其通過對應各畫素所設置的光圏，可防止在鄰接之 畫素間的串音。 更者，藉由在照明裝置1 44上使用與上述實施形態同樣 ' - 24- 1268854 的高亮度光源，因爲由透鏡4 5 8入射至微透鏡陣列472的各 微透鏡之光束角度變小，所以可防止鄰接的畫素之光束的一 部分之入射。亦即，可實現高消光比。 〔積層成型裝置〕 有關本發明的實施形態之積層成型裝置係如第1圖所示， 具備有在上方開口之容器156。容器156內係以2片隔板151 在長度方向區隔成3個，在中央部配置著用以製作成型物之 成型部1 5 3，在此成型部1 5 3的兩側係配置有把成型所使用 之粉末1 5 0對成型部1 5 3供給之供給部1 5 5。 以粉末150而言，可使用工程塑膠、金屬、陶磁、砂、以 及臘等之粉末。例如，可使用丙烯酸、尼龍（Nylon ) 1 1之 複合材、成珠化（Beads )尼龍1 1、合成橡膠、不鏽鋼316、 不鏽鋼420、锆石砂、以及矽砂等之粉末。 構成成型部153的底面之載物台152係由支持部154所 支持，且藉由安裝在支持部1 5 4之未圖示的驅動機構而構成 可昇降。又，在容器1 5 6的內側上部，用以使容器1 5 6內的 粉末150表面平坦化之逆轉輥157係，在副掃描方向以可往 復移動地被安裝著。成型部153之載物台152降下時，因爲 成型部1 5 3的粉末1 5 0不足，所以利用逆轉輥1 5 7由供給部 155供給粉末150。然後，利用逆轉輥157朝與移動方向逆 方向之旋轉所供給的粉末1 5 0係在成型部1 5 3上被押壓且 擴展，粉末150的表面係被平坦化。 於收容在容器156內之粉末150的表面上方，箱狀的掃描 器162係配置成其長度方向朝容器156的寬度方向。掃描 器162係由安裝在寬度方向的兩側面之2根支持臂160所 支持。此外，掃描器1 62係連接在未圖示之用以控制其之控 -25 - 1268854 制器。 又，在容器156之長度方向的兩側面係各自設置有往副掃 描方向延伸之導引部1 58。2根支持臂160的下端部係在此 導引部1 5 8，以沿著副掃描方向可往復移動地被安裝著。此 外，在此積層成型裝置係設置有未圖示之驅動裝置，用以把 支持臂160連同掃描器162 —起沿著導引部158驅動。 掃描器16 2係如第2圖所示，（例如，3行5列）具備有 略矩陣狀配列之複數（例如，1 4個）個曝光頭1 6 6。 在此例中，因爲與容器1 5 6之寬度方向的寬度之關係，係 在第3行配置了 4個曝光頭166。此外，在表示第m行的第 η列所配列之各個曝光頭之場合，係表記爲曝光頭1 6 6 ran。 依曝光頭166的曝光區域168係以副掃描方向爲短邊之 矩形狀。因此，伴隨著掃描器162的移動，粉末152的表面 係形成各曝光頭1 6 6帶狀之已曝光區域（燒結區域）1 7 0。 此外，在表示第m行之第n列所配列之各個曝光頭的曝光區 域之場合，係表記爲曝光區域168mn。 又，如第3(A)圖及3(B)圖所示，帶狀之已曝光區域170 係無間隙地在與副掃描方向正交的方向排列，線狀配列之各 行的曝光頭各自係在配列方向以指定間隔（曝光區域之長 邊的自然數倍，本實施形態中爲2倍）偏移而配置著。因此， 在第1行的曝光區域1 6 8 i i和曝光區域1 6 8 ^ 2之間之不能曝 光的部分係可依第2行之曝光區域1 6 8 21和第3行的曝光區 域1 6 8 3 i而曝光。 曝光頭係各自如第4,5(A)及5(B)圖所 示，具備數位微鏡裝置（DMD ) 5 0以作爲因應畫像資料把入 射光束因應畫像資料而對各畫素作調變之空間光調變元 - 26- 1268854 件。此DMD50係連接在未圖示之具有資料處理部和鏡驅動 控制部之控制器上。此控制器之資料處理部係依據輸入的 畫像資料，生成用以對各曝光頭166之DMD50之應控制區 域內的各微鏡驅動控制之控制信號。此外有關要控制的區 域係在後面加以敘述。又，鏡驅動控制部係依據在畫像資料 處理部生成的控制信號，控制各曝光頭166之DMD50之各 微鏡的反射面之角度。此外有關反射面之角度控制係在後 面加以敘述。在DMD50的光入射側係以如下之順序配置即： 備有光纖的出射端部（發光點）沿著與曝光區域168之長 邊方向對應之方向成一列配列的雷射出射部之光纖陣列光 源66;把由光纖陣列光源66所出射之雷射光作補正且使集 光於DMD上之透鏡系67 ;以及將透射透鏡系67的雷射光朝 DMD50反射之鏡69。 透鏡系67,係由使光纖陣列光源66所出射的雷射光平行 光化之1對組合透鏡7 1、使被平行光化的雷射光之光量分 布成爲均一般而加以補正之1對組合透鏡73、以及把光量 分布被補正的雷射光集光於DMD上之集光透鏡75所構成。 組合透鏡7 3係具備有，對雷射出射端之配列方向，接近透 鏡的光軸之部分爲擴大光束且離開光軸的部分係光束縮減， 且在與此配列方向正交的方向使光照其原樣通過之機能，使 光量分布成爲均一般地補正雷射光。或者，使用複眼透鏡或 杆式積分儀等之光學系統以使光量分布均一化也可以。 又，在DMD50的光反射側配置有使在DMD50反射的雷射光成 像於感光材料150的掃描面（被曝光面）56上之透鏡系54、 58。透鏡系54及5 8係配置成使DMD50和被曝光面56成爲共軛 的關係。 -27- 1268854 DMD50係如第6圖所示，在SRAM胞（記憶體胞）60上，微小 鏡（微鏡）62係由支柱所支持而配置者，係使構成畫素 (PIXEL)之多數個（例如，600個X 800個）微小鏡以格子 狀配列所構成之鏡裝置。各畫素之最上部係設置有由支柱 所支持的微鏡6 2，微鏡6 2的表面係蒸鍍有鋁等之反射率高的 材料。此外，微鏡62的反射率係90%以上。且在微鏡62的正 下係透過包含有鉸鏈及軛架的支柱配置有在通常的半導體 記憶體之生產線所製造之矽閘門的CMOS之SRAM胞60，全體係 構成爲整塊（一體型）。 當DMD50的SRAM胞60被寫入數位信號時，則由支柱所 支撐的微鏡6 2係以對角線爲中心，被以相對於配置有D M D 5 0 的基板側，以α度（例如控1 0度）的範圍傾斜。第7 ( A ) 圖係表示微鏡6 2在開啓狀態之傾斜在+ α度的狀態，第7 (Β)圖係微鏡6 2在關閉狀態之傾斜在-α度的狀態。因此， 因應畫像信號，藉由把在DMD50之各畫素的微鏡62之傾斜 控制成如第6圖，則入射至DMD50的光係朝各自的微鏡62 之傾斜方向反射。 又，第6圖係放大DMD 5 0之一部分，表示微鏡6 2係被控 制+ α度或一 α度之一狀態例。各自的微鏡62之開啓、關 閉控制係由連接在DMD50之未圖示的控制器所執行。此外， 在依關閉狀態的微鏡6 2、光束會被反射之方向上係配置有 光吸收體（未圖不）。 又，DMD50係配置成其短邊與副掃描方向成指定角度0 (例 如，1 °〜5° )般地稍微傾斜者爲較佳。第8 ( A )圖係表示 不使DMD50傾斜時之依各微鏡的反射光像（曝光束）53之 掃描軌跡，第8 ( B)圖係使DMD50傾斜時之曝光束53的掃 1268854 描軌跡。 在DMD50中，於長度方向配置有多數個微鏡（例如，800 個）之微鏡列係在寬度方向配置有多數組（例如，6 0 0組）， 如第8 ( B)圖所示，藉由傾斜DMD50，使得依各微鏡的曝光 束53之掃描軌跡（掃描線）的間距Pi係變得比不傾斜DMD50 時之掃描線的間距P2還狹小，可使解像度大幅地提升。一 方面，因爲DMD50之傾斜角微小之故，所以使DMD50傾斜時 之掃描寬度W2和使DMD 50不傾斜時之掃描寬度W1係略相 同。 又，依不同的微鏡列、相同掃描線上係成爲重疊被曝光（多 重曝光）。如此，藉由被多重曝光，而可控制曝光位置的微 少量，可實現高精細的曝光。又，藉由微少量的曝光位置控 制等之數位畫像處理，可無段差地把配列在主掃描方向之 複數個曝光頭間之連接處予以連繋。 此外，取代DMD50之傾斜，而改以使各微鏡列在與副掃描 方向正交的方向，以指定間隔偏移作棋盤狀配置，也可獲得 同樣的效果。 光纖陣列光源6 6，係如第9 ( A )圖所示，具備複數（例如，6 個）個雷射模組64，各雷射模組64係結合在多模光纖30之 一端。多模光纖30之他端係結合有核心直徑爲與多模光纖 3 0相同且包層直徑較多模光纖3 0小的光纖3 1，如第9 ( C ) 圖所示，光纖3 1的出射端部（發光點）係沿著與副掃描方 向正交的主掃描方向配置1列而構成雷射出射部6 8。此外， 如第9 ( D )圖所示，也可把發光點沿著主掃描方向成2列地 配列。 光纖3 1之出射端部係如第9 ( B )圖所示，表面係被平坦 - 29- 1268854 的2片支持板6 5挾住而固定著。又，光纖3 1之光出射側係 配置有玻璃等之透明的保護板6 3，以保護光纖3 1之端面。 保護板6 3也可與光纖3 1的端面密接配置，也可使光纖3 1 之端面被密封般地配置。光纖31之出射端部雖然光密度且 容易集塵而劣化，但是藉由配置保護板6 3，不但可防止塵埃 對端面之附著同時可延緩劣化。 在本例中，爲了將包層直徑小的光纖3 1之出射端無間隙 地配列成1列，在以包層直徑大的部分鄰接的2條多模光纖 30之間將多模光纖30聚集，而被聚集的多模光纖30所結合 之光纖3 1的出射端，係配列成被挾於以包層直徑爲大的部 分鄰接之2條多模光纖30所結合的光纖3 1之2個出射端 之間。 這樣的光纖，例如第1 0圖所示，係藉由在包層直徑爲大的 多模光纖3 0之雷射光出射側的前端部分，將長度1〜3 0 c m 之包層直徑爲小的光纖31予以同軸地結合而可獲得。2條 的光纖係光纖31之入射端面在多模光纖3 0之出射端面以 兩光纖的中心軸呈一致般地熔接而被結合著。如同上述，光 纖31之核心3 1 a的直徑係與多模光纖3 0之核心3 0 a的直 徑相同大小。 又，也可以使長度爲短包層直徑爲大的光纖中熔接有包層 直徑爲小的光纖之短尺寸光纖，經由一套圈或光連接器等而 結合至多模光纖3 0之出射端。藉由利用連接器等以可裝卸 地結合，以在包層直徑爲小的光纖破損時等場合，使前端部 分的交換變成容易，可減低曝光頭的維修所要之成本。此外， 以下有時把光纖3 1稱爲多模光纖30之出射端部。 以多模光纖30及光纖31而言，也可以是STEP INDEX型 1268854 光纖、GRATED INDEX型光纖、及複合型光纖之中任一。例 如，可使用由三菱電線工業株式會社所製造的STEP INDEX 型光纖。在本實施形態中，多模光纖30及光纖3 1係STEP INDEX型光纖，多模光纖30係包層直徑=125 // m、核心直徑 二25em、NA =0.2、入射端面塗層的透過率= 99· 5%以上， 光纖31係包層直徑= 60//m、核心直徑= NA=0.2。 一般，以紅外線區域的雷射光而言，若光纖的包層直徑設 定小則傳送損失會增加。因此，係因應雷射光之波長帶域以 決定合適的包層直徑。然而，波長越短傳送損失係變少，以 由GaN系半導體雷射所出射的波長40 5nm之雷射光而言，即 使包層的厚度{(包層直徑-核心直徑）/2 }爲傳送80 Onm 之波長帶域的紅外光時之1 / 2左右、或爲傳送通信用之1 . 5 // m之波長頻帶的紅外光時之約1 / 4，傳送損失也幾乎不會 增加。因此，可把包層直徑設小成爲60 # ιώ。藉由使用GaN 系的LD而可容易獲得光密度高之光束。 但是，光纖31的包層直徑不限定爲60/zm。以往在光纖光 源所使用之光纖的包層直徑爲1 2 5 // m，但是包層直徑越小則 焦點深度係變越深，所以多模光纖的包層直徑係80 // m以下 較好，6 0 # m以下更好，4 0 // m以下更佳。一方面，核心直徑 有必要至少爲3〜4 // m，所以光纖3 1的包層直徑係1 0 // m以 上較佳。 雷射模組64係由第1 1圖所示之合波雷射光源（光纖光 源）所構成。此合波雷射光源係由如下所構成：即，配列固 定在熱塊1 〇上之複數（例如7個）個晶片狀之橫多模或單 模之 GaN 系半導體雷射 LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、 及LD7 ;對應GaN系半導體雷射LD1〜LD7各自而設置之准 1268854 直透鏡11、12、13、14、15、16、及17; 1個集光透鏡20; 1條多模光纖3 0。此外，半導體雷射之個數不受限爲7個。 · 例如，包層直徑=6 0 /z m、核心直徑=5 0 // m、N A = 0 . 2的多 模光纖係可入射20多個半導體雷射光，實現曝光頭5之必 要光量，且可將光纖條數減爲更少。
GaN系半導體雷射LD1〜LD7係振盪波長全部共通（例 如，405nm)，最大輸出也全部共通（例如，多模雷射爲l〇〇mw、 單模雷射爲30mW)。此外，以GaN系半導體雷射LD1〜LD7 而言，在3 50nm〜450nm的波長範圍，也可使用具備有上述之 φ 40 5nm以外的振盪波長之雷射。 上述之合波雷射光源係如第1 2及1 3圖所示，連同其他光 學要素一起被收納在上方有開口之箱狀的封裝40內。封裝 40係具備有關閉其開口般所作成之封裝蓋4 1，在脫氣處理 後導入封止氣體，藉由把封裝40之開口以封裝蓋4 1閉合， 而在由封裝40和封裝蓋41所形成之閉空間（封止空間） 內，氣密封止上述合波雷射光源。 在封裝4 0的底面係固定有基板4 2，此基板4 2的上面係安 裝有··該熱塊1 0 ;保持集光透鏡20的集光透鏡保持器；以 馨 及用以保持多模光纖30的入射端部之光纖保持器46。多模 光纖3 0的出射端部係由形成於封裝4 0之壁面的開口被引 出至封裝外。 又，在熱塊1 0的側面係安裝有准直透鏡保持器4 4，准直透 鏡1 1〜1 7係被保持著。在封裝40之橫壁面形成有開口，通 過此開口，用以對GaN系半導體雷射LD1〜LD7供給驅動電 流的配線47係被引出至封裝外。 此外，在第13圖中，爲避免圖面之煩雜化，僅由複數個GaN ^ - 32 - 1268854 系半導體雷射之中、對GaN系半導體雷射LD7附加編號，複 數個准直透鏡之中僅對賦予准直透鏡1 7附加編號。 第14圖係表示上述准直透鏡Η〜17之安裝部分的正面 形狀。准直透鏡1 1〜1 7係各自形成爲以平行的平面，細長 地切取包含有具備非球面的圓形透鏡之光軸的區域。此細 長形狀的准直透鏡，例如係可藉由將樹脂或光學玻璃予以模 製成形而形成。准直透鏡1 1〜1 7係，長度方向爲與GaN系 半導體雷射LD1〜LD 7之發光點的配列方向（第14圖之左 右方向）成正交般地被密接配置在上述發光點之配列方向。 一方面，以GaN系半導體雷射LD1〜LD7而言，係使用具備 發光寬度爲2 // m的活性層，與活性層平行的方向、直角的 方向之視角各自爲例如1 0 ° 、3 0 °的狀態之發射各個雷射 光束B1〜B7之雷射。此等GaN系半導體雷射LD1〜LD7係 在與活性層平行的方向上發光點成1列排列地配設著。 因此，由各發光點所發出之雷射光束B1〜B7係如上述般、 對細長形狀之各准直透鏡1 1〜1 7，係成爲以視角角度爲大的 方向與長度方向一致，視角角度爲小的方向係與寬度方向 (與長度方向正交之方向）一致的狀態入射。亦即，各准直 透鏡11〜17之寬度爲1.1mm、長度爲4.6mm，入射至此等之 雷射光束B1〜B7的水平方向、垂直方向的光束直徑係各自 爲0 · 9mm、2 · 6mm。又，准直透鏡1 1〜17係各自爲焦點距離 1= 3mm、ΝΑ: 0.6、透鏡配置間距=1.25mm。 集光透鏡20，係以平行的平面，細長地切取包含有具備非 球面之圓形透鏡的光軸之區域，准直透鏡1 1〜1 7的配列方 向，亦即形成爲在水平方向爲長、且在與其垂直的方向爲 短的形狀。此集光透鏡2 0係焦點距離f 2 = 2 3 m m、N A = 0 . 2。 -33- 1268854 此集光透鏡20也係藉由例如將樹脂或光學玻璃予以模製成 形而形成。 〔積層成型裝置之動作〕 以下，針對上述曝光裝置的動作加以說明。 在掃描器162之各曝光頭166,由構成光纖陣列光源66之 合波雷射光源的GaN系半導體雷射LD1〜LD7各自以發散光 狀態所出射之雷射光束Bl、B2、B3、B4、B5、B6、及B7各 自係由對應的准直透鏡1 1〜1 7而被平行光化。被平行光化 之雷射光束B1〜B7係由集光透鏡20所集光而收束至多模 光纖3 0之核心3 0 a的入射端面。 本例中，由准直透鏡1 1〜1 7及集光透鏡20構成了集光光 學系統，由其集光光學系統和多模光纖30而構成合波光學 系統。亦即，利用集光透鏡20、如同上述之被集光之雷射光 束B1〜B7係入射至此多模光纖30之核心30a以在光纖內 傳送，而被合波成1條雷射光束B再由結合至多模光纖30 之出射端部的光纖3 1出射。 於各雷射模組中，雷射光束B1〜B7對多模光纖30之結合 效率係〇 . 85、且GaN系半導體雷射LD1〜LD7之各輸出爲30mW 時，被陣列狀配列的各光纖31係可獲得輸出約180mW (二 3 OMw X 0 . 8 5 X 7 )之合波雷射光束B。因此，以陣列配列有6 條光纖3 1的雷射出射部68之輸出約爲1W ( = 180mW X 6 )。 光纖陣列光源66之雷射出射部68上係沿著主掃描方向 呈一列地配列有此種高亮度之發光點。由於把來自單一半 導體雷射之雷射光結合至1條光纖之以往的光纖光源係低 輸出，所以若未配列多數列則不能獲得所期望的輸出，但在 本實施形態所使用之合波雷射光源係高輸出，所以少數列， -34- 1268854 例如即使1列也可獲得所期望的輸出。 例如，在將半導體雷射和光纖以1對1結合之以往的光纖 光源中，通常，以半導體雷射而言，係使用輸出爲30mW (毫 瓦）程度之雷射，以光纖而言，因爲係使用核心直徑5 0 // πι、 包層直徑1 2 5 // m、N A (開口數）〇 · 2之多模光纖，所以若欲 獲得約1 W (瓦）的輸出，則多模光纖必需把4 8條（8 X 6 ) 成一束，發光區域之面積爲0.62mm2 ( 0.675mmX〇.925mm)， 所以在雷射出射部68之亮度爲1.6xi06(W/m2)，每1條 光纖之亮度爲3.2X106(W/m2)。 相對地，在本實施形態中，如同上述，以多模光纖6條約可 獲得11V的輸出，在雷射出射部68之發光區域的面積爲 0.00 8 1 mm2 ( 0.3 2 5mmX 0.025mm)，所以雷射出射部 68 之亮 度成爲123xi06(W/m2)，相較於以往約可圖謀80倍的高 亮度化。又，每1條光纖之亮度爲90 X 106 ( W/m2 )，相較於 以往約可圖謀28倍的高亮度化。 在此，參照第1 5 ( A )及1 5 ( B )圖，針對以往的曝光頭和 本實施形態的曝光頭之焦點深度的差異加以說明。以往的 曝光頭之束狀光纖光源的發光區域之副掃描方向的直徑爲 0.6 7 5mm，本實施形態之曝光頭的光纖陣列光源之發光區域 的副掃描方向的直徑爲0 · 0 2 5mm。如第1 5 ( A )圖所示，在 以往的曝光頭中，光源（束狀光纖光源）1之發光區域大，所 以對DMD3入射的光束之角度變大，其結果，對掃描面5入 射的光束之角度變大。爲此，相對於集光方向（焦點方向之 偏差），光束直徑係易過寬。 一方面，如第1 5 ( B )圖所示，在本實施形態的曝光頭中， 光纖陣列光源66之發光區域的副掃描方向之直徑小，所以 一 35- 1268854 通過透鏡系67對DMD50入射的光束之角度變小，其結果， 對掃描面5 6入射的光束之角度變小。亦即，焦點深度變深。 在本例中，發光區域之副掃描方向的徑係約爲以往的30倍， 可獲得與略繞折界限相當的焦點深度。因此適於微小光點 之曝光。對此焦點深度之效果係在曝光頭的必要光量越大 越顯著且有效。在此例中，被投影在曝光面之1畫素尺寸係 10/z mXlO/z mo 此外，DMD係反射型的空間調變元件，如第1 5 ( A )及1 5 (B )圖係用以說明光學方面之關係的展開圖。 對應一層份曝光圖案之畫像資料係被輸入連接在DMD50 之未圖示的控制器，且暫時記憶在控制器內之圖框記憶體。 此畫像資料係以2進制（點記錄之有無）來表示構成畫像 之各畫素的濃度之資料。 掃描器162係依未圖示的驅動裝置，沿著導引部158由 副掃描方向之上游側往下游側以一定速度移動。掃描器1 62 的移動一被開始，則記憶在圖框記憶體之畫像資料係各複數 線被依序讀出，依據在資料處理部所讀出之畫像資料以生成 對各曝光頭1 66之控制信號。然後，利用鏡驅動控制部，依 據生成之控制信號，各曝光頭166之DMD50之微鏡各自係被 控制開啓、關閉。 當由光纖陣列光源66對DMD 50照射雷射光時，DMD50之 微鏡爲開啓狀態時被反射之雷射光係依透鏡系5 4、5 8而成 像於粉末1 50的表面（被曝光面）56上。如此一來，光纖陣 列光源66所出射的雷射光係被各畫素開啓、關閉，粉末i 50 被以略同於DMD50之使用畫素數量的畫素單位（曝光區域 168 )曝光且燒結，亦即，溶融後而硬化。又，藉由掃描器ι62 -36- 1268854 被以一定速度移動，粉末1 5 0的表面係被執行副掃描，以形 成各曝光頭166帶狀的燒結區域170。 如第16 ( Α)及16 ( Β)圖所示，本實施形態中，於DMD50, 在主掃描方向配列有8 0 0個微鏡的微鏡列雖然在副掃描方 向配列有600組，但在本實施形態中，係依控制器來控制僅 一部分的微鏡列（例如，800個X 1 00列）被驅動。 如第16 ( Α)圖所示，也可以使用配置在DMD50之中央部 的微鏡列，如第16 ( Β)圖所示，也可以使用配置在DMD50之 端部的微鏡列。又，在一部分的微鏡產生缺陷的場合時，要 使用未發生缺陷的微鏡列等，因應狀況也可適宜變更要使用 的微鏡列。 DMD50的資料處理速度上係有其限度，與要使用之畫素數 成比例而每1線的調變速度係被決定，所以藉由僅使用一部 分的微鏡列，每1線的調變速度變快。一方面，在連續地使 曝光頭對相對移動之曝光方式時，並沒有將副掃描方向的畫 素予以全部使用之必要。 例如，600組的微鏡列之中，在僅使用300組之場合，與600 組全部使用之場合相比較下，係可將每1線調變快2倍。 又，600組的微鏡列之中，在僅使用200組之場合，與600組 全部使用之場合相比較下，係可將每1線調變快3倍。亦 即，可在副掃描方向將5 00mm的區域以17秒曝光。再者，在 僅使用100組之場合時，係可將每1線調變快6倍。亦即， 可在副掃描方向將5 00mm的區域以9秒曝光。 欲使用之微鏡列的數目，亦即，配置在副掃描方向之微鏡 的個數係10以上且200以下較好，10以上且100以下更好。 由於相當於1畫素之每1個微鏡的面積爲1 5 v m X丨5 # m，所 - 37 - 1268854 以若換算爲DMD50的使用區域，則i2mmX150/zm以上且12mm X3mm以下的區域較好，l2mmX15〇Mm以上且i2mmXl.5mm 以下的區域更好。 欲使用之微鏡列的數目若在上述範圍，則如第1 7 ( A )及 1 7 ( B )圖所不，使由光纖陣歹ij光源6 6所出射的雷射光在透 鏡系6 7施以略平行光化而可對D M D 5 0照射。由D M D 5 0照射 雷射光的照射區域與DMD 5 0之使用區域係一致者爲較佳。 照射區域若較使用區域還寬則雷射光之利用效率降低。 一方面，因應透鏡系6 7之在副掃描方向配列之微鏡的個 數，雖然有必要將集光於DMD 5 0上之光束的副掃描方向之 直徑設定小，但是當使用之微鏡列的數目未滿1 〇時，則入射 於DMD50之光束的角度係變大，在掃描面56中之光束的焦 點深度變淺，所以並不佳。 又，以調變速度的觀點來說，使用之微鏡列數爲200以下 係較佳。此外，DMD係反射型之空間調變元件，第1 7 ( A )及 1 7 ( B )圖係用以說明光學關係的展開圖。 依掃描器1 62的1次副掃描，在1層分的燒結終了時，掃 描器162係依未圖示的驅動裝置，沿著導引部158而回復到 位在最上游側之原點。接著，依未圖示的驅動機構使成型部 153之載物台152降下指定量時，依載物台152的降下而不 足的粉末1 5 0係由供給部1 5 5所供給、粉末1 5 0的表面係 依逆轉輥1 57而被平坦化。然後，次一層的畫像資料係在輸 入至連接到DMD50之未圖示的控制器時，再度執行依掃描器 1 62之副掃描。如此一來，藉由反覆執行依副掃描的曝光 (燒結）和載物台之降下而重疊燒結層，以形成3維模型。 如同以上所說明，本實施形態之積層成型裝置係具備DMD， 1268854 其在主掃描方向配列有800個微鏡之微鏡列係沿副掃描方 向配列600組，但是因爲利用控制器控制僅一部分的微鏡列 被驅動，所以與驅動全部的微鏡列之場合相較下，每1線之 調變速度係變快。藉此在高速之曝光、成型係成爲可能。 又，用以照明DMD之光源係使用把合波雷射光源之光纖的 出射端部作陣列狀配列之高亮度的光纖陣列光源，所以可獲 得高輸出且深的焦點深度，且可獲得高的光密度輸出，所以 執行可高精細成型。且因爲各光纖光源的輸出變大，所以爲 獲得期望之輸出所必要的光纖光源數變少，係可圖謀積層成 型裝置之低成本化。 特別是在本實施形態中，由於設定光纖的出射端之包層直 徑爲較入射端之包層直徑還小，所以發光部直徑係變小而可 圖謀光纖陣列光源之更高亮度化。依此，更高精細的成型係 成爲可能。 其次針對以上說明之實施形態的變形例作說明。 〔其他空間調變元件〕 在上述的實施形態中，雖然已針對將DMD的微鏡作部分 地驅動之例加以說明，但是即使是在對應指定方向之方向的 長度爲比交叉於該指定方向的方向之長度還長的基板上，使 用因應各個控制信號、以2維配列有可變更反射面角度之 多數個微鏡的細長DMD，由於用以控制反射面之角度的微鏡 個數變少，所以同樣地可加速調變速度。 上述的實施形態中，雖然已針對作爲空間調變元件之具 備有DMD的曝光頭加以說明，例如，即使在使用有MEMS (微 機電系統）型之空間調變元件（SLM)或使用有依電氣光學 效果而調變透過光之光學元件（PLZT元件）及液晶光遮板 1268854 (FLC)等，即使在使用除MEMS型以外之空間調變元件的 場合，對基板上所配列之全部畫素部、藉由使用一部分之畫 素部，因爲可使每1畫素、每1主掃描線的調變速度加速， 所以可獲得同樣的效果。 此外，所謂的MEMS係以I C製程爲基礎的微機械技術所成 之微尺寸的感測器、致動器，然後把控制電路予以積體化的 微系統之總稱，所謂的MEMS型之空間調變元件係意味著利 用靜電力之電氣機械動作所驅動之空間調變元件。 〔雷射驅動方法〕 光纖陣列光源所包含之各GaN系半導體雷射係可爲連續 驅動也可爲脈波驅動。依脈波驅動的雷射光來曝光係可防 止熱擴散，成爲可高速且高精細的造形。脈波寬係短者較 好，lpsec〜lOOnsec爲較佳，lpsec〜300psec係更好。此 外，GaN系半導體雷射係難以產生稱爲 COD (光學損害）之 光出射端面的破損，係具高可靠性，且可容易實現1 p s e c〜 3 0 0 p s e c的脈波寬。 〔其他曝光方式〕 如第18圖所示，與上述的實施形態同樣地，以掃描器162 對X方向之.1次掃描來將感光材料150全面作曝光也可以， 如第19( A)及19( B)圖所示，以掃描器162將感光材料150 往X方向掃描之後，使掃描器162在Y方向移動1步，再往X 方向執行掃描般地反覆掃描和移動，以複數回的掃描將感光 材料1 50的全面予以曝光也可以。此外，在本例中，掃描器 162係具備有18個曝光頭166。 一般在造形3維模型之光造形方法中，伴隨樹脂之硬化的 重合收縮、依硬化時產生之重合熱而成高溫的樹脂係在常 -40 - 1268854 溫被冷卻而產生依熱應變所造成之硬化收縮，伴隨著此等硬 化之收縮，係具有造形物熱應變、造形精度降低之問題。特 別是，在將包含複數個畫素的區域作同時曝光（面曝光）以 造形成平板狀之場合，造形物係柑對於積層方向以凸狀朝下 側翹曲。爲了防止依此種硬化收縮之應變的發生，係將曝光 區域分成複數個區域再加以依序曝光者係較佳。 例如，把粉末之同一表面作複數次掃描，在第1次的掃描， 在曝光成型形狀的輪郭線且使粉末燒結硬化之後，在第2次 以後的掃描，曝光輪郭線的內部且使其燒結硬化，依此、應 變的發生係被防止。 又，如第30 ( A )圖所示，把曝光區域分割成多數個畫素， 將此多數個畫素區分成，由相互不鄰接的畫素102所構成之 第1群，和由相互不鄰接的畫素104所構成之第2群等2群， 再對各群作掃描曝光也可以。畫素102和畫素104係構成 黑白相間圖案般地交互配列著。在第30 ( A )圖係表示曝光 區域的一部分，但是在使用具備有例如100萬畫素的DMD之 曝光頭的場合，可因應DMD的畫素數把曝光區域分割成100 萬個畫素。 首先，在第1次的掃描，如第30(B)圖所示，曝光屬第1 群的畫素102，在第2次的掃描，如第30 ( C )圖所示，曝光 屬第2群之畫素104。藉此，畫素和畫素之間隙被掩埋，光硬 化性樹脂之液面的曝光區域全面被曝光。 在第1次的掃描、同時被曝光的第1群之畫素彼此相互 不鄰接，在第2次的掃描、同時被曝光的第2群之畫素彼此 也相互不鄰接。如此鄰接的畫素因爲沒有被同時曝光，所以 依硬化收縮的應變係不傳至鄰接的畫素。亦即，把曝光區域 -41- 1268854 全體予以同時曝光時，依硬化收縮的應變係伴隨著傳播曝光 區域而變大，雖然會產生相當的應變，但是在此例中，硬化 收縮係僅在1畫素的範圍產生，依硬化收縮的應變不傳至鄰 接的畫素。藉此，在積層造形物中之應變的產生係顯著被抑 制，成爲可高精度的造形。 上述之實施形態的曝光裝置中，藉由掃描器之1次的掃 描可將粉末表面以任意的圖案曝光。因此，依複數次的掃描 所分割之各區域曝光係比較容易。 〔其他雷射裝置（光源）〕 上述的實施形態中，係針對使用具備有複數個合波雷射光 源的光纖陣列光源之例子加以說明，但是雷射裝置並不局限 在把合波雷射光源予以陣列化的光纖陣列光源。例如，可使 用把具備1條用以出射由具有1個發光點的單一半導體雷 射所入射之雷射光之光纖的光纖光源被陣列化的光纖陣列 光線。但是更好爲焦點深度被取深之合波雷射光源。 又，以具備有複數個發光點之光源而言，例如，如第20圖 所示，可使用在熱塊1 〇〇上配列有複數個（例如7個）晶片 狀之半導體雷射LD1〜LD7的雷射陣列。又，如第21 ( A)圖 所示，在指定方向配列有複數（例如，5個）個發光點1 1 0 a 之晶片狀的多腔雷射1 1 〇係爲人所知悉。多腔雷射1 1 0與 配列晶片狀的半導體雷射相較下，係可高精度地配列發光點， 可容易地把各發光點所出射的雷射光束予以合波。但是，發 光點變多則於雷射製造時在多腔雷射1 1 0變得容易產生變 形，所以發光點1 1 〇 a之個數係設定爲5個以下較佳。 本發明之曝光頭中，可將此多腔雷射110或如第21(B) 圖所示，在熱塊100上與各晶片之發光點110a之配列方向 1268854 相同方向上配列有複數個多腔雷射1 1 0之多腔雷射陣列作 爲雷射裝置（光源）來使用。 又，合波雷射光源並不被限定於用以把由複數個晶片狀之 半導體雷射所出射的雷射光予以合波者。例如，如第2 2圖 所示，可使用具備有複數（例如，3個）個發光點1 1 〇 a之晶 片狀的多腔雷射1 10之合波雷射光源。此合波雷射光源係 構成爲具備有多腔雷射110、1條多模光纖130、以及集光 透鏡120。多腔雷射1 10係例如可以振盪波長爲40 5 nm的GaN 系雷射二極體來構成。 上述的構成中，由多腔雷射110之複數個發光點110a所 出射的雷射光束B係各自由集光透鏡1 2 0所集光而入射於 多模光纖130的核心130a。入射到核心130a的雷射光係在 光纖內傳送且合波爲1條而出射。 在與上述多模光纖130之核心直徑略等寬度內並設多腔 雷射110之複數個發光點110a，同時作爲集光透鏡120,係 使用與多模光纖1 30之核心直徑略等焦點距離之凸透鏡或 來自多腔雷射110之出射光束僅在垂直其活性層之面內准 直的杆式透鏡，藉此可提升雷射光束B對多模光纖1 30的結 合效率。 又，如第22圖所示，可使用具備有複數（例如，3個）個發 光點之多腔雷射1 1 0、在熱塊1 1 1上具備有以等間隔配列複 數（例如，9個）個多腔雷射1 1 0之雷射陣列1 40的合波雷 射光源。複數個多腔雷射1 10係配列在與各晶片之發光點 110a的配列方向相同方向而固定。第23圖所示之合波雷射 光源係具備有：雷射陣列1 40 ;對應各多腔雷射1 1 0而配置 之複數個透鏡陣列114 ;配置在雷射陣列140與複數個透鏡 1268854 陣列1 1 4之間的1條杆式透境1 1 3 ; 1條多模光纖1 3 Ο ;以 及集光透鏡1 20。透鏡陣列1 1 4係具備有對應多腔雷射1 1 〇 之發光點的複數個微透鏡。 上述的構成中，複數多腔雷射1 1 0之複數個發光點1 0 a之 各自出射的雷射光束B，係各自依杆式透境113而被集光在 指定方向之後，藉透鏡陣列1 1 4之各微透鏡而平行光化。 被平行光化的雷射光束L係由集光透鏡1 20集光而入射至 多模光纖1 3 0的核心1 3 0 a。入射至核心1 3 0 a的雷射光係在 光纖內傳送、合波成1條而出射。 接著要介紹其他合波雷射光源的例子。此合波雷射光源 係如第24 ( A)及24 ( B)圖所示，在略矩形狀之熱塊180 上搭載有光軸方向的斷面爲L字狀的熱塊182,在2個熱塊 間形成有收納空間。在L字狀的熱塊1 8 2上面，以陣列狀 配列有複數個發光點（例如，5個）的複數（例如，2個）多 腔雷射1 1 0係在與各晶片之發光點1 1 〇 a的配列方向相同方 向以等間隔配列而固定。 略矩形狀的熱塊180形成有凹部，在熱塊180的空間側上 面，以陣列狀配列有複數個發光點（例如，5個）複數（例 如，2個）之多腔雷射110,係其發光點被配置成位在與配置 在熱塊1 8 2之上面的雷射晶片之發光點相同的鉛直面上。 多腔雷射1 1 〇之雷射光出射側係配置有，因應各晶片的發 光點1 1 0 a而配列有准直透鏡之准直透鏡陣列1 8 4。准直透 鏡陣列1 8 4，係各准直透鏡之長度方向和和雷射光束之視角 爲大的方向（速軸方向）一致，而各准直透鏡之寬度方向和 視角爲小的方向（遲軸方向）一致般地配置。如此，藉由 將准直透鏡陣列化而成一體化，雷射光之空間利用效率係提 一 44- 1268854 升而可謀求合波雷射光源之高輸出化，同時可使零件數減少 且低成本化。 又，准直透鏡陣列1 8 4之雷射光出射側係配置有，1條多模 光纖1 3 0、以及把雷射光束集光至此多模光纖1 3 0的入射端 且結合的集光透鏡120。 上述的構成中，配置在雷射塊180、182上之複數多腔雷 射1 1 0之複數個發光點1 〇 a所各自出射的雷射光束B係各 自被准直透鏡陣列184所平行光化，依集光透鏡120而被集 光以入射至多模光纖130之核心130a。入射至核心130a之 雷射光係在光纖內傳送且被合波成1條而出射。 此合波雷射光源係如同上述，藉由多腔雷射之多段配置 和准直透鏡之陣列化，特別可圖謀高輸出化。藉由使用此合 波雷射光源，因爲可構成高亮度之光纖陣列光源或束光纖光 源，所以特別適合作爲構成本發明之曝光裝置的雷射光源之 光纖光源。 此外，把上述之各合波雷射光源收納至罩內，可構成把多 模光纖1 3 0之出射端部由其罩引出的雷射模組。 又，在上述實施形態中，已說明了在合波雷射光源之多模 光纖的出射端，與核心直徑爲與多模光纖相同且包層直徑爲 較多模光纖還小之其他光纖結合，以圖謀光纖陣列光源之高 売度化的例子，例如把包層直徑爲125/zm、80//m、60//m 等之多模光纖30在出射端不結合其他光纖之下來使用也可 〔光量分布補正光學系統〕 上述的實施形態中，係在曝光頭使用由1對組合透鏡所構 成之光量分布補正光學系統。此光量分布補正光學系統係 一 45- 1268854 使在各出射位置的光束寬度變化，以使周邊部對接近光軸之 中心部的光束寬度之比與入射側相較下，係出射側的會變小， 當來自光源之平行光束對DMD照射時，在被照射面之光量分 布係成爲略均一般地作補正。以下，針對此光量分布補正光 學系統的作用加以說明。 首先，如第25(A)圖所示，以入射光束及出射光束在其全 體之光束寬度（全光束寬度）HO、H1爲相同之場合加以說 明。此外，在第2 5 ( A )圖中，以符號5 1、5 2所示的部分係 表示假設爲光量分布補正光學系統中之入射面及出射面 者。在光量分布補正光學系統中，設定入射至接近光軸Z1 的中心部之光束與入射至周邊部之光束之各自的光束寬度 hO、hi爲相同（hO二hi)。光量分布補正光學系統，對在入 射側爲同一光束寬度hO、h 1的光，有關中心部的入射光束， 係放大其光束寬度hO，反之，對周邊部之入射光束，係施加使 其光束寬度縮小的作用。亦即，有關中心部之出射光束的寬 度h 10和周邊部之出射光束的寬度hi 1，係成爲hi 1 < hi 0。 若以光束寬度的比率來表示，則周邊部對在出射側之中心部 的光束寬度比[hi 1/hi 0]與在入射側之比（hi/h0=l)相較 下係變小（hll/hlO) <1)。 如此，藉由使光束寬度變化，可將通常光量分布變大之中 央部的光束往光量不足的周邊部產生，整體而言、在不降低 光的利用效率下，被照射面之光量分布係被略均一化。均一 化的程度係例如，在有效區域內之亮斑爲30%以內，較好爲 設定成20%以內。依此種光量分布補正光學系統之作用、 效果也與在入射側和出射側改變全體的光束寬度之場合（第 2 5(B) 、2 5 ( C ))同樣。 一 46- 1268854 第2 5 ( B )圖係表示把入射側之全體光束寬度HO縮小成 寬度H2加以出射的場合（HO > H2 )。在此種場合，光量分 布補正光學系統係，在入射側爲同一光束寬度hO、h 1的光， 於出射側，中央部的光束寬度h 1 0係變得比周邊部還大，反 之，周邊部之光束寬度h 1 1係變得比中心部還小。若以光束 的縮小率來考量，則施予把對中心部的入射光束之縮小率設 定爲較周邊部小，而把對周邊部之入射光束的縮小率設定爲 較中心部大的作用。在此場合，周邊部的光束寬度對中心部 的光束寬度之比「HI 1 / H10」係與在入射側的比（hi / h0 = 1 ) 相較下變小（（h 1 1 / h 1 0 ) < 1 )。 第25 ( C )圖係表示把入射側之全體的光束寬度HO放大 成寬度H3加以出射的場合（HO < H3 )。即使在此種場合， 光量分布補正光學系統係設定成，把入射側爲同一光束寬 hO、hi的光，於出射側，中央部的光束寬度hlO係與在周邊 部相較下變大，反之，周邊部的光束寬度h 1 1與在中心部相 較下係變小。若以光束的放大率加以考量，與周邊部相較下 係把對中心部的入射光束之放大率設大，施予把對周邊部的 入射光束之放大率設爲較在中心部爲小的作用。在此場合， 對中心部之光束寬度的周邊部之光束寬度比「h 1 1 / h 1 0」， 係與在入射側的比（hi/h0= 1 )相較下變小（（hi 1/hlO ) < 1 ) 〇 如此，光量分布補正光學系統係使在各出射位置的光束寬 度變化，因爲把周邊部的光束寬度相對於接近光軸Z 1之中 心部的光束寬度之比設定爲，與入射側相較下，出射側係變 小，所以在入射側爲同一光束寬度的光，於出射側，中央部 的光束寬度係變得比周邊部還大，周邊部的光束寬度係變得 一 47- 1268854 比中心部還小。藉此，可將中央部的光束往周邊部產生，在 光學系統全體之光利用效率不降低之下，可形成光量分布被 略均一化之光束斷面。 以下，表示作爲光量分布補正光學系統來使用之成對的組 合透鏡之具體的透鏡資料的1例。在此例中，如同光源爲雷 射陣列光源之場合一般，表示在出射光束的斷面之光量分布 爲高斯分布時之透鏡資料。此外，在單模光纖的入射端連接 有1個半導體雷射的場合，來自光纖的射出光束之光量分布 係成爲高斯分布。本實施形態也可適用在此種場合。又，藉 由把多模光纖的核心直徑設小以接近單模光纖的構成等，則 接近光軸之中心部的光量係也可適用在比周邊部的光量還 大的場合。 下列表1係表示基本透鏡資料。 一 4 8 - 1268854 【表1】 基本透鏡資料 Si r i di Ni (面編號） (曲率半徑） (面間隔） (折射率） 01 非球面 5.000 1.52811 02 〇〇 50.000 03 〇〇 7.000 1.52811 04 非球面 由表1可知，成對的組合透鏡係由旋轉對稱之2個非球面 透鏡所構成。將配置在光入射側之第1透鏡的光入射側的 面設爲第1面、光出射側的面設爲第2面，第1面係非球面 形狀。又，配置在光出射側之第2透鏡的光入射側之面設爲 第3面、光出射側之面設爲第4面，第4面係非球面形狀。 表1中，面編號S i係表示第i ( i = 1〜4 )面之編號，曲率 半徑r i係表示第i面的曲率半徑，面間隔d i係表示第i面 和第i + 1面之光軸上的面間隔。面間隔d i値的單位爲毫 米（1 mm )。折射率N i係表示相對於具備有第i面之光學 要素的波長405 nm之折射率的値。 下列表2係表示第1面及第4面的非球面資料。 【表2】 非球面資料 第1面 第4面 C -1 · 4098E— 02 —9.8506E- 03 K —4· 2192E+ 00 —3.6 2 5 3E + 〇1 a3 一 1 · 0027E— 04 -8·9980E- 〇5 a 4 3 . 059 1 E- 05 2·3060E- 05 -49- 1268854 a 5 —4· 5115E— 07 -2 . 2860E - 06 a 6 —8. 2819E— 09 8 . 766 1 E- 08 a7 4 . 1 020E- 12 4.4028E- 10 a8 1.22 3 1 — 1 3 1 . 3 624E- 12 a9 5 · 3 7 5 3E— 16 3 . 3 96 5E- 1 5 alO 1 · 6315E— 18 7 . 4823E- 18 上述之非球面資料係以表示非球面形狀之下式（A )中的 係數所表示。
I C·〆 1+小-k(c ·Ργ 10 ·+Σα/ •Ρ 0 ( A )
上述式（A )中之各係數係定義如下。 Z :由位在距離光軸高度P之位置的非球面上之點降至非球 面之頂點的接平面（垂直於光軸的平面）之垂線的長度 (mm ) ρ :距離光軸之距離（mm) K :圓錐係數 C:近軸曲率（1/r、r:近軸曲率半徑） a i :第i次（i = 3〜1 0 )之非球面係數 在表2所示的數値中，記號E係表示接在其後之數値爲應 以1 0爲底的指數，其以1 0爲底之指數函數所表示的數値係 表示被乘於E之前的數値。例如，以「1 . 0E — 02」爲例，係 表示「1 ·0Χ 1〇-2」。 第27圖係表示藉由上述表1及表2所示之成對的組合透 鏡可得之照明光的光量分布。橫軸係表示距離光軸之座標， 軸表示光量比（％ )。此外，爲了作比較，係以第2 6圖表 -50 - 1268854 示未執行補正時之照明光的光量分布（高斯分布）。由第26 圖及第27圖可知，藉由以光量分布補正光學系統執行補正， 與不執行補正的場合相較下，係可獲得被略均一化之光景分 布。藉此，在曝光頭中之光利用效率不降低之下，可以均一 的雷射光執行無斑的曝光。此外，也可使用一般常用之杆式 積分儀或複眼透鏡等。 〔其他的成像光學系統〕 上述的實施形態中，雖然在曝光頭所使用之DMD的光反 射側設置了作爲成像光學系統之2組透鏡，但也可配置將雷 射光放大而成像之成像光學系統。藉由放大由DMD所反射 之光束線的斷面積，可將在被曝光面中之曝光區域面積（畫 像區域）放大成所期望之大小。 例如，曝光頭可由如第3 1( A )圖所示構成：對DMD50，DMD50 照射雷射光之照明裝置144;把在DMD50反射之雷射光予以 放大而成像之透鏡系45 4,45 8;對應DMD50之各畫素而配置 有多數微透鏡474之微透鏡陣列472 ;對應微透鏡陣列472 之各微透鏡而配置有多數光圏478之光圈陣列476;以及使 通過光圏之雷射光成像於被曝光面56之透鏡系480, 482。 以此曝光頭而言，由照明裝置1 44照射雷射光時，由DMD 5 0 在開啓方向所反射之光束線的斷面積係經由透鏡系454、458 而被放大數倍（例如，2倍）。被放大的雷射光係由微透鏡 陣列472的各微透鏡而對應DMD50之各畫素被集光，通過光 圈陣列476之對應的光圈。通過光圏之雷射光係經由透鏡 系480、482而成像於被曝光面56上。 在此成像光學系統中，由DMD50所反射之雷射光係經由放 大透鏡454、458被放大數倍而投影至被曝光面56,所以全 1268854 體的畫像區域變廣。此時，若未配置有微透鏡陣列472及光 圈陣列476，則如第31 ( B)圖所示，投影至被曝光面56之 各光束光點BS之1畫素尺寸（光點尺寸）係因應曝光區域 468的尺寸而成爲大者，表示曝光區域 468之鮮銳度的 MTF (光學傳遞函數）特性會降低。 一方面，在配置有微透鏡陣列472及光圏陣列476之場合， 由DMD50所反射之雷射光係依微透鏡陣列47 2的各微透鏡， 對應DMD 5 0之各畫素而被集光。藉此，如第31 (C)圖所示， 即使是在曝光區域被放大的場合，也可把各光束光點BS的 光點尺寸縮小成所期望之大小（例如，1 0 # mx 1 0 # m )，可防 止MTF特性之降低以執行高精細的曝光。此外，曝光區域468 之所以傾斜係，爲了使畫素間沒有間隙而將DMD50傾斜地配 置所致。 又，即使依微透鏡之像差的光束爲寬，也可利用光圏使被 曝光面56上之光點尺寸成爲一定大小般地將光束整形，同 時藉由使其通過對應各畫素所設置的光圏，可防止在鄰接之 畫素間的串音。 更者，藉由在照明裝置1 44上使用與上述實施形態同樣 的高亮度光源，因爲由透鏡4 5 8入射至微透鏡陣列4 7 2的各 微透鏡之光束角度變小，所以可防止鄰接的畫素之光束的一 部分之入射。亦即，可實現高消光比。 [發明效果] 本發明之積層成型裝置係可獲得進行高速成型之效果。 且藉由高亮度光源之使用而獲得可進行高精密成型之效 果0 【圖式簡單說明】 - 52 - 1268854 第1圖係表示在第1實施形態之積層成型裝置的外觀斜 _ 視圖。 第2圖係表示在第1實施形態之積層成型的掃描器之構 成斜視圖。 第3(A)圖係表示形成在粉末表面之已曝光的區域之平面 圖，第3 ( B )圖係表示各曝光頭的曝光區域之配列圖。 第4圖係表示在第1實施形態之積層成型的曝光頭之槪 略構成斜視圖。 第5 ( A )圖係沿著第4圖所示之曝光頭之構成的光軸之副 € 掃描方向的斷面圖，第5 ( B )圖係表示第4圖、之側面圖。 第6圖係.表示數位微鏡裝置（DMD )的構成之部分放大圖。 第7(A)及7(B)圖係用以說明DMD的動作之說明圖。 第8(A)、8(B)圖圖係表示在將DMD不傾斜配置時及作傾 斜配置時將曝光束的配置及掃描線作比較之平面圖 。
第9 ( A )圖係表示光纖陣列光源的構成之斜視圖，第9 ( B ) 圖係第9(A)圖之部分放大圖，第9(C)及9(D)圖係表示在雷 射出射部中之發光點的配列平面圖。 I 第1 0圖係表示多模光纖的構成圖。 第1 1圖係表示合波雷射光源的構成之平面圖。 第1 2圖係表示雷射模組的構成之平面圖。 第1 3圖係表示第1 2圖所示之雷射模組的構成之側面圖。 第1 4圖係表示第1 2圖所示之雷射模組的構成之部分側 面圖。 第1 5 ( A )、1 5 ( B )圖係表示沿著以往的曝光裝置中之焦點 -53- 1268854 深度的光軸之斷面圖，第圖係表示沿著在第1實施形態之曝 光裝置中之焦點深度的光軸之斷面圖。 第1 6 ( A )、1 6 ( B )圖係表示DMD之使用區域的例圖。 第1 7 ( A )圖係DMD之使用區域爲適合之場合的側面圖，第 1 7 ( B )圖係沿著第1 7 ( A )圖之光軸的副掃描方向之斷面圖。 第1 8圖係用以說明以掃描器的1次掃描來使粉末表面整 体曝光之曝光方式的平面圖。 第1 9 ( A )及1 9 ( B )圖係用以說明以掃描器的複數次掃描來 使感光材料曝光之曝光方式的平面圖。 第20圖係表示雷射陣列的構成之斜視圖。 第2 1 ( A )圖係表示多腔雷射的構成之斜視圖，第2 1 (B)圖 係將第2 1 ( A )圖所示之多腔雷射予以陣列配列的多腔雷射陣 列之斜視圖。 第22圖係表示合波雷射光源之其他構成的平面圖。 第23圖係表示合波雷射光源之其他構成的平面圖。 第2 4 ( A )圖係表示合波雷射光源之其他構成之平面圖，第 24(B)圖係沿著第24(A)圖之光軸的斷面圖。 第25(A)、（B)、（C)圖係由光量分布補正光學系統的補正 之槪念說明圖。 第26圖係表示光源爲高斯分布且不執行光量分布補正時 之光量分布圖表。 第27圖係表示由光量分布補正光學系統補正後之光量分 布圖表。 第28圖係表示以往之雷射掃描方式的積層成型裝置的構 -54- 1268854 成之斜視圖。 第29圖係表示以往之可動鏡方式的積層成型裝置 第30(A)圖係表示曝光區域之曝光圖案的1例之平面圖， 第30(B)圖係表示將第30(A)圖之第1群的畫素曝光後之狀 態的斜視圖，第3 0 ( C )圖係表示將第3 0 ( A )圖之第2群的晝 素曝光後之狀態的斜視圖。 第 3 1 ( A )圖係表示沿著結合光學系統之其他不同的曝光 頭的構成之光軸的斷面圖，第31(B)圖係表示在不使用微透 鏡陣列等之場合時、投影至被曝光面之光像的平面圖。第 3 1 ( C )圖係表示在使用有微透鏡陣列等之場合時、投影至被 曝光面之光像的平面圖。 【主要元件符號說明】 LD1 〜LD7· • · GaN系半導體雷射 ίο···· ••熱塊 11〜17 · · • •准直透鏡 20···· ••集光透鏡 30 · · · · ••多模光纖 50 · · · · ••數位微鏡裝置（DMD) 53 _ · · · • •曝光束 54 、 58 · · • •透鏡系 56 · · · · • •掃描面（被曝光面） 64· · · · ••雷射模組 66· · · · • •光纖陣列光源 68· · · · ••雷射出射部 73· · · · • •組合透鏡 -55 - 1268854
150 · • · · •感光材料 151 · • · · •隔板 152 · • · · ·載物台 153 · • · · ·成型部 154· • · · ·支持部 155 · • · · ·供給部 156 · • · · •容器 157 · • · ••逆轉輥 158 · • · ••導引部 162 · • · · ·掃描器 166 · • · · ·曝光頭 168 · • · · •曝光區域 170 · • · · •已曝光區
-56-