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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-08
(45)【発行日】2024-07-17
(54)【発明の名称】光造形物の製造方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/129 20170101AFI20240709BHJP
B29C 64/277 20170101ALI20240709BHJP
B29C 64/393 20170101ALI20240709BHJP
【ＦＩ】
B29C64/129
B29C64/277
B29C64/393
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2023500533
(86)(22)【出願日】2021-11-09
(86)【国際出願番号】 JP2021041097
(87)【国際公開番号】W WO2022176283
(87)【国際公開日】2022-08-25
【審査請求日】2023-06-06
(31)【優先権主張番号】P 2021024500
(32)【優先日】2021-02-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】日下 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】柏木 正浩
【審査官】宮下 浩次
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－２１０８３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５１３８１８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ６４／１２９
Ｂ２９Ｃ ６４／２７７
Ｂ２９Ｃ ６４／３９３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光硬化型樹脂におけるｎ個の領域Ｒ１～Ｒｎ（ｎは、２以上の整数）の各々に光を照射する第１の工程～第ｎの工程を含み、各領域Ｒｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎを満たす整数）の一部は、他の領域Ｒｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｎ及びｊ≠ｉを満たす整数）の一部と重なっており、
第ｉの工程において前記光を照射された領域Ｒｉのうち他の領域Ｒｊと重なった領域の一部又は全部である共通領域を硬化させ、
各領域Ｒ ｉ は、それぞれに対応する第ｉのデジタルマイクロミラーデバイスＤ ｉ により形成される、
ことを特徴とする光造形物の製造方法。
【請求項2】
各デジタルマイクロミラーデバイスＤｉから前記光硬化型樹脂に至る光路上には、各デジタルマイクロミラーデバイスＤｉに対応するレンズＭｉが設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の光造形物の製造方法。
【請求項3】
各第ｉの工程は、同じタイミングで実施される、ことを特徴とする請求項２に記載の光造形物の製造方法。
【請求項4】
前記共通領域に含まれるパターンの最小サイズは、前記光硬化型樹脂に光を照射する光学系である照射光学系の分解能未満である、ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の光造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光造形物の造形方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光造形法の一態様であるステレオリソグラフィには、ガルバノスキャナを用いてレーザ光を走査する走査型と、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device，ＤＭＤ）を用いてパターニングされた光を投影する投影型とがある。投影型においてＤＭＤに入射する光は、レーザ光源により生成された光であってもよいし、水銀ランプなどに代表されるランプにより生成された光であってもよい。例えば、非特許文献１のFigure 5には、波長λが４０５ｎｍであるレーザ光を用いた投影型のステレオリソグラフィの光学系が示されている。
【0003】
非特許文献１の光学系において、レーザ光は、コリメートされたうえでＤＭＤ（Digital Micromirror Device）に照射される。ＤＭＤを構成する各ミラーの向きは、レーザ光の照射領域における強度分布が所望のパターンになるように制御されている。したがって、ＤＭＤにより反射されることによって、レーザ光の照射領域における強度分布は、ほぼ一様なものから所望のパターンに対応したものに変換される。所望のパターンに対応するように強度分布をパターニングされたレーザ光は、焦点距離ｆがｆ＝４５ｍｍである対物レンズを用いて、光硬化型樹脂の層が表面に設けられたサンプルプラットフォームに投影される。その結果、サンプルプラットフォーム上の光硬化型樹脂の層に所望のパターンに対応するレーザ光が照射され、所望のパターンを有する光造形物が得られる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【文献】Michael P. Lee et. al.，"Development of a 3D printer using scanning projection stereolithography", SCIENTIFIC REPORTS，5, 9875, 2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、走査型及び投影型の何れのステレオリソグラフィを用いる場合であっても、感光することによって硬化する光硬化型樹脂の最小サイズは、光硬化型樹脂に照射される光の最小サイズに依存している。また、光硬化型樹脂に照射される光の最小サイズは、サンプルプラットフォームに光を照射する照射光学系の分解能δに依存している。分解能δには、レイリーの分解能、アッベの分解能、及びホプキンスの分解能というようにいくつかの考え方がある。波長λ及び開口数ＮＡを用いて、レイリーの分解能は、δ＝０．６１λ／ＮＡで表され、アッベの分解能は、δ＝λ／ＮＡで表され、ホプキンスの分解能は、δ＝κλ／ＮＡで表される。なお、ホプキンスの分解能に含まれるκは、照明状態によって決まる定数であり、最小でκ＝０．５８である。
【0006】
このように、ステレオリソグラフィを用いる場合、サイズが照射光学系の分解能δよりも小さなパターンを含む光造形物を製造することができない。
【0007】
本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、照射光学系の分解能よりも小さなパターンを含む光造形物を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光造形物の製造方法は、光硬化型樹脂におけるｎ個の領域Ｒ１～Ｒｎ（ｎは、２以上の整数）の各々に光を照射する第１の工程～第ｎの工程を含み、各領域Ｒｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎを満たす整数）の一部は、他の領域Ｒｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｎ及びｊ≠ｉを満たす整数）の一部と重なっており、第ｉの工程において前記光を照射された領域Ｒｉのうち他の領域Ｒｊと重なった領域の一部又は全部である共通領域を硬化させる。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一態様に係る光造形物の製造方法によれば、照射光学系の分解能δよりも小さなパターンを含む光造形物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る製造方法を好適に実施することができる投影型及び走査型のステレオリソグラフィ装置の模式図である。
【図2】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る製造方法に含まれる第１の工程及び第２の工程における領域Ｒ１及びＲ２の模式図である。（ｃ）は、第１の工程及び第２の工程を実施することにより光硬化型樹脂が硬化する共通領域を示す模式図である。
【図3】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、図２に示した製造方法の第１の変形例に含まれる第１の工程～第３の工程における領域Ｒ１～Ｒ３の模式図である。（ｄ）は、第１の工程～第３の工程を実施することにより光硬化型樹脂が硬化する共通領域を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
〔ステレオリソグラフィ装置〕
本発明の一実施形態に係る光造形物の製造方法について説明する前に、本製造方法を好適に実施することができるステレオリソグラフィ装置１０，２０の構成について、図１を参照して説明する。図１の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ステレオリソグラフィ装置１０，２０の模式図である。
本発明の一実施形態に係る光造形物の製造方法について説明する前に、本製造方法を好適に実施することができるステレオリソグラフィ装置１０，２０の構成について、図１を参照して説明する。図１の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ステレオリソグラフィ装置１０，２０の模式図である。
【0012】
＜投影型＞
ステレオリソグラフィ装置１０は、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device，ＤＭＤ）１１と、レンズ１２と、容器１３と、試料台１４と、ステージ１５とを備えている（図１の（ａ）参照）。また、図１の（ａ）には図示していないものの、ステレオリソグラフィ装置１０は、光硬化型樹脂Ｒを露光する光Ｌを生成するレーザ装置を備えている。ステレオリソグラフィ装置１０は、非特許文献１のFigure 5に記載のステレオリソグラフィ装置と同様に、投影型のステレオリソグラフィ装置の一例である。
ステレオリソグラフィ装置１０は、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device，ＤＭＤ）１１と、レンズ１２と、容器１３と、試料台１４と、ステージ１５とを備えている（図１の（ａ）参照）。また、図１の（ａ）には図示していないものの、ステレオリソグラフィ装置１０は、光硬化型樹脂Ｒを露光する光Ｌを生成するレーザ装置を備えている。ステレオリソグラフィ装置１０は、非特許文献１のFigure 5に記載のステレオリソグラフィ装置と同様に、投影型のステレオリソグラフィ装置の一例である。
【0013】
（照射光学系）
本実施形態において、レーザ装置は、波長λがλ＝４０５ｎｍである光Ｌを生成する半導体モジュールを備えている。レーザ装置から出射された光Ｌは、レンズを含むコリメート用の光学系を用いて発散光から図１の（ａ）に示すコリメート光に変換される。なお、図１の（ａ）では、光Ｌの光束の中心軸を光軸ＡＬとしている。光軸ＡＬは、光Ｌの主光線が通る光路と一致する。
本実施形態において、レーザ装置は、波長λがλ＝４０５ｎｍである光Ｌを生成する半導体モジュールを備えている。レーザ装置から出射された光Ｌは、レンズを含むコリメート用の光学系を用いて発散光から図１の（ａ）に示すコリメート光に変換される。なお、図１の（ａ）では、光Ｌの光束の中心軸を光軸ＡＬとしている。光軸ＡＬは、光Ｌの主光線が通る光路と一致する。
【0014】
図１の（ａ）においては、液体である光硬化型樹脂Ｒの表面（すなわち水平面）に直交する鉛直上向き方向をｚ軸正方向と定め、ＤＭＤ１１に入射する前の光Ｌの伝搬方向をｘ軸正方向と定め、ｘ軸正方向及びｚ軸正方向とともに右手系の直交座標系を構成する方向をｙ軸正方向と定めている。
【0015】
ＤＭＤ１１は、マトリクス状に配置された複数のミラーを備えている。各ミラーの向きは、コンピュータにより制御されており、第１の方向及び第２の方向の何れかをとり得る。ミラーが第１の方向を向いている場合、光Ｌは、ｚ軸負方向に向かって反射される。この状態をオン状態と呼ぶ。また、ミラーが第２の方向を向いている場合、光Ｌは、ｚ軸負方向とは異なる方向に向かって反射される。この状態をオフ状態と呼ぶ。したがって、マトリクス状に配置された各ミラーのうちオン状態にするミラーを選択することによって、ＤＭＤ１１によりｚ軸負方向に向かって反射される光Ｌの照射領域における強度分布をパターニングすることができる。
【0016】
ＤＭＤ１１により所望のパターンに強度分布をパターニングされた光Ｌは、レンズ１２を用いて、光硬化型樹脂Ｒの層の下方に位置する試料台１４の主面１４１に投影される。レンズ１２は、対物レンズとして機能する。なお、試料台１４については、後述する。
【0017】
レーザ装置、コリメート用の光学系、ＤＭＤ１１、及びレンズ１２は、ステレオリソグラフィ装置１０において、光硬化型樹脂Ｒに光Ｌを照射する照射光学系を構成する。なお、照射光学系は、後述する主面１４１に投影される光Ｌのパターンをできるだけ精細にできるように調整されていることが好ましい。換言すれば、照射光学系は、その分解能をできるだけ高められるように調整されていることが好ましい。
【0018】
なお、発明が解決しようとする課題の欄に上述したように、照射光学系の分解能δには、レイリーの分解能、アッベの分解能、及びホプキンスの分解能というようにいくつかの考え方がある。波長λ及び開口数ＮＡとしてλ＝４０５ｎｍ，ＮＡ＝１を採用した場合、レイリーの分解能及びアッベの分解能は、それぞれ、２４７ｎｍ及び４０５ｎｍとなる。また、ホプキンスの分解能は、κが最小であるκ＝０．５８である場合に２３５ｎｍとなる。
【0019】
（光硬化型樹脂収容系）
ＤＭＤ１１の下方には、容器１３、試料台１４、及びステージ１５が設けられている。
ＤＭＤ１１の下方には、容器１３、試料台１４、及びステージ１５が設けられている。
【0020】
ステージ１５は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向の各方向にテーブルを並進移動させることができる３軸ステージである。ステージ１５は、後述する容器１３及び試料台１４の位置を精密に制御するために、ｎｍオーダーの分解能を有する。ｎｍオーダーの分解能を有するｘｙｚステージとしては、各軸方向へのテーブルの駆動用にピエゾアクチュエータを用いるｘｙｚステージが挙げられる。このようなｘｙｚステージは、例えば、５ｎｍ程度の分解能を有する。なお、図１の（ａ）には、ステージ１５のテーブルのみを示している。なお、ステージ１５は、コンピュータにより制御されている。また、ステージ１５のテーブルには、後述するｚ軸ステージが固定されている。
【0021】
ステージ１５のテーブルの上には、容器１３が載置されている。また、容器１３の内部には、試料台１４と、光硬化型樹脂Ｒとが収容されている。
【0022】
試料台１４は、容器１３の外部においてｚ軸方向に沿って並進移動することができるｚ軸ステージに接続されている。上述したように、ｚ軸ステージは、ステージ１５のテーブルに固定されている。したがって、ステージ１５のテーブルを移動させた場合、容器１３、ｚ軸ステージ、及び試料台１４は、同期して移動する（一体として移動する）。換言すれば、容器１３に対する試料台１４の相対位置であって、ｘｙ平面内における相対位置は、固定されている。なお、ｚ軸ステージは、コンピュータにより制御されている。
【0023】
光硬化型樹脂Ｒは、閾値を超えるドーズ量の光Ｌを照射されることによって、液体から固体へ硬化する。光硬化型樹脂Ｒは、光造形用として市場に出回っている光硬化型樹脂のなかから用途に応じて選択することができる。
【0024】
ステレオリソグラフィ装置１０は、光硬化型樹脂Ｒの自由液面に対して鉛直上向き方向から光Ｌを照射する自由液面方式である。したがって、試料台１４は、一対の主面のうちｚ軸正方向側の主面である主面１４１が自由液面のわずかに下方に位置するように、ｚ軸方向における位置をｚ軸ステージにより制御されている。その結果、主面１４１の上には、光硬化型樹脂Ｒの所定の厚み（例えば２μｍ以上５μｍ以下）を有する層が形成されている。
【0025】
容器１３、試料台１４、ステージ１５、及びｚ軸ステージは、ステレオリソグラフィ装置１０において、光硬化型樹脂Ｒを収容する光硬化型樹脂収容系を構成する。
【0026】
上述したように、ＤＭＤ１１によりパターニングされた光Ｌは、レンズ１２を用いて、光硬化型樹脂Ｒの層の下方に位置する主面１４１に投影される。したがって、ＤＭＤ１１におけるオン状態のミラーにより構成されたパターンが、主面１４１上の光硬化型樹脂Ｒの層に転写される。その結果、主面１４１上に所望のパターンを有する光造形物が造形される。
【0027】
＜走査型＞
ステレオリソグラフィ装置２０は、ガルバノスキャナ２１と、レンズ２２と、容器１３と、試料台１４と、ステージ１５とを備えている（図１の（ｂ）参照）。ステレオリソグラフィ装置２０は、走査型のステレオリソグラフィ装置の一例である。
ステレオリソグラフィ装置２０は、ガルバノスキャナ２１と、レンズ２２と、容器１３と、試料台１４と、ステージ１５とを備えている（図１の（ｂ）参照）。ステレオリソグラフィ装置２０は、走査型のステレオリソグラフィ装置の一例である。
【0028】
容器１３、試料台１４、及びステージ１５は、ステレオリソグラフィ装置１０が備えているものと同一である。
【0029】
また、図１の（ｂ）には図示していないものの、ステレオリソグラフィ装置２０は、光硬化型樹脂Ｒを露光する光Ｌを生成するレーザ装置を備えている。このレーザ装置もステレオリソグラフィ装置１０が備えているものと同一である。
【0030】
ガルバノスキャナ２１には、レーザ装置から出射され、コリメートされた光Ｌが入射する。ガルバノスキャナ２１は、２枚のミラーと、各ミラーの向きをそれぞれ制御する２つのモータとを備えている。ガルバノスキャナ２１は、コンピュータにより制御されている。ガルバノスキャナ２１は、２枚のミラーの向きを調整することによって、主面１４１に照射する光Ｌを走査することができる。
【0031】
ステレオリソグラフィ装置２０において、レーザ装置、コリメート用の光学系、及びガルバノスキャナ２１は、光硬化型樹脂Ｒに光Ｌを照射する照射光学系を構成する。
【0032】
レンズ２２は、レンズ１２と同様に、対物レンズとして機能する。
【0033】
〔光造形物の製造方法〕
本発明の一実施形態に係る光造形物の製造方法について、図２を参照して説明する。図２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本製造方法に含まれる第１の工程及び第２の工程における領域Ｒ１及びＲ２の模式図である。図２の（ｃ）は、第１の工程及び第２の工程を実施することにより光硬化型樹脂Ｒが硬化する共通領域Ｒｃを示す模式図である。なお、図２の（ａ）～（ｃ）の上段の図は、ステレオリソグラフィ装置１０が備えている試料台１４の主面１４１を平面視した場合に得られる各領域の平面図である。また、図２の（ａ）～（ｃ）の下段の図は、図２の（ａ）に示した線分ＡＢ上におけるドーズ量を示すグラフである。なお、主面１４１の上には、光硬化型樹脂Ｒの層が形成されている。
本発明の一実施形態に係る光造形物の製造方法について、図２を参照して説明する。図２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本製造方法に含まれる第１の工程及び第２の工程における領域Ｒ１及びＲ２の模式図である。図２の（ｃ）は、第１の工程及び第２の工程を実施することにより光硬化型樹脂Ｒが硬化する共通領域Ｒｃを示す模式図である。なお、図２の（ａ）～（ｃ）の上段の図は、ステレオリソグラフィ装置１０が備えている試料台１４の主面１４１を平面視した場合に得られる各領域の平面図である。また、図２の（ａ）～（ｃ）の下段の図は、図２の（ａ）に示した線分ＡＢ上におけるドーズ量を示すグラフである。なお、主面１４１の上には、光硬化型樹脂Ｒの層が形成されている。
【0034】
＜投影型のステレオリソグラフィ装置を用いる場合＞
ここでは、投影型であるステレオリソグラフィ装置１０を用いて本製造方法を実施するものとして説明する。光Ｌの波長λは、λ＝４０５ｎｍであり、レンズ１２の開口数ＮＡは、ＮＡ＝１である。この場合、レイリーの分解能及びアッベの分解能は、それぞれ、２４７ｎｍ及び４０５ｎｍとなる。また、ホプキンスの分解能は、κが最小であるκ＝０．５８である場合に２３５ｎｍとなる。
ここでは、投影型であるステレオリソグラフィ装置１０を用いて本製造方法を実施するものとして説明する。光Ｌの波長λは、λ＝４０５ｎｍであり、レンズ１２の開口数ＮＡは、ＮＡ＝１である。この場合、レイリーの分解能及びアッベの分解能は、それぞれ、２４７ｎｍ及び４０５ｎｍとなる。また、ホプキンスの分解能は、κが最小であるκ＝０．５８である場合に２３５ｎｍとなる。
【0035】
本製造方法は、図２の（ａ）に示す第１の工程と、図２の（ｂ）に示す第２の工程とを含む。すなわち、本製造方法は、本発明の一態様に係る製造方法のうちｎ＝２である場合の一例である。ただし、本発明の一態様に係る製造方法において、ｎ＝２に限定されず、ｎは、２以上の整数であればよい。
【0036】
第１の工程は、主面１４１の上の光硬化型樹脂Ｒにおける領域Ｒ１に対して、光Ｌを照射する工程である。本実施形態において、領域Ｒ１は、一辺の長さＬがＬ＝４０５ｎｍである正方形である。例えば、図３を参照して後述する第１の変形例は、ｎ＝３を採用している。
【0037】
第２の工程は、主面１４１の上の光硬化型樹脂Ｒにおける領域Ｒ２に対して、光Ｌを照射する工程である。本実施形態において、領域Ｒ２は、領域Ｒ１と同様に一辺の長さＬがＬ＝４０５ｎｍである正方形である。
【0038】
本製造方法においては、１つのＤＭＤ１１を備えたステレオリソグラフィ装置１０を用いるので、第１の工程及び第２の工程を異なるタイミングで順番に実施する。また、本実施形態においては、第１の工程及び第２の工程における光Ｌのドーズ量は、何れも等しくドーズ量Ｖｄである。
【0039】
領域Ｒ２は、領域Ｒ１をｘ軸正方向にＬ／２だけ並進移動することによって得られる。したがって、領域Ｒ１及び領域Ｒ２は、互いに重なっている。本製造方法においては、ｎ＝２であるので、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の重なった領域の全部が共通領域Ｒｃとなる。共通領域Ｒｃは、ｘ軸方向に沿った長さがＬ／２に対応する２０２．５ｎｍであり、ｙ軸方向に沿った長さが４０５ｎｍである長方形である。
【0040】
第１の工程及び第２の工程における光Ｌのドーズ量Ｖｄは、光Ｌの強度と、露光時間とに応じて所望の値に設定することができる。本製造方法においては、領域Ｒ１，Ｒ２のうち後述する共通領域Ｒｃのみの光硬化型樹脂Ｒを硬化させ、それ以外の領域の光硬化型樹脂Ｒを硬化させない。したがって、ドーズ量Ｖｄは、光硬化型樹脂Ｒが硬化する閾値を閾値Ｖｔｈとして、Ｖｔｈ＜２Ｖｄ及びＶｄ＜Ｖｔｈを満たすように、換言すれば、Ｖｔｈ／２＜Ｖｄ＜Ｖｔｈを満たすように設定されている。本製造方法においては、Ｖｄ＝２Ｖｔｈ／３になるように第１の工程における光Ｌのドーズ量Ｖｄを定めている（図２の（ｃ）参照）。
【0041】
共通領域Ｒｃにおけるドーズ量２Ｖｄは、２Ｖｄ＝４Ｖｔｈ／３になる。一方、領域Ｒ１，Ｒ２のうち共通領域Ｒｃと重なっていない領域におけるドーズ量Ｖｄは、Ｖｄ＝２Ｖｔｈ／３である。したがって、共通領域Ｒｃの光硬化型樹脂Ｒのみが硬化する。
【0042】
このように、本製造方法によれば、照射光学系の分解能δ（例えば２３５ｎｍ）よりも小さなパターンを含む光造形物を製造することができる。
【0043】
図１の（ａ）に示したステレオリソグラフィ装置１０を用いて本製造方法を実施する場合、各領域Ｒ１，Ｒ２は、１つのＤＭＤ１１により形成される。そのため、第１の工程及び第２の工程は、異なるタイミングで順番に実施される。また、光硬化型樹脂Ｒにおける各領域Ｒ１，Ｒ２の位置（図２参照）は、それぞれ、光硬化型樹脂Ｒに光Ｌを照射する光学系である照射光学系の一部（例えば、ＤＭＤ１１及びレンズ１２の少なくとも何れか一方）の配置に応じて定められるように構成が採用されていてもよい。また、光硬化型樹脂Ｒにおける各領域Ｒ１，Ｒ２の位置は、それぞれ、光Ｌが照射される試料台１４と、容器１３との位置に応じて定められるように構成が採用されていてもよい。この場合、試料台１４及び容器１３は、同期して移動する（一体として移動する）ように構成されていればよい。また、共通領域Ｒｃに含まれるパターンの最小サイズ（図２の（ａ）においては、Ｌ／２）は、光硬化型樹脂Ｒに光Ｌを照射する光学系である照射光学系の分解能δ（例えば２３５ｎｍ）以下である場合、本製造方法は、より効果的である。換言すれば、光硬化型樹脂Ｒにおいて、領域Ｒ１から領域Ｒ２に至る並進移動の移動量が分解能δ以下である場合、本製造方法は、より効果的である。
【0044】
なお、本発明の一態様に係る製造方法において、ｎ＝２の場合に限定されず、ｎとして２以上の整数を採用することもできる。この場合、本発明の一態様に係る製造方法は、光硬化型樹脂Ｒにおけるｎ個の領域Ｒ１～Ｒｎの各々に光を照射する第１の工程～第ｎの工程を含んでいる。各領域Ｒｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎを満たす整数）の一部は、他の領域Ｒｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｎ及びｊ≠ｉを満たす整数）の一部と重なっている。そのうえで、本発明の一態様に係る製造方法は、第ｉの工程において光Ｌを照射された領域Ｒｉのうち他の領域Ｒｊと重なった領域の一部又は全部である共通領域を硬化させる。なお、領域Ｒｉの一部の面積は、領域Ｒｉの全部の面積に対して、２０％より大きく、１００％より小さくてもよい。また、領域Ｒｊの一部の面積は、領域Ｒｊの全部の面積に対して、２０％より大きく、１００％より小さくてもよい。
【0045】
＜第１の変形例＞
図２に示した製造方法の第１の変形例について、図３を参照して説明する。図３の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、第１の変形例の製造方法に含まれる第１の工程～第３の工程における領域Ｒ１～Ｒ３の模式図である。図３の（ｄ）は、第１の工程～第３の工程を実施することにより光硬化型樹脂Ｒが硬化する共通領域Ｒｃを示す模式図である。図２の場合と同様に、図３の（ａ）～（ｄ）の上段の図は、ステレオリソグラフィ装置２０が備えている試料台１４の主面１４１を平面視した場合に得られる各領域の平面図である。また、図３の（ａ）～（ｄ）の下段の図は、図３の（ｄ）に示した線分ＣＤ上におけるドーズ量を示すグラフである。
図２に示した製造方法の第１の変形例について、図３を参照して説明する。図３の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、第１の変形例の製造方法に含まれる第１の工程～第３の工程における領域Ｒ１～Ｒ３の模式図である。図３の（ｄ）は、第１の工程～第３の工程を実施することにより光硬化型樹脂Ｒが硬化する共通領域Ｒｃを示す模式図である。図２の場合と同様に、図３の（ａ）～（ｄ）の上段の図は、ステレオリソグラフィ装置２０が備えている試料台１４の主面１４１を平面視した場合に得られる各領域の平面図である。また、図３の（ａ）～（ｄ）の下段の図は、図３の（ｄ）に示した線分ＣＤ上におけるドーズ量を示すグラフである。
【0046】
本変形例は、本発明の一態様に係る製造方法のうちｎ＝３である場合の一例である。したがって、図３の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すように、第１の工程、第２の工程、及び第３の工程を含む。
【0047】
第ｉの工程（ｉは、１≦ｉ≦３を満たす整数）は、各領域Ｒｉに光Ｌを照射する。図２の示した製造方法の場合と同様に、各領域Ｒｉは、一辺の長さＬがＬ＝４０５ｎｍである正方形である。
【0048】
領域Ｒｉ＋１は、領域Ｒｉをｘ軸正方向及びｙ軸負方向の各々に、それぞれ、Ｌ／３だけ並進移動することによって得られる。したがって、各領域Ｒｉは、互いに重なっている。以下では、領域Ｒ１～領域Ｒ３のうち少なくとも２つの領域が重なった領域を第１の共通領域Ｒｃ１と呼び、領域Ｒ１～領域Ｒ３のうち全ての領域が重なった領域を第２の共通領域Ｒｃ２と呼ぶ。
【0049】
第１の共通領域Ｒｃ１は、第ｉの工程において光Ｌを照射された領域Ｒｉのうち他の領域Ｒｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｎ及びｊ≠ｉを満たす整数）と重なった領域の全部である。第１の共通領域Ｒｃ１は、一辺の長さが２７０ｎｍである２つの正方形が重なった形状である。
【0050】
第２の共通領域Ｒｃ２は、第ｉの工程において光Ｌを照射された領域Ｒｉのうち他の領域Ｒｊと重なった領域の一部である。第１の共通領域Ｒｃ１において、最も狭い部分の幅は、１９１ｎｍである。また、第２の共通領域Ｒｃ２は、一辺の長さが１３５ｎｍである正方形である。
【0051】
本変形例において、第ｉの工程の各々における光Ｌのドーズ量は、何れも等しくドーズ量Ｖｄである。
【0052】
第１の共通領域Ｒｃ１を硬化させる場合における光硬化型樹脂Ｒが硬化する閾値を閾値Ｖｔｈ１とする。この場合、Ｖｔｈ１＜２Ｖｄ及びＶｄ＜Ｖｔｈ１を満たすように、換言すれば、Ｖｔｈ１／２＜Ｖｄ＜Ｖｔｈ１を満たすように、ドーズ量Ｖｄを設定すればよい。
【0053】
また、第２の共通領域Ｒｃ２を硬化させる場合における光硬化型樹脂Ｒが硬化する閾値を閾値Ｖｔｈ２とする。この場合、Ｖｔｈ２＜３Ｖｄ及び２Ｖｄ＜Ｖｔｈ２を満たすように、換言すれば、Ｖｔｈ２／３＜Ｖｄ＜Ｖｔｈ２／２を満たすように、ドーズ量Ｖｄを設定すればよい。
【0054】
本変形例によれば、各第ｉの工程におけるドーズ量Ｖｄを上述したように制御することによって、第１の共通領域Ｒｃ１又は第２の共通領域Ｒｃ２を選択的に硬化させることができる。このように、本変形例によれば、照射光学系の分解能δ（例えば２３５ｎｍ）よりも小さなパターンを含む光造形物を製造することができる。
【0055】
＜第２の変形例：走査型のステレオリソグラフィ装置を用いる場合＞
図２に示した製造方法の第２の変形例について、図４を参照して説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２の変形例の製造方法に含まれる第１の工程及び第２の工程における領域Ｒ１及びＲ２の模式図である。図４の（ｃ）は、第１の工程及び第２の工程を実施することにより光硬化型樹脂Ｒが硬化する共通領域Ｒｃを示す模式図である。なお、図４の（ａ）～（ｃ）の上段の図は、ステレオリソグラフィ装置２０が備えている試料台１４の主面１４１を平面視した場合に得られる各領域の平面図である。また、図の（ａ）～（ｃ）の下段の図は、図４の（ａ）に示した線分ＥＦ上におけるドーズ量を示すグラフである。なお、主面１４１の上には、光硬化型樹脂Ｒの層が形成されている。
図２に示した製造方法の第２の変形例について、図４を参照して説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２の変形例の製造方法に含まれる第１の工程及び第２の工程における領域Ｒ１及びＲ２の模式図である。図４の（ｃ）は、第１の工程及び第２の工程を実施することにより光硬化型樹脂Ｒが硬化する共通領域Ｒｃを示す模式図である。なお、図４の（ａ）～（ｃ）の上段の図は、ステレオリソグラフィ装置２０が備えている試料台１４の主面１４１を平面視した場合に得られる各領域の平面図である。また、図の（ａ）～（ｃ）の下段の図は、図４の（ａ）に示した線分ＥＦ上におけるドーズ量を示すグラフである。なお、主面１４１の上には、光硬化型樹脂Ｒの層が形成されている。
【0056】
本変形例では、投影型であるステレオリソグラフィ装置１０の代わりに、走査型であるステレオリソグラフィ装置２０を用いて本製造方法を実施するものとして説明する。光Ｌの波長λは、λ＝４０５ｎｍであり、レンズ１２の開口数ＮＡは、ＮＡ＝１である。この場合、レイリーの分解能及びアッベの分解能は、それぞれ、２４７ｎｍ及び４０５ｎｍとなる。また、ホプキンスの分解能は、κが最小であるκ＝０．５８である場合に２３５ｎｍとなる。
【0057】
本変形例は、光硬化型樹脂Ｒにおける２個の領域Ｒ１，Ｒ２の各々に光を照射する第１の工程及び第２の工程を含む。本変形例では、走査型であるステレオリソグラフィ装置２０を用いるので、第１の工程及び第２の工程を異なるタイミングで順番に実施する。
【0058】
本変形例において、各領域Ｒｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎを満たす整数）は、他の領域Ｒｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｎ及びｊ≠ｉを満たす整数）と重なっている。具体的には、領域Ｒ１と領域Ｒ２とは、重なっている。そのうえで、本変形例は、領域Ｒ１と領域Ｒ２とが重なった領域である共通領域Ｒｃを硬化させる。これらの構成について、本変形例は、図２に示した製造方法と同様である。
【0059】
本変形例と、図２に示した製造方法との違いは、光硬化型樹脂Ｒに光Ｌを照射する場合の方式である。本変形例では、図１の（ｂ）に示したガルバノスキャナ２１を用いてレーザ光である光Ｌを走査することによって、領域Ｒ１，Ｒ２のパターンを光硬化型樹脂Ｒに転写する。
【0060】
本変形例において、領域Ｒ１，Ｒ２の各々は、何れも、外縁の形状が正方形であり、且つ、環状である領域である（図４の（ａ）及び（ｂ）参照）。なお、領域Ｒ１，Ｒ２の各々において、外縁の一辺の長さは、２．４６μｍであり、環状部分の幅Ｗは、Ｗ＝４０５ｎｍである。また、領域Ｒ２は、領域Ｒ１をｘ軸正方向及びｙ軸負方向の各々に、それぞれ、Ｗ／２だけ並進移動することによって得られる。
【0061】
第１の工程及び第２の工程を実施することによって、領域Ｒ１と領域Ｒ２とが重なった領域の全部である共通領域Ｒｃが得られる。共通領域Ｒｃは、領域Ｒ１，Ｒ２と同様に、外縁の形状が正方形であり、且つ、環状である領域である。共通領域Ｒｃの外縁の一辺の長さは、領域Ｒ１，Ｒ２の外縁の一辺の長さよりＷ／２短く、環状部分の幅は、大部分においてＷ／２に対応する２０２．５ｎｍである。
【0062】
このように、本変形例によれば、走査型であるステレオリソグラフィ装置２０を用いても、照射光学系の分解能δ（例えば２３５ｎｍ）よりも小さなパターンを含む光造形物を製造することができる。
【0063】
〔ステレオリソグラフィ装置の変形例〕
図１の（ａ）に示したステレオリソグラフィ装置１０の変形例であるステレオリソグラフィ装置１０Ａについて、図５を参照して説明する。図５は、ステレオリソグラフィ装置１０Ａの模式図である。
図１の（ａ）に示したステレオリソグラフィ装置１０の変形例であるステレオリソグラフィ装置１０Ａについて、図５を参照して説明する。図５は、ステレオリソグラフィ装置１０Ａの模式図である。
【0064】
ステレオリソグラフィ装置１０は、光Ｌをパターニングする手段として１つのＤＭＤ１１を備えている。したがって、図２に示した製造方法においては、第１の工程及び第２の工程の各々において、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の各々に光Ｌを照射するようにＤＭＤ１１を順番に制御する。そのため、図２に示した製造方法（ｎ＝２の場合）は、第１の工程及び第２の工程を異なるタイミングで順番に実施する構成を採用している。図３に示した製造方法（ｎ＝３の場合）においても、この点は、同じである。
【0065】
一方、ステレオリソグラフィ装置１０Ａは、ｎ＝３を採用しており、光Ｌをパターニングする手段としてｎと同数である３つのＤＭＤ１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ａ３を備えている（図５参照）。各ＤＭＤ１１Ａｉは、第ｉのデジタルマイクロミラーデバイスＤｉの一例である。また、ステレオリソグラフィ装置１０Ａは、各ＤＭＤ１１Ａｉ（ｉは、１≦ｉ≦３を満たす整数）に別個の光を入射させるために、ｎと同数である３つのレーザ装置を備えている（図５には不図示）。なお、図５においては、各ＤＭＤ１１Ａｉに対応する各光を代表して、各光束の中心軸である光軸ＡＬｉを図示している。
【0066】
したがって、各ＤＭＤ１１Ａｉは、光軸ＡＬｉに沿って伝搬する各光を、各領域Ｒｉの形状にパターニングしつつ反射する。このように、ステレオリソグラフィ装置１０Ａは、照射光学系をｎと同じ数（本変形例では３）だけ備えている。したがって、ステレオリソグラフィ装置１０Ａは、各第ｉの工程を同じタイミングで実施することができる。
【0067】
各ＤＭＤ１１Ａｉにより所望のパターンに強度分布をパターニングされた各光は、レンズ１２Ａを用いて光硬化型樹脂Ｒの層の下方に位置する試料台１４の主面１４１に投影される。レンズ１２Ａは、図１の（ａ）に示したレンズ１２と同様に、対物レンズとして機能する。
【0068】
また、ステレオリソグラフィ装置１０Ａは、各ＤＭＤ１１Ａｉから光硬化型樹脂Ｒに至る各光路上には、各ＤＭＤ１１Ａｉに対応するレンズ１６ｉがそれぞれ設けられている。各レンズ１６ｉは、レンズＭｉの一例である。なお、本変形例においては、上記光路のうちレンズ１２Ａと光硬化型樹脂Ｒとの間に各レンズ１６ｉを設けている。なお、各レンズ１６ｉとしては、配列された状態で一体化されたマイクロレンズアレイ１６を用いている。
【0069】
各ＤＭＤ１１Ａｉのうち、ＤＭＤ１１Ａ２は、ステレオリソグラフィ装置１０のＤＭＤ１１と同じ向きを向くように配置されている。ＤＭＤ１１Ａ２は、試料台１４の主面１４１上に設けられた光硬化型樹脂Ｒの層のうち、領域Ｒ２（図３の（ｂ）参照）に光を照射する。
【0070】
ＤＭＤ１１Ａ１は、光硬化型樹脂Ｒのうち領域Ｒ１（図３の（ａ）参照）に光を照射するように、向きを調整されている。また、ＤＭＤ１１Ａ３は、光硬化型樹脂Ｒのうち領域Ｒ３（図３の（ｃ）参照）に光を照射するように、向きを調整されている。
【0071】
このように構成されたステレオリソグラフィ装置１０Ａを用いることによって、各領域Ｒｉは、それぞれに対応するＤＭＤ１１Ａｉ（第ｉのデジタルマイクロミラーデバイスＤｉの一例）により形成される。この場合、各第ｉの工程は、同じタイミングで実施されることが好ましい。
【0072】
なお、ステレオリソグラフィ装置１０Ａは、図１の（ａ）に示したステレオリソグラフィ装置１０をベースにし、ｎと同じ数の照射光学系を有するように変更することによってえられる。同様に、図１の（ｂ）に示したステレオリソグラフィ装置２０をベースにし、ｎと同じ数の照射光学系を有するように変更することによって、走査型のステレオリソグラフィ装置を用いて本発明の一態様に係る製造方法を実施する場合であっても、各第ｉの工程を同じタイミングで実施することができる。
（まとめ）
（まとめ）
【0073】
本発明の第１の態様に係る光造形物の製造方法は、光硬化型樹脂におけるｎ個の領域Ｒ１～Ｒｎ（ｎは、２以上の整数）の各々に光を照射する第１の工程～第ｎの工程を含み、各領域Ｒｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎを満たす整数）の一部は、他の領域Ｒｊ（ｊは、１≦ｊ≦ｎ及びｊ≠ｉを満たす整数）の一部と重なっており、第ｉの工程において前記光を照射された領域Ｒｉのうち他の領域Ｒｊと重なった領域の一部又は全部である共通領域を硬化させる。
【0074】
上記の構成によれば、領域Ｒｉのうち他の領域Ｒｊと重なった領域の一部又は全部である共通領域を硬化させるので、照射光学系の分解能よりも小さなパターンを含む光造形物を製造することができる。
【0075】
また、本発明の第２の態様に係る光造形物の製造方法においては、上述した第１の態様に係る光造形物の製造方法の構成に加えて、各領域Ｒｉは、それぞれに対応する第ｉのデジタルマイクロミラーデバイスＤｉにより形成される、構成が採用されている。
【0076】
上記の構成によれば、各第ｉの工程を実施するタイミングを自由に決めることができる。
【0077】
また、本発明の第３の態様に係る光造形物の製造方法においては、上述した第２の態様に係る光造形物の製造方法の構成に加えて、各デジタルマイクロミラーデバイスＤｉから前記光硬化型樹脂に至る光路上には、各デジタルマイクロミラーデバイスＤｉに対応するレンズＭｉが設けられている、構成が採用されている。
【0078】
上記の構成によれば、複数の第ｉのデジタルマイクロミラーデバイスＤｉを用いて各領域Ｒｉを結像させる場合に各領域Ｒｉを所定の位置に確実に結像させることができる。
【0079】
また、本発明の第４の態様に係る光造形物の製造方法においては、上述した第２の態様又は第３の態様の何れか一態様に係る光造形物の製造方法の構成に加えて、各第ｉの工程は、同じタイミングで実施される、構成が採用されている。
【0080】
上記の構成によれば、各領域Ｒｉを一括して露光するので、各領域Ｒｉの位置が経時的な要因によりずれることを防ぐことができる。また、光造形に要する時間を短縮することができる。
【0081】
また、本発明の第５の態様に係る光造形物の製造方法においては、上述した第１の態様に係る光造形物の製造方法の構成に加えて、各領域Ｒｉは、１つのデジタルマイクロミラーデバイスにより形成され、且つ、各第ｉの工程は、異なるタイミングで実施される、構成が採用されている。
【0082】
上記の構成によれば、複数のデジタルマイクロミラーデバイスを用いることなく各領域Ｒｉを形成することができる。したがって、簡易な照射光学系を用いて本製造方法を実施することができる。
【0083】
また、本発明の第６の態様に係る光造形物の製造方法においては、上述した第５の態様に係る光造形物の製造方法の構成に加えて、光硬化型樹脂における各領域Ｒｉの位置は、それぞれ、前記光硬化型樹脂に前記光を照射する光学系である照射光学系の一部の配置に応じて定められる、構成が採用されている。
【0084】
上記の構成によれば、照射光学系の一部の位置を制御することにより各領域Ｒｉの位置を制御することができる。したがって、既存の投影型のステレオリソグラフィの照射光学系を用いて本製造方法を実施することができる。
【0085】
また、本発明の第７の態様に係る光造形物の製造方法においては、上述した第５の態様又は第６の態様に係る光造形物の製造方法の構成に加えて、光硬化型樹脂における各領域Ｒｉの位置は、それぞれ、前記光が照射される試料台と、前記光硬化型樹脂を収容する容器との位置に応じて定められ、前記試料台及び前記容器は、同期して移動する、構成が採用されている。
【0086】
上記の構成によれば、同期して移動する（一体として移動する）試料台及び容器の位置を制御することにより各領域Ｒｉの位置を制御することができる。したがって、既存の投影型のステレオリソグラフィの照射光学系を用いて本製造方法を実施することができる。
【0087】
また、本発明の第８の態様に係る光造形物の製造方法においては、上述した第１の態様～第７の態様の何れか一態様に係る光造形物の製造方法の構成に加えて、前記共通領域に含まれるパターンの最小サイズは、前記光硬化型樹脂に光を照射する光学系である照射光学系の分解能未満である、構成が採用されている。
【0088】
このように、本発明の一態様に係る光造形物の製造方法は、前記共通領域に含まれるパターンの最小サイズは、前記光硬化型樹脂に光を照射する光学系である照射光学系の分解能未満である場合に、より効果的である。
【0089】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0090】
１０，１０Ａ，２０ ステレオリソグラフィ装置
１１，１１Ａ１～１１Ａ３ デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
１２，１２Ａ，２２ レンズ
１３ 容器
１４ 試料台
１４１ 主面
１５ ステージ
１６ マイクロレンズアレイ
１６１～１６３ レンズ
Ｒ 光硬化型樹脂
２１ ガルバノスキャナ
Ｒ１～Ｒｎ，Ｒｉ 領域
Ｒｃ 共通領域
Ｒｃ１，Ｒｃ２ 第１の共通領域，第２の共通領域（共通領域の一例）
１１，１１Ａ１～１１Ａ３ デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
１２，１２Ａ，２２ レンズ
１３ 容器
１４ 試料台
１４１ 主面
１５ ステージ
１６ マイクロレンズアレイ
１６１～１６３ レンズ
Ｒ 光硬化型樹脂
２１ ガルバノスキャナ
Ｒ１～Ｒｎ，Ｒｉ 領域
Ｒｃ 共通領域
Ｒｃ１，Ｒｃ２ 第１の共通領域，第２の共通領域（共通領域の一例）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】