特許 7576687 光造形装置及び製造方法

(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】2024-10-23

(45)【発行日】2024-10-31

(54)【発明の名称】光造形装置及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/268 20170101AFI20241024BHJP

   B29C 64/129 20170101ALI20241024BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

B29C64/268

B29C64/129

B29C64/393

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023500551

(86)(22)【出願日】2021-12-01

(86)【国際出願番号】 JP2021044008

(87)【国際公開番号】W WO2022176313

(87)【国際公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】P 2021025678

(32)【優先日】2021-02-19

(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】久慈 純平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－３４０９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－００６４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００１５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０７５８０２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／２６８

Ｂ２９Ｃ ６４／１２９

Ｂ２９Ｃ ６４／３９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光硬化性樹脂を硬化させる光を生成する光源と、
複数のミラーを備えたデジタルマイクロミラーデバイスであって、前記光を反射することによって所定のパターンを投影するデジタルマイクロミラーデバイスと、
複数のマイクロレンズにより構成されたマイクロレンズアレイであって、前記デジタルマイクロミラーデバイスの後段に配置され、前記デジタルマイクロミラーデバイスが反射した前記光が透過するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの後段に配置され、マイクロレンズアレイを透過した前記光を結像させる対物レンズと、
光硬化性樹脂を収容する容器と、
前記容器の内部に配置された試料台と、
前記試料台の主面からの距離がそれぞれ異なる複数のレベルの各々において、前記光が所定のパターンに結像するように前記デジタルマイクロミラーデバイスを制御する制御部と、
を備えており、
前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、前記デジタルマイクロミラーデバイスの２以上のミラーからなる各ミラー群に対応するように配置されている、
ことを特徴とする光造形装置。

【請求項2】

前記光源は、前記光硬化性樹脂が吸収することによって硬化する光のエネルギーの半分のエネルギーに対応する波長を有し、且つ、パルス幅がフェムト秒オーダーである前記光を生成するレーザ光源である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光造形装置。

【請求項3】

光硬化型樹脂中に設けた試料台の主面からの距離がそれぞれ異なる第１のレベル～第ｎのレベル（ｎは、２以上の整数）の各々に対して所定のパターンの光を結像させることにより光造形物を製造する製造方法であって、
第ｉのレベル（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）に対して前記光が前記所定のパターンに結像するようにデジタルマイクロミラーデバイスを制御する制御工程と、
前記制御工程において制御された前記デジタルマイクロミラーデバイスを用いて、前記第ｉのレベルに前記光を照射する照射工程と、を含み、
前記制御工程は、前記デジタルマイクロミラーデバイスが備える複数のミラーを制御し、
前記照射工程は、前記デジタルマイクロミラーデバイスの２以上のミラーからなる各ミラー群において反射した前記光が、マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズであって、前記各ミラー群に対応するように配置された各マイクロレンズを透過し、
ｉが１からｎになるまで、前記制御工程と前記照射工程とを繰り返すことによって前記光造形物の少なくとも一部を造形する、
ことを特徴とする製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光造形装置及び製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スキャナの代わりに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のステレオリソグラフィが知られている。このようなステレオリソグラフィは、ＤＬＰ（Digital Light Processing）とも呼ばれる。また、ＤＬＰにおいては、より小さな領域の光硬化性樹脂を硬化させるために、２光子吸収法（Two-Photon Polymerization, TPP）を採用することもできる。非特許文献１のＦｉｇｕｒｅ １８及び非特許文献２のＦｉｇ．１には、ＤＬＰ及びＴＰＰを採用した光造形装置が記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Pawel Fiedor et. al.，"A New Approach to Micromachining: High-Precision and Innovative Additive Manufacturing Solutions Based on Photopolymerization Technology", Materials 2020, 13, 2951.

【文献】Qiang Geng et. al., "Ultrafast multi-focus 3-D nano-fabrication based on two-photon polymerization" NATURE COMMUNICATIONS (2019)10:2179.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような光造形装置では、立体的な光造形物を製造するために、光硬化性樹脂の硬化を一層ずつ実施する。そのため、光造形装置は、光造形物を製造する試料台を上下させるために少なくとも１軸方向に沿って移動するステージを用いる。

【0005】

本発明の一態様は、試料台を上下させるステージを用いなくても立体的な光造形物を造形することができる光造形装置及び製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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装置は、光硬化性樹脂を硬化させる光を生成する光源と、前記光を反射することによって所定のパターンを投影するデジタルマイクロミラーデバイスと、前記デジタルマイクロミラーデバイスの後段に配置され、前記デジタルマイクロミラーデバイスが反射した前記光が透過するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの後段に配置され、マイクロレンズアレイを透過した前記光を結像させる対物レンズと、光硬化性樹脂を収容する容器と、前記容器の内部に配置された試料台と、前記試料台の主面からの距離がそれぞれ異なる複数のレベルの各々において、前記光が所定のパターンに結像するように前記デジタルマイクロミラーデバイスを制御する制御部と、を備えている。

【0007】

本発明の別の態様に係る製造方法は、光硬化型樹脂中に設けた試料台の主面からの距離がそれぞれ異なる第１のレベル～第ｎのレベル（ｎは、２以上の整数）の各々に対して所定のパターンの光を結像させることにより光造形物を製造する製造方法である。本製造方法は、第ｉのレベル（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）に対して前記光が前記所定のパターンに結像するようにデジタルマイクロミラーデバイスを制御する制御工程と、前記制御工程において制御された前記デジタルマイクロミラーデバイスを用いて、前記第ｉのレベルに前記光を照射する照射工程と、を含み、ｉが１からｎになるまで、前記制御工程と前記照射工程とを繰り返すことによって前記光造形物の少なくとも一部を造形する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、試料台を上下させるステージを用いなくても立体的な光造形物を造形することができる光造形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光造形装置の模式図である。

【図2】図１に示した光造形装置が備えているデジタルマイクロミラーデバイス及びマイクロレンズアレイの模式図である。

【図3】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、図１に示した光造形装置を用いて、第１の層～第３の層を光造形する工程の模式図である。

【図4】（ａ），（ｂ）は、図３の（ｂ）に示した第２の層を光造形する工程の詳細な模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〔ステレオリソグラフィ装置〕
本発明の一実施形態に係るステレオリソグラフィ装置１０の構成について、図１～図３を参照して説明する。図１は、ステレオリソグラフィ装置１０の模式図である。図２は、ステレオリソグラフィ装置１０が備えているデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device，ＤＭＤ）１１及びマイクロレンズアレイ１２の模式図である。

【0011】

＜構成＞
ステレオリソグラフィ装置１０は、レーザ装置ＬＡと、ＤＭＤ１１と、マイクロレンズアレイ１２と、レンズ１３と、容器１４と、試料台１５と、ステージ１６と、制御部Ｃとを備えている（図１の（ａ）参照）。ステレオリソグラフィ装置１０は、光造形装置の一例である。図３の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、ステレオリソグラフィ装置１０を用いて、第１の層～第３の層Ｌ１～Ｌ３を光造形する工程の模式図である。

【0012】

（レーザ装置）
レーザ光源の一例であるレーザ装置ＬＡは、光硬化型樹脂Ｒを露光する光Ｌを生成するレーザを生成する。そのために、レーザ装置ＬＡ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。なお、本実施形態においては、λ＝４０５ｎｍである光Ｌを用いて光硬化型樹脂Ｒを硬化させるが、２光子吸収法（Two-Photon Polymerization, TPP）を用いて光硬化型樹脂Ｒを硬化させることもできる。この場合、λ＝８１０ｎｍの光Ｌを生成するレーザ装置ＬＡを２台用いればよい。λ＝８１０ｎｍの光のエネルギーは、光硬化型樹脂Ｒを硬化させるλ＝４０５ｎｍである光のエネルギーの半分に対応する。また、ＴＰＰを用いて光硬化型樹脂Ｒを硬化させる場合、レーザ装置ＬＡは、パルス幅がフェムト秒オーダーである前記光を生成する。

【0013】

レーザ装置ＬＡ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に示すコリメート光に変換される。なお、図１では、光Ｌの光束の中心軸を光軸Ａ_Ｌとしている。光軸Ａ_Ｌは、光Ｌの主光線が通る光路と一致する。

【0014】

図１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】

（デジタルマイクロミラーデバイス）
ＤＭＤ１１は、マトリクス状に配置された複数のミラー１１ｉｊを備えている。図２に示した模式図においては、ｉは、１≦ｉ≦５を満たす整数であり、ｊは、１≦ｊ≦３を満たす整数である。すなわち、本実施形態において模式的に説明しているＤＭＤ１１は、１５行１５列の１１ｉｊを備えている。なお、ミラー１１ｉｊは、いずれも同一に構成されている。ｉを用いて１５個のミラーを５つのミラー群１１ｉにグループ分けしているのは、後述するマイクロレンズアレイ１２のマイクロレンズ１２ｉとの対応付けを分かりやすくするためである。また、ＤＭＤ１１を構成するミラーの行列数が１５行１５列（以下において１５×１５と記載する）であるのは、あくまでもステレオリソグラフィ装置１０を模式的に説明するためである。実際に採用するＤＭＤ１１は、行列数が１５よりもはるかに多い。ＤＭＤ１１の行列数の例としては、１２８０×１０２４や、１２８０×７６８や、１２８０×７２０や、１９２０×１０８０などが挙げられる。

【0016】

図２に示すように、各ミラー群１１ｉは、マイクロレンズ１２ｉと対応付けられている。なお、図２においては、説明の便宜上、各ミラー群１１ｉの正面に対向するように対応する各マイクロレンズ１２ｉを描いている。ただし、実際は、図１に示すように、各マイクロレンズ１２ｉは、各ミラー群１１ｉの正面から斜めにずれた位置に設けられている。

【0017】

各ミラー１１ｉｊの向きは、制御部Ｃ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、ＤＭＤ１１は、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、ｚ軸負方向に向かって反射する光Ｌの照射領域における強度分布を所定のパターンにパターニングする。

【0018】

（マイクロレンズアレイ及び対物レンズ）
ＤＭＤ１１の後段には、マイクロレンズアレイ１２と、レンズ１３とがこの順番で設けられている。

【0019】

マイクロレンズアレイ１２は、マトリクス状に配置された複数のマイクロレンズ１２ｉにより構成されており、ＤＭＤ１１が反射した光Ｌを透過する。上述したように、各マイクロレンズ１２ｉは、各ミラー群１１ｉに対応付けられている。

【0020】

ＤＭＤ１１により所定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１３を用いて、光硬化型樹脂Ｒの層の下方に位置する試料台１５の主面１５１に投影される。レンズ１３は、対物レンズとして機能し、マイクロレンズアレイ１２を透過した光Ｌを主面１５１に結像させる。

【0021】

（容器、試料台、及びステージ）
ＤＭＤ１１、マイクロレンズアレイ１２、及びレンズ１３の下方には、容器１４、試料台１５、及びステージ１６が設けられている。

【0022】

ステージ１６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。なお、図１には、ステージ１６のテーブルのみを示している。なお、ステージ１６は、制御部Ｃにより制御されている。また、ステージ１６のテーブルには、試料台１５を支持する支持部が固定されている。

【0023】

ステージ１６のテーブルの上には、容器１４が載置されている。また、容器１４の内部には、試料台１５と、光硬化型樹脂Ｒとが収容されている。

【0024】

試料台１５は、容器１４の内部に配置されており、支持体により支持されている。上述したように、支持体は、ステージ１６のテーブルに固定されている。したがって、ステージ１６のテーブルを移動させた場合、容器１４、支持体、及び試料台１５は、同期して移動する（一体として移動する）。なお、支持体は、試料台１５をｚ軸方向に並進移動することができるｚ軸ステージであってもよい。

【0025】

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。

【0026】

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１５は、一対の主面のうちｚ軸正方向側の主面である主面１５１が自由液面のわずかに下方に位置するように、支持体によりそのｚ軸方向の位置を定められている。その結果、主面１５１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（図１及び図３の（ａ）参照）。なお、図３においては、容器１４の内部におけるｚ軸方向の長さが誇張して図示されている。例えば、図３の（ａ）において、主面１５１から自由液面までの光硬化型樹脂Ｒの厚みが上述した所定の厚みに対応する。

【0027】

（制御部）
制御部Ｃは、ＤＭＤ１１における各ミラー１１ｉｊの向きと、レーザ装置ＬＡが生成するレーザ光Ｌのパワー及びパルス幅と、ステージ１６におけるテーブルの位置とを制御する。以下においては、ＤＭＤ１１における各ミラー１１ｉｊの向きを制御することを、単にＤＭＤ１１を制御する、とも表現する。また、以下においては、制御部ＣによるＤＭＤ１１の制御について説明し、制御部Ｃによるレーザ装置ＬＡ及びステージ１６の制御については、説明を省略する。

【0028】

制御部Ｃは、試料台１５の主面１５１からの距離がそれぞれ異なる複数のレベルの各々において、光Ｌが所定のパターンに結像するようにＤＭＤ１１を制御する。

【0029】

図３の（ａ）に示す第１の層Ｌ１を光造形する工程において、制御部Ｃは、全てのミラー１１ｉｊがオン状態になるようにＤＭＤ１１を制御する。その結果、ＤＭＤ１１は、主面１５１からの距離（すなわち高さ）が２．５μｍである位置に対して、領域Ｒ１～Ｒ５において結像する光Ｌを投影する。主面１５１からの距離が２．５μｍである位置は、第１のレベルの一例である。また、領域Ｒ１～Ｒ５により構成されるパターンは、所定のパターンの一例である。

【0030】

図３の（ｂ）に示す第２の層Ｌ１を光造形する工程において、制御部Ｃは、ミラー１１２３，１１３２，１１３３，１１４１，１１４２，１１５１がオン状態になるようにＤＭＤ１１を制御する。その結果、ＤＭＤ１１は、主面１５１からの距離（すなわち高さ）が７．５μｍである位置に対して、領域Ｒ３，Ｒ４において結像する光Ｌを投影する。主面１５１からの距離が７．５μｍである位置は、第２のレベルの一例である。また、領域Ｒ３，Ｒ４により構成されるパターンは、所定のパターンの一例である。

【0031】

図３の（ｃ）に示す第２の層Ｌ１を光造形する工程において、制御部Ｃは、ミラー１１１３，１１３２，１１５１がオン状態になるようにＤＭＤ１１を制御する。その結果、ＤＭＤ１１は、主面１５１からの距離（すなわち高さ）が１２．５μｍである位置に対して、領域Ｒ３において結像する光Ｌを投影する。主面１５１からの距離が１２．５μｍである位置は、第３のレベルの一例である。また、領域Ｒ３により構成されるパターンは、所定のパターンの一例である。

【0032】

上述したように、ＤＭＤ１１により所定のパターンにパターニングされた光Ｌは、マイクロレンズアレイ１２及びレンズ１３を用いて、光硬化型樹脂Ｒの層の下方に位置する主面１５１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１５１上の光硬化型樹脂Ｒの層に転写される。その結果、主面１５１上に所定のパターンを有する光造形物が造形される。

【0033】

なお、ステレオリソグラフィ装置１０の制御ブロックである制御部Ｃは、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

【0034】

後者の場合、ステレオリソグラフィ装置１０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

【0035】

＜光造形物の製造方法＞
上述したステレオリソグラフィ装置１０を用いて実施する光造形物の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。上述したように、図３の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、ステレオリソグラフィ装置１０を用いて、第１の層～第３の層Ｌ１～Ｌ３を光造形する工程の模式図である。図４の（ａ），（ｂ）は、図３の（ｂ）に示した第２の層Ｌ２を光造形する工程の詳細な模式図である。

【0036】

本製造方法は、光硬化型樹脂Ｒ中に設けた試料台１５の主面１５１からの距離がそれぞれ異なる第１のレベル～第ｎのレベル（ｎは、２以上の整数）の各々に対して所定のパターンの光を結像させることにより光造形物を製造する。本製造方法は、第ｉのレベル（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）に対して前記光が前記所定のパターンに結像するようにデジタルマイクロミラーデバイスを制御する制御工程と、前記制御工程において制御された前記デジタルマイクロミラーデバイスを用いて、前記第ｉのレベルに前記光を照射する照射工程と、を含み、ｉが１からｎになるまで、前記制御工程と前記照射工程とを繰り返すことによって前記光造形物の少なくとも一部を造形する。本実施形態においては、ｎとしてｎ＝３を採用している。ただし、ｎは、ｎ＝３に限定されず、光造形物の大きさや、求められる表面の滑らかさなどに応じて適宜定めることができる。

【0037】

また、本製造方法は、光造形物の全体を製造するために用いることもできるし、光造形物の一部を造形するために用いることもできる。たとえば、ｎとしてｎ＝１０と採用しており、各レベルに対して光を結像させることにより所定の厚み（例えば５μｍ）の光造形物が得られるとする。所定の厚みが５μｍである場合、本製造方法を１度実施することにより厚みが５０μｍである光造形物が得られる。したがって、全体の厚みが５０μｍ以下である光造形物は、本製造方法を１度実施することによって製造することができる。一方、全体の厚みが５０μｍを超える光造形物は、本製造方法を複数回実施することによって製造することができる。この場合、本製造方法を１度実施する度に、ステージ１６のテーブルの高さ（ｚ軸方向の位置）を５０μｍ下げればよい。

【0038】

なお、従来の光造形物の製造方法では、１つの層を光造形する度に、ステージ１６のテーブルの高さを所定の値（たとえば５μｍ）ずつ下げる構成を採用している。本製造方法は、このような従来の製造方法と組み合わせて１つの光造形物を製造することもできる。

【0039】

図３の（ａ）に示すように、光硬化型樹脂Ｒの自由表面が試料台１５の主面１５１の上に位置するように、容器１４内に収容された光硬化型樹脂Ｒの量は制御されている。図３の（ａ）において、主面１５１の上に存在する光硬化型樹脂Ｒの厚みは、２μｍ以上５μｍ以下である。本実施形態においては、５μｍであるものとして説明する。

【0040】

第１の層Ｌ１を光造形する工程（図３の（ａ）参照）においては、全てのミラー１１ｉｊがオン状態になるように、制御部Ｃは、ＤＭＤ１１を制御している。この状態において、各ミラー１１ｉｊにより反射された光Ｌは、主面１５１と、主面１５１の上に設けられた光硬化型樹脂Ｒの自由表面との中間の高さにおいて結像される。上述したように、主面１５１の上に存在する光硬化型樹脂Ｒの厚みは５μｍである。したがって、制御部Ｃは、各ミラー１１ｉｊにより反射された光Ｌが主面１５１から２．５μｍの高さで結像するように、ＤＭＤ１１を制御する。すなわち、制御部Ｃは、全てのミラー１１ｉｊをオン状態にする。

【0041】

具体的には、最もｘ軸負方向側に位置するミラー群１１１により反射された光Ｌは、主面１５１における最もｘ軸正方向側の領域Ｒ１に結像され、最もｘ軸正方向側に位置するミラー群１１５により反射された光Ｌは、主面１５１における最もｘ軸負方向側の領域Ｒ５に結像される。ミラー群１１１とミラー群１１５との間に位置するミラー群１１２，１１３，１１４により反射された光は、領域Ｒ１と領域Ｒ５との間の領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に結像される。主面１５１からの距離が２．５μｍである位置は、第１のレベルの一例である。また、領域Ｒ１～Ｒ５により構成されるパターンは、所定のパターンの一例である。

【0042】

したがって、光Ｌが結像された領域に存在する光硬化型樹脂Ｒが硬化することによって、平面視した場合に所定のパターンを有し、且つ、厚みが５μｍである層状の光造形物である第１の層Ｌ１が造形される。

【0043】

次に、図３の（ｂ）に示すように、光硬化型樹脂Ｒの自由表面の位置が図３の（ａ）の場合よりも５μｍ高くなるように、容器１４に光硬化型樹脂Ｒを追加する。

【0044】

第２の層Ｌ２を光造形する工程（図３の（ｂ）参照）においては、ミラー１１２３，１１３２，１１３３，１１４１，１１４２，１１５１がオン状態になるように、制御部Ｃは、ＤＭＤ１１を制御している。この状態において、ミラー１１２３，１１３２，１１４１により反射された光Ｌは、主面１５１の上に設けられた光硬化型樹脂Ｒの自由表面のわずかに下方の領域Ｒ３において結像される。また、ミラー１１３３，１１４２，１１５１により反射された光Ｌは、主面１５１の上に設けられた光硬化型樹脂Ｒの自由表面のわずかに下方の領域Ｒ４におよそ対応する領域において結像される。第１の層Ｌ１を光造形する工程の場合と比較して、第２の層Ｌ２を光造形する工程においては、光硬化型樹脂Ｒの自由表面の高さが５μｍ上昇している。したがって、制御部Ｃは、各ミラー１１ｉｊにより反射された光Ｌが主面１５１から７．５μｍの高さで結像するように、ＤＭＤ１１を制御する。すなわち、制御部Ｃは、ミラー１１２３，１１３２，１１３３，１１４１，１１４２，１１５１をオン状態にする。

【0045】

したがって、光Ｌが結像された領域に存在する光硬化型樹脂Ｒが硬化することによって、平面視した場合に所定のパターンを有し、且つ、厚みが５μｍである層状の光造形物である第２の層Ｌ２が造形される。主面１５１からの距離が７．５μｍである位置は、第２のレベルの一例である。また、領域Ｒ３，Ｒ４により構成されるパターンは、所定のパターンの一例である。

【0046】

なお、ミラー１１２３，１１３２，１１４１により反射された光Ｌが結像される位置は、領域Ｒ３と一致するが（図４の（ａ）参照）、ミラー１１３３，１１４２，１１５１により反射された光Ｌが結像される位置は、領域Ｒ４よりもわずかにｘ軸正方向側へずれる（図４の（ｂ）参照）。これは、ＤＭＤ１１を模式的に１５×１５（以下において１５×１５との記載する）のミラー１１ｉｊで図示しているために生じているずれである。実際には、行列数が１５×１５よりもはるかに多いミラーにより構成されたＤＭＤ１１を用いるので、図４の（ｂ）に示したようなずれは解消でき、所望の領域に光造形物を造形することができる。ＤＭＤ１１の行列数の例としては、１２８０×１０２４や、１２８０×７６８や、１２８０×７２０や、１９２０×１０８０などが挙げられる。

【0047】

次に、図３の（ｃ）に示すように、光硬化型樹脂Ｒの自由表面の位置が図３の（ｂ）の場合よりも更に５μｍ高くなるように、容器１４に光硬化型樹脂Ｒを追加する。

【0048】

第３の層Ｌ３を光造形する工程（図３の（ｃ）参照）においては、ミラー１１１３，１１３２，１１５１がオン状態になるように、制御部Ｃは、ＤＭＤ１１を制御している。この状態において、ミラー１１１３，１１３２，１１５１により反射された光Ｌは、主面１５１の上に設けられた光硬化型樹脂Ｒの自由表面のわずかに下方の領域Ｒ３において結像される。第２の層Ｌ２を光造形する工程の場合と比較して、第３の層Ｌ３を光造形する工程においては、光硬化型樹脂Ｒの自由表面の高さが５μｍ上昇している。したがって、制御部Ｃは、各ミラー１１ｉｊにより反射された光Ｌが主面１５１から１２．５μｍの高さで結像するように、ＤＭＤ１１を制御する。すなわち、制御部Ｃは、ミラー１１１３，１１３２，１１５１をオン状態にする。

【0049】

したがって、光Ｌが結像された領域に存在する光硬化型樹脂Ｒが硬化することによって、平面視した場合に所定のパターンを有し、且つ、厚みが５μｍである層状の光造形物である第３の層が造形される。主面１５１からの距離が１２．５μｍである位置は、第３のレベルの一例である。また、領域Ｒ３により構成されるパターンは、所定のパターンの一例である。

【0050】

以上のように、ステレオリソグラフィ装置１０を用いることにより、試料台を上下させるｚ軸ステージを用いなくても、光Ｌが結像される位置の主面１５１からの高さを変化させることができるので、立体的な光造形物を造形することができる。

【0051】

なお、本実施形態では、主面１５１や、第１の層Ｌ１の表面などのように平坦な平面上に光造形物を造形する場合を例に、光造形工程について説明した。ただし、本発明を用いる光造形は、平坦な平面上だけではなく、曲面状の表面及び段差を有する表面の上にも造形することができる。
（まとめ）

【0052】

本発明の第１の態様に係る光造形装置は、光硬化性樹脂を硬化させる光を生成する光源と、前記光を反射することによって所定のパターンを投影するデジタルマイクロミラーデバイスと、前記デジタルマイクロミラーデバイスの後段に配置され、前記デジタルマイクロミラーデバイスが反射した前記光が透過するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの後段に配置され、マイクロレンズアレイを透過した前記光を結像させる対物レンズと、光硬化性樹脂を収容する容器と、前記容器の内部に配置された試料台と、前記試料台の主面からの距離がそれぞれ異なる複数のレベルの各々において、前記光が所定のパターンに結像するように前記デジタルマイクロミラーデバイスを制御する制御部と、を備えている。

【0053】

上記の構成によれば、デジタルマイクロミラーデバイスが反射する光のパターンを適宜調整することによって、デジタルマイクロミラーデバイスにより反射された光が結像される位置と、試料台の表面との間隔を変更することができる。したがって、本光造形装置は、試料台を上下させるステージを用いなくても立体的な光造形物を造形することができる。

【0054】

本発明の第２の態様に係る光造形装置においては、上述した第１の態様に係る光造形装置の構成に加えて、前記光源は、前記光硬化性樹脂が吸収することによって硬化する光のエネルギーの半分のエネルギーに対応する波長を有し、且つ、パルス幅がフェムト秒オーダーである前記光を生成するレーザ光源である、構成が採用されている。

【0055】

上記の構成によれば、光硬化型樹脂を硬化させる場合に、２光子吸収法を用いることができる。したがって、本光造形装置は、より精細な光造形物を造形することができる。

【0056】

本発明の第３の態様に係る製造方法は、光硬化型樹脂中に設けた試料台の主面からの距離がそれぞれ異なる第１のレベル～第ｎのレベル（ｎは、２以上の整数）の各々に対して所定のパターンの光を結像させることにより光造形物を製造する製造方法である。本製造方法は、第ｉのレベル（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）に対して前記光が前記所定のパターンに結像するようにデジタルマイクロミラーデバイスを制御する制御工程と、前記制御工程において制御された前記デジタルマイクロミラーデバイスを用いて、前記第ｉのレベルに前記光を照射する照射工程と、を含み、ｉが１からｎになるまで、前記制御工程と前記照射工程とを繰り返すことによって前記光造形物の少なくとも一部を造形する。

【0057】

上記の構成によれば、本製造方法は、上述した第１の態様に係る光造形装置と同様の効果を奏する。

【0058】

〔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。

【符号の説明】

【0059】

１０ ステレオリソグラフィ装置
ＬＡ レーザ装置（光源）
１１ デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
１２ マイクロレンズアレイ
１３ レンズ（対物レンズ）
１４ 容器
１５ 試料台
１５１ 主面
Ｃ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】