WO2022269979A1 - ３次元造形装置及び３次元造形方法 - Google Patents

Abstract

実施形態の３次元造形装置は、加工光を出射するレーザ光源と、所定の３次元データセットに基づいて、光硬化性樹脂浴中の所定の加工位置における加工光の波面形状を、３次元データセットに対応する３次元造形物の表面を構成する３次元表面形状体の形状とする位相制御信号を生成する位相制御部と、加工光が入射され、位相制御信号に基づいて加工光の位相変調を行って光硬化性樹脂浴側に出射する位相変換部と、を備える。

Description

３次元造形装置及び３次元造形方法

　本発明の実施形態は、３次元造形装置及び３次元造形方法に関する。

　従来、可視光または紫外光などの光の照射により硬化するリソグラフィ樹脂（光硬化性樹脂）を用いて３次元造形物を形成する光造形装置が知られている。

　このような光造形装置として、まず、層単位でリソグラフィ樹脂を硬化、積層して積層構造体を形成し、レーザ出力やＡＯＭ（音響光学変調器：Acoustic-Optical　Modulator）、レーザ走査速度の変更によって集光スポットの露光量を調整し、リソグラフィ材料が硬化するボクセルサイズを変更することで、積層構造体に対して所望の表面構造を得るようにしていた。

　この場合において、熱蓄積を補正したボクセルサイズの書き込みによるバルジング効果の回避が図られていた。

特表２０２０－５１９４８４号公報 特開２００２－２０７２０２号公報 特開２００６－１１９４２７号公報

　上記従来の技術においては、表面構造の形成精度は、ボクセルサイズ、ガルバノミラーや音響光学素子(AOM)、ステージ可動の精度などに依存しており、必ずしも所望の表面構造を形成することはできないという問題点があった。

　また、パルスレーザーの順次走査によるボクセル単位の硬化では原理的に完全に段差をなくすことは困難であり、レーザー光出力や順次走査の速度によるボクセルサイズ制御は造形速度の低下が懸念される。
　上記課題に鑑み、本発明の実施形態は、所望の表面構造を造形速度の低下を招くことなく実現することが可能な３次元造形装置及び３次元造形方法を提供することを目的としている。

　上記課題を解決するため、実施形態の３次元造形装置は、加工光を出射するレーザ光源と、所定の３次元データセットに基づいて、光硬化性樹脂浴中の所定の加工位置における前記加工光の波面形状を、前記３次元データセットに対応する３次元造形物の表面を構成する３次元表面形状体の形状とする位相制御信号を生成する位相制御部と、加工光が入射され、位相制御信号に基づいて加工光の位相変調を行って光硬化性樹脂浴側に出射する位相変換部と、を備える。

図１は、第１実施形態の３次元造形装置としての光造形装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、３次元造形物の一例の外観斜視図である。 図３は、３次元造形物の断面図である。 図４は、全露光領域及び露光可能領域の関係を説明する図（その１）である。 図５は、全露光領域及び露光可能領域の関係を説明する図（その２）である。 図６は、３次元表面形状体が大きく複数回露光が必要となる場合の説明図である。 図７は、露光単位毎の３次元表面形状体の説明図である。 図８は、第２実施形態の光造形装置の構成例を示すブロック図である。 図９は、第３実施形態の光造形装置の構成例を示すブロック図である。 図１０は、第４実施形態の光造形装置の構成例を示すブロック図である。

　次に実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［１］第１実施形態
　図１は、第１実施形態の３次元造形装置としての光造形装置の構成例を示すブロック図である。

　第１実施形態の光造形装置１０は、図１に示すように、レーザ光源１１、ビームスプリッタ１２、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial　Light　Modulator）１３、第１レンズ１４、ミラー１５、第２レンズ１６、光硬化性樹脂浴１７及び制御部１８を備えている。
　上記構成において、第１レンズ１４、ミラー１５、第２レンズ１６は、縮小結像系（縮小光学系）を構成している。

　レーザ光源１１としては、光硬化性樹脂浴１７に収納された光硬化性樹脂としてのリソグラフィ樹脂液体を露光し、多光子（例えば、２光子）吸収を利用して、リソグラフィ樹脂を硬化可能な波長を有する加工光Ｌを出射するレーザダイオードが用いられる。
　この場合において、リソグラフィ樹脂の材料としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。

　ビームスプリッタ１２は、レーザ光源１１から出射された加工光Ｌを空間光変調器１３側に導き、位相変調後の加工光Ｌをミラー１５に導く。なお効率向上のためにビームスプリッタを用いず加工光Ｌを空間光変調器１３へ角度を持って入射してもよい。
　空間光変調器１３は、入射された加工光Ｌを制御部１８から入力された３次元データセットＤ３Ｄに基づいて位相変調してビームスプリッタ１２を介して中間像ＩＭＭとして結像し、縮小結像系を構成する第１レンズ１４に導く。

　第１レンズ１４は、集光レンズとして機能し、加工光Ｌを集光してミラー１５に導く。
　ミラー１５は、加工光Ｌを反射して、第２レンズ１６に導く。
　第２レンズ１６は、結像レンズとして機能し、縮小像ＩＭを光硬化性樹脂浴１７の所定焦点位置において、結像する。この結果、縮小像ＩＭに対応する３次元形状でリソグラフィ樹脂が硬化することとなる。

　光硬化性樹脂浴１７は、水槽形状を有しており、リソグラフィ樹脂液を保持可能とされている。樹脂浴は加工光に対して透明な、酸素の侵入を防ぐ上蓋構造があってもよい。また第２レンズとステージの間の空間に表面張力で直接保持されていてもよい。
　この場合において、光硬化性樹脂浴１７内には、硬化したリソグラフィ樹脂を支持するとともに、位置を制御部１８の制御下で３次元的（上下、左右、前後）に移動可能なステージ１７Ｓを備えている。

　このステージ１７Ｓは、上下方向、左右方向あるいは前後方向に移動されることで実効的な縮小光学系の焦点位置（造形位置）を変更可能となっている。

　制御部１８は、位相制御部として機能しており、空間光変調器１３を制御して、造形対象の３次元造形物を形成させるための３次元データセットＤ３Ｄを生成して出力する。
　この場合において、３次元データセットＤ３Ｄのデータフォーマットは任意のものが可能であり、内部構造も含めた３次元形状を表現可能なデータであればよい。

　本実施形態においては、後述するように３次元造形物の３次元造形物は、その内部構造を表す積層構造体と、積層構造体を覆う一又は複数の３次元表面形状体と、により構成されているものとして扱うので、積層構造体及び３次元表面形状体を表現できるデータフォーマットが３次元データセットＤ３Ｄのデータフォーマットとして採用されている。

　また、制御部１８は、レーザ光源１１を制御して出射する加工光Ｌの出力を３次元造形物あるいはリソグラフィ樹脂に応じて制御する。
　さらに制御部１８は、３次元造形物の形成状態に応じて、ステージ１７Ｓを制御して、リソグラフィ樹脂の硬化位置を制御する。

　ここで、具体的な動作説明に先立ち、３次元造形物の構成について説明する。
　図２は、３次元造形物の一例の外観斜視図である。
　図２の３次元造形物ＯＢＪは、マイクロレンズである。
　３次元造形物ＯＢＪとしてのマイクロレンズは、いわゆる平凸レンズを構成しており、平面視円形となっている。

　この場合において、マイクロレンズの凸部の表面はなめらかな曲面を描いており、光学的には表面に凹凸を有さないのが好ましい。なお、３次元造形物ＯＢＪが光学素子ではない場合であっても、表面がなめらかな３次元造形物ＯＢＪであれば同様である。

　図３は、３次元造形物の断面図である。
　本実施形態においては、３次元造形物ＯＢＪは、積層構造体ＢＯＤと、積層構造体ＢＯＤを覆う一又は複数の３次元表面形状体ＳＵＲと、により構成される。
　この場合において、３次元表面形状体ＳＵＲは、３次元造形物ＯＢＪの表面を形成しており、なめらかな表面を有している。

　ここで、露光時（リソグラフィー樹脂の硬化時）の３次元表面形状体SＵＲにおけるつなぎ目（露光処理の切り替わり面）について説明する。

　図４は、全露光領域及び露光可能領域の関係を説明する図（その１）である。
　図４（Ａ）に示すように、１回の加工光Ｌの照射で露光が可能な露光可能領域ＡＲ１内に３次元表面形状体SＵＲの全露光領域ＡＲ２が含まれる場合、すなわち、目標とする３次元表面形状体SＵＲの形状が１回の露光可能領域内に収まる場合、図４（Ｂ）の断面図に示すように、隣接する複数（図４（Ａ）では、９個）のマイクロレンズを構成する３次元表面形状体SＵＲには、露光のつなぎ目は生じることなく一体に露光が行える。

　図５は、全露光領域及び露光可能領域の関係を説明する図（その２）である。
　これに対し、図５）に示すように、１回の露光可能領域ＡＲ１内に３次元表面形状体SＵＲの全露光領域ＡＲ２が含まれない場合、すなわち、目標とする次元表面形状体SＵＲの形状が１回の露光可能領域内に収まらない場合、露光のつなぎ目が生じることとなる。

　この場合には、図４（Ａ）にハッチングで示した様に、非有効領域（３次元造形物として有効に機能しない領域）ＮＥＮが含まれる場合には、非有効領域ＮＥＮにつなぎ目を設けるようにすればよい。

　また、非有効領域ＮＥＮが含まれない場合には、断面の接線の傾き変化が少ない領域につなぎ目を設けるようにすればよい。すなわち、面の傾斜が急激に変化しない領域につなぎ目を設けるようにすればよい。
　さらに図４に示した様に、繰り返し構造を持つ場合は、繰り返し構造単位で硬化することで面内の特性ばらつきを抑えることができると考えられる。

　さらにまた、図５にハッチングで示すように、隣接する露光可能領域ＡＲ１同士を所定量重ねて露光を行うことにより、露光領域の誤差により未硬化領域が生じるのをなくすことが可能となる。
　この場合において、既に硬化したリソグラフィ樹脂は、硬化に影響を与えることはないので、確実に硬化させることが可能となる。

　次に第１実施形態の動作を説明する。
　まず制御部１８は、ステージ１７Ｓを所定の位置まで上昇させ、積層構造体ＢＯＤを構成する最下層の層ＬＹの露光を行い、順次ステージ１７Ｓを左右方向及び前後方向に駆動して、リソグラフィ樹脂の硬化を行って、ステージ１７Ｓ上に一つの層ＬＹを形成する。

　具体的には、レーザ光源１１を出射した加工光Ｌは、ビームスプリッタ１２に入射されて、ビームスプリッタ１２により空間光変調器１３側に導かれる。
　この場合においては、積層構造体ＢＯＤを形成する段階であるので、空間光変調器１３は、位相変調を行わずに、加工光Ｌの波面が平らなままビームスプリッタ１２側に導く。

　これによりビームスプリッタ１２は、加工光Ｌそそのまま、層ＬＹの中間像ＩＭＭとして結像し、縮小結像系を構成する第１レンズ１４に導く。

　第１レンズ１４は、集光レンズとして機能し、加工光Ｌを集光してミラー１５に導き、ミラー１５は、加工光Ｌを反射して、第２レンズ１６に導く。
　これらの結果、第２レンズ１６は、結像レンズとして機能し、縮小像ＩＭを光硬化性樹脂浴１７の所定焦点位置において、結像する。この結果、縮小像ＩＭに対応する層ＬＹの形状（平板形状）でリソグラフィ樹脂が硬化することとなる。

　このとき、リソグラフィ樹脂の硬化時間を考慮して、制御部１８は、ステージ１７Ｓを左右方向及び前後方向に移動させることにより、平板状の層ＬＹが形成される。
　当該層ＬＹの形成が完了すると、制御部１８は、層ＬＹの厚さに相当する１ステップ分ステージ１７Ｓを下降させ、第２層目の層ＬＹを同様に露光し、形成する。

　以下同様にして、ステージ１７Ｓの下降並びに露光及びステージ１７Ｓの左右方向、前後方向への移動を繰り返し、ｎ層分のリソグラフィ樹脂の硬化を行って、積層構造体ＢＯＤを形成する。

　続いて、制御部１８は、３次元表面形状体ＳＵＲの形成処理に移行する。
　まずステージ１７Ｓを３次元表面形状体ＳＵＲの形成に対応する所定の位置まで上昇させる。
　そして、レーザ光源１１を出射した加工光Ｌは、ビームスプリッタ１２に入射されて、ビームスプリッタ１２により空間光変調器１３側に導かれる。

　空間光変調器１３は、入射された加工光Ｌを制御部１８から入力された３次元データセットＤ３Ｄに基づく３次元表面形状体ＳＵＲの形状に合わせて位相変調してビームスプリッタ１２を介して中間像ＩＭＭとして結像し、縮小結像系を構成する第１レンズ１４に導く。

　第１レンズ１４は、集光レンズとして機能し、加工光Ｌを集光してミラー１５に導く。
　ミラー１５は、加工光Ｌを反射して、第２レンズ１６に導く。
　第２レンズ１６は、結像レンズとして機能し、縮小像ＩＭを光硬化性樹脂浴１７の所定焦点位置において、結像する。この結果、縮小像ＩＭに対応する３次元表面形状体ＳＵＲの形状でリソグラフィ樹脂が硬化することとなる。

　この場合において、３次元表面形状体ＳＵＲが１回の露光で形成可能である場合には、露光がなされ、図３（Ａ）に示したように、ステージ１７Ｓ上の積層構造体ＢＯＤの表面に３次元表面形状体ＳＵＲが一体に形成される。

　図６は、３次元表面形状体が大きく複数回露光が必要となる場合の説明図である。
　図７は、露光単位毎の３次元表面形状体の説明図である。

　一方、図６に示すように、３次元表面形状体ＳＵＲが大きく、３次元表面形状体ＳＵＲを複数の３次元表面形状体ＳＵＲｘに分けて複数回の露光が必要となる場合には、制御部１８は、露光位置に応じて、３次元データセットＤ３Ｄを所望の３次元表面形状体ＳＵＲｘの形状となるように順次更新する。

　そして、更新された３次元データセットＤ３Ｄに対応する焦点位置となるように、ステージ１７Ｓを上下方向、左右方向及び前後方向に駆動して、リソグラフィ樹脂の硬化を行う。

　この場合において、各３次元表面形状体ＳＵＲｘの間のつなぎ目を規定する境界線ＢＬは、隣接される３次元表面形状体ＳＵＲｘ同士の面の傾斜が急激に変化しない領域に設定されている。

　すなわち、ステージ１７Ｓ上の積層構造体ＢＯＤの表面に、図７に示すような３次元表面形状体ＳＵＲｘを複数、順次形成し、最終的に３次元表面形状体ＳＵＲを形成する。

　この場合において、図６において、実線は、理想的な３次元表面形状体ＳＵＲの形状であるが、露光誤差等を考慮し、また、硬化不良を避けるため、実線で示す理想的な３次元表面形状体ＳＵＲｘの周囲に破線で示すように、重複して露光する領域を設定して、確実に３次元表面形状体ＳＵＲを形成する。

　この場合においても、既に硬化したリソグラフィ樹脂（硬化済みの他の３次元表面形状体ＳＵＲｘ）は、硬化に影響を与えることはないので、最終的には、図３の状態と同様となり、確実に硬化させることが可能となる。

　これらの結果、３次元表面形状体ＳＵＲを複数回の露光で形成する場合であっても、一回の露光で行う場合と同様になめらかな表面形状とすることができる。

　以上の説明のように、本第１実施形態によれば、空間光変調器１３により３次元的な中間像ＩＭＭをつくり、高倍率のレンズで縮小投影することでリソグラフィ樹脂内に所望の３次元造形物の表面構造に対応する連続的な閾値を超える領域（連続的な硬化領域）を形成することで、段差のない所望の表面構造が得られる。

　この場合において、３次元表面形状体ＳＵＲの露光において、１回の露光可能領域内においては、３次元造形物の表面の微細度にかかわらず、１回の露光で処理が行えるので、表面の微細度による加工速度の低下を招くことがない。

　また、３次元表面形状体ＳＵＲが１回の露光で形成できない場合であっても、領域間のつなぎ目部分は、３次元データセットＤ３Ｄの生成時に、領域間の傾き（領域間の傾きの変化）が小さい位置に設定することで光学特性への影響をさらに抑えられる。

　また、以上の説明のように、露光データとしての３次元データセットＤ３Ｄとしては、積層構造体ＢＯＤに対応するデータ（２次元データ）と、３次元表面形状体ＳＵＲに対応するデータ（３次元データ）と、で構成されることとなるので、造形処理の高速化を図れるだけではなく、データ容量を低減でき、データ圧縮も容易とすることができる。

［２］第２実施形態
　次に第２実施形態について説明する。
　図８は、第２実施形態の光造形装置の構成例を示すブロック図である。
　図８において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
　第２実施形態の光造形装置１０Ａは、図８に示すように、レーザ光源１１、ビームスプリッタ１２、空間光変調器１３、第１レンズ１４、ハーフミラー１５Ａ、第２レンズ１６、光硬化性樹脂浴１７、制御部１８、ハーフミラー１９、第１受光部２０、観察用光源２１、第３レンズ２２、第２受光部２３及び表示部２４を備えている。
　上記構成においても、第１実施形態と同様に、第１レンズ１４、ハーフミラー１５Ａ、第２レンズ１６は、縮小結像系（縮小光学系）を構成している。

　以下、主として第１実施形態の構成と異なる構成について説明する。
　ビームスプリッタ１２は、レーザ光源１１から出射された加工光Ｌを空間光変調器１３側に導き、位相変調後の加工光Ｌをハーフミラー１９に導く。

　ハーフミラー１９は、位相変調後の加工光Ｌの一部を第１受光部２０に反射し、残りを第１レンズ１４側に透過する。
　第１受光部２０は、入射した加工光Ｌに基づいて、中間像ＩＭＭに相当する画像信号を制御部１８に出力する。したがって、制御部１８のオペレータは、中間像ＩＭＭの段階で空間光変調器１３の変調状態を把握して、より良い中間像ＩＭＭを得ることが可能となる。

　一方、ハーフミラー１９を透過して集光レンズとして機能する第１レンズ１４を透過した加工光Ｌは、ハーフミラー１５Ａにより反射されて、結像レンズとして機能する第２レンズ１６により縮小像ＩＭを光硬化性樹脂浴１７の所定焦点位置において、結像させる。この結果、縮小像ＩＭに対応する３次元形状でリソグラフィ樹脂が硬化することとなる。

　これと並行して、観察用光源２１を出射した観察用光は、光硬化性樹脂浴１７内に入射し、その一部は、ハーフミラー１５Ａを透過して、対物レンズとして機能する第３レンズ２２に入射する。
　この結果、第３レンズ２２は、第２受光部２３上に縮小像ＩＭに対応する３次元形状で硬化したリソグラフィ樹脂の画像を結像する。

　第２受光部２３は、入射した観察用光に基づいて、縮小像ＩＭに対応する３次元形状で硬化したリソグラフィ樹脂の画像に相当する画像信号を制御部１８に出力する。
　したがって、制御部１８のオペレータは、縮小像ＩＭに対応する３次元形状で硬化したリソグラフィ樹脂の状態を把握して、より現実的に空間光変調器１３の制御を行うことができる。

　ここで、より具体的に、第１受光部２０及び第２受光部２３の出力（画像）を利用した位相分布の補正について説明する。
　中間像ＩＭＭに相当する第１受光部２０、あるいは、縮小像（集光像）ＩＭに相当する第２受光部２３で得られた画像と目標画像を比較し、空間光変調器１３の位相分布を更新することでより目標に近い集光パターンを得ることができる。

　この場合において、実際の画像と目標画像との乖離の程度は、例えば、最小二乗誤差やＰＳＮＲ（Peak　Signal　to　Noise　Ratio）などの指標を用いることができる。
　また、位相分布の更新は、例えば中間像ＩＭＭの生成位置(6軸)を調整値とし、乖離の程度が小さい最も下がる値を解析的に探索することができる。

　また得られた画像から加工光Ｌの伝搬経路を逆計算し、目標パターンに近づく位相分布を推定することも可能である。
　例えば、点像などいくつかの集光パターンから、光学系の持つ収差量、ボケ量を演算し、収差を補償する位相分布を考慮して位相分布を更新することが考えられる。

　このように構成とすることにより、形成目標の３次元造形物と、実際に形成される３次元造形物との乖離（誤差）を小さくして、より高精度の３次元造形物を得ることができる。

　以上の説明のように、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、中間像ＩＭＭの状態及び実際のリソグラフィ樹脂（３次元造形物）の硬化状態を容易に把握することができるので、オペレータは、より好適な加工条件（光量、位相変調状態等）を設定することができ、得られる３次元造形物ＯＢＪの加工精度及び加工歩留まりを向上させることが可能となる。

［３］第３実施形態
　次に第３実施形態について説明する。
　図９は、第３実施形態の光造形装置の構成例を示すブロック図である。
　図９において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
　第３実施形態の光造形装置１０Ｂは、図９に示すように、樹脂に対して２光子吸収硬化を起こす第一の波長を持つレーザ光源３１、樹脂に対して１光子吸収硬化を起こす第二の波長を持つレーザ光源３２、ハーフミラー３３、ビームスプリッタ１２、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial　Light　Modulator）１３、第１レンズ１４、ハーフミラー１５Ａ、第２レンズ１６、光硬化性樹脂浴１７、制御部１８、ハーフミラー１９、第１受光部２０、観察用光源２１、第３レンズ２２、第２受光部２３及び表示部２４を備えている。

　上記構成においても、第１実施形態と同様に、第１レンズ１４、ハーフミラー１５Ａ、第２レンズ１６は、縮小結像系（縮小光学系）を構成している。

　以下、基本的に第１実施形態の構成と異なる構成について説明する。
　２光子レーザ光源３１は、第１実施形態における加工光Ｌに相当する第１加工光Ｌ１を出射する。
　１光子レーザ光源３２は、第１加工光Ｌ１よりも加工精度は低いが、大面積の加工が行える第２加工光Ｌ２を出射する。したがって、積層構造体ＢＯＤの露光により向いている。

　ハーフミラー３３は、２光子レーザ光源３１を出射した第１加工光Ｌ１を透過し、１光子レーザ光源３２を出射した第２加工光Ｌ２を反射して、ビームスプリッタ１２に導く。
　ビームスプリッタ１２は、第１加工光Ｌ１及び第２加工Ｌ２を空間光変調器１３側に導き、位相変調後の第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２をハーフミラー１９に導く。

　ハーフミラー１９は、位相変調後の第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２の一部を第１受光部２０に反射し、残りを第１レンズ１４側に透過する。

　第１受光部２０は、入射した第１加工光Ｌ１及び第２加工光Ｌ２に基づいて、中間像ＩＭＭに相当する画像信号を制御部１８に出力する。したがって、制御部１８のオペレータは、中間像ＩＭＭの段階で空間光変調器１３の変調状態を把握して、より良い中間像ＩＭＭを得ることが可能となる。

　一方、ハーフミラー１９を透過して集光レンズとして機能する第１レンズ１４を透過した加工光ＬＰ及び加工抑制光ＮＰは、ハーフミラー１５Ａにより反射されて、結像レンズとして機能する第２レンズ１６により縮小像ＩＭを光硬化性樹脂浴１７の所定焦点位置において、結像させる。この結果、縮小像ＩＭに対応する３次元形状でリソグラフィ樹脂が硬化することとなる。

　この場合において、第２加工光Ｌ２により大面積部分の露光を行い、第１加工光Ｌ１により小面積部分の露光及を行うことで、高精度な３次元造形物ＯＢＪをより高速で形成することも可能となる。

　これと並行して、観察用光源２１を出射した観察用光は、光硬化性樹脂浴１７内に入射し、その一部は、ハーフミラー１５Ａを透過して、対物レンズとして機能する第３レンズ２２に入射する。
　この結果、第３レンズ２２は、第２受光部２３上に縮小像ＩＭに対応する３次元形状で硬化したリソグラフィ樹脂の画像を結像する。

　第２受光部２３は、入射した観察用光に基づいて、縮小像ＩＭに対応する３次元形状で硬化したリソグラフィ樹脂の画像に相当する画像信号を制御部１８に出力する。
　したがって、制御部１８のオペレータは、縮小像ＩＭに対応する３次元形状で硬化したリソグラフィ樹脂の状態を把握して、より現実的に空間光変調器１３の制御を行うことができる。

　以上の説明のように、本第３実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、加工光Ｌ１及び加工光Ｌ２を協働させて、より複雑な構造を有する３次元造形物ＯＢＪを得ることが可能となる。

［３．１］第３実施形態の第１変形例
　以上の説明においては、レーザ光源として、２光子レーザ光源３１及び１光子レーザ光源３２を用いていたが、これらに加えて、さらに加工光Ｌ１，Ｌ２とは、逆に、リソグラフィ樹脂の硬化を妨げる加工抑制光ＮＰ（加工光Ｌ１、Ｌ２とは、異なる波長）を出射する加工抑制レーザ光源を設けることにより、加工抑制光ＮＰが照射される位置においては、リソグラフィ樹脂の硬化が阻害されるため、加工光Ｌ１，Ｌ２だけでは実現できない複雑な構造の３次元造形物ＯＢＪを形成することも可能となる。

　以上の説明のように、本第３実施形態の第１変形例によれば、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、加工光Ｌ１，Ｌ２及び加工抑制用光ＬＮを協働させて、より複雑な構造を有する３次元造形物ＯＢＪを得ることが可能となる。

［３．２］第３実施形態の第２変形例
　以上の説明においては、レーザ光源として、２光子レーザ光源３１及び１光子レーザ光源３２を用いていたが、１光子レーザ光源３２に代えて、加工光Ｌ１とは、逆に、リソグラフィ樹脂の硬化を妨げる加工抑制光ＮＰを出射する加工抑制レーザ光源を設けるようにすることも可能である。
　この構成によれば、第３実施形態の変形例よりは、加工速度は低下するが、より簡易な構成で、複雑な形状の３次元造形物ＯＢＪを得ることが可能となる。

［４］第４実施形態
　本第４実施形態は、第１実施例の光造形装置をより簡素化して、より安価に構成した場合の実施形態である。
　図１０は、第４実施形態の光造形装置の構成例を示すブロック図である。
　図１０において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
　第４実施形態の光造形装置１０Ｃは、図１０に示すように、レーザ光源１１、ビームスプリッタ１２、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial　Light　Modulator）１３、第１レンズ１４、ミラー１５、光硬化性樹脂浴１７及び制御部１８を備えている。

　ビームスプリッタ１２は、レーザ光源１１から出射された加工光Ｌを空間光変調器１３側に導き、位相変調後の加工光Ｌをミラー１５に導く。
　空間光変調器１３は、入射された加工光Ｌを制御部１８から入力された３次元データセットＤ３Ｄに基づいて位相変調してビームスプリッタ１２を介してミラー１５に導く。

　ミラー１５は、加工光Ｌを反射して、光硬化性樹脂浴１７の所定位置において、結像する。この結果、投影像ＰＩＭに対応する３次元形状でリソグラフィ樹脂が硬化することとなる。

　以上の説明のように、本第４実施形態によれば、空間光変調器１３による投影像ＰＩＭに基づいて光造形を行っているため、加工精度は、空間光変調器１３の変調精度に依存するため他の実施形態と比較して低くなるが、縮小光学系などを設ける必要が無いため、装置構成を簡略化でき、装置価格の低減を図れるとともに、メンテナンスも容易とすることができる。

［５］実施形態の変形例
［５．１］第１変形例
　以上の説明においては、空間光変調器１３により得られる中間像ＩＭＭの投影倍率は固定のものとして説明したが、中間像ＩＭＭの投影倍率を変更可能な倍率可変機構を設けることにより、処理の高速化を図ることが可能となる。

［５．２］第２変形例
　以上の説明においては、ステージ１７Ｓは、上下方向、左右方向、前後方向の３軸方向に駆動可能としていたが、さらにステージ１７Ｓの傾き補正機構を設けることにより、より高精度で解像度の向上が図れる。

［５．３］第３変形例
　以上の説明においては、フォーカス調整については述べていなかったが、フォーカス調整機構を設けることで、より高精度で解像度の向上を図ることが可能となる。

［５．４］第４変形例
　以上の説明においては、硬化状態を把握するために観察用光源を設けていたが、これに代えて、参照用レーザを照射する参照用レーザ照射機構を設け、ステージ１７Ｓの傾き補正及びフォーカス調整を行うことにより、より高精度で解像度の向上を図ることが可能となる。

　また参照用レーザ照射機構の参照用レーザの状態に基づいて、自動的に傾き補正及びフォーカス調整を行うように構成することも可能である。

［６］実施形態の他の態様
　さらに、本技術は、以下のような態様（構成）とすることも可能である。
（１）
　加工光を出射するレーザ光源と、
　所定の３次元データセットに基づいて、光硬化性樹脂浴中の所定の加工位置における前記加工光の波面形状を、前記３次元データセットに対応する３次元造形物の表面を構成する３次元表面形状体の形状とする位相制御信号を生成する位相制御部と、
　前記加工光が入射され、前記位相制御信号に基づいて前記加工光の位相変調を行って前記光硬化性樹脂浴側に出射する位相変換部と、
　を備えた３次元造形装置。
（２）
　前記位相変換部を出射した前記加工光を集光して得られる中間像を、縮小する縮小光学系を備えた、
　（１）に記載の３次元造形装置。
（３）
　前記位相変換部を出射した前記加工光の一部を受光して、前記中間像を得る受光部を備えた、
　（２）に記載の３次元造形装置。
（４）
　前記加工光の波面形状は、当該波面形状に対応する一の前記３次元表面形状体に隣接して形成される他の前記３次元表面形状体に対し、前記３次元表面形状体の表面に沿って少なくとも一部重なる形状とされている、
　（１）乃至（３）のいずれかに記載の３次元造形装置。
（５）
　前記３次元造形物は、積層構造体と、前記積層構造体を覆う一又は複数の前記３次元表面形状体と、により構成される、
　（１）乃至（４）のいずれかに記載の３次元造形装置。
（６）
　前記３次元造形物は、積層構造体と、前記積層構造体を覆う複数の前記３次元表面形状体と、により構成され、
　前記位相制御部は、隣設される前記３次元表面形状体の境界は、前記３次元表面形状体同士の表面の傾斜が急激に変化しない領域に設定する、
　（１）乃至（４）のいずれかに記載の３次元造形装置。
（７）
　前記３次元造形物は、積層構造体と、前記積層構造体を覆う複数の前記３次元表面形状体と、により構成され、
　１回の前記加工光の照射で露光が可能な露光可能領域内に前記３次元造形物として有効に機能しない非有効領域が含まれる場合には、前記位相制御部は、前記非有効領域に隣設される前記３次元表面形状体の境界を設定する、
　（１）乃至（４）のいずれかに記載の３次元造形装置。
（８）
　加工光を出射するレーザ光源と、前記加工光が入射され、位相制御信号に基づいて前記加工光の位相変調を行って前記光硬化性樹脂浴側に出射する位相変換部と、を備えた３次元造形装置で実行される３次元造形方法であって、
　所定の３次元造形物に対応する所定の３次元データセットが入力される過程と、
　前記３次元データセットに基づいて、光硬化性樹脂浴中の所定の加工位置における前記加工光の波面形状を、前記３次元データセットに対応する３次元造形物の表面を構成する３次元表面形状体の形状とする位相制御信号を生成する過程と、
　を備えた３次元造形方法。
（９）
　前記位相変換部を出射した前記加工光を集光して得られる中間像を、縮小して前記光硬化性樹脂浴中で結像する過程を備えた、
　（８）に記載の３次元造形方法。
（１０）
　前記位相変換部を出射した前記加工光の一部を受光して、前記中間像を得る過程を備えた、
　（９）に記載の３次元造形方法。
（１１）
　前記加工光の波面形状は、当該波面形状に対応する一の前記３次元表面形状体に隣接して形成される他の前記３次元表面形状体に対し、前記３次元表面形状体の表面に沿って少なくとも一部重なる形状とされている、
　（８）乃至（１０）のいずれかに記載の３次元造形方法。
（１２）
　前記３次元造形物は、積層構造体と、前記積層構造体を覆う複数の前記３次元表面形状体と、により構成され、
　前記位相制御信号を生成する過程において、隣設される前記３次元表面形状体の境界を、前記３次元表面形状体同士の表面の傾斜が急激に変化しない領域に設定する過程を備えた、
　（８）乃至（１１）のいずれかに記載の３次元造形方法。
（１３）
　前記３次元造形物は、積層構造体と、前記積層構造体を覆う複数の前記３次元表面形状体と、により構成され、
　１回の前記加工光の照射で露光が可能な露光可能領域内に前記３次元造形物として有効に機能しない非有効領域が含まれる場合には、前記位相制御信号を生成する過程において前記非有効領域に隣設される前記３次元表面形状体の境界を設定する、
　（８）乃至（１１）のいずれかに記載の３次元造形方法。

　１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ　光造形装置
　１１　　レーザ光源
　１２　　ビームスプリッタ
　１３　　空間光変調器
　１４　　第１レンズ
　１５　　ミラー
　１５Ａ　ハーフミラー
　１６　　第２レンズ
　１７　　光硬化性樹脂浴
　１７Ｓ　ステージ
　１８　　制御部
　１９　　ハーフミラー
　２０　　第１受光部
　２１　　観察用光源
　２２　　第３レンズ
　２３　　第２受光部
　２４　　表示部
　３１　　２光子レーザ光源
　３２　　１光子レーザ光源
　３３　　ハーフミラー
　ＡＲ１　露光可能領域
　ＡＲ２　全露光領域
　ＢＬ　　境界線
　ＢＯＤ　積層構造体
　Ｄ３Ｄ　３次元データセット
　Ｌ１　　第１加工光
　Ｌ２　　第２加工光
　ＩＭ　　縮小像
　ＩＭＭ　中間像
　Ｌ　　　加工光
　ＬＹ　　層
　ＮＥＮ　非有効領域
　ＮＰ　　加工抑制光
　ＯＢＪ　３次元造形物
　ＰＩＭ　投影像
　ＳＵＲ　３次元表面形状体
　ＳＵＲｘ　３次元表面形状体

Claims (8)

1. 　加工光を出射するレーザ光源と、
   　所定の３次元データセットに基づいて、光硬化性樹脂浴中の所定の加工位置における前記加工光の波面形状を、前記３次元データセットに対応する３次元造形物の表面を構成する３次元表面形状体の形状とする位相制御信号を生成する位相制御部と、
   　前記加工光が入射され、前記位相制御信号に基づいて前記加工光の位相変調を行って前記光硬化性樹脂浴側に出射する位相変換部と、
   　を備えた３次元造形装置。
2. 　前記位相変換部を出射した前記加工光を集光して得られる中間像を、縮小する縮小光学系を備えた、
   　請求項１に記載の３次元造形装置。
3. 　前記位相変換部を出射した前記加工光の一部を受光して、前記中間像を得る受光部を備えた、
   　請求項２に記載の３次元造形装置。
4. 　前記加工光の波面形状は、当該波面形状に対応する一の前記３次元表面形状体に隣接して形成される他の前記３次元表面形状体に対し、前記３次元表面形状体の表面に沿って少なくとも一部重なる形状とされている、
   　請求項１に記載の３次元造形装置。
5. 　前記３次元造形物は、積層構造体と、前記積層構造体を覆う一又は複数の前記３次元表面形状体と、により構成される、
   　請求項１に記載の３次元造形装置。
6. 　前記３次元造形物は、積層構造体と、前記積層構造体を覆う複数の前記３次元表面形状体と、により構成され、
   　前記位相制御部は、隣設される前記３次元表面形状体の境界は、前記３次元表面形状体同士の表面の傾斜が急激に変化しない領域に設定する、
   　請求項１に記載の３次元造形装置。
7. 　前記３次元造形物は、積層構造体と、前記積層構造体を覆う複数の前記３次元表面形状体と、により構成され、
   　１回の前記加工光の照射で露光が可能な露光可能領域内に前記３次元造形物として有効に機能しない非有効領域が含まれる場合には、前記位相制御部は、前記非有効領域に隣設される前記３次元表面形状体の境界を設定する、
   　請求項１に記載の３次元造形装置。
8. 　加工光を出射するレーザ光源と、前記加工光が入射され、位相制御信号に基づいて前記加工光の位相変調を行って前記光硬化性樹脂浴側に出射する位相変換部と、を備えた３次元造形装置で実行される３次元造形方法であって、
   　所定の３次元造形物に対応する所定の３次元データセットが入力される過程と、
   　前記３次元データセットに基づいて、光硬化性樹脂浴中の所定の加工位置における前記加工光の波面形状を、前記３次元データセットに対応する３次元造形物の表面を構成する３次元表面形状体の形状とする位相制御信号を生成する過程と、
   　を備えた３次元造形方法。

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