專利名稱：光學(xué)建模裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)建模裝置，該光學(xué)建模裝置通過對可光固化 樹脂諸如可紫外線固化樹脂或類似物曝光以便形成硬化層，然后堆疊 硬化層形成模型，形成所希望形狀的樹脂模型。
背景技術(shù)：
近年來， 一種稱為快速原型制備的技術(shù)已經(jīng)成為許多制造環(huán)境中 關(guān)注的焦點?？焖僭椭苽涫褂脧腃AD設(shè)備輸入的三維形狀數(shù)據(jù)建 立目標(biāo)形狀的三維模型，而無需進(jìn)行任何機(jī)加工或類似操作。
被稱為快速原型技術(shù)的方法包括使用可紫外線固化樹脂的光學(xué) 建模、對熱塑性樹脂進(jìn)行模壓，并且對模壓的熱塑性樹脂分層的熔凝 沉積建模(FDM)、對粉末進(jìn)行熔化、粘合和分層的選擇性激光燒結(jié) (SLS)、對薄紙膜分層的層壓對象制造(LOM)、排出粉末和有效 的催化劑，并且對其分層的噴墨方法等。
已知的三維建模方法通過下面描述的處理流形成所希望的三維
形狀的模型。具體地，第一個步驟使用計算機(jī)等輸入并且設(shè)計由作為 三維設(shè)計系統(tǒng)的CAD設(shè)備創(chuàng)建的目標(biāo)三維形狀(三維形狀數(shù)據(jù))。
接著，將輸入的CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為STL格式或類似格式的指定的 三維形狀數(shù)據(jù)。確定放置模型的朝向(豎立的、倒轉(zhuǎn)的、斜向的等) 和分層方向。然后將模型在分層方向上將模型分片為厚度大約為0.1 到0.2毫米的橫截面，并且為每層創(chuàng)建橫截面數(shù)據(jù)。然后基于每層的橫截面數(shù)據(jù)，每次一層地從最低層開始，并且逐 步遞增層次，通過改變材料諸如液體可光固化樹脂、粉末樹脂、金屬 粉末、蠟等的性質(zhì)，可以生成三維模型。
具體地，使用液體可光固化樹脂的情況作為例子，首先，在垂直 于液體表面的方向上移動的移動平臺上形成作為第一層的指定厚度 的硬化層。接著，在將移動平臺向下移動后，在第一硬化層上面形成
指定厚度的另一個硬化層。以在第(n-l)個硬化層上面形成每個第n 個硬化層的形式，在分層方向上連續(xù)形成附加的硬化層，從而生成三 維模型。
以類似于上述的三維建模方法生成三維模型的建模裝置可以容 易地生成具有自由形態(tài)表面的三維形狀或難以通過在使用機(jī)加工的 三維建模方法中進(jìn)行切割而產(chǎn)生的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。另外，通過不產(chǎn)生機(jī)加 工中必然出現(xiàn)的工具磨損、噪音、振動、切割碎屑等的完全自動的處 理，該建模方法可以生成所希望的三維形狀(模型)。
為了將這類有用的三維建模技術(shù)應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)域，例如，具有 從幾個毫米到幾個厘米外部尺寸測量，以及幾微米范圍內(nèi)的精確程度 的高精度樹脂造型的制造中，希望可以更高的分辨率和速度建模。

發(fā)明內(nèi)容
然而，已知的三維建模方法和三維建模裝置的精確程度，由于它 們最初的使用目的，通常不會好于大約50微米。當(dāng)例如進(jìn)行將精度 改進(jìn)為幾微米的努力時，需要大量的建模時間，并且難以生成大區(qū)域 的模型。換言之，極難生成具有高分辨率的比較大的模型。
例如，使用諸如已知的可紫外線固化樹脂等的可光固化樹脂的建 模裝置，諸如日本專利申請公開號JP-A- 5 -77323，包括使用束掃 描方法的建模裝置和使用全面曝光方法的建模裝置。
使用束掃描方法的建模裝置具有使用從光源發(fā)出的光束，諸如激 光束等的束掃描光學(xué)系統(tǒng)以便進(jìn)行掃描。該光學(xué)系統(tǒng)通過基于上述的 分片橫截面形狀數(shù)據(jù)，掃描可紫外線固化樹脂并且每次一層地繪制所希望的形狀，從而形成每個硬化層，然后堆積這些層。注意，束掃描 方法是光柵掃描、向量掃描以及組合光柵向量掃描之一。光柵掃描，
如圖6A中所示，通過一次在一個方向上的往復(fù)線性掃描繪制橫截面 形狀。向量掃描，如圖6B中所示，以曲線進(jìn)行掃描，以便降低平滑 地繪制邊緣部分(邊界部分)的難度，這是光柵掃描的不足之處。組 合光柵向量掃描，如圖6C中所示，通過僅使用向量掃描繪制邊緣部 分，利用光柵掃描和向量掃描兩者的長處。
使用上述的束掃描方法的建模裝置可以通過修改系數(shù)，諸如使用 的波長和透鏡系統(tǒng)的配置以便將束的直徑變窄，執(zhí)行高分辨率建模。 然而，存在對光源強(qiáng)度的限制，并且由于基本上以單個光束掃描繪制 形狀，需要極長的時間段，以便將比較大的區(qū)域暴露于光束下以便可 以形成具有大的表面面積的硬化層。另外，在已知的建模裝置中，光 學(xué)系統(tǒng)的配置限制光束的掃描范圍，這對大區(qū)域的硬化層的形成帶來 了限制。
使用全面曝光(blanket exposure)方法的建模裝置具有空間光 調(diào)制器(SLM)投射光學(xué)系統(tǒng)，其具有空間光調(diào)制器諸如液晶面板、 DMD等。該光學(xué)系統(tǒng)通過在可紫外線固化樹脂上投射由空間光調(diào)制 器根據(jù)上述的橫截面形狀數(shù)據(jù)顯示的每層的圖案，執(zhí)行三維建模，從 而形成每個硬化層，然后堆積這些層。
由于不是以單個光束進(jìn)行束掃描來繪制形狀，使用全面啄光方法 的建模裝置可以例如使用陣列類型的光源。從而光源可以制作得更 強(qiáng)，并且可以縮短曝光時間。然而，由于以空間光調(diào)制器中的象素數(shù) 等確定精確程度，存在對精度的限制。從而不能清晰地形成每個硬化 層的邊緣部分，并且難以進(jìn)行高分辨率建模。
本發(fā)明提供一種可以高速執(zhí)行高精度光學(xué)建模的光學(xué)建模裝置 和光學(xué)建模方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種光學(xué)建模裝置，該光學(xué)建模 裝置通過以光照射可光固化樹脂，順序地形成硬化層，形成所希望形 狀的模型。該光學(xué)建模裝置包括第一光源，其發(fā)出用于在可光固化 樹脂上繪制的光束；掃描設(shè)備，其在可光固化樹脂上掃描由第一光源 發(fā)出的光束；笫二光源，其發(fā)出一次照射可光固化樹脂的一個固定區(qū) 域的光；和空間光調(diào)制器，其對第二光源發(fā)出的光進(jìn)行空間調(diào)制，以 便執(zhí)行可光固化樹脂的指定區(qū)域的全面曝光。以掃描設(shè)備掃描的光 束，并且以空間光調(diào)制器空間調(diào)制的光形成模型的每個硬化層。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種光學(xué)建模方法，通過以 光照射可光固化樹脂，順序地形成硬化層，形成所希望形狀的模型。 該光學(xué)建模方法包括步驟從第一光源發(fā)出用于在可光固化樹脂上繪 制的光束；使用掃描設(shè)備掃描從第一光源發(fā)出的光束；從第二光源發(fā) 出光，該光一次照射可光固化樹脂的一個固定區(qū)域；使用空間光調(diào)制 器對從第二光源發(fā)出的光進(jìn)行空間調(diào)制；并且通過使用由掃描設(shè)備掃 描的光束在可光固化樹脂上執(zhí)行繪制，以及通過使用由空間光調(diào)制器 空間調(diào)制的光執(zhí)行可光固化樹脂的指定區(qū)域的全面曝光，形成模型的 每個硬化層。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種光學(xué)建模方法，其基于從 輸入部分輸入的三維形狀數(shù)據(jù)，通過以光照射可光固化樹脂，順序地 形成硬化層，形成所希望形狀的模型。該光學(xué)建模方法包括步驟從 輸入部分輸入三維形狀數(shù)據(jù)；基于輸入的三維形狀數(shù)據(jù)創(chuàng)建每層的二 維形狀數(shù)據(jù)；基于該二維形狀數(shù)據(jù)創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)，第一數(shù) 據(jù)用于通過使用空間光調(diào)制器執(zhí)行可光固化樹脂的全面膝光，形成硬 化層的指定區(qū)域，第二數(shù)據(jù)用于通過使用掃描設(shè)備在可光固化樹脂上 掃描光束，形成硬化層的剩余區(qū)域；以及通過基于第一數(shù)據(jù)，使用空 間光調(diào)制器對光進(jìn)行空間調(diào)制，并且執(zhí)行可光固化樹脂的指定區(qū)域的 全面曝光，并且通過基于第二數(shù)據(jù)，使用掃描設(shè)備掃描可光固化樹脂 上的光束，順序地形成硬化層。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種光學(xué)建模方法，其通過 基于從輸入部分輸入的三維形狀數(shù)據(jù)，以光照射可光固化樹脂，順序 地形成硬化層，在浸入可光固化樹脂內(nèi)、并且在至少與可光固化樹脂 的表面垂直的方向上移動的移動平臺上形成所希望形狀的模型。該光
學(xué)建模方法包括步驟從輸入部分輸入三維形狀數(shù)據(jù)；基于輸入的三 維形狀數(shù)據(jù)創(chuàng)建每層的二維形狀數(shù)據(jù)；基于每層的二維形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng) 建在平行于可光固化樹脂的表面的平面內(nèi)對每層分段的多個分段區(qū) 域中的每一個的分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)；基于分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建第 一數(shù)據(jù)以及第二數(shù)據(jù)，第一數(shù)據(jù)用于通過使用空間光調(diào)制器執(zhí)行可光 固化樹脂的全面曝光，形成硬化層的分段區(qū)域的指定區(qū)域，第二數(shù)據(jù) 用于通過使用掃描設(shè)備掃描可光固化樹脂上的光束，形成硬化層的分 段區(qū)域的剩余區(qū)域；以及順序形成這樣產(chǎn)生的硬化層通過基于第一 數(shù)據(jù)，使用空間光調(diào)制器對光進(jìn)行空間調(diào)制，并且執(zhí)行可光固化樹脂 的指定區(qū)域的全面膝光，并且通過基于第二數(shù)據(jù)，使用掃描設(shè)備掃描 可光固化樹脂上的光束，來形成每個分段區(qū)域；順序改變移動平臺和 空間光調(diào)制器以及掃描設(shè)備在平行于可光固化樹脂的表面的平面內(nèi) 的位置關(guān)系。
根據(jù)上述的本發(fā)明的實施例，通過使用由掃描設(shè)備掃描的光束以 及由空間光調(diào)制器空間調(diào)制的光硬化可光固化樹脂，形成每個硬化 層，從而以短的時間形成高分辨率三維模型。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光學(xué)建模裝置的概述 的斜視圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光學(xué)建模裝置的光學(xué) 系統(tǒng)的圖3是示出了第一檢電鏡(galvano -mirror)和物鏡的示意圖， 并且是用于解釋作為根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置的組件的 物鏡、笫一檢電鏡和第二檢電鏡的功能的圖4是示出了使用fe透鏡作為物鏡的情況的示意圖，并且是用 于解釋作為根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置的組件的物鏡的功
能的圖5是示出了雙面遠(yuǎn)心(bilateral telecentric )圖像光學(xué)系統(tǒng)的例子的示意圖，并且是用于解釋作為根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模
裝置的組件的第一和第二中繼鏡的功能的圖6A是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置的束掃描光 學(xué)系統(tǒng)等內(nèi)的光柵掃描方法的平面圖6B是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置的束掃描光 學(xué)系統(tǒng)等內(nèi)的向量掃描方法的平面圖6C是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置的束掃描光 學(xué)系統(tǒng)等內(nèi)的組合光柵向量掃描方法的平面圖7是示出了作為單個硬化層的形狀的目標(biāo)二維形狀、全面繪制 部分和精確繪制部分的平面圖，并且是用于解釋當(dāng)由根據(jù)本發(fā)明的實 施例的光學(xué)建模裝置形成作為目標(biāo)的三維模型的單個硬化層時，全面 繪制和精確繪制的圖8是示出了通過全面曝光進(jìn)行的全面繪制和通過向量掃描方 法的束掃描進(jìn)行的精確繪制的平面圖，并且是用于解釋當(dāng)由根據(jù)本發(fā) 明的實施例的光學(xué)建模裝置形成作為目標(biāo)的三維模型的單個硬化層 時，全面繪制和精確繪制的圖9是示出了通過全面曝光進(jìn)行的全面繪制和通過組合光柵向 量掃描方法的束掃描進(jìn)行的精確繪制的平面圖，并且是用于解釋當(dāng)由 根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置形成作為目標(biāo)的三維模型的單 個硬化層時，全面繪制和精確繪制的圖IO是用于解釋將整個工作區(qū)域劃分為指定的單個工作區(qū)域的 平面圖，并且是用于解釋由根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置進(jìn)行 的步-和-重復(fù)(step-and-repeat)操作的圖ll是示出了將圖IO中所示的整個工作區(qū)域劃分為個體工作區(qū) 域的各個工作區(qū)域之一的工作區(qū)域W32的平面圖12是用于解釋執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置的光 學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制的數(shù)據(jù)處理和控制設(shè)備的圖13是示出了作為根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置的光學(xué) 系統(tǒng)的另一個例子的具有高速偏轉(zhuǎn)元件的光學(xué)系統(tǒng)的圖；圖14是解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的建模方法的流程圖；以及 圖15是詳細(xì)解釋形成硬化層的圖14中所示的步驟S5的流程圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。注意，在本說 明書和附圖中，以相同的參考號表示具有大體相同功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 元件，并且忽略對這些結(jié)構(gòu)元件的重復(fù)解釋。
如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光學(xué)建模裝置l是通 過對可光固化樹脂曝光形成一系列硬化層，堆積這些層以形成所希望 形狀的模型的光學(xué)建模裝置。注意，下面解釋的實施例使用液體可紫 外線固化樹脂作為可光固化樹脂，但是本發(fā)明不限于使用液體樹脂。 例如，還可以使用樹脂膜。另外，本發(fā)明不限于使用可紫外線固化樹 脂。即，可光固化樹脂可以是通過進(jìn)行曝光形成硬化層的任何材料。
具體地，光學(xué)建模裝置1包括貯液器3、移動平臺4、光學(xué)系統(tǒng) 5。貯液器3包含作為可光固化樹脂的液體可紫外線固化樹脂2。移動 平臺4浸入貯液器3，并且可以在至少正交于作為液體可紫外線固化 樹脂2的表面的液體表面的垂直方向Z上移動。光學(xué)系統(tǒng)5具有稍后 描述的對液體可紫外線固化樹脂2進(jìn)行曝光的束掃描光學(xué)系統(tǒng)和全面 曝光光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)建模裝置1通過重復(fù)一個兩個操作的序列執(zhí)行三 維模型建模。第 一 個操作通過使用光學(xué)系統(tǒng)5對液體可紫外線固化樹 脂2膝光，在移動平臺4上形成液體可紫外線固化樹脂2的硬化層。 第二個操作在垂直方向Z上向下移動移動平臺4。光學(xué)建模裝置l還 使用稍后描述的移動部分6改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5在水平面內(nèi) 的相對位置。這使得可以形成具有比當(dāng)移動平臺和光學(xué)系統(tǒng)5的相對 位置固定時可以在其上形成硬化層的區(qū)域更大的表面面積的硬化層。 即，光學(xué)建模裝置1能夠形成更大的模型。
如圖2中所示，光學(xué)建模裝置1包括束掃描光學(xué)系統(tǒng)IO和全面 爆光光學(xué)系統(tǒng)30。束掃描光學(xué)系統(tǒng)10包括用于束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的 第一光源ll和掃描設(shè)備12。第一光源ll是發(fā)出在液體可紫外線固化樹脂2上繪制光的光束的束掃描光源。掃描設(shè)備12在液體可紫外線 固化樹脂2上掃描由第一光源ll發(fā)出的光束。全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30 包括用于全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30的第二光源31和空間光調(diào)制器32。第 二光源31是全面曝光光源，它發(fā)出一次照射液體可紫外線固化樹脂2 的一個固定區(qū)域的光。空間光調(diào)制器32使得液體可紫外線固化樹脂2 的指定區(qū)域經(jīng)受從第二光源31發(fā)出的光的全面曝光。光學(xué)建模裝置1 還被提供有用作光路組合器的分束器41,分束器41組合來自掃描設(shè) 備12的光束和來自空間光調(diào)制器32的空間調(diào)制光，并且將光引導(dǎo)到 液體可紫外線固化樹脂2上。
除了上述的第一光源11和掃描設(shè)備12之外，光學(xué)建模裝置1 包括，作為束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的部分，準(zhǔn)直透鏡13、失真透鏡14和 束增大器15。準(zhǔn)直透鏡13轉(zhuǎn)換第一光源ll發(fā)出的光束的擴(kuò)張角，以 便形成大致平行的光束。失真透鏡14將從準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直透鏡13形成 的大致橢圓形光束形成為大致為圓形。束增大器15執(zhí)行束直徑大小 調(diào)整，將從失真透鏡14形成的光束的束直徑轉(zhuǎn)換為適合于稍后描述 的物鏡42的孔徑，數(shù)字光圏(NA)等的所希望的束直徑。
在本實施例中，在束增大器15和稍后描述的第一檢電鏡21之間 提供分束器16和快門17。分束器16除了透射從第一光源ll發(fā)出的 光束之外，還將由液體可紫外線固化樹脂2反射的返回光引導(dǎo)到檢測 返回光的稍后描述的反射光檢測器18?？扉T17控制照射液體可紫外 線固化樹脂2的光束是通過還是被阻斷。即，快門17控制束掃描光 學(xué)系統(tǒng)10的繪制的開關(guān)(on-off)狀態(tài)。
在這個例子中，作為由束掃描光學(xué)系統(tǒng)IO使用的束掃描光源的 第一光源11是發(fā)射藍(lán)到紫外線范圍內(nèi)的比較短的波長的激光光的半 導(dǎo)體激光。注意，雖然本實施例中使用半導(dǎo)體激光，本發(fā)明不限于此， 并且還可以使用氣體激光等。因為本實施例中使用半導(dǎo)體激光作為第 一光源11,提供了準(zhǔn)直透鏡13以便在發(fā)射激光之后形成大致平行的 光束，并且提供失真透鏡14以便使得橢圓光束成為圓形。注意，雖 然在當(dāng)前描述的實施例中提供快門17，使用半導(dǎo)體激光作為第 一光源
11使得可以這樣配置束掃描光學(xué)系統(tǒng)10，從而通過直接調(diào)制激光束，
控制光束的開關(guān)狀態(tài)。
光學(xué)建模裝置1的掃描設(shè)備12包括，例如，第一檢電鏡21、第 二檢電鏡22、物鏡42。第一檢電鏡21使得從束增大器15照到其上 的光束偏轉(zhuǎn)，并且在X方向上掃描，X方向是平行于作為液體可紫外 線固化樹脂2的表面的液體表面的平面內(nèi)的第一方向。第二檢電鏡22 使得從第一檢電鏡21照到其上的光束偏轉(zhuǎn)，并且在Y方向上掃描， Y方向大致垂直于X方向，并且是平行于液體可紫外線固化樹脂2的 液體表面的平面內(nèi)的第二方向。在分束器41和液體可紫外線固化樹 脂2之間提供物鏡42。除了聚焦來自第二檢電鏡22的光束之外，物 鏡42使得由第一檢電鏡21和第二檢電鏡22偏轉(zhuǎn)的光束以恒定速度 在液體可紫外線固化樹脂2上掃描。
掃描設(shè)備12還包括在第一檢電鏡21和第二檢電鏡22之間提供 的第一中繼鏡23,以及在第二檢電鏡22和分束器41之間提供的第二 中繼鏡24。
第一檢電鏡21和第二檢電鏡22中的每一個具有可以在指定的方 向上旋轉(zhuǎn)的反射器，諸如鏡子等，以及根據(jù)電信號調(diào)節(jié)反射器的旋轉(zhuǎn) 方向的角度的調(diào)節(jié)器。為了在指定方向上掃描光束，第一檢電鏡21 和第二檢電鏡22中的每一個以指定角度反射照到其上的光束，即， 在所希望的方向上偏轉(zhuǎn)光束，從而光束在預(yù)期平面(此后也稱為"工 作區(qū)域")內(nèi)在移動平臺4上掃描。從而第一檢電鏡21和第二檢電鏡 22中的每一個起偏轉(zhuǎn)光束的束起偏器的作用。注意，在本實施例的描 述中，這樣配置束掃描光學(xué)系統(tǒng)10，從而第一檢電鏡21在X方向上 掃描光束，并且第二檢電鏡22在Y方向上掃描光束，但是本發(fā)明不 限于該配置。還可以這樣配置束掃描光學(xué)系統(tǒng)10，從而可以在平行于 液體可紫外線固化樹脂2的液體表面的平面內(nèi)，即，在移動平臺4上 的預(yù)期平面內(nèi)，沿著任意兩個大致垂直的軸進(jìn)行掃描。另外，被提供 在掃描設(shè)備12中，并且分別在兩個指定軸方向上偏轉(zhuǎn)光束的束起偏 器不限于上述的檢電鏡，而是可以是多角鏡等。使得由第一檢電鏡21和第二檢電鏡22偏轉(zhuǎn)的光束在液體可紫外 線固化樹脂2上以恒定速度掃描的物鏡42是具有至少一個透鏡的透 鏡群。分別被第一檢電鏡21和第二檢電鏡22在X方向和Y方向上 掃描，并且被分束器41反射的光束進(jìn)入物鏡42，物鏡42將它聚焦到 液體可紫外線固化樹脂2上，以便形成圖像。物鏡42從而使得由第 一檢電鏡21和第二檢電鏡22偏轉(zhuǎn)的光束以恒定的掃描線速度在液體 可紫外線固化樹脂2上掃描。物鏡42還使得來自稍后描述的全面曝 光光學(xué)系統(tǒng)30的空間調(diào)制光在液體可紫外線固化樹脂2上形成圖像。
在本實施例中，將稱為fe的透鏡用作物鏡42。如圖3中所示， fe透鏡具有與入射角e成比例的圖像高度Y,從而圖像高度Y等于焦
距f和入射角e的乘積(Y = fxe)。換言之，fe透鏡被設(shè)計為掃描光 的掃描速度通常為恒定的，并且不依賴光進(jìn)入透鏡的位置。
即，當(dāng)例如第一檢電鏡21和第二檢電鏡22的旋轉(zhuǎn)速度恒定時， 用作物鏡42的f6透鏡使得可以實現(xiàn)由第一檢電鏡21和第二檢電鏡 22掃描的工作區(qū)域內(nèi)的恒定的掃描線速度，其中物鏡42形成圖像。
現(xiàn)差異。例如，在光束掃描以便沿著相對于X和Y方向傾斜的所希 望的直線形成圖像的情況下，如果掃描線速度的X方向分量和Y方 向分量之一《兩者改變，掃描光束不能繪制預(yù)期的直線。在這種情況 下，上述的物鏡42和第一檢電鏡21和第二檢電鏡22可以減輕該問 題。從而物鏡42與笫一檢電鏡21和第二檢電鏡22 —起使得可以在 工作區(qū)域上實現(xiàn)恒定的掃描線速度，從而通過精確繪制形成高分辨率 模型。
注意，本發(fā)明中使用的物鏡42不限于fe透鏡。本發(fā)明還可以配 置為使用具有普通聚焦功能的透鏡，由控制第一檢電鏡21和第二檢 電鏡22的驅(qū)動控制部分電子地調(diào)整和控制透鏡的旋轉(zhuǎn)速度，透鏡聚 焦由第一檢電鏡21和第二檢電鏡22偏轉(zhuǎn)的光束，并且使得它以恒定 的線掃描速度掃描。
使用圖4解釋由第一檢電鏡21和第二檢電鏡22以及物鏡42使
得由第一光源11發(fā)出的光束掃描進(jìn)行的操作。注意，在圖4中，忽 略第二檢電鏡22、第一中繼鏡23和第二中繼鏡24以及分束器41， 以便示出第一檢電鏡21和物鏡42的操作。還要注意，第二檢電鏡22 和物鏡42的操作是相同的，所以忽略詳細(xì)的解釋。
由準(zhǔn)直透鏡13使其成為平行，并且由束增大器15使其均勻的光 束照到笫一檢電鏡21上，第一檢電鏡21使得該光束根據(jù)第一檢電鏡 21的角度在X方向上掃描。然后，由物鏡42將該光束聚焦到工作區(qū) 域上。
當(dāng)由第一檢電鏡21在X方向上掃描的光束以指定狀態(tài)進(jìn)入物鏡 42時，物鏡42在X方向上掃描工作區(qū)域，使得光束在垂直方向上在 工作區(qū)域內(nèi)照在液體可紫外線固化樹脂2上，并且遠(yuǎn)心 (telecentrically)地形成圖像。以相同的方式，當(dāng)由第二檢電鏡22 在Y方向上掃描的光束以指定狀態(tài)進(jìn)入物鏡42時，物鏡42在Y方 向上掃描工作區(qū)域，使得光束在垂直方向上在工作區(qū)域內(nèi)照在液體可 紫外線固化樹脂2上，并且遠(yuǎn)心地形成圖像。
附帶地，第一檢電鏡21和第二檢電鏡22的掃描方向的掃描角度 和物鏡42的焦距之間存在固定的關(guān)系。如上所述，在使用fe透鏡作 為物鏡42的情況下，如果工作區(qū)域在X方向和Y方向上的尺寸各自 為1厘米，即，如果工作區(qū)域大約為l厘米乘以l厘米，并且如果第 一檢電鏡21和第二檢電鏡22的掃描角度大約為±10度，則焦距大約 為28.65亳米。注意，通過改變第一檢電鏡21和第二檢電鏡22的掃 描角度和物鏡42的配置，可以改變工作區(qū)域的大小。
因此，由第一檢電鏡21和第二檢電鏡22的旋轉(zhuǎn)速度、物鏡42 的直徑和配置、其它光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)和放置等確定工作區(qū)域的大小。 工作區(qū)域的大小還由稍后描述的全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30的空間光調(diào)制 器32等確定。工作區(qū)域是平行于液體表面的平面內(nèi)的，即，在水平 面內(nèi)的，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)5和移動平臺4間的位置關(guān)系不改變時，可以形 成硬化層的區(qū)域。在垂直方向Z上，工作區(qū)域還是移動平臺4上或已 經(jīng)形成的硬化層上的區(qū)域。換言之，工作區(qū)域是將形成下一個硬化層 的區(qū)域。
將物鏡42布置為其物體焦點位置(它是其前焦點位置)與分束 器41的反射/透射表面41a疊合，并且它的圖像焦點位置，(它是其 后焦點位置)在移動平臺4上的工作區(qū)域內(nèi)與液體可紫外線固化樹脂 2疊合。在該情況下，液體可紫外線固化樹脂2的含意是可以被光束 掃描的位于移動平臺4上的平面內(nèi)的，并且在將要形成硬化層的垂直 位置內(nèi)的液體可紫外線固化樹脂2。在多數(shù)情況下，這的含意是表面， 即，接近液體表面的位置。注意，在上面的解釋中，物鏡42配置為 物體焦點位置與反射/透射表面41a疊合。然而，所述疊合不必是精確 的。物鏡42被布置為物體焦點位置位于反射/透射表面41a的鄰近就 足夠了，不用將分束器41自身做得太大。換言之，由于來自束掃描 光學(xué)系統(tǒng)10的所有光束和來自全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30的所有光束必須 穿過反射/透射表面41a，物鏡42的物體焦點位置定位在反射/透射表 面41a的鄰近就足夠了，不用將分束器41自身做得太大。
第一中繼鏡23和笫二中繼鏡24中的每一個分別使得平行入射光 束可以作為跨第一檢電鏡21和第二檢電鏡22所需的掃描角度的平行 光束射出。第一中繼鏡23和第二中繼鏡24中的每一個還可以形成這 樣的光束，該光束分別被作為物體表面的第一檢電鏡21和第二檢電 鏡22反射為分別在第一中繼鏡23和第二中繼鏡24的下游側(cè)的第二 檢電鏡22和分束器41的反射/透射表面41a上的圖像。
即，第一中繼鏡23是一個透鏡群，它具有至少一個透鏡，并且 將由第一檢電鏡21反射的光束形成第二檢電鏡22的反射表面上的圖 像。第二中繼鏡24是一個透鏡群，它具有至少一個透鏡，并且將由 第二檢電鏡22反射的光束形成分束器41的反射/透射表面41a上的圖 像。
具有這些功能的第一中繼鏡23和第二中繼鏡24中的每一個配置 為是雙面遠(yuǎn)心圖像光學(xué)系統(tǒng)。注意圖5示出了稱為4f光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué) 系統(tǒng)，它是作為雙面遠(yuǎn)心圖像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)的典型例子。在圖 5中所示的遠(yuǎn)心圖像光學(xué)系統(tǒng)中，相應(yīng)于第一檢電鏡21和笫二檢電鏡
22中的每一個的物體表面Po布置在被布置在最前端位置處的透鏡的 前焦點位置處。相應(yīng)于第二檢電鏡22和分束器41中的每一個的圖像 表面Pi布置在被布置在最后端位置的透鏡的后焦點位置處。這種布置 的含意是當(dāng)聚焦在物體表面Po上的任意位置上的光束脫離和進(jìn)入遠(yuǎn) 心圖像光學(xué)系統(tǒng)時，光束會聚在圖像表面Pi上的相應(yīng)位置上。另夕卜， 作為來自物體上的任意位置的平行束進(jìn)入的光束將作為平行束照在 圖像表面Pi上的相應(yīng)位置上。因此，在指定位置在指定方向上進(jìn)入雙 面遠(yuǎn)心圖像光學(xué)系統(tǒng)的來自物體表面的平行束作為在相應(yīng)位置和相 應(yīng)方向上的照在圖像表面上的平行束射出雙面遠(yuǎn)心圖像光學(xué)系統(tǒng)。
第二中繼鏡24引導(dǎo)由第二檢電鏡22偏轉(zhuǎn)的光束，從而光束穿過 物鏡42的物體焦點位置，即，反射/透射表面41a的中心。第二中繼 鏡24還使得光束以指定的角度穿過物體焦點位置，從而光束在指定 的位置進(jìn)入物鏡42。即，第二中繼鏡24引導(dǎo)由第二檢電鏡22偏轉(zhuǎn)的 光束，從而光束穿過物鏡42的前焦點位置，并且以一個角度照在物 鏡42上，該角度相應(yīng)于工作區(qū)域內(nèi)該光束的光軸被掃描的位置。
第一中繼鏡23引導(dǎo)由第一檢電鏡21偏轉(zhuǎn)的光束，從而光束經(jīng)過 第二檢電鏡22和第二中繼鏡24穿過物鏡42的物體焦點位置，即， 反射/透射表面41a的中心。第一中繼鏡23還使得光束以指定的角度 穿過物體焦點位置，從而光束在指定的位置進(jìn)入物鏡42。即，第一中 繼鏡23引導(dǎo)由第一檢電鏡21偏轉(zhuǎn)的光束，從而光束穿過物鏡42的 前焦點位置，并且以一個角度照在物鏡42上，該角度相應(yīng)于工作區(qū) 域內(nèi)該光束的光軸被掃描的位置。
換言之，第一中繼鏡23和第二中繼鏡24使得布置在不同位置的 第一檢電鏡21和第二檢電鏡22分別在X方向和Y方向上偏轉(zhuǎn)和掃 描的光束一次穿過物鏡42的前焦點位置。
由布置在不同位置的第一檢電鏡21和第二檢電鏡22分別在X 方向和Y方向上偏轉(zhuǎn)和掃描光束。通過調(diào)整光束在X方向和Y方向 上穿過的位置，第一中繼鏡23和第二中繼鏡24使得光束一次穿過諸 如fe透鏡等的物鏡42的前焦點位置。即，使用f0透鏡投射光束，第
一中繼鏡23和第二中繼鏡24使得二維調(diào)制光束以相應(yīng)于fe透鏡的物 體焦點被掃描的位置的角度穿過。因此，不管掃描位置如何，可以使 得由物鏡42聚焦的光束垂直于液體可紫外線固化樹脂2的液體表面。 因為它防止由于傾斜地聚焦光束，在每個硬化層內(nèi)形成傾斜的表面， 這使得高分辨率建模成為可能。另外，由于第一中繼鏡23和第二中 繼鏡24使得調(diào)制光束垂直地照在液體可紫外線固化樹脂2的液體表 面上，可以使得返回的反射光束的光路與外出光束的光路疊合，并且 可以將反射光束引導(dǎo)到稍后描述的反射光檢測器18。
因為光束的光路與來自稍后描述的全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30的光的 路徑被組合在一起，分束器41被布置在那里。出于相同的原因，物 鏡42布置在分束器41和液體可紫外線固化樹脂2之間。第一檢電鏡 21和第二檢電鏡22也布置在分束器41和第一光源ll之間。第一中 繼鏡23和第二中繼鏡24防止由于檢電鏡的反射部分的旋轉(zhuǎn)，第一檢 電鏡21和第二檢電鏡22以及分束器41彼此物理碰撞。即，第一中 繼鏡23和第二中繼鏡24在第一檢電鏡21和第二檢電鏡22以及分束 器41間插入大于第一檢電鏡21和第二檢電鏡22以及分束器41可能 碰撞的范圍的間距。
注意，在本實施例中，出于使得由束掃描光學(xué)系統(tǒng)IO發(fā)出的光 和由稍后描述的全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30發(fā)出的光的光路疊合的目的布 置分束器41。換言之，通過組合光路從而由兩個光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的光束 和光都垂直于工作區(qū)域，分束器41使得可以進(jìn)行高分辨率建模。因 為它防止由于從偏離垂直方向的傾斜方向照射，在每個硬化層內(nèi)形成 傾斜表面。
物鏡42布置在分束器41和液體可紫外線固化樹脂2之間的原因 是如果物鏡42布置在分束器41之前，分束器41必須大得多。將物 鏡42布置在分束器41和液體可紫外線固化樹脂2之間還使得可以防 止出現(xiàn)諸如例如由于物鏡和液體可紫外線固化樹脂2之間的大的距離 引起的掃描光束的照射位置錯誤的問題。
由準(zhǔn)直透鏡13、失真透鏡14、束增大器15和包括第一光源11、第一檢電鏡21和第二檢電鏡22、第一中繼鏡23和第二中繼鏡24以 及物鏡42如上所述配置束掃描光學(xué)系統(tǒng)10。在光學(xué)建模裝置1的束 掃描光學(xué)系統(tǒng)10內(nèi)，準(zhǔn)直透鏡13將第一光源11發(fā)出的光束轉(zhuǎn)換為 大致平行的光束，失真透鏡14使束成形，并且束增大器15調(diào)制束直 徑。第一檢電鏡21和第二檢電鏡22偏轉(zhuǎn)光束，從而它掃描X方向和 Y方向。第一中繼鏡23和第二中繼鏡24使得光束穿過物鏡42的前 焦點位置，并且分束器41將光束引導(dǎo)到物鏡42。物鏡42將光束聚焦 在液體可紫外線固化樹脂2上，并且使它掃描液體可紫外線固化樹脂 2上所希望的位置，照射并且繪制精確區(qū)域，以便形成硬化層。
在使用普通束掃描方法的大多數(shù)已知建模裝置中，X方向檢電鏡 和Y方向檢電鏡被彼此靠近地布置，并且執(zhí)行二維掃描。然而，由于 上述的光學(xué)建模裝置1組合束掃描光學(xué)系統(tǒng)10和稍后描述的全面曝 光光學(xué)系統(tǒng)30，光學(xué)建模裝置l被配置為第一中繼鏡23使得由第一 檢電鏡21在X方向上偏轉(zhuǎn)的光束在第二檢電鏡22上形成圖像，第二 中繼鏡24使得由第二檢電鏡22在Y方向上偏轉(zhuǎn)的光束在物鏡42的 物體焦點上形成圖像。
換言之，由于在工作位置和第一檢電鏡21和第二檢電鏡22之間 提供分束器41，以便組合束掃描光學(xué)系統(tǒng)10和稍后描述的全面曝光 光學(xué)系統(tǒng)30，在分束器41和工作位置之間提供物鏡42。即使在工作 位置和第一檢電鏡21和第二檢電鏡22之間的距離極大的情況下，第 一中繼鏡23和第二中繼鏡24將光束遠(yuǎn)心地在第一檢電鏡21和第二 檢電鏡22上，并且在工作區(qū)域內(nèi)的指定位置上形成高精度圖像。此 處工作位置是提供在工作區(qū)域內(nèi)的位置，即，在移動平臺4上的液體 可紫外線固化樹脂2內(nèi)。
因此光學(xué)建模裝置1能夠使用包括上述的掃描設(shè)備12等的束掃 描光學(xué)系統(tǒng)10在液體可紫外線固化樹脂2上執(zhí)行所希望的精確繪制。 光學(xué)建模裝置i從而可以較高精度生成所希望形狀的硬化層，并且實
現(xiàn)高分辨率建模。
注意，根據(jù)橫截面形狀數(shù)據(jù)，束掃描光學(xué)系統(tǒng)10可以根據(jù)需要
在光柵掃描和向量掃描間轉(zhuǎn)換，并且還可以執(zhí)行如圖6C中所示的組 合光柵向量掃描。如圖6A中所示，光柵掃通過一次在一個方向上的 往復(fù)線性掃描描繪制橫截面形狀。如圖6B中所示，向量掃描以曲線 平滑地掃描邊界部分(邊緣部分)等。
由液體可紫外線固化樹脂2和硬化層之一反射如上所述掃描和 照射液體可紫外線固化樹脂2的光束。光學(xué)建模裝置1的束掃描光學(xué) 系統(tǒng)10包括檢測反射的光束(此后稱為"反射光")的反射光檢測器 18。反射光檢測器18檢測由液體可紫外線固化樹脂2反射的穿過各 種光學(xué)系統(tǒng)部件，并且由分束器16反射的反射光。光學(xué)建模裝置1 可以使用反射光檢測器18對反射光的檢測執(zhí)行聚焦校正。
反射光檢測器18用于檢測用于聚焦校正的信號的方法可以是， 例如，散光方法、三角測量方法等。注意在使用散光方法的情況下， 提供給予散光的元件，諸如圓柱透鏡等，并且通過檢測該元件創(chuàng)建的 散光，檢測用于聚焦校正的信號。在使用三角測量方法的情況下，這 樣形成返回(返回路徑)光束，從而它相對于外出光束呈一個微小角 度，并且通過檢測外出路徑光束到返回光束的距離檢測用于聚焦校正 的信號。
注意，可以不斷地執(zhí)行反射光檢測器18的焦點檢測和校正。還 可以配置為至少在形成每個硬化層時，即，每次移動平臺4在垂直方 向上移動時執(zhí)行。還可以采取這樣的配置，其中在稍后描述的步-和 -重復(fù)操作中，為指定的單個工作區(qū)域，即，每次移動平臺4在水平 的X和/或Y方向和/或在垂直方向Z上移動時執(zhí)行。
光學(xué)建模裝置i還可以使用上述的反射光檢測器18檢測光束掃 描的液體可紫外線固化樹脂2上的位置是硬化部分還是非硬化部分。 即，反射光檢測器18利用液體可紫外線固化樹脂2的性質(zhì)，即，當(dāng) 被硬化時它的反射率改變，并且起監(jiān)視反射光的強(qiáng)度的反射光監(jiān)視器 的作用。
基于作為反射光監(jiān)視器的反射光檢測器18，光學(xué)建模裝置1檢 測形成的硬化層的狀態(tài)，從而形成具有更高精度的硬化層，并且生成具有更高分辨率的三維模型。例如，即使在束掃描光學(xué)系統(tǒng)10執(zhí)行 繪制的同時，發(fā)生光學(xué)/電子畸變時，反射光檢測器18檢測反射光。 光學(xué)建模裝置1利用畸變的電子結(jié)構(gòu)形成具有高精度的硬化層，并且 生成具有高分辨率的三維模型。
注意已經(jīng)解釋了由分束器16和反射光檢測器18同時執(zhí)行焦點檢 測和反射光監(jiān)視兩個功能的情況，但是還可以使用提供兩個分束器和 兩個反射光檢測器的配置。
為了配置全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30，給光學(xué)建模裝置1提供第二光 源31、空間光調(diào)制器32、偏轉(zhuǎn)板33、束合成器34、反射器35、聚光 透鏡36。偏轉(zhuǎn)板33將由第二光源31發(fā)出的光轉(zhuǎn)換為指定的偏轉(zhuǎn)光。 束合成器34使得穿過系統(tǒng)的光均勻。反射器35將來自束合成器34 的光引導(dǎo)到空間光調(diào)制器32。聚光透鏡36將空間光調(diào)制器32空間調(diào) 制的光聚焦到物鏡42的前焦點上。
在本實施例中，在第二光源31和偏轉(zhuǎn)板33之間提供快門37， 以便控制照射液體可紫外線固化樹脂2的光束通過或被阻斷，即，控 制由全面膝光光學(xué)系統(tǒng)30膝光的開關(guān)狀態(tài)。
由全面膝光光學(xué)系統(tǒng)30用作全面曝光光源的第二光源31可以， 例如，是使用高輸出藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)的陣列。注意，全面曝 光光源不必使用諸如束掃描光源使用的相干激光光源。由束合成器34 使得由作為第二光源31的LED陣列發(fā)出的光均勻。
可以使用普通的束合成器作為束合成器34。可能的類型包括多 個透鏡元件構(gòu)成陣列的飛眼(fly-eye)型，和由柱狀桿透鏡諸如四角 棱柱體等構(gòu)成，從而反射所有內(nèi)部光的光桿型。穿過束合成器34的 光非均勻地照射下面描述的可透射液晶元件38。
用作光學(xué)建模裝置1的空間光調(diào)制器32的可透射液晶元件38 可以，例如，具有透明電極和由封閉在兩個重疊的透明襯底之間的液 晶構(gòu)成的液晶層。基于用于各個單獨象素的驅(qū)動信號，通過改變液晶 分子的布置，以便相應(yīng)于它投射的圖像，從而改變傳送偏轉(zhuǎn)方向，可 透射液晶元件38空間調(diào)制穿過它的光。然后，可透射液晶元件38在液體可紫外線固化樹脂2上投射所希望投射光。此處，投射圖像的含 意是投射光，從而它相應(yīng)于將進(jìn)行全面曝光的形狀。注意，已經(jīng)使用 可透射液晶元件38作為空間光調(diào)制器32解釋了本實施例，但是本發(fā) 明不限于這種解釋?？臻g光調(diào)制器32可以配置為使用數(shù)字鏡微型設(shè) 備、反射液晶元件(硅上的液晶)等，在數(shù)字鏡微型設(shè)備中，多個反 射微型鏡組成陣列，它們的傾斜角度根據(jù)輸入信號改變。在使用數(shù)字 鏡微型設(shè)備的場合，如稍后所述，每個微型鏡相應(yīng)于一個象素。
在本實施例中，可透射液晶元件38中的象素數(shù)是l百萬，由在 垂直和水平方向上的每一個方向上的數(shù)據(jù)處理和控制設(shè)備100個象素 構(gòu)成。相應(yīng)于穿過聚光透鏡36和物鏡42的光的一個象素的工作區(qū)域 上的空間的大小大約為10nm乘以10nm。它的含意是具有可透射液 晶元件38的全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30可以通過進(jìn)行相應(yīng)于每個單獨象素 的每個固定(10nmxl0jim)區(qū)域的全面曝光，執(zhí)行需要進(jìn)行l(wèi)cmxlcm 區(qū)域內(nèi)的全面啄光的指定區(qū)域的全面曝光。因此，被用作空間光調(diào)制 器32的可透射液晶元件38可以執(zhí)行全面曝光的lcmxlcm區(qū)域是工 作區(qū)域。注意，增加象素數(shù)可以減少相應(yīng)于一個象素的固定區(qū)域的大 小，從而增加全面曝光的精度。還可以通過改變聚光透鏡36和物鏡 42的配置，改變工作區(qū)域的大小。另外，還可以這樣配置可透射液晶 元件38，從而它改變其使用的象素數(shù)，并且根據(jù)將要形成的形狀的形 狀數(shù)據(jù)，如稍后所述，改變用于每層或用于每個分段區(qū)域的投射大小。
在上面的描述中，光學(xué)建模裝置1配置為使用可透射液晶元件 38作為空間光調(diào)制器32，并且使用偏轉(zhuǎn)板33使得指定的偏轉(zhuǎn)光照在 可透射液晶元件38上。然而，光學(xué)建模裝置1還可以配置為使用使 得指定的偏轉(zhuǎn)光進(jìn)入可透射液晶元件38的另一種方法。
在空間光調(diào)制器32和物鏡42之間提供聚光透鏡36，并且它和 物鏡42—起，起將由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光形成液體可紫外 線固化樹脂2上的圖像的投射光學(xué)系統(tǒng)的作用。由校正由空間光調(diào)制 器32空間調(diào)制的光穿過物鏡42時的畸變的透鏡群配置聚光透鏡36。 因此，聚光透鏡36不僅起投射光學(xué)系統(tǒng)的作用，而且可以最大可能 地減少畸變。換言之，聚光透鏡36可以防止來自全面曝光光學(xué)系統(tǒng) 30的光穿過束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的物鏡42時發(fā)生畸變，如稍后所述， 該畸變是由于束掃描光學(xué)系統(tǒng)10被與全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30組合在一 起發(fā)生的。
如上所述，由第二光源31、諸如可透射液晶元件38等的空間光 調(diào)制器32、偏轉(zhuǎn)板33、束合成器34、反射器35、聚光透鏡36、物鏡 42配置全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30。在光學(xué)建模裝置1的全面曝光光學(xué)系 統(tǒng)30中，由第二光源31發(fā)出的光束被偏轉(zhuǎn)板33轉(zhuǎn)換為指定的偏轉(zhuǎn) 光。束合成器34使得光束均勻。作為空間光調(diào)制器32的可透射液晶 元件38空間調(diào)制光，從而投射光以便執(zhí)行指定的曝光。聚光透鏡36 將由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光聚焦到物鏡42的前焦點上。聚光 透鏡36將光聚焦到物鏡42的前焦點位置。光穿過物鏡42照射并且 執(zhí)行液體可紫外線固化樹脂2的所希望的膝光。
在該處理過程中，在全面膝光光學(xué)系統(tǒng)30中，由聚光透鏡36 將由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光聚焦到分束器41上，即，聚焦在 物鏡42的前焦點位置上。光在此處與通過束掃描光學(xué)系統(tǒng)IO掃描的 光束組合，并且組合光穿過物鏡42照射液體可紫外線固化樹脂2并 且在液體可紫外線固化樹脂2上形成圖像。此時，聚光透鏡36最大 可能地減少畸變。
另外，空間光調(diào)制器32可以增加通過使用作為第二光源31的 LED陣列發(fā)出的光的強(qiáng)度。因此，在由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的 光被聚光透鏡36和物鏡42形成圖像的范圍內(nèi)，可以在與光強(qiáng)度匹配 的指定時間形成硬化層，使得高度建模成為可能。
如上所述，為了生成所希望的模型，光學(xué)建模裝置l可以使用由 空間光調(diào)制器32等配置的全面膝光光學(xué)系統(tǒng)30在液體可紫外線固化 樹脂2上的指定范圍上，在包括在每層的所希望的形狀內(nèi)的區(qū)域內(nèi)執(zhí) 行一般繪制(即，粗繪制)。 一次在一個固定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一般繪制， 每個固定區(qū)域相應(yīng)于一個象素。因此，可以通過單個曝光，即，在短 時間內(nèi)形成固定范圍內(nèi)的硬化層。從而全面繪制實現(xiàn)了高速建模。
光學(xué)建模裝置i使用分束器41組合由束掃描光學(xué)系統(tǒng)10掃描的 光束和由全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30的空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光的光 路。借助于通過物鏡42照射移動平臺4上的液體可紫外線固化樹脂2 實現(xiàn)高分辨率建模。
即，上述的光學(xué)建模裝置1能夠發(fā)出，既可同時地又可單獨地， 由掃描設(shè)備12掃描的光束和由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光，使得
高速建模成為可能。
在該處理中，由分束器41組合來自束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的光束和 來自全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30的光，從而即使在僅使用這些光學(xué)系統(tǒng)之 一的情況下，可以使用所述光束和光之一正交地照射液體可紫外線固 化樹脂2。這使得高分辨率建模成為可能，而不會使得硬化層和模型 在相對于水平方向的傾斜方向上傾斜。
另外，光學(xué)建模裝置l使得既可以進(jìn)行高速建模，又可以根據(jù)目 標(biāo)三維模型的每層的形狀進(jìn)行高分辨率精確建模。對于可以對大的部 分進(jìn)行全面曝光的部分，通過使用全面曝光光學(xué)系統(tǒng)30發(fā)出由空間 光調(diào)制器32空間調(diào)制的光，光學(xué)建模裝置1進(jìn)行高速建模。對于需 要高分辨率建模的部分，諸如邊界部分等，光學(xué)建模裝置l使用掃描
設(shè)備12發(fā)出掃描光束。
例如，如圖7中所示，在作為目標(biāo)三維模型的每層的形狀的目標(biāo) 二維形狀fl位于工作區(qū)域內(nèi)的情況下，光學(xué)建模裝置l如下操作。光 學(xué)建模裝置1使用由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光進(jìn)行全面曝光(全 面繪制)，從而如上所述，執(zhí)行組合相應(yīng)于單個象素的單個固定區(qū)域 而成的部分(此后也稱為"全面繪制區(qū)域")的粗繪制(此后也稱為"全 面繪制")。全面繪制區(qū)域是構(gòu)成所希望形狀的模型的每層的所希望 的形狀內(nèi)部的部分。全面繪制形成包含至少一個相應(yīng)于單個象素的硬 化部分an的液體可紫外線固化樹脂2的硬化層的一個大的部分ai。 光學(xué)建模裝置1還使用由掃描設(shè)備12掃描的光束執(zhí)行邊界部分a21以 及邊界部分和粗繪制部分之間的間隔部分a22的精確繪制，邊界部分 321是每層的所希望形狀(此后，邊界部分和該間隔部分的組合也稱為"精確繪制區(qū)域")。精確繪制形成液體可紫外線固化樹脂2的硬化層
的精確部分32 (此后也稱為"精確繪制部分，，)。
注意，在精確繪制過程中，如圖8中所示，可以通過使用由掃描
設(shè)備等配置而成的束掃描光學(xué)系統(tǒng)10，以便執(zhí)行邊界部分321以及間
隔部分322的反復(fù)向量掃描，形成硬化層的精確部分a2。如圖9中所 示，還可以通過執(zhí)行邊界部分a21的向量掃描和間隔部分a22的光柵掃 描，形成硬化層的精確部分32。
因此，光學(xué)建模裝置1可以比已知束掃描光學(xué)建模裝置可形成的 更短的時間形成圖7中所示的目標(biāo)二維形狀的硬化層。光學(xué)建模裝置 1還可以比已知的全面曝光光學(xué)建模系統(tǒng)可以形成的更高精度形成硬 化層。如上所述，光學(xué)建模裝置1還可以通過在垂直方向Z上向下移 動平臺，將工作區(qū)域移動到用于形成下一個硬化層的位置。即，光學(xué) 建模裝置l可以通過改變形成的層的反復(fù)操作，形成三維模型。如上 所述，通過在短的時間內(nèi)形成高精度硬化層，光學(xué)建模裝置l使得可 以在短時間內(nèi)形成高精度模型。
如圖1中所示，給根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置l提供在 平行于液體可紫外線固化樹脂2的液體表面的水平平面內(nèi)，在X方向 和Y方向上移動移動平臺4和由所述的掃描設(shè)備12、空間光調(diào)制器 32、分束器41等配置而成的光學(xué)系統(tǒng)5之一的移動部分6。注意，在 本實施例中，移動部分6是在平行于液體可紫外線固化樹脂2的液體 表面的水平平面內(nèi)的兩個大致正交軸方向X和Y上驅(qū)動移動平臺4 的移動部分，但是本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu)，并且移動部分6可以是通過 移動它們中的至少一個，改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5的相對位置的 任何東西。另外，此處解釋了移動平臺4還在平行于液體表面的平面 內(nèi)相對于貯液器3移動的情況，但是該平面內(nèi)的移動也可以是移動平 臺4和貯液器3的同時移動。
通過例如在X方向和/或Y方向上移動移動平臺4，移動部分6 可以改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5在水平平面內(nèi)的相對位置。從而移 動部分6可以改變光學(xué)系統(tǒng)5可以在移動平臺4上以及被堆積在移動
平臺4上的硬化層上形成硬化層的區(qū)域。即，移動部分6可以改變工 作區(qū)域。
因此，光學(xué)建模裝置1通過被稍后描述的數(shù)據(jù)處理和控制部分 101驅(qū)動和控制，可以使用移動平臺4和移動部分6在X、 Y和Z方 向上改變光學(xué)系統(tǒng)5和移動平臺4間的相對位置關(guān)系。注意，此處解 釋了可以在X、 Y和Z方向上改變相對位置關(guān)系的情況，但是還可以 在Z方向軸旋轉(zhuǎn)方向上改變移動平臺4的位置。這使得可以更高速度 和以更高分辨率形成模型。
光學(xué)建模裝置1還可以執(zhí)行一種操作(此后稱為"步-和-重復(fù) 操作")，該操作順序重復(fù)移動部分6改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5 的相對位置關(guān)系的操作，以及以由光學(xué)系統(tǒng)5發(fā)出的光和光束形成硬 化層的操作。步-和-重復(fù)操作允許光學(xué)建模裝置l執(zhí)行跨較寬范圍 建模，從而使得可以高分辨率形成更大的模型。
將詳細(xì)解釋步-和-重復(fù)操作。注意，在下面的解釋中，將由具 有平行于液體可紫外線固化樹脂2的液體表面的平面的尺寸被設(shè)置 為，例如，10cmxl0cm或更小的光學(xué)建模裝置l創(chuàng)建模型。另外，由 移動平臺4的Z方向上的移動范圍確定正交于模型的液體表面的高度 方向上的尺寸。
如圖10中所示，能夠執(zhí)行步-和-重復(fù)操作的光學(xué)建模裝置1 在移動平臺4上形成硬化層。將10cmxl0cm區(qū)域定義為整個工作區(qū) 域Wan，并且指出可以在其中形成模型的每層的最大區(qū)域。將整個工 作區(qū)域\￥311劃分為單個Wxy，其是例如個體分段區(qū)域計量lcmxlcm。 光學(xué)建模裝置1為每個工作區(qū)域Wxy從光學(xué)系統(tǒng)5發(fā)出光和光束。然 后，光學(xué)建模裝置1通過使用移動部分6改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng) 5的相對位置，順序形成所希望模型的每個硬化層。
具體地，在二維形狀，如圖10中所示的fall，位于整個工作區(qū) 域W^內(nèi)的情況下，光學(xué)系統(tǒng)5首先定位于面向圖10和11中所示的 移動平臺4上的工作區(qū)域\￥32，并且使用由全面膝光光學(xué)系統(tǒng)30的空 間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光在工作區(qū)域W32內(nèi)執(zhí)行粗繪制。這形成工作區(qū)域\￥32內(nèi)覆蓋硬化層的大部分的全面繪制部分3321。另外，使
用由束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的掃描設(shè)備12掃描的光束執(zhí)行精確繪制，以 便形成精確繪制部分a322，它是工作區(qū)域W32內(nèi)硬化層的精確部分。 從而可以在工作區(qū)域W32內(nèi)形成指定形狀f32。
然后由移動部分6改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5的相對位置，從 而將光學(xué)系統(tǒng)5定位于面向移動平臺4上的另一個Wxy。以與上述的 工作區(qū)域\￥32相同的方式，在工作區(qū)域Wxy內(nèi)形成硬化層。可以通過 重復(fù)這種步-和-重復(fù)操作形成模型的每個硬化層。可以通過在Z方 向上移動移動平臺4，然后順序重復(fù)步-和-重復(fù)操作以便堆積個體 硬化層，如上所述形成模型。
具有改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5的相對位置的移動部分6，并 且執(zhí)行步-和-重復(fù)操作的光學(xué)建模裝置1可以高分辨率和在短時間 內(nèi)硬化覆蓋比較大范圍的區(qū)域。這使得可以形成比較大的三維模型。
注意，在上述指定的小區(qū)域，大約為lcmxlcm的計量內(nèi)，全面 曝光光學(xué)系統(tǒng)30執(zhí)行大約10nm級別的粗繪制，并且束掃描光學(xué)系統(tǒng) 10執(zhí)行大約ljim級別的精確繪制。另外，通過執(zhí)行步-和-重復(fù)操 作創(chuàng)建大約為10cmxl0cm的比較大的模型計量。然而，通過使用移 動部分6在更寬范圍上移動移動平臺4等，可以實現(xiàn)更大模型的建模， 并且通過改變?nèi)嫦ス夤鈱W(xué)系統(tǒng)30的空間光調(diào)制器32內(nèi)的象素數(shù)， 并且通過改變束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的配置從而它可以形成更小的束斑 點，可以實現(xiàn)更精確的繪制。
附帶地，還給根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置1提供數(shù)據(jù)處 理和控制設(shè)備IOO，數(shù)據(jù)處理和控制設(shè)備100具有存儲數(shù)據(jù)庫、程序 等的硬盤、將數(shù)據(jù)裝入其內(nèi)的隨機(jī)訪問存儲器(RAM)、執(zhí)行計算的 中央處理單元(CPU)等。
如圖12中所示，數(shù)據(jù)處理和控制設(shè)備100包括處理各種類型的 數(shù)據(jù)并且控制各個光學(xué)部件等的數(shù)據(jù)處理和控制部分101、將三維形 狀數(shù)據(jù)等輸入數(shù)據(jù)處理和控制部分101的輸入部分102、以及操作數(shù) 據(jù)處理和控制部分101的操作部分103。如圖12中所示，數(shù)據(jù)處理和控制部分101通過對第一光源11 的激光執(zhí)行控制，通過對快門17透射和阻斷光束執(zhí)行控制，以及通 過對第一檢電鏡21和第二檢電鏡22的反射器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動執(zhí)行控制， 執(zhí)行對束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的精確繪制的控制。
通過對第二光源31的光強(qiáng)等執(zhí)行控制，并且通過對快門37透射 和阻斷光執(zhí)行控制，數(shù)據(jù)處理和控制部分101還執(zhí)行對全面曝光光學(xué) 系統(tǒng)30的全面繪制的控制。
數(shù)據(jù)處理和控制部分101還控制移動部分6在X和Y方向上移 動移動平臺4，從而將工作區(qū)域定位在相應(yīng)于指定分段區(qū)域的移動平 臺4上的指定位置。當(dāng)完成在指定位置內(nèi)的分段區(qū)域的形成時，數(shù)據(jù) 處理和控制部分101在X和Y方向上移動移動平臺4，從而將工作區(qū) 域定位在相應(yīng)于下一個指定分段區(qū)域的移動平臺4上的指定位置。當(dāng) 完成指定高度的硬化層的硬化時，數(shù)據(jù)處理和控制部分101控制移動 平臺4，以便以指定的數(shù)量在垂直方向Z上向下移動移動平臺4,改 變Z方向上的工作區(qū)域的位置，并且改變將要形成的層。
通過接收反饋諸如由反射光檢測器18檢測的聚焦信號等，數(shù)據(jù) 處理和控制部分101還可以檢測聚焦校正和硬化層的狀態(tài)，從而實現(xiàn) 更高分辨率的建模。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，光學(xué)建模裝置1包括第一光源11、掃描 設(shè)備12、第二光源31和空間光調(diào)制器32。第一光源ll發(fā)出在可光 固化樹脂諸如液體可紫外線固化樹脂2等上繪制形狀的光束。掃描設(shè) 備12使得由第一光源ll發(fā)出的光束在可光固化樹脂上掃描。第二光 源31發(fā)出在可光固化樹脂上一次照射一個固定區(qū)域的光?？臻g光調(diào) 制器32空間調(diào)制由第二光源31發(fā)出的光，以便執(zhí)行可光固化樹脂上 的指定區(qū)域的全面曝光。光學(xué)建模裝置1使用由掃描設(shè)備12掃描的 光束，以及由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光，通過硬化可光固化樹 脂形成每個硬化層。因此，可以高速度并且以高精度形成模型的每個 硬化層，并且可以在短時間內(nèi)通過堆積硬化層形成高分辨率的三維模 型。具體地，當(dāng)在可以被全面爆光的大的部分內(nèi)形成每個所希望的硬
化層時，使用由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光在短時間內(nèi)形成硬化 層。在需要高精度的邊界部分和接近邊界部分的部分，由掃描設(shè)備12 掃描的光束以高精度形成硬化層。從而可以高速度和高精度形成模型 的每個硬化層，并且可以通過堆積硬化層在短時間內(nèi)形成高強(qiáng)度三維 模型。
除了第一光源11、掃描設(shè)備12、第二光源31和空間光調(diào)制器 32之外，根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置1包括移動部分6，移 動部分6通過在平行于液體表面的平面內(nèi)移動光學(xué)系統(tǒng)5和移動平臺 4之一，改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5的相對位置。這使得可以高速 度和高精度形成比由掃描設(shè)備12和空間光調(diào)制器32的性能確定的工 作區(qū)域更大的硬化層。從而通過堆積個體硬化層，可以高分辨率和在 短時間內(nèi)形成比較大的三維模型。即，執(zhí)行所述的步-和-重復(fù)操作。 步 - 和-重復(fù)操作重復(fù)兩個操作的序列。 一個操作使用由掃描設(shè)備12 掃描的光束和由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光形成個體工作區(qū)域內(nèi) 的所希望的二維形狀的分段部分。另一個操作使用移動部分6改變移 動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5的相對位置。這使得可以高速度和高分辨率形 成比由掃描設(shè)備12和空間光調(diào)制器32的性能確定的工作區(qū)域更大的 硬化層。從而通過堆積個體硬化層，可以高分辨率和在短時間內(nèi)形成 比較大的三維模型。
注意，使用本發(fā)明的光學(xué)建模裝置不限于這個例子。例如，可以 提供以高速偏轉(zhuǎn)穿過束掃描光學(xué)系統(tǒng)的光束的高速偏轉(zhuǎn)元件。
下面，將解釋如圖13中所示的在束掃描光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)提供高速偏 轉(zhuǎn)元件的光學(xué)建模裝置。注意，在下面的解釋中，將相同的參考號用 于與光學(xué)建模裝置l共有的部分，并且忽略其詳細(xì)解釋。
如圖13中所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置51包括用 于束掃描光學(xué)系統(tǒng)53的第一光源11，以及使得由第一光源ll發(fā)出的 光束在液體可紫外線固化樹脂2上掃描的掃描設(shè)備52。全面曝光光學(xué) 系統(tǒng)30包括第二光源31、空間光調(diào)制器32。還提供組合光路的分束 器41。 除了第一光源11和掃描設(shè)備52之外，光學(xué)建模裝置51的束掃 描光學(xué)系統(tǒng)53包括準(zhǔn)直透鏡13、失真透鏡14和束增大器15。另外， 在束增大器15和第一檢電鏡21之間提供將返回光引導(dǎo)到反射光檢測 器18的分束器16和快門17。在分束器16和快門17之間，掃描設(shè)備 52還包括第一檢電鏡21和第二檢電鏡22、第一中繼鏡23和第二中 繼鏡24、以及物鏡42。另外，在分束器16和快門17之間提供高速 偏轉(zhuǎn)元件54作為掃描設(shè)備52的一個元件，高速偏轉(zhuǎn)元件54高速偏 轉(zhuǎn)穿過它的入射光。
可以使用聲光偏導(dǎo)器、電光偏導(dǎo)器等作為高速偏轉(zhuǎn)元件54。聲 光偏導(dǎo)器利用聲光效應(yīng)改變穿過它的光束的偏轉(zhuǎn)方向。電光偏導(dǎo)器利 用電光效應(yīng)改變穿過它的光束的偏轉(zhuǎn)方向。高速偏轉(zhuǎn)元件54比第一 檢電鏡21和第二檢電鏡22更適合，如圖9中所示，用于掃描間隔部 分322等的所謂的補(bǔ)缺(fill-in)掃描操作。從而高速偏轉(zhuǎn)元件54使 得可以進(jìn)行高速精確繪制。
具有高速偏轉(zhuǎn)元件54的掃描設(shè)備52使用第一檢電鏡21和第二 檢電鏡22進(jìn)行圖9中所示的邊界部分321的向量掃描，并且使用高速 偏轉(zhuǎn)元件54進(jìn)行圖9中所示的間隔部分a22的光柵掃描，從而形成硬 化層的精確部分。
在這個處理中，高速偏轉(zhuǎn)元件54可以比第一檢電鏡21和第二檢 電鏡22可達(dá)到的更高的速度掃描液體可紫外線固化樹脂2，并且從而 可以提高束掃描光學(xué)系統(tǒng)53的繪制速度，束掃描光學(xué)系統(tǒng)53花費比 全面膝光光學(xué)系統(tǒng)30更多的時間。從而高速偏轉(zhuǎn)元件54使得可以縮 短光學(xué)建模裝置51的建模時間。
從而束掃描光學(xué)系統(tǒng)53由第一光源11、準(zhǔn)直透鏡13、失真透鏡 14、束增大器15和掃描設(shè)備52配置而成，掃描設(shè)備52包括第一檢 電鏡21和第二檢電鏡22、第一中繼鏡23和第二中繼鏡24、物鏡42 和高速偏轉(zhuǎn)元件54。光學(xué)建模裝置51的束掃描光學(xué)系統(tǒng)53將光束聚 焦在液體可紫外線固化樹脂2上的所希望的位置上且在其上掃描，以 與束掃描光學(xué)系統(tǒng)IO相同的方式，在使用第一檢電鏡21和第二檢電 鏡22以《更掃描X方向和Y方向的偏轉(zhuǎn)，以及4吏用高速偏轉(zhuǎn)元件54 高速掃描X方向和Y方向的偏轉(zhuǎn)之間轉(zhuǎn)換。從而束掃描光學(xué)系統(tǒng)53 照射并且繪制精確區(qū)域以便形成硬化層。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模裝置51以與上述的光學(xué)建模裝 置1相同的方式包括第一光源11、掃描設(shè)備52、第二光源31、空間 光調(diào)制器32。光學(xué)建模裝置51使用由掃描設(shè)備52掃描的光束和由空 間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光，通過硬化可光固化樹脂形成每個硬化 層。因此，光學(xué)建模裝置51可以高速度和高精度形成每個硬化層， 并且通過堆積硬化層可以在短時間內(nèi)形成高分辨率三維模型。具體 地，當(dāng)在可以全面曝光的大的部分內(nèi)形成每個所希望的硬化層時，使 用由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光在短時間內(nèi)形成硬化層。在需要 高精度的邊界部分和接近邊界部分的部分，以由掃描設(shè)備52掃描的 光束以高精度形成硬化層。因此可以高速度和高精度形成模型的每個 硬化層，并且可以通過堆積硬化層在短時間內(nèi)形成高分辨率的三維模 型。通過執(zhí)行步-和-重復(fù)操作等，光學(xué)建模裝置51還可以通過為 每個硬化層改變曝光位置調(diào)節(jié)器39的移動方向，實現(xiàn)與光學(xué)建模裝 置1的上述效果相同的效果。
另外，由于除了第一檢電鏡21和第二檢電鏡22之外，根據(jù)本發(fā) 明的實施例的光學(xué)建模裝置51還具有高速偏轉(zhuǎn)元件54，可以縮短束 掃描光學(xué)系統(tǒng)53形成硬化層所需的時間。例如，在掃描設(shè)備52執(zhí)行 精確繪制的部分中，在諸如邊界部分等的執(zhí)行向量掃描的部分中，掃 描設(shè)備52使用第一檢電鏡21和第二檢電鏡22偏轉(zhuǎn)光束執(zhí)行掃描。 在諸如接近邊界部分的間隔部分等的執(zhí)行光柵掃描的部分內(nèi)，掃描設(shè) 備52使用高速偏轉(zhuǎn)元件54高速偏轉(zhuǎn)光束執(zhí)行掃描。因此，可以高精 度和更高速度形成模型的每個硬化層。
注意，光學(xué)建模裝置1、 51配置為移動平臺4的上部表面，或已 經(jīng)堆積的硬化層中的最上硬化層的上部表面被定位在液體可紫外線 固化樹脂2的液體表面之下相應(yīng)于一個硬化層厚度的距離。這是通過 例如在貯液器3中在垂直方向Z上移動移動平臺4完成的，并且確保要被硬化的液體可紫外線固化樹脂2位于工作區(qū)域內(nèi)。然而，根據(jù)本 發(fā)明的光學(xué)建模裝置l、 51不限于該配置。例如，可以提供以相應(yīng)于 一個硬化層厚度的距離從移動平臺4的上部表面，或從最上硬化層的 上部表面隔開的透明板。該透明板表現(xiàn)出限定液體可紫外線固化樹脂 2的液體表面的液體表面限定功能。該透明板和移動平臺4之間或該 透明板和最上硬化層的上部表面之間的間隔起工作區(qū)域的作用，并且 將被硬化的液體可紫外線固化樹脂2位于該間隔內(nèi)。還可以給根據(jù)本 發(fā)明的光學(xué)建模裝置1和51提供多個旋轉(zhuǎn)體，諸如輥子等，液體可 紫外線固化樹脂2被施加到其表面并被保持住。然后由所謂的添裝機(jī) 等以到移動平臺4或最上硬化層的上部表面的指定的厚度提供穩(wěn)定的 液體可紫外線固化樹脂2供應(yīng)，從而向工作區(qū)域提供液體可紫外線固 化樹脂2。
下面，解釋光學(xué)建模裝置l使用的光學(xué)建模方法。注意，除了由 束掃描光學(xué)系統(tǒng)53使用高速偏轉(zhuǎn)元件54進(jìn)行繪制之外，使用圖13 解釋的由光學(xué)建模裝置51使用的光學(xué)建模方法與光學(xué)建模裝置1使 用的相同，所以忽略詳細(xì)解釋。
基于由輸入部分輸入的三維形狀數(shù)據(jù)，由根據(jù)本發(fā)明的實施例的 光學(xué)建模裝置1使用的光學(xué)建模方法以光照射作為液體可光固化樹脂 的液體可紫外線固化樹脂2，順序地形成硬化層，從而形成所希望形 狀的模型。
如圖14所示，該光學(xué)建模方法包括步驟S1、步驟S2、步驟S3、 步驟S4和步驟S5。步驟Sl從輸入部分102輸入三維形狀數(shù)據(jù)。步 驟S2基于輸入的三維形狀數(shù)據(jù)創(chuàng)建每層的二維形狀數(shù)據(jù)?；趧?chuàng)建 的二維形狀數(shù)據(jù)，步驟S3為在平行于液體表面的平面內(nèi)對每層分段 的多個分段區(qū)域中的每一個創(chuàng)建分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)?；趧?chuàng)建的分段 區(qū)域形狀數(shù)據(jù)，步驟S4創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)用于通 過全面啄光光學(xué)系統(tǒng)30的全面曝光形成指定區(qū)域。第二數(shù)據(jù)用于通 過束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的精確繪制形成剩余區(qū)域。通過使用全面曝光 光學(xué)系統(tǒng)30基于第一數(shù)據(jù)執(zhí)行全面曝光，并且通過使用束掃描光學(xué)
系統(tǒng)10基于第二數(shù)據(jù)執(zhí)行精確繪制，從而形成每個分段區(qū)域Wxy,步
驟S5順序地形成硬化層。
在步驟Sl,由輸入部分102將用于所希望形狀的目標(biāo)三維模型 的三維形狀數(shù)據(jù)，它是CAD數(shù)據(jù)等，輸入數(shù)據(jù)處理和控制設(shè)備100 的數(shù)據(jù)處理和控制部分101。
在步驟S2，將輸入的三維形狀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為例如STL格式等的三 維形狀數(shù)據(jù)。然后將三維形狀數(shù)據(jù)在Z方向上分片成橫截面，以便創(chuàng) 建每層的二維形狀數(shù)據(jù)，Z方向是分層方向。注意，在該處理中，可 以構(gòu)造方法從而操作部分103可以選擇布置三維模型的位置和朝向、 分層的方向和分層方向上的厚度。
在步驟S3,基于創(chuàng)建的二維形狀數(shù)據(jù)，將創(chuàng)建的二維形狀數(shù)據(jù) 分段為相應(yīng)于每個上述指定的lcmxlcm工作區(qū)域Wxy的分段區(qū)域， 創(chuàng)建分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)，分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)是用于每個工作區(qū)域Wxy 的二維形狀數(shù)據(jù)fxy。
在步驟S4，基于為每個工作區(qū)域Wxy產(chǎn)生的分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)， 創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)用于以全面曝光形成指定區(qū)域 (即，通過使用空間光調(diào)制器32 —次執(zhí)行液體可紫外線固化樹脂2 上的固定區(qū)域的全面曝光，從而形成全面繪制部分，全面繪制部分是 硬化層的指定區(qū)域)。第二數(shù)據(jù)用于通過束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的精確 繪制形成剩余區(qū)域(即，通過使用掃描設(shè)備12在液體可紫外線固化 樹脂2上掃描光束，從而形成精確繪制部分，精確繪制部分是硬化層 的剩余區(qū)域)。
注意，在上述的步驟3和4中，在從二維形狀數(shù)據(jù)創(chuàng)建分段區(qū)域 形狀數(shù)據(jù)之后，基于分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)， 但是該光學(xué)建模方法不限于這個例子。例如，可以執(zhí)行光學(xué)建模方法， 從而在基于二維形狀數(shù)據(jù)創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)之后，創(chuàng)建分段區(qū) 域形狀數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)用于形成全面繪制部分，它們是由全面曝光光 學(xué)系統(tǒng)30全面膝光的指定區(qū)域。第二數(shù)據(jù)用于形成精確繪制部分， 其由束掃描光學(xué)系統(tǒng)10的精確繪制形成剩余區(qū)域。
如圖15中所示，步驟S5包括步驟S5-1、步驟S5-2、步驟S5 -3、步驟S5-4和步驟S5-5。對于每個工作區(qū)域Wxy，步驟S5-1 基于第一數(shù)據(jù)，使用由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光執(zhí)行液體可紫 外線固化樹脂2上的指定區(qū)域的全面曝光。步驟S5 - 1還基于第二數(shù) 據(jù)，使用由掃描設(shè)備12掃描的光束掃描液體可紫外線固化樹脂2。因 此，步驟S5-l形成硬化層的分段部分。步驟S5-2使用移動部分6 改變移動平臺4和光學(xué)系統(tǒng)5的相對位置，從而改變工作區(qū)域Wxy。 步驟S5-3確認(rèn)層內(nèi)每個分段區(qū)域的形成已經(jīng)完成。當(dāng)以及形成指定 高度的硬化層時，步驟S5-4通過在Z方向上向下移動移動平臺4的 位置改變將要形成的層。步驟S5-5確認(rèn)所有硬化層的堆積都已完成。
在步驟S5-1，第一光源11發(fā)出將在液體可紫外線固化樹脂2 上進(jìn)行繪制的光束，并且掃描設(shè)備12掃描由第一光源ll發(fā)出的光束。 第二光源31發(fā)出將一次照射液體可紫外線固化樹脂2的一個固定區(qū) 域的光，并且空間光調(diào)制器32空間調(diào)制由第二光源31發(fā)出的光。掃 描設(shè)備12在液體可紫外線固化樹脂2上掃描該掃描光束。由空間光 調(diào)制器32空間調(diào)制，并且被曝光位置調(diào)節(jié)器39僅移動指定距離的光， 被用于執(zhí)行液體可紫外線固化樹脂2上的指定區(qū)域的全面曝光，該指 定距離是固定區(qū)域，并且不大于相應(yīng)于一個象素的距離。因此，在每 個分段區(qū)域內(nèi)硬化液體可紫外線固化樹脂2，并且形成模型的每個硬 化層的分段區(qū)域。
在步驟S5-2，移動部分6在X方向和/或Y方向上移動移動平 臺4，從而在與分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)一致的位置內(nèi)設(shè)置工作區(qū)域Wxy。
在步驟S5-3，光學(xué)建模裝置l檢查是否已經(jīng)完成層內(nèi)的所有分 段區(qū)域的形成。如果未完成分段區(qū)域的形成，處理返回步驟S5-1， 并且重復(fù)步驟S5-1和步驟S5-2。如果已經(jīng)完成了層內(nèi)的所有分段 區(qū)域的形成，處理進(jìn)入步驟S5-4。
在步驟S5-4，移動平臺4在Z方向上向下移動，從而將工作區(qū) 域Wxy移動到用于形成下一個硬化層的位置，從而改變將要形成的層。
在步驟S5-5，光學(xué)建模裝置l檢查是否完成了三維模型的所有硬化層的堆積。如果未完成三維模型的所有硬化層的堆積，處理返回
步驟S5-1，并且重復(fù)步驟S5-1到S5-4。
從而在步驟S5，如上針對步驟S5-1到S5-3解釋的，全面曝 光光學(xué)系統(tǒng)30基于第一數(shù)據(jù)執(zhí)行指定高度的層內(nèi)的每個工作區(qū)域 Wxy的全面啄光，并且束掃描光學(xué)系統(tǒng)10基于第二數(shù)據(jù)執(zhí)行精確繪 制，以便形成硬化層的分段區(qū)域。基于二維形狀數(shù)據(jù)，通過順序地改 變工作區(qū)域，形成層內(nèi)的所有分段區(qū)域。當(dāng)產(chǎn)生一個硬化層時，改變 垂直方向Z上的高度，并且順序地重復(fù)處理以便形成三維模型。
注意，在上述的光學(xué)建模方法中，在未提供移動部分6，或?qū)⒁?建模的三維模型的平面方向內(nèi)的大小是如此的小，以致于被包含在指 定的工作區(qū)域內(nèi)的情況下，可以忽略步驟S3。在這些情況下，在步驟 S2創(chuàng)建的二維形狀數(shù)據(jù)起步驟4和5中的分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)的作用， 并且不執(zhí)行步驟S5中的步驟S5-2和S5-3。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模方法中，第一光源11 發(fā)出在液體可紫外線固化樹脂2上進(jìn)行繪制的光束，并且掃描設(shè)備12 掃描由第一光源ll發(fā)出的光束。第二光源31發(fā)出一次照射液體可紫 外線固化樹脂2的一個固定區(qū)域的光，并且空間光調(diào)制器32空間調(diào) 制由第二光源31發(fā)出的光。掃描設(shè)備12掃描液體可紫外線固化樹脂 2上的掃描光束。使用由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光執(zhí)行液體可紫 外線固化樹脂2上的指定區(qū)域的全面啄光。從而形成模型的每個硬化 層。因此，當(dāng)形成每個所希望的硬化層時，在可以被全面曝光的大的 部分內(nèi)，使用由空間光調(diào)制器32空間調(diào)制的光在短時間內(nèi)形成硬化 層。在需要高精確的邊界部分和接近邊界部分的部分內(nèi)，以由掃描設(shè) 備12掃描的光束以高精度形成硬化層。因此可以高速度和高精度形 成模型的每個硬化層，并且可以通過堆積硬化層在短時間內(nèi)形成高分 辨率的三維模型。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)建模方法是通過基于由輸入部分 102輸入的三維形狀數(shù)據(jù)照射液體可紫外線固化樹脂2，從而順序地 形成硬化層，形成所希望形狀的模型的光學(xué)建模方法。該光學(xué)建模方
法包括步驟Sl、步驟S2、步驟S4和步驟S5。步驟Sl從輸入部分102 輸入三維形狀數(shù)據(jù)。步驟S2基于輸入的三維形狀數(shù)據(jù)創(chuàng)建每層的二 維形狀數(shù)據(jù)。基于創(chuàng)建的二維形狀數(shù)據(jù)，步驟S4創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第 二數(shù)據(jù)。第一數(shù)據(jù)用于通過使用空間光調(diào)制器32 —次對液體可紫外 線固化樹脂2的一個固定區(qū)域進(jìn)行全面曝光，形成硬化層的指定區(qū)域。 第二數(shù)據(jù)用于通過使用掃描設(shè)備12在液體可紫外線固化樹脂2上掃 描光束，形成硬化層的剩余區(qū)域。步驟S5通過基于第一數(shù)據(jù)將液體 可紫外線固化樹脂2的指定區(qū)域全面曝光到由空間光調(diào)制器32空間 調(diào)制的光，并且通過基于第二數(shù)據(jù)，使用掃描設(shè)備12在液體可紫外 線固化樹脂2上掃描光束，順序地形成硬化層。從而可以高速并且以 高精度形成模型的每個硬化層，并且硬化層的順序堆積使得可以在短 時間內(nèi)形成高分辨率的三維模型。
另外，在作為本發(fā)明的應(yīng)用的光學(xué)建模方法中，通過基于從輸入 部分102輸入的三維形狀數(shù)據(jù)照射液體可紫外線固化樹脂2,順序地 形成硬化層。該光學(xué)建模方法從而在浸入液體可紫外線固化樹脂2， 并且至少在正交于液體可紫外線固化樹脂2的液體表面的方向上移動 的移動平臺4上形成所希望形狀的模型。該光學(xué)建模方法包括步驟 Sl、步驟S2、步驟S3、步驟S4和步驟S5。步驟S1從輸入部分102 輸入三維形狀數(shù)據(jù)。步驟S2基于輸入的三維形狀數(shù)據(jù)創(chuàng)建每層的二 維形狀數(shù)據(jù)?；诿繉拥亩S形狀數(shù)據(jù)，步驟S3為在平行于液體表 面的平面內(nèi)對每層分段的多個分段區(qū)域中的每一個創(chuàng)建分段區(qū)域形 狀數(shù)據(jù)?；诜侄螀^(qū)域形狀數(shù)據(jù)，步驟S4創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)。 第一數(shù)據(jù)用于通過使用空間光調(diào)制器32 —次對液體可紫外線固化樹 脂2的一個固定區(qū)域進(jìn)行全面啄光，形成硬化層的指定分段區(qū)域。第 二數(shù)據(jù)用于通過使用掃描設(shè)備12在液體可紫外線固化樹脂2上掃描 光束，形成硬化層的剩余分段區(qū)域。步驟S5通過基于第一數(shù)據(jù)將液 體可紫外線固化樹脂2的指定區(qū)域全面曝光到由空間光調(diào)制器32空 間調(diào)制的光，并且通過基于第二數(shù)據(jù)，使用掃描設(shè)備12在液體可紫 外線固化樹脂2上掃描光束，形成每個分段區(qū)域。步驟S5還通過改變平行于液體表面的平面內(nèi)的空間光調(diào)制器32和掃描設(shè)備12到移動 平臺4的位置關(guān)系，改變工作區(qū)域，從而順序地形成堆積硬化層。從 而可以高速度和高精度形成模型的每個硬化層的每個分段區(qū)域，使得 可以高速并且以高精度形成模型。另外，順序地堆積硬化層使得可以 高精度在短時間內(nèi)形成比較大的三維模型。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)計需要和其它因素，可以出現(xiàn) 各種修改、組合、子組合以及替換，只要它們落在所附權(quán)利要求或其 等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過以光照射可光固化樹脂順序形成硬化層來形成所希望形狀的模型的光學(xué)建模裝置，該光學(xué)建模裝置包括第一光源，該第一光源發(fā)出用于在所述可光固化樹脂上繪制的光束；掃描設(shè)備，該掃描設(shè)備在所述可光固化樹脂上掃描由所述第一光源發(fā)出的光束；第二光源，該第二光源發(fā)出一次照射所述可光固化樹脂的一個固定區(qū)域的光；和空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器空間調(diào)制由所述第二光源發(fā)出的光，以便執(zhí)行所述可光固化樹脂的指定區(qū)域的全面曝光，其中以由所述掃描設(shè)備掃描的光束和由所述空間光調(diào)制器空間調(diào)制的光，形成所述模型的每個硬化層。
2. 如權(quán)利要求1的光學(xué)建模裝置，其中通過由所述掃描設(shè)備掃描的光束和由所述空間光調(diào)制器空 間調(diào)制的光的同時發(fā)射或至少其中之一的發(fā)射，形成所述模型的每個硬化層。
3. 如權(quán)利要求1或2的光學(xué)建模裝置，還包括 光路組合器，該光路組合器組合由所述掃描設(shè)備掃描的光束和由所述空間光調(diào)制器空間調(diào)制的光，并且將所述組合光引導(dǎo)到所述可光 固化樹脂。
4. 如權(quán)利要求1的光學(xué)建模裝置， 其中所述掃描設(shè)備包括第一檢電鏡，該第一檢電鏡偏轉(zhuǎn)所述入射光束，并且在平行于所 述可光固化樹脂的表面的平面內(nèi)的第一方向上，掃描由所述第一光源 發(fā)出的光束，第二檢電鏡，該第二檢電鏡偏轉(zhuǎn)來自所述第一檢電鏡的光束，并 且在所迷平面內(nèi)的大致與所述第一方向正交的第二方向上，掃描所述光束，和物鏡，該物鏡聚焦來自所述第二檢電鏡的所述光束。
5. 如權(quán)利要求4的光學(xué)建模裝置，其中所述物鏡是fe透鏡，該fe透鏡具有圖像高度等于焦距長度和入 射角的乘積的關(guān)系，和除了聚焦來自所述第二檢電鏡的光束之外，所述物鏡在所述可光 固化樹脂上以恒定速度掃描由所述第一和第二檢電鏡偏轉(zhuǎn)的光束。
6. 如權(quán)利要求4的光學(xué)建模裝置，還包括光路組合器，該光路組合器組合由所述掃描設(shè)備掃描的光束和由 所述空間光調(diào)制器空間調(diào)制的光，并且將所述組合光引導(dǎo)到所述可光 固化樹脂上，其中所述物鏡布置在所述光路組合器和所述可光固化樹脂之間，所述掃描設(shè)備包括第一中繼鏡，該第一中繼鏡被提供在所述第 一檢電鏡和所述 第二檢電鏡之間，和第二中繼鏡，該第二中繼鏡被提供在所述第二檢電鏡和所述 光路組合器之間，所述第二中繼鏡引導(dǎo)由所述第二檢電鏡偏轉(zhuǎn)的光束，使它穿過所 述物鏡的前焦點位置，和所述第一中繼鏡引導(dǎo)由所述第一檢電鏡偏轉(zhuǎn)的光束，使它經(jīng)過所 述第二檢電鏡和所述第二中繼鏡，穿過所述物鏡的前焦點位置。
7. 如權(quán)利要求4的光學(xué)建模裝置，還包括光路組合器，該光路組合器組合由所述掃描設(shè)備掃描的光束和由 所述空間光調(diào)制器空間調(diào)制的光，并且將所述組合光引導(dǎo)到所述可光 固化樹脂上，和聚光透鏡，該聚光透鏡被提供在所述空間光調(diào)制器和所述光路組 合器之間，并且與所述物鏡一起，將由所述空間光調(diào)制器空間調(diào)制的 光形成為所述可光固化樹脂上的圖像。
8. 如權(quán)利要求7的光學(xué)建模裝置，其中所述聚光透鏡抵消來自所述空間光調(diào)制器的光穿過所述物 鏡時的畸變。
9. 如權(quán)利要求1的光學(xué)建模裝置，其中所述空間光調(diào)制器是可透射型液晶元件。
10. 如權(quán)利要求1的光學(xué)建模裝置，還包括移動平臺，該移動平臺承栽所述硬化層，并且至少在與所述可光 固化樹脂的表面正交的方向上移動；光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)至少包括所述第一光源、所述掃描設(shè)備、 所述第二光源和所述空間光調(diào)制器；和移動部分，其通過在平行于所述可光固化樹脂的表面的平面內(nèi)移 動所述移動平臺和所述光學(xué)系統(tǒng)之一，改變所述移動平臺和所述光學(xué) 系統(tǒng)的相對位置，其中通過以所述光束和所述光照射指定區(qū)域，在所述指定區(qū)域內(nèi)形成 所述-更化層，和通過使用所述移動部分順序改變所述移動平臺和所述光學(xué)系統(tǒng) 的相對位置，形成所希望形狀的模型的每個硬化層。
11. 如權(quán)利要求10的光學(xué)建模裝置，還包括處理部分，該處理部分基于輸入的三維形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建用于每層 的二維形狀數(shù)據(jù)，并且基于所述用于每層的二維形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建在平 行于所述可光固化樹脂的表面的平面內(nèi)將每層分段而成的多個分段 區(qū)域中的每一個的分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)，其中基于所述分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)，通過以所述光束和所述光照射所述 分段區(qū)域，在每個分段區(qū)域內(nèi)形成所述硬化層，和通過使用所述移動部分順序改變所述移動平臺和所述光學(xué)系統(tǒng) 的相對位置，形成所希望形狀的模型的每個硬化層。
12. 如權(quán)利要求1的光學(xué)建模裝置，其中通過使用由所述空間光調(diào)制器空間調(diào)制的光，執(zhí)行每層的所希望形狀的內(nèi)部部分的粗繪制以便產(chǎn)生所希望形狀的模型，形成所述可光 固化樹脂的硬化層的全面繪制部分，和通過使用由所述掃描設(shè)備掃描的光束，執(zhí)行每層的所希望形狀的確繪制，形成所述可光固化樹脂的硬化層的精確繪制部分。
13. 如權(quán)利要求12的光學(xué)建模裝置，其中所述掃描設(shè)備包括第一檢電鏡，該第一檢電鏡偏轉(zhuǎn)所述入射光束，并且在平行 于所述可光固化樹脂的表面的平面內(nèi)的第一方向上，掃描由所述第一 光源發(fā)出的光束，第二檢電鏡，該第二檢電鏡偏轉(zhuǎn)來自所述第一檢電鏡的光 束，并且在所述平面內(nèi)的大致與所述第一方向正交的第二方向上，掃描所述光束，和高速偏轉(zhuǎn)元件，該高速偏轉(zhuǎn)元件以高速偏轉(zhuǎn)穿過它的光束，和所述掃描設(shè)備通過使用所述第一檢電鏡和所述第二檢電鏡執(zhí)行所述邊界部分的向量掃描，并且通過使用所述高速偏轉(zhuǎn)元件執(zhí)行所述 間隔部分的光柵掃描，形成所述硬化層的所述精確繪制部分。
14. 如權(quán)利要求10的光學(xué)建模裝置，其中所述掃描設(shè)備包括反射光檢測器，該反射光檢測器檢測被發(fā)射到 所述可光固化樹脂上、并且被所述可光固化樹脂反射的光束，和所述光學(xué)建模裝置至少為每個硬化層或每個指定區(qū)域執(zhí)行聚焦校正。
15. 如權(quán)利要求1的光學(xué)建模裝置，其中所述掃描設(shè)備包括反射光檢測器，該反射光檢測器檢測被發(fā)射到 所述可光固化樹脂上、并且被所述可光固化樹脂反射的光束，和所述光學(xué)建模裝置檢測所述可光固化樹脂的硬化部分和非硬化部分。
16. 如權(quán)利要求1的光學(xué)建模裝置，其中所述可光固化樹脂是液 體可紫外線固化樹脂。
17. —種通過以光照射可光固化樹脂順序形成硬化層，形成所希 望形狀的模型的光學(xué)建模方法，該光學(xué)建模方法包括步驟從第一光源發(fā)出用于在所述可光固化樹脂上繪制的光束； 使用掃描設(shè)備掃描從所述第 一光源發(fā)出的光束； 從第二光源發(fā)出一次照射所述可光固化樹脂的一個固定區(qū)域的光；使用空間光調(diào)制器空間調(diào)制由所述第二光源發(fā)出的光；和 通過使用由所述掃描設(shè)備掃描的光束在所述可光固化樹脂上執(zhí) 行繪制，并且通過使用由所述空間光調(diào)制器空間調(diào)制的光執(zhí)行所述可 光固化樹脂的指定區(qū)域的全面曝光，從而形成所述模型的每個硬化 層。
18. —種通過基于從輸入部分輸入的三維形狀數(shù)據(jù)以光照射可光 固化樹脂順序形成硬化層而形成所希望形狀的模型的光學(xué)建模方法， 該光學(xué)建模方法包括步驟從所述輸入部分輸入所述三維形狀數(shù)據(jù)；基于輸入的三維形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建用于每層的二維形狀數(shù)據(jù)；基于所述二維形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)，該第一數(shù)據(jù) 用于通過使用空間光調(diào)制器執(zhí)行所述可光固化樹脂的全面曝光，形成 所述硬化層的指定區(qū)域，該第二數(shù)據(jù)用于通過使用掃描設(shè)備在所述可 光固化樹脂上掃描光束，形成所述硬化層的剩余區(qū)域；和通過基于所述第一數(shù)據(jù)，使用所述空間光調(diào)制器對光進(jìn)行空間調(diào) 制，并且執(zhí)行所述可光固化樹脂的指定區(qū)域的全面啄光，并且通過基 于所述第二數(shù)據(jù)，使用所述掃描設(shè)備在所述可光固化樹脂上掃描光 束，順序地形成所述硬化層。
19. 一種通過基于從輸入部分輸入的三維形狀數(shù)據(jù)以光照射可光 固化樹脂順序形成硬化層，在浸入可光固化樹脂、并且至少在與所述 可光固化樹脂的表面正交的方向上移動的移動平臺上形成所希望形狀的模型的光學(xué)建模方法，該光學(xué)建模方法包括步驟 從所述輸入部分輸入所述三維形狀數(shù)據(jù)； 基于輸入的三維形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建用于每層的二維形狀數(shù)據(jù)； 基于用于每層的二維形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建用于在平行于所述可光固化樹脂的表面的平面內(nèi)將每層分段的多個分段區(qū)域中的每一個的分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)；基于所述分段區(qū)域形狀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建第一數(shù)據(jù)和第二數(shù)據(jù)，該第一 數(shù)據(jù)用于通過使用空間光調(diào)制器執(zhí)行所述可光固化樹脂的全面曝光， 形成所述硬化層的分段區(qū)域的指定區(qū)域，和該笫二數(shù)據(jù)用于通過使用 掃描設(shè)備在所述可光固化樹脂上掃描光束，形成所述硬化層的分段區(qū) 域的剩余區(qū)域；和順序形成這樣產(chǎn)生的硬化層通過基于所述第一數(shù)據(jù)，使用所述空間光調(diào)制器對光進(jìn)行空間調(diào) 制，并且執(zhí)行所述可光固化樹脂的指定區(qū)域的全面爆光，并通過基于 所述第二數(shù)據(jù)，使用所述掃描設(shè)備在所述可光固化樹脂上掃描光束， 來形成每個分段區(qū)域；順序改變所述移動平臺和所述空間光調(diào)制器以及所述掃描設(shè)備 在平行于所述可光固化樹脂的表面的平面內(nèi)的位置關(guān)系。
全文摘要
提供了一種通過以光照射可光固化樹脂順序形成硬化層形成所希望形狀的模型的光學(xué)建模裝置。該裝置包括發(fā)出用于在樹脂上繪制的光束的第一光源，在樹脂上掃描來自第一光源的光束掃描設(shè)備，發(fā)出一次照射樹脂的一個固定區(qū)域的光的第二光源，和空間調(diào)制來自第二光源的光以便對樹脂的指定區(qū)域進(jìn)行全面曝光的空間光調(diào)制器。來自掃描設(shè)備的光束和來自空間光調(diào)制器的光形成每個硬化層。
文檔編號G03F1/88GK101204851SQ200710160039
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者安蕓祐一, 山崎剛, 山本真伸, 木原信宏, 齊藤公博 申請人:索尼株式會社