JP2004233479A

JP2004233479A - 光造形方法及び光造形装置

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Publication number: JP2004233479A
Application number: JP2003019743A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kanematsu; 俊宏金松; Hidenobu Kishi; 秀信岸; Daisei Minegishi; 大生峯岸; Shinya Senoo; 晋哉妹尾; Shinji Tezuka; 伸治手塚
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】ディスプレイの大型化が可能な拡大導光路部品の製造方法について、一層の薄型形状（導光部は曲線）で生産性（短時間加工）が高く、短時間で加工できる光造形方法を活用して、連続的に硬化形成させることで光学表面が表面粗さ０．０４μｍ以下になる加工方法を工夫すること。
【解決手段】光硬化性樹脂に光を照射して光硬化させ、この光照射位置を順次移動させて、立体物を形成する光造形方法について、目的の立体物形成に必要な形状のマスター型を用い、当該マスター型の任意の横断面から所定の波長の光すなわち光硬化性樹脂の硬化波長の光を順次出射させ、この横断面の出射光を結像素子で光硬化性樹脂液の液中で結像させて光硬化性樹脂を硬化させ、上記出射光の上記マスター型からの出射位置を連続的に移動させることによって、目的とする立体物を上記光硬化性樹脂液中に形成すること。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、一般的な光学分野（微小光学分野、光通信分野、光情報分野等）におけるプラスチック光導波路、その他の光学素子の製造方法及び製造装置に関するものであり、光伝送用の光導波路アレイ、液晶表示パネル、リアプロジェクタ用の拡大光学系、その他高い成形精度を必要とする複雑な形状の製品の成形加工に利用することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
フラットパネルディスプレイには、液晶、有機ＥＬ、プレズマディスプレイ等があるが、大画面化（例えば１００インチ）することは現在の技術レベルでは困難であり、また、不可能ではないとしても非常に高価なものとなる。現在の技術でこの問題を解決する方法としては、特開昭６０−１６９８３３号公報のものがあり、このもののように、小画面サイズのディスプレイを若干隙間を設けてタイル状に敷き並べ（タイリング）、かつ、各ディスプレイから光ファイバーをテーパに広げ表示上に導いて大画面を形成するもの（拡大導光路アレイ）がある。
【０００３】
また、現在の技術では、光ファイバーを１本１本並べる方法が採用されているが、その数は、例えば、解像度ＳＸＧＡで画素数は１２８０×１０２４（約百万本）である。これだけの光ファイバーを繋ぐとすれば、光ファイバー１本を１秒で繋ぐとしても１１日間を要するなど、その製作に非常に多くの労力を要し、したがって、製作コストが高くなる。
最近では、金型で直接ファイバーシートを形成する方法（特開平１０−５０９６８号公報）やフィルム状のプラスチックシートにエンボス法にてファイバーシートを形成する方法（特開平１０−５４９１８号公報）がある。また、テーパ状に加工する方法として、クラッド材のブロックにレーザーにてテーパ状の穴を穿ち、その部分にコア材を充填し製造する方法（特開平８−１７９１３１号公報）や、束ねたファイバーを加熱振動することでテーパ状に加工する方法（特開昭６４−１１９２２号公報）がある。しかし、それらを上記の拡大導光路の製造に応用した場合、その精度や加工速度に問題がある。すなわち、例えば、ファイバーシートを短時間に精度よく積層（約千層）できるかという問題であり、また、レーザー等の加工粗さでは光がリークする可能性があるという問題、さらに、レーザー光では直線加工しかできないという問題、さらに、束ねたファイバーを加熱振動させるものでは、束ねたファイバーが加熱振動で変形してと整列度が保てない可能性があるという問題等である。
【０００４】
さらに、加工速度を考慮した製造方法として、光造形方法を活用することが考えられ、特開２０００−３４７０４３号公報のもののようにして直線的な光ファイバーを形成することができる。また、これは、ファイバーシートの製造方法と違って、光軸方向への加工ができるので、短時間で加工ができるという利点がある。
しかし、上記大画面用導光路形状を想定すると、表示部の開口形状を同形状にするには光ファイバーの径を１本１本変える必要があるという問題があり、また、拡大率を大きくしたり、導光路長を短くする場合（導光路の薄型化：材料コスト減、重量減）は導光路が直線形状でなく、図７に示すような曲線形状であることが求められる。
【０００５】
他方、ガルバノミラー等を用いた市販の光造形装置では自由曲面の形成が可能であるが、しかし、その成形精度は０．１ｍｍ程度しかなく、そのため、光ファイバーからの光の漏れや散乱が生じ、光ファイバーとしては機能しない。光ファイバーからの光の漏れや散乱を防ぐためには、少なくとも可視光の波長（０．３９〜０．７７μｍ）の１０分の１の精度（ここでは表面粗さ）０．０４μｍが必要である。特開２００１−１５８０５０号公報の２光子吸収を用いた光造形方法（現在最も高精度）の場合でも、その粗さは０．２〜０．５μｍである。
これらは、目的とする造形物のスライス断面形状を１層毎に断続的に硬化させていくため、高精度化することは困難である。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１６９８３３号公報
【特許文献２】特開平１０−５０９６８号公報
【特許文献３】特開平１０−５４９１８号公報
【特許文献４】特開平８−１７９１３１号公報
【特許文献４】特開昭６４−１１９２２号公報
【特許文献４】特開２０００−３４７０４３号公報
【特許文献４】特開２００１−１５８０５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、ディスプレイの大型化が可能な拡大導光路部品の製造方法について、一層の薄型形状（導光部は曲線）で生産性（短時間加工）が高く、短時間で加工できる光造形方法を活用して、連続的に硬化形成させることで光学表面が表面粗さ０．０４μｍ以下になる加工方法を工夫することである。
【０００８】
【課題解決のために講じた手段】
【解決手段１】（請求項１に対応）
上記課題を解決するために講じた、製造方法に関する手段（解決手段１）は、光硬化性樹脂に光を照射して光硬化させ、この光照射位置を順次移動させて、立体物を形成する光造形方法について、
目的の立体物形成に必要な形状のマスター型を用い、当該マスター型の任意の横断面から所定の波長の光すなわち光硬化性樹脂の硬化波長の光を順次出射させ、この横断面の出射光を結像素子で光硬化性樹脂液の液中で結像させて光硬化性樹脂を硬化させ、上記出射光の上記マスター型からの出射位置を連続的に移動させることによって、目的とする立体物を上記光硬化性樹脂液中に形成することである。
【０００９】
【作用】
上記マスター型は連続した物体であり、当該マスター型の一横断面形状の光を一度に出射し、上記横断面を除々に移動させることで各断面光が連続的に出射されるので、マスター型と同じ横断面形状の連続した断面光をアナログ的に出射させることができる。
マスター型からの出射光が、上記結像素子を経て光硬化性樹脂液の液中に結像するので、マスター型の横断面と相似形状の像光が光硬化性樹脂液の液中に形成される。
そして上記像光によってその部分の光硬化性樹脂液が硬化する。そして上記像光の位置が光硬化性樹脂液中で除々に移動するにつれて光硬化性樹脂液の硬化位置が除々に移動するので、上記像光によってマスター型と相似形状の中実な３次元造形物が光硬化性樹脂液中に形成される。そして、その成形精度は高い。
したがって、平滑な光学表面を有し、マスター型と相似形状で同等の表面粗さの３次元造形物が形成される。
【００１０】
【実施態様１】（請求項２に対応）
実施態様１は、上記解決手段１の光造形方法について、上記マスター型の任意の横断面から光を出射させる手段が、そのマスター型を光透過材料で構成し、該マスター型をこれと同等の屈折率の液体すなわちマッチング液に所定の位置まで浸し、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面から照射光を入射させるものであることである。
【作用】マッチング液に浸されていないところではマスター型に入射した光が内部反射して外に放射されることはないが、マッチング液内では当該マッチング液の屈折率が同等であるので内部反射しないで、マスター型の外に光りが放射される。したがって、マッチング液表面の位置の横断面においてマスター型から外部に放射され、光学的な断面像（断面光）が外気とマッチング液面との境界（すなわちマッチング液表面）に写し出される。
【００１１】
【実施態様２】（請求項３に対応）
実施態様２は、上記解決手段１の光造形方法について、上記マスター型の任意の横断面から光を出射させる手段が、そのマスター型を光透過材料で構成し、該マスター型をこれと同等の屈折率の液体すなわちマッチング液に所定の位置まで浸し、さらに当該マッチング液表層に遮光機能を有する遮光物を配置した状態で、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面から照射光を入射させるものであることである。
【作用】
マッチング液表面が大気に接していると、当該マッチング液表面がマスター型との接触部において表面張力のために歪み、このために上記断面光が乱れ、その結果、上記結像素子による結像精度が低下するが、マッチング液表層に遮光機能を有する遮光物を配置したことによって、当該マッチング液表面が表面張力で歪むことはなく、当該歪みによって断面光の均一性が損なわれることはない。
【００１２】
【実施態様３】（請求項４について）
実施態様３は、上記解決手段１の光造形方法について、上記マスター型の任意の断面から光を出射させる手段が、そのマスター型を光透過材料で構成し、該マスター型をこれと同等の屈折率の液体すなわちマッチング液に所定の位置まで浸し、該マッチング液表層に遮光機能を有する遮光物を配置し、さらに、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面以外からの照射光の入射を遮断した状態で、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面から照射光を入射させるものであることである。
【作用】
マッチング液に浸されていない側のマスター型端面の外から照射光が入射すると、これがノイズとなって、上記結像素子による結像が乱れるが、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面の外から照射光（迷光）が入射することを遮断したことで、上記迷光が予め排除され、上記結像が乱されることが回避される。
【００１３】
【実施態様４】（請求項５に対応）
実施態様４は、上記解決手段１の光造形方法について、上記マスター型の上記任意の横断面の位置を連続して移動させて出射断面を順次移動させながらマスター型から光を出射させる手段が、そのマスター型を所定速度で昇降させることによって上記マッチング液面に対して相対的に移動させるものであることである。
【００１４】
【実施態様５】（請求項６に対応）
実施態様５は、上記実施態様４の光造形方法について、上記マスター型を固定し、マッチング液面の高さを所定速度で連続して変化させることである。
【００１５】
【実施態様６】（請求項７に対応）
実施態様６は、上記解決手段１の光造形方法について、上記結像素子が等倍結像素子であることである。
【作用】
上記結像素子が当倍倍率の結像素子であるから、マスター型からの断面光が、造形装置の光硬化性樹脂液中にマスター型の横断面形状と等倍で結像する。したがって、マスター型と等倍の物体が光硬化性樹脂液中に造形される。
【００１６】
【実施態様７】（請求項８に対応）
実施態様７は、上記解決手段１の光造形方法について、上記結像素子が縮小結像素子であることである。
【作用】
上記結像素子が縮小結像素子であるから、マスター型からの断面光が、造形装置の光硬化性樹脂液中にマスター型の横断面形状と相似で縮小されて結像する。したがって、マスター型と相似形で縮小された物体が光硬化性樹脂液中に造形される。
【００１７】
【実施態様８】（請求項９に対応）
実施態様８は、上記解決手段１の光造形方法について、上記光硬化性樹脂液と遮光機能を有する高粘度液体を容器に満たし、上記高粘度液体と光硬化性樹脂液との境界（光硬化性樹脂液表面部）が常に結像光の直ぐ下に位置していることである。
【作用】
光硬化性樹脂液中で硬化した部分が、その直ぐ下の上記高粘度液体に埋没して当該高粘度液体で保持されるので、硬化された造形物体の保形性が高い。
【００１８】
【解決手段２】（請求項１０に対応）
上記課題解決のために講じた手段（解決手段２）は、上記解決手段１の光造形方法を実施するための光造形装置であり、光硬化性樹脂に光を照射して光硬化させ、この光照射位置を順次移動させて、立体物を形成する光造形装置について、次の（イ）乃至（ハ）によって構成されるものである。
（イ）照射用の光源、光透過材料によるマスター型、当該マスター型の構成材と同等の屈折率の液体すなわちマッチング液とを入れるマスター用容器、及びマッチング液を供給する供給装置から構成される断面データ供給装置と、
（ロ）該断面発光部からの出射光を結像させる結像装置と、
（ハ）光硬化性樹脂液を入れる造形用容器から構成される造形装置とからなること。
【００１９】
【作用】
上記断面データ供給装置はマスター型の一断面形状の光を一度に出射し、また、断面光を出射する断面の位置を連続的に移動させる機能を有するので、マスター型と同形状の連続した断面光をアナログ的に出射することができる。
また、上記結像装置は、上記断面光を光硬化性樹脂液の液中に結像させる機能を有するので、マスター型と相似形状の像光を光硬化性樹脂液中に形成させることができる。
さらに、上記造形装置は光硬化性樹脂液を収容していて、上記像光でマスター型と相似形状の中実な３次元造形物が上記光硬化性樹脂液中に形成される。
したがって、アナログ的に滑らかな光学表面を有し、マスター型と相似形状で同等の表面粗さの３次元造形物を形成することができる。
【００２０】
【実施態様１】（請求項１１に対応）
実施態様１は、上記解決手段２の光造形装置について、そのマスター容器が、上記マッチング液とともにその上面に重ねて遮光液を入れる容器であることである。
【作用】
遮光液は迷光を遮断する機能を有するので、迷光が含まれない断面光がマスター型の横断面から出射される。
【００２１】
【実施の形態】
次いで、図面を参照して実施例を説明する。
図１に示す実施例は、プラスチック光導波路の製造装置であり、大きく分けて３つの装置、すなわち断面データ供給装置１、結像装置２、及び造形装置３から構成されている光造形装置である。そして、上記の断面データ供給装置１は、照射用の紫外線ランプ１１と、成形目的物、すなわち造形物とほぼ同じ形状で光透過性材料で作られたマスター型１２と、マスター型１２と同屈折率のマッチング液１３とこれらを収納したマスター用容器１４とマッチング液を供給する供給装置１５とから構成されている。上記のマスター型１２は、図７に示す拡大導光路アレイであり、多数の導光路１２ａを有しており、多数の導光路１２ａの上端の隙間は遮光板１２ｂで塞がれている。なお、このマスター型１２の立体形状については、所定の立体物形状が形成されるように、誤差分を見込んで予め若干補正された形状である。
また、上記の結像装置２は結像レンズ２１で構成され、造形装置３は造形用容器３１に液状光硬化性樹脂液３２を入れたものである。
【００２２】
上記装置の動作は次のとおりである。
マスター用容器１４にマスター型１２を配置し、供給装置１５からマッチング液１２をマスター用容器１４に除々に供給する。このとき、紫外線ランプ１１からの紫外線がマスター型１２の導光路１２ａの上端面に入射し、入射した光は、内部反射しながら導光路１２ａの内部を経て、マッチング液表面１３の高さ位置まで導かれ、マスター型１２の構成材とマッチング液１３は屈折率が同等であるので、マッチング液１３の液面１３ａと触れたところで導光路１２ａの外に放射される。したがって、マッチング液１３の液面１３ａの高さ位置におけるマスター型１２の横断面からその断面形状の断面光が出射される。そして、マッチング液を除々に連続して供給することで、マッチング液１３の液面１３ａのマスター型１２に対する高さ位置が除々に上方に移動するから、これにつれて上記断面光の出射位置が除々に上方に移動する。したがって、マスター型１２の任意の位置の横断面形状とその横断面の高さ位置が連続発光（無限の断面データ）として得られる。
【００２３】
上記結像装置３は、断面データ供給装置１からの出射光を結像レンズ２１で造形装置で結像させる作用を奏する。結像装置として焦点距離固定の集光レンズを使用することによって、断面データ供給装置１における上記横断面の高さ位置の移動に連れて、造形装置での結像高さが自然に変化する。なお、結像レンズ２１は用途によって、等倍，拡大，縮小系を適宜使い分けてもよく、また、エネルギー密度を高くして硬化領域を狭くするには、開口数（ＮＡ）が大きな光学素子を用いることが望ましい（詳細は特開平１１−１７０３７７号公報を参照されたい）。
そして、造形用容器３１に光硬化性樹脂液３２を十分満たし、結像装置２によって最初から最後まで出射光を光硬化性樹脂液中で結像させることによって、図１（ｂ）に示すように、所定の立体物Ａが光硬化性樹脂液中に形成される。
【００２４】
図２にマッチング液１３の上に遮光液１６を配置した実施例を示している。
遮光効果がある遮光液１６は、染料や顔料を含有し、マスター型の構成材とは屈折率が異なり、マッチング液より比重が小さい液体である。図１の実施例のようにマッチング液のみによる場合は、図２（ｂ）のように、マッチング液１３がその表面張力でマスター型の導光部１２ａに沿って盛り上がって上記の断面光が乱れ、このために液状光硬化性樹脂内での結像面が乱れる。しかし、遮光液でマッチング液の表面が覆われるので、マッチング液の上記盛り上がりが低減され（図２（ｃ））、結像精度が向上する。
【００２５】
図３は結像素子を等倍結合素子にした例である。この例では等倍結像するので、マスター型と同寸法の立体物が成形される。また実施例の等倍結像レンズ２２は、テレセントリック（正立像の結像）系で、多数のマイクロレンズによる複合レンズである。この光学系によって断面光が均等な照度で結像されるので、液状光硬化性樹脂液の硬化速度が場所の如何に関わらず均一であり、したがって、立体物が高精度で作成される。
【００２６】
図４は結像素子を縮小結像素子にした例である。この例では縮小結像レンズ２３によって縮小倍で結像されるので、マスター型を縮小した立体物を作ることができる。このように、縮小結像レンズ２３を用いてマスター型の１０分の１に縮小された造形物を成形することができ、この程度に縮小すると、マスター型の精度よりも造形物の寸法精度及び表面粗さ精度は１０倍に向上する。
【００２７】
図５、図６に示す実施例は、液状光硬化樹脂液の下方に遮光支持液を介在させたものである。立体造形物の下方部分を造形した後に、光硬化性樹脂液の下方に、遮光支持液体３３として遮光機能を有する高粘度液体、例えばパラフィン材料を注入し、この遮光支持液体３３の光硬化性樹脂液３２との境界（光硬化性樹脂液の下面）が常に結像素子による結像光の直ぐ下に位置するように、その高さ位置を制御している。遮光支持液体３３は遮光機能を有する高粘度液体であるので、造形された部分にさらに光が照射されることはなく、さらに造形途中の立体物の下方部分が高粘度液体で支持されるので、これの変形によって位置が変動することは防止される。
なお、上記の遮光支持液体３３としての遮光性の高粘度液体としては、流動性があればよいので、例えば、造形工程の途中で冷却されるなどして固化またはゲル化するものであっても問題はなく、この場合は、あらためて高粘度液体を造形容器に注入する必要はない。
【００２８】
ところで、図５の例では、供給装置３４で、立体物の形成進行に追従して遮光支持液の上面（光硬化性樹脂液との境界面）が上昇するように遮光支持液を供給し、最終的には遮光支持液の上面が、最終成形品の上端に達するまで供給する（図５（ｂ））。この場合、遮光支持液体として、例えばパラフィン材料を用い、供
給装置３４からは高温（低粘度）のものを供給し、造形用容器３１の下方部分で冷却されて高粘度になるようにすれば、供給装置３４からの供給抵抗を低減することができ、また、造形用容器への遮光支持液体の流入による造形中のものへの影響が小さい。そして粘度が低下した遮光支持液体で立体物がその位置でしっかりと支持される。
【００２９】
また、図６に示す例は、造形物固定台３５に造形中の立体物を支持させ、立体物の形成の進行に追従するように造形用容器３１の高さを昇降ステージ３６で上昇させるようにしたものであり、この実施例では、ステージ上昇過程における遮光支持液体の動きは小さいので、遮光支持液体の流入等による遮光支持液体の動きの影響を回避することができる。また、この例でも、図５の例と同様に遮光支持液体の上方部分を高温（低粘度）にし、下方部分を低温（高粘度）にすることで、さらにその効果は顕著になる。
【００３０】
図７に光伝送部品としての拡大光導波路アレイを示している。この拡大光導波路アレイでは、画像を入力できる画像入力部とその画像情報光を導く導光路とそれら画像情報を出力する画像表示部から構成され、入力画像を約３倍に拡大する機能を有している。尚、画像入力部は導光路と連結されており、連結部分は透明、その他は遮光機能を有し、また、導光路の位置を維持する機能を有している。導光路はコアとクラッドから構成されており、外に漏らすことなしに光を伝送するものである。画像表示部は画像入力部と同じ構成および作用を有する。
【００３１】
本発明の図１の実施例１による造形物を用いて光伝送部品を製造する方法を図８に示している。この製造方法では、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順序でその工程が進行する。
まず、図８（ａ）のコア部８１は、図１の実施例によって形成した造形物であり、図８（ｂ）の工程で上記コア部８１にクラッド部８２を塗布し、乾燥させて線径０．０５〜０．１ｍｍの導光部を形成する。次いで、画像表示部に当たる遮光部８３を形成し、最後にその下の部分を削除する。なお、上面、底面が板状の遮光部８４，８３になっているのは、コア部を形成して後にその形状が崩れないように支持する支持板の役目を果たすためである。
【００３２】
参考までに図９に拡大導光路アレイをタイリングした画像表示装置を示している。このものは、画像光源と図７の光学素子とフレーム（図示略）から構成される。画像光源と光学素子の画像入力部とを連結させ、それぞれの光学素子間に隙間がないように配置してフレームに固定している。これによって、大画面で奥行き寸法が小さく、かつ、光学素子間の繋ぎ部の画像位置ズレのない、鮮明な画像表示装置が構成される。
【００３３】
次いで、図１０を参照して、レンズアレイの製造装置の実施例を説明する。
このものは、断面発光装置５０、縮小結像素子（レンズ）６１、造形装置７０を備えており、上記の断面発光装置５０は、マスター用容器５１、光源５２、マスター型昇降ステージ５３、遮光板５４、マスターレンズ５５、遮光液５６、マッチング液５７を備えており、他方、造形装置７０は、造形用容器７１、液状光硬化性樹脂液７２、遮光支持液７３、立体物降下ステージ７４を備えている。
上記断面発光装置５０（断面データ供給装置）では単レンズ状のマスターレンズ５５をマスター型昇降ステージ５３で繰り返し昇降させるとともに、マスターレンズ５５の一回の上昇及び下降の度に、これに同期させて造形装置７０の立体物下降ステージ７４を所定ストロークだけ間欠的に下降させる。これにより、同一形状のレンズを連続して成形してレンズアレイＢを成形することができる。また、１個のマスターレンズ５５を用いて多数のレンズが連続して形成されるから、マスター型が単純であり、それだけ製作コストは低い。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の効果を主な請求項毎に整理すれば次のとおりである。
１．請求項１の発明
請求項１のものは、目的とする形状の立体物と同等の形状のマスター型を用い、該マスター型の任意の横断面から所定の波長の光、すなわち、光硬化性樹脂の硬化波長の光を順次出射し、その断面光を結像素子によって液状の光硬化性樹脂液中に結像させて光硬化性樹脂液を照射し、当該結像光の照射によって上記光硬化性樹脂を硬化させる方法であるので、目的とする形状の立体物を高精度で形成することができ、また、通常のレーザー光とガルバノミラーを用いて順次積層する方法に比して、マスター型を用いるので、高価なレーザー光とガルバノミラー等の装置が不要であり、製作装置のコストが低い。
【００３５】
２．請求項２の発明
請求項２のものは、上記マスター型の任意の横断面から光を出射させる手段が、そのマスター型を光透過材料で構成し、そのマスター型をこれと同等の屈折率の液体すなわちマッチング液に所定の位置まで浸し、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面からその照射光を入射させ、入射した光は、マッチング液に浸されていないところではマスター型内で内部反射して外へは漏れず、マッチング液に浸されているところで当該マッチング液の屈折率がマスター型と同等であるのでその内部反射が無くなってマスター型外に出射される。そして、上記のマスター型外への出射光によって、光学的な断面像（断面光）が外気とマッチング液面との境界に写し出される。したがって、任意の断面データの光が得られる。
【００３６】
３．請求項５の発明
請求項５のものは、上記マスター型の任意の横断面から順次に光を出射する手段において、該マスター型を所定速度で昇降させることによってマッチング液面に対して相対的に移動させるだけで、光学的な断面像（断面光）を外気とマッチング液面との境界に写し出すことができるので、任意の断面データの光が簡単に得られる。
【００３７】
３．請求項６の発明
請求項６のものは、上記マスター型をマスター固定台に固定し、マッチング液面の高さを順次所定速度で変化させる方法であるから、任意の断面データの光が簡単に得られる。
【００３８】
４．請求項７の発明
請求項７のものは、結像素子は等倍結像素子であるので、マスター型と同等の大きさの立体物を得ることができる。
【００３９】
５．請求項８の発明
請求項８のものは、結像素子が縮小結像素子であるので、マスター型より小さい立体物を得ることができる。また、相対的に表面粗さが小さくなるので、導光路からの光の漏れ等の光学特性が向上する。また、目的とする造形立体物より大きなマスター型でよいので製作が簡単になる。
【００４０】
６．請求項１０、請求項１１の発明
請求項１０、請求項１１のものは、照射用の光源、光透過材料からなるマスター型、当該マスター型と同屈折率のマッチング液と遮光液とを入れるマスター用容器、及び上記マッチング液を供給する供給装置とから構成される断面データ供給装置と、断面データ供給装置からの断面データを結像させる結像装置と、液状光硬化性樹脂液を入れる造形用容器とから構成される造形装置からなるものであるから、請求項１の光造形方法によって目的とする形状の立体物を高精度で形成することができる。
【００４１】
７．請求項１２の発明
請求項１２のものは、請求項１乃至請求項９の光造形方法、又は、請求項１０、請求項１１の光造形装置で造形された立体物をコア部とし、その周りを屈折率の高い材料で被覆してクラッド部とするものであるから、照射光の漏れが少なく、したがって、短い加工時間で高品質の光伝送部品を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、マスター型として拡大導光路アレイを用いて実施例の光造形装置を模式的に示す全体構成図であり、（ａ）は、この光造形装置による光造形工程の初期段階を示し、（ｂ）は最終段階を示す図である。
【図２】（ａ）は、遮光液を用いた断面データ供給装置の例の模式的な構成図，（ｂ）は図１の例におけるマッチング液面の拡大図、（ｃ）は図２（ａ）の例におけるマッチング液面の拡大図である。
【図３】は、結像レンズにテレセントリック系等倍結像素子を用いた例の全体構成図である。
【図４】は、結像素子に縮小結像素子を用いた例の全体構成図である。
【図５】（ａ）は、造形用容器に遮光支持液を収容した造形装置の例の造形初期段階の造形装置全体構成図、（ｂ）は造形最終段階の造形装置全体構成図である。
【図６】（ａ）は、造形用容器に遮光支持液を収容した造形装置の他の例の造形初期段階の造形装置全体構成図、（ｂ）は造形最終段階の造形装置全体構成図である。
【図７】は、図１の実施例においてマスター型として用いた拡大導光路アレイのの斜視図である。
【図８】は、拡大導光路アレイ光の製作工程を示す模式図である。
【図９】は、図７の拡大導光路アレイによる画像表示装置の斜視図である。
【図１０】は、マスター型として一つのレンズを用いてレンズアレイを成形する他の実施例の全体構成図である。
【符号の説明】
１：断面データ供給装置
２：結像装置
３：造型装置
１１：照射用の光源（紫外線ランプ）
１２：マスター型
１２ａ：導光部
１２ｂ：遮光板
１３，３２，５７：マッチング液
１４：マスター容器
１５：マッチング液供給装置
１６：遮光液
２１：結像レンズ
２２：等倍結像レンズ
２３：縮小結像素子（レンズ）
３１：造形用容器
３２：液状硬化性樹脂液
３３：遮光支持液
３４：遮光支持液供給装置
３５：固形物固定台
３６：昇降ステージ
５４：遮光板
５５：マスターレンズ
５６：遮光液

Claims

目的とする立体物形成に必要な形状のマスター型を用いて、該マスター型の任意の横断面から所定の波長の光すなわち光硬化性樹脂の硬化波長の光を順次出射させ、その横断面光を結像素子で光硬化性樹脂液の液中に結像させて光硬化性樹脂を硬化させ、上記マスター型からの横断面光の出射位置を連続的に移動させることによって、目的とする立体物を上記光硬化性樹脂液中に形成することを特徴とする光造形方法。
上記マスター型の任意の横断面から光を出射させる手段が、そのマスター型を光透過材料で構成し、当該マスター型をこれと同等の屈折率の液体すなわちマッチング液に所定の位置まで浸し、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面から照射光を入射させるものであることを特徴とする請求項１の光造形方法。
上記マスター型の任意の横断面から光を出射させる手段が、そのマスター型を光透過材料で構成し、当該マスター型をこれと同等の屈折率の液体すなわちマッチング液に所定の位置まで浸し、次いで、上記マッチング液表層に遮光機能を有する遮光物を配置した状態で、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面から光を入射させるものであることを特徴とする請求項１の光造形方法。
上記マスター型の任意の横断面から光を出射させる手段が、そのマスター型を光透過材料で構成し、当該マスター型をこれと同等の屈折率の液体すなわちマッチング液に所定の位置まで浸し、上記マッチング液表層に遮光機能を有する遮光物を配置し、さらに、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面以外からの入射を遮断した状態で、マッチング液に浸されていない側のマスター型端面から照射光を入射させるものであることを特徴とする請求項１の光造形方法。
上記マスター型の上記任意の横断面の位置を連続して移動させて上記光の出射断面を順次移動させながらマスター型から光を出射させる手段が、そのマスター型を所定速度で昇降させることによって上記マッチング液面に対して相対的に移動させるものであることを特徴とする請求項１の光造形方法。
上記マスター型を固定し、上記マッチング液面の高さを順次所定速度で変化させることによって、上記マスター型と上記マッチング液面の位置を相対的に移動させることを特徴とする請求項５の光造形方法。
上記結像素子が等倍結像素子であることを特徴とする請求項１の光造形方法。
上記結像素子が縮小結像素子であることを特徴とする請求項１の光造形方法。
上記光硬化性樹脂液と遮光機能を有する高粘度液体を容器に満たし、当該高粘度液体と光硬化性樹脂液との境界が常に結像光の直ぐ下に位置していることを特徴とする請求項１の光造形方法。
（イ）光照射用の光源、光透過材料によるマスター型、当該マスター型の構成材と同等の屈折率の液体すなわちマッチング液とを入れるマスター用容器、及び上記マッチング液を供給する供給装置から構成される断面データ供給装置と、
（ロ）上記断面発光部からの出射光を結像させる結像装置と、
（ハ）光硬化性樹脂液を入れる造形用容器を備えた造形装置とからなることを特徴とする光造形装置。
上記マスター用容器が、上記マッチング液の上面に重ねて遮光液を入れる容器である請求項１０の光造形装置。
請求項１乃至請求項９の光造形方法で造形された立体物をコア部とし、その周りを屈折率が低い材料で被覆してクラッド部とした光学素子。
請求項１２の光学素子を用いた画像表示装置。