JP2010510089A

JP2010510089A - ポリマーオブジェクトオプティカル製造工程

Info

Publication number: JP2010510089A
Application number: JP2009537158A
Authority: JP
Inventors: クレガー、ロバート、ブライアン
Original assignee: プーフテクノロジーズ、エルエルシー
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2010-04-02
Also published as: EP2083995A4; CN101563212A; US7778723B2; WO2008063433A3; EP2083995A2; AU2007322135A1; CA2669842A1; WO2008063433A9; US20070108644A1; WO2008063433A2

Abstract

【解決手段】大量生産、及び複雑な３次元ポリマー及びポリマー派生セラミック微細構造のカスタム化は、３次元コンピュータモデルから直接シングルステップで生産される。投射ベースの非縮退２光子は、従来の１及び２光子製造法の欠点を克服する光重合方法を含む。構造は、デュアル、同期、高いピークパワー、空間変調器と組み合わされたパルス化フェムト秒及びピコ秒レーザを含む。そのアプリケーションは、特にＭＥＭＳパッケージングの領域で様々なＭｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）装置で重要視される高解像度の迅速なプロトタイピングを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般にマイクロ光造形法に関係する。特に投射マイクロ光造法への非縮退２光子アプローチに関係するものである。

マイクロ光造形法は、プラスチック材料から複雑な３次元部品の製造を可能とする。１光学重合は、光開始剤モノマー単量体濃度によりクロスリンク及び固体性を集中させる光化学反応を誘導する工程である。

その工程は、商用に利用可能な多くの光造形法の基本である。２光学重合は、３次元マイクロン及びサブマイクロン構造の製造技術である。超高速赤外線レーザのビームは、焦点容積内で非線形吸収による重合工程を開始するために、感光素材を保持するコンテナに集中される。３次元にレーザを集中させ、レーザを樹脂内で移動させることで３次元構造を製造することが可能となる。２光子マイクロ光造形法は、３次元加工及び高度なマイクロ製造を可能とする。

研究者は、実験的に２光子マイクロ／ナノ光造形法を実演した事があるが、２光子製造工程に投射技術を取り入れた例は無く、焦平面でピコ秒パルスレーザライトシートで交差するフェムト秒パルス投射イメージを基にした非縮退２光子光重合と組み合わせた事は無い。既存の２光子マイクロ光造形技術は、２光子吸収工程を通じて大量のフォトポリマー内部で重合された焦点体積ボクセルにより製造可能な部品座標に、無限の複雑さを実現する。しかしながら、これらのシステムはポイント間製造アプローチにより、時間内に製造可能な量に限りがある。

これらのシステムはまた、マイクロスケールで十分な解像度の部品を生成するために、高精度制御またはミラーステアリングシステムが必要である。近年の２光子工程を明らかに指定する光開始剤の２光子吸収クロスセクションが増え続ける傾向は、スキャニングミラーシステムの速度もまた、現在及び将来の２光子造形の限界を暗示するものである。

１光子マイクロ光造形秘術は、迅速なプロトタイピング及びマイクロ重合構造の小規模生産の工程を最終的に制限する表面レイヤー毎のアプローチで製造する。表面レイヤー毎のアプローチは、表面張力あるいはリリースレイヤーの問題により製造可能な物体の座標をも制限する。そして、サポート構造アルゴリズムによる３次元モデルへ電子的に挿入するサポート構造の広範囲なネットワークを必要とする。これら全ての事柄は、製造工程を制限しマイクロ重合構造の全体のスループットを低下させる。

また、マイクロ光造形を使った複雑なマイクロ座標のプロトタイピング、及び複雑な座標の量産との間には溝がある。理想的なマイクロ光造形装置は、あらゆる座標を許容し、サポート構造を必要とぜず尚且つ迅速なプロトタイピング、量産及び一台の装置による大量受注生産を可能とする。２光子吸収は２つの形で発生する：縮退及び非縮退である。仮に吸収された光子が同一波長であれば、その工程は縮退である。吸収された光子が２つの異なる波長である場合、その工程は非縮退である。２光子重合に関して行われたほとんど全ての研究は、１つの焦点レーザビームを使った縮退方法に限定されたものである。

２つの異なる波長のレーザを使った非縮退２光子重合は、セットアップコストを上げ、より複雑な構成及びデュアルレーザパルス同期を持つオプティカルハードウエアを必要とする。しかしながら非縮退構成は、全体のスループット及び製造システムの多様性に影響する異なる利点を提供する。非縮退システムは、リアクションボリュームは最適波長のオーバーラップしたビームに限られている事から、リアクションボリュームの座標に関してより多くの制御を提供する。

２重交差ビーム２光子構成において、縮退２光子吸収のレートは２つのビームが交差する所では増すが、仮にビームが既に大きく収束したサンプルに入る、あるいは低い開口数にある場合、希望のリアクションボリューム以前の光のパスで光吸収が発生する。この構成はビーム分配パスにおいて、２つのビームの交差部で吸収の増加を伴う幾つかの２光子吸収（ＴＰＡ）を発生させる。このように、希望の製造ボリュームへ分配可能な放射照度全般を制限することになる。この状況は、達成可能な光重合の速度及び線幅解像度をも制限する。

２光子重合にとって、ビーム分配パスにおける光吸収は好ましくない影響であり、高開口数の焦点方法で解決する。ビームが焦点に接近し吸収が発生する確率の上昇は、高開口数対物レンズを持つ設計へ起こりうる縮退構成を削減する。このように、投射マイクロ光造形への非縮退２光子アプローチを取り入れながら、既知の方法の制限を前提としない２光子投射マイクロ光造形法が必要とされるのである。しかしながら、現在の発明がなされた時点で、総合的に熟慮される特許から見れば、識別された要求がどのように満たされるかは、通常の知識を有する者にとって明白ではなかった。

マイクロ光造形における改良の、長年であるが以前実現しない要求は、斬新で有益であり、非明白な発明によって今満たされるのである。斬新な２光子投射マイクロ光造形プロセスは、投射マイクロ光造形への革新的な非縮退２光子アプローチを取り入れる。

特に非縮退２光子吸収は、コンピュータモデルの設計ファイルから直接、事実上あらゆる３次元座標のすべてのデジタルマイクロポリマーのシングル・ステップ、またはポリマーから派生したセラミック構造の量産製造を可能にする。このシングル・ステップ製造プロセスは、ポリマーオブジェクト光学製造工程（ＰＯＯＦ）にとって都合が良い、その頭文字は、希望する事実上のあらゆるアスペクトレシオを含む部品座標に関して、無制限に複雑な３次元マイクロポリマー構造の、非常に迅速なマイクロ製造を意味する。

ＰＯＯＦプロセスは、光造形への投射を基にした２光子非縮退光重合化（ＴＰＩＰ）アプローチをとることにより、既知の光造形工程をさらに発展させる。テキサスインスツルメントのデジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ．ＴＭ．）のように空間光変調器を２光子製造工程に取り入れる事で、サポート構造の必要性を著しく低減または削除し、完成部品に無制限に複雑な部品座標を提供する（マイクロ解像度限界内の最小線幅で）高い並列的アプローチを実現し、迅速なプロトタイピング、マイクロポリマー及び１台の装置によるシングル・ステップでマイクロポリマーから派生したセラミック構造の量産及び大量受注製造を可能にする光学的及び機械的構成を提供する。

この工程は、ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）及び広範囲な産業用にＭｉｃｒｏＯｐｔｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ（ＭＯＥＭＳ）装置のための複雑な３次元光学回路用に複雑な微細構造を作り出すために、様々なアクリル酸樹脂、ビニルエーテル、エポキシ、バイオ分解可能なヒドロゲル、エラストマーまたはポリマー派生したセラミックと組み合わされた高い２光子吸収クロスセクションで、光開始剤と共に使用される。ＰＯＯＦ技術は、現在及び発展中のＭＥＭＳとＭＯＥＭＳデバイスのためにパッケージ製造における特別な強調により、ポリマーそしてセラミックベースのＭＥＭＳ及びＭＯＥＭＳ技術の開発において不可欠のツールになるであろう。

ＰＯＯＦ工程の製造能力は、現在既存の製造技術で実現できないマイクロ座標に関する製造の多様性とスループットを可能とする。

図１は、具体化の図式的側面の垂直方向の概観。図２は、図１構造の図式的端面図。図３は、図１構造の図式的平面図。図４は、２番目の具体化の図式的端面図。図５は、２番目の具体化の図式的側面の垂直方向の概観。図６は、３番目の具体化の図式的側面の垂直方向の概観。図７は、３番目の具体化の図式的平面図。

この発明は、パターン化された凝固、融解あるいはコンピューターモデルから３次元の微細構造の迅速な組立てを直接提供して、非縮退２光子吸収によって光反応性物質の屈折率の修正のための方法を含む。

少なくとも１つが光学上あるコンテナーの中への非縮退２光子吸収による、選択的な凝固、融解あるいは屈折率修正に有能な媒体を、透明な窓を持つコンテナ内に置くこと、その結果コンテナー内の媒体はレーザー光によってアクセス可能となる。代替手段として、コンテナ全体が透明な材質で作られる場合もある。制御可能画素素子の提供、非縮退２光子重合を誘導するためのそれぞれの波長を持つ２つの同期パルスレーザ源。フェムト秒パルスレーザ光のパターン化されたイメージを投射するための、光投射システムの提供。画素素子の配列に直接フェムト秒レーザパルスを導く。それにより光源の希望するパターン部分がコンテナの窓を通じ感光性の素材に伝わり、光反応性物質バ内部に焦点する。

シートが最適の厚さおよび平面性を持つように、ピコ秒パルス・レーザー光のシートを生成するための光学システムを提供する。フェムト秒パターン化された光及び光のピコ秒シートを目標とすることで、それらはオーバーラップしている２つの焦点面と互いに直角に交差する。特にピコ秒パルスを薄くフラットなシートに導くことで、ピコ秒パルスとフェムト秒パルスが交差する。それによりピコ秒パルスの薄くフラットなシートは、光源と画素素子の配列からの投射された光源にたいして垂直に光源と交差する。それにより光反応性物質の領域の選択は、交差点で回復する。

コンテナ及び光反応性物質を、コンテナ素材と光反応性物質の敏感な角度以下の角度で交差焦点面に比例して配置する。速度センサーを使用し、光の交差領域を通りコンテナのリアルタイム速度をモニタする。制御可能な画素素子配列のリフレッシュレートが、速度センサーから得られた速度データによって調節される場合に、制御可能な画素素子から各イメージ・パターンが予想されるための電子データを送るコンピュータ制御システムを提供する。代替手段では、フィードバックはコンベア速度を変更、レーザ繰り返し率、光路長または制御可能画素配列を制御する。最適に調整されたシステムではフォードバックの必要がない場合がある。

３次元コンピューターモデル・データの連続する断面（スライス）を、制御可能な画素素子と互換のある２次元のイメージファイルに抽出するために、コンピューター実行可能なプログラムを提供する。３次元コンピュータモデルファイルから得られる２次元のイメージの順序を制御可能な画素配列に連続して送る。その結果、あたかも媒体ボリュームが感光反応硬化時間で決まる速さで交差している焦点面とリアルタイム速度フィードバックデータを通じて変換するように、コンピュータモデルファイルの断面の媒体への投射を可能とする。そして、光反応性物質内でビーム交差ボリュームの非縮退２光子吸収を達成するために必要なエネルギー要求を満たすために、予め選択したエネルギーの２つの異なる波長で動作するオーバーラップしたパルスを同期する。

制御可能な画素素子配列は、空間光変調器を含む場合がある。空間光変調器は、１から２番目の位置に独立してピボットのミラー付きの複数の表面、または各ミラーから反射する光のエリアの方向管理を許可する状態を含む場合がある。空間光変調器は、データのバイナリ配列により各ミラー状態を変更するディジタル・エレクトロニクスによって制御される。バイナリイメージ配列内のデータの各ビットは、ミラーの方向性ピボットを決定する。それにより空間的にパターン化されたレーザパルスの投射を提供する。ミラー状態データのバイナリ配列は、３次元コンピュータモデルからプログラムにより抽出された２次元で断面化されたプレーンイメージで提供される。

コンピュータモデルから抽出された２次元断面プレーンデータは、時として希望する製造座標の２次元座標クロスセクションの完全な複製である場合がある。そして他のケースでは、抽出された断面プレーンデータは、空間光変調器を媒体へホログラフィックイメージを投射可能なデジタルプログラマブルホログラフィー格子として使うために処理される。空間光変調器の照射されたパルス状レーザ光は、フェムト秒パルス状レーザ源である。

空間変調器の前あるいは直接設置された非球面のビームコンデンサを持つレーザ照射された投射器で形作られた空間変調器、マイクロミラー配列空間光変調器、そして空間光変調器の後ろに置かれた削減イメージレンズで連結された光学システム。この発明は、マイクロミラー配列空間光変調器に限られない。この発明の範囲内には、様々な種類の空間光変調器がある。

非球面のコンデンサレンズは、空間光変調器間、つまり写し出された焦点面間でさらに均一なエネルギー分配を形成するために、フェムト秒レーザー光のガウスエネルギー分布を再分配する。そして写されたイメージは、ピコ秒光シートと交差することが可能な領域へ導かれ、媒体及び窓付コンテナ／キュベットが交差領域を通過することが可能となる。

あるいはまた、光学イメージャー・レンズはビルド解像度をそれぞれ減少させるか増加させて、投射されたイメージのエリアの合計を拡張するか縮小するために使用することができる。光学システムのシートは、非球面のビーム−ピコ秒レーザ源とビーム交差ボリューム（製造面）の間に設置された円柱レンズセットから、パルス発光エネルギーの薄いシートを作成することが可能である。非球面のビームを形作る円柱レンズセットは、薄い光シートを横切ってより均一のエネルギー分配を行うために、ピコ秒レーザー光のガウスのエネルギー分布を再分配する。

パルスエネルギーの薄いシートはフェムト秒の投射イメージの焦点面に垂直に導かれる。あるいはまた、光学システムのシートは投射源の焦点ボリュームに交差する１枚の光を形成する回折する光学要素で設計することが可能である。光反応性物質とは、アクリル酸樹脂、ビニルエーテル、エポキシ、バイオ分解可能なヒドロゲル、エラストマーまたはポリマー派生したセラミックと組み合わされた高効率の２光子の光開始剤素材を含む。

媒体とは、交差ビームによる露出により固められる液状樹脂であり、微細構造製作を許容する場合がある。またそれは、交差ビームの露出のときに融解する固体であり、微細構造製作を許容する場合がある。それは、屈折率を変更する能力がある材料であり、導波路の製作を可能とする場合もある。

斬新なＰＯＯＦ工程は、テキサスインスツルメントのデジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ．ＴＭ．）のような空間光変調器を２光子製造工程に取り入れる。それは、ポリマーのバルクボリュームに投射された光を入れる領域によるＴＰＩＰ非縮退アプローチである。さらにＰＯＯＦ工程における投射システムは、高いピークパワーの照射、フェムト秒パルス、３次元コンピュータモデルのシリーズ２次元断面を投射するラムダ、サブ１の特定の波長で動作するレーザ源を持たなければならない。

パルス化されたイメージは、およそ１．１：１またはそれ以上の低減のイメージ低減レンズ、高いピークパワー、ナノ秒、パルス化、非常に薄い、ラムダ、サブ１の特定の波長で動作するレーザ光の平面シート、投射イメージャー・レンズの焦点面でパルス・イメージと直角交差しフォトポリマー素材のバルク製造ボリュームへ投射される。フェムト秒パルス及びピコ秒パルス化光の薄いシート、２つの異なる波長の光、ラムダサブ１及びラムダサブ２の交差点は、非縮退ＴＰＡを誘導する。これにより、各々の同期したデュアルパルス交差点で、コンピューターモデルのデジタル的にパターン化された２次元断面の遊離基または陽イオンＴＰＩＰプロセスを始める。

ピコ秒パルス化シートと交差するフェムト秒投射されたパルス化されたイメージは、この発明の重要な特徴である。非縮退２光子吸収は、２つの同期したパルスレーザを必要とすることから装置の総合的複雑さを増す。しかしながら、この構成を実装するもう１つの利点は、ビーム交差点座標を変える融通性にある。非縮退２光子法は、２光子重合工程におけるより低い開口数の利用も可能とする。

この多様性は、２光子吸収が各ビームの組み合わされた放射照度がＴＰＩＰに必要な２次放射照度を満たす貢献をするパルスの交差のボリュームでのみ発生するので非縮退２光子の吸収工程において固有である。大量の量産能力を持つマイクロ光造形工程の最適化を確かとするには、投射されたイメージは透明なバット／キュベット壁及びフォトポリマー素材の重要な角度以下でバットまたはキュベットに導くことである。この重要度は、対象物を製造する際の５つの重要な条件を満たすＰＯＯＦ構成の重要な面である。Ａ）静的焦点面、Ｂ）光パスにおいて大幅に静的な光部品（分バット振動を除く）、Ｃ）単一軸の一定速度、Ｄ）大幅な乱れの無いフォトポリマービルドボリューム、そしてＥ）テキサスインスツルメントの高性能デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の高性能空間光変調器によりデジタル的に投射された４．１億製造ボクセル以下の配列。

光学、機械及びソフトウエア設計の見解さらすれば、これら５つの重要な設計制約を満たすことは、高性能且つ大量生産に最適化されたマイクロ光造形工程を作り出すことである。これらの設計制約を満たすことはまた、全デジタル、高速、非縮退２光子、あらゆる座標の３Ｄ精密製造の大量生産するマイクロ光造形装置等の、ＰＯＯＦ技術の総合的な斬新さを認識することでもある。

基本的なＰＯＯＦシステムは、ＰＯＯＦ工程のデュアル同期レーザのそれぞれの１光学透明性を満たす２光子光開始剤単量体濃度を持つ囲まれた透明なバットを含む。

バットは、パルス化されたイメージと光の交差による製造面を通じて、バットを一定速度で変換する低振動変換システムによりマウントされる。ＤＬＰ．ＴＭ．投射システムは、一連の高いピークパワーフェムト秒パルス化クロスセクションＣＡＤモデル断面イメージを変換システムの一定速度で定義されるリフレッシュレート及び光反応性物質の重合レートで投射する。光のピコ秒パルス化された薄いシートは、焦点面に投射されたパルス化イメージを交差するために同期される。フォトポリマーボリュームに入る光の開口数、光の波長そしてパルス化されたレーザ光の照射は即時のＴＰＩＰを誘導することが可能である。液体ボリュームは「ＰＯＯＦ」へ入り３次元部品が作り出される。各製造断面の厚さは、物理的交差座標内のフェムト秒投射画素の一時的な長さ、及び光重合の発生による光の拡散及び反応の間のポリマチェーンの終了係数による空間光変調器の非縮退ＴＰＩＰ力学により決定される。

それぞれの最良の素材候補による交差ビーム座標のさらに経験的な調査は、製造工程において熱によるダメージを発生させず尚且つシステムの高いスループットを保ちながら、非縮退ＴＰＩＰを誘導する交差フェムト秒パルスエネルギー量、及びピコ秒パルスエネルギー量の範囲の最適なバランスを決定するために不可欠である。

ＰＯＯＦ工程レーザシステム及び光学システムは、ＴＰＩＰがレーザビームの交差ボリューム内に限って発生するという基準を満たすことで選ばれる。ラムダサブ１波長の投射されたフェムト秒パルスイメージ、あるいはラムダサブ２波長の光のピコ秒パルスシート単体にたいするフォトポリマー素材の露出は、即座にＴＰＩＰを誘導しない。ラムダサブ１で動作するビームがラムダサブ２で動作する２番目のビームと交差する場合に限り、またラムダサブ１とラムダサブ２は最適に結合されたエネルギーであるならば、即座にＴＰＩＰを誘導する。

ピコ秒パルスシートの厚さ及び視準は、フォトポリマー素材のダメージしきい値を誘導する照射以下の照射制限にたいして抑制される。最適の化学物質とハードウェア・コンフィギュレーションに関連して動作する最適の理論上の光分配システムは、３次元の複雑さの前例がない組み合わせと解像度及びボリュームスループットを伴うポリマーベース微細構造の大量製造の能力を持つプロセスを促進する。大量生産のためのいくつかの概念的なＴＰＩＰ投射ＰＯＯＦ設計構成は、迅速なプロトタイピングまたはポリマーや、ポリマー派生のセラミック微細構造の生産のための設計と、マクロ組織のマイクロ機能ビルドの高解像度で迅速なプロトタイピングのための設計を含む図面に表現される。

このシステムの総合的なスループットを完全に最適化するには、薄くシートの様な磁界をパルス化された加工領域とも呼ばれる光交差領域にわたって作る磁石を取り入れることで、総合システムへのオプショナルな追加ハードウエアが実現される。適度な磁場に配置されたフォトポリマーは、光重合工程の総合的な光効率を増すことで知られている。しかしながら、光造形あるいはＴＰＩＰ構成の分野の特許で、薄い磁場を入力光の焦点領域に取り得れたものは存在しない。工程の総合的な光効率を向上することは、結果としてＴＰＩＰを達成するための低いパルスパワーの要求、あるいは工程の総合製造スループットの増加となる。

図１〜３は、参照番号１０によって全体として指示される典型的なセットアップを表す。コンベヤシステム１２は、加工領域を通りコンテナ１４を運ぶ。上記に述べたように、少なくともコンテナ１４の一部は光学的に透明である。表記されたコンベヤシステムは、それぞれが一定間隔で配置されサポート足２０ａ、２０ｂを持つ振動防止ベースメンバー１９ａ、１９ｂによりそれぞれサポートされたスプロケット滑車１８ａ、１８ｂの周りを連続して移動するスプロケット化したベルト１６を含む。加工領域を通して、２２を軌跡しコンテナ１４のガイドパスを提供する光学的にフラットなガラスは、ベースメンバー２１ａ、２１ｂ及びサポート足２３ａ、２３ｂで自身がサポートされる。

むろん機械設計の芸術は、前もって定義した移動パスに沿ってコンテナを運ぶために、多くの等価構造を含む。また、そのような等価構造は全てこの発明の範囲内である。フェムト秒パルスレーザは２４で示され、ピコ秒パルスレーザは２６で表される。フェムト秒パルスレーザ２４と関連付けられた空間光変調（ＳＬＭ）投射システムは２８で示され、投射光学で照射されたフェムト秒パルスレーザ２４は３０で示される。

ＳＬＭ投射システム２８で投射されたフェムト秒パルスレーザイメージは、３２で示される。これらのイメージはイメージ源光としても参照される。３４で示されたピコ秒パルスレーザの平面シートは、２６で示すピコ秒パルスレーザにより照射され３５で示す光学のシートで形成される。

イメージ３２がシート３４に出会う同期したレーザパルスが出会う交差点は、３６で示される。交差点３６は加工領域である。薄い磁石３８は、斜面に配置され加工領域３６と交差する。図４および５の中で図式で示された構造は、磁石３８がこの具体化の中で提供されない点で図１〜３の構造と異なる。

他のすべての点で、構造は参照数字（図１〜５に共通である）によって示されるのと同様である。３番目の具体例は、図６及び７に示す。機能部品の大半は共通参照番号で示すように、初めの２つの具体例と同一である。しかしながら、光反応性物質を含む明らかに小さなコンテナ１４に変わり、ラージバット４０は前述の素材を含む。

垂直上昇プラットホーム４２は、前述の大きい大タンクの中に置かれ、そして、適当な手段は、発明的な方法が実行されるとき、加工領域３６の垂直な高さに対応する増分における前述のプラットホーム４２を上げるために提供される。バット４２は、前述バットの外側のバット４２のベースにたいして正しい角度に配置された堅いアーム４４、４６を含むデュアル軸変換システムによりサポートされる。Ｘ軸を伴うバット４２の変換は、アーム４４、アーム４６によるｙ軸、そして垂直上昇プラットフォーム４２によるｚ軸で制御される。Ｚ軸は図７のペーパ面に垂直である。この方法では、コンピュータ制御で前述軸と共にバット４０が変換されるように、光反応性物質は加工領域３６を通り移動される。

上で述べられた利点、先の記述から明白になったものは効率的に達成されると見られる、そして本発明の範囲から逸脱せずに、ある変更は上記構造で行われる場合があるので、以降の記述に含まれているか、または添付図面に示されたすべての件は、実例として解釈すべきであり、制限する意味合いではない。

また以下の主張は、ここに述べる発明の一般的で特定の特徴の全てをカバーすることを目的とすると理解される。そして言語の問題として、発明の範囲のすべてのステートメントは、その間に落ちると言われるかもしれない。そして今、本発明が記述された。

Claims

コンピューターモデルから直接３次元微細構造を製造する方法であって、
少なくとも一部は光学的に透明であるコンテナを提供する工程と、
光反応性物質がレーザー光によりアクセス可能になるように、前記コンテナ内に前記光反応性物質を設置する工程と、
前記光反応性物質を非縮退二光子吸収により修正する工程と
を有する方法。
請求項１記載の方法において、前記修正する工程は、パターンに従って前記光反応性物質の凝固を生成するパターン修正を含むものである。
請求項１記載の方法において、前記修正する工程は、パターンに従って前記光反応性物質の非凝固を生成するパターン修正を含むものである。
請求項１記載の方法において、前記修正する工程は、パターンに従って前記光反応性物質の屈折率の変更を生成するパターン修正を含むものである。
請求項１記載の方法において、この方法は、さらに、
制御可能な画素素子の配列を提供する工程と、
前記画素素子の配列が非縮退二光子吸収の重合作用を誘発する選択された波長を有するパルスパターン光源光を生成するため、前記画像素子上にフェムト秒レーザーパルスを照射てる工程と、
前記パルスパターン光源光を投射するための第１の光投射システムを提供する工程と、
前記非縮退二光子吸収の重合作用を誘発する選択された波長を有するパルスレーザー光を提供する工程と、
前記パルスレーザー光を投射するための第２の光投射システムを提供する工程と、
前記パルスパターン光源光とパルスレーザー光とを同期させる工程と、
前記パルスパターン光源光が前記コンテナの光学的に透明な部分を通って前記光反応性物質の中へ伝播して当該光反応性物質の内部で集束するように、前記パルスパターン光源光を照射する工程と、
第１の薄いフラットシート状光源光を形成する工程と、
ピコ秒パルスレーザー光を照射させ、前記画素素子の配列からの前記フラットで薄いシート状パルスパターン光源光と交差するフラットで薄いシート状レーザー光の中へ前記ピコ秒レーザーパルスを集束させる工程であって、前記交差点は加工領域を生成するものであり、前記交差するシート状光が重畳するそれぞれの焦点面を有するものであり、前記フラットで薄いシート状レーザー光は前記投射源に垂直な前記フラットで薄いシート状パルスパターン光源光と交差することにより、前記光反応性物質の事前に選択された領域は前記加工領域で硬化するものである、前記集束させる工程と、
前記交差する焦点面を介して、前記コンテナを形成している材料および前記光反応性物質の臨界角より小さい角度に前記光反応性物質を具備するコンテナを移動させる工程と
を有し、
これにより、事前に選択されたエネルギーの２つの異なる波長で動作する同期した重畳パルスは、前記光反応性物質内の前記加工領域に非縮退二光子吸収を達成するのに必要な複合エネルギー要件を満たすものである。
請求項１記載の方法において、この方法は、さらに、
フィードバック速度監視センサを用いて前記加工領域を介して前記コンテナのリアルタイム速度を監視する工程を有するものである。
請求項６記載の方法において、この方法は、さらに、
前記制御可能な画素素子から投射された各イメージパターンに関する電子データを送信する工程と、前記フィードバック速度監視センサから取得された速度フィードバックデータに従って、前記制御可能な画素配列のリフレッシュレートを抑制するためのコンピュータ制御システムを提供する工程と有するものである。
請求項６記載の方法において、この方法は、さらに、
前記フィードバック速度監視センサから取得された速度フィードバックデータに従って、前記コンベヤ速度を変更するためのコンピュータ制御システムを提供する工程を有するものである。
請求項６記載の方法において、この方法は、さらに、
前記フィードバック速度監視センサから取得された速度フィードバックデータに従って、レーザの繰返し率、光路長、および前記制御可能な画素配列を制御するためのコンピュータ制御システムを提供する工程を有するものである。
請求項６記載の方法において、この方法は、さらに、
３次元コンピュータモデルデータの一連の断面（スライス）を前記制御可能な画素素子と互換性のある一連の２次元イメージファイルの中へ抽出するためのコンピュータ実行可能プログラムを提供する工程を有するものである。
請求項１０記載の方法において、この方法は、さらに、
前記３次元コンピュータモデルファイルから抽出された前記一連の２次元イメージファイルを前記制御可能な画素素子に連続的に送信する工程であって、これにより前記コンピュータモデルファイルの断面（スライス）を前記光反応性物質の中へ投射することが可能になり、前記光反応性物質は当該光反応性物質の光反応硬化時間および前記リアルタイム速度フィードバックデータにより決定された速度で前記加工領域を介して変形するものである、前記送信する工程を有するものである。