(57)【要約】  本発明は、離散的であり、かつ、空間的に互いに固定されて配置された一定の個数のイメージ形成エレメント（ピクセル）から形成されるマスクが所定の分解能を有するイメージ形成ユニットによって生成され、マスク照明を用いる電磁照射の適用下で固化可能な材料の層別固化により３次元物体を製造するプロセス又は装置に関する。サブピクセルレンジで層別に生成されるべき物体の断面領域の外側輪郭及び内側輪郭に沿って分解能を改善するため、イメージ／コンストラクション平面内のサブピクセルレンジで相互にシフトされた多数のイメージの系列により構成された複数の照明が層毎に実行され、別個のマスク／ビットマップがシフトされたイメージ毎に生成される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離散的であり、かつ、互いに固定されて空間的に配置された一定の個数のイメージ形成エレメント（ピクセル）から形成されるマスクが所定の分解能を有するイメージ形成ユニットによって生成され、マスク照明を用いる電磁照射の作用によって固化可能な材料の層別固化により３次元物体を製造するプロセスにおいて、
層別に生成されるべき上記物体の断面領域の外側輪郭及び内側輪郭に沿ってサブピクセルレンジで分解能を改善するため、
イメージ／コンストラクション平面内の上記サブピクセルレンジで相互にシフトされた多数のイメージの系列により構成された複数の照明が、層毎に実行され、別個のマスク／ビットマップが、シフトされたイメージ毎に生成されることを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記イメージ形成ユニットが、離散的であり、かつ、２次元マトリックス状に互いに空間的に配置されている一定の個数のイメージ形成エレメント（ピクセル）で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
上記サブピクセルレンジで相互にシフトされた少なくとも２個のイメージの系列が、上記イメージ形成ユニットの上記分解能に対応して、対応するサブピクセルシフトを考慮して、上記イメージ／コンストラクション平面内で実行されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項４】
３次元物体の断面領域から上記ビットマップを生成するため、
上記断面領域、すなわち、外側輪郭及び内側輪郭が、ラスター化された領域（ビットマップ）による技術的イメージ処理によって重ね合わされたベクトルトレイルによって画定され、その分解能が上記イメージ形成ユニットにおける上記離散的なエレメント（ピクセル）の分解能、したがって、上記コンストラクション平面内のイメージと正確に一致し、上記ベクトルトレイルと上記ビットマップの重ね合わせが上位に順序付けられたＸＹ座標系で行われ、ラスター化されたマスクの形式で上記断面領域を画定するためにアクティブピクセルが特定のアルゴリズムにより計算されることを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
３次元物体の各断面領域のマスク生成（ビットマッピング）が開始位置及びＸＹ方向に上記サブピクセルレンジで変位（シフト）された様々な状態で実行され、ピクセルシフトに対応する輪郭部分で改良された分解能を有する全イメージが断面領域毎のビットマップの重ね合わせによって得られることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
上記断面領域に対しデルタＸずつシフトされたビットマップが生成され、新しいアクティブピクセルの分布が得られることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
上記断面領域に対し上記サブピクセルレンジでデルタＹずつシフトされたビットマップが生成され、新しいアクティブピクセルの分布が得られることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
上記断面領域に対しデルタＸ及びデルタＹずつピクセル対角方向にシフトされたビットマップが生成され、新しいアクティブピクセルの分布が得られることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
個別の層の全照明が上記サブピクセルレンジでシフトされた上記マスク／ビットマップの部分照明の合計から得られることを特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
上記物体の層毎に、ＸＹで異なるサブピクセルシフトを有する多数のマスク又はビットマップが生成され、硬化されるべき層毎に連続的に照明される、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
開始位置の上記ビットマップ及びピクセル対角の半分ずつの斜めシフトの上記ビットマップだけが生成され、その後、硬化されるべき層毎に照明されるように、分解能改善のための簡略化されたプロセスが実現されることを特徴とする、請求項１〜６、８及び９のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１２】
上記材料層を選択的に硬化する目的のため上記サブピクセルレンジでシフトされるように生成された上記コンストラクション平面内の上記ラスター化されたマスク／ビットマップのシフトされたイメージに対し、上記イメージ／コンストラクション平面内の上記サブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、上記イメージ形成ユニットがシフトされたビットマップ毎に傾けられることを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
上記材料層を選択的に硬化する目的のため上記サブピクセルレンジでシフトされるように生成された上記コンストラクション平面内の上記ラスター化されたマスク／ビットマップのシフトされたイメージに対し、上記イメージ形成ユニットが、シフトされたビットマップ毎に、上記イメージ／コンストラクション平面と平面的に平行であるＸ及びＹ方向の対応するサブピクセルレンジでシフトされることを特徴とする、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１４】
上記材料層を選択的に硬化する目的のため上記サブピクセルレンジでシフトされるように生成された上記コンストラクション平面内の上記ラスター化されたマスク／ビットマップのシフトされたイメージに対し、イメージ形成投影ユニットがその所定の位置に固定されたまま、上記投影ユニットのイメージング光学系が、上記イメージ／コンストラクション平面内の上記サブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、シフトされたビットマップ毎に傾けられることを特徴とする、請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１５】
上記材料層を選択的に硬化する目的のため上記サブピクセルレンジでシフトされるように生成された上記コンストラクション平面内の上記ラスター化されたマスク／ビットマップのシフトされたイメージに対し、上記イメージ形成投影ユニットがその所定の位置に固定されたまま、上記投影ユニットのイメージング光学系が、上記イメージ／コンストラクション平面内の上記サブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、シフトされたビットマップ毎にＸＹ方向にシフトされることを特徴とする、請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１６】
上記材料層を選択的に硬化する目的のため上記サブピクセルレンジでシフトされるように生成された上記コンストラクション平面内の上記ラスター化されたマスク／ビットマップのシフトされたイメージに対し、上記コンストラクション平面内の投影されたイメージがＸ及びＹ方向に上記対応するサブピクセルレンジでシフトされるように、上記投影ユニットがアクチュエータによってビットマップ毎に傾けられることを特徴とする、請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１７】
上記材料層を選択的に硬化する目的のため上記サブピクセルレンジでシフトされるように生成された上記コンストラクション平面内の上記ラスター化されたマスク／ビットマップのシフトされたイメージに対し、カルダン方式で搭載された透過型面平行プレートが上記投影ユニットと上記イメージ／コンストラクション平面との間に配置され、このプレートが、上記イメージ／コンストラクション平面と平行な平面にある２軸（ＸＹ）周りの回転を用いて、投影ビームパス、したがって、上記イメージ／コンストラクション平面内の上記イメージを、Ｘ及びＹ方向に上記サブピクセルレンジでシフトさせることを特徴とする、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１８】
上記材料層を選択的に硬化する目的のため上記サブピクセルレンジでシフトされるように生成された上記コンストラクション平面内の上記ラスター化されたマスク／ビットマップのシフトされたイメージに対し、透過型面平行プレートが上記投影ユニットと上記イメージ／コンストラクション平面との間に配置され、このプレートが、ピクセル対角に平行な軸周りの回転を用いて、投影ビームパス、したがって、上記イメージ／コンストラクション平面内の上記イメージを、それに直交する上記ピクセル対角方向に上記サブピクセルレンジでシフトさせることを特徴とする、請求項１〜１７のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１９】
上記材料層を選択的に硬化する目的のため上記サブピクセルレンジでシフトされるように生成された上記コンストラクション平面内の上記ラスター化されたマスク／ビットマップのシフトされたイメージに対し、上記投影ユニットがその所定の位置に固定されたまま、上記投影ビームがミラーによって上記イメージ／コンストラクション平面へ偏向させられ、上記偏向ミラーに調整可能部（カルダン方式サポート）が設けられ、上記サブピクセルレンジの上記イメージのシフトが上記イメージ／コンストラクション平面内で実現されるように、上記調整可能部により上記投影ビームがシフトされたビットマップ毎に偏向させられることを特徴とする、請求項１〜１８のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２０】
輪郭部分の個別のビットマップのサブピクセルシフトによる輪郭ピクセルの部分的な重なり合いに起因する部分的な照明を補償するため、層の硬化レベルに選択的に影響を与え、それによって、領域ピクセルの光出力に対する輪郭ピクセルの光出力を高めるように、ピクセル毎の投影された光出力が投影マスク内のグレイスケーリングによって変化させられることを特徴とする、請求項１〜１９のうちいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２１】
ライン又はマトリックスの何れかによって具体化された選択的な照明のためのラスター化されたイメージ形成ユニットを備え、硬化のため必要な照射がイメージ／コンストラクション平面内でイメージ化されるように、マスク照明を用いる電磁照射の適用下で固化可能な材料の層別固化により３次元物体を製造する装置において、
上記イメージ形成ユニットが、個別の画像ドット（ピクセル）からイメージを作り、したがって、ピクセルが互いに相対的に固定されて平面内に配置されているラスター化されたマスク（ビットマップ）を形成し、
サブピクセルレンジで相互にシフトされた多数のイメージの系列が作成されるように、上記イメージ形成ユニット、及び／又は、上記イメージ形成ユニットと上記イメージ／コンストラクション平面との間に設けられたイメージング光学系が設計され、別個のマスク／ビットマップがシフトされたイメージ毎に生成されることを特徴とする装置。
【請求項２２】
選択的な照明のための前記イメージ形成ユニットがマトリックスによって具体化されることを特徴とする、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
サブピクセルレンジで相対的にシフトされた少なくとも２個のイメージの系列が上記イメージ／コンストラクション平面内に作成されることを特徴とする、請求項２１又は２２記載の装置。
【請求項２４】
前記イメージ形成ユニットが投影ユニットであることを特徴とする、請求項２１〜２３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記イメージ形成ユニットがイメージ形成のための離散的に放射するエレメントを有するライン、特に、マトリックスであることを特徴とする、請求項２１〜２４のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
上記サブピクセルレンジでＸＹ方向に、上記イメージ／コンストラクション平面に対して面平行の方法で、部分イメージ毎に上記イメージ形成ユニット全体をシフトさせるため、アクチュエータが設けられていることを特徴とする、請求項２１〜２５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
上記イメージ／コンストラクション平面内でシフトさせて生成された個別のビットマップが上記サブピクセルレンジでシフトしてイメージ化されるように、シフトさせて生成されたビットマップ毎に上記イメージ形成ユニットを傾けるアクチュエータが設けられていることを特徴とする、請求項２１〜２６のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
ビームパスがイメージ面に偏向され、上記イメージ／コンストラクション平面内でシフトされて生成された個別のビットマップが上記サブピクセルレンジで対応してシフトされてイメージ化されるように、上記イメージ形成ユニットと上記イメージ／コンストラクション平面との間に、イメージング光学系としてミラーが配置され、カルダン方式で搭載され、アクチュエータによって回転されることを特徴とする、請求項２１〜２７のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
ビームパスが、上記イメージ／コンストラクション平面内でシフトされて生成された個別のビットマップが上記サブピクセルレンジで対応してシフトされてイメージ化されるように、上記イメージ形成ユニットと上記イメージ／コンストラクション平面との間に、イメージング光学系として相互に面平行である表面を有する透過型プレートが配置され、１台以上のアクチュエータを用いて傾けられることを特徴とする、請求項２１〜２８のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
上記イメージ形成投影ユニットがその所定の位置に固定されたまま、
上記イメージ／コンストラクション平面内で上記サブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、イメージング光学系がアクチュエータによって上記イメージ形成ユニットのサブピクセルレンジでＸＹ方向にシフトされることを特徴とする、請求項２１〜２６のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
上記イメージ形成投影ユニットがその所定の位置に固定されたまま、
上記イメージ／コンストラクション平面内で上記サブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、イメージング光学系が傾けられることを特徴とする、請求項２１〜２６のうちいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージ／コンストラクション面内の分解能がサブピクセルレンジで改善された一定の分解能を有するラスターイメージ形成ユニットを用いるマスク照明による光硬化材料の層別固化によって３次元物体を製造するプロセス及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
「光硬化」材料からの３次元物体の層別コンストラクションに関して、種々のプロセスが文献に記載されており、この点で、Ｍａｒｓｈａｌｌ  Ｂｕｒｎｓによる“Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ−Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”、１９９３（ＩＳＢＮ  ０−１３−１１９４６２−３）を参照されたい。
【０００３】
本発明は、マスク内の最小物理分解能がピクセルのサイズによって与えられ、生成されるべき層がラスターマスクを用いる照明に基づいているプロセスに関係する。
【０００４】
これまでに知られている候補は、特に、
ａ）（ＤＬＰ（登録商標）／ＤＭＤ（登録商標）、ＬＣＤ、ＩＬＡ（登録商標）などに基づく）投影ユニット
ｂ）（反射型、透過型）ＬＤ−ディスプレイ
ｃ）（層上のＸＹ平面内で動かされる）ＬＥＤ又はレーザーダイオードのライン／マトリックス
ｄ）ＭＥＭテクノロジーに基づいて（層上のＸＹ平面内で動かされる）ライン又はマトリックス（ライトバルブ）
による照明である。
【０００５】
これらの方法のうちの一部は以下の特許に記載されている。
【０００６】
Ｄｉｃｏｎｓ  ＡＳ（ＤＫ）によるＩＰＣ：Ｂ２９Ｃ６７／００  “Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ”（出願）
【０００７】
Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．による米国特許第００５２４７１８０Ａ号  “Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｕｓｅ”、１９９３年９月
【０００８】
ＳＲＩ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌによる米国特許第００５９８０８１３Ａ号  “Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ”、１９９９年１１月
【０００９】
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ＫａｒｌｓｒｕｈｅのＲｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｋによる独国実用新案ＤＥ  Ｇ  ９３  １９  ４０５．６  “Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  （ｍｏｄｅｌ）  ａｃｃｏｒｄｉｎｇ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ”、１９９３年１２月
【００１０】
類似したプロセスによるマイクロ技術的な３次元構成部品を生成するための適用は、Ｄｅｌｔａｍｅｄ外による実用新案第ＤＥ  ２９９  １１  １２２  Ｕ１号  “Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ”、１９９９年６月に開示されている。
【００１１】
Ｅｎｖｉｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＧｍｂＨによるＰＣＴ出願０２  ００８  ０１９．８  “Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ”、２００２年４月。
【００１２】
米国特許第６，１８０，０５０号は、３次元物体の製造における層別固化のリニアスキャン技術について記載する。分解能は、Ｙ方向に変位させられた光ファイバのアレイを有する照明ヘッドをＸ方向にスキャンすることにより高められる。
【従来技術の問題点】
【００１３】
上記のプロセスはいずれも、硬化されるべき材料層の分解能がイメージ形成プロセスの分解能に直接依存する。
【００１４】
投影プロセスを用いると、中間配置された光学系が投影される層又は固化可能な層のスケールをさらに決定する。
【００１５】
イメージ／コンストラクション平面内の面積単位当たりの分解能は、このようにして、ａ）イメージ形成ユニット又はピクセルと呼ばれる最小エレメントの分解能及びピクセルピッチと呼ばれるそれらの相対的な相互距離、ならびに、ｂ）投影倍率に依存する。
【００１６】
したがって、構成部品の表面粗さは、１ボクセル（体素）の最小体積単位によって決定され、ボクセルのサイズは投影されたＸＹ内のピクセル面積とＺ方向の層厚とで構成される。層厚の分解能は、サポートプラットフォームを移動するために、Ｚ方向におけるアクチュエータの最小分解能（ステップレベル）によって規定される。この結果、既に１桁のμｍのレンジまで低下した分解能が達成可能である。構成部品のさらに低い表面粗さが実現されるべきであるならば、投影フィールドと、同時にピクセル領域の幅が小型化されなければならない。
【００１７】
一例として、マルチメディアプロジェクタの投影ｍ．Ｈ．について本明細書に記載すると、解像度がＸＧＡ（１０２４×７６８画像ドット）であり、ピクセルが１７μｍ、かつ、ピクセルピッチが１７．９μｍであり、投影光学系の倍率が１５である２７５ｍｍ×２０６ｍｍの投影では、イメージ／コンストラクション平面内、よって、固化されるべき層内で約１００ｄｐｉの解像度を実現し、これは投影平面内で約０．２５４ｍｍ×０．２５４ｍｍのピクセルサイズに対応する。
【００１８】
例えば、同一のコンストラクション面積を維持したままでイメージ／コンストラクション平面内で分解能を２倍にするため、投影プロセスにおいて、投影／増倍率を半分にすること（すなわち、面積を４分の１にすること）が提案され、４個の部分平面の照明のため、投影ユニット全体又はコンストラクション空間の何れかを相互に平行にシフトすることが提案される。
【００１９】
このプロセスは、比較的大きい質量が、正確な迫持と部分平面の接近した接続とを保証するために、互いに向かって非常に厳密に動かされるべきであり、すなわち、かなりの経費の支出と、要求される機構のための配置全体に余分な空間が必要になる、という重大な欠点がある。
【００２０】
ＬＥＤ又はレーザーダイオードのライン／マトリックスのｍ．Ｈ．をスキャンすることによる選択的な直接照明又は透過型ＬＣＤにより形成されたマスクによる直接照明を用いて、コンストラクション平面内の分解能はイメージ形成ユニットの分解能に等しい。
【発明の目的】
【００２１】
本発明の目的は、
ａ）一体的に組み立てられるべき平行した領域において照明を実行する必要なしに、かつ、
ｂ）ラスターイメージ形成ユニット自体の分解能を高めることなく、
サブピクセルレンジにおいて何倍にも、すなわち、物体の断面平面における外側輪郭及び内側輪郭のラスタリングを精緻化するため、同一の広いコンストラクション面積を維持したまま、コンストラクション平面内の分解能を上げるプロセス又は装置を提供することである。
【目的の解決手段】
【００２２】
この目的は、請求項１の特徴を伴うプロセス又は請求項２１の特徴を伴う装置によって解決される。本発明のプロセス又は本発明の装置の好ましい実施形態は従属請求項に記載されている。
【発明とその利点の説明】
【００２３】
本発明のプロセス又は本発明の装置を用いることにより、イメージ／コントラスト平面内の分解能は「ピクセルシフト」と用いてサブピクセルレンジで改善される。
【００２４】
特に、本発明は、（リニア）スキャン技術による従来の層別固化ではなく、マスク投影による材料の固化を用いる（特に、フォトポリマー化を用いる）３次元物体又はコンストラクションエレメントの製造のための層別固化を取り扱う。これは、本発明によれば、ラスター及び／又は分解能が、例えば、設定されたマイクロミラーアレイを用いてプリセットされ、イメージ生成エレメントとして２次元的に設定されたアレイを使用して非常に効率的かつ有利に実行される。
【００２５】
キャノンによるＶＡＲＯＳ（可変屈曲光学系）及びエプソンによる「ダブルＣＣＤ」と呼ばれるスキャン技術と比べると、サブピクセルレンジで相互にシフトされたイメージの読み取り及び重なりの原理は、ラピッドプロトタイピングのラスターイメージ形成プロセスのため本発明において使用される。
【００２６】
ラスター化されたイメージ形成ユニット自体の画像ドットの分解能又は個数は、コンストラクション平面内の分解能の改善を実現するために増加させる必要がない。
【００２７】
分解能の向上のため、照明は、相応して小型化され、隣接して配置された部分領域では行われず、それによって、領域全体のコンストラクション／照明周期は、部分領域の個数分だけ増加され、むしろ、投影／照明はコンストラクション領域全体で行われる。
【００２８】
サブピクセルレンジで相互にシフトされたイメージの重なりが生じるので、領域全体のコンストラクション／照明周期は実質的には増加しない。
【００２９】
コンストラクション平面内の分解能改善のレベルは自由に選択できる。
【図面と発明の好ましい実施形態の説明】
【００３０】
本発明は、図面を用いて、例示的に、限定的にではなく、以下で詳細に説明される。
【００３１】
図１は、投影ユニット１が存在し、光硬化材料４が取り付けられた台６の上に、イメージ形成光学系２を備え、物体３が台６の範囲内で垂直方向に移動させられるサポートプレート５上で層別に固化し、マスク投影８を用いる光硬化材料４の層別硬化によって３次元物体３を生成する基本装置を概略的に示す。マスク照明を用いる光硬化に基づくプロセスでは、硬化のため必要な照射はイメージ／コンストラクション平面７に投影される。照明は、マトリックスの形式で形成されたラスターイメージ形成ユニットを用いて実行される。イメージは、このようにして、単一画像ドット（ピクセル）で構成され、したがって、ラスターマスク（ビットマップ）を形成し、ピクセルは特に平面内で相互に固定された方法で配置される。
【００３２】
簡単な例として、図８〜１２は、開始位置（図８）及びサブピクセルレンジで変位（シフト）させられたビットマップの様々な状態（図９〜１１）における３次元物体の断面領域のマスク生成（ビットマッピング）の原理と、さらにすべてのビットマップの重なり合い（図１２）を示す。
【００３３】
断面領域、すなわち、外側輪郭及び内側輪郭は、ラスター領域（ビットマップ１２）が重ね合わされたセクター状トレイル１１によって規定され、ラスター領域の分解能は、イメージ形成マトリックスによって形成された投影イメージ８内の離散的なエレメント（ピクセル）の分解能に対応する。ベクトルトレイル１１及びビットマップ１２は、このように、上位に順序付けられたＸＹ座標系１０内に存在する。図８は開始位置におけるビットマップを示す。特殊なアルゴリズムを用いて、開始位置におけるビットマップ１２内の断面領域を記述するアクティブピクセル１３が計算される。
【００３４】
図９では、ビットマップ１４は、断面領域に対してサブピクセルレンジの範囲内でデルタＸずつシフトされ、それによって、新しいアクティブピクセル１５の分布が生成される。
【００３５】
図１０は、アクティブピクセル１７を伴う断面領域に対するビットマップ１６のデルタＹずつのシフトを示す。
【００３６】
図１１は、アクティブピクセル１９を伴う断面領域に対するビットマップ１８のデルタＸ及びデルタＹずつの斜めシフトを示す。
【００３７】
図１２において、すべてのビットマップ１２、１４、１６及び１８は、それらのアクティブピクセル１３、１５、１７及び１９と共に、重ね合わせて示され、それによって、断面領域の（外側）輪郭部における分解能改善が明らかに顕著である。
【００３８】
分解能改善のための簡略化されたプロセスは、開始位置のビットマップ１２（図８）と斜めシフトのビットマップ１８（図１１）だけが重ね合わされる手段によって実現される。この場合、ビットマップ又はイメージは、ピクセルの対角線に沿って一方向にシフトされるだけでよい。
【００３９】
各物体層に要求される分解能改善に応じて、異なるサブピクセルシフトを有する複数の（少なくとも２個の）マスク又はビットマップが生成され、重ね合わされる。
【００４０】
各物体／材料層の別々にシフトされ、重ね合わされた照明を用いて（本明細書では、ビットマップ１２、１４、１６、１８を用いて）、外側輪郭及び内側輪郭の位置におけるＸＹ方向の解像度改善が実現される。コンストラクション平面内でのイメージのそれぞれのサブピクセルシフトを実現するために、以下の種々の実施形態について説明される。
【００４１】
１）図２では、イメージ形成ユニット１は、イメージ／コンストラクション平面の範囲内でサブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、シフトされたビットマップ毎に傾けられる。
【００４２】
２）図３では、イメージ形成ユニット１は、シフトされたビットマップ毎に、アクチュエータを用いて、イメージ／コンストラクション平面と平面的に平行であるX及びＹにおいて対応するサブピクセルレベルによってシフトされる。
【００４３】
３）図４では、イメージ形成投影ユニットはその所定の位置に維持される。イメージング光学系２は、イメージ／コンストラクション平面の範囲内でサブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、シフトされたビットマップ毎に傾けられる。
【００４４】
４）図５では、イメージ形成投影ユニットはその所定の位置に維持される。イメージング光学系２は、イメージ／コンストラクション平面の範囲内でサブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、ＸＹ内でシフトされたビットマップ毎に動かされる。
【００４５】
５）光学誤差（角度誤差、歪み）を小さく保つため、イメージウォードテレセントリック照射パス、イメージウォード近似テレセントリック照射パス及び長い焦点距離を有する望遠対物レンズによってイメージングする特殊なケース：
ａ）図５では、投影ユニット１は、イメージ／コンストラクション平面７内の投影イメージ８が対応するサブピクセルレンジでＸ及びＹ方向にシフトされるように、シフトされたビットマップ毎にアクチュエータによって傾けられる。
ｂ）図６では、カルダン方式で搭載された透過型面平行プレート９（ガラスプレート）が投影ユニット１と、イメージ／コンストラクション平面７内のイメージとの間に配置され、このプレートは投影照射パス８を、したがって、イメージ／コンストラクション平面７内のイメージを、イメージ／コンストラクション平面と平行な平面に位置する２軸（ＸＹ）周りの回転を用いて、サブピクセルレンジでＸ及びＹ方向にシフトさせる。
ｃ）図７では、投影ユニット１はその所定の位置に固定されたままである。投影ビーム８は、ミラー１０によってイメージ／コンストラクション平面７へ偏向させられる。偏向ミラー１０は調整可能性（カルダン方式サポート）が設けられ、それによって投影ビームは、イメージ／コンストラクション平面７内のイメージのサブピクセルレンジのシフトが実現されるように、シフトされたビットマップ毎に偏向させられる。
【００４６】
上記の実施形態１）〜５）又はａ）〜ｃ）は、別々に、又は、互いに組み合わされて実現される。
【００４７】
マスク投影のため必要な各々の個別の層のビットマップは、それぞれの物体セクションの外側輪郭及び内側輪郭がベクトルトレイルに表現されている（例えば、データフォーマットＣＬＩで定義されている）層データから生成される。
【００４８】
このため、ベクトルトレイルのビットマップフォーマットへの変換（ビットマッピング）を実行する特定のＳＷが使用される。
【００４９】
ＸＹにおけるサブピクセルシフト毎に、別個のビットマップは、（サブピクセルレンジの）ＸＹにおけるそれぞれのシフト−オフセットを用いて層データの（外側輪郭及び内側輪郭に関する）ベクトルのＸＹ座標を変換し、このようにして、シフト毎の新しいアクティブピクセルの分布を計算することによって生成される。
【００５０】
投影されたピクセル毎の光出力は、ある層の硬化レベルに選択的に影響を与えるため、投影マスク内の「グレイスケーリング」によって変化させられ得る。このことは、輪郭のそれぞれのピクセルの部分的な重なり合いだけがここでは個々のビットマップ上でのサブピクセルシフトに起因して生成されるので（輪郭の範囲内の領域では、各々の個別のビットマップのピクセルの完全な重なり合いが保証される）、輪郭のピクセルの光出力を高めるために特に重要である。
【００５１】
サブピクセルによってシフトされたセクションイメージの投影／重ね合わせを行うとき、光出力又は照明強度のほぼ均一な分布が、特に、グレイスケーリングマスクの合計により、投影された領域構造の輪郭に沿って、グレイスケーリングの重ね合わせを用いて実現される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による３次元物体を生成する基本装置を概略的に示す。
【図２】イメージ／コンストラクション平面の範囲内でサブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるようにシフトされた状態を示す。
【図３】イメージ／コンストラクション平面と平面的に平行であるX及びＹにおいて対応するサブピクセルレベルによってシフトされた状態を示す。
【図４】イメージ形成投影ユニットはその所定の位置に維持されるが、イメージング光学系は、イメージ／コンストラクション平面の範囲内でサブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるようにシフトされた状態を示す。
【図５】イメージ形成投影ユニットはその所定の位置に維持されるが、イメージング光学系は、イメージ／コンストラクション平面の範囲内でサブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるようにＸＹ内でシフトされた状態を示す。
【図６】イメージ／コンストラクション平面内のイメージを、イメージ／コンストラクション平面と平行な平面に位置する２軸（ＸＹ）周りの回転を用いて、サブピクセルレンジでＸ及びＹ方向にシフトさせた状態を示す。
【図７】投影ユニットはその所定の位置に固定されたままであるであるが、投影ビームは、ミラーによってイメージ／コンストラクション平面へ偏向させた状態を示す。
【図８】開始位置におけるビットマップを示す。
【図９】断面領域に対してサブピクセルレンジの範囲内でデルタＸずつシフトされ、それによって、新しいアクティブピクセルの分布が生成された状態を示す。
【図１０】アクティブピクセルを伴う断面領域に対するビットマップのデルタＹずつのシフトを示す。
【図１１】アクティブピクセルを伴う断面領域に対するビットマップのデルタＸ及びデルタＹずつの斜めシフトを示す。
【図１２】図８〜図１１のビットマップを重ね合わせて示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月10日(2007.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離散的であり、かつ、互いに固定されて空間的に配置された一定の個数のイメージ形成エレメント（ピクセル）から形成されるマスクが所定の分解能を有するイメージ形成ユニットによって生成され、マスク照明を用いる電磁照射の作用によって固化可能な材料の層別固化により３次元物体を製造するプロセスにおいて、
層別に生成されるべき上記物体の断面領域の外側輪郭及び内側輪郭に沿ってサブピクセルレンジで分解能を改善するため、
イメージ／コンストラクション平面内の上記サブピクセルレンジで相互にシフトされた多数のイメージの系列により構成された複数の照明が、層毎に実行され、別個のマスク／ビットマップが、シフトされたイメージ毎に生成されることを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記イメージ形成ユニットが、離散的であり、かつ、２次元マトリックス状に互いに空間的に配置されている一定の個数のイメージ形成エレメント（ピクセル）で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
上記サブピクセルレンジで相互にシフトされた少なくとも２個のイメージの系列が、上記イメージ形成ユニットの上記分解能に対応して、対応するサブピクセルシフトを考慮して、上記イメージ／コンストラクション平面内で実行されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
請求項１に記載のプロセスを実行するために適した、３次元物体の断面領域から上記ビットマップを生成するためのプロセスであって、
上記断面領域、すなわち、外側輪郭及び内側輪郭が、ラスター化された領域（ビットマップ）による技術的イメージ処理によって重ね合わされたベクトルトレイルによって画定され、その分解能が上記イメージ形成ユニットにおける上記離散的なエレメント（ピクセル）の分解能、したがって、上記コンストラクション平面内のイメージと正確に一致し、上記ベクトルトレイルと上記ビットマップの重ね合わせが上位に順序付けられたＸＹ座標系で行われ、ラスター化されたマスクの形式で上記断面領域を画定するためにアクティブピクセルが特定のアルゴリズムにより計算されることを特徴とするプロセス。
【請求項５】
３次元物体の各断面領域のマスク生成（ビットマッピング）が開始位置及びＸＹ方向に上記サブピクセルレンジで変位（シフト）された様々な状態で実行され、ピクセルシフトに対応する輪郭部分で改良された分解能を有する全イメージが断面領域毎のビットマップの重ね合わせによって得られることを特徴とする、請求項１又は４に記載のプロセス。
【請求項６】
上記物体の層毎に、ＸＹで異なるサブピクセルシフトを有する多数のマスク又はビットマップが生成され、硬化されるべき層毎に連続的に照明される、請求項１又は４に記載のプロセス。
【請求項７】
輪郭部分の個別のビットマップのサブピクセルシフトによる輪郭ピクセルの部分的な重なり合いに起因する部分的な照明を補償するため、層の硬化レベルに選択的に影響を与え、それによって、領域ピクセルの光出力に対する輪郭ピクセルの光出力を高めるように、ピクセル毎の投影された光出力が投影マスク内のグレイスケーリングによって変化させられることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
ライン又はマトリックスの何れかによって具体化された選択的な照明のためのラスター化されたイメージ形成ユニットを備え、硬化のため必要な照射がイメージ／コンストラクション平面内でイメージ化されるように、マスク照明を用いる電磁照射の適用下で固化可能な材料の層別固化により３次元物体を製造する装置において、
上記イメージ形成ユニットが、個別の画像ドット（ピクセル）からイメージを作り、したがって、ピクセルが互いに相対的に固定されて平面内に配置されているラスター化されたマスク（ビットマップ）を形成し、
サブピクセルレンジで相互にシフトされた多数のイメージの系列が作成されるように、上記イメージ形成ユニット、及び／又は、上記イメージ形成ユニットと上記イメージ／コンストラクション平面との間に設けられたイメージング光学系が設計され、別個のマスク／ビットマップがシフトされたイメージ毎に生成されることを特徴とする装置。
【請求項９】
選択的な照明のための前記イメージ形成ユニットがマトリックスによって具体化されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
サブピクセルレンジで相対的にシフトされた少なくとも２個のイメージの系列が上記イメージ／コンストラクション平面内に作成されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記イメージ形成ユニットが投影ユニットであることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記イメージ形成ユニットがイメージ形成のための離散的に放射するエレメントを有するライン、特に、マトリックスであることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
上記サブピクセルレンジでＸＹ方向に、上記イメージ／コンストラクション平面に対して面平行の方法で、部分イメージ毎に上記イメージ形成ユニット全体をシフトさせるため、アクチュエータが設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
上記イメージ／コンストラクション平面内でシフトさせて生成された個別のビットマップが上記サブピクセルレンジでシフトしてイメージ化されるように、シフトさせて生成されたビットマップ毎に上記イメージ形成ユニットを傾けるアクチュエータが設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
ビームパスがイメージ面に偏向され、上記イメージ／コンストラクション平面内でシフトされて生成された個別のビットマップが上記サブピクセルレンジで対応してシフトされてイメージ化されるように、上記イメージ形成ユニットと上記イメージ／コンストラクション平面との間に、イメージング光学系としてミラーが配置され、カルダン方式で搭載され、アクチュエータによって回転されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
ビームパスが、上記イメージ／コンストラクション平面内でシフトされて生成された個別のビットマップが上記サブピクセルレンジで対応してシフトされてイメージ化されるように、上記イメージ形成ユニットと上記イメージ／コンストラクション平面との間に、イメージング光学系として相互に面平行である表面を有する透過型プレートが配置され、１台以上のアクチュエータを用いて傾けられることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１７】
上記イメージ形成投影ユニットがその所定の位置に固定された状態で維持され、
上記イメージ／コンストラクション平面内で上記サブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、イメージング光学系がアクチュエータによって上記イメージ形成ユニットのサブピクセルレンジでＸＹ方向にシフトされることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１８】
上記イメージ形成投影ユニットがその所定の位置に固定された状態で維持され、
上記イメージ／コンストラクション平面内で上記サブピクセルレンジの所望のイメージのシフトが実現されるように、イメージング光学系が傾けられることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【国際調査報告】
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