(57)【要約】      （修正有）【課題】非常に正確で、かつ、視覚的に魅力のある三次元物体を、短い構築時間で生成する本当に安い費用のシステムを実現する。【解決手段】固化可能感光性樹脂構築材料上にデジタル的に光投影された三次元物体の横断面の像のグレイスケールまたは時間、あるいは、その両方に応じて変えられる露光レベルを用いる立体像形成の装置および方法。投影ピクセルの露光のグレイスケール・レベルを用いれば、投影境界線ピクセル中の重合境界線を制御して、三次元物体中の像の特徴要素を保持でき、しかも、この像のサイズにわたって投影される像中のピクセル数で制限されるデジタル・ライト・プロジェクタを使用して、普通なら発生するはずのざらさらのエッジまたは平坦でないエッジを滑らかにすることができる。【選択図】図２
2008068621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１層ずつ三次元物体を成形する方法であって、
ａ．構築される三次元物体の横断面層のビットマップ・データを形成するステップと、
ｂ．固化可能感光性樹脂構築材料を像形成エリアに受け渡すステップと、
ｃ．ただ１つの横断面層の前記ビットマップ・データを表す像を、放射源から、前記像形成エリア内の前記固化可能感光性樹脂構築材料上に投影することで、該像形成エリア内のピクセルに照射して、前記固化可能感光性樹脂構築材料を選択的に固化させるステップと、
ｄ．前記放射源の境界線ピクセルのグレイスケールを変えることで、異なるピクセルへの照射時間をそれぞれに制御することで、前記ピクセルの焦点度を変えて、それぞれのピクセル照射の光分布の幅を制御することで、または、前記放射源の輝度対老化を変えることで、あるいは、それらの操作の組合せで、前記像形成エリア内の露光を制御して、前記固化可能感光性樹脂構築材料の境界線重合を制御し、それにより、前記物体のボーダーを画定するステップと、
ｅ．複数の物体横断面を形成して、滑らかな壁面と微細な特徴要素の保持がある物体を得るまで、ステップｂ、ステップｃ、ステップｄを、複数回、繰り返すステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ビットマップ・データが、（ｉ）構築される前記三次元物体のデジタルデータを受け取り、（ｉｉ）前記三次元デジタルデータを処理して、前記三次元物体の横断面層を表すスライス・データを形成し、（ｉｉｉ）前記スライス・データをビットマップ・データに変換することで、形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｄ）が、前記露光時間を、すべての境界線ピクセルに対して一定に保ちながら、前記放射源の前記境界線ピクセルの前記グレイスケールを変えることで、実行されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ａ）が、構築される前記三次元物体の三次元ＣＡＤデータを受け取るステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）が、物理的な物品をデジタル化するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つのステップ（ｄ）が、前記放射源の焦点を合わせて、ピクセル照射ごとに光分布の幅を制御するステップと、前記放射源によるグレイスケール露光のレベルを制御するステップと、前記放射源によるピクセルへの照射時間を制御するステップとを組み合わせることで、像形成エリア内の前記露光を制御するステップの組合せで実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記放射源が、ＵＶ放射源、可視光源、およびそれらの組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記放射源が、デジタル・ライト・プロジェクタであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記固化可能感光性樹脂構築材料が、固化可能感光性樹脂の液体樹脂配合剤、固化可能感光性樹脂のペースト、固化可能感光性樹脂のゲル、固化可能感光性樹脂の半液体、およびそれらの組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記境界線ピクセルでの前記グレイスケール値にランダム化が取り入れられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
１層ずつ三次元物体を成形する方法であって、
ａ．構築される三次元物体の横断面層のビットマップ・データを形成するステップと、
ｂ．ライト・プロジェクタを、像形成エリア内のそのピクセル焦点に対して特徴づけて、成形される前記物体のそれぞれのピクセル照射の光分布の幅を制御するステップと、
ｃ．前記像形成エリア内のそれぞれのピクセルへの露光中に伝えられる光エネルギーの量を制御するために、前記ライト・プロジェクタを、前記像形成エリア内のピクセルの輝度分布対グレイスケール・レベルに対して、また、前記像形成エリア内のそれぞれのピクセルへの照射時間に対して特徴づけるステップと、
ｄ．固化可能感光性樹脂構築材料を、放射線透過担持体により、像形成エリアに受け渡すステップと、
ｅ．横断面像データを表す像を、前記ライト・プロジェクタから、前記放射線透過担持体を通じて投影して、像平面の露光の際に照射パターンでピクセルに照射して、前記液体媒体を選択的に固化させ、しかも、異なる露光パラメータを、前記像平面の異なるエリアに施すことによって、前記投影ピクセル中の前記感光性樹脂構築材料の前記重合境界線を制御するステップと、
ｆ．前記三次元物体が構築されるまで、それぞれの横断面像データに対して、ステップ（ｄ）とステップ（ｅ）を繰り返すステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記ビットマップ・データが、
ｉ）構築される三次元物体のデジタルデータを受け取るステップ、
ｉｉ）前記デジタルデータを処理して、前記物体の横断面層を表すスライス・データを形成するステップ、
ｉｉｉ）前記スライス・データをビットマップ・データに変換するステップ、
により形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ライト・プロジェクタが、前記ライト・プロジェクタ内のランプの輝度対老化に対してさらに特徴づけられ、また、前記ライト・プロジェクタの前記露光パラメータが、使用される前記固化可能感光性樹脂構築材料に合わせて較正されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記固化可能液体構築材料が、固化可能感光性樹脂の液体樹脂配合剤、固化可能感光性樹脂のペースト、固化可能感光性樹脂のゲル、固化可能感光性樹脂の半液体、およびそれらを組み合わせたものから成る群から選択されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記境界線ピクセルでの前記グレイスケール値にランダム化が取り入れられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
立体像形成により、１層ずつ三次元物体を成形する装置であって、
ａ．フレームと、
ｂ．前記フレームに、動けるように取り付けられた放射線透過担持体と、
ｃ．三次元物体が前記放射線透過担持体を通じて構築されるときに、像を横断面に投影するために、前記フレームに取り付けられた放射源と、
ｄ．前記固化可能感光性樹脂構築材料を前記放射線透過担持体に付けるのに効果的である、前記放射線透過担持体と流体連通している固化可能感光性樹脂構築材料の供給源と、
ｅ．前記三次元物体が１層ずつ構築されるときに前記三次元物体を支持するために、前記フレームに動けるように取り付けられた支持台と、
ｆ．前記放射線透過担持体および前記支持台の移動を制御し、また、前記固化可能感光性樹脂構築材料での前記三次元物体の横断面の像露光において、前記放射源による選択ピクセルへの照射を制御するのに効果的である、前記フレームに取り付けられたコントローラと、
ｇ．構築される前記三次元物体に関して前記デジタルデータを受け取って、前記デジタルデータを、前記三次元物体の横断面を表すデータに変換するために、前記コントローラとデータのやり取りをしているコンピュータと、
を備え、
前記放射源が、横断面デジタルデータを表す像を前記放射線透過担持体を通じて投影して、像形成エリアの露光の際に照射パターンでピクセルに選択的に照射し、また、異なる露光パラメータを、前記像形成エリアの異なる部分に施して、前記固化可能感光性樹脂構築材料の前記重合境界線を制御することで前記固化可能感光性樹脂構築材料を選択的に固化させ、それにより、高解像度の像と、適正に位置づけられたすべての特徴要素と滑らかな壁面を持つ三次元物体とを得るような装置。
【請求項１７】
前記放射源が、ＵＶ放射源、可視光源、およびそれらの組合せから成る群から選択されたものであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記放射源が、デジタル・ライト・プロジェクタであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記放射線透過担持体がエンドレス・ベルトであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記放射線透過担持体がさらにフレキシブル・フィルムであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記放射線透過担持体がプレートであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記コントローラが、前記固化可能液体での前記三次元物体の横断面の露光の際に、照射されるピクセルを、アルゴリズムを用いて選択するマイクロプロセッサであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
前記デジタル・ライト・プロジェクタにより前記固化可能感光性樹脂構築材料上に投影された像の全域で輝度対グレイスケール・レベルを制御して、前記三次元物体の像投影を最適化するソフトウェアを前記マイクロプロセッサが使用することを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記像形成エリアに施される前記露光パラメータとして、露光の輝度レベル、照射パターン幅、および前記像形成エリア内のピクセルへの照射時間を用いて、ただ１回の露光で、前記三次元物体の投影境界線ピクセルの境界線を位置づけるソフトウェアを前記マイクロプロセッサが使用することを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
立体像形成により、１層ずつ三次元物体を成形する装置であって、
ａ．フレームと、
ｂ．前記固化可能感光性樹脂構築材料を供給して、露光面が固化する構築材料の一層を形成するのに効果的である、固化可能感光性樹脂構築材料の供給源と、
ｃ．三次元物体が構築されるときに、前記固化可能感光性樹脂構築材料の表面上に横断面像を投影するために前記フレームに取り付けられた放射源であって、前記三次元物体のそれぞれの横断面を固化させるのに効果的である放射源と、
ｄ．前記三次元物体が１層ずつ構築されるときに前記三次元物体を支持するために、前記フレームに動けるように取り付けられた支持台と、
ｅ．前記固化可能液体媒体の露光層を前記固化可能液体媒体の新たな層で再び被覆する作業を制御し、前記支持台の移動を制御し、さらに、前記固化可能液体媒体での前記三次元物体の横断面の像露光において、前記放射源による選択ピクセルへの照射を制御するのに効果的である、前記フレームに取り付けられたコントローラと、
ｆ．構築される前記三次元物体に関して三次元デジタルデータを受け取って、前記三次元デジタルデータを、前記三次元物体の横断面を表すデータに変換するために、前記コントローラとデータのやり取りをしているコンピュータと、
ｇ．前記デジタル・ライト・プロジェクタにより前記固化可能感光性樹脂構築材料上に投影された像の全域で輝度対グレイスケール・レベルを制御して、前記三次元物体の像投影を最適化することで、境界線ピクセル中の前記固化可能感光性樹脂構築材料の前記重合境界線を制御し、それにより、高解像度の像と、適正に位置づけられたすべての特徴要素と滑らかな壁面を持つ三次元物体とを得るソフトウェアと、
を備える装置。
【請求項２６】
前記放射源が、ＵＶ放射源、可視光源、およびそれらの組合せから成る群から選択されたものであることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記放射源が、デジタル・ライト・プロジェクタであることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記固化可能感光性樹脂構築材料の露光層を前記固化可能感光性樹脂構築材料の新たな層で再び被覆するために、前記フレームに動けるように取り付けられたリコータをさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記固化可能感光性樹脂構築材料が、固化可能感光性樹脂の液体樹脂配合剤、固化可能感光性樹脂のペースト、固化可能感光性樹脂のゲル、固化可能感光性樹脂の半液体、およびそれらの組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
前記ソフトウェアが、ただ１回の露光で前記三次元物体の投影境界線ピクセルの重合境界線を制御して、前記三次元物体の前記像投影を最適化し、かつ、適正に位置づけられたすべての特徴要素と滑らかな壁面を持つ三次元物体を得ることで、前記像平面媒体に施される輝度パラメータとして、露光の輝度レベル、照射パターン幅、および前記像平面内のピクセルへの照射時間も用いることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
前記固化可能感光性樹脂構築材料の供給源が、前記固化可能感光性樹脂構築材料のうち前記像が投影される面を有する、前記フレームに取り付けられたタンクであることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
放射線透過担持体上で、前記固化可能感光性樹脂構築材料に像露光が行われることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１層ずつ三次元物体を成形する装置に使用するために、ＤＭＤまたはＬＣＤベースのプロジェクタを用いるライト・バルブ・プロジェクタで行われるように、ピクセルの投影サイズで制限される像投影システム（image projection system）の壁面滑らかさと特徴要素の精度（feature accuracy）を向上させる技法を対象としている。さらに具体的に言えば、本発明は、投影像において、グレイスケールまたは時間、あるいはその両方に応じて変えられる露光レベルを用いて三次元物体を成形して、ｘｙ平面内で、またｚ軸のエッジ上での向上した滑らかさ、特徴要素の精度、および、ＵＶまたは可視光による露光に応じて、固化可能な光重合可能媒体から成形されようとする三次元物体のより優れた解像度を得る装置および方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
近年では、産業用に、三次元モデルの高速生成用の多くの異なる技法が開発されてきた。これらの立体像形成技法（solid imaging technique）は、時には、ラピッド・プロトタイピング・マニュファクチャリング（高速試作造形）（「ＲＰ＆Ｍ」）技法と呼ばれることもある。一般に、ラピッド・プロトタイピング・マニュファクチャリング技法は、成形される物体の横断面を表すスライスされたデータセットを利用して、加工媒体から１層ずつ三次元物体を構築する。一般に、物体の描写は、当初、コンピュータ援用設計（ＣＡＤ）システムにより実現される。
【０００３】
現在もっともよく知られているＲＰ＆Ｍ技法である光造形法（stereolithography）は、ＣＡＤデータから三次元物体を生成する初めて商業的に成功した立体像形成技法であった。光造形法は、流体状の感光性樹脂構築材料（photopolymer build material）の層（すなわち、薄層）の加工面の選択的な露光を利用して、三次元物体の連続する層を固化させ、接着させることで、その材料から、三次元物体を自動的に製作する技法として定義されることがある。光造形法では、この三次元物体を表すデータは、その物体の横断面を表す二次元層データとして入力されるか、あるいは、二次元層データに変換される。感光性樹脂構築材料の層は、紫外線（ＵＶ）のコンピュータ制御レーザビームを使用して、次々に成形され、かつ選択的に変形または固化（すなわち、硬化）されて、二次元層データによる連続する薄層を形成する。変形中に、これらの連続する薄層は、前に成形された薄層に接合されて、三次元物体の一体成形を可能にする。これは、付加加工（additive process）である。もっと最近では、光造形設計は、可視光が重合反応を起こして、この感光性樹脂構築材料（すなわち、これは、樹脂とも呼ばれる）を硬化させるデジタル光処理技術を使用している。
【０００４】
光造形法は、ツーリング（生産設備）なしに、複雑または単純な部品を素早く作る先例のない方法である。このような技術は、コンピュータを用いて、その断面パターンを生成することに頼るから、ＣＡＤ／ＣＡＭへの当然のデータリンクがある。このようなシステムは、解像度、精度、いくつかの物体形状を生み出す難しさだけでなく、縮み、カール、および他の歪みに関する問題にも直面して、そのような問題を解決しなければならなかった。光造形法は、それ自体、三次元物体を成形する効果的な技法であることが明らかになっているが、光造形法に固有の問題に取り組み、また他のＲＰ＆Ｍの利点を提供するために、他の立体像形成技術も、徐々に開発されている。
【０００５】
これらの代替技術は、光造形法とともに、まとめて、固体自由造形技術（solid freedom fabrication）または立体像形成技法（solid imaging technique）と呼ばれている。これらの代替技術には、薄膜積層法（ＬＯＭ）、レーザ焼結、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、および、温度変化または光硬化により固化する構築材料か、粉末材料のいずれかに液体バインダを吐き出す様々なインクジェット・ベースのシステムがある。これらの付加技術はそれぞれ、精度、構築速度、材料の性質、費用の削減、および構築物体の外観のうち１つまたは複数において、様々な向上をもたらしている。
【０００６】
立体像形成または立体造形技術が展開しているのと同一期に、二次元像形成業界は、スクリーン上で、あるいは、印刷業界の場合には受取り基板上で、その投影像を移動させる方法を展開させた。これらの手法は、デジタル・ライト・プロジェクタが、解像度の粗い像を生成するという基本的な問題に取り組んだ。デジタル・ライト・プロジェクタは、一般に、像サイズが１０．２４インチ×７．６８インチ（約２６．０１ｃｍ×１９．５１ｃｍ）である場合に、ほんの１００ピクセル／インチ（２．５４ｃｍ）しか投影せず、したがって、それらの解像度は、そのピクセル・サイズにより制限される。写真印刷業界は、特に、光源またはライトバルブ（light valve）を移動させることを含む様々な技法により、二次元像をシフトさせて、解像度を向上させる技法を採用している。他の手法は、偏光し、かつ複屈折するプレートを用いて、また像投影システムの場合には複数の空間光変調器を用いて、印画紙を移動またはシフトさせることを含んでいる。これらのシステムはすべて、サイズを変えたデジタル像を投影しているときに、像歪みに固有の制限、あるいは、定められた数のピクセルを持つ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）またはデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）などのライト・バルブ・プロジェクタの問題に取り組んでいる。立体像形成の用途において、像移動技法（image displacement technique）をデジタル像投影に利用しようとすることは、生成されようとする物体の三次元の外観（アスペクト）のために、固有の問題をもたらす。二次元のデジタル像投影を三次元の立体像形成に応用するときの問題により、特徴要素の配置が不正確となり、また、特徴要素の細部が失われる可能性があり、さらに、物体上の曲線またはエッジの滑らかさが、ざらざらになるか、または平坦でなく、かつ精細度が不十分となるように構築されることになる。ごく最近では、ピクセル・シフティングを用いて、このような問題に取り組む技法が開発されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの手法は、個々のピクセルの複数の露光を必要とし、それにより、本来的にこの処理を遅らせ、しかも、このピクセル・シフティングを達成するために、機械的なハードウェアを必要とするという欠陥を免れない。さらに、ピクセル・シフティングなどの技法に複数回の露光を使用しようとするときには、このような露光を適正に位置づけて、最大の解像度と所望のエッジ滑らかさが確実に得られるように、整合（アライメント）の問題にも取り組まなければならない。
【０００８】
最後に、従来の立体造形手法のどれも、かなりの改善をなしながら、非常に正確で、かつ、視覚的に魅力のある三次元物体を、短い構築時間で生成する本当に安い費用のシステムを実現するものはない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題は、本発明の設計では、三次元の物体製作において、高解像度と物体壁面滑らかさを実現しながら、正確な物体特徴要素を提供すると同時に、比較的に安い費用で、かつさらなるハードウェアを必要としないやり方で、デジタル像形成投影の利用に新たな立体像形成技法を組み合わせることにより、解決される。
【００１０】
本発明の一面として、ＵＶまたは可視光と固化可能感光性樹脂構築材料とを用いて構築される三次元物体において、壁面滑らかさ、特徴要素の精度、解像度が向上した像形成を行う装置および方法が提供される。
【００１１】
本発明の他の面として、横断面内のそれぞれの投影ピクセルに対するグレイスケール露光レベル、または、この像形成エリア内のそれぞれのピクセルへの照射時間、あるいはその両方を使用して、固化可能感光性樹脂構築材料上に投影されたそれぞれの像横断面（image cross-section）の露光中に、光エネルギーのレベルを変えることで、この固化可能感光性樹脂構築材料の重合境界線を制御し、それにより、この三次元物体が構築されようとするときに、エッジまたは壁面の配置による上記投影ピクセル像の滑らかなエッジと微細な特徴要素の保持が得られるようにしている。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴として、グレイスケール、または、この像形成エリア内のそれぞれのピクセルへの照射時間、あるいはその両方により露光レベルを変えて、投影像のピント外れの特性を利用して、露光される固化可能感光性樹脂構築材料の重合境界線をより良く制御する。
【００１３】
本発明のさらに他の特徴として、上記固化可能感光性樹脂構築材料上にデジタル・ライト・プロジェクタにより投影される像の全域で、輝度対グレイスケール・レベルを特徴づけて、構築される三次元物体の像投影を最適化するソフトウェアが使用される。
【００１４】
本発明のさらに他の特徴として、ピクセルごとの光分布幅が、デジタル・ライト・プロジェクタの焦点度で制御できる。
【００１５】
本発明のさらに他の特徴として、デジタル・ライト・プロジェクタなどの放射源用の露光レベルは、（１）この放射源のグレイスケール・レベルを変えることで、あるいは、（２）異なるピクセルへの照射時間をそれぞれに制御することで、あるいは、（３）この焦点度を変えて、それぞれのピクセル照射の光分布の幅を制御することで、あるいは、（４）この放射源（例えば、プロジェクタのランプ）の輝度対老化（age）を変えることで、あるいは、（５）それらの操作の組合せにより、特徴づけられて（すなわち、制御および微調整されて）、これらの投影ピクセルのエネルギーレベルを変えて、この固化可能感光性樹脂構築材料の重合境界線が、臨界エネルギーＥｃに対して、光重合を起こすのに充分な光エネルギーを与えることで制御されるようにしている。
【００１６】
本発明の利点は、さらなる機械的なハードウェアを必要とすることなく、正確な特徴要素および優れた解像度とともに、この投影像中の滑らかな物体エッジを提供する安い費用の立体像形成装置が得られることである。
【００１７】
本発明の他の利点は、１層ずつ構築されようとする三次元物体において、それぞれの横断面内に特徴要素が正確に配置されて、デジタル・ライト・プロジェクタによる１回の像投影で、定められた数のピクセルを投影できることにより、このような正確な特徴要素の配置が、失われないようにしていることである。
【００１８】
本発明のさらに他の利点は、向上した像の解像度とともに、滑らかな像のエッジと、さらに小さい像の粒状度を得るために、デジタル・ライト・プロジェクタが、このピクセル位置の関数としてＸ方向とＹ方向の両方向の輝度幅に対して特徴づけられることである。
【００１９】
上記および他の面、特徴、利点は、横断面の像形成エリア内の境界線ピクセル向けのグレイスケール露光レベルと、固化可能感光性樹脂構築材料上にデジタル・ライト・プロジェクタにより投影される像の全域で、これらの境界線ピクセル向けのグレイスケール露光レベルを決定するソフトウェアとを使用して、輝度幅と、輝度対グレイスケールに対して特徴づけられるプロジェクタによる投影像を最適化することで、物体のエッジまたは壁面を形成する境界線ピクセル中の固化可能感光性樹脂構築材料の重合境界線を制御して、高解像度を保持しながら、失われる特徴要素もなく、また平坦でないエッジもざらざらのエッジもなく、三次元物体を構築できるようにする立体像形成の装置および方法を使用することで、本発明により得られる。
【００２０】
本発明の上記および他の面、特徴、利点は、本発明の以下の詳細な開示内容を、特に以下の図面といっしょに読んで考察すれば、明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本明細書に開示されたタイプの好ましいフレキシブル・トランスポート立体像形成は、エンドレス・ベルトあるいは、往復運動するか、または伸張可能で、かつ引っ込め可能な一枚の透明なプラスチック・フィルムなどの放射線透過フレキシブル担持体により受け渡される可視光またはＵＶの固化可能感光性樹脂構築材料から、１層ずつ個物を構築するものである。これに関連して使用される「ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ（透明、透過）」という用語は、光重合を行うのに充分な放射線（ＵＶまたは可視光など）を通させる適切などんな材料も意味している。これらの透明な材料は非常に薄いかもしれないために、この用語は、半透明、または部分的に透明な材料も含むことになる。上記の放射線透過フレキシブル担持体は、最初の層の後に形成される後続する層のために、新しい固化可能感光性樹脂構築材料を、その像形成エリアに受け渡すリコータとして働く。この物体を構築するときに、新しい材料を供給して新たな層を生成するために、この固化可能感光性樹脂構築材料を、このフレキシブル・トランスポート装置に移す適切な機構を用いて、カートリッジから、固化可能感光性樹脂構築材料が、この放射線透過フレキシブル担持体に付けられる。次に、放射線透過フレキシブル担持体上に位置づけられた構築材料には、一度に１つの横断面で像が形成される。それぞれの横断面には、この横断面の全像形成エリアにわたって、像が形成されることがあるか、あるいは、さらに好ましくは、この像形成エリアにわたって、所々に像が形成されることもある（例えば、まず最初に、構築される部分の内部に横断面ごとに像が形成され、次に、構築される部分の境界線部分に像が形成される）。構築される三次元物体用の感光性樹脂のそれぞれの層は、好ましくは、デジタルＵＶプロジェクタ、デジタル可視光プロジェクタ、あるいは、ＵＶ放射線と可視光を両方とも供給するデジタル・ライト・プロジェクタから投影される放射線により、像が形成される。このプロジェクタは、像形成のために、選択的にピクセルに照射するデジタル・マイクロミラー・デバイス（「ＤＭＤ」）などの空間光変調器を含む。ＵＶ放射線と可視光の投影は、好ましい手法である。これらの構成要素は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／４１６，８１２号明細書に開示されたタイプの装置のフレームに適切に取り付けられる。本発明の像形成工程は、常態ではピクセル・シフティング動作に必要とされる境界線ピクセル用の複数の像を必要としないことに留意されたい。
【００２２】
立体像形成される部分は、好ましくは、構築処理中に、連続する層または薄層が形成されるときに、この構築物体または部分を上方または下方に動かして、固化可能感光性樹脂構築材料と接触させ、また露光後には、この構築物体または部分を上方または下方に動かして、固化可能感光性樹脂構築材料から離す昇降台上で構築される。この構築物体は、じかに昇降台上ではなくて、支持体として知られている構造物上で構築されることもある。支持されない面、または部分的に支持されない面を持つさらに複雑な三次元物体に対して、支持体が使用される。
【００２３】
随意に、さらに短い焦点距離を持つように随意に変更される市販のデジタル・ライト・プロジェクタ、例えば、Ｗｉｌｓｏｎｖｉｌｌｅ，ＯｒｅｇｏｎのＩｎＦｏｃｕｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ や、Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ．のＢｅｎＱ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐ．から入手できるものが使用されることがある。しかしながら、デジタル・ライト・プロジェクタは本来的に、解像度が不十分である。例えば、１０．２４インチ×７．６８インチ（約２６．０１ｃｍ×１９．５１ｃｍ）のエリアにわたって、１０２４ピクセル×７６８ピクセルの像が投影される場合には、その有効解像度は、１００ｄｐｉ（１００ドット／インチ）である。このような場合、最小の特徴要素のサイズは、０．０１０インチ（約０．２５４ｍｍ）である。また、部分特徴要素は、それらの正確な位置から０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ）も離れた所にあるかもしれない。さらに、Ｘ軸またはＹ軸に対して４５°で描かれる壁面は、そのピーク間の粗さが０．００７インチ（約０．１７８ｍｍ）となろう。
【００２４】
市販のデジタル・ライト・プロジェクタは、それらの解像度が、ピクセル・サイズで制限されるために、上に示されるように、解像度の粗い像を生成する。市販のデジタル・ライト・プロジェクタにより生成される像における１０２４ピクセル×７６８ピクセルは、支持台上で構築できる三次元物体のサイズを制限する。なぜなら、構築台のサイズの増大に比例して、解像度が低下するからである。代表的な市販のデジタル・ライト・プロジェクタにおける像サイズは、Ｘ軸方向の解像度を１０２４ピクセルに制限し、またＹ軸方向の解像度を７６８ピクセルに制限し、それにより、粗い像をもたらす。さらに、市販のデジタル・ライト・プロジェクタは、完全に焦点を合わせることができず、したがって、それぞれのプロジェクタに固有の収差から、ぼやけたピクセルが得られることになる。このような「ピント外れ」状態は、ピクセル像形成エリアの全域で異なっている。さらに、個々のプロジェクタについては、「ピント外れ」状態の大きさが異なっている。しかしながら、ピクセルに固有のぼやけ（fuzziness）を利用し、かつ、それぞれの境界線ピクセルに対するグレイスケール露光レベルを使用して、液体樹脂配合剤などの光硬化可能な固化可能構築材料の露光中に輝度レベルを変えることにより、投影境界線ピクセルのグレイスケール値は、一回の露光で、そのピクセル中の物体を成形する固化可能感光性樹脂構築材料の重合境界線を制御し、それにより、構築されようとする立体像または三次元部分の構築物体の精度、および壁面滑らかさをさらに向上させることができる。こうして、１つの投影境界線ピクセル、あるいはＸ平面およびＹ平面内の複数のピクセルに対応する固化可能構築材料の重合境界線を制御できるために、前述の１０．２４インチ×７．６８インチ（約２６．０１ｃｍ×１９．５１ｃｍ）エリアは、単に１００ｄｐｉよりもかなり大きい実効解像度を持つように思われるであろう。さらに大きい構築台も利用され、さらに大きい物体が製作されることもある。
【００２５】
デジタル・ライト・プロジェクタは、一組の非常に小さいミラーを制御して、光を反射させて、関連するピクセルに入れる。反射時間または照射時間を制御すれば、この像平面内のそれぞれの投影ピクセルの輝度Ｋは、０〜２５５の異なるグレイスケール・レベルで、０（黒）から１（白）まで変わることもある。図１は、代表的なプロジェクタに対して、ピクセルに入力される輝度とグレイスケール・レベルとの関係を示している。好ましいグレイスケール・レベルのレンジは、約６０〜約２５５である。もっと好ましいグレイスケール・レベルのレンジは、約１００〜約２５５である。
【００２６】
像中のピクセルがぼやけているか、あるいは、わずかな像のぼやけを持つという市販のデジタル・ライト・プロジェクタに固有の特性により、その輝度が、隣接するピクセルを重ねることになる。このような輝度分布は、さらなる説明のために、正規分布として近似されるが、ただし、実際は、この光分布は、異なる多くの形態を取ることもある。地点（ｘ，ｙ）での輝度Ｋは、実際には、この地点（ｘ，ｙ）への隣接するすべてのピクセルの輝度寄与の合計である。これらの異なる輝度の累積が、図２に示されている。本発明は、地点（ｘ，ｙ）での輝度が、地点（ｘ，ｙ）の隣接するピクセルの輝度すべての混合結果であるという事実を利用している。ピクセルの輝度は、このピクセルの中心から遠ざかるにつれて、低下する。それゆえ、デジタル・ライト・プロジェクタの光学系を調整して、これらのピクセルの若干の像のぼやけを得ることで、ピクセルの輝度は、その隣接するピクセルのすべてに広げられる。これは、図２に示される図において、内部ピクセルに位置づけられる地点に対して、８つの隣接するピクセルとして表されている。この地点が、物体のエッジまたは壁面を形成する境界線ピクセル中にある場合には、隣接するピクセルがさらに少なくなり、コーナー壁面のピクセル中に位置づけられる地点では、隣接するピクセルが３つ、また、エッジまたは壁面のピクセル中にあって、コーナーから離れた所にある地点では、隣接するピクセルが５つとなる。
【００２７】
図４は、グレイスケール値が大きくなるときに、グレイスケール値と、そのボーダー位置との相関関係を示している。このグラフは、境界線ピクセルの輝度が、グレイスケール値０からグレイスケール値２５５まで進むときに、この境界線の位置を示している。このグラフは、このデータの分散のために、当初、ゼロよりも小さい値を示している。にもかかわらず、決められたレンジにわたって輝度が大きくなると、ボーダー位置が明確に１ピクセルだけ変わることが、このデータから明らかになっている。
【００２８】
幾何学的特徴要素と物体の境界線の解像度は、図２に基づいて、グレイスケール技法を用いて高められることもある。Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の輝度がすべて１であり、また、Ｋ７、Ｋ８、Ｋ９の輝度がすべて０である場合には、ピクセル４、ピクセル５、ピクセル６からの光エネルギーにより形成される境界線は、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６の輝度を、０〜１の様々な輝度にセットすることで位置づけられて、さらに高い解像度が得られる。
【００２９】
像形成エリア（像平面とも呼ばれる）の露光の制御は、いくつかの露光パラメータを制御することで実現されることもある。放射源によりターゲット基板に伝えられるエネルギーは、露光＝放射線の強度×露光時間の関係で表される。このような関係は、露光パラメータを制御する際に利用される。１つのパラメータは、構築されようとする三次元物体の横断面を構成する平面内のそれぞれのピクセルへの照射時間を制御するものである。別法として、この露光レベルを制御する別のパラメータは、例えば、この露光時間を、すべての境界線ピクセルに対して一定に保ちながら、これらのグレイスケール・レベルを変えることで、この輝度レベルを変えるものであることもある。第３のパラメータは、投影ピクセルの輝度の幅を変えるものである。これは、これらの投影ピクセルの焦点度を変えることで実現されることもある。このパラメータは、その像形成エリアの全域で、異なる場所にて変わる。３つの技法はすべて、別々か、異なる組合せで共同か、あるいは、すべて同時に共同で使用される。個々のプロジェクタは、この像形成エリア内の選択されたピクセルにて、デジタルカメラで、その投影輝度を測定することで、そのピクセル位置に応じたＸ平面とＹ平面の両平面内のピクセル輝度幅に対して特徴づけられる。次に、このような情報は、この立体像形成装置に保存されて、この像平面全域での最適な像性能、および、成形されようとする物体中の重合境界線の正確な制御を得るために使用される。制御されるかもしれない第４の追加パラメータは、このプロジェクタ内のランプの輝度対老化である。ランプの輝度、それゆえ、伝えられる光エネルギーの大きさが時とともに低下するから、伝えられるエネルギーの大きさに及ぼすランプのエージングの影響は、ランプの露光時間を増やして、同一数のフォトンを、経時的にその投影ピクセルに徐々に伝えさせることで、補償されなければならない。輝度は、ラジオメータを用いて定期的に測定される。最後に、特定の固化可能な光重合可能構築材料（特に、樹脂配合剤を用いて）に合わせて、これら４つのパラメータを較正しなければならない。これは、それぞれの固化可能感光性樹脂構築材料が、光重合に影響を及ぼすそれ自体の特定の特性（例えば、光速度（photospeed））を持っているからである。
【００３０】
図１２と図１３は、作成されようとする三次元物体の像形成エリア内のボーダー・ピクセル、内部ピクセル、外部ピクセルにおいて、グレイスケールのレベルが異なる露光の使用を略示している。図１２は、像形成エリア内の物体の直線境界線で覆われた境界線ピクセルを示しており、その場合、それらのグレイスケール値のレベルは、物体境界線の外側では０であり、境界線ピクセルに沿っては９０〜２４０の範囲にあり、この物体の内部では、２５５である。図１３は、像形成エリア内の物体の曲線境界線で覆われた境界線ピクセルを示しており、その場合、それらのグレイスケール値のレベルは、物体の外部では、ここでも０であり、境界線ピクセルに沿っては６０〜２００の範囲にあり、この物体の内部では、ここでも２５５である。
【００３１】
使用されようとする特定の固化可能感光性樹脂構築材料に合わさなけばならない輝度またはグレイスケール露光レベルについては、再び、図２を参照のこと。このように合わす作業は、地点（ｘ，ｙ）でのピクセルと、その８つの隣接するピクセルに合わせて、Ｋ１〜Ｋ９の様々な輝度を調整して、物体の横断面を成す像形成エリア内のそれぞれのピクセルへの照射時間に基づいて、その所望の累積輝度Ｋを、その地点で、この固化可能感光性樹脂構築材料を固化させるのに充分となるようにすることで、達成される。この累積輝度Ｋが、液体樹脂配合剤などの固化可能感光性樹脂構築材料を固化させるのに必要な臨界エネルギーＥｃに等しいか、あるいは、それを越えるときには、その固化可能感光性樹脂構築材料は固化して、成形されようとする物体の幾何形状をさらに大きくすることになる。この累積輝度Ｋが、臨界エネルギーＥｃよりも小さい場合には、その固化可能感光性樹脂構築材料は、固化しない状態、すなわち液体状態にとどまることになる。このような関係は、その固化可能感光性樹脂構築材料が樹脂配合剤である場合に、図３に示されている。
【００３２】
代表的な樹脂では、臨界エネルギーＥｃは、この層を露光するのに使用されるエネルギーよりもはるかに小さく、おそらく２０％以下である。本発明の装置に使用される代表的な樹脂に対するＥｃは、好ましくは、使用される層露光エネルギーの約１０％〜１２％である。図５を見ると、Ｅｃが、０．２の輝度レベルにより表されると仮定して、固化する領域の幅は、このエッジのピクセルの輝度に応じて、様々である。ピクセルからの輝度は、グレイスケールによって変わるから、或る領域のエッジまたはボーダーを形成する固化可能構築材料の重合は、図５に示されるように、これらのボーダーのピクセルのグレイスケールを変えることで、制御されることもある。
【００３３】
本発明の一応用例では、この固化可能感光性樹脂構築材料または樹脂配合剤は、ポリプロピレンまたはポリカーボネート・フィルムなどの放射線透過フレキシブル担持体により、その像形成エリアに受け渡される。この感光性樹脂は、薄い層の形で、そのフレキシブル・トランスポート・フィルムに付けられる。このフレキシブル・トランスポート・フィルムは、エンドレス・ベルト、往復運動するフィルム・シート、または、伸張可能で、かつ引っ込め可能なフィルム・シートの形式であることもある。
【００３４】
デジタル・ライト・プロジェクタは、支持台上で成形されようとする三次元物体の横断面の露光の際に、像を、照射に選択されたピクセルを持つ複数の小さい可動ミラーを介して像平面上に投影する放射源または光源である。この支持台を上げたり、下げたりして、成形されようとする横断面層を、固化可能感光性樹脂構築材料のカートリッジからフレキシブル・トランスポート・フィルム上に被着した構築材料の層と接触させる。この構築材料は、表側を上にして、物体を支持台上で構築しようとするか、あるいは、ひっくり返して、支持台から下向きに吊り下げようとすることもある。このカートリッジは、フレキシブル・トランスポート・フィルムに付けられる固化可能感光性樹脂構築材料（例えば、液体樹脂配合剤）の構築材料供給タンクを含むか、あるいは、その構築材料供給タンクと流体連通している。透明な裏当て板も使用されることもある。選択されたピクセルに照射することで、この像横断面を露光する処理は、成形されようとする三次元物体の横断面の固化部分を生み出す。
【００３５】
次に、図５を見ると、様々な露光強度レベルの使用と、ピクセル輝度幅または投影ピクセルの焦点度とを組み合わせることで、投影境界線ピクセルにおいて得られる重合境界線制御の大きさがグラフ図で示されている。これは、わずかな像のぼやけをもたらし、かつ、境界線ピクセルに伝えられる光エネルギーの大きさに影響を及ぼして、固化可能感光性樹脂構築材料の重合境界線を制御し、それにより、サブピクセル解像度とともに、物体の境界線ピクセル中の特徴要素のエッジまたは境界線の有効位置を明確にする。この露光強度レベルの変更は、照射時間または露光時間、および／または、グレイスケール露光レベルを変えることで実現される。この技法は、このピクセル解像度だけに含まれているものよりもさらに高い像境界線解像度を得る。図５は、第１のピクセルの露光強度を５つの異なるレベルに変えさせている４つの隣接ピクセルであって、半値全幅（ｆｗｈｍ）が６．７ミル（０．００６７インチ（約０．１７０ｍｍ））で、かつピーク間隔が５ミル（０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ））である隣接ピクセルを示している。この間隔では、約１ミル（０．００１インチ（約０．０２５４ｍｍ））の解像度が得られる。
【００３６】
図６〜図１１は、露光強度が５つの等しい露光強度減少分で、１．０から０．０まで変わるような４つの隣接ピクセル、並びに、それぞれの場合に、これらの輝度の累積の合計または混合結果も示している。図６〜図１１のそれぞれにおいて、これらのピクセルは、正規光分布の幅である６．７ミル（０．００６７インチ（約０．１７０ｍｍ））の半値全幅（ｆｗｈｍ）と、５ミル（０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ））のピーク間隔とを持っている。図６〜図１１はすべて、正規分布でモデル化されたピクセルの輝度を持っている。
【００３７】
それゆえ、図５〜図１１および前の説明から、境界線ピクセルの異なるグレイスケール値を用いることで、物体中の特徴要素、および物体の境界線の解像度を向上させることが要望され、かつ可能であることがわかる。図１４と図１５は、フレキシブル・トランスポート立体像形成のシステムおよび処理を採用した装置を用いて製作された三次元物体のエッジ壁面の違いを示している。図１４は、グレイスケールを用いない露光レベルで製作された物体の手前の垂直壁面の粗いエッジ壁面を示している。図１５は、同一のフレキシブル・トランスポート立体像形成のシステムおよび処理を採用した同一装置で製作されたが、ただし、グレイスケール・レベルの異なる露光レベルを用いて製作された同一三次元物体の改善された幾何形状と、さらに滑らかなエッジ壁面を示している。
【００３８】
投影像は、Ｘ方向のエッジとＹ方向のエッジを持つ二次元像であることに留意されたい。三次元物体が、複数の横断面層を重ねることで製作されるときには、その製作された物体は、Ｚ方向すなわち第３の方向に延びる。本発明は、個々の二次元横断面像投影において、投影像のエッジ滑らかさを実現する。個々の二次元横断面像投影がそれぞれ、固化可能感光性樹脂構築材料を重合するときには、この固化可能感光性樹脂構築材料上の露光された投影ピクセル・エリアに対応する固形層が形成される。構築処理において、重ねられた複数の横断面層を互いに接着するか、あるいはまとめる（集結させる）ことで、本発明は、個々の横断面層において、接着された複数の滑らかなエッジから滑らかな壁面を形成して、三次元物体を形成する。
【００３９】
作業中に、構築される三次元物体用のデジタルデータが、立体像形成システムに送られる。このデジタルデータは、好ましくは、ＣＡＤステーション（図示されてない）からのものである。ＣＡＤステーションは、そのＣＡＤデータを適切なデジタル層データ・フォーマットに変換して、そのデジタル層データ・フォーマットをコンピュータ制御システムまたはホスト・コンピュータ（これも、図示されてない）に送って、そこで、この物体データを処理して、アルゴリズムにより、このデータを最適化することで、デジタル・ライト・プロジェクタ向けにオン／オフの命令を与える。別法として、このデジタルデータは、物理的な部分をデジタル化することで、あるいは、パターン・ファイルから、その立体像形成システムで受け取られることもある。ＣＡＤデータにより、または、物理的な部分をデジタル化することにより、あるいは、時にはパターン・ファイルから得られる立体像形成層データは、好ましくは、ホストコンピュータによって処理されて、スライシング・プログラムを利用して、構築される物体の横断面層を表す横断面データを生成する。パターン・データから得られた立体像形成層データは、時にはスライスされないことがあるが、ただし、パターンは、直接に、ビットマップ横断面として利用される。本発明のこれらの工程は、標準の光造形処理の場合と同じやり方で行われる。上記スライシング・プログラムから得られたスライス・データは、ビットマップ・データに変換される。グレイスケール・ソフトウェア・プログラムを使用して、このホストコンピュータは、固化可能感光性樹脂構築材料を露光するときに、この固化可能感光性樹脂構築材料の重合境界線を制御するのに必要なグレイスケール露光レベルを計算する。この立体像形成装置内のマイクロプロセッサ・コントローラまたはコンピュータは、成形される物体のビットマップ入力を受け取る。次に、この立体像形成装置内のマイクロプロセッサ・コントローラまたはコンピュータにより、アルゴリズムが、上記ビットマップ横断面データに施されて、デジタル・ライト・プロジェクタ内のコントローラ（例えば、マイクロチップ）向けの命令を生成する。このデジタル・ライト・プロジェクタは、この像形成エリア（または像平面）の全域で、ピクセルの焦点度を観測することで、その投影光ピクセルの焦点に対して、あらかじめ特徴づけられている。このデジタル・ライト・プロジェクタはまた、ラジオメータを使用して、像形成エリア上の選択されたピクセル位置での輝度を記録することで、その輝度分布に対しても特徴づけられている。また、焦点と照射時間は、必要に応じて調整されている。この照射時間は、このデジタル・ライト・プロジェクタ内のランプの輝度、老化、および、利用される特定の固化可能感光性樹脂構築材料に基づいて、調整される。放射線透過構築材料担持体は、この固化可能感光性樹脂構築材料を、構築材料供給タンクまたはカートリッジから像形成エリアに受け渡す。この像形成エリアは、上記支持台により支持される。この支持台は、立体像形成装置のフレームに、動けるように取り付けられて、その支持台を伸張し、引っ込めて、その支持台上で、この固化可能感光性樹脂構築材料を重合し、かつ成形して、三次元物体を形成する。このデジタル・ライト・プロジェクタは、成形されようとする横断面内に、このビットマップ横断面データを表す像を投影することで、この三次元物体の境界線内の像形成エリア内で、所望の露光レベルにて、所望の照射パターンで、選択されたピクセルに照射する。これらの所望の露光レベルは、前に説明された露光パラメータの１つまたは複数に対して、このデジタル・ライト・プロジェクタを特徴づけており、しかも、その特徴づけに対して、必要に応じて、これらの露光レベルを調整することで、得られる。この像形成エリアにおけるデジタル・ライト・プロジェクタからの所望の露光レベルにより、この投影像は、上記感光性樹脂構築材料を選択的に固化させ、しかも、異なる露光パラメータを、その像平面の異なるエリアに施すことによって、その投影されたピクセル化像中のこの感光性樹脂構築材料の重合境界線を制御することができる。次に、この支持台を動かして、上記放射線透過構築材料担持体から離して、次の露光の前に、新しい固化可能感光性樹脂構築材料、または硬化してない固化可能感光性樹脂構築材料をいつでも受け取れる状態にしてある。この固化可能感光性樹脂構築材料を受け渡す工程、この支持台上の像形成エリアに照射する工程、および、その支持台を再位置づけして、固化可能感光性樹脂構築材料の新たな供給を受け入れる工程は、この三次元物体が完成されるまで、それぞれの横断面層に対して繰り返される。
【００４０】
実験データに基づいて、このグレイスケールを決定するアルゴリズムは、さらに高いグレイスケール値の露光または照射用のピクセルであって、特定ピクセル内の物体の特徴要素のさらに大きい部分を持つピクセルを選択する。境界線にて固化する感光性樹脂構築材料の量は、構築材料のタイプに応じて、またデジタル・ライト・プロジェクタに応じて、様々であろうが、このグレイスケール・レベルと、境界線ピクセルに沿って固化する感光性樹脂構築材料の量との関係は、一般に、同一パターンに従うことになる。或るピクセルのグレイスケール値Ｋは、その部分または特徴要素の内側にある上記ピクセルの一部のエリア（面積）に合わせてセットされる。或るピクセルに割り当てられるグレイスケール値Ｋは、比率ｒの関数Ｋ＝ｆ（ｒ）である。ここで、ｒは、その部分または特徴要素の内側にある上記ピクセルの一部の面積Ａ’の、上記ピクセルの合計面積Ａに対する比率、すなわちｒ＝Ａ’／Ａである。しかしながら、境界線ピクセルと、それらの隣接するピクセルに対して、グレイスケール値が必要とされる。これは、その比率が、その部分または特徴要素の内側のピクセルでは１であり、また、外側のピクセルでは０であるからである。その部分または特徴要素の内側にある境界線ピクセルの一部の面積の値は、スーパーサンプリングに基づくものであって、その部分または特徴要素の内側にあるピクセルの一部の面積Ａ’の値に近い。このスーパーサンプリング手法は、像ベースのスライシング・アルゴリズムへの使用に適している。
【００４１】
このアルゴリズムは、この物体の特徴要素の或る部分が通る境界線ピクセルを、サブピクセルＰｉｊのｋ×ｋのマトリックスまたはサブディビジョンで表す一組のサブピクセルＰｉｊに分ける。次に、このアルゴリズムは、サブピクセルＰｉｊのそれぞれを、その中心にてサンプリングして、それぞれのサブピクセルが、物体の特徴要素の或る部分により覆われるかどうか判定する。この物体の特徴要素の或る部分により覆われるか、あるいは、その部分内にある上記サブピクセルＰｉｊの合計面積は、その物体の特徴要素の内側にある上記の分けられたピクセルの一部の面積Ａ’に近い。ｋ×ｋのサブディビジョンを持つピクセルでは、比率ｒは、物体の特徴要素の或る部分により覆われるか、あるいは、その部分内にあるサブピクセルＰｉｊの合計面積の和をｋ×ｋのサブディビジョンで除算した値、すなわち、ｒ＝ΣＰｉｊ（覆われる）／ｋ×ｋとして表されることもある。
【００４２】
この手法を用いて、構築される物体の境界線解像度は、ｋ×ｋのマトリックスまたはサブディビジョンを形成する上述のサブディビジョンの数により決定される。例えば、４×４のマトリックスは、１６の異なるグレイスケール値と、ＰｉｘｅｌＳｉｚｅ／４で決定される境界線解像度とを持つことになる。同様に、８×８のマトリックスでは、６４の異なるグレイスケール値と、ＰｉｘｅｌＳｉｚｅ／８で決定される境界線解像度とがあることになる。
【００４３】
プロジェクタがどのピクセルに照射するか指示するために、いま説明されたスーパーサンプリング技法に代わるアルゴリズム手法は、境界線面積計算に基づくこともある。それぞれのピクセル内の投影物体または投影特徴要素の境界線内の面積計算は、実際の境界線セグメント（分割片）、あるいは綿密に近似された境界線セグメントを使用して、それぞれのピクセルの境界線内に異なる幾何形状を作り出す。このアルゴリズムは、それぞれのピクセルを通る境界線セグメント（１つまたは複数）内で照射されるそれぞれの幾何形状の正確な面積またはおおよその面積を計算し、かつ、それらの面積を合計して、この物体のそれぞれの横断面に投影されようとする物体または特徴要素の境界線セグメント（１つまたは複数）内で、正確な面積、またはほぼ正確な面積を作り出すことになる。
【００４４】
それでも、これらの述べられたグレイスケール露光レベルを用いて製作された物体の物体境界線には、識別可能な模様（pattern）の形態を取る目に見える系統的な境界線誤差があるかもしれない。一般に認められているように、これらの誤差は、これらの境界線ピクセルに対して、異なるグレイスケール露光レベルを用いることで、１／ｋだけ小さくなって、目に見えにくくなるが、それでも、厳密な検査では、識別できることもある。これらの境界線ピクセルでのグレイスケール値にランダム化（randomization）を取り入れることで、その境界線上に識別可能な模様をまったく持たないような製作物体がもたらされることもある。これは、所与の範囲内の乱数Δｆを加算して、このピクセルのグレイスケール値としてｆ（ｒ）＋Δｆを割り当てることで、あるいは、与えられたどんな面積比率ｒに対しても、ルックアップ・テーブルからの戻り値（return value）ｆ（ｒ）が所与の範囲内で変わるようなルックアップ・テーブルを使用することで、達成される。
【００４５】
上述の通り、紫外線（「ＵＶ」）デジタル放射線プロジェクタまたは可視光デジタル・ライト・プロジェクタ、あるいは、ＵＶ放射線と可視光を両方とも使用するデジタル・ライト・プロジェクタシステムを使用して、上記の固化可能感光性樹脂構築材料を硬化させることがある。適切な形式のエネルギー刺激を加えることに応じて固化できる適切な任意の流動可能か、あるいは広げ伸ばせる媒体、例えば、液体、ゲル、ペースト、または半液体状の物質（例えば、液体物質と、液体材料中に浮遊する固体物質との混合物）、および、それらを組み合わせたものが、本発明の実施において使用される。ＵＶ放射線または可視光を用いる照射により、固体状態のポリマ合成樹脂に変化するように誘導できる多くの液体状態の化学物質が知られている。本発明の実施において、上記の固化可能感光性樹脂構築材料として使用できる適切な硬化可能感光性樹脂は、以下の表１に示されるアクリレート２４である。この配合剤（formulation）は、ＢｅｎＱ ＰＢ７２２０プロジェクタに利用したときに、優れた解像度と光速度（photospeed）を発揮した。生み出された部分は、剛性と靭性のバランスのとれた顕著な圧粉体強度（green strength）を発揮した。
【表１】
2008068621.tif 000003
【００４６】
この配合剤に添加物が取り入れられて、シリコーン・アクリレート物質などの透明なトランスポート手段からの解放能力を促進することもある。
【００４７】
本発明はまた、プロジェクタのピクセル・サイズよりも小さい物体中の特徴要素（例えば、穴）を作るためにも使用できることも留意されたい。これは、使用されようとする特定の感光性樹脂を光重合するのに必要な臨界エネルギーＥｃが、穴の内側のエリアではＥｃよりも小さく、また、この穴の外側のエリアではＥｃよりも大きくなるように、これらの隣接するピクセルの露光を調節することで、達成される。これらの隣接するピクセルのグレイスケール値と、この穴を有するピクセルのグレイスケール値とを制御する前述の技法を使用すれば、例えば１インチ（約２．５４ｃｍ）の０．００８の解像度を持つプロジェクタは、例えば１インチ（約２．５４ｃｍ）の０．００４の直径を持つ穴を生成できる。これは、この穴の外側の感光性樹脂だけが固化する一方で、この穴の内側の感光性樹脂が液体にとどまることになるからである。
【００４８】
本発明は、本発明の特定の実施形態を参照して、上に述べられてきたが、本明細書に開示された発明思想から逸脱しなければ、材料（物質）、諸部分の配置、工程に多くの変更、改造、変形を行えることは明らかである。例えば、像露光パラメータ制御技法は、像が投影される加工面を有するタンク（vat）を持つ改造された光造形装置、ただし、レーザの代わりにＵＶ放射線、可視光、またはＵＶ放射線と可視光との組合せを用いるデジタル像プロジェクタを使用する光造形装置でも同等によく使用できるであろう。容易に改造できるような光造形装置の一例として、本発明の譲受人である３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＶｉｐｅｒ ｓｉ２（商標） ＳＬＡ（登録商標）システムがある。このデジタル像プロジェクタは、本明細書に述べられる露光パラメータを制御するコントローラ・デバイスとソフトウェアを使用して、固化可能液体媒体から成形されようとする三次元物体の投影横断面の像中の境界線ピクセル中の重合境界線の位置づけを制御する。この液体媒体は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，９０２，５３７号と米国特許第６，０４８，４８７号の両明細書に記載される通りに、成形されようとする三次元物体のすでに露光されて、固化された断面上に、液体材料の新しい層を付けるリコータ（recoater）の使用により、あるいは、ディープ・ディップ技法（deep dip technique）により、固化する新しい層を形成する。よって、併記の特許請求の範囲の精神および広い範囲は、この開示を読むと、当業者の心に浮かぶかもしれないようなあらゆる変更、改造、変形を包含するつもりである。本明細書に引用されたあらゆる特許出願、特許、および他の開示特許は、参照によって、その全体が組み入れられている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】輝度とグレイスケール・レベルとの関係を略示したものである。
【図２】像平面内の一地点における輝度の累積を略示したものである。
【図３】この固化可能感光性樹脂構築材料として樹脂配合剤（resin formulation）を用いて、光エネルギーと感光性樹脂構築材料の固化との関係を略示したものである。
【図４】グレイスケール値と、そのボーダー位置との相関関係を略示したものである。
【図５】第１のピクセルの露光強度が５つの異なるレベルに変えられる正規分布でモデル化された４つの隣接ピクセルのグラフ図であって、これらのグレイスケール・レベルが増減するときに、投影ボーダー・ピクセル中の感光性樹脂構築材料（樹脂）の重合境界線を制御することを示す。
【図６】露光レベルが１．０であって、また、半値全幅（ｆｗｈｍ）が６．７ミル（０．００６７インチ（約０．１７０ｍｍ））で、かつピーク間隔が５ミル（０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ））である正規分布を用いてモデル化された４つの隣接ピクセルの露光強度を示すグラフ図である。
【図７】露光レベルが境界線ピクセルに対して０．８であって、また、半値全幅（ｆｗｈｍ）が６．７ミル（０．００６７インチ（約０．１７０ｍｍ））で、かつピーク間隔が５ミル（０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ））である正規分布を用いてモデル化された４つの隣接ピクセルの露光強度を示すグラフ図である。
【図８】露光レベルが境界線ピクセルに対して０．６であって、また、半値全幅（ｆｗｈｍ）が６．７ミル（０．００６７インチ（約０．１７０ｍｍ））で、かつピーク間隔が５ミル（０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ））である正規分布を用いてモデル化された４つの隣接ピクセルの露光強度を示すグラフ図である。
【図９】露光レベルが境界線ピクセルに対して０．４であって、また、半値全幅（ｆｗｈｍ）が６．７ミル（０．００６７インチ（約０．１７０ｍｍ））で、かつピーク間隔が５ミル（０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ））である正規分布を用いてモデル化された４つの隣接ピクセルの露光強度を示すグラフ図である。
【図１０】露光レベルが境界線ピクセルに対して０．２であって、また、半値全幅（ｆｗｈｍ）が６．７ミル（０．００６７インチ（約０．１７０ｍｍ））で、かつピーク間隔が５ミル（０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ））である正規分布を用いてモデル化された４つの隣接ピクセルの露光強度を示すグラフ図である。
【図１１】露光レベルが０．０であって、また、半値全幅（ｆｗｈｍ）が６．７ミル（０．００６７インチ（約０．１７０ｍｍ））で、かつピーク間隔が５ミル（０．００５インチ（約０．１２７ｍｍ））である正規分布を用いてモデル化された４つの隣接ピクセルの露光強度を示すグラフ図である。
【図１２】像平面内の物体の直線境界線で覆われたピクセルを略示したものであって、境界線ピクセル、内部ピクセル、外部ピクセルに対して、異なるグレイスケール・レベルを示す。
【図１３】像平面内の物体の曲線境界線で覆われたピクセルを略示したものであって、境界線ピクセル、内部ピクセル、外部ピクセルに対して、異なるグレイスケール・レベルを示す。
【図１４】ざらざらのエッジ壁面を示すような、グレイスケール・レベルを用いない露光レベルを利用する像形成処理を採用した装置により製作された三次元物体の写真である。
【図１５】滑らかなエッジ壁面を示すような、グレイスケール・レベルを用いる露光レベルを利用する像形成処理を採用した装置により製作された三次元物体の写真である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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