(57)【要約】【課題】露光画像の投影領域の境界領域で製品造形物の表面に造形方向の筋が形成されにくい三次元造形装置を提供する。【解決手段】容器１１は、光硬化性の液状の樹脂材料１０を保持する。プロジェクタ２０ａは、第１の露光画像を入射面１２ａより入射させて樹脂材料中に投影する。プロジェクタ２０ｂは、第１の露光画像に連続する第２の露光画像を入射面１２ａより入射させて樹脂材料中に投影する。制御部１１０は、プロジェクタ２０ａにより第１の露光画像を投影した第１の投影画像と、プロジェクタ２０ｂにより第２の露光画像を投影した第２の投影画像と、の投影面における境界領域を調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性の液状の樹脂材料を保持し、前記樹脂材料を固化させる露光画像を前記樹脂材料中に入射させる入射面を有する容器と、
第１の露光画像を前記入射面より入射させて前記樹脂材料中に投影する第１の画像投影手段と、
前記第１の露光画像に連続する第２の露光画像を前記入射面より入射させて前記樹脂材料中に投影する第２の画像投影手段と、
前記第１の露光画像及び前記第２の露光画像により前記樹脂材料を固化して造形された造形層を前記入射面から遠ざけるように移動させる移動手段と、
前記第１の画像投影手段により前記第１の露光画像を前記樹脂材料中へ投影した第１の投影画像と、前記第２の画像投影手段により前記第２の露光画像を前記樹脂材料中へ投影した第２の投影画像と、の境界領域を調整する制御手段と、を備えることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記境界領域を前記容器の外側から撮影する撮影手段を備え、
前記制御手段は、前記撮影手段による前記境界領域の撮影画像に基づいて前記境界領域を調整することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記境界領域に対応する前記第１の露光画像又は前記第２の露光画像を調整することを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１の投影画像の投影面における前記第１の投影画像に含まれる画像パターンの位置を計測し、計測された前記画像パターンの位置と前記画像パターンの設計上の位置とを一致させるように前記画像パターンの画像データを変更することを特徴とする請求項３に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１の投影画像における前記境界領域で前記第２の投影画像に連続する画像パターンが前記境界領域で前記第２の投影画像の前記画像パターンに重なるように前記第１の露光画像の画像データを作成することを特徴とする請求項３に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１の投影画像における前記境界領域で前記第２の投影画像に連続する画像パターンの照度が前記境界領域で前記第２の投影画像の前記画像パターンの照度と等しくなるように前記第１の露光画像の画像データを変更することを特徴とする請求項３に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記境界領域に対応する前記第１の露光画像又は前記第２の露光画像の照度を調整することを特徴とする請求項３に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記第１の投影画像における画像パターンの照度が等しくなるように前記第１の露光画像の画像データを変更することを特徴とする請求項７に記載の三次元造形装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記第１の投影画像における画像パターンの照度と前記第２の投影画像における画像パターンの照度が等しくなるように前記第１の投影画像又は前記第２の露光画像の画像データを変更することを特徴とする請求項８に記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記画像投影手段は、照明手段と、前記照明手段に照明された前記露光画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子により形成された前記露光画像を前記入射面を通じて前記樹脂材料中へ投影する投影光学系と、前記露光画像の投影光軸に交差する面内で前記画像形成素子の位置を調整可能な調整手段と、を有し、
前記制御手段は、前記調整手段を制御することにより前記境界領域を調整することを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
前記画像投影手段は、照明手段と、前記照明手段に照明された前記露光画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子により形成された前記露光画像を前記入射面を通じて前記樹脂材料中へ投影する投影光学系と、前記露光画像の投影光軸に対する前記画像形成素子の傾きを調整可能な調整手段と、を有し、
前記制御手段は、前記調整手段を制御することにより前記境界領域を調整することを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
指標が形成された位置合わせ用基準プレートを、前記指標上に前記第１の画像投影手段が位置決め画像を投影するように装着可能であって、
前記第１の画像投影手段により投影された前記位置決め画像を前記位置合わせ用基準プレート上で移動させるように前記第１の画像投影手段の位置を調整可能な位置調整手段を備え、
前記制御手段は、前記指標と前記第１の画像投影手段によって投影された位置決め画像との重なりを前記撮影手段により撮影し、前記重なりの撮影画像に基づいて前記位置調整手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項１３】
前記画像投影手段は、照明手段と、前記照明手段に照明された前記露光画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子により形成された前記露光画像を前記入射面を通じて前記樹脂材料中へ投影する投影光学系と、前記照明手段の出力を調整可能な調整手段と、を有し、
前記制御手段は、前記調整手段を制御することにより前記境界領域を調整することを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項１４】
光硬化性の液状の樹脂材料を保持し、前記樹脂材料を固化させる露光画像を前記樹脂材料中に入射させる入射面を有する容器と、
照明手段と、
前記照明手段に照明された前記露光画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子により形成された前記露光画像を前記入射面を通じて前記樹脂材料中へ投影する投影光学系と、
前記露光画像により前記樹脂材料を固化して造形された造形層を前記入射面から遠ざけるように移動させる移動手段と、
前記露光画像の投影光軸に交差する面内で前記画像形成素子の位置を調整可能な調整手段と、を備えることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１５】
光硬化性の液状の樹脂材料を保持し、前記樹脂材料を固化させる露光画像を前記樹脂材料中に入射させる入射面を有する容器と、
照明手段と、
前記照明手段に照明された前記露光画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子により形成された前記露光画像を前記入射面を通じて前記樹脂材料中へ投影する投影光学系と、
前記露光画像により前記樹脂材料を固化して造形された造形層を前記入射面から遠ざけるように移動させる移動手段と、
前記露光画像の投影光軸に対する前記画像形成素子の傾きを調整可能な調整手段と、を備えることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１６】
光硬化性の液状の樹脂材料を保持し、前記樹脂材料を固化させる露光画像を透過させて前記樹脂材料中に入射させる第１の透過部材と、
前記第１の透過部材との間に空間を形成する第２の透過部材と、
前記第２の透過部材及び前記第１の透過部材を透過させて前記露光画像を前記樹脂材料中に投影する画像投影手段と、
前記露光画像により前記樹脂材料を固化して造形された造形層を前記第１の透過部材から遠ざけるように移動させる移動手段と、を備え、
前記第１の透過部材は、酸素透過性であり、
前記第１の透過部材と前記第２の透過部材との間の前記空間には、酸素を含む大気圧よりも高い圧力の気体が満たされていることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１７】
光硬化性の液状の樹脂材料を保持し、前記樹脂材料を固化させる露光画像を透過させて前記樹脂材料中に入射させる第１の透過部材と、
前記第１の透過部材との間に空間を形成する第２の透過部材と、
前記第２の透過部材及び前記第１の透過部材を透過させて前記露光画像を前記樹脂材料中に投影する画像投影手段と、
前記露光画像により前記樹脂材料を固化して造形された造形層を前記第１の透過部材から遠ざけるように移動させる移動手段と、を備え、
前記第１の透過部材は、酸素透過性であり、
前記第１の透過部材と前記第２の透過部材との間の前記空間には、モル分率０．００１以上の酸素が溶解している酸素溶解性液体が満たされていることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１８】
前記第１の透過部材がフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の三次元造形装置。
【請求項１９】
前記第１の透過部材の投影面が平坦に保たれるように前記酸素溶解性液体の圧力を制御する圧力制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の三次元造形装置。
【請求項２０】
前記第１の透過部材の投影面が平坦に保たれるように前記酸素溶解性液体の液量を制御する液量制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の三次元造形装置。
【請求項２１】
前記酸素溶解性液体は、パーフルオロカーボン類であることを特徴とする請求項１７に記載の三次元造形装置。
【請求項２２】
前記酸素溶解性液体は、パーフルオロオクタン、パーフルオロブチルパーフルオロテトラヒドロフラン、パーフルオロ−１−イソプロポキシヘキサン、パーフルオロ−１，４−ジイソプロポキシブタンから選ばれる少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１７に記載の三次元造形装置。
【請求項２３】
前記酸素溶解性液体中に酸素を供給する酸素供給手段と、
前記酸素溶解性液体中の酸素濃度を測定する測定手段と、
前記酸素溶解性液体中の酸素濃度を調節する調節手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１７記載の三次元造形装置。
【請求項２４】
請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の三次元造形装置における三次元造形物の製造方法であって、
前記三次元造形物の造形中に前記撮影手段により前記境界領域を撮影する撮影工程と、
前記三次元造形物の造形中に前記境界領域を調整する調整工程と、を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化性の液状の樹脂材料中に露光画像を投影して三次元造形物を製造する三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光硬化性の液状の樹脂材料を露光して形成した固化層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形装置の開発が進められている。樹脂材料の表面層を露光して形成した固化層を下方へ移動させて積層させる三次元造形装置では、積層方向の造形速度が低いことが問題とされている（特許文献１）。
【０００３】
これに対して、特許文献２には、樹脂材料を固化させる露光画像を容器の底面を通じて樹脂材料中に投影させつつ露光画像により固化した固化層を上方へ引上げることにより三次元造形物を比較的に高速で造形できる三次元造形装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／５４１９８号明細書
【特許文献２】米国特許第９２１６５４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂材料中に露光画像を投影する三次元造形装置は、画像形成素子により形成された露光画像を投影光学系により樹脂材料中に投影する画像投影手段（いわゆるプロジェクタ）を有する。このような三次元造形装置では、製品造形物の造形方向に垂直な断面の範囲が投影光学系により露光画像を投影可能な面積に制限される。
【０００６】
ここで、投影光学系の投影倍率を大きくすれば、造形面積も大きくなるが、投影画像の画素が大きくなるため、製品造形物の造形解像度が低下してしまう。しかし、投影光学系の投影倍率を大きくしないで造形面積を拡大しようとすると、大型で高精細な画像形成素子と大口径の投影光学系が必要になり、三次元造形装置の製造コストを高めてしまう。
【０００７】
そこで、容器の底面に対向させて複数台の画像投影手段を配列して、それぞれの投影領域をつなぎ合わせて大きな造形面積を確保することが提案された。しかし、製品造形物の露光画像を分割して複数台の画像投影手段で三次元造形を行った場合、隣接する画像投影手段の投影画像の境界領域で製品造形物の表面に造形方向の筋模様やスリットが形成されることが判明した。
【０００８】
本発明は、露光画像の投影領域の境界領域で製品造形物の表面に造形方向の筋模様やスリットが形成されにくい三次元造形装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の三次元造形装置は、光硬化性の液状の樹脂材料を保持し、前記樹脂材料を固化させる露光画像を前記樹脂材料中に入射させる入射面を有する容器と、第１の露光画像を前記入射面より入射させて前記樹脂材料中に投影する第１の画像投影手段と、前記第１の露光画像に連続する第２の露光画像を前記入射面より入射させて前記樹脂材料中に投影する第２の画像投影手段と、前記第１の露光画像及び前記第２の露光画像により前記樹脂材料を固化して造形された造形層を前記入射面から遠ざけるように移動させる移動手段と、前記第１の画像投影手段により前記第１の露光画像を前記樹脂材料中へ投影した第１の投影画像と、前記第２の画像投影手段により前記第２の露光画像を前記樹脂材料中へ投影した第２の投影画像と、の境界領域を調整する制御手段と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、露光画像の投影領域の境界領域で製品造形物の表面に造形方向の筋模様やスリットが形成されにくい三次元造形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の三次元造形装置の構成の説明図である。
【図２】プロジェクタの構成の説明図である。
【図３】造形処理プログラム作成のフローチャートである。
【図４】画像形成素子の位置合わせ機構の説明図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。
【図５】プロジェクタの投影領域の模式図である。
【図６】投影画像の境界領域の説明図である。
【図７】実施の形態１の投影画像のずれ修正制御のフローチャートである。
【図８】投影領域の移動の説明図である。（ａ）は修正前、（ｂ）は修正後である。
【図９】実施の形態２の投影画像のずれ修正制御のフローチャートである。
【図１０】露光画像の修正の説明図である。（ａ）は修正前、（ｂ）は修正後である。
【図１１】実施の形態３の投影画像の輝度修正制御のフローチャートである。
【図１２】露光画像の修正の説明図である。（ａ）は修正前、（ｂ）は輝度修正、（ｃ）は修正後である。
【図１３】投影面のたわみの説明図である。（ａ）は投影面、（ｂ）は透過部材のたわみである。
【図１４】露光画像の投影面の傾き調整機構の説明図である。
【図１５】実施の形態４の投影面の角度補正制御のフローチャートである。
【図１６】酸素供給室の説明図である。（ａ）は透過部材のたわみ状態、（ｂ）は酸素供給系である。
【図１７】製品造形物の露光画像の画像処理の説明図である。（ａ）は製品造形物の露光画像、（ｂ）は一方の投影領域の露光画像、（ｃ）は他方の投影領域の露光画像である。
【図１８】キャリブレーションの説明図である。
【図１９】位置合わせ用基準プレートの説明図である。（ａ）は位置決め画像、（ｂ）は位置合わせ板である。
【図２０】実施の形態８における液体槽の説明図である。
【図２１】実施の形態９における液体槽の説明図である。
【図２２】カメラの配置の別の例の説明図である。（ａ）は投影光学系の中間位置、（ｂ）は造形領域の外側である。
【図２３】光源の別の例の説明図である。
【図２４】製品造形物の造形方向の別の例の説明図である。（ａ）は下方へ向かって造形する実施の形態、（ｂ）は水平方向に造形する実施の形態である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１に示すように、実施の形態１では５台×５台のプロジェクタを用いて５００ｍｍ×５００ｍｍの造形面積を確保している。そして、隣接する投影領域の境界領域をカメラ１３０で撮影して、撮影画像に基づいて境界領域における投影領域の重ね合わせを機械的に調整している。
【００１４】
（三次元造形装置）
図１は実施の形態１の三次元造形装置の構成の説明図である。図２はプロジェクタの構成の説明図である。図１に示すように、三次元造形装置１００は、５台×５台のプロジェクタ２０により露光画像を容器１１内の樹脂材料中に投影して三次元造形物の一例である製品造形物３０を造形する。
【００１５】
図２に示すように、容器の一例である容器１１は、光硬化性の液状の樹脂材料１０を保持し、露光画像を樹脂材料中に入射させる入射面を有する。容器１１は、容器内へ露光画像を投影するための開口である透過部１１ａを有する。透過部１１ａには透過部材１２が取り付けられて、光硬化性の液状の樹脂材料１０を漏れないように保持する。
【００１６】
移動手段の一例である引上部材１３、引上装置１７は、プロジェクタ２０ａ、２０ｂにより樹脂材料を固化して造形された造形層を入射面１２ａから遠ざけるように移動させる。引上部材１３は、パルスモータとボールねじにより作動する引上装置１７によって任意に設定された速度又は任意に設定されたピッチ及び時間間隔で上方へ引上げられる。引上部材１３は、硬化した樹脂材料１０が付着可能かつ分離可能な材料で分離容易な表面形状を持たせてある。
【００１７】
プロジェクタ２０は、画像形成素子２３の表面に形成された露光画像ＲＧを容器１１内の樹脂材料１０中に投影する。露光画像ＲＧは、結像位置２８に結像する。第１の画像投影手段の一例であるプロジェクタ２０ａは、第１の露光画像（ＲＧａ：図６）を入射面１２ａより入射させて樹脂材料中に投影する。第２の画像投影手段の一例であるプロジェクタ２０ｂは、第１の露光画像に連続する第２の露光画像（ＲＧｂ：図６）を入射面１２ａより入射させて樹脂材料１０中に投影する。後述するように、プロジェクタ２０ａは、個別に遠隔操作して平面内で移動可能、投影倍率調整可能、焦点位置を調整可能である。
【００１８】
（画像形成素子）
画像形成素子２３は、照明手段の一例である光源２１に照明された露光画像を形成する。光源２１は、紫外線ＬＥＤにより紫外線を発生して画像形成素子２３を照明する。投影光学系２５は、画像形成素子２３により形成された露光画像を、入射面１２ａを通じて樹脂材料１０中へ投影する。
【００１９】
画像形成素子２３は、画像データに応じた画像を表面に形成する光変調素子である。画像形成素子２３は、個々の画素に対応する微細な可動ミラーを格子状に配列して形成され、光源２１による照明光の反射画像を出力する。画像形成素子２３は、紫外光の利用効率が高くなる点を考慮して、テキサス社のＤＭＤ素子ＤＬＰ９０００を採用している。
【００２０】
投影光学系２５は、画像形成素子２３の表面に形成された二値画像を、露光画像の投影光路上の露光画像ＲＧと共役な位置である結像位置２８へ結像させるように投影する。投影光学系２５は投影倍率が１０倍であって、画像形成素子２３に形成された７．６μｍ角の１個の画素を、投影画像に投影された７６μｍ角の画素に拡大して表示する。
【００２１】
画像形成素子２３の各画素のミラーは、露光画像ＲＧの切り替わりに同期させて単純にＯＮ／ＯＦＦさせてもよい。しかし、露光画像を構成する画素ごとに輝度階調（強度変調量）を設定してもよい。画像形成素子２３は、各画素のミラーをデューティ比０〜１００％の範囲内で毎秒２５０回のＯＮ／ＯＦＦ（反射角度の変更）可能である。各画素のミラーにＯＮのデューティ比を個別に設定することにより、画素の中間調（グレースケール）を出力させることも可能である。
【００２２】
（透過部材）
透過部材１２は、酸素及び紫外光を透過させる性質を有する、厚さ２ｍｍのほぼ透明な外観を有するフッ素樹脂材料である。具体的には、三井デュポン社製テフロン（登録商標）ＡＦ２４００であって、光源２１の紫外光に対する透過率は８８％である。
【００２３】
透過部材１２は、空気中の酸素を透過して樹脂材料１０との界面に酸素豊富な雰囲気を形成し、樹脂材料１０の紫外線によるラジカル重合反応を妨げる。これにより、製品造形物３０と透過部材１２との間に樹脂材料１０の薄い液体層（いわゆるデッドゾーン）３１が形成されて、製品造形物３０は、透過部材１２に付着することなく、上方へ引上げられる。
【００２４】
すなわち、実施の形態１で用いた樹脂材料１０は、紫外光によりラジカル重合反応を起こして固化し、酸素豊富な環境ではラジカル重合反応が妨げられる樹脂材料である。例えば、光硬化性ポリウレタン、光硬化性エポキシ樹脂、光硬化性ウレタン、光硬化性シリコンゴム等である。
【００２５】
（制御部）
制御部１１０は、ＲＯＭ１１３に記録された処理プログラム及びデータをＲＡＭ１１２に保持してＣＰＵ１１１が必要な演算と処理を実行するコンピュータである。制御部１１０は、外部コンピュータ１２２で生成された造形処理プログラムを実行して三次元造形装置１００を作動させる三次元造形コントローラである。
【００２６】
制御部１１０は、製品造形物３０の各層の画像を時系列に配列した動画像を画像形成素子２３に出力させつつ、引上装置１７により動画像の再生速度にリンクした速度で連続的又は断続的に引上部材１３を引上げる。これにより、引上部材１３に上端を固定された製品造形物３０が上方へ成長するように三次元造形される。
【００２７】
（造形処理プログラム）
図３は造形処理プログラム作成のフローチャートである。図２に示すように、外部コンピュータ１２２は、製品造形物３０の設計データを制御部１１０に入力し、製品造形物３０の造形開始、中断等を制御部１１０に指令入力する。制御部１１０は、製品造形物３０の設計データに基づいて、製品造形物３０の造形プログラムを自動作成するソフトウエアをインストールされている。
【００２８】
図３に示すように、ＣＰＵ１１１は、外部コンピュータ１２２から製品造形物３０の設計データ（ＣＡＤデータ）を取得する（Ｓ１１）。ＣＰＵ１１１は、製品造形物３０の設計データに基づいて製品造形物３０の所定高さ刻みの造形領域を設定し、それぞれのプロジェクタ２０の造形領域に分割する（Ｓ１２）。
【００２９】
ＣＰＵ１１１は、それぞれのプロジェクタ２０の所定高さ刻みの造形領域ごとに光硬化性樹脂材料の露光画像を設定する（Ｓ１３）。ＣＰＵ１１１は、画像形成素子２３の露光画像の切り替え間隔（すなわち動画再生速度）と引上装置１７による引上部材１３の引上げ計画を設定する（Ｓ１４）。ＣＰＵ１１１は、画像形成素子２３の露光画像の切り替え計画と引上部材１３の引上げ計画とを組み合わせて製品造形物３０の造形処理プログラムを作成し、ＲＡＭ１１２に保存する（Ｓ１５）。造形処理プログラム及び付属データは、外部コンピュータ１２２へ送信されて、記録媒体に保存される。
【００３０】
なお、投影画像をプロジェクタ２０ごとの投影領域（ＴＲ：図６）に合わせて分割する処理は、外部コンピュータ１２２で実行してもよい。
【００３１】
（プロジェクタ）
図２に示すように、プロジェクタ２０は、画像形成素子２３により形成された露光画像を投影光学系２５により樹脂材料１０中に投影する。プロジェクタ２０が１台の場合、製品造形物３０の造形方向に垂直な断面の範囲が投影光学系２５により露光画像を投影可能な面積が造形面積となる。
【００３２】
投影光学系２５の投影倍率を大きくすれば、造形面積が大きくなるが、投影画像の画素が大きくなるため、製品造形物３０の造形解像度が低下してしまう。投影光学系２５の投影倍率を大きくしないで造形面積を拡大するためには、大きな造形面積に対応させた大型高精細な画像形成素子２３と大口径の投影光学系２５が必要になり、三次元造形装置１００の製造コストを大幅に高めてしまう。
【００３３】
そこで、三次元造形装置１００では、図１に示すように、容器１１の底面に対向させて５台×５台の２５台のプロジェクタ２０を格子状に配列し、２５個の投影領域を格子状につなぎ合わせることにより大きな造形面積を確保している。しかし、２５個に分割した露光画像を２５台のプロジェクタ２０で単純に投影して三次元造形を行うと、分割した投影画像の境界領域に対応する製品造形物３０の位置に造形方向の筋模様やスリットが造形されてしまった。
【００３４】
そこで、実施の形態１では、分割された投影画像の境界領域をカメラ１３０で撮影して、撮影画像に基づいて個別の画像形成素子２３の位置調整を行っている。これにより、分割露光画像を投影した隣接する投影画像の境界領域を調整して、隣接する投影画像の画素同士のずれを減少させている。
【００３５】
すなわち、大型の製品造形物３０を形成するために、投影光学系２５の拡大倍率を上げると、必然的に造型物の解像度が低くなる。したがって、大型かつ高解像度の製品造形物３０を形成するためには、複数の投影光学系２５を用い、それぞれの投影画像を繋ぎ合わせて造形する必要がある。しかし、複数の投影光学系２５の投影画像を繋ぎ合わせて造形する場合、隣接する投影画像間の境界で投影画像のズレや、露光量の相違などにより、投影画像が滑らかに繋がらないことがある。投影画像が滑らかに繋がっていない場合、投影画像の境界に相当する製品造形物３０の部分に、製品造形物３０の設計データ（三次元構造データ）には存在しなかった段差、スジ、スリット等の形状が形成され、形状精度が低下する。このため、投影面ＴＭ（＝造形面）での投影画像ＴＧの繋ぎ目が見えないようにするためには、隣接する投影画像間の位置ズレを修正し、光量分布も均一にする必要がある。
【００３６】
プロジェクタ２０の複数台で全体の露光画像を分割した個別の露光画像ＲＧを投影したとき、隣接する投影画像ＴＧの境界に画像パターンの位置ずれがある場合、（１）画像を投影する位置のずれ、（２）画像の倍率の違い、（３）画像そのものの歪、といった原因が考えられる。そして、実施の形態１では、（１）画像を投影する位置のずれの軽減を課題としており、（２）画像の倍率の違い、（３）画像そのものの歪については後述する。
【００３７】
図２を参照して図６に示すように、画像情報取得部の一例であるカメラ１３０は、隣接する投影光学系２５の間に設けられて投影画像ＴＧの境界領域ＫＲの撮影画像を取得する。実施の形態１では、カメラ１３０により取得した撮影画像に基づいて、プロジェクタ２０ごとの露光画像ＲＧの位置ずれ量を計測する。実施の形態１では、投影面ＴＭの造形領域より外部に設けた位置合わせマークの一例である位置決め画像ＩＧを実露光時に使用する。樹脂材料１０と透過部材１２との界面に投影される位置決め画像ＩＧをカメラ１３０により撮像して撮像データを取得する。透過部材１２は、投影光学系２５からの投影像が入射する、容器１１内部の樹脂材料（モノマー材料）１０とは屈折率の異なる窓である。
【００３８】
（位置合わせ機構）
図４は画像形成素子２３の位置合わせ機構の説明図である。図４中、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。図４に示すように、画像表示部４０は、箱状の筐体４０ｆの内側で、画像形成素子２３を、ピエゾ素子を用いたアクチュエータ４１〜４８、５１〜５３により移動可能に保持している。アクチュエータ４１〜４８、５１〜５３は、印加した直流電圧に応じて伸縮する。
【００３９】
調整手段の一例であるアクチュエータ４１〜４８は、露光画像の投影光軸に交差する面内で画像形成素子２３の位置を調整可能である。制御部１１０は、アクチュエータ４１〜４８を制御することにより隣接する２つの投影画像ＴＧの境界領域ＫＲにおける相対位置を調整することができる。アクチュエータ４１、４２、４３、４４は、それぞれの伸縮を組み合わせることにより画像形成素子２３をＹ方向へ移動可能である。アクチュエータ４５、４６、４７、４８は、それぞれの伸縮を組み合わせることにより画像形成素子２３をＸ方向へ移動可能である。アクチュエータ４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８は、それぞれの伸縮を組み合わせることにより画像形成素子２３をＸＹ面内で回動させて角度調整可能である。
【００４０】
アクチュエータ５１、５２、５３は、一体に伸縮することにより画像形成素子２３をＺ方向へ移動可能である。アクチュエータ５１、５２、５３は、それぞれの伸縮を組み合わせることにより、画像形成素子２３をＸＺ面内及びＹＺ面内で角度調整可能である。
【００４１】
制御手段の一例である制御部（１１０：図２）は、カメラ１３０により撮影した撮影画像を処理して隣接する２つの投影画像における画素のずれ量を演算し、ずれ量を相殺するようにアクチュエータ４１〜４８を作動させる。
【００４２】
（位置合わせ制御）
図５はプロジェクタの投影領域の模式図である。図６は投影画像の境界領域の説明図である。図２に示すように、撮影手段の一例であるカメラ１３０は、境界領域ＫＲを容器１１の外側から撮影する。制御部１１０は、プロジェクタ２０ａにより第１の露光画像（ＲＧａ：図６）を投影した第１の投影画像（ＴＧａ：図６）と、プロジェクタ２０ｂにより第２の露光画像を投影した第２の投影画像（ＴＧｂ：図６）と、の境界領域（ＫＲ：図６）を調整する。
【００４３】
図１に示す三次元造形装置１００から、隣接する４台のプロジェクタ２０を取り出して説明する。図５に示すように、４台のプロジェクタ２０は、４分割された露光画像ＲＧを投影して結像位置２８に投影画像ＴＧを形成している。投影画像ＴＧは、プロジェクタ２０の投影領域ＴＲの内側に設定されている。
【００４４】
図６に示すように、４台のプロジェクタ２０の投影領域ＴＲは、境界領域ＫＲでオーバーラップしている。隣接する投影画像ＴＧは、境界領域ＫＲの半分ずつを含んで繋ぎ合わされている。制御部（１１０：図２）は、カメラ１３０による境界領域ＫＲの撮影画像に基づいて、境界領域ＫＲにおける隣接する投影画像ＴＧの位置、傾き角度、照度等を調整する。なお、図６では境界領域ＫＲの幅を誇張して表現しているが、実際には、１０画素（０．７５ｍｍ）程度の重なりに過ぎない。
【００４５】
カメラ１３０は、隣接する投影領域ＴＲの境界領域ＫＲに対向し、投影領域ＴＲに投影される２つの位置決め画像ＩＧを画角に収められるように配置されている。カメラ１３０は、造形開始前の投影領域の位置調整では位置決め画像ＩＧを撮影し、造形開始後は製品造形物３０の露光画像ＲＧを投影領域ＴＲに投影した画像を撮影する。
【００４６】
カメラ１３０は、投影画像計測用である。カメラ１３０は、画像形成素子２７のフレームレートと同期して、画像形成素子２７のフレームレートの２倍以上のサンプリングレートで投影画像ＴＧの画像データを取得する。カメラ１３０は、境界領域ＫＲに位置する投影画像ＴＧの画像パターンの位置情報及び照度情報を取得する。
【００４７】
実施の形態１では、カメラ１３０は、紫外光に感度を有する撮像素子を有し、樹脂材料１０と透過部材１２の界面、及び製品造形物３０における紫外光の屈折率差に基づく反射光の画像を撮影する。しかし、可視光に感度を有する撮像素子を有するカメラ１３０を使用することも可能である。そのためには、後述するように、撮影タイミングで一時的に光源２１を可視光源に切り替えたり、紫外光に可視光を重畳したりする。また、樹脂材料に蛍光剤を混合して紫外光を可視光に変換して、投影画像ＴＧを可視光で観察可能にすることができる。後述するように、カメラ１３０は、個別に遠隔操作して、平面方向で位置調整可能、焦点位置を調整可能である。
【００４８】
図４の（ｂ）に示すように、画像形成素子２３をＸＹ平面内で移動させることで、投影画像ＴＧは、結像位置２８の面内で移動する。画像形成素子２３をＸＹ平面内で傾けることで、投影画像ＴＧは、結像位置２８の面内で傾き角度を調整される。図２に示すように、ＣＰＵ１１１は、製品造形物３０の設計データから作成した造形される各層の全体の投影画像をプロジェクタ２０ごとの投影画像ＴＧに分割している。ＣＰＵ１１１は、分割された露光画像を割り当てたプロジェクタ２０ごとに時系列的にグループ化された多数の撮影画像（いわゆるＦＬＩＰ  ＢＯＯＫ）を準備して、造形開始を待機する。
【００４９】
ここで、実施の形態１の変形例では、紫外光領域に感度を有するカメラ１３０に替えて、赤外光領域に感度を有するカメラ１３０を使用する。一般的に樹脂モノマーのラジカル重合反応はかなりの発熱反応であるため、投影画像ＴＧの中で樹脂材料の固化が進行している製品造形物３０の造形領域が赤外線源となっている。赤外線領域に感度を有するカメラ１３０を用いて、結像位置２８に焦点を合わせて撮影を行うことで、非造形領域に対して造形領域の照度を際立たせたコントラストの高い製品造形物３０の造形輪郭の画像を取得する。これにより、境界領域ＫＲにおける隣接する投影画像ＴＧのずれや隙間を解像度高く検知できる。
【００５０】
（フローチャート）
図７は実施の形態１の投影画像のずれ修正制御のフローチャートである。図８は投影領域の移動の説明図である。図８中、（ａ）は修正前、（ｂ）は修正後である。ＣＰＵ１１１は、製品造形物３０の造形中に撮影工程を実行してカメラ１３０により境界領域ＫＲを撮影する。ＣＰＵ１１１は、撮影工程に続く調整工程では、製品造形物３０の造形中に境界領域ＫＲを撮影して境界領域ＫＲの位置合わせを調整する。
【００５１】
図７に示すように、ＣＰＵ１１１は、外部コンピュータ１２２から造形開始を指令されると、投影画像ＴＧのずれ修正制御を開始する。ＣＰＵ１１１は、位置決めマークを画像形成素子２３に表示して、結像位置２８に図６に示すように位置決め画像ＩＧを形成する。そして、カメラ１３０により位置決め画像ＩＧを撮影して撮影画像を取り込む（Ｓ２１）。
【００５２】
なお、位置決め画像ＩＧは、引上部材１３上の樹脂材料１０を固化してしまうが、製品造形物３０の造形前であるため、問題とはならない。ただし、位置決め画像ＩＧは、画像形成素子２３における画素の輝度階調（ＯＮのデューティ）を下げるとともに短時間で終了させることにより、樹脂材料１０の不必要な重合反応を回避することも可能である。
【００５３】
ＣＰＵ１１１は、位置決め画像ＩＧの撮影画像を処理して個別の投影領域ＴＲの位置ずれ修正量と傾き修正量とを演算する（Ｓ２２）。ＣＰＵ１１１は、アクチュエータ４１〜４８を作動させて個別の投影領域ＴＲの位置ずれと傾きとを修正する（Ｓ２２）。投影領域ＴＲの位置ずれと傾きを修正後、ＣＰＵ１１１は、造形を開始する（Ｓ２３）。
【００５４】
図８の（ａ）に示すように、造形開始後は、撮影画像と境界領域の露光画像とを比較する画像処理により、製品造形物３０の露光画像が投影領域ＴＲに投影された製品投影画像３０Ｇの境界領域ＫＲにおける破断を検知する。そして、破断が検知された場合には、アクチュエータ４１〜４８を作動させて、図８の（ｂ）に白い矢印で示すように投影領域の位置を調整する。
【００５５】
ＣＰＵ１１１は、造形の開始後、所定時間（１秒）ごとの撮影タイミングで（Ｓ２６のＹＥＳ）、境界領域ＫＲに投影された露光画像の投影画像をカメラ１３０により撮影して撮影画像を取り込む（Ｓ２７）。
【００５６】
ＣＰＵ１１１は、撮影された製品投影画像３０Ｇと境界領域ＫＲに投影される露光画像ＲＧとを比較して、製品投影画像３０Ｇに隙間ＧＰが発生しているか否かを判断する。そして、隙間ＧＰが発生している場合は、隙間ＧＰの画素数及び隙間に沿った方向の位置ずれ画素数を求めて投影領域ＴＲの位置ずれ修正量と傾き修正量とを演算する（Ｓ２８）。
【００５７】
ＣＰＵ１１１は、アクチュエータ４１〜４８を作動させて投影領域ＴＲの位置ずれと傾きとを修正する（Ｓ２９）。ＣＰＵ１１１は、製品造形物３０の造形が終了すると（Ｓ２５のＹＥＳ）、投影画像ＴＧのずれ修正制御を終了する。
【００５８】
（実施の形態１の効果）
図６に示すように、実施の形態１では、第１の露光画像ＲＧａを投影した第１の投影画像ＴＧａと第２の露光画像ＲＧｂを投影した第２の投影画像ＴＧｂとの境界領域ＫＲを調整する。このため、製品造形物３０に形成される造形方向に連続した筋模様、盛り上がり、凹み、変形、スリット等を軽減させることができる。
【００５９】
実施の形態１では、カメラ１３０が境界領域ＫＲを容器１１の外側から撮影する。そして、カメラ１３０による境界領域ＫＲの撮影画像に基づいて境界領域ＫＲにおける隣接する２つの投影画像ＴＧの相対位置、傾き角度、照度等を調整する。このため、製品造形物３０に形成されようとする造形方向の筋模様やスリットを早い段階で正確に判断して解消させる制御を開始できる。また、カメラ１３０の撮影光学系を単純に構成できる。
【００６０】
実施の形態１では、アクチュエータ４１〜４８が露光画像の投影光軸に交差する面内で画像形成素子２３の位置を調整可能である。このため、制御部１１０は、露光画像ＲＧの投影画像ＴＧを投影面ＴＭに沿って移動して、隣接する２つの露光画像ＲＧａ、ＲＧｂの位置合わせを実行できる。
【００６１】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、画像形成素子２３の位置及び傾きを機械的に調整して隣接する投影領域の境界領域を調整した。これに対して、実施の形態２では画像形成素子２３は移動させないで、画像形成素子２３上の露光画像上の製品造形物３０の位置を修正する。三次元造形装置１００の機械構成及び造形処理は実施の形態１と同一であるため、重複する説明を省略する。
【００６２】
上述したように、プロジェクタ２０の複数台で全体の露光画像を分割した個別の露光画
像ＲＧを投影したとき、隣接する投影画像ＴＧの境界に画像パターンの位置ずれがある場合、（１）画像を投影する位置のずれ、（２）画像の倍率の違い、（３）画像そのものの歪、といった原因が考えられる。そして、原因そのものは、解消できなくても、個別の露光画像ＲＧを修正又は変形することにより、隣接する投影画像ＴＧの境界における画像パターンのずれは解消できる。
【００６３】
図６に示すように、実施の形態２では、実施の形態１と同様に、投影画像ＴＧに含まれる画像パターンの投影面ＴＭの面内での位置の計測を行う。そして、計測した位置の、設計上の画像パターンの位置に対する差異量を算出する。そして、投影面ＴＭにおける投影画像ＴＧ上の画像パターンの位置が設計上の位置となるように露光画像ＲＧの画像データを補正する。
【００６４】
（露光画像の修正）
図９は実施の形態２の投影画像のずれ修正制御のフローチャートである。図１０は露光画像の修正の説明図である。図１０中、（ａ）は修正前、（ｂ）は修正後である。図６に示すように、実施の形態２では、境界領域ＫＲに対応する第１の露光画像ＲＧａ又は第２の露光画像ＲＧｂの画像データを調整して隣接する投影画像ＴＧａ、ＴＧｂを位置合わせする。
【００６５】
図９に示すように、ＣＰＵ１１１は、造形の開始後、所定時間（１秒）ごとの撮影タイミングで（Ｓ３２のＹＥＳ）、境界領域ＫＲに投影された露光画像ＲＧａ、ＲＧｂの投影画像ＴＧａ、ＴＧｂをカメラ１３０により撮影して撮影画像を取り込む（Ｓ３３）。
【００６６】
ＣＰＵ１１１は、撮影された製品投影画像３０Ｇのうち境界領域ＫＲに位置する画像と、境界領域ＫＲに投影される分割前の露光画像ＲＧと、を比較して隙間ＧＰが発生しているか否かを判断する。そして、隙間ＧＰが発生している場合は、隙間ＧＰの画素数及び隙間に沿った方向の位置ずれ画素数を求めて投影領域ＴＲの位置ずれ修正量と傾き修正量とを演算する（Ｓ３４）。
【００６７】
図１０の（ａ）に示すように、隣接する投影領域ＴＲの間で位置ずれが発生すると、製品投影画像３０Ｇに隙間ＧＰが発生することがある。このとき、実施の形態２では、図１０の（ｂ）に示すように、個別の投影領域ＴＲの移動は行わず、投影領域ＴＲ内で露光画像ＲＧの投影画像ＴＧを矢印のように移動させて隙間ＧＰを解消させる。画像形成素子２３に表示される露光画像ＲＧにおける製品造形物３０の輪郭位置を位置ずれ修正量だけ移動させ、傾き修正量だけ傾ける。
【００６８】
ＣＰＵ１１１は、元の露光画像ＲＧにおける製品造形物の輪郭位置を位置ずれ修正量だけ移動させて傾き修正量だけ傾けるように、製品造形物３０のそれ以降の造形に用いる各層の露光画像ＲＧを修正する（Ｓ３５）。ＣＰＵ１１１は、製品造形物３０の造形が終了すると（Ｓ３１のＹＥＳ）、投影画像のずれ修正制御を終了する。
【００６９】
図６に示すように、実施の形態２では、隙間ＧＰが発生した境界領域ＫＲに位置する２つの露光画像ＲＧａ、ＲＧｂのうちの少なくとも一方の画像データを調整する。このため、画像形成素子２３を移動させる機構を設ける必要が無い。画像形成素子２３の機械的な移動に起因する振動や騒音を引き起こすことが無い。
【００７０】
＜実施の形態３＞
隣接する投影画像の境界を挟んで製品投影画像の照度が異なると、製品造形物３０の境界位置に造形方向の筋が形成される。このため、実施の形態３では、隣接する投影画像の間で輝度差を解消する調整を行っている。
【００７１】
すなわち、隣接する投影画像ＴＧの境界で画像間に照度差がある場合、（１）投影光学系２５の性能差、（２）光源２１の性能差が考えられる。そこで、実施の形態３では、投影画像ＴＧの投影面ＴＭ上での照度分布の計測を行い、照度分布が均一になるように、画像形成素子２３の面内の各画素の輝度階調（デューティ比）を制御する。また、境界を挟んで隣接する投影画像ＴＧの照度差が解消されるように同一になるように、画像形成素子２３の面内の各画素の輝度階調（デューティ比）を制御する。
【００７２】
上述したように、境界領域ＫＲは、１０画素程度であってもパターンの光学像の重なりが発生した場合には、紫外光が入射する設定になっている領域が重なって局所的に露光量が２倍となる。このため、その部分の樹脂材料１０の重合度が高くなる、あるいはパターン寸法が太くなって造形方向の筋模様の発生原因となる。従って、紫外光が入射する設定になっている領域でパターンが重なり合うように投影される領域については、隣接する領域、双方による照射量を合計して、重ね合わせていない領域の照射量と同一となるように紫外光の照度を下げてやる必要がある。画像形成素子２３の画素単位でデューティ制御を行う等により紫外光の照射量を制御する必要がある。
【００７３】
（照度補正）
図１１は実施の形態３の投影画像の照度修正制御のフローチャートである。図１２は露光画像の修正の説明図である。図１２中、（ａ）は修正前、（ｂ）は輝度修正、（ｃ）は修正後である。調整手段の一例である光源２１は、プロジェクタ２０ごとに光源２１の出力を調整可能である。制御部１１０は、光源２１を制御することにより境界領域ＫＲの照度段差を調整する。
【００７４】
図１１に示すように、ＣＰＵ１１１は、造形の開始後、所定時間（１秒）ごとの撮影タイミングで（Ｓ４２のＹＥＳ）、境界領域ＫＲに投影された露光画像の投影画像をカメラ１３０により撮影して撮影画像を取り込む（Ｓ４３）。
【００７５】
実施の形態３では、２つの投影画像にまたがる製品投影画像の境界領域ＫＲに位置する部分を検知して２つの投影画像の照度修正量を求める（Ｓ４４）。
【００７６】
例えば、図１２の（ａ）に示すように、製品投影画像３０Ｇ、３０Ｇ´に照度差があって、図１２の（ｂ）に示すように、照度差が検知された場合、破線で示すように製品投影画像３０Ｇ、３０Ｇ´の照度差を修正する。これにより、図１２の（ｃ）に示すように、境界を挟んだ製品投影画像３０Ｇ、３０Ｇ´の照度を等しくする。
【００７７】
ＣＰＵ１１１は、隣接する投影画像ＴＧ、ＴＧ´の製品投影画像３０Ｇ、３０Ｇ´の境界領域ＫＲに位置する部分を抽出する。そして、この部分における製品投影画像３０Ｇの平均照度と製品投影画像３０Ｇ´の平均照度とを比較して照度修正量を求める（Ｓ４４）。
【００７８】
ＣＰＵ１１１は、元の露光画像ＲＧにおける製品造形物の輝度階調を照度修正量だけ変化させるように、製品造形物３０のそれ以降の造形に用いる各層の露光画像ＲＧを修正する（Ｓ４５）。ＣＰＵ１１１は、製品造形物３０の造形が終了すると（Ｓ４１のＹＥＳ）、投影画像の照度修正制御を終了する。
【００７９】
実施の形態３では、境界領域ＫＲに対応する第１の露光画像又は第２の露光画像の輝度情報を調整する。このため、境界領域の照度段差に起因する造形方向の筋（境界に沿った方向の造形長さのばらつき）を抑制できる。
【００８０】
なお、三次元造形装置１００では、光源２１の出力を変化させて投影画像ＴＧ全体の照度を調整することも可能である。このため、制御部１１０は、光源２１を制御することにより境界領域ＫＲの照度段差を調整することも可能である。光源２１を制御することにより境界領域ＫＲの照度段差を軽減して、照度段差に起因する造形方向の筋（境界に沿った方向の造形長さのばらつき）を抑制することができる。
【００８１】
＜実施の形態４＞
実施の形態４では透過部材１２の傾きに応じて画像形成素子２７の傾きを調整して、透過部材１２と製品造形物３０との間に適正な厚みの液体層３１を確保させている。
【００８２】
（投影面のたわみ）
図１３は投影面のたわみの説明図である。図１４は露光画像の投影面の傾き調整機構の説明図である。図１３中、（ａ）は投影面、（ｂ）は透過部材のたわみである。図１３の（ａ）に示すように、容器１１の底面に透過部材１２が配置され、透過部材１２の上に樹脂材料１０が貯留されている。上述したように、投影光学系２５は、画像形成素子２３に形成された露光画像ＲＧを結像位置２８に形成される投影面ＴＭに投影する。
【００８３】
画像表示部４０は、図４の（ａ）に示すように、筐体４０ｆの内側で画像形成素子２３をアクチュエータ５１〜５３によりＸＺ平面内及びＹＺ平面内で傾き角度を調整可能に保持している。アクチュエータ５１〜５３は、露光画像の投影光軸に対する画像形成素子２３の傾きを調整可能である。アクチュエータ５１〜５３は、印加した直流電圧に応じて伸縮して画像形成素子２３をＸＺ平面内で回動させることが可能である。このため、制御部１１０は、投影面ＴＭの傾きを任意に調整可能である。
【００８４】
三次元造形装置１００では、透過部材１２を厚くすると樹脂材料１０との界面へ十分な酸素を供給できなくなるため、液体層３１を形成できなくなる。一方、三次元造形装置１００では、大型の製品造形物３０を造形できるように造形面積を大きく確保している。このため、図１３の（ｂ）に示すように、容器１１に樹脂材料１０を注入すると、透過部材１２の剛性が不足して、透過部材１２の中央が重力で下方へたわんでしまう。
【００８５】
その結果、投影面ＴＭ下の透過部材１２は中央が低く周囲が高くなるように傾いてしまう。そして、投影光学系２５による露光画像ＲＧの投影面ＴＭは、透過部材１２の中央で透過部材１２から大きく離れて、焦点ぼけの状態で樹脂材料１０を照射してしまう。これにより、三次元造形装置１００の造形解像度が低下する。
【００８６】
そこで、制御部１１０は、カメラ１３０の撮影画像を処理して透過部材１２の傾き量を求めている。そして、アクチュエータ５１〜５３により画像形成素子２３をＸＺ平面内及びＹＺ平面内で傾けて、図１４に示すように、透過部材１２とほぼ平行な投影面ＴＭを形成させる。
【００８７】
（投影面の角度補正制御）
図１５は実施の形態４の投影面の角度補正制御のフローチャートである。図４に示すように、調整手段の一例であるアクチュエータ５１〜５３は、露光画像の投影光軸に対する画像形成素子２３の傾きを調整可能である。制御部（１１０：図２）は、アクチュエータ５１〜５３を制御することにより投影画像ＴＧの投影面ＴＭの傾きを調整する。
【００８８】
図１５に示すように、ＣＰＵ１１１は、角度補正制御の開始を指令されると、位置決めマークを画像形成素子２３に表示して、樹脂材料１０と透過部材１２の界面に、図６に示すように位置決め画像ＩＧを形成する。そして、カメラ１３０により位置決め画像ＩＧを撮影して撮影画像を取り込む（Ｓ５１）。
【００８９】
ＣＰＵ１１１は、一対の投影画像ＴＧの境界に沿った一対の位置決め画像ＩＧのぼけ量の差を検知して一対の位置決め画像ＩＧまでの距離差の測定を試みる（Ｓ５２）。そして、一対の位置決め画像ＩＧまでの距離差が求められた場合（Ｓ５３のＹＥＳ）、一対の位置決め画像ＩＧまでの距離が一致するようにアクチュエータ５１〜５３を作動させて投影面ＴＭを透過部材１２とほぼ平行な傾きを設定する（Ｓ５５）。
【００９０】
すなわち、一対の位置決め画像ＩＧのうち一方のぼけ量が少なくて明瞭に検知された場合、他方のぼけ量を評価して一対の位置決め画像ＩＧまでの距離差を測定することができる。いわゆるオートフォーカスの原理を用いて測定した距離差から透過部材１２の界面の傾きを求めることができる。
【００９１】
ＣＰＵ１１１は、一対の位置決め画像ＩＧまでの距離差が求められない場合、アクチュエータ５１〜５３を作動させて、透過部材１２がたわんで傾斜する方向に応じた方向に画像形成素子２３を所定量傾ける（Ｓ５４）。そして、一対の位置決め画像ＩＧまでの距離差が求められるまで（Ｓ５３のＮＯ）、位置決め画像ＩＧの投影と撮影とを繰り返す（Ｓ５１、Ｓ５２）。
【００９２】
なお、実施の形態４では、カメラ１３０を用いて位置決め画像ＩＧの撮影画像を評価することにより透過部材１２の傾き量又は中央のたわみ量を推定した。しかし、透過部材１２の中央に超音波センサ等の垂直方向の距離センサを配置して透過部材１２の中央の下がり量を測定し、下がり量に基づいて透過部材１２の傾き量を推定してもよい。
【００９３】
＜実施の形態５＞
三次元造形装置１００では、透過部材１２にたわみがあると、それ自体が投影画像ＴＧの位置ずれ要因、倍率の違い要因、画像そのものの歪要因となる。このため、露光画像ＲＧの画像の補正で対処する場合にその補正が複雑になる。また、大型の製品造形物３０を造形するために容器１１が大型化すると、透過部材１２のたわみが大きくなる。そこで、実施の形態５では、透過部材１２の傾きに応じて酸素室６２の圧力を調整して、透過部材１２の歪を軽減している。これにより、透過部材１２と製品造形物３０との間に適正な厚みの液体層３１を確保させている。
【００９４】
図２に示すように、実施の形態５では、容器１１は、三次元造形装置１００の樹脂槽（＝モノマー材料槽）であって、投影面（＝造形面）上のモノマー材料を収容し、紫外光の照射を行うための、紫外光透過性を有する透過部材１２を有する。そして、図１６の（ｂ）に示すように、容器１１の透過部材１２の外側に、外部から密閉された空間を設けている。そして、加圧手段は、密閉された空間に気体を導入して密閉された空間の気体圧力を調整する調整機構を有している。そして、制御手段は、容器１１へ樹脂材料１０を導入することによって生ずる、透過部材１２の（重力による）変形を密閉された空間の気圧制御により抑制するように調整機構を制御する。制御手段は、透過部材１２の表面の位置を検出し、位置の検出値に応じて、密閉された空間の気圧制御を行って、透過部材１２の表面の位置を所望の範囲に保つ。透過部材１２は、酸素透過性である。透過部材１２と石英ガラス板６１との間の空間には、酸素を含む大気圧よりも高い圧力の気体が満たされている。
【００９５】
（酸素供給室）
図１６は酸素供給室の説明図である。図１６中、（ａ）は透過部材のたわみ状態、（ｂ）は酸素供給系の説明図である。図２に示すように、第１の透過部材の一例である透過部材１２は、酸素透過性を有し、酸素を透過して樹脂材料１０との界面に酸素豊富な液体層３１を形成する。透過部材１２は、樹脂材料１０を保持し、樹脂材料１０を固化させる露光画像を下方から樹脂材料中に透過させる。第２の透過部材の一例である石英ガラス板６１は、透過部材１２との間に空間の一例である酸素供給室６５を形成する。投影光学系２５は、石英ガラス板６１及び透過部材１２を透過させて露光画像を樹脂材料中に投影する。
【００９６】
そして、図１６の（ａ）に示すように、透過部材１２は、酸素透過性及び紫外線透過性を損なわないため薄く形成することが望ましい。透過部材１２が板材としての剛性を有しない薄さになると、樹脂材料１０を容器１１に貯留すると樹脂材料１０の重量により中央が下がって、逆ドーム状に変形する傾向がある。透過部材１２において大面積（例えば１００ｍｍ角以上）の投影面積を確保している場合、透過部材１２の中央と周辺とで造形物下の樹脂材料１０の厚みが１００μｍ以上異なってくる場合がある。これにより、透過部材１２の中央と周辺とで樹脂材料１０による紫外光の減衰量に差が生じて、中央で樹脂材料１０に対する露光量が不足する傾向となる。そこで、実施の形態５では、図１６の（ｂ）に示すように、容器１１の外側に酸素室６２を配置し、酸素室６２の底面に紫外光を透過する石英ガラス板６１を密着させることにより、気密の酸素供給室６５を形成している。酸素供給室６５に対しては、酸素ボンベ６４から供給される酸素ガスを圧力調整装置６３によって任意の圧力に調整して供給可能である。
【００９７】
そして、加圧手段の一例である圧力調整装置６３は、酸素を供給して酸素供給室６５の気体圧力を気圧よりも高く保持する。圧力調整装置６３を調整して酸素供給室６５の圧力を高めることで、樹脂材料１０の重量を相殺して透過部材１２を水平な状態まで上方へ押し戻して保持している。なお、酸素供給室６５へ供給する気体は、１００％の酸素でもよいが、酸素を含む窒素等の気体でもよい。大気も可能である。透過部材１２のたわみを抑えるためにはある圧力を与えることが必要となる。しかし、その場合、純粋な酸素ガスを用いた場合、透過部材１２における酸素阻害効果が大きくなりすぎる可能性がある。その場合、供給する気体に含まれる酸素の分圧を下げることで酸素供給量を制御できる。すなわち、圧力調整装置６３は、供給する気体の圧力、及び酸素分圧を調整可能である。制御部１１０は、供給する気体の圧力、酸素分圧、及び透過部材１２の酸素透過性（＝窓の素材と厚さ）を３つのパラメータとして、透過部材１２のたわみを修正可能な酸素供給室６５の圧力と酸素分圧とを求める。そして、制御部１１０は、求めた圧力と酸素分圧が出力されるように圧力調整装置６３を制御することにより、透過部材１２の酸素阻害効果とたわみ修正効果とを両立させる。
【００９８】
距離センサ６６は、可視光の指標を樹脂材料１０中に投影し、樹脂材料１０と透過部材１２との界面の屈折率差により形成される指標像を撮像する。そして、指標像が距離センサ６６の撮影素子上に結像するようにレンズの焦点距離を調整するいわゆるオートフォーカス制御を実行することにより指標像までの距離を測定する。制御部１１０は、距離センサ６６により出力される指標像までの距離を透過部材１２に歪がない基準値に一致させるように圧力調整装置６３を作動させる。制御部１１０は、透過部材１２の歪を相殺するように酸素供給室６５の圧力を自動制御する。
【００９９】
＜実施の形態６＞
図８の（ａ）に示すように、隣接する２つの投影領域の中心間距離が広がると、製品投影画像３０Ｇに隙間が形成されて、隙間に位置する樹脂材料が固化されなくなる。そこで、実施の形態６では、隣接する２つの投影領域の中心間距離が広がっても製品投影画像３０Ｇに隙間が形成されにくくなるように製品造形物の露光画像を画像処理している。プロジェクタ２０ごとに露光画像を分割した際に、製品造形物３０の造形画像のうちで隣接する投影画像ＴＧにまたがる境界領域ＫＲの部分の画像範囲と照度階調とを調整している。
【０１００】
実施の形態６における画像処理は、隣接する投影画像ＴＧの境界に画像パターンの位置ずれがあった場合でも、製品造形物３０の造形品質に及ぼす影響が少なくなるように露光画像そのものを変形もしくは調整する処理である。すなわち、境界領域に隣接する露光画像間で同一の画像データを双方の露光画像に表示させるオーバーラップ領域を設けている。そして、オーバーラップ領域とオーバーラップ領域に隣接する画像との照度差が所望の値以下になるように、オーバーラップ領域の各画素のデューティ比を設定している。
【０１０１】
（画像処理）
図１７は製品造形物の露光画像の画像処理の説明図である。図１７中、（ａ）は製品造形物の露光画像、（ｂ）は一方の投影領域の露光画像、（ｃ）は他方の投影領域の露光画像である。実施の形態６では、境界領域ＫＲに対応する第１の露光画像（Ｇ１）又は第２の露光画像（Ｇ２）の照度を調整する。
【０１０２】
図１７の（ａ）に示すように、製品投影画像３０Ｇは２つの投影領域ＴＲ１、ＴＲ２にまたがっている。
【０１０３】
図８の（ａ）に示すように、実施の形態１では、投影画像ＴＧの範囲内で製品投影画像３０Ｇが形成されていたので、投影画像ＴＧの隙間がそのまま製品投影画像３０Ｇの隙間になっていた。これに対して、実施の形態６では、図１７の（ｂ）に示すように、投影画像Ｇ１が投影画像ＴＧ２にはみ出して階段状に低くなる照度階調を付与されている。また、図１７の（ｃ）に示すように、投影画像Ｇ２が投影画像ＴＧ１にはみ出して階段状に低くなる照度階調を付与されている。
【０１０４】
これにより、境界領域ＫＲに位置する製品投影画像３０Ｇは、投影画像ＴＧ１と投影画像ＴＧ２との両方の露光を受ける。これにより、隣接する投影領域ＴＲ１、ＴＲ２の中心間距離が広がって、隣接する投影画像ＴＧ１、ＴＧ２に隙間ができても、製品投影画像３０Ｇの境界領域ＫＲには隙間が発生しないで済む。
【０１０５】
図２に示すように、ＣＰＵ１１１は、製品造形物３０の各層の露光画像を設定してプロジェクタ２０ごとに分割した露光画像を作成する。このとき、ＣＰＵ１１１は、隣接する露光画像にまたがる製品造形物３０の造形領域を抽出して隣接する露光画像へはみ出した造形領域を設定する。そして、隣接する投影領域ＴＲがオーバーラップする範囲で段階的に照度を低下させるように、境界領域の露光画像の照度を設定する。
【０１０６】
＜実施の形態７＞
プロジェクタ２０の複数台で全体の露光画像を分割した個別の露光画像ＲＧを投影したとき、隣接する投影画像ＴＧの境界に画像パターンの位置ずれが検知されることがある。このとき、上述したように、画像パターンの位置ずれは、露光画像の倍率の違い、投影画像の歪が原因である場合がある。このため、三次元造形装置１００において露光画像ＲＧの画像データの修正量が大きい場合、投影光学系２５のキャリブレーションを行うことが望ましい。実施の形態７では三次元造形装置１００のキャリブレーションについて説明する。
【０１０７】
（平面位置調整機構）
図１８はキャリブレーションの説明図である。図１８に示すように、カメラ１３０は、ロック機構を有するＸＹステージ７２を個別に備えている。制御部１１０は、ＸＹステージ７２を制御してカメラ１３０の撮影領域をＸ−Ｙ平面内で回転及び平行移動可能である。プロジェクタ２０は、ロック機構を有するＸＹステージ７４を個別に備えている。制御部１１０は、ＸＹステージ７４を制御してカメラ１３０の撮影領域をＸ−Ｙ平面内で回転及び平行移動可能である。制御部１１０は、キャリブレーションにおいて、ＸＹステージ７２、７４を作動させてカメラ１３０及びプロジェクタ２０を位置調整した後、ＸＹステージ７２、７４をロックする。キャリブレーションは、外部コンピュータ１２２を通じて指令操作及びキャリブレーション結果及び画像の表示が行われる。制御部１１０は、指令操作に応答してキャリブレーションを自動的に実行し、キャリブレーション結果及び画像を外部コンピュータ１２２に送信する。
【０１０８】
（位置合わせ用基準プレート）
図１９は位置合わせ用基準プレートの説明図である。図１９中、（ａ）は位置決め画像、（ｂ）は位置合わせ板である。図１９では、図１８の隣接する４個のプロジェクタ２０の平面配置を模式的に図示している。図１８に示すように、キャリブレーションは、位置合わせ用基準プレート７０を結像位置２８に位置決めて実行される。引上部材１３に位置合わせ用基準プレート７０を精密に位置決めして固定し、引上装置１７を作動させることにより、位置合わせ用基準プレート７０が複数の投影光学系２５の結像位置２８に再現性高く位置決められる。図１９の（ｂ）に示すように、位置合わせ用基準プレート７０は、キャリブレーション時に使用される治具である。位置合わせ用基準プレート７０の下面には、プロジェクタ２０ごとに４個の指標ＩＭが配置され、カメラ１３０ごとに１個の指標ＩＣが形成されている。
【０１０９】
図１９の（ａ）に示すように、制御部１１０は、最初にカメラ１３０をそれぞれに対向する指標ＩＣの直下位置で、撮影画像の中心に指標ＩＣを撮影できるように位置調整する。制御部１１０は、カメラ１３０による指標ＩＣの撮影画像を処理して、撮影画像の中心位置と指標ＩＣとの間に位置ずれや傾きがあれば、カメラ１３０の位置ずれや傾きと判断してＸＹステージ７２により修正する。
【０１１０】
制御部１１０は、続いてプロジェクタ２０を作動させて、図１９の（ａ）に示すように、投影光学系２５により位置決め画像ＩＧを位置合わせ用基準プレート７０に投影する。位置決め画像ＩＧは、造形面を形成する投影面ＴＭに投影された位置合わせ用パターンである。制御部１１０は、カメラ１３０を作動させて位置決め画像ＩＧと位置合わせ用基準プレート７０の指標ＩＭとの重なりを撮影する。制御部１１０は、カメラ１３０の撮像データに含まれる位置決め画像ＩＧの位置情報と位置合わせ用基準プレート７０の指標ＩＭの位置情報とを読み取って、プロジェクタ２０の必要な調整量を演算する。
【０１１１】
制御部１１０は、撮影画像を処理して、位置決め画像ＩＧと指標ＩＭとの位置ずれ量及び傾き量を求める。そして、ＸＹステージ７４を作動させて、位置ずれ量及び傾き量を調整し、プロジェクタ２０の拡大倍率の調整を行う。制御部１１０は、投影光学系２５ごとの４個の位置決め画像ＩＧが位置合わせ用基準プレート７０の対応する４個の指標ＩＭに位置決められ、かつ、隣接するプロジェクタ２０の位置決め画像ＩＧ同士が重なり合うように投影光学系２５の位置と拡大倍率とを調整する。
【０１１２】
なお、キャリブレーションは、作業性及び機械的な調整精度の観点からは、図１８に示すように、容器１１から樹脂材料１０を除去した状態で実施することが好ましい。しかし、カメラ１３０の撮影画像は、実際には樹脂材料１０の屈折率を反映した情報ではないことから、容器１１に樹脂材料１０を導入した状態で最終確認を実施する必要がある。あるいは、樹脂材料１０と同じ屈折率を持つ光造形性の無い安価な液体を導入してキャリブレーションを実施してもよい。
【０１１３】
＜実施の形態８＞
実施の形態５では、図１６に示すように、透過部材１２の下面に酸素供給室６５を設け、圧力調整装置６３により酸素供給室６５の気体圧力を高めて透過部材１２のたわみを相殺した。これに対して、実施の形態８では、図２０に示すように、透過部材１２の下面に液体槽２０１を設け、液体槽２０１に酸素溶解性液体２０２を満たして浮力を作用させることにより、透過部材１２のたわみを相殺している。
【０１１４】
（液体槽）
図２０は実施の形態８における液体槽の説明図である。図２０に示すように、第１の透過部材の一例である透過部材１２は、光硬化性の液状の樹脂材料を保持し、樹脂材料を固化させる露光画像を透過させる。第２の透過部材の一例である石英ガラス板６１は、透過部材１２との間に空間を形成する。画像投影手段の一例であるプロジェクタ２０は、石英ガラス板６１及び透過部材１２を透過させて露光画像を樹脂材料中に投影する。移動手段の一例である引上装置１７は、露光画像により樹脂材料を固化して造形された不図示の造形層を透過部材１２から遠ざけるように移動させる。透過部材１２は、酸素透過性を有するフッ素樹脂のメンブレン材料である。透過部材１２は、酸素溶解性液体２０２に溶解した酸素を樹脂材料１０側へ透過させて、透過部材１２と樹脂材料１０との界面に酸素豊富な液体層３１を形成する。
【０１１５】
上述したように、三次元造形装置１００では、透過部材１２にたわみがあると、それ自体が投影画像（ＴＧ：図５）の位置ずれ要因、倍率の違い要因、及び画像そのものの歪要因となる。このため、露光画像ＲＧの画像の補正で対処する場合に、その補正が複雑になる。そこで、実施の形態８では、容器１１の外側に液体槽２０１を設け、透過部材１２と液体槽２０１の間隔を酸素溶解性液体２０２で満たすことにより透過部材１２のたわみを軽減している。透過部材１２と石英ガラス板６１との間の空間には、透過部材１２に対する酸素供給に支障がないように、モル分率０．００１以上の酸素が溶解している酸素溶解性液体が満たされている。
【０１１６】
容器１１は、三次元造形装置１００の樹脂槽（モノマー材料槽）であって、投影面（造形面）上のモノマー材料を収容する。容器１１の下面には、紫外光の照射を行うための紫外光透過性を有する透過部材１２が設けられている。そして、液体供給装置２０４は、透過部材１２と液体槽２０１との間に酸素溶解性液体２０２を導入して透過部材１２に下側から圧力をかけることにより、透過部材１２のたわみを防止している。そして、透過部材１２と製品造形物３０との間に適正な厚みの液体層３１が確保される。また、製品造形物３０の造形中、製品造形物３０を透過部材１２から引き離す方向に移動させる際には、透過部材１２に接する酸素溶解性液体２０２がダンパとして作用して、透過部材１２が上方へたわむことに抵抗する。
【０１１７】
液体供給装置２０４は、容器１１へ樹脂材料１０を導入することによって生ずる、透過部材１２の（重力による）変形を、液体槽２０１に酸素溶解性液体２０２を導入することにより抑制するように液体導入量を調整する。液量制御手段の一例である液体供給装置２０４は、透過部材１２の投影面が平坦に保たれるように酸素溶解性液体２０２の液量、すなわち液面２０３の高さを制御する。
【０１１８】
ここで、樹脂材料１０と酸素溶解性液体２０２の比重が同一である場合、樹脂材料１０の液面２０５と酸素溶解性液体２０２の液面２０３とを同一の高さに調整するだけで、樹脂材料１０によって透過部材１２にかかる圧力と酸素溶解性液体２０２によって透過部材１２にかかる圧力とが等しくなり、透過部材１２にたわみは生じない。しかし、実際には、樹脂材料１０及び透過部材１２と酸素溶解性液体２０２との比重は異なる。そこで、制御部１１０は、距離センサ６６を用いて透過部材１２の表面の位置を検出し、位置の検出値に応じて、酸素溶解性液体２０２の供給量を調整することにより、透過部材１２の表面の位置を所望の範囲に保っている。
【０１１９】
距離センサ６６は、可視光の指標を樹脂材料１０中に投影し、樹脂材料１０と透過部材１２との界面の屈折率差により形成される指標像を撮像する。そして、指標像が距離センサ６６の撮影素子上に結像するようにレンズの焦点距離を調整するいわゆるオートフォーカス制御を実行することにより指標像までの距離を測定する。制御部１１０は、距離センサ６６により出力される指標像までの距離を、透過部材１２にたわみがない状態の基準値に一致させるように液体供給装置２０４を作動させる。制御部１１０は、透過部材１２のたわみを相殺するように、液体槽２０１に対する酸素溶解性液体２０２の供給量を自動制御する。
【０１２０】
また、距離センサ６６の代わりに、例えば、光源部６７と検出部６８を備える方式の距離センサを用いることも可能である。光源部６７から出た光線が透過部材１２の表面で反射し、検出部６８に入射する位置を検出することにより透過部材１２の表面の位置情報を得る方式である。
【０１２１】
また、液体供給装置２０４に酸素溶解性液体２０２を循環させる経路に酸素供給装置２０６を設けて、液体槽２０１の酸素溶解性液体２０２に溶存させた酸素濃度を所定濃度に保つことも可能である。酸素供給手段の一例である酸素供給装置２０６は、酸素溶解性液体２０２中に酸素を供給する。測定手段の一例である酸素濃度センサ２０７及び制御部１１０は、酸素溶解性液体２０２中の酸素濃度を測定する。調節手段の一例である制御部１１０及び酸素供給装置２０６は、酸素濃度センサ２０７の検知出力に基づいて酸素溶解性液体２０２が所定の酸素濃度を保持するように酸素供給装置２０６を作動させる。酸素供給装置２０６は、液体供給装置２０４の一部あるいは全体に酸素透過性のフッ素樹脂などの窓材を設け、大気などの酸素を含んだガス雰囲気から酸素溶解性液体２０２に酸素を供給するように構成してもよい。制御部１１０は、酸素濃度センサ２０７により測定した酸素溶解性液体２０２の酸素濃度が所定の酸素濃度となるように酸素供給装置２０６による酸素供給量を調整する。
【０１２２】
酸素溶解性液体２０２には、モル分率０．００１以上の酸素を溶解させることのできる液体、例えばパーフルオロカーボン類を用いることができる。酸素濃度がモル分率０．００１未満である場合、有効な液体層３１を確保できず、透過部材１２の表面で樹脂材料１０が固化する可能性がある。酸素溶解性液体２０２の好ましい具体例として、パーフルオロオクタン、パーフルオロブチルパーフルオロテトラヒドロフラン、パーフルオロ−１−イソプロポキシヘキサン、パーフルオロ−１，４−ジイソプロポキシブタン等が挙げられる。これのうち、溶存可能な酸素濃度の観点からは、パーフルオロブチルパーフルオロテトラヒドロフランが特に好ましい。
【０１２３】
また、露光に用いる光量の減衰を防ぐため、酸素溶解性液体２０２には露光に用いる波長の光線の透過率が高い物質を用いる必要がある。図２０の例では、露光の光源として波長３５０〜４００ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを使用している。このため、酸素溶解性液体２０２としては、波長３５０〜４００ｎｍに対する光透過率が１ｃｍあたり９０％以上透過する液体材料を用いることが望ましい。また、酸素溶解性液体２０２は、波長３５０〜４００ｎｍに対する光透過率が１ｃｍあたり９５％以上透過する物質であることが望ましい。さらに１ｃｍあたり９９%以上透過する物質であればさらに望ましい。
【０１２４】
透過部材１２のたわみを精密に制御するためには、酸素溶解性液体２０２の比重は樹脂材料１０の比重と同等であることが好ましい。酸素溶解性液体２０２の比重は、樹脂材料１０の比重の±８０％以内であることが好ましい。酸素溶解性液体２０２の比重は、樹脂材料１０の比重の±２０％以内であることがさらに好ましく、±１０％以内であることが特に好ましい。
【０１２５】
制御部１１０は、透過部材１２の表面位置の検出値に応じて液体供給装置２０４による液体槽２０１への酸素溶解性液体２０２の供給量、及び／または液面２０３の高さを制御する。これにより、樹脂材料１０の重量を相殺して透過部材１２を水平な状態まで上方へ押し戻した状態が保持される。液体供給装置２０４は、製品造形物（３０：図２）を造形中の透過部材１２の上方へのたわみも軽減して、透過部材１２をほぼ水平な状態に保持することができる。制御部１１０は、酸素供給装置２０６が酸素溶解性液体２０２に溶存させる酸素の量を、透過部材１２による樹脂材料１０の硬化の酸素阻害効果が適正となるように制御する。
【０１２６】
実施の形態８では、液体槽２０１の酸素溶解性液体２０２の液量を調整して、透過部材１２のたわみを軽減した。しかし、実施の形態８の変形例として、液体槽２０１を密閉構造とし、酸素溶解性液体２０２の圧力を調整して透過部材１２のたわみを軽減するようにしてもよい。すなわち、圧力制御手段の一例である液体供給装置２０４は、透過部材１２の投影面が平坦に保たれるように酸素溶解性液体２０２の圧力を制御する。
【０１２７】
＜実施の形態９＞
実施の形態８では、図２０に示すように、水平な透過部材１２の下面に液体槽２０１を設けて酸素溶解性液体２０２を満たした実施の形態を説明した。これに対して、実施の形態９では、図２１に示すように、垂直な透明部材の側面に液体槽２０１を設けて酸素溶解性液体２０２を満たした実施の形態を説明する。
【０１２８】
（液体槽）
図２１は実施の形態９における液体槽の説明図である。実施の形態９は、樹脂材料１０に対する投影画像（ＴＧ：図５）の投影方向及び製品造形物３０の造形方向以外は、実施の形態８と同様に構成され、同様に制御される。このため、図２１中、実施の形態８と共通する構成には図２０と共通の符号を付して重複する説明を省略する。また、図２１においては、プロジェクタ２０の構成、位置合わせ機構等は図示を省略している。
【０１２９】
図２１に示すように、実施の形態３の三次元造形装置１００では、透過部材１２にたわみがあると、それ自体が投影画像（ＴＧ：図５）の位置ずれ要因、倍率の違い要因、及び画像そのものの歪要因となる。また、大型の製品造形物３０を造形するために容器１１が大型化すると、透過部材１２のたわみが大きくなる。加えて、実施の形態９では、容器１１の側面に透過部材１２が配置され、プロジェクタ２０から水平方向に露光画像を照射して、製品造形物３０を水平方向に造型する。容器１１の側面に透過部材１２が配置される場合、容器１１へ樹脂材料１０を導入した際に透過部材１２にかかる重力による圧力は透過部材１２の低い位置ほど大きくなる。したがって、透過部材１２の下部ほど、より強い圧力がかかって外側へ膨らみ大きなたわみが発生する。このとき、透過部材１２の表面形状が複雑に変形するため、露光時の投影画像の形状補正が困難となる。露光画像ＲＧの画像の補正で対処する場合、画像の補正が複雑になる。
【０１３０】
そこで、実施の形態９では、容器１１の透過部材１２の外側に液体槽２０１を設け、透過部材１２と液体槽２０１との間に酸素溶解性液体２０２を満たしている。酸素溶解性液体２０２は、透過部材１２の低い位置ほど大きな圧力を作用して、樹脂材料１０が透過部材１２に作用させる透過部材１２の低い位置ほど大きな圧力を相殺可能である。また、酸素溶解性液体２０２の液量を調整して、透過部材１２のたわみを軽減し、透過部材１２と製品造形物３０との間に適正な厚みの液体層３１を確保させている。
【０１３１】
実施の形態９では、容器１１の側面に紫外光の照射を行うための、紫外光透過性を有する透過部材１２を配置している。プロジェクタ２０は、透過部材１２の側方から樹脂材料１０を固化させる露光画像を樹脂材料１０中に照射する。そして、引上装置１７は、水平方向に製品造形物３０を移動させて造型する。
【０１３２】
実施の形態９では、容器１１の外側に、液体槽２０１を設け、容器１１と液体槽２０１の間隔に酸素溶解性液体２０２が満たされている。石英ガラス板６１及び酸素溶解性液体２０２には露光に用いる波長の光線に対する吸収率が低い材料を用いている。酸素溶解性液体２０２は、露光に用いる波長の光線を９０%以上透過する材料が望ましい。酸素溶解性液体２０２は、透過部材１２に対して側方から圧力をかけて、樹脂材料１０の圧力による透過部材１２の水平方向のたわみを相殺する。ここで、樹脂材料１０と透過部材１２と酸素溶解性液体２０２の比重が同一である場合、樹脂材料１０の液面２０５と酸素溶解性液体２０２の液面２０３とを同一の高さに調整することで、透過部材１２の両面に作用する圧力が相殺される。しかし、実際には、樹脂材料１０と透過部材１２と酸素溶解性液体２０２の比重は異なる。
【０１３３】
そこで、制御部１１０は、容器１１内の樹脂材料１０の重量に起因して生ずる透過部材１２の外側へ向かう変形を、酸素溶解性液体２０２の圧力により相殺もしくは抑制するように、液体供給装置２０４が液体槽２０１に供給する液体量を調整する。実施の形態８と同様に、制御部１１０は、液体槽２０１の外側から透過部材１２の表面の位置を距離センサ６６により検出し、位置の検出値に応じて、酸素溶解性液体２０２の供給量を調整している。制御部１１０は、透過部材１２の表面位置に応じて液体供給装置２０４を制御して、液体槽２０１に対する酸素溶解性液体２０２の供給量、及び／または液面２０３の高さを調整する。これにより、樹脂材料１０が透過部材１２に及ぼす深さ方向の圧力分布を相殺して透過部材１２を垂直な状態まで押し戻して保持させる。
【０１３４】
距離センサ６６は、可視光の指標を樹脂材料１０中に投影し、樹脂材料１０と透過部材１２との界面の屈折率差により形成される指標像を撮像する。そして、指標像が距離センサ６６の撮影素子上に結像するようにレンズの焦点距離を調整するいわゆるオートフォーカス制御を実行して指標像までの距離を測定する。制御部１１０は、指標像までの検出した距離を所定の基準値に一致させるように液体供給装置２０４を作動させる。制御部１１０は、透過部材１２の垂直方向のたわみ分布を相殺して透過部材１２を略直線状に保持するように液体槽２０１への酸素溶解性液体２０２の供給量を自動制御する。造形中の製品造形物３０の移動に伴って発生する透過部材１２のたわみも、液体槽２０１に対する酸素溶解性液体２０２の供給量、及び／または液面２０３の高さの制御により軽減される。
【０１３５】
ところで、透過部材１２を挟んで対向する樹脂材料１０と酸素溶解性液体２０２とで比重が異なる場合、両者の液量をどのように調整したとしても、透過部材１２にかかる透過部材１２の深さ方向の圧力分布を均一にはできない。したがって、樹脂材料１０と酸素溶解性液体２０２の比重がほぼ同一であることが望ましい。
【０１３６】
酸素供給装置２０６は、液体供給装置２０４が液体槽２０１へ供給する酸素溶解性液体２０２に酸素を所定量を溶存させる。制御部１１０は、酸素供給装置２０６が酸素溶解性液体２０２に溶存させる酸素の量を、透過部材１２による酸素阻害効果が適正となるように制御する。
【０１３７】
実施の形態９では、液体槽２０１の酸素溶解性液体２０２の液量を調整して、透過部材１２のたわみを軽減した。しかし、実施の形態９の変形例として、液体槽２０１を密閉構造とし、酸素溶解性液体２０２の圧力を調整して透過部材１２のたわみを軽減するようにしてもよい。すなわち、圧力制御手段の一例である液体供給装置２０４は、透過部材１２の投影面が平坦に保たれるように酸素溶解性液体２０２の圧力を制御する。
【０１３８】
＜その他の実施の形態＞
図２２はカメラの配置の別の例の説明図である。図２３は光源の別の例の説明図である。図２４は製品造形物の造形方向の別の例の説明図である。図２２中、（ａ）は投影光学系の中間位置、（ｂ）は造形領域の外側である。図２４中、（ａ）は下方へ向かって造形する実施の形態、（ｂ）は水平方向に造形する実施の形態である。
【０１３９】
本発明の三次元造形装置は、実施の形態１乃至６における具体的な構成、部品形態、部品の性質、実寸法等には限定されない。実施の形態１乃至６の構成の一部又は全部を等価な部材に置き換えた別の実施の形態でも実施可能である。
【０１４０】
実施の形態１では、図１に示すように、５台×５台のプロジェクタ２０を用いて５００ｍｍ×５００ｍｍの造形を可能にする実施の形態を説明した。しかし、実施の形態１は、２台、３台、４台等、任意の台数のプロジェクタ２０を用いる実施の形態において実施できる。１台あたりのプロジェクタの投影面積は１００ｍｍ×１００ｍｍには限らない。１０ｍｍ×１０ｍｍ、５０ｍｍ×５０ｍｍ等であってもよい。
【０１４１】
実施の形態１では、露光画像を樹脂材料中に投影して各層の造形を行う実施の形態を説明した。しかし、分割された露光画像の境界領域を調整する発明は、線画像を走査して露光を行う三次元造形装置、ビームスポットを走査して画像を描き込む三次元造形装置においても実施可能である。
【０１４２】
図２２の（ａ）に示すように、カメラ１３０は、４つの投影光学系２５の中間位置に配置してもよい。カメラ１３０は、４つの投影画像ＴＧの隅を同時に撮影するように、４つの投影画像ＴＧの隅を含む撮影領域（画像抽出領域）ＳＲを設定されてもよい。すなわち、カメラ１３０の配置は、２つの投影光学系２５の中間位置には限らない。
【０１４３】
図２２の（ｂ）に示すように、カメラ１３０は、２５個の投影画像ＴＧの四隅の外側に投影される指標画像ＬＣを撮影するために配置してもよい。５台×５台のプロジェクタ２０による造形領域は、５個×５個の投影画像ＴＧの外側の輪郭で確定される範囲である。指標画像ＬＣは、このような造形領域の外側であって、四隅のプロジェクタ２０が指標画像を投影可能な範囲に投影される。
【０１４４】
図２に示すように、制御部１１０は、透過部材１２の造形領域の外側の四隅に設けた位置合わせマークと指標画像ＬＣとの重なりを図２２の（ｂ）に示す４台のカメラ１３０により製品造形物３０の造形中に撮影する。そして、リアルタイムに投影画像ＴＧの基準位置をモニターする。造形領域の外側で位置合わせ情報を取得するために、造形領域の外周部にカメラ１３０が設けられている。
【０１４５】
透過部材１２の造形領域の外側であれば、表面から突出した位置合わせマークや、遮光性の有る位置合わせマークも利用できる。透過部材１２の造形領域の外側であれば、紫外光を照射しても製品造形物３０の造形に影響の及ぶような樹脂の硬化は発生しない。また、位置決めマークの検出時のみ紫外光を照射する、照射量を下げるなどの画像形成素子２３における紫外光の照射制御を併用することで投影画像の位置合わせのリアルタイムモニタリングが可能である。
【０１４６】
図２３に示すように、カメラ（１３０：図２）のアライメント用の撮影照明用の可視光を出力する光源２１Ｒを設けてもよい。光源２１Ｒの出力する可視光は、ハーフミラー２１ｍによって光源２１の出力する紫外光に重畳されてもよい。アライメント用光源としては、ハロゲンランプなどのブロードバンド光源から、アライメントに有利な波長範囲をフィルターで選択的に取り出して光源として使用してもよい。ＨｅＮｅレーザー光源、青色ＬＥＤ等も利用できる。ただし、紫外光と異なる波長の照明光を使用する場合、カメラ１３０のピント補正だけでなく、使用する照明光の波長に応じてカメラ１３０の光学系の収差補正を変更する必要がある。
【０１４７】
図２４の（ａ）に示すように、製品造形物３０を下方へ向かって成長させるように造形してもよい。容器１１Ｂには光硬化性の液状の樹脂材料１０が充填されている。樹脂材料１０に密着して紫外線透過性及び酸素透過性を有する透過部材１２Ｂが配置されている。プロジェクタ２０は、引下部材１３Ｂに隣接する樹脂材料１０の層に露光画像を投影して固化させる。引下装置１７Ｂは、プロジェクタ２０における露光画像の切り替わりに同期して引下部材１３Ｂを段階的に下降させて、製品造形物３０を造形する。
【０１４８】
図２４の（ｂ）に示すように、製品造形物３０を水平方向に成長させるように造形してもよい。容器１１Ｃには光硬化性の液状の樹脂材料１０が充填されている。樹脂材料１０に密着して紫外線透過性及び酸素透過性を有する透過部材１２Ｃが配置されている。プロジェクタ２０は、移動部材１３Ｃに隣接する樹脂材料１０の層に露光画像を投影して固化させる。移動装置１７Ｃは、プロジェクタ２０における露光画像の切り替わりに同期して移動部材１３Ｃを段階的に移動させて、製品造形物３０を造形する。
【０１４９】
実施の形態１乃至６では、画素ごとのミラーを作動させて露光画像を形成するプロジェクタ２０を採用した。しかし、画像形成素子として液晶シャッタを用いる液晶プロジェクタを採用して三次元造形装置を構成してもよい。
【０１５０】
実施の形態１乃至６では、画像形成素子２３を挟んで配置された一対のアクチュエータ４１〜４４のうち一方（４１、４２）と他方（４３、４４）とを逆方向に変形させることで画像形成素子２３を移動させた。しかし、アクチュエータ４１〜４４のうち他方（４３、４４）をバネ部材に置き換えて、一方（４１、４２）がバネ部材の付勢力に逆らって伸縮する構成を採用してもよい。
【０１５１】
実施の形態１では、境界領域ＫＲで隣接する投影画像ＴＧの位置合わせを画像形成素子２３の機械的な移動で実現し、実施の形態２では、境界領域ＫＲで隣接する投影画像ＴＧの位置合わせを隣接する露光画像のデータ処理で実行した。しかし、画像形成素子２３の機械的な移動と露光画像のデータ処理とを組み合わせて、境界領域ＫＲで隣接する投影画像ＴＧの位置合わせを実行してもよい。
【０１５２】
実施の形態２では、投影画像ＴＧの全体を投影領域ＴＲ内で移動させるように露光画像の画像データを処理した。しかし、露光画像の画像データを局所的に変形して修正を行ってもよい。撮影画像に検知された隙間に対応する露光画像の画素に照度階調を付与したり、撮影画像に検知された段差をなだらかに解消させたりする画像処理を採用することも可能である。
【符号の説明】
【０１５３】
１０：樹脂材料、１１：容器、１１ａ：透過部、１２：透過部材（第１の透過部材）、１２ａ：入射面、１３：引上部材（移動手段）、１７：引上装置（移動手段）、２０：プロジェクタ（画像投影手段）、２１：光源、２３：画像形成素子、２５：投影光学系、２８：結像位置、３０：製品造形物、３１：液体層（反応規制層）、４０：画像表示部、４１〜４８：アクチュエータ、５１〜５３：アクチュエータ、６１：石英ガラス板（第２の透過部材）、６３：圧力調整装置、６５：酸素供給室（空間）、７０：位置合わせ用基準プレート、７２、７４：ＸＹステージ（位置調整手段）、１１０：制御部（制御手段）、１１１：ＣＰＵ、１１２：ＲＡＭ、１１３：ＲＯＭ、１２１：表示部、１２２：外部コンピュータ、１２３：記録媒体、１３０：カメラ（撮影手段）、２０１：液体槽、２０２：酸素溶解性液体、２０３：液面、２０４：液体供給装置（圧力制御手段、液量制御手段）、２０５：液面、２０６：酸素供給装置（酸素供給手段）、２０７：酸素濃度センサ（検知手段）、ＲＧ：露光画像、ＴＧ：投影画像、ＴＭ：投影面、ＴＲ：投影領域
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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