JP2015182413A - プロジェクターシステム、プロジェクターシステムを用いた立体造形生成装置及び立体造形生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】奥行きのある被投射領域に対して投射を行うことができることを利用して、被照射物体を立体的領域において同時並行的に変質させることができるプロジェクターシステム、プロジェクターシステムを用いた立体造形生成装置及び立体造形生成方法を提供する。
【解決手段】プロジェクターシステム２及びこれを有する立体造形生成装置５００は、被照射物体を変質させるための光を射出する発光部１０を有し、さらに光の射出角度を調整可能にする光射出調整機構１００と、光の射出位置および射出角度を制御する回路装置８０とを備え、光射出調整機構１００を経た光を照射可能領域ＰＸ内の被照射領域ＰＤに照射する。これにより、被照射領域ＰＤに配置された被照射物体ＭＰを同時並行的に変質（硬化）させて立体造形を短時間で生成できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、奥行き方向の異なる位置に同時並行して投射光を集光させて被照射物体を照射して立体造形の生成を可能とするプロジェクターシステム、当該プロジェクターシステムを用いた立体造形生成装置及び立体造形生成方法に関する。

従来のプロジェクターシステムでは、平面的な表示素子上の画像を拡大投影する投射光学系を用いていることから、フォーカスが合う面は略平面であり、その面を前後に移動させる調整しかできない。つまり、焦点位置を変更して同時並行的に異なる奥行きのある被投射領域に投射を行うことはできず、例えばフォーカスがあった状態で曲面スクリーンへ投射することができ、さらには立体的空間へ投射することができるプロジェクターシステムは存在しなかった。したがって、例えば上記のようなプロジェクターシステムによって立体的空間に対して集光させた照射光を一斉照射させる技術を利用して、立体的な造形物を生成させるものも存在しなかった。

なお、立体物を作成する技術として、光硬化性物質の入った容器に光源装置の導光体の先端から光を射出させ、容器を移動させることで所望形状の個体を形成させるもの（特許文献１参照）や、ビーム状に絞った光を感光性樹脂の表面に照射して立体図形を作成するもの（特許文献２参照）が知られている。しかしながら、これらはいずれも光が集光する点状の箇所において点状の固体が形成されていくものであるため、目的とする立体物を形成させるには、非常に時間や手間がかかることになる。また、いわゆる３Ｄプリンターとして種々のものが知られているが、いずれも層状に作製した部分を積層させているものであり、目的とする立体物を形成させるには長時間かかる。

特開昭６０−２４７５１５号公報 特開昭５６−１４４４７８号公報

本発明は、上記背景技術を鑑みてなされたものであり、奥行きのある被投射領域に対して投射を行うことができることを利用して、被照射物体を立体的領域において同時並行的に変質させることができるプロジェクターシステム、かかるプロジェクターシステムを用いた立体造形生成装置及び立体造形生成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターシステムは、被照射物体を変質させるための光を複数の位置から成分光としてそれぞれ射出する発光部を有し、発光部においてそれぞれ射出される成分光ごとに利用する射出角度を調整可能にする光射出調整機構と、光射出調整機構を経た成分光により照射可能な領域内にあって、かつ、奥行き方向について異なる位置を含む立体的な空間を占める被照射領域に、当該成分光を集光させた照射光を投射する投射光学系と、被照射領域に対応して、光射出調整機構から射出される成分光の射出位置および射出角度を、被照射領域において成分光が集光するように制御する光制御部と、を備える。ここで、被照射物体の変質については、物理的変化や化学的変化に関する種々のものを意味し、例えば被照射物体に対する光照射による硬化や熱による変形、被照射物体の表面部分を削る加工や、被照射物体の結晶構造を部分的に破壊すること等種々の態様による質的変化を含む。

上記プロジェクターシステムでは、光制御部での制御により、光射出調整機構から射出される光を構成する各成分光の射出位置および射出角度をそれぞれ調整している。これにより、例えば奥行き方向に関して異なる距離に領域を有する被照射領域、すなわち立体的な空間を占める被照射領域に対して、各成分光を集光させて照射光の投射を行うことができる。さらに、各成分光は、被照射物体を変質させることが可能であり、また、光制御部によって被照射領域において集光される。したがって、本プロジェクターシステムを用いれば、例えば光硬化性の被照射物体を被照射領域に配置することで、立体的な被照射領域の全体に対して一斉照射を行って、被照射物体を立体的領域において同時並行的に変質（硬化）させて立体造形を短時間で生成できる。すなわち、立体造形の生成における作業性を向上させることができる。

本発明の具体的な態様又は側面では、発光部は、成分光として紫外光成分を含む光を射出し、光制御部は、被照射領域に配置される被照射物体としての紫外線硬化樹脂に対して硬化可能となるように成分光を集光させる。この場合、紫外線硬化樹脂に対して紫外光成分を含む光を照射することで硬化させ、目的とする立体物を生成することができる。

本発明の別の側面では、発光部は、成分光としてコヒーレント光を発生させる。この場合、成分光の射出角度の調整を容易かつ正確にし、高効率に光を利用できる。

本発明のさらに別の側面では、プロジェクターシステムは、立体的な空間の情報を含む３次元立体画像データを受け付けるとともに、当該３次元立体画像データに対応する投射画像の情報として立体画像情報を作成する画像処理部をさらに備え、光制御部は、画像処理部で作成された立体画像情報に基づいて成分光の射出位置および射出角度を制御する。この場合、画像処理部で受け付けた３次元立体画像データに対応する立体物を生成することができる。

本発明のさらに別の側面では、光射出調整機構は、発光部から射出された成分光ごとに、光の透過を制限して利用する射出角度にある成分を選択する光選択部を有する。この場合、光選択部によって、各成分光の射出角度を調整できる。

本発明のさらに別の側面では、光選択部は、光の遮断と透過とを切り替えるパネル型部材であり、光制御部は、パネル型部材における光の遮断と透過との切り替えを制御して、発光部から射出された成分光のうち、所定の射出角度にある成分を選択させる。この場合、光の遮断と透過との切り替えを制御して光の透過を制限することで、各成分光の射出角度の選択パターンを増やせる。

本発明のさらに別の側面では、光射出調整機構において、発光部は、面状に広がりを有する発光源を含み、射出される成分光は、被照射領域に対して一斉照射される。この場合、面状に広がりを有する発光部によって、例えば光走査のような動作を要することなく、被照射領域に対して空間的に一斉に照射光の投射を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、発光部は、面状に配置された複数の発光点から成分光をそれぞれ射出する複数の自発光型素子を有する。この場合、複数の自発光型素子により、画像を形成させることができる。

上記課題を解決するため、本発明に係る立体造形生成装置は、上記いずれかに記載のプロジェクターシステムと、プロジェクターシステムから射出される照射光によって照射可能な領域内に、被照射物体を充填させた状態で収納する被照射物体収納部と、を備え、被照射物体収納部に収納された被照射物体に対してプロジェクターシステムから照射光を照射することによって被照射領域にある被照射物体を加工して立体造形を生成する。本装置によれば、上記いずれかのプロジェクターシステムを用いることで、立体的領域を占める被照射物体収納部に収納された被照射物体を、同時並行的に加工して立体造形を短時間で生成できる。すなわち、立体造形の生成における作業性を向上させることができる。

上記課題を解決するため、本発明に係る立体造形生成方法は、上記いずれかに記載のプロジェクターシステムを用いた立体造形生成方法であって、プロジェクターシステムから射出される照射光によって照射可能な領域内に、被照射物体を充填させた状態で配置させる被照射物体配置工程と、被照射物体配置工程において被照射領域内に配置された被照射物体に対してプロジェクターシステムから照射光を照射することによって被照射領域にある被照射物体を加工して立体造形を生成する照射加工工程と、を有する。本方法によれば、上記いずれかのプロジェクターシステムを用いることで、立体的領域を占める被照射領域内に配置された被照射物体を、同時並行的に加工して立体造形を短時間で生成できる。すなわち、立体造形の生成における作業性を向上させることができる。

第１実施形態のプロジェクターシステムを説明する図である。 プロジェクターシステムの構造を説明する図である。 発光部の構造についての一例を示す図である。 （Ａ）は、プロジェクターシステムによる投射の一例を示す図であり、（Ｂ）は、プロジェクターシステムによる投射の他の一例を示す図である。 プロジェクターシステムによる非平面への投射の一例を示す図である。 （Ａ）は、プロジェクターシステムを有する立体造形生成装置の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の側面図である。 図６における立体造形生成装置を用いた立体造形の生成方法の一例について説明するためのフローチャートである。 （Ａ）は、図７に示す方法により生成された立体造形の一例を示す図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は、立体造形の生成方法についての他の一例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、立体造形の生成方法についてのさらに他の一例を示す図である。 図９での立体造形の生成方法について説明するためのフローチャートである。 第２実施形態のプロジェクターシステムを説明する図である。 プロジェクターシステムの構造の一部を概念的に示す図である。 （Ａ）は、第３実施形態のプロジェクターシステムを説明する図であり、（Ｂ）は、各表示部に形成される像源領域を説明する図である。 （Ａ）は、標準位置よりも近距離に投射する状態を説明する図であり、（Ｂ）は、（Ａ）において、各表示部に形成される像源領域を説明する図である。（Ｃ）は、標準位置よりも遠距離に投射する状態を説明する図であり、（Ｄ）は、（Ｃ）において、各表示部に形成される像源領域を説明する図である。 その他の一変形例のプロジェクターシステムについて説明するための図である。

〔第１実施形態〕
図１及び図２に示すように、本発明に係る第１実施形態のプロジェクターシステム２は、照射光を投射する光学系部分５０と、光学系部分５０の動作を制御する回路装置８０とを備える。なお、詳しくは後述するが、プロジェクターシステム２は、紫外光照射を可能となっており、照射光の集光位置において被照射物体を変質させる（硬化させる）ことで、立体造形を生成する装置に適用できるものとなっている。

光学系部分５０は、光射出調整機構１００と、投射光学系４０とを備える。このうち、光射出調整機構１００は、発光部１０と、光選択部２０とを備える。

図２に示すように、光学系部分５０において、光射出調整機構１００のうち、発光部１０は、光軸ＯＡに対して垂直なＸＹ面に平行な射出面ＳＡの面内においてマトリクス状に多数配置された自発光型素子１０ａを有している。面状に配置された複数の自発光型素子１０ａが複数の発光点となって照射光となるべき各成分光ＩＬをそれぞれ射出することで、発光部１０は、面状に広がりを有する光を発生させる発光源となっている。また、ここでは、各自発光型素子１０ａは、各成分光ＩＬとして紫外光成分を射出するものとする。

光射出調整機構１００のうち、光選択部２０は、発光部１０において複数の位置に配置された各自発光型素子１０ａからそれぞれ射出される成分光ＩＬについて取捨選択を可能とする部材である。すなわち、光選択部２０は、成分光ＩＬの遮断と透過とを定める部材であり、見方を変えると、光選択部２０は、各自発光型素子１０ａから射出された成分光ＩＬの透過を制限するものであるとも言える。

ここで、図示のように、発光部１０を構成する多数の自発光型素子１０ａは、それぞれ異なる方向あるいは角度に成分光ＩＬをそれぞれ射出可能としている。これにより、異なる位置にある自発光型素子１０ａからそれぞれ射出された成分光ＩＬを、被照射領域ＰＤ上の同一点（位置）において重畳させることが可能となる。成分光ＩＬを重畳させることにより、各成分光ＩＬが弱いものであっても、集光位置において重畳される光の本数を増やすことで、被照射物体を変質させる、すなわち硬化させるのに十分な光量又はエネルギー量を集めることができる。

図３は、上述のように成分光ＩＬを互いに異なる方向あるいは角度に射出させる多数の自発光型素子１０ａの構成についての一例をそれぞれ示す図である。図３では、各自発光型素子１０ａが、レーザー発光素子で構成されているものを一例として示している。この場合、成分光ＩＬとして紫外線レーザー光を発するレーザー発光素子ＬＤで各自発光型素子１０ａが構成され、レーザー発光素子ＬＤの先に適宜角度を設けたミラー（図示省略）を設けておくことで、所望の角度または方向に成分光ＩＬであるレーザー光を射出させることができる。このように、各自発光型素子１０ａがレーザー光すなわちコヒーレント光を発生させるものとすることで、成分光ＩＬの射出角度の調整を容易かつ正確にし、高効率に光を利用できる。

以上のようにして、多数の自発光型素子１０ａは、互いに異なる方向に成分光ＩＬをそれぞれ射出させることが可能となっている。なお、図３は、自発光型素子１０ａについての例示であり、このほかの構造によって自発光型素子１０ａを構成することも可能である。

図２に戻って、光選択部２０について詳細に説明する。光選択部２０は、上記のようにして成分光ＩＬを射出する発光部１０の各自発光型素子１０ａに対応して設けられる多数のスリット状あるいは格子状の光透過部ＱＡと光遮蔽部ＱＢとを交互に配置するような構成となっている。すなわち、光選択部２０は、光透過部ＱＡにおいて、利用されるべき成分光ＩＬを透過させる一方、光遮蔽部ＱＢによってその他の成分を遮断して、光の透過を制限している。光透過部ＱＡと光遮蔽部ＱＢとについてより具体的には、例えばグリッド状の部材において孔のある部分と孔のない部分（孔を塞いだ部分）とを形成して光透過部ＱＡ及び光遮蔽部ＱＢの位置が固定的に決まっている構成とすることもできるが、光選択部２０を、例えば光の遮断と透過とを切り替えるパネル型部材のようなものとすることでバルブの機能をもたせ、光透過部ＱＡ及び光遮蔽部ＱＢの位置が可変となる構成とすることも可能である。光の遮断と透過との切り替えにより可変制御とすることで、各成分光の射出角度の選択パターンを増やせる。光選択部２０は、光透過部ＱＡと光遮蔽部ＱＢとを有することで、成分光ＩＬのうち利用すべき射出角度にある成分のみを通過させ他の成分を排除することができる。

以上のように、光射出調整機構１００は、発光部１０と光選択部２０とによって、照射光を構成する各成分光ＩＬの発光位置と利用する射出角度とを調整することを可能にするものとなっている。つまり、光射出調整機構１００は、回路装置８０による制御のもと光源側での光の射出状態を設定する光設定部である。なお、光選択部２０を可変制御可能な構成とした場合、回路装置８０における制御によって、発光部１０の発光位置と光選択部２０光透過部ＱＡの位置関係を調整して利用効率を上げることで、さらなる光量アップが可能となる。以下の説明では、光選択部２０は、回路装置８０によって可変制御されるものであるとする。

投射光学系４０は、上記のようにして光射出調整機構１００を経た成分光ＩＬ、すなわち光選択部２０を通過して各成分光ＩＬの全体を照射光として収束させつつ被照射領域ＰＤ上に投射させる投射レンズである。投射光学系４０を経た各成分光ＩＬのうち、ある成分は、図示のように、被照射領域ＰＤ上において他の成分光ＩＬと互いに重畳し合う。投射光学系４０は、例えば各成分光ＩＬの光線束が角度の広がりを有するような場合にこれを収束させつつ被照射領域ＰＤ上に投射させるものとしても機能している。

回路装置８０は、画像処理部８１と、発光駆動部８２と、主制御部８８とを備え、光学系部分５０の動作制御を含む、プロジェクターシステム２の動作全体を制御する装置である。主制御部８８は、全体の動作を統括する。また、画像処理部８１は、投射すべき立体画像の画像情報の処理を行うとともに、被照射領域ＰＤの形状等の距離情報に基づいて画像処理を行う。発光駆動部８２は、主制御部８８及び画像処理部８１からの指示に従って、光射出調整機構１００を構成する発光部１０及び光選択部２０の動作制御を行う。すなわち、発光部１０を構成する各自発光型素子１０ａの点灯タイミングや点灯光量の制御や、光選択部２０における多数のスリット状の光透過部ＱＡと光遮蔽部ＱＢとの配置切替の駆動動作をする。以上のように、回路装置８０は、プロジェクターシステム２の各種動作制御のうち光射出調整機構１００の動作制御に関しては、成分光ＩＬの射出位置および射出角度を制御する光制御部として機能する。

以上のプロジェクターシステム２による照射光の投射の場合、成分光ＩＬの選択機能を有する光射出調整機構１００を回路装置８０によって制御することで、画像形成位置を適宜変更させることができる。これにより、例えば図４（Ａ）の場合と図４（Ｂ）の場合とに示すように、異なる距離にある被照射領域ＰＤに対して、投射光学系４０のフォーカス機能によらずに焦点の合った画像を形成させることが可能となる。言い換えると、被照射領域ＰＤの形状等に応じて焦点位置を変更させることができる。図４（Ａ）及び４（Ｂ）のうち、図４（Ａ）は、被照射領域ＰＤが光軸ＯＡに対して垂直な平面であってプロジェクターシステム２からの距離が比較的遠いすなわち奥行き方向（Ｚ方向）に関して比較的遠い位置となるように配置された場合を示している。これに対して、図４（Ｂ）は、被照射領域ＰＤが光軸ＯＡに対して垂直な平面であって奥行き方向（Ｚ方向）に関して比較的近い位置となるように配置された場合を示している。

以下、図４に示す場合におけるプロジェクターシステム２による照射光の投射の動作の一例について説明する。まず、図４（Ａ）及び４（Ｂ）に共通する前提として、被照射領域ＰＤについての距離情報が既知であり、当該距離情報に基づいて補正した画像情報に応じた光線の射出をするように、回路装置８０が光射出調整機構１００を制御している。具体的に例えば、図４（Ａ）に示す場合の投射では、被照射領域ＰＤ上の照射位置のうち下方側に位置する位置ＰＡ１には、実線で示す成分光ＩＬが対応する光線となっている。すなわち、回路装置８０による光射出調整機構１００の制御によって、発光部１０を構成する自発光型素子１０ａのうち自発光型素子ａ４と自発光型素子ａ５とを位置ＰＡ１上における画像（画素）に対応させている。同様に、回路装置８０は、被照射領域ＰＤ上の照射位置のうち中央側に位置する位置ＰＡ２には、他の自発光型素子１０ａからの成分光ＩＬ（図中破線）を対応させ、被照射領域ＰＤ上の照射位置のうち上方側に位置する位置ＰＡ３には、さらに他の自発光型素子１０ａからの成分光ＩＬ（図中一点鎖線）を対応させるように、光射出調整機構１００を制御している。上記では、説明の簡略化のため、３つの位置ＰＡ１〜ＰＡ３について説明したが、同様のことが２次元的平面である被照射領域ＰＤ全体に対して各成分光全体が面状に照射されていることで、被照射領域ＰＤの全体に対して照射光の投射がなされるものとなっている。また、重畳させる自発光型素子１０ａの数についても、図示では、２つの発光点からの成分光ＩＬを１か所の被照射領域ＰＤ上の１つの位置に重畳させるものとしているが、これに限らず例えば３つ以上の発光点からの成分光ＩＬを被照射領域ＰＤ上の１つの位置に重畳させてもよい。重畳の度合いについては、発光点の数（自発光型素子１０ａの数）と要求する解像度との関係等によって適宜変更される。

次に、図４（Ｂ）に示す場合の照射光の投射の動作について説明をする。なお、図４（Ｂ）における被照射領域ＰＤの被投射位置として代表的に示す３つの位置ＰＢ１〜ＰＢ３は、例えば図４（Ａ）における３つの位置ＰＡ１〜ＰＡ３に対応している位置である。図４（Ｂ）に示す場合の投射においても、上記した図４（Ａ）の場合と同様に、回路装置８０が光射出調整機構１００を制御することで、被照射領域ＰＤ上に画像が形成される。ただし、図４（Ｂ）の場合、被照射領域ＰＤについての距離情報が図４（Ａ）の場合と異なっている（図４（Ａ）の場合よりも位置が近い）。このため、被照射領域ＰＤ上の各位置と、光射出調整機構１００において対応させる自発光型素子１０ａとの関係が図４（Ａ）に示す場合とは異なるものとなるように回路装置８０が光射出調整機構１００を制御している。図４（Ｂ）に示す場合では、例えば被照射領域ＰＤ上の照射位置のうち下方側に位置する位置ＰＢ１には、図示において上から２番目の自発光型素子ａ２（１０ａ）からの成分光ＩＬ（図中実線）と、上から７番目の自発光型素子ａ７（１０ａ）からの成分光ＩＬ（図中実線）とを対応させるようにしている。同様に、被照射領域ＰＤ上の照射位置のうち中央側に位置する位置ＰＢ２には、他の自発光型素子１０ａからの成分光ＩＬ（図中破線）を対応させるようにし、被照射領域ＰＤ上の照射位置のうち上方側に位置する位置ＰＢ３には、一点鎖線で示すように、さらに他の自発光型素子１０ａからの成分光ＩＬ（図中一点鎖線）を対応させるようにしている。

以上のように、本実施形態に係るプロジェクターシステム２は、図４（Ａ）の場合と図４（Ｂ）の場合とでのように、被照射領域内にある被照射領域ＰＤの位置が変わっても、これに応じて対応可能な射出位置及び射出角度にある成分光ＩＬを選択するように光を制御することで、投射光学系４０のフォーカス機能を用いずに同じ画像をピントの合った状態で形成させることが可能となる。見方を変えると、被照射領域ＰＤの位置に応じてプロジェクターシステム２から射出される光の焦点位置をフォーカス機能とは独立して被照射領域ＰＤに応じて変更することができるものとなっている。以上のような特性を利用すれば、さらに、図５に示すように、２次元的または３次元的広がりを有するすなわち立体的な奥行きのある空間を占める被照射領域ＰＤに対して同時並行的に照射光の一斉投射を行うことができることになる。

なお、上記では、被照射領域ＰＤについての距離情報が既知であるものとして説明しているが、プロジェクターシステム２は、光学系部分５０での照射の投射における投射可能な被照射領域を撮像して距離に関する情報を取得するための撮像部をさらに備えるものとしてもよい。この場合、撮像部から投射可能な被照射領域についての距離情報を取得することで、主制御部８８が被照射領域ＰＤを決定できる。

以上のように、プロジェクターシステム２は、ある空間に対して任意に位置を定めて投射を行うことができるものである。すなわち、上記プロジェクターシステム２が任意の位置に映像を結像できる。この特性を立体造形の製造に適用すれば、効率的な生成が可能となる。すなわち、図５に示すように、プロジェクターシステム２から射出された光（紫外光）について、光線空間が実像として結像することで、光又はエネルギーが集中した箇所すなわち被照射領域ＰＤができ、この被照射領域ＰＤに紫外光によって硬化する被照射物体（光硬化性樹脂）を配置することで、立体造形（立体モデル）を面的または立体的に一斉に作成（生成）できる。

以下、上記のプロジェクターシステム２を利用した立体造形を生成する方法について詳細に説明する。図６（Ａ）は、上記のプロジェクターシステム２を有して、立体造形を生成する立体造形生成装置５００の一例を示す斜視図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の側面図である。また、図６（Ａ）及び６（Ｂ）は、プロジェクターシステム２から被照射領域ＰＤへの投射の状態の一例を示す図でもある。

立体造形生成装置５００は、プロジェクターシステム２のほか、プロジェクターシステム２からの紫外光の照射によって硬化する被照射物体（光硬化性樹脂）ＭＰを充填させた状態で収納する被照射物体収納部ＢＸを有する。被照射物体収納部ＢＸは、少なくとも紫外光を透過する光透過性の容器で形成され、当該容器がプロジェクターシステム２から射出される照射光によって照射可能な空間的（立体的）領域である被照射領域を照射可能領域ＰＸに合わせて配置されている。被照射物体収納部ＢＸは、照射可能領域ＰＸ内に被照射物体ＭＰを隙間なく充填させた状態で収納している。つまり、プロジェクターシステム２は、照射可能領域ＰＸの範囲のうち選択された範囲に対して被照射物体ＭＰから立体造形を生成することができる。また、以上について言い換えると、立体造形生成装置５００は、被照射物体ＭＰを充填させた樹脂プールに立体光を照射することで、一度に面を作成することができるものである。

また、被照射物体ＭＰは、例えば紫外光の照射によって硬化する光硬化性樹脂であり、種々のものが適用されるが、典型的には、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤と添加剤で構成され、紫外照射を受けると光開始剤がモノマー（液体）状態からポリマー（固体）状態に転換させる光重合反応を起こすものが適用できる。この光重合反応により、接着・固定ができ、立体造形の生成がなされる。なお、上記のほかにも、被照射物体ＭＰとして例えば粉末状の硬化性材料を使用することも可能である。

立体造形生成装置５００において、プロジェクターシステム２と被照射物体収納部ＢＸとは、規定された配置関係で相対的に位置固定されている。すなわち、プロジェクターシステム２から照射可能領域ＰＸの各点までの方位に関する情報（距離情報）が既知であり、被照射領域ＰＤは、照射可能領域ＰＸ内において自由に設定できる。これにより、主制御部である回路装置８０は、画像処理部８１においてインプットされた立体画像の情報に基づいて作成すべき立体造形の形状等（すなわち寸法）に関して演算をすることで、対応する被照射領域ＰＤの範囲を確定させ、立体造形の作成を可能とする。なお、図示の場合では一例として、被照射領域ＰＤが８面体状である場合、すなわち８面体状の立体造形（立体モデル）を作成する場合を示している。

以下、図７のフローチャートを参照して、立体造形生成装置５００を用いた立体造形の生成のための被照射物体ＭＰへの照射光の投射の処理の一例について説明する。まず、投射の処理の前提として、被照射物体収納部ＢＸにおいて、照射可能な被照射領域の全体である照射可能領域ＰＸ内に、被照射物体ＭＰを充填させた状態で配置する（ステップＳ１１、被照射物体配置工程）。

次に、回路装置８０において、主制御部８８の制御下で外部からの作成すべき立体造形の形状等に関する情報である立体画像データすなわち３次元立体画像データを取り込む（ステップＳ１２）。より具体的には、回路装置８０のうち、画像処理部８１が、外部から立体的な空間の情報を含む３次元立体画像データを受け付けると、当該３次元立体画像データに対応する投射画像の情報として立体画像情報を作成する。回路装置８０は、当該立体画像情報を、被照射領域ＰＤを決定するための立体画像データとして記憶部（図示略）に格納する。

次に、主制御部８８は、ステップＳ１２において取り込んだ立体画像データと照射可能領域ＰＸとの照合を行う（ステップＳ１３）。すなわち、立体画像データの寸法と照射可能領域ＰＸとを比較して、サイズの縮尺等を決定し、延いては、照射可能領域ＰＸ内における被照射領域ＰＤを確定させる。

次に、主制御部８８は、ステップＳ１３において決定された被照射領域ＰＤを細かく分解した各小領域に対する距離や方位に関するデータから、被照射領域ＰＤに集光可能な成分光ＩＬを射出する自発光型素子１０ａの抽出をし、当該各小領域に対して投射される成分光ＩＬを振り分ける（例えば図４（Ａ）参照）、すなわち、各自発光型素子１０ａの割り当ての処理を行う（ステップＳ１４）。

最後に、主制御部８８は、ステップＳ１４での対応関係に基づく制御信号を、発光駆動部８２に送信し、発光駆動部８２からの駆動信号に基づいて光照射の動作が照射可能領域ＰＸ内の被照射領域ＰＤに対して開始される（ステップＳ１５、照射加工工程）。

なお、被照射物体ＭＰの硬化については、従来のいわゆる３Ｄプリンターにおいて使用される種々の方法のうち、光の照射によって硬化させる方法を適用することが考えられる。例えば、レーザー光線を使って、樹脂の表面に部品の断面を効果させる方式が考えられる（光学造形方式）。また、被照射物体として粉末状の材料を使用し、当該粉末状の材料にレーザー光線を当てて各層を焼結する方式も考えられる（粉末焼結方式）。従来の３Ｄプリンターでは、いずれの方式であっても、例えば硬化した部分を下部に下して次の層を形成するといった層ごとの作成になっている。このため１つの立体造形（立体モデル）の作成に膨大な時間かかるものとなっている。作成時間がかかることについては、従来の３Ｄプリンターにおける他の方法（例えば樹脂を溶かして積層する熱溶解方式やインクジェットを使って紫外線硬化性樹脂を噴射するインクジェット方式等）においても同様である。

これに対して、本実施形態に係る立体造形生成装置５００は、上記プロジェクターシステム２を利用することで、立体的な被照射領域の全体に対して一斉照射して、被照射物体を立体的領域において同時並行的に変質（硬化）させて立体造形を短時間で生成できる。すなわち、立体造形の生成における作業性を向上させることができる。

以上の動作のうち、上記ステップＳ１４に示す主制御部８８における自発光型素子１０ａから射出される成分光ＩＬの被照射領域ＰＤに対する割り当てが重要な処理の１つとなる。既述のように、本実施形態での立体造形の生成は、プロジェクターシステム２によって任意の位置に焦点を合わせて被照射物体ＭＰを硬化させて行うものであり、各焦点位置において十分にエネルギー密度を高められることが必要だからである。例えば照射させる成分光ＩＬについても、被照射物体ＭＰに対して照射させる角度が異なると、エネルギー密度が変化することになり、被照射物体ＭＰの硬化の仕方（固まる早さ等）に違いが生じてしまう可能性がある。主制御部８８は、こうした状況を加味して、ステップＳ１４において最適な自発光型素子１０ａの割り当てを行うものとなっている。

以下、図８等を参照して、上記の生成方法により生成される立体造形や、立体造形の他の生成方法について説明する。

まず、図８（Ａ）は、図７のフローチャート等により説明した生成方法により生成される立体造形を示す一例である。すなわち、上記の方法による立体造形の生成の場合、１回の一斉照射によって８面体状の立体的な被照射領域ＰＤの範囲を照射している。この場合、図８（Ａ）に示すような８面体状の立体造形ＰＰが、プロジェクターシステム２からの１回の一斉照射によって生成されることになる。

立体造形生成装置５００での生成方法は、上記のような１回の一斉照射によるものだけではなく、例えば複数回の一斉照射によって１つの立体造形を生成するものとしてもよい。すなわち、図８（Ｂ）〜８（Ｄ）に示すように複数の分割領域を策定して、ブロック状の部分造形を徐々に生成させてもよい。具体的には、まず、図８（Ｂ）に一例を示すように、被照射領域ＰＤを複数の分割被照射領域ＰＤｘに分割し（図の例では１４分割）、図中矢印ＡＡで示す光の照射方向に対して奥側の分割被照射領域ＰＤｘから徐々に部分造形を生成させ（図８（Ｃ）及び８（Ｄ）参照）、最後に最も手前側を生成することで目的とする８面体状の立体造形を生成できる。この場合、奥側から生成していくことで、既に作成された部分造形が新たに生成されるべき部分造形のための光照射の妨げとならないようにすることができる。言い換えると、既に作成された部分造形によって光照射の影が形成されることを回避できる。

なお、上記のように分割をすることで、例えば１回の一斉照射では、光の総量が不足するような大きな立体造形や複雑な形状の立体造形についても生成が可能となる。なお、領域分割した場合であっても、各分割被照射領域ＰＤｘは、立体的な範囲を占めるものであり、例えば従来の層状に立体造形を生成する場合に比べて短時間で処理を行うことができる。

図９は、さらに他の一例における立体造形の生成方法について説明するための図である。この例では、生成しようとする立体造形ＰＰが２重の中空な球面体状となっているものである場合の生成について示している。つまり、図９（Ａ）に示すように、照射可能領域ＰＸ内における生成の対象となる立体造形ＰＰは、大きな外側の中空な第１球面体ＰＰ１と、小さな内側の中空な第２球面体ＰＰ１とで構成されているものとする。この場合、立体造形ＰＰの生成において、これに対応する被照射領域ＰＤへの光照射の妨げとなる影の部分ができないように、図８に示した場合と同様に、ブロック状の部分に分割して生成する必要がある。具体的には、図９の場合、４つの分割被照射領域ＰＤ１〜ＰＤ４（図９（Ｂ）〜９（Ｅ）参照）に分割して奥側から順に光照射をすることが考えられる。まず、図９（Ｂ）に示すように、最初の照射対象領域として最も奥側に位置する半球状の領域である分割被照射領域ＰＤ１を照射する。この分割被照射領域ＰＤ１は、第１球面体ＰＰ１の半分となるべき半球面状の領域である。すなわち、図９（Ｃ）に示すように、第１球面体ＰＰ１の半分である半球面状部分ＰＰ１ａが生成される。次に、半球面状部分ＰＰ１ａの手前側に位置する半球状の領域である分割被照射領域ＰＤ２を照射する。この分割被照射領域ＰＤ２は、第２球面体ＰＰ２の半分となるべき半球面状の領域である。すなわち、図９（Ｄ）に示すように、第２球面体ＰＰ２の半分である半球面状部分ＰＰ２ａが生成される。次に、半球面状部分ＰＰ２ａの手前側に位置する半球状の領域である分割被照射領域ＰＤ３を照射する。この分割被照射領域ＰＤ３は、第２球面体ＰＰ２の残りの半分となるべき半球面状の領域である。すなわち、図９（Ｅ）に示すように、第２球面体ＰＰ２の残りの半分である半球面状部分ＰＰ２ｂが生成される。最後に、半球面状部分ＰＰ２ｂの手前側に位置する半球状の領域である分割被照射領域ＰＤ４を照射する。この分割被照射領域ＰＤ４は、第１球面体ＰＰ１の残りの半分となるべき半球面状の領域である。すなわち、図９（Ｆ）に示すように、第１球面体ＰＰ１の残りの半分である半球面状部分ＰＰ１ｂが生成される。以上のようにして、図９（Ａ）に示す２重の中空な球面体状の立体造形ＰＰが生成される。

以下、図１０のフローチャートを参照して、図９（Ａ）〜９（Ｆ）（あるいは図８（Ｂ）〜８（Ｄ））に示すような領域分割の処理を伴う場合における立体造形生成装置５００を用いた立体造形の生成の処理の一例について説明する。まず、投射の処理の前提として、被照射物体収納部ＢＸにおいて、照射可能な被照射領域の全体である照射可能領域ＰＸ内に、被照射物体ＭＰを充填させた状態で配置する（ステップＳ１０１）。

次に、回路装置８０において、主制御部８８の制御下で外部からの作成すべき立体造形の形状等に関する情報である立体画像データを取り込む（ステップＳ１０２）。

次に、主制御部８８は、ステップＳ１１において取り込んだ立体画像データと照射可能領域ＰＸとの照合を行う（ステップＳ１０３）。すなわち、立体画像データのサイズ（寸法）と照射可能領域ＰＸとを比較して、サイズの縮尺等を決定し、延いては、照射可能領域ＰＸ内における被照射領域ＰＤを確定させる。

次に、主制御部８８は、被照射領域ＰＤについて、その形状やサイズ等から領域の分割が必要であるか否かを判断し、必要であれば、被照射領域ＰＤの領域分割処理を行う（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０４において分割が必要でない場合は、分割後の領域数が１つであるものとして処理する。主制御部８８は、ステップＳ１０４での処理とともに、各分割被照射領域への照射順序を決定する（ステップＳ１０５）。さらに、主制御部８８は、ステップＳ１０４において決定された被照射領域ＰＤの分割被照射領域ごとに、集光可能な成分光ＩＬを射出する自発光型素子１０ａから投射される成分光ＩＬを振り分ける、すなわち、各自発光型素子１０ａの割り当ての処理を行う（ステップＳ１０６）。以上のステップＳ１０４、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６の処理によって、図９等で説明したように、光照射の妨げとなる影の部分ができないような領域分割と分割された各分割被照射領域への照射が可能となる。

次に、主制御部８８は、上記のようにして定められた各分割被照射領域のうち、最初の分割被照射領域である第１分割被照射領域への光照射を開始し（ステップＳ１０７）、第１分割被照射領域への光照射を終えると、次の分割被照射領域への光照射の確認をする（ステップＳ１０８）。すなわち、主制御部８８は、ステップＳ１０４において定められた全ての分割被照射領域への投射がなされたか否かを確認し、光照射が終了していない分割被照射領域が残っていると判断すると（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、ステップＳ１０５で決定された順に従って次の分割被照射領域への光照射を開始する（ステップＳ１０９）。一方、ステップＳ１０８において、全ての分割被照射領域に対して光照射が終了していると判断すると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、主制御部８８は、立体造形生成装置５００による立体造形の動作を終了する。

以上のように、本実施形態のプロジェクターシステム２は、被照射物体を変質させるための光を複数の位置から成分光としてそれぞれ射出する発光部１０を有し、さらに発光部１０においてそれぞれ射出される成分光ごとに利用する射出角度を調整可能にする光射出調整機構１００と、光射出調整機構１００を経た成分光ＩＬにより照射可能な被照射領域の全体である照射可能領域ＰＸ内において立体的な空間を占める被照射領域ＰＤに、当該成分光ＩＬを集光させた照射光を投射する投射光学系４０と、光射出調整機構１００から射出される成分光ＩＬの射出位置および射出角度を制御する光制御部である回路装置８０とを備える。これにより、例えばプロジェクターシステム２を有する立体造形生成装置５００は、被照射領域ＰＤに配置された被照射物体ＭＰを同時並行的に変質（硬化）させて立体造形を短時間で生成できる。

〔第２実施形態〕
以下に、第２実施形態のプロジェクターシステムについて説明する。第２実施形態のプロジェクターシステムは、第１実施形態のプロジェクターシステムを変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態のプロジェクターシステムと同様の構造を有する。

図１１に示すように、第２実施形態のプロジェクターシステム２０２は、単板式のプロジェクターシステムであり、光射出調整機構２００として、光源光を発生する光源部と光源部から照明光を形成する照明光学系とを含む光源装置２１と、光源装置２１から射出された照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５から射出された照明光を構成する成分光の選択を行う光選択部２２０とを備える。さらに、プロジェクターシステム２０２は、光選択部２２０により成分光を選択された光を照射光として被照射領域ＰＤに投射する投射光学系４０とを備える。

なお、以上のプロジェクターシステム２０２において、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、凹レンズ２１ｂと、一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ２１ｉとを備える。このうち、紫外光を光源光として発生する光源部である光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプ等であるランプ本体２２ａと、光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡２２ｂとを備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプ２１ａからの光源光を平行化する役割を有するが、例えば凹面鏡２２ｂが放物面鏡である場合には、省略することもできる。照明光学系を構成する一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅは、マトリクス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって凹レンズ２１ｂを通過した光源ランプ２１ａからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、詳細は省略するが、ＰＢＳ及びミラーを組み込んだプリズムアレイと、当該プリズムアレイに設けた射出面上にストライプ状に貼り付けられる波長板アレイとを備える。重畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部２５として設けた液晶ライトバルブに対する重畳照明を可能にする。つまり、両レンズアレイ２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、光変調部２５に設けられた液晶パネル２６を均一に重畳照明する。

光変調部２５は、上記のように液晶ライトバルブである。より具体的には、光変調部２５は、液晶素子である液晶パネル２６と、光入射側偏光板２５ｅと、光射出側偏光板２５ｈとを備え、入射した照明光の強度の空間分布を構成画素の単位で変調する非発光型の光変調装置である。なお、光変調部２５の前段には、入射する照明光の調整をするフィールドレンズ２３ｆが設けられている。

光選択部２２０は、上記した光変調部２５を構成する液晶ライトバルブの後段に配置される。この光選択部２２０は、光の遮断と透過とを切り替えるパネル型部材であり、例えば液晶パネルによって構成される。つまり、光選択部２２０は、光変調部２５から射出された光について画素単位で射出角度を選択するための切替パネルによって構成されるものである。

つまり、本実施形態では、光変調部２５を構成する液晶ライトバルブと、光選択部２２０とにより、いわば２重のライトバルブが構成されることで、各成分光の射出位置と射出角度とを調整することが可能となっている。つまり、光変調部２５が第１のライトバルブとして、面状に発光される発光部としての発光点の位置を定め、光選択部２２０が第２のライトバルブとして、第１のライトバルブから発生した光の射出角度を決定するものとなっており、これらが光射出調整機構２００としての本質的機能を果たしている。

以下、図１２を参照して、本実施形態に係るプロジェクターシステム２０２による照射光の投射の動作について具体的に説明する。なお、図１２は、図１１に示した構造のうち光射出調整機構２００及びその周辺の構造について概念的に示すものである。図示のように、光変調部２５において照明光から画素単位で変調され、光変調部２５の液晶パネル２６（第１のライトバルブ）を構成する各画素の位置から成分光ＩＬが回路装置（図示省略）の制御のもと、それぞれ射出される。つまり、第１のライトバルブである液晶パネル２６を構成する複数の画素がいわば面状に配置された複数の発光点である。光変調部２５から射出された各成分光ＩＬは、光選択部２２０（第２のライトバルブ）において、射出角度が整えられる。すなわち、ある程度広がった角度をもって光変調部２５の液晶パネル２６を構成する各画素から射出された成分光ＩＬのうち、所望の角度で射出されるもののみが選択され、投射光学系４０を経て被照射領域ＰＤに投射される。

本実施形態の場合においても、光射出調整機構２００において、照射光を構成する各成分光を、複数の位置から互いに異なる角度でそれぞれ射出することで、被照射領域すなわち被照射領域が奥行きのあるものすなわち奥行き方向に関して異なる距離に領域を有するような場合であっても、当該被照射領域に対して同時並行的に投射を行うことができる。すなわち、本実施形態に係るプロジェクターシステム２０２は、立体造形生成装置に適用可能である。

なお、以上のような構成は、上記のような第１のライトバルブの各画素を発光点とする構成以外の構成においても適用できる。例えば、発光部においてマトリクス状に配置される自発光型の光源であって広がりを持った状態で光を発生する光源素子を用いる場合にも、各光源素子に対して複数の画素を対応させたライトバルブを光選択部２２０として適用することで、各光源素子から射出される光の射出角度をそれぞれ規制することができる。

〔第３実施形態〕
以下に、第３実施形態のプロジェクターシステムについて説明する。図１３（Ａ）に示すように、本実施形態のプロジェクターシステム３０２は、画像光を投射する光学系部分３５０と、光学系部分３５０の動作を制御する回路装置３８０とを備える。なお、回路装置３８０は、主制御部８８や画像処理部８１、発光駆動部８２のほか、後述の光学系部分３５０に設けた表示装置３２２を駆動する表示駆動部３８３を有する。なお、画像処理部８１や主制御部８８は、表示装置３２２の動作を制御する表示制御部８０ａとして機能する。

光学系部分３５０は、光射出調整機構３００と、投射光学系４０とを備える。光射出調整機構３００は、発光部３１０と、表示装置３２２と、重畳光学系３０とを備える。

光学系部分３５０において、光射出調整機構３００を構成する発光部３１０は、光軸ＯＡに垂直なＸＹに平行な射出面ＳＡから精密にコリメートされた照明光を成分光ＩＬとして射出する。この場合、照明光である成分光ＩＬで構成される照明光は、全体としても要素すなわち各成分光ＩＬとしても光軸ＯＡに平行なＺ方向に射出される。発光部３１０は、面発光レーザーを光源として含む。面発光レーザーは、例えば数μｍピッチで２次元的に配列されたレーザー素子からなり、射出面ＳＡの各位置からそれぞれ射出される成分光ＩＬは、照明光全体としてＸＹ面内で一様な分布を有するものとなっている。

図１３（Ｂ）に示すように、光射出調整機構３００を構成する表示装置３２２は、複数の表示部３２１をＸＹ面に平行に２次元的に配列したものである。図示の例では、表示装置３２２は、５×５のマトリックス状に隙間無く配置された多数の表示部３２１を有する。各表示部３２１は、液晶パネル３２１ａと遮光枠部３２１ｂとを有する。液晶パネル３２１ａは、一対の光透過性基板の間に液晶を挟んだ透過型の光変調装置であり、入出射面に不図示の偏光フィルターを付随させたものとなっている。液晶パネル３２１ａは、多数の画素によって２次元的な画像表示を可能にするものであり、画素ごとにカラーフィルターを備える。液晶パネル３２１ａは、全表示領域Ａ０に表示を行うのではなく、全表示領域Ａ０のうち局所的な像源領域ＡＳにのみに表示を行う。各像源領域ＡＳは、図示の例では便宜上円形としているが、矩形等多角形を含む任意の形状とすることができる。

像源領域ＡＳは、２次元配列された各表示部３２１ごとに設定される。像源領域ＡＳの基本的な表示モードでの配置は、図１３（Ｂ）に示すように全表示領域Ａ０の中心にあって、分割光軸ＯＡ１上の標準位置となっている。つまり、各表示部３２１の中心は、分割光軸ＯＡ１と一致し、像源領域ＡＳの中心も、分割光軸ＯＡ１と一致している。なお、後に詳述するが、別の表示モード（より近距離に投射するケース）では、像源領域ＡＳは、図１４（Ｂ）に示すように、分割光軸ＯＡ１の光軸ＯＡからの距離に応じて光軸ＯＡから遠ざかるように分割光軸ＯＡ１から位置ズレした位置に配置されている。さらに別の表示モード（より遠距離に投射するケース）では、像源領域ＡＳは、図１４（Ｄ）に示すように、分割光軸ＯＡ１の光軸ＯＡからの距離に応じて光軸ＯＡに近づくように分割光軸ＯＡ１から位置ズレした位置に配置される。

図１３（Ａ）に戻って、光射出調整機構３００を構成する重畳光学系３０は、複数の表示部３２１にそれぞれ対向する複数のレンズ要素３１ａを有するレンズアレイ３１と、複数のレンズ要素３１ａを経た像光線ＩＭを光軸ＯＡ上に集めて重畳させる重畳レンズ３３とを備える。

レンズアレイ３１を構成するレンズ要素３１ａは、表示装置３２２の表示部３２１の輪郭に対応して略同一の輪郭形状を有する凸レンズである。各レンズ要素３１ａは、略同一のパワーを有し、各表示部３２１に対して、分割光軸ＯＡ１を共通させるようにアライメントして配置されている。重畳レンズ３３は、複数のレンズ要素３１ａを経た像光線ＩＭが光軸ＯＡ上の同一箇所に互いに集まるように像光線ＩＭを重畳させる。重畳レンズ３３は、光軸ＯＡから離れたレンズ要素３１ａからの像光線ＩＭ（例えば像光線ＩＭ２）をより多く偏向させる。像光線ＩＭが光軸ＯＡと交わる位置は、重畳光学系３０に関して各表示部３２１の共役位置ＰＣとなっている。図示の例では、共役位置ＰＣに各表示部３２１からの像光線ＩＭ０，ＩＭ１，ＩＭ２が重畳して入射し、ここが前側焦点面ＦＣとなって比較的明るい小像Ｇ１を形成する。小像Ｇ１は、ＸＹ面において広がりを有する。像光線ＩＭ０，ＩＭ１，ＩＭ２は、共役位置ＰＣ又は前側焦点面ＦＣにおいて光軸ＯＡ上に集まっているが、一点に集光又は収束するものとはなっていない。

図１３（Ａ）に示す投射光学系４０は、固定焦点距離の拡大投射レンズであり、重畳光学系３０によって重畳された像光線ＩＭによって形成された小像Ｇ１を拡大投射する。

図１４（Ａ）は、プロジェクターシステム３０２に対して比較的近い位置に配置された被照射領域ＰＤに照射光を投射する場合を示しており、図１４（Ｂ）は、各表示部３２１又は各液晶パネル３２１ａに設定する像源領域ＡＳを示している。図１４（Ｂ）に示すように、近距離投射の場合、マトリックス状に配列された液晶パネル３２１ａの像源領域ＡＳは、外側の領域にある液晶パネル３２１ａのものほど外側に配置されている。より具体的には、像源領域ＡＳは、図１３（Ｂ）に示す分割光軸ＯＡ１に対応する標準位置を基準として光軸ＯＡから離れる方にシフトさせたものとなっている。さらに、この際のシフト量は、液晶パネル３２１ａの相対的配置に依存し、液晶パネル３２１ａが光軸ＯＡから離れるほど比例的に大きくなる。この結果、図１４（Ａ）に示すように、像光線ＩＭ０，ＩＭ１，ＩＭ２は、共役位置ＰＣより前方で光軸ＯＡと交差するため、投射光学系４０を通過した後も手前で光軸ＯＡと交差し、ここが焦点面ＦＣ'又は被照射領域ＰＤとなる。

図１４（Ｃ）は、プロジェクターシステム３０２に対して比較的遠い位置に配置された被照射領域ＰＤに画像を投射する場合を示しており、図１４（Ｄ）は、各表示部３２１又は各液晶パネル３２１ａに設定する像源領域ＡＳを示している。図１４（Ｄ）に示すように、遠距離投射の場合、マトリックス状に配列された液晶パネル３２１ａの像源領域ＡＳは、外側の領域にある液晶パネル３２１ａのものほど内側に配置されている。より具体的には、像源領域ＡＳは、図１３（Ｂ）に示す分割光軸ＯＡ１に対応する標準位置を基準として光軸ＯＡに近づく方にシフトさせたものとなっている。さらに、この際のシフト量は、液晶パネル３２１ａが光軸ＯＡから離れるほど比例的に大きくなる。この結果、図１４（Ｃ）に示すように、像光線ＩＭ０，ＩＭ１，ＩＭ２は、共役位置ＰＣより後方で光軸ＯＡと交差するため、投射光学系４０を通過した後も後方で光軸ＯＡと交差し、ここが焦点面ＦＣ'又は被照射領域ＰＤとなる。

以上のように、各液晶パネル３２１ａに設定される像源領域ＡＳの配置を調整することで、共役位置ＰＣを中心として光軸ＯＡ方向の前後に小像Ｇ１を形成でき、この小像Ｇ１の形成位置は、像光線ＩＭ０，ＩＭ１，ＩＭ２の重畳位置であり、前側焦点面ＦＣであるとなっている。前側焦点面（重畳位置）ＦＣの位置を共役位置ＰＣの前後に変化させる際に、マトリックス状に配列された複数の液晶パネル３２１ａにおいて設定される像源領域ＡＳの２次元的配置パターンは、図１３（Ｂ）に示す標準位置に対応する格子点状の配列を基準として、光軸ＯＡが通る中心を一致させたままで相似的に拡大又は縮小された格子点状のものとなる。また、見方を変えると、上記において、光射出調整機構３００は、各成分光ＩＬの射出角度を調整することで焦点位置を変更するものとして機能している。

本実施形態の場合においても、光射出調整機構３００において、照射光を構成する各成分光を、複数の位置から互いに異なる角度でそれぞれ射出することで、被照射領域すなわち被照射領域が奥行きのあるものすなわち奥行き方向に関して異なる距離に領域を有するような場合であっても、当該被照射領域に対して同時並行的に投射を行うことができる。すなわち、本実施形態に係るプロジェクターシステム３０２は、立体造形生成装置に適用可能である。

この発明は、上記の実施形態又は実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、光射出調整機構については、上記のほかにも、例えば図１５に示すように、面発光レーザー等で構成される発光部４１０と、多数のマイクロミラーＭＭを配列させたデジタル・マイクロミラー・デバイスで構成される光選択部４２０とを用い、発光部４１０により面状に互いに平行に射出される成分光ＩＬをデジタル・マイクロミラー・デバイスである光選択部４２０によって所定の射出角度で投射させるものとしてもよい。この場合、例えば面発光レーザーの射出タイミングとデジタル・マイクロミラー・デバイスの回転速度とを同期させるものとする。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスをオンとオフの切替のみに利用することで、光選択部として適用するものとしてもよい。

また、上記では、被照射物体を紫外光による光硬化性物質とし、発光部が紫外光を射出することで被照射物体を変質させるものとしているが、被照射物の変質については、物理的変化や化学的変化に関する種々のものを意味し、例えば被照射物体に対する光照射による硬化や熱による変形、被照射物体の表面部分を削る加工や、被照射物体の結晶構造を部分的に破壊すること等種々の態様による質的変化を含むものである。したがって、上記に限らず発光部からの光によって被照射物体が変質できる態様であれば、適用する被照射物体や発光部が射出する光については、種々のものが適用できる。

また、上記では、各発光部の光源点やパネルの画素単位で光の照射を説明しているが、面状の発光部がいくつかの部分面光源を組み合わせて構成されているようにすることもできる。すなわち、発光部の構成において、例えば複数（多数）の位置から面状に光を発生して照射光を形成するブロック状の小光源部をいくつか組み合わせて１つの発光部を構成することも可能である。この場合、例えばあるブロック状の小光源部の１つが被照射領域ＰＤのある一領域を照射させ、すべてのブロック状の小光源部が組み合わせられることで、被照射領域ＰＤの全体を照射するように調整するものとしてもよい。また、異なるブロック状の小光源部からそれぞれ射出された成分光が、被照射領域ＰＤの一部または全部を重畳して照射するものとしてもよい。また、距離画像に応じて、１つのブロック状の小光源部の中において画像補正をするように制御したりするものとしてもよい。

また、例えば図３に示すレーザー発光素子においても、可変型のミラーを設けることで、射出角度を調整するものとしてもよい。

また、発光部の発光点の数、すなわち自発光型素子の個数や、第１のライトバルブを構成する画素の画素数については、種々のものが適用可能であるが、発光点の個数が多いほど、上記のような射出角度の選択において、自由度が増す。見方を変えると、光源側あるいは画像形成側の画素数を多くするほど被照射領域の奥行き方向に関する情報への対応度を向上させることができ、被照射領域ＰＤの範囲が複雑な立体的形状となっても対応しやすくなる。また、重畳させる成分光ＩＬの数を増やすこともできる。

また、発光部は、例えば自発光型素子を平面上に配列するものとしているが、曲面上に配列する構成とすることも可能である。また、自発光型素子の配列を被照射領域の形状に応じて変化させることで、各成分光の射出位置や射出角度を調整するものとしてもよい。

また、光選択部に用いるパネルについては、透過型の液晶パネルに限らず、反射型の液晶パネルとすることもできる。

また、発光部において、画素ずらし（イーシフト）機能を持たせることで、疑似的に画素数を増やすものとしてもよい。

また、投射光学系４０は、ズームレンズであってよく、縮小投射も可能であり、被写界深度も可変にすることができる。投射光学系４０の被写界深度を調整することで、深さ方向の表示範囲を広げることができる。さらに、投射光学系４０のフォーカス状態を可変とすることで、プロジェクターシステム２による３次元的な投射空間を光軸ＯＡ方向に沿って移動させることもできる。

２，２０２，３０２…プロジェクターシステム、 １０…発光部、 １０ａ，ａ２，ａ４，ａ５，ａ７…自発光型素子、 ２０，２２０…光選択部、 ２１…光源装置（光源部、照明光学系）、 ２５…光変調部、 ４０…投射光学系、 ５０…光学系部分、 ８０…回路装置（光制御部）、 ８１…画像処理部、 ８２…発光駆動部、 ８８…主制御部、 １００，２００,３００…光射出調整機構、 ＩＬ…成分光、 ＩＬａ…成分光、 ＩＬｂ…成分光、 ＬＤ…レーザー発光素子、 ＬＬ１，ＬＬ２…レンズ、 ＯＡ…光軸、 ＰＡ１-ＰＡ３…位置、 ＰＢ１-ＰＢ３…位置、 ＢＸ…被照射物体収納部、
ＰＤ…被照射領域、 ＰＤｘ，ＰＤ１〜ＰＤ４…分割被照射領域、 ＰＸ…照射可能領域、 ＱＡ…光透過部、 ＱＢ…光遮蔽部、 ＳＡ…射出面

Claims (10)

1. 被照射物体を変質させるための光を複数の位置から成分光としてそれぞれ射出する発光部を有し、前記発光部においてそれぞれ射出される成分光ごとに利用する射出角度を調整可能にする光射出調整機構と、
   前記光射出調整機構を経た成分光により照射可能な領域内にあって、かつ、奥行き方向について異なる位置を含む立体的な空間を占める被照射領域に、当該成分光を集光させた照射光を投射する投射光学系と、
   前記被照射領域に対応して、前記光射出調整機構から射出される成分光の射出位置および射出角度を、前記被照射領域において成分光が集光するように制御する光制御部と、
   を備えるプロジェクターシステム。
2. 前記発光部は、前記成分光として紫外光成分を含む光を射出し、
   前記光制御部は、前記被照射領域に配置される被照射物体としての紫外線硬化樹脂に対して硬化可能となるように前記成分光を集光させる、請求項１に記載のプロジェクターシステム。
3. 前記発光部は、前記成分光としてコヒーレント光を発生させる、請求項１及び２のいずれか一項に記載のプロジェクターシステム。
4. 立体的な空間の情報を含む３次元立体画像データを受け付けるとともに、当該３次元立体画像データに対応する投射画像の情報として立体画像情報を作成する画像処理部をさらに備え、
   前記光制御部は、前記画像処理部で作成された前記立体画像情報に基づいて成分光の射出位置および射出角度を制御する、請求項１から３までのいずれか一項に記載のプロジェクターシステム。
5. 前記光射出調整機構は、前記発光部から射出された成分光ごとに、光の透過を制限して利用する射出角度にある成分を選択する光選択部を有する、請求項１から４までのいずれか一項に記載のプロジェクターシステム。
6. 前記光選択部は、光の遮断と透過とを切り替えるパネル型部材であり、
   前記光制御部は、前記パネル型部材における光の遮断と透過との切り替えを制御して、前記発光部から射出された成分光のうち、所定の射出角度にある成分を選択させる、請求項５に記載のプロジェクターシステム。
7. 前記光射出調整機構において、前記発光部は、面状に広がりを有する発光源を含み、射出される成分光は、前記被照射領域に対して一斉照射される、請求項１から６までのいずれか一項に記載のプロジェクターシステム。
8. 前記発光部は、面状に配置された複数の発光点から成分光をそれぞれ射出する複数の自発光型素子を有する、請求項１から７までのいずれか一項に記載のプロジェクターシステム。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載のプロジェクターシステムと、
   前記プロジェクターシステムから射出される照射光によって照射可能な領域内に、前記被照射物体を充填させた状態で収納する被照射物体収納部と、
   を備え、
   前記被照射物体収納部に収納された前記被照射物体に対して前記プロジェクターシステムから照射光を照射することによって前記被照射領域にある前記被照射物体を加工して立体造形を生成する立体造形生成装置。
10. 請求項１から８までのいずれか一項に記載のプロジェクターシステムを用いた立体造形生成方法であって、
    前記プロジェクターシステムから射出される照射光によって照射可能な領域内に、前記被照射物体を充填させた状態で配置させる被照射物体配置工程と、
    前記被照射物体配置工程において前記被照射領域内に配置された前記被照射物体に対して前記プロジェクターシステムから照射光を照射することによって前記被照射領域にある前記被照射物体を加工して立体造形を生成する照射加工工程と、
    を有する立体造形生成方法。

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