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
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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
【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。
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〕
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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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JP2020519491A (ja) * | 2017-05-11 | 2020-07-02 | シューラット テクノロジーズ, インク.Seurat Technologies Inc. | 付加製造最適化のためのパターン化された光の固体ルーティング |
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