JP2018051793A - 光造形データを処理する情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム - Google Patents

光造形データを処理する情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】好適な光強度で照射するための光造形データを生成することのできる情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】３次元造形物の切断面を示し、前記３次元造形物の構造物領域を第１画素値、非構造物領域を第２画素値とする断層画像を生成する手段と、前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第１周辺領域を設定する手段と、前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数が第１閾値以上である場合に、当該画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出し、当該画素の数が前記第１閾値未満である場合に、露光量を一定とするように画素値を算出する第１算出手段と、前記第１算出手段により各々の画素に対して算出された画素値に基づき生成された光造形データを、光造形装置が前記３次元造形物を生成するために出力する出力手段とを備える。【選択図】図１０

Description

本発明に係るいくつかの態様は、例えば光造形を行うための光造形データを処理する情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムに関する。
例えば液体の光硬化性樹脂等に光を照射することで造形物を生成する、いわゆる光造形装置等による光造形技術が徐々に普及しつつある。光造形装置は、例えば、硬化前の液体樹脂に対し、造形対象の断面に相当する形状に光を照射して樹脂を硬化させる動作を、何層にも渡って繰り返すことにより、最終的に立体的な３次元の造形物を生成する（例えば、特許文献１）。
特開２０１６−１１７２７３号公報
ここで、樹脂に光を照射する場合、輪郭部分と内部とで光強度を変えることが望ましい。なぜならば、輪郭部分は内部に比べ、隣り合う部分からの光の重なりが少ないため、内部と同じ強度で光を照射すると、輪郭部分の硬化が十分でない場合があるためである。逆に、輪郭の強度に合わせて内部を露光してしまうと、漏れた光により、本来の外形の外まで樹脂を硬化させてしまう場合がある。また、特に外形となる輪郭部分の硬化が十分でないと層間剥離が起こり、結果として造形が失敗する場合もある。
よって、照射対象の位置に応じて、適宜樹脂に対して露光する強度を調整する必要があるが、このような強度の調整は容易ではなかった。
本発明のいくつかの態様は前述の課題に鑑みてなされたものであり、好適な光強度で照射するための光造形データを生成することのできる情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムを提供することを目的の１つとする。
本発明の１の態様に係る情報処理装置は、３次元造形物の切断面を示し、前記３次元造形物の構造物領域を第１画素値、非構造物領域を第２画素値とする断層画像を生成する手段と、前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第１周辺領域を設定する手段と、前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数が第１閾値以上である場合に、当該画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出し、当該画素の数が前記第１閾値未満である場合に、露光量を一定とするように画素値を算出する第１算出手段と、前記第１算出手段により各々の画素に対して算出された画素値に基づき生成された光造形データを、光造形装置が前記３次元造形物を生成するために出力する出力手段とを備える。
本発明の１の態様に係る情報処理方法は、３次元造形物の切断面を示し、前記３次元造形物の構造物領域を第１画素値、非構造物領域を第２画素値とする断層画像を生成するステップと、前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第１周辺領域を設定するステップと、前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数が第１閾値以上である場合に、当該画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出し、当該画素の数が前記第１閾値未満である場合に、露光量を一定とするように画素値を算出するステップと、各々の画素に対して算出された画素値に基づいて生成された光造形データを、光造形装置が前記３次元造形物を生成するために出力するステップとを情報処理装置が行う。
本発明の１の態様に係るプログラムは、３次元造形物の切断面を示し、前記３次元造形物の構造物領域を第１画素値、非構造物領域を第２画素値とする断層画像を生成する処理と、前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第１周辺領域を設定する処理と、前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数が第１閾値以上である場合に、当該画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出し、当該画素の数が前記第１閾値未満である場合に、露光量を一定とするように画素値を算出する処理と、各々の画素に対して算出された画素値に基づいて生成された光造形データを、光造形装置が前記３次元造形物を生成するために出力する処理とをコンピュータに実行させる。
なお、本発明において、「部」や「手段」、「装置」、「システム」とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その「部」や「手段」、「装置」、「システム」が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの「部」や「手段」、「装置」、「システム」が有する機能が２つ以上の物理的手段や装置により実現されても、２つ以上の「部」や「手段」、「装置」、「システム」の機能が１つの物理的手段や装置により実現されても良い。
光造形システムの構成例を説明するための図である。 造形対象のモデルを示す図である。 図２のモデルから生成される断層画像データの具体例を示す図である。 処理対象画素の周辺領域の例を示す図である。 処理対象画素の周辺領域の例を示す図である。 処理対象画素の周辺領域の例を示す図である。 処理対象画素の周辺領域の例を示す図である。 処理対象画素の周辺領域中の暗画素数と発光量との関係の具体例を示す図である。 プリントデータの具体例を示す図である。 実施形態に係る情報処理装置の機能構成を示すブロック図である。 図１０に示す情報処理装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図１０に示す情報処理装置を実装可能なハードウェア構成の具体例を示すブロック図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
図１乃至図１２は、実施形態を説明するための図である。以下、これらの図を参照しながら、以下の流れに沿って実施形態を説明する。まず「１」で実施形態に係る情報処理装置による処理の概要等を説明する。続いて「２」で当該情報処理装置の機能構成を説明し、「３」で当該情報処理装置の処理の流れを説明する。「４」では、情報処理装置を実現可能なハードウェア構成の具体例を説明する。最後に「５」以降で、実施形態に係る効果などを説明する。
（１． 概要）
（１．１ 光造形方法の概要）
いわゆる光造形装置と呼ばれる装置では、光硬化性の液体樹脂や粉末に対して、造形対象の断面に相当する形状に光を照射して樹脂を硬化させる動作を何層にもわたって繰り返すことにより、最終的に立体的な３次元の造形物を生成する。このような装置では、造形対象の構造データの断面が存在する部分に光を照射し、存在しない部分は露光しない。
樹脂に光を照射する場合、単に、構造データから特定される断面部分に一律に光を照射し、それ以外の部分に光を照射しない、という２段階で光を照射するよりも、位置に応じて光の照射強度を変えることが好ましい。特に、輪郭部分と内部とでは、光強度を変えた方が良い。なぜならば、輪郭部分は内部に比べ、隣り合う部分からの光の重なりが少ないため、輪郭部分も内部と同じ強度で光を照射してしまうと、輪郭部分が十分に硬化しないことがあるためである。逆に、輪郭の強度に合わせて内部を露光してしまうと、照射部分から周囲に漏れた光により、本来の外形の外まで樹脂を硬化させてしまう場合がある。また、特に外形となる輪郭部分の硬化が十分でないと層間剥離が起こり、結果として造形が失敗する場合がある。
そこで、本実施形態に係る装置では、光の照射強度を好適に調整するための光造形データ（制御用のプリントデータ）を生成する。光造形装置は、当該光造形データに基づいた強度で光を照射することで、好適に造形物を生成することができる。
光造形装置は、粉末樹脂を対象とする場合や液体樹脂を対象とする場合等、様々な手法により造形物を生成することができる。また、液体樹脂を対象とする場合であっても、例えば、水槽内に溜まった光硬化樹脂に対し、上面側からレーザ光を照射する自由液面型光造形法、水槽内に溜まった光硬化樹脂に対し、下面側からレーザ光を照射する従来型の規制液面法等が考えられている。以下で説明する光造形データの生成方法は、いずれの光造形装置での造形に対しても有効であるが、ここでは、１次元規制液面法について図１を参照しながら説明する。
図１は、情報処理装置１００から、１次元規制液面法を用いて造形する光造形装置２００を制御して光造形を行う光造形システム１の構成例の一部を模式的に表現した図である。図１の例では、光造形システム１は、情報処理装置１００と光造形装置２００とを含む。
情報処理装置１００は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータとして実現することができる。また図１の例では、光造形装置２００とは別に情報処理装置１００を示しているが、このような構成に限られるものではなく、例えば、光造形装置２００に情報処理装置１００の機能を内包することも考えられる。
情報処理装置１００は、造形する造形物の３次元構造に係る構造データを有しており、当該構造データに基づき、実際に光造形装置２００がどのような強度でレーザ光Ｌを照射すべきかの制御情報（例えば、レーザ照射部２０７に供給される指令電圧又はレーザ駆動電流に対応する）に相当するプリントデータを生成する。
ここで、光造形装置２００は例えば４０μｍ等の樹脂形成膜Ｍを積層することにより造形物を生成する。よって情報処理装置１００は、構造データから、造形物を当該樹脂形成膜Ｍの厚み（例えば４０μｍ）毎に分割した断層画像データを生成する。例えば、図２にモデル２０を示す造形物を生成する場合には、図３に示される断層画像データ３０が層毎に生成される。
図２に示す造形物のモデル２０の外形は、円をｚ軸方向に積層した円柱を、ｘ軸負方向の端部２１で切り落とした形状である。中央部に、三角錐で切り取った形状の孔部２３、及び四角柱で切り取った形状の孔部２５が形成されている。
情報処理装置１００が生成する断層画像データ３０を構成する画素（ピクセル）は、レーザ光Ｌが照射される位置に相当する。ここで説明する例では、１画素の大きさは、１０μｍ×１０μｍとすることができる。また、各画素の画素値は、レーザ光Ｌの照射強度（エネルギー密度）に相当し、モノクロ２値で表現することができる。生成対象の造形物の一部を構成するレーザ光Ｌを照射すべき（造形物の一部を構成する）位置の画素値が白、造形物を構成しない、すなわちレーザ光Ｌを照射しない位置の画素値が黒となる。
本実施形態に係る情報処理装置１００は、当該モノクロ２値のビットマップである断層画像データ３０に対して、レーザ光Ｌの照射強度が適切な値となるように補正したプリントデータ、すなわち断層画像データ３０の各画素の画素値を調整したプリントデータを生成する。当該プリントデータは、例えば、露光面の光照射エネルギー密度に相当する８ビットのグレースケール画像データとすることができる。図３に示した断層画像データ３０から生成されるプリントデータの具体例は、後に詳述する図９に示す。また、モノクロ２値の断層画像データ３０から、８ビットのグレースケール画像データであるプリントデータを生成する方法については、「１．２」で後述する。
情報処理装置１００は、生成したプリントデータに基づき、レーザ光Ｌの強度を制御するための制御信号を光造形装置２００へと出力する。
光造形装置２００は、基板２０１と、規制液面ガラス２０３と、樹脂ノズル２０５と、レーザ照射部２０７とを含む。
基板２０１は、造形物となる硬化樹脂が固着される土台である。基板２０１は、図１中の副走査方向及びその垂直方向に適宜移動する。より具体的には、樹脂形成膜Ｍの形成の間、基板２０１は徐々に図面右方（ｘ軸の正方向）へと移動する。後述するとおり、レーザ光Ｌは図面奥行き方向にポリゴンミラースキャンにより１列照射されるため、当該１列の照射が終了すると、基板２０１は例えば１０μｍ右方へ移動すれば良い。このような処理を繰り返すことにより、ラインピッチが例えば１０μｍのラスタスキャンが実現される。１層分の樹脂形成膜Ｍを生成するためのレーザ光Ｌの照射が終了すると、基板２０１は鉛直方向に位置を上昇させると共に、基板２０１は図面左方（ｘ軸の負方向）の初期位置に移動する。樹脂形成膜Ｍの積層ピッチは、例えば４０μｍとすることができる。
なお、基板２０１は、図中水平方向（ｘ軸方向）に対して、少し右下方向へ傾いている。これは、樹脂ノズル２０５から流れ出る樹脂Ｒを、規制液面ガラス２０３の回転方向ａに沿って滑らかに移動させるためである。
規制液面ガラス２０３は、ガラス等の透明な部材でできた円筒状の部材である。規制液面ガラス２０３は、レーザ照射位置ｐから見て、樹脂ノズル２０５とは反対側である回転方向ａに向けて回転する。先述の通り、基板２０１は、１層分の樹脂形成膜Ｍが形成されるまでの間、左方から右方へと向けて移動（副走査）する。規制液面ガラス２０３の回転は、当該基板２０１の移動と対応させることが好ましい。当該基板２０１の副走査に伴い、基板２０１と規制液面ガラス２０３との間が拡がるため、樹脂形成膜Ｍは自然に規制液面ガラス２０３から剥離する。
樹脂ノズル２０５は、液体樹脂Ｒを規制液面ガラス２０３上へと流すためのノズルである。液体樹脂Ｒには、例えば、ラジカル重合タイプのアクリル系光硬化樹脂を用いることができる。樹脂ノズル２０５から流れ出た液体樹脂Ｒは、規制液面ガラス２０３と樹脂形成膜Ｍとの間にできる間隙により、毛細管現象でトラップされる。当該トラップされた液体樹脂Ｒは、レーザ照射部２０７からレーザ光Ｌが照射されることにより硬化し、樹脂形成膜Ｍの一部となる。
レーザ照射部２０７は、レーザ光Ｌを透明の規制液面ガラス２０３を介して液体樹脂Ｒに照射するための部材である。レーザ照射部２０７の光源には、例えば波長４０５ｎｍのレーザダイオードを使用することができる。光照射のエネルギー密度は、例えば０．０６ｍＪ／ｍｍ2を基準とすれば良い。当該エネルギー密度のレーザ光Ｌを、ラジカル重合タイプのアクリル系光硬化樹脂に照射すると、硬化深度はおよそ１００μｍとなる。
本実施形態において、レーザ照射部２０７は図中奥行き方向にレーザ光Ｌを主走査する。レーザ照射部２０７が図中奥行き方向に主走査し、基板２０１が副走査方向に移動するため、樹脂形成膜Ｍがラスタスキャンにより徐々に形成されていく。当該主走査は、例えばポリゴンミラーにより行うことができる。光源であるレーザダイオードから照射されるレーザ光Ｌをポリゴンミラーに照射し、ポリゴンミラーの角度を少しずつ回転させることで、レーザ光Ｌの図面奥行き方向の照射位置を変えることができる。
なお先述の通り、本実施形態に係るプリントデータの生成方法は、１次元規制液面法を用いてラスタスキャンにより造形する光造形装置２００に限られるものではない。例えば、液体樹脂Ｒを平面状に露光させるプロジェクション型の光造形装置に適用することも考えられる。
（１．２ プリントデータの生成方法）
次に、図４乃至図９を参照しながら、本実施形態に係る情報処理装置１００によるプリントデータの生成方法を説明する。
例えば、生成対象物である造形物の３次元構造を示す構造データが入力されると、情報処理装置１００は、図２に具体例を示した立体造形物のモデル２０を生成した上で、それを樹脂形成膜Ｍの厚み毎にｚ軸方向に切断した、図３に具体例を示すｘｙ平面の断層画像データ３０を生成する。すなわち断層画像データ３０は、モデル２０の切断面の画像に相当する。
先述の通り、精細かつ確実な造形を行うためには、断層画像データ３０の画素に対応する位置毎に、適切な光量の設定を行う必要がある。そのため、情報処理装置１００は、露光対象である処理対象画素の周辺領域内の各画素が、断層画像データ３０中で露光対象の画素（以下、明画素という。）であるか、非露光対象の画素（以下、暗画素という。）であるかの情報に基づき、当該処理対象画素に対する最適な光量を算出する。以下、詳細に説明する。
まず、情報処理装置１００は、処理対象画素の周辺領域を設定する。例えば、図４乃至図７では、中心が処理対象画素４１であり、当該処理対象画素４１から１０画素以内に、２１画素×２１画素の周辺領域４３が設定されている。なお、図７の例では、周辺領域４３は正方形として設定しているがこれに限られるものではなく、例えば周辺領域４３を、正方形ではない矩形や円形、楕円等の任意の形状に設定することも考えられる。
図４の例では、処理対象画素４１を含む周辺領域４３内の全ての画素が明画素、図５の例では、周辺領域４３内の処理対象画素４１を除く全ての画素が暗画素である。図６の例では、周辺領域４３内の処理対象画素４１の左側にある全ての画素が暗画素となっている。図７の例では、処理対象画素４１の左方の矩形領域が暗画素となっている。図４は、図３の断層画像データ３０中の領域Ａに、図６は領域Ｂに、図７は領域Ｃに、それぞれ対応する。なお、図５に対応する領域は、図３の断層画像データ３０の例内には存在しない。
もし露光対象の処理対象画素４１の周辺に存在する暗画素の数Ｐｄに応じて露光量を調整する場合には、例えば、以下の式により露光量Ｉａ（単位：ｍＪ／ｍｍ2）を算出することができる。
式（１）、式（２）において、Ｉｅは強調露光量（単位：ｍＪ／ｍｍ2）、Ｉｂは基準光量（単位：ｍＪ／ｍｍ2）、Ｅmaxは強調の割合の最大値（単位：無次元）、Ｐａは周辺領域４３内の全画素数（ここでは、２１×２１−１＝４４０）、Ｐｄは暗画素数である。当該式（１）においてＩａ＝１、Ｅmax＝５として露光量Ｉａを算出する場合の周辺領域４３内の暗画素数と露光量との関係は、例えば図８の破線のようになる。
また、当該式（１）により、各露光対象画素に対して画素値（露光量Ｉａに対応）を算出して生成したプリントデータの具体例を、図９（ａ）に示す。図９（ａ）に示すように、露光対象領域（生成対象の造形物内の領域に対応する）は、輪郭部分が白に近くなっており、その内部領域はそれよりも暗いグレーとなっている。これは、露光対象領域の輪郭部分の露光量が、内部よりも大きいことを示している。
このように、式（１）及び式（２）に従って露光量Ｉａを変調したプリントデータを用いて光造形装置２００で造形を行うと、特に輪郭部分で十分な露光量が得られるために最後まで造形が行われる。しかしながら、微細な穴である孔部２５の輪郭部分の露光量Ｉａは基準値Ｉｂの約１．４倍となる。このように過剰な露光が行われることにより、穴の周辺の画素から漏れた光により液体樹脂Ｒが硬化されてしまい、結果として穴が塞がれてしまう場合がある。
このような事態を防ぐべく露光量の強調度合いを減らすために、周辺領域４３を小さくした（例えば、Ｐａ＝５×５−１＝２４）上で、式（１）を用いて露光量を算出することも考えられる。図９（ｂ）に、図９（ａ）よりも周辺領域４３を小さく設定して式（１）及び式（２）に基づき露光量を調整した場合のプリントデータの例を示す。図９（ｂ）を図９（ａ）と比較すると、輪郭部分や孔部２３や孔部２５の周囲が暗くなっている。これは、輪郭部分や、孔部２３及び２５の周囲の露光量が、図９（ａ）の場合に比べ、低くなっていることを意味する。よって、光造形装置２００が図９（ｂ）のプリントデータを用いて造形すると、孔部２５は正常に形成される。しかしながら、特に輪郭部分で露光量が不足するために樹脂形成膜Ｍが層間で剥離し、最後まで造形できない場合がある。
図９（ａ）及び図９（ｂ）の中間を取るため、両者を単純に合算することも考えられる。図９（ｃ）は、図９（ａ）及び図９（ｂ）のプリントデータを、画素毎に単純に合算したものである。しかしながら図９（ｃ）の例でも図９（ａ）の影響が大きく、孔部２５の周囲の露光量が強いために、孔部２５がうまく形成されない。
従って、周辺領域４３中に微細な穴形状が存在する場合には、当該穴形状の周辺では、強調の度合いを減らしたり、周辺領域４３の範囲を小さくしたりすることにより、強調量を下げる必要がある。
そこで、情報処理装置１００は、周辺領域４３中の暗画素数Ｐｄがある一定以上の閾値（以下、無視画素数Ｐｉという。）でないと露光量の強調を行わないようにする。より具体的には、暗画素数Ｐｄが無視画素数Ｐｉ以上であるか、無視画素数Ｐｉ未満かに応じて、以下の式により露光量を算出する。
［Ｐｄ≦Ｐｉの場合］
［Ｐｄ＞Ｐｉの場合］
式（３）乃至式（５）においてＩｂ＝１．０、Ｅmax＝５とし、Ｐｉ＝１００とした場合の周辺領域４３内の暗画素数と露光量との関係は、例えば図８の実線のようになる。なお、式（４）において、無視画素数Ｐｉ＝０とすると、式（１）と一致する。
ここで、図７の例において、孔部２５に対応する暗画素数Ｐｄは７×７＝４９である。よって、暗画素数Ｐｄ（４９）＜無視画素数Ｐｉ（１００）であるため、処理対象画素４１には式（３）が適用されて、露光量Ｉａは基準値Ｉｂとなる（式（５））。しかしながらこの場合には、孔部２５の周辺部分で強調が行われないために露光量が不足し、結果として当該孔部２５の輪郭が不明瞭になる場合がある。
そこで、式（３）及び式（４）を用いて生成した強調データと、式（３）及び式（４）よりも周辺領域４３の大きさを小さくした上で式（１）及び式（２）を用いて生成した強調データとを加算すれば、輪郭部分で強い強調が行われ、かつ、微細な穴である孔部２５の周辺部分でも弱い強調が行われる。ここで、露光量Ｉａは、広い範囲の強調光量をＩｅ０、狭い範囲の強調光量をＩｅ１とすると、以下の式で算出される。
図９（ｄ）は、当該加算の結果得られるプリントデータを示す図である。これにより、層間の剥離を防ぎつつ、孔部２５を好適に形成することが可能となる。
（２ 情報処理装置１００の機能構成）
以下、図１０を参照しながら、本実施形態に係る情報処理装置１００の機能構成を説明する。図１０は、情報処理装置１００の機能構成の具体例を示す機能ブロック図である。情報処理装置１００は、入力部１１０、断層画像データ生成部１２０、強調データ生成部１３０、データベース（ＤＢ）１４０、最終プリントデータ生成部１５０、及び出力部１６０を含む。なお、図１の例では、情報処理装置１００及び光造形装置２００を物理的に異なる装置として記載しているが、これに限られるものではなく、例えば情報処理装置１００の機能を含む光造形装置２００として実装することも考えられる。或いは、情報処理装置１００の機能を、複数台の情報処理装置に分けて実現することも考えられる。
入力部１１０は、生成対象の造形物の３次元構造を示す３次元構造データの入力を受ける。当該３次元構造データは、例えば他の情報処理装置において生成され、例えば通信インタフェースやデータインタフェースを介して情報処理装置１００に入力されても良いし、或いは、情報処理装置１００上の３次元ＣＡＤ等のソフトウェアで生成されたものであっても良い。後者の場合には、３次元ＣＡＤ等で生成された３次元構造データのファイルが例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体上に記憶されるため、入力部１１０は当該記憶媒体から３次元構造データを読み込めば良い。
断層画像データ生成部１２０は、入力部１１０から入力された３次元構造データから、モノクロ２値のビットマップである断層画像データ３０を生成する。この際、例えば、断層画像データ生成部１２０は、３次元構造データからモデル２０を生成し、モデル２０を、光造形装置２００で生成する樹脂形成膜Ｍの厚み毎に切断することにより、断層画像データ３０を生成する。この際、モデル２０を構成する領域内に対応する画素（光造形装置２００で露光する必要がある画素）を白（明画素）、モデル２０を構成しない領域内に対応する画素（光造形装置２００で露光する必要が無い画素）を黒（暗画素）として設定する。
強調データ生成部１３０は、断層画像データ生成部１２０が生成したモノクロ２値のビットマップである断層画像データ３０から、８ビットグレースケールの強調データを生成する。強調データ生成部１３０は、使用するパラメータの異なる少なくとも２種類の方法により、強調データを生成する。なお、強調データ生成部１３０が生成可能な強調データ生成部の種類は、３以上であっても良い。この場合、ＤＢ１４０に、それに応じた周辺領域設定情報１４１や無視画素数設定情報１４３を持たせることができる。
ここでは、使用するパラメータの異なる２種類の強調データ生成方法を、無視画素あり強調データ生成部１３１ａ及び無視画素なし強調データ生成部１３１ｂで行うものとする。無視画素あり強調データ生成部１３１ａ及び無視画素なし強調データ生成部１３１ｂは強調データの生成に際し、各々、周辺領域設定情報１４１ａ及び１４１ｂ（総称して周辺領域設定情報１４１ともいう。）、並びに、無視画素数設定情報１４３ａ及び１４３ｂ（総称して無視画素数設定情報１４３ともいう。）を参照する。無視画素あり強調データ生成部１３１ａ及び無視画素なし強調データ生成部１３１ｂが各々生成した強調データに基づき、最終プリントデータ生成部１５０は、画素毎の最終的な露光量を決めるためのプリントデータを生成する。
無視画素あり強調データ生成部１３１ａ及び無視画素なし強調データ生成部１３１ｂは、各々、上記式（３）及び式（４）を用いて画素毎の露光の強調量を定める。具体的には、無視画素あり強調データ生成部１３１ａは、周辺領域設定情報１４１ａに基づいて定められる周辺領域４３内の暗画素数Ｐｄと、無視画素数設定情報１４３ａに基づいて定められる無視画素数Ｐｉとを用いて、露光対象の処理対象画素４１に対し、露光の強調量Ｉｅを算出する。例えば、先述の通り、周辺領域４３が、周辺領域設定情報１４１ａにより処理対象画素４１を中心とする２１画素×２１画素の矩形領域として定められ、無視画素数Ｐｉが無視画素数設定情報１４３ａにより１００と定められると、強調量Ｉｅに基準値Ｉｂ（＝１）を加算した露光量Ｉａと、暗画素数との関係は、図８の実線で示すグラフとなる。
無視画素なし強調データ生成部１３１ｂは、周辺領域設定情報１４１ｂに基づいて定められる周辺領域４３内の暗画素数Ｐｄと、無視画素数設定情報１４３ｂに基づいて定められる無視画素数Ｐｉを用いて、露光対象の処理対象画素４１に対し、露光量Ｉａを算出する。例えば、周辺領域４３が、周辺領域設定情報１４１ｂにより処理対象画素４１を中心とする５画素×５画素の矩形領域として定められ、無視画素数Ｐｉが無視画素数設定情報１４３ｂにより０と定められると、無視画素なし強調データ生成部１３１ｂが生成する強調データに基準値Ｉｂを加算して得られるプリントデータは、図９（ｂ）に示すようなものとなる。
ここで、無視画素あり強調データ生成部１３１ａで使用される周辺領域設定情報１４１ａで定められる周辺領域４３の広さは、無視画素なし強調データ生成部１３１ｂで使用される周辺領域設定情報１４１ｂで定められる周辺領域４３の広さよりも広い。また、無視画素あり強調データ生成部１３１ａで使用される無視画素数設定情報１４３ａで定められる無視画素数Ｐｉの値は、無視画素なし強調データ生成部１３１ｂで定められる無視画素数Ｐｉの値よりも大きい。なお、ここでは無視画素なし強調データ生成部１３１ｂを「無視画素なし」と呼んでいるが、必ずしも無視画素数Ｐｉは０である必要はない。
この結果、無視画素あり強調データ生成部１３１ａで生成される強調データは、無視画素なし強調データ生成部１３１ｂで生成される強調データよりも、外形輪郭部分において、露光量が強調される。一方、孔部２５の周辺など、微細な穴の周囲では、無視画素あり強調データ生成部１３１ａで生成される強調データよりも、無視画素なし強調データ生成部１３１ｂで生成される強調データの方が、露光量が強調される。
最終プリントデータ生成部１５０は、基準露光量に無視画素あり強調データ生成部１３１ａ及び無視画素なし強調データ生成部１３１ｂが生成した強調データの画素値を画素毎に加算することにより、図９（ｄ）に具体例を示す、最終的な８ビットグレースケールのプリントデータを生成する。これにより、外形輪郭部分、及び微細な穴の周囲部分において、好適に露光量が強調されたプリントデータを生成することができる。
なお、ここでは無視画素あり強調データ生成部１３１ａが生成した強調データと、無視画素なし強調データ生成部１３１ｂが生成した強調データとを加算しているが、これに限られるものではない。例えば、微細な穴等が存在しない場合には、例えば、無視画素あり強調データ生成部１３１ａが生成した強調データを単独で最終プリントデータ生成部１５０にわたすことも考えられる。
或いは、３種類以上の強調データ生成部１３１が存在する場合には、それらが生成した強調データを適宜組み合わせてプリントデータを生成することも考えられるし、若しくは、２つの強調データを任意に組み合わせて生成した複数種類のプリントデータを生成してもよい。
出力部１６０は、最終プリントデータ生成部１５０が生成したプリントデータに基づく信号を、例えば光造形装置２００などへと出力する。例えば、情報処理装置１００が光造形装置２００を直接制御する場合には、出力部１６０は、レーザ光Ｌの照射位置（座標）の情報を逐次光造形装置２００から受信しながら、照射対象の画素に対応する露光量を出力させるための制御信号を、プリントデータの画素値に基づいて出力部１６０は出力すれば良い。或いは、光造形装置２００自体がプリントデータに基づいてレーザ光Ｌの出力を行える場合には、出力部１６０は、最終プリントデータ生成部１５０が生成したプリントデータを、グレースケールの画像データとしてそのまま出力すれば良い。
（３ 処理の流れ）
以下、図１１を参照しながら、情報処理装置１００の処理の流れを説明する。図１１は本実施形態に係る情報処理装置１００の処理の流れを示すフローチャートである。
なお、後述の各処理ステップは、処理内容に矛盾を生じない範囲で、任意に順番を変更して若しくは並列に実行することができ、また、各処理ステップ間に他のステップを追加しても良い。更に、便宜上１つのステップとして記載されているステップは複数のステップに分けて実行することもでき、便宜上複数に分けて記載されているステップを１ステップとして実行することもできる。
まず入力部１１０は、他の情報処理装置やＨＤＤ等の記憶媒体から、３次元構造データを読み込む（Ｓ１１０１）。断層画像データ生成部１２０は、入力された３次元構造データに基づき、生成されるべき造形物を光造形装置２００で生成される樹脂形成膜Ｍの厚み毎に切断した１以上（通常は多数）の断層画像データ３０を生成する（Ｓ１１０３）。強調データ生成部１３０は、生成された１以上の断層画像データ３０の中から１枚の断層画像データ３０を読み込むと共に（Ｓ１１０５）、各々の画素に対する処理を開始する。
まず無視画素あり強調データ生成部１３１ａは、周辺領域設定情報１４１ａ及び無視画素数設定情報１４３ａを用いた露光対象の処理対象画素４１の露光量の強調量Ｉｅを算出する（Ｓ１１０７）。図１１では、無視画素数設定情報１４３ａにより設定される無視画素数ＰｉをＮとしている。
また無視画素なし強調データ生成部１３１ｂは、周辺領域設定情報１４１ｂ及び無視画素数設定情報１４３ｂを用いた露光対象の処理対象画素４１の露光量の強調量Ｉｅを算出する（Ｓ１１０９）。図１１では、無視画素数設定情報１４３ｂにより設定される無視画素数Ｐｉを０としている。
無視画素あり強調データ生成部１３１ａ及び無視画素なし強調データ生成部１３１ｂによる露光量の強調量Ｉｅの算出が終わると、最終プリントデータ生成部１５０は、基準露光量に加え、両者の値を加算することにより、最終的な露光量Ｉａを算出する（Ｓ１１１１）。
Ｓ１１０９乃至Ｓ１１１１の処理を、断層画像データ３０を構成する全露光対象の画素に対して行い、当該処理が終了すると（Ｓ１１１３のＹｅｓ）、強調データ生成部１３０は、未処理の断層画像データ３０が残っているか否かを判別する（Ｓ１１１５）。もし未処理の断層画像データ３０が残っていれば（Ｓ１１１５のＮｏ）、Ｓ１１０５乃至Ｓ１１１３の処理を全ての断層画像データ３０に対して繰り返す。
（４ ハードウェア構成の具体例）
以下、図１２を参照しながら、情報処理装置１００のハードウェア構成の具体例を説明する。図１２に示すように、情報処理装置１００は、制御部１２０１と、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１２０５と、記憶部１２０７と、表示部１２１３と、入力部１２１５とを含み、各部はバスライン１２１７を介して接続される。
制御部１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ。図示せず）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ。図示せず）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２０３等を含む。制御部１２０１は、記憶部１２０７に記憶される制御プログラム１２０９を実行することにより、一般的なコンピュータに加え、上述した画像処理を実行可能に構成される。例えば、図１０を参照しながら説明した入力部１１０、断層画像データ生成部１２０、強調データ生成部１３０、最終プリントデータ生成部１５０、及び出力部１６０は、ＲＡＭ１２０３に一時記憶された上で、ＣＰＵ上で動作する制御プログラム１２０９として実現可能である。
また、ＲＡＭ１２０３は、制御プログラム１２０９に含まれるコードの他、入力された３次元構造データや、ＤＢ１４０に含まれる周辺領域設定情報１４１ａ及び１４１ｂ、並びに無視画素数設定情報１４３ａ及び１４３ｂの一部又は全部を一時的に保持する。更にＲＡＭ１２０３は、ＣＰＵが各種処理を実行する際のワークエリアとしても使用される。
通信Ｉ／Ｆ部１２０５は、例えば、３次元構造データを生成した他の情報処理装置や、光造形装置２００との間で、有線又は無線によりデータ通信を行うためのデバイスである。
記憶部１２０７は、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体である。記憶部１２０７は、一般的なコンピュータとしての機能を実現するためのオペレーティングシステム（ＯＳ）やアプリケーション、及びデータ（図示せず）を記憶する。また記憶部１２０７は、制御プログラム１２０９を記憶する。前述のとおり、図１０に示した入力部１１０、断層画像データ生成部１２０、強調データ生成部１３０、最終プリントデータ生成部１５０、及び出力部１６０は、制御プログラム１２０９により実現することができる。また記憶部１２０７は、ＤＢ１４０に含まれる周辺領域設定情報１４１ａ及び１４１ｂ、並びに無視画素数設定情報１４３ａ及び１４３ｂを格納する。
表示部１２１３は、様々な情報、例えば、生成された断層画像データ３０やプリントデータ等を提示するためのディスプレイ装置である。表示部１２１３の具体例としては、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等が挙げられる。入力部１２１５は、操作入力を受け付けるためのデバイスである。入力部１２１５の具体例としては、キーボードやマウス、タッチパネル等を挙げることができる。
なお、情報処理装置１００は、表示部１２１３及び入力部１２１５を必ずしも備える必要はない。また表示部１２１３及び入力部１２１５は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）やディスプレイポート等の各種インタフェースを介して外部から情報処理装置１００へ接続されても良い。
（５． 本実施形態に係る効果）
特に最近、３次元造形において、高い機能性を得るために、微細な構造の造形の必要性が高まっているが、微細で複雑な構造を含んだ形状を露光する際には、造形の途中で層剥離を起こしたり、或いは穴が塞がったり穴の輪郭が不明確となったりすることを防ぐため、輪郭部分とその内部とで、露光量を調整する必要がある。しかしながら複雑な構造物の造形において、人手で露光量を調整するのは極めて困難である。この点、本実施形態に係る情報処理装置１００では、露光対象の処理対象画素４１に対する好適な露光量を、自動的に算出することができる。
（６ 付記）
なお、上述の実施形態の構成は、組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしてもよい。また、本発明の構成は上述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
１ ：光造形システム
１００ ：情報処理装置
１１０ ：入力部
１２０ ：断層画像データ生成部
１３０ ：強調データ生成部
１４０ ：データベース（ＤＢ）
１５０ ：最終プリントデータ生成部
１６０ ：出力部
２００ ：光造形装置
２０１ ：基板
２０３ ：規制液面ガラス
２０５ ：樹脂ノズル
２０７ ：レーザ照射部
１２０１ ：制御部
１２０３ ：ＲＡＭ
１２０５ ：通信インタフェース部
１２０７ ：記憶部
１２０９ ：制御プログラム
１２１３ ：表示部
１２１５ ：入力部
１２１７ ：バスライン

Claims (5)

  1. ３次元造形物の切断面を示し、前記３次元造形物の構造物領域を第１画素値、非構造物領域を第２画素値とする断層画像を生成する手段と、
    前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第１周辺領域を設定する手段と、
    前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数が第１閾値以上である場合に、当該画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出し、当該画素の数が前記第１閾値未満である場合に、露光量を一定とするように画素値を算出する第１算出手段と、
    前記第１算出手段により各々の画素に対して算出された画素値に基づき生成された光造形データを、光造形装置が前記３次元造形物を生成するために出力する出力手段と
    を備える情報処理装置。
  2. 前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第２周辺領域を設定する手段と、
    前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数が第２閾値以上である場合に、当該画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出し、当該画素の数が前記第２閾値未満である場合に、露光量を一定とするように画素値を算出する第２算出手段と、
    前記第１算出手段により算出された画素値、及び前記第２算出手段により算出された画素値に基づいて、画素毎の露光量を定める前記光造形データを生成する手段と
    を更に備え、
    前記第１周辺領域は前記第２周辺領域よりも広く、
    前記第１閾値は前記第２閾値よりも大きい、
    請求項１記載の情報処理装置。
  3. 前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第２周辺領域を設定する手段と、
    前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出する第２算出手段と、
    前記第１算出手段により算出された画素値、及び前記第２算出手段により算出された画素値に基づいて、画素毎の露光量を定める前記光造形データを生成する手段と
    を更に備え、
    前記第１周辺領域は前記第２周辺領域よりも広い、
    請求項１記載の情報処理装置。
  4. ３次元造形物の切断面を示し、前記３次元造形物の構造物領域を第１画素値、非構造物領域を第２画素値とする断層画像を生成するステップと、
    前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第１周辺領域を設定するステップと、
    前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数が第１閾値以上である場合に、当該画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出し、当該画素の数が前記第１閾値未満である場合に、露光量を一定とするように画素値を算出するステップと、
    各々の画素に対して算出された画素値に基づいて生成された光造形データを、光造形装置が前記３次元造形物を生成するために出力するステップと
    を情報処理装置が行う情報処理方法。
  5. ３次元造形物の切断面を示し、前記３次元造形物の構造物領域を第１画素値、非構造物領域を第２画素値とする断層画像を生成する処理と、
    前記断層画像中の前記第１画素値を持つ処理対象画素に対する第１周辺領域を設定する処理と、
    前記処理対象領域内の前記第２画素値を持つ画素の数が第１閾値以上である場合に、当該画素の数に応じて露光量が増加するように画素値を算出し、当該画素の数が前記第１閾値未満である場合に、露光量を一定とするように画素値を算出する処理と、
    各々の画素に対して算出された画素値に基づいて生成された光造形データを、光造形装置が前記３次元造形物を生成するために出力する処理と
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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