JP6566872B2 - 高解像度ｄｌｐプロジェクタ装置、及びその利用方法 - Google Patents

Description

本発明は、選択的放射線投射システムに関する。特に、本発明は、選択的放射線暴露に用いられるＤｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＤＬＰ）プロジェクタシステムに関する。

ＤＬＰプロジェクタにおいて、画像は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として知られる、半導体チップ上にマトリクス状に配置された顕微鏡的に小さいミラーによって作成される。これらのミラーの各々は、投射レンズを経由してディスプレイ、又は、ライトシンクすなわちライトダンプへと光を反射するよう高速で再配置可能である。これら２つの配向間でマイクロミラーを高速に切り替える（実質上オン／オフ）ことは、ディスプレイ上で、オン時間対オフ時間の比によって制御されるグレースケール画像を生成する。各マイクロミラーは、典型的には投射される画像内の１ピクセルを表し、マイクロミラーの数は、典型的には投射される画像の解像度に対応する。８００×６００、１０２４×７６８、１２８０×７２０、及び１９２０×１０８０（ＨＤＴＶ）のマトリクスが、現在ＤＬＰプロジェクタに用いられている一般的なＤＭＤサイズの一部である。現在、典型的なＤＬＰプロジェクタの一般的な価格は、最大解像度に大きく依存する。

Ｒａｙ Ａｌｄｅｎによる米国特許出願公開第２００６／００２３０６５号は、表示の解像度を増加させる方法を開示している。反復的なプロセスにおいて、ＤＬＰプロジェクタは表示スクリーンの第１の象限に向けられる第１の画像、表示スクリーンの第２の象限に向けられる第２の画像、表示スクリーンの第３の象限に向けられる第３の画像、及び表示スクリーンの第４の象限に向けられる第４の画像を投射する。４つの画像の各々が、この長いプロセスによって組み合わせられることで１つの高解像度画像を構成する、完全な高解像度画像の４分の１を含む。

本発明の実施形態に係る、単色の表示を投射するためのＤＬＰプロジェクタ装置であって、それぞれ単色の光線を放射可能な３以上の光源と、前記単色の光線の少なくともいくつかをキャプチャするための１以上のライトシンクと、前記単色の光線の少なくともいくつかを表示のために屈折及び投射するための１以上の投射レンズと、前記３以上の光源の画像を含む前記単色の表示を屈折及び投射するために、前記３以上の光源からの前記放射された単色の光線の少なくともいくつかを、前記投射レンズへと選択的に反射するための１以上のＤＭＤチップと、前記ＤＭＤチップと同期して前記３以上の光源の各々の有効化を制御する制御ユニットと、を含むＤＬＰプロジェクタ装置が開示される。

一部の実施形態に係るＤＬＰプロジェクタ装置は、デフォーカスされた結像面に、互いにずれた前記画像を表示するために、前記放射された３以上の光源の前記単色の表示がデフォーカスされるよう動作可能である。

一部の実施形態によれば、ＤＬＰプロジェクタ装置は、前記３以上の光源からの前記画像が、第１及び第２の基準軸に沿って、前記３以上の光源からの前記画像の直径よりも短い距離だけ互いにずらされるよう動作可能である。

一部の実施形態によれば、ＤＬＰプロジェクタ装置は、前記３以上の光源と前記１以上のＤＭＤチップとが、個別の独立した照射量を前記デフォーカスされた結像面の前記画像に適用するように同期して動作するように動作可能である。

一部の実施形態によれば、ＤＬＰプロジェクタ装置は、前記デフォーカスされた結像面の前記画像における前記個別の独立した照射量は、制作ファイルに従って制作を実行する前記制御ユニットによって制御されるように動作可能である。

一部の実施形態によれば、ＤＬＰプロジェクタ装置は、照射硬化型流動性ビルド材料の層を前記結像面に更に含み、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層が前記放射によって硬化可能である。

本発明の実施形態に係る、単色の表示を投射するためのＤＬＰプロジェクタ装置であって、単色の光線を放射可能な１以上の光源と、前記単色の光線の少なくともいくつかをキャプチャするための１以上のライトシンクと、前記単色の光線の少なくともいくつかを表示のために屈折及び投射するための１以上の投射レンズと、前記３以上の光源の画像を含む前記単色の表示を屈折及び投射するために、前記光源からの前記放射された単色の光線の少なくともいくつかを、前記投射レンズへと選択的に反射するための１以上のＤＭＤチップと、前記表示光線に対して略垂直である２つの垂直なデカルト軸で移動可能な結像台と、を含み、前記デカルト軸のいずれかに沿った前記画像ベース台の前記移動は、前記台上で前記ＤＭＤの単一のマイクロミラーから反射された前記光線の画像の寸法の半分以下の移動を提供するように制御可能である、装置が開示される。

一部の実施形態によれば、ＤＬＰプロジェクタ装置は、前記結像台において照射硬化型流動性ビルド材料の層を更に含み、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層が前記放射によって硬化可能である。

一部の実施形態によれば、ＤＬＰプロジェクタ装置は、前記第２の放射スキームが、前記第１の放射スキームに対し、第１及び第２の垂直軸に沿って、前記ＤＭＤの単一のマイクロミラーから反射された３以上の光源の前記画像の直径の半分に略等しいずれ度でずらされるように動作可能である。

一部の実施形態によれば、ＤＬＰプロジェクタ装置は、前記第１及び前記第２の放射スキームの放射と、前記結像台の前記移動とが、３Ｄオブジェクトの制作ファイル内のデータに従って、前記制御ユニットによって制御及び同期されるように動作可能である。

発明として見なされる主題は、本明細書の終盤部で具体的に指摘され別個に請求される。しかしながら本発明は、操作の組織化と方法の両方につき、その対象物、特徴、及び利点と共に、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。
本発明の実施形態に係る、単一の結像位置を照明するよう適応された発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースのＤｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＤＬＰ）プロジェクタの模式図である。 本発明の実施形態に係る、デフォーカスされた結像面上に結像されたデフォーカスされた画像を模式的に図示する図である。 本発明の実施形態に係る、３Ｄオブジェクトを構築するためのシステムを模式的に図示する図である。 本発明の実施形態に係る、高解像度結像のシステムを模式的に図示する図である。 本発明の実施形態に係る、制作されたオブジェクトの拡大された部分放射スキームとそれぞれの距離スキームとをそれぞれ模式的に図示する図である。 本発明の実施形態に係る、制作されたオブジェクトの拡大された部分放射スキームとそれぞれの距離スキームとをそれぞれ模式的に図示する図である。 本発明の実施形態に係る、高解像度結像プロセスを図示するフロー図である。 本発明の実施形態に係る、高解像度結像プロセスを図示するフロー図である。

説明の単純さと明確さのために、図面に示される要素は必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解される。例えば、一部の要素の寸法は、明確さのために、その他の要素と比較して誇張され得る。更に、適切と思われる箇所において、対応する、もしくは類似する要素を示すために、複数の図面にわたって参照番号が繰り返し用いられ得る。

以下の詳細な説明において、多数の具体的な細部が、本発明の網羅的な理解を提供するために記載される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な細部がなくても実施可能であることが、当業者によって理解されるだろう。その他の例では、周知の方法、手順、及び部品は、本発明を曖昧にしないために、詳細には記載されていない。

図１は、本発明の実施形態に係る、単一の結像位置を照明するよう適応された発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースのＤｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＤＬＰ）プロジェクタ１０の模式図である。ＤＬＰプロジェクタ１０は、単純化された例に示されている複数の光源１１１，１１２，１１３，１１４を含む照明ユニット１１０によって結像位置を照明するように構成される。以下、用語「ＤＬＰ」プロジェクタは、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いるあらゆるプロジェクタを含むものとして用いられる。この例において、ＤＬＰプロジェクタ１０はカラー画像を生成するように構成され得て、この場合、色は、光源１１１、１１２、１１３、１１４にそれぞれ対応し得て赤、緑、青、及び白の表示原色を生成する、赤、緑、青、及び白の４つの独立した光源、すなわちＲＧＢＷ ＬＥＤを用いて生成され得る。光線１０２内の、光源１１１〜１１４のいずれかからの単独の光線の各々は、典型的には、異なる光線を焦点面１０６にフォーカスさせるように、最初にミラー１００によって反射されてミラー光線１０４を形成し、その後集光レンズ１０３によって屈折されて集光光線１０５を形成する。一部の場合には、更に、別々の光線を共にＤＭＤ上にフォーカスさせて画像表示を形成するために、集光レンズとＤＭＤ（図１には図示せず）との間にライトトンネルが追加され得る。図面において、簡潔さのために、４つの別々の光線１１１、１１２、１１３、１１４から成る１つの表示された「カラー」（すなわち複数光源の）ピクセル１２０を投射可能なマイクロミラー１００は１つのみ図示されている。この別々の光線が、赤、緑、青、及び白等の公知の１組の原色光源から成る場合、画像ピクセル１２０は、別々の原色光源の強度ブレンドからもたらされる色を有するカラーピクセルとなる。

ここで、本発明の実施形態に係る、デフォーカスされた結像面１０８上に結像されたデフォーカスされた画像１２０Ａを模式的に図示する図１Ａも参照する。以降、用語「デフォーカスされた」とは、結像面が焦点面から外れて、又は若干ずれて位置されており、形成される画像がピンぼけになっている状況を指すものである。デフォーカスされた結像面１０８は、レンズ１０３のフォーカスから意図的にずらして位置された結像面である。デフォーカスされた画像１２０Ａも、図１Ａに示されているとおり、簡潔さのために拡大及び再配置されている。ＤＬＰプロジェクタ１０において、ＤＭＤ装置の各マイクロミラー、例えばマイクロミラー１００は、光源１１１〜１１４の各々と同期されて、光源がオンになった時、その光線をレンズ１０３にむけて反射する、又はその光線をレンズ１０３から偏向させてライトシンク１０９に向けさせる。以降、用語「反射」は光源から発光された光線を、投射のために投射レンズ１０３に向ける操作を含むよう意図される。以降、用語「偏向」は、光源から発光された光線を、投射レンズ１０３から外れるように向けること、例えば偏向されたビームライン１０４Ａすなわちライトダンプによって表されるように、光源からの光線をライトシンク１０９に向けることを意味する。光源から発光され、投射レンズ１０３に向けて反射された光線は、典型的には、光投射画像を表示するために投射される。例えば図１において、ＬＥＤ１１２は緑色の光線を発光し、マイクロミラー１００はその光線を投射レンズ１０３に向けて反射し、ピクセル１２０の緑色の表示が照明される。マイクロミラー１００は、反射位置（実線で示される）と偏向位置（点線で示され、１００Ａとして参照される）との間で高速に切り替えられ得る。マイクロミラー１００の高速切り替えは、照明源の陰影を形成する。陰影の度合い（すなわち、強度が高いか低いか）は、デューティサイクルとしても知られる、オン時間対オフ時間の比によって制御される。したがって、マイクロミラー１００は、その意図する光源のブレンドの表示を画像ピクセル１２０において表示するために、別々の光源１１１、１１２、１１３、及び１１４の各々をそれぞれの番において反射するために高速で切り替え可能である。このようにして、観察者に対して「完全にブレンドされた」合成画像、別々の光源が原色である場合には合成フルカラー画像を表示するのに十分な速度で、別々の光源が順次表示される。

公知のＤＬＰプロジェクタにおいて、マイクロミラーの数は、投射された画像で実現可能な解像度に対応し、ＤＬＰプロジェクタの解像度は典型的にＤＭＤのサイズによって制限される。ＤＬＰプロジェクタの価格は、実現可能な解像度が上がるにつれ、非線形に上昇し得る。

適切な市販のＤＭＤの例としては、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｉｎｃ．（米国テキサス州プレイノ）製の「ＤＩＧＩＴＡＬ ＬＩＧＨＴ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」ミラーの商品名で販売されているものが挙げられる。

画像面１０８のように、画像面がデフォーカスされて位置されている際、光源１１１，１１２，１１３及び１１４の別々の画像１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａ、及び１１４Ａは、それぞれデフォーカスして結像されてデフォーカスされた画像１２０Ａを形成する。別々の画像１１１Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ及び１１４Ａは、図１Ａに示すように、Ｘ及びＹデカルト座標を有するデフォーカスされた画像面において、互いからわずかに離れて配置される。デフォーカスされた画像１１１Ａ〜１１４Ａの偏差は、Ｘ軸に沿った偏差ΔｘとＹ軸に沿った偏差Δｙによって表され得る。図１において点線で描かれている画像１２０は、焦点面における、デフォーカスされた画像１１１Ａ〜１１４Ａに対する、光源１１１〜１１４の組み合わせられフォーカスされた画像の位置を表す。

本発明の実施形態によれば、光源１１１〜１１４は、ＵＶ単色放射光源であり得る。この実施形態において、ＤＬＰプロジェクタ１０はＯｐｔｏｍａ Ｅｕｒｏｐｅ Ｌｔｄ．（英国）製のＯｐｔｏｍａ ＥＸ７５５ｅのような変形ＤＬＰであり得て、ここで４つの光源は、いずれも、一の実施形態によれば差異が波長５０ｎｍを超えない同様の単色光を放射するように構成されたＰｈｌａｔＬｉｇｈｔ ＬＥＤ又はＬｕｍｉｎｕｓ ＣＢＴ １２０ ＵＶ（両者ともにＬｕｍｉｎｕｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．（米国マサチューセッツ州）製）のようなＬＥＤであり得る。一の実施形態によれば、ＬＥＤ１１１〜１１４から発光された光の波長は２５０ｎｍ〜４５０ｎｍである。一の実施形態において、集光レンズ１０３は平滑化され得る、もしくは、ＬＥＤ１１１〜１１４からの光線を異なる形で反射し得る他のレンズ（図示せず）で代替され得る。この実施形態において、屈折レンズは、４つの区別可能な画像１１１Ａ〜１１４Ａを表示するために投射された単色光線をわずかに分割しつつ、単色光線をＤＭＤへと屈折させるよう意図される。その他の実施形態において、集光レンズ１０３は省略され得る、もしくはその他公知の光学手段が、４つの区別可能な画像１１１Ａ〜１１４Ａを表示するために投射された単色光線をわずかに分割しつつ、ＬＥＤ１１１〜１１４からの光線をＤＭＤへと屈折させるために用いられ得る。区別可能な画像１１１Ａ〜１１４Ａは、図１Ａに示すように互いにオーバーラップし得る、及び／又は他の隣接する画像とオーバーラップし得る。したがって、マイクロミラー１００のような各マイクロミラーは、多色であっても単色であっても、４つの画像１１１Ａ〜１１４Ａの各々の表示を効果的に反射又は偏向できる。つまり、各画像は、他の画像の画像に対し、わずかに異なる位置で表示され得て、ここで各画像は、完全光から完全な闇までの異なる陰影レベルを有し得る。これにより、例えば解像度８００×６００ＰＰＩのＬＥＤ ＤＬＰカラープロジェクタを、多色光源の代わりに本発明の一の実施形態による単色光源を用い、１６００×１２００の単色プロジェクタとして用いることができ、単色画像の有効解像度はプロジェクタの本来の解像度の４倍になる。したがって、一の実施形態において、従来技術のカラーＬＥＤ ＤＬＰプロジェクタは、多色ＬＥＤの一部又は全てを同色のＬＥＤに置換することにより、より高い解像度の単色ＬＥＤ ＤＬＰプロジェクタに変換され得る。場合によっては、ＤＬＰプロジェクタを動作させるソフトウェアの改造が必要になり得る。

一の実施形態において、用いられる光源は、波長２５０ｎｍ〜４５０ｎｍのＬ３７５ＰＯＭＬＤ ３０ｍｗ ３７５ｎｍレーザーダイオード（ＴｈｏｒＬａｂｓ Ｉｎｃ．（米国ニュージャージー州）製）のようなレーザーである。その他の実施形態においては、その他の光源が用いられ得る。

一の実施形態において、単色ＤＬＰプロジェクタは４つの光源を含む。これらの光源は異なる構成と多数の構造とを有し得て、ミラー、及び／又はレンズ、及び／又は光源の光線を操作及び誘導して、異なる光源の画像を、典型的にはＤＬＰプロジェクタの元の解像度の隣接する２つのピクセル間の物理的距離の略半分、Ｘ軸とＹ軸の両方において互いにずらされる、異なる位置の結像面に配置することで、より高い解像度の単色光画像を形成するためのその他公知の光学手段と併せて用いられ得る。光源の各々は、その他の光源と同様の単色光を放射可能であり得て、すなわち、全ての光源間の差異は、定義された帯域幅を超えない。一の実施形態において、光源は２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長を有する。別の実施形態において、光源は３８８ｎｍ〜４０５ｎｍの波長を有する。単色ＤＬＰプロジェクタは、ＤＭＤ、ライトシンク、及び投射レンズも含み得る。一部の実施形態において、ＤＬＰプロジェクタは、光線を反射するためのミラーも含み得て、光線をＤＭＤへと屈折させるためのレンズも含み得る。上述のとおり、各画像に対して、光源の各々が順次その順番において「オン」にされ、ＤＭＤは選択的に、意図された画像位置の光線を完全に同期された状態で反射する。同期は、ＤＬＰプロジェクタの照明ユニットのその他の光源と協調して、複数の光源の各々の照明量を意図される結像位置へと放射するように変形又は適応され得る、ＤＬＰの制御ユニット（図示せず）によって制御され得る。したがって、４つの光源を有するＤＬＰプロジェクタは、本発明の実施形態によれば、従来技術の運用によりＤＭＬによって４つの別々の光源によって単一の位置（すなわち単一ピクセル）を放射するのではなく、それぞれ別々の放射量で放射される４つの隣接する位置を投射し得る。

マイクロミラーの数で表されるＤＭＤマトリクスのサイズ（すなわち元の解像度）は、８００×６００、１０２４×７６８、１２８０×７２０、１９２０×１０８０、又はその他任意のマトリクスサイズであり得る。各マイクロミラーから反射された光線は、その後、光を屈折させて、従来技術では焦点面にある画像面に位置される画像上の意図された位置に投射するために、投射レンズに向けられ得る。このように、レンズは意図されたピクセルに光線を投射する。単一ＤＭＤを有し、本発明の実施形態に従って動作する単色ＤＬＰプロジェクタは、４つの光源を有するＤＬＰの場合、ＤＬＰの元の解像度の４倍の解像度をそれぞれ有する一連の画像を表示可能である。一の実施形態において、単色ＤＬＰプロジェクタは、同色の違う陰影を有する別々の光源の別々の画像を有する画像を表示するために用いることができる。単一色の異なる強度は、当該技術分野においてその色のグレースケールと呼ばれる場合があるが、このプロジェクタにおいては、青、ＵＶ等の任意の色が用いられ得る。その他の実施形態において、単色ＤＬＰプロジェクタは、陰影が２種類（明又は暗）だけの照明位置を有する画像を表示するために用いられ得る。

一の実施形態では、記載される単色ＤＬＰプロジェクタにおいて、４つの単色光源の代わりに３つの単色光源が用いられ得る。この実施形態では、ＤＬＰプロジェクタの元の解像度が３倍になる。

一の実施形態では、光源間の距離は、約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルの範囲であり得て、また、発光された光の焦点経路によって変化し得る。

一の実施形態では、記載された解像度向上された単色ＤＬＰプロジェクタは、アディティブマニュファクチャリングプリンタシステム（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｉｎｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ）において３Ｄオブジェクトを構築するために用いられ得る。３Ｄオブジェクトは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから、照射硬化型流動性ビルド材料を押し出し、その後構築データに従って各部を選択的に照射に暴露することで、一層ずつ構築され得る。ビルド材料は、非硬化時には溶剤に可溶の（例えば水溶性）照射硬化型材料であり得る。ビルド材料の硬化は、ビルド材料の層上の、制作後のモデルに残存すべき箇所を照射することによって行われる。照射は、ビルド材料の硬化を引き起こす任意の種類、又は任意の波長であり得るが、構築されるモデルの各箇所への照射量は、その箇所において十分な硬化を保証する量であるべきである。したがって、硬化時に、例えばＵＶ光への暴露時に、照射された材料は溶剤にほぼ不溶となる。硬化物はその後、照射されていない余分な材料を溶解させて洗い流す溶剤によって処理される。

ここで本発明の実施形態に係る３Ｄオブジェクトを構築するためのシステム２００を模式的に図示する図２を参照する。システム２００は、制御ユニット２０２、ＤＬＰプロジェクタ２３０、及び制作台２４０を含む。制御ユニット２０２は、制作台２４０に載置された制作されたオブジェクト２５０を制作スキームに従って照射するために、制作デジタルファイルを受信して格納し、その制作ファイルを基に制作制御コマンドをＤＬＰプロジェクタ２３０に提供するように構成され得る任意の適切なコンピュータ、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）、プロセッサ等であり得る。制御ユニット２０２は、処理ユニット２１０、非一時的ストレージユニット２１２、周辺インターフェースユニット２１４、及びユーザーインターフェースユニット２１６を含み得る。非一時的ユニット２１２は、プログラムソフトウェア、操作パラメータ、一時データ、及び制作ファイルを格納するように構成される任意の適切なメモリユニットであり得る。周辺インターフェースユニット２１４は、当該技術分野で公知のように、制御ユニット２０２とＤＬＰプロジェクタ２３０、ならびにその他のシステムとの、専用通信チャネル又はネットワークを経由した、例えば制作ファイルを受信するための能動的通信を可能にするように構成され得る。ユーザーインターフェースユニット２１６は、データ、指示、ステータスをユーザーに対して表示するためのディスプレイ、ユーザーによるデータ入力や操作モードの選択等を可能にするキーボード及び／又はタッチスクリーンのようなユーザーインターフェース手段を提供又はサポートする。一の実施形態によれば、ストレージユニット２１２に格納された制作ファイルは、ＤＬＰプロジェクタ２３０に照射制御を提供するために実行されるようプロセッサ２１０にロードされ得る。本発明の実施形態によれば、制作ファイルに含まれる制作データはＤＬＰプロジェクタ２３０によって実行されるために、制御ユニット２０２によってストレージユニット２１２からＤＬＰプロジェクタへと転送され得る。本発明の実施形態によれば、制作コマンドは、制作されたオブジェクト２５０の処理面２５０Ａ上の各照射位置についての照射量を調整する照射スキームへと変換される。照射されている瞬間的な位置を２６０で示す。本発明の実施形態によれば、利用可能な照射位置の数は、ＤＬＰプロジェクタ２３０の元の解像度よりも、ＤＬＰプロジェクタ２３０の光源の数だけ多くなり得る。このようなアディティブマニュファクチャリングプリンタシステムプリンタシステムにおいて、構築データは、まず３ＤオブジェクトのＣＡＤモデルを複数の平行するスライス層へとスライスすることによって得られる。その後、各スライス層について、制御ユニット２０２のようなホストコンピュータが、ビルド材料を選択的に照射して３Ｄオブジェクトを形成するための照射マップを生成する。

照射硬化型ビルド材料は、押出ヘッドに装着されたノズル（図示せず）から押し出され得て、ｘ−ｙ平面内で制作台２４０等の基材上に層として配置される。新しい層が配置されると、ＤＬＰプロジェクタ２３０は、構築データに従って、配置された材料の層２５０Ａ等のこの層の各部を選択的に照射可能である。配置された材料は温度の低下で固化し、その後別の層が配置されて同様に照射され、ここで押出されたビルド材料は以前に配置された層と融合する。基材に対する押出ヘッドの位置はｚ軸（ｘ−ｙ平面に対して直角）に沿って増大され得て、配置と照射のプロセスは、構築データに従って層の数だけ繰り返される。この段階で、各層において得られたモデルは、溶剤にほぼ不溶である部分的に照射済の材料と、溶剤に可溶である部分的に未照射の材料とから構成される。このモデルはその後、未照射の材料を溶解して照射済材料から除去する溶剤を含む槽に入れられ得て、ＣＡＤモデルに類似の３Ｄオブジェクトを効果的に作成する。したがって、より高い解像度のプロジェクタが、配置された材料の層を、より高い解像度の３Ｄオブジェクトの作成を可能にする高い解像度で選択的に照射可能である。

照射の適切なｘ−ｙ解像度の例として、約１７０マイクロメートル／ドット以下（すなわち、約１５０ｄｐｉ以上）の解像度サイズが挙げられ、特に適切な解像度サイズとして約８５マイクロメートル／ドット以下（すなわち、約３００ｄｐｉ以上）、更に、特に適切な解像度サイズとして約５０マイクロメートル／ドット以下（すなわち、約５００ｄｐｉ以上）が挙げられる。したがって、高速の配置と高いｘ−ｙ解像度の光暴露との組み合わせによって、短縮された構築時間で、良好な部分解像度を保ちつつ、３Ｄオブジェクトが形成可能になる。

例えば、繊維束として提供される照射硬化型材料と、材料の供給に適したアセンブリとがＵＳ６，９２３，６３４号及びＵＳ２００５／０１２９９４１号に開示されている。

一の実施形態において、記載された高解像度の単色ＤＬＰプロジェクタは、光結像技術を用いて製造されるプリント回路基板（ＰＣＢ）の作成に用いられ得る。フォトレジスト組成物が基板、例えば銅表面を含む可撓性基板又は剛性基板に塗布される。その後、実施形態に従って、基板は、所望の回路パターンを形成するフォトレジスト組成物を、直接結像によって選択的に反応（例えば架橋）させるために単色画像を表示する、上述の単色ＤＬＰプロジェクタに露出される。露出された基板は、水−アルカリ溶液を噴霧して未反応のフォトレジスト組成物を除去することで現像され得る。フォトレジスト組成物によって覆われなくなった銅は、塩化銅又は塩化アンモニウムによって基板からエッチングされ、最終的に、反応済のフォトレジスト組成物が残存した銅から好適に剥離されてプリント回路基板が得られる。記載された単色ＤＬＰプロジェクタは、ＰＣＢの製造に用いられる、光結像技術を必要とするその他の技術ならびに方法でも用いられ得る。

その他の実施形態において、記載された高解像度の単色ＤＬＰプロジェクタは、オフセット印刷版の製造にも用いられ得る。オフセット印刷版は、印刷版に画像を投射するために高解像度ＤＬＰプロジェクタを用いて製造され得る。

ここで、本発明の実施形態に係る、高解像度結像のためのＤＬＰプロジェクタ装置３００を模式的に図示する図３Ａを参照する。ＤＬＰプロジェクタ装置３００は、制御ユニット３０２、ＤＬＰプロジェクタ３３０、及び結像台３４０を含む。制御ユニット３０２は上述の制御ユニット２０２と同様に、処理ユニット、非一時的ストレージユニット、周辺インターフェースユニット、及びユーザーインターフェースユニット（図示せず）を含み得る。非一時的ユニットは、プログラムソフトウェア、操作パラメータ、一時データ、及び制作ファイルを格納するように構成される任意の適切なメモリユニットであり得る。周辺インターフェースユニットは、当該技術分野で公知のように、制御ユニットとＤＬＰプロジェクタ３３０、結像台３４０、ならびにその他のシステムとの、専用通信チャネル又はネットワークを経由した、例えば制作ファイルを受信するための能動的通信を可能にするように構成され得る。ユーザーインターフェースユニットは、データ、指示、ステータスをユーザーに対して表示するためのディスプレイ、ユーザーによるデータ入力や操作モードの選択等を可能にするキーボード及び／又はタッチスクリーンのようなユーザーインターフェース手段を提供又はサポートする。一の実施形態によれば、ストレージユニットに格納された制作ファイルは、ＤＬＰプロジェクタ３３０と結像台３４０とに照射制御を提供するために実行されるようプロセッサにロードされ得る。

ＤＬＰプロジェクタ３３０は、例えば、サイズＬ_Ｘ×Ｌ_Ｙ（単位は任意）の画像のＸ軸及びＹ軸に沿った利用可能な結像位置の数を表すＡ_Ｘ×Ａ_Ｙの配列サイズで表現される結像解像度Ｉ_ＲＥＳを有する当該技術分野で公知の任意の適切なプロジェクタであり得る。結果としてＤＬＰプロジェクタ３３０が提供し得る結像解像度は、長さあたりのドット数（例えば１インチあたりのドット数（ＤＰＩ））でも表され得る。典型的には、基本の結像面積（ピクセルと呼ばれる場合もある）は画像のＸ軸及びＹ軸に沿って同様の、又は等しいサイズを有し、したがって、長さＬ_Ｘ、Ｌ_Ｙがインチで表現される場合、プロジェクタのＤＰＩ数ＤＬＰ_ＤＰＩはＬ_Ｘ／Ａ_Ｘ又はＬ_Ｙ／Ａ_Ｙの除算によって得られる。ＤＬＰプロジェクタ３３０の元の解像度Ｉ_ＲＥＳは、互いに２５．４／ＤＬＰ_ＤＰＩ［ｍｍ］だけ離間したＡ_Ｘ×Ａ_Ｙ箇所（又はピクセル）の結像を提供し得る。ＤＬＰプロジェクタ装置３００は、結像台３４０Ａをそれぞれの軸に沿って別々に独立して移動するように構成されたＸアクチュエータ３４０ＸとＹアクチュエータ３４０Ｙによって、二軸基準フレームＸ−Ｙに沿って移動可能な結像版３４０Ａを含む結像台３４０を更に含む。結像台３４０ＡのＸ−Ｙ平面は、ＤＰＬプロジェクタ３３０の投射方向に略垂直である。

結像台３４０は、図３Ａに示すＸ軸及びＹ軸に沿って滑らかかつ正確に移動するように構成され得る。結像台３４０の移動は、制御ユニット３０２によって提供された移動コマンドに応えて求められる小ささと正確さとを有する増大移動を提供するように構成されたアクチュエータ３４０Ｘ及びアクチュエータ３４０Ｙによってそれぞれ行われる。アクチュエータ３４０Ｘ及び３４０Ｙは、求められる正確さと移動範囲を提供可能な、任意の公知のアクチュエータ、例えば線形電気ピストン等であり得る。

本発明の実施形態によれば、高解像度結像プロセスは、元の解像度がより低いＤＬＰプロジェクタによって行われ得る。当初、制作プロセスの一部として結像されるべき制作済オブジェクト３５０は、モデル２５０について上述したとおり、結像台３４０上に載置され得る。結像台３４０は、当初の座標Ｘ_ＩＮＩＴ及びＹ_ＩＮＩＴを有する当初位置に位置され得る。制作済オブジェクト３５０はここで、制御ユニット３０２に格納されたオブジェクトの制作ファイルに含まれる第１の照射スキームに従って、１度で照射が可能となる。１度で照射される画像の解像度は、元の解像度Ｉ_ＲＥＳと等しい。

ここで、本発明の実施形態に係る、制作済オブジェクトの拡大された部分放射スキームとそれぞれの距離スキームとをそれぞれ模式的に図示する図３Ｂ及び３Ｃを参照する。本発明の実施形態によれば、高解像度ＤＬＰプロジェクタ装置３００は、１度よりも多い、例えば２度にわたる照射スキームを適用する。図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃにおいて、第１の照射スキームによる制作済オブジェクトの結像位置は実線の丸３５０Ａで示され、第２の照射スキームによる制作済オブジェクトの結像位置は点線の丸３５０Ｂで示される。特定の照射スキーム（第１又は第２）の、任意の２つの隣接する結像位置間の距離は、ＤＬＰプロジェクタの元の解像度Ｉ_ＲＥＳから導き出される。より高い結像解像度を達成するために、制作済オブジェクト３５０は、Ｘ軸に沿ったΔｘとＹ軸に沿ったΔｙによる結像プロセスのうち任意の適切なタイミングで基準フレームＸ−ＹとＤＬＰプロジェクタ３３０とに対して移動され得て、その後、点線の丸３５０Ｂによって示される第２の結像スキームが制作済オブジェクト３５０に適用され得る。第１の結像スキームと第２の結像スキームとの組み合わせられた結像スキームは、図３Ｂ及び３Ｃに見られるように、倍解像度の結像スキームである。Δｘ及びΔｙの寸法は必要に応じて設定され得る、例えばΔｘ及びΔｙは、一度の結像スキームの隣接する結像位置間の距離の半分に設定され得ることが理解される。

ここで、本発明の実施形態に係る、高解像度結像プロセスを図示するフロー図である図４を参照する。図４に図示される結像プロセスは、図２のシステム２００のような高解像度結像システムによって行われ得る。制作データは、例えば制御ユニット２０２（ブロック４０２）に格納された制作データファイルの形で受信され得る。制作モデルを有する制作面は、ＤＬＰプロジェクタ２３０（ブロック４０４）等のＤＬＰプロジェクタに対してオフフォーカスに配置され得る。ＤＬＰプロジェクタ（ブロック４０６）の光源の各々に別々の結像命令を適用することによる制作計画の結像スキームを適用するためにＤＬＰプロジェクタが起動され得る。高解像度結像プロセスは結像計画の最後で完了し、モデルは次の制作ステップに移動される。

ここで、本発明の実施形態に係る、高解像度結像プロセスを図示するフロー図である図５を参照する。図５に示される結像プロセスは、図３ＡのＤＬＰプロジェクタ装置３００等の高解像度結像システムによって行われ得る。制作データは、例えば制御ユニット３０２（ブロック５０２）に格納された制作データファイルの形で受信され得る。第１の結像スキームは制作されたオブジェクト（ブロック５０４）に適用される。第１の結像スキームの最後に、又は相互的に、制作されたオブジェクトは定義されたΔｘ及びΔｙによってＤＬＰプロジェクタに対して移動され得る（ブロック５０６）。第２の結像スキームは構築されたオブジェクトに適用され得る（ブロック５０８）。このプロセスは、結像計画全体が行われるまで続き得る。

本明細書において本発明の特定の特徴が図示及び記載されてきたが、数々の変形、置換、変更、及び等価物が、当業者によって想到されるだろう。したがって、添付の請求の範囲は、このような変形及び変更を、本発明の真の意図に含まれるものとして包含するよう意図されることが理解される。

Claims (10)

1. ３Ｄオブジェクトを構築するためのシステムであって、
   制御ユニット（２０２）と、
   制作台（２４０）と、及び
   ＤＬＰプロジェクタ装置（２３０）であって、第１の解像度を有し、前記ＤＬＰプロジェクタ装置の前記第１の解像度よりも高い、第２の解像度の像を提供するように、前記制作台における前記ＤＬＰプロジェクタ装置に対してデフォーカスされた像面に位置決めされた照射硬化型材料の層を選択的に照射するように配置された、ＤＬＰプロジェクタ装置（２３０）と、を備え、
   前記ＤＬＰプロジェクタ装置は、
   それぞれ同色の単色光ビームを照射可能な少なくとも２つの光源（１１１，１１２，１１３，１１４）と、
   前記同色の単色光ビームの少なくともいくつかをキャプチャするための少なくとも１つのライトシンク（１０９）と、
   表示のための前記同色の単色光ビームの少なくともいくつかを屈折及び投射するための少なくとも１つの投射レンズ（１０３）と、
   単色の表示を屈折及び投射するために、前記少なくとも２つの光源からの照射された前記同色の単色光ビームの少なくともいくつかを、前記投射レンズ（１０３）へと選択的に反射するための少なくとも１つのＤＭＤチップと、
   前記ＤＭＤチップと同期して前記少なくとも２つの光源の各々の有効化を制御する同期制御ユニットと、を含む、システム。
2. 前記少なくとも２つの光源の前記像は、第１及び第２の基準軸に沿って、前記少なくとも２つの光源の前記像の直径よりも短い距離だけ互いにずらされる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも２つの光源と前記少なくとも１つのＤＭＤチップとは、個別の独立した照射量をデフォーカスされた像面の前記像に適用するように同期して動作するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記デフォーカスされた像面の前記像における個別の独立した照射量は、制作ファイルに従って制作を実行する前記同期制御ユニットによって制御される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記制作台は、光ビームに対して略垂直である２つの垂直なデカルト軸で移動可能であり、
   前記デカルト軸のいずれかに沿った前記制作台の移動は、前記制作台上で前記ＤＭＤチップの単一のマイクロミラーから反射された前記光ビームの像の寸法の半分以下の移動を提供するように制御可能である、請求項１に記載のシステム。
6. 単色光ビームを照射する少なくとも２つの光源を含む、第１の解像度のＤＬＰプロジェクタ装置を有するアディティブマニュファクチャリングプリントシステムにおいて３Ｄオブジェクトを構築する方法であって、前記方法は、
   デフォーカスされた像面を画定するために、制作台を前記ＤＬＰプロジェクタ装置に対してオフフォーカスに配置するステップと、
   前記制作台における前記ＤＬＰプロジェクタ装置の前記デフォーカスされた像面において、前記ＤＬＰプロジェクタ装置からの照射により硬化可能である照射硬化型流動性ビルド材料の層を堆積するステップと、
   前記ＤＬＰプロジェクタ装置の前記第１の解像度よりも高い、第２の解像度の像を提供するように、３Ｄオブジェクトの制作ファイル内のデータに従って、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層に、前記ＤＬＰプロジェクタ装置の前記少なくとも２つの光源の少なくとも１つからの単色光ビームを選択的に照射するステップと、を含み、
   前記ＤＬＰプロジェクタ装置は、
   それぞれ同色の単色光ビームを照射可能な少なくとも２つの光源と、
   前記同色の単色光ビームの少なくともいくつかをキャプチャするための少なくとも１つのライトシンクと、
   前記同色の単色光ビームの少なくともいくつかを表示のために屈折させ投射するための少なくとも１つの投射レンズと、
   前記単色の表示を屈折させ投射するために、前記少なくとも２つの光源からの照射された前記同色の単色光ビームの少なくともいくつかを、前記投射レンズへと選択的に反射するための少なくとも１つのＤＭＤチップと、
   前記ＤＭＤチップと同期して前記少なくとも２つの光源の各々の有効化を制御する制御ユニットと、を含み、
   前記方法は、更に、
   前記制作ファイル内のデータに従って、いくつかの層の堆積及び照射のプロセスを繰り返すステップ、を含む、方法。
7. 前記単色の表示は、前記デフォーカスされた少なくとも２つの光源によって前記照射硬化型流動性ビルド材料の層に提供された別々の独立した照射量によって形成される、請求項６に記載の方法。
8. 前記照射硬化型流動性ビルド材料の層は、少なくとも２つの段階、第１段階における第１の照射スキーム、及び第２段階における第２の照射スキームによって照射される、請求項６に記載の方法。
9. 前記制作台は、前記光ビームに対して略垂直である２つの垂直なデカルト軸で移動可能であり、
   前記方法は、更に、前記第２の照射スキームを、前記第１の照射スキームに対し、第１及び第２の垂直軸に沿って、前記ＤＭＤの単一のマイクロミラーから反射された前記少なくとも２つの光源の前記像の直径の半分に略等しいずれ度でずらすステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１及び前記第２の照射スキームの照射、並びに前記制作台の移動は、３Ｄオブジェクトの制作ファイル内のデータに従って、制御ユニットによって制御及び同期される、請求項８に記載の方法。

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