WO2018056464A1 - 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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pixel
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裕之 安河内
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国立大学法人東京大学
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
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    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • Some aspects according to the present invention relate to an information processing apparatus, an information processing method, and a program for processing, for example, optical modeling data for performing optical modeling.
  • an optical modeling technique using a so-called optical modeling apparatus that generates a modeled object by irradiating light to a liquid photocurable resin or the like is gradually spreading.
  • the optical modeling apparatus repeats the operation of curing the resin by irradiating light to the shape corresponding to the cross section of the modeling target with respect to the liquid resin before being cured, thereby finally forming a three-dimensional model.
  • a typical three-dimensional object is generated (for example, Patent Document 1).
  • the resin when the resin is irradiated with light, it is desirable to change the light intensity between the contour portion and the inside. This is because the outline portion has less overlap of light from adjacent portions than the inside, and therefore, when the light is irradiated with the same intensity as the inside, the outline portion may not be sufficiently cured. On the contrary, if the inside is exposed in accordance with the strength of the contour, the resin may be cured to the outside of the original shape due to the leaked light. Moreover, delamination occurs when the contour portion that is the outer shape is not sufficiently cured, and as a result, modeling may fail. Therefore, it is necessary to appropriately adjust the intensity of exposure to the resin according to the position of the irradiation target, but such adjustment of the intensity has not been easy.
  • Some aspects of the present invention have been made in view of the above-described problems, and provide an information processing apparatus, an information processing method, and a program capable of generating stereolithography data for irradiation with a suitable light intensity.
  • One of the purposes is to do.
  • the information processing apparatus shows a cut surface of a three-dimensional structure, and a tomography having a structure area of the three-dimensional structure as a first pixel value and a non-structure area as a second pixel value.
  • the pixel value is equal to or greater than the first threshold value
  • the pixel value is calculated so that the exposure amount increases in accordance with the number of pixels, and when the number of pixels is less than the first threshold value, the exposure amount is constant.
  • the information processing method which concerns on 1 aspect of this invention shows the cut surface of a three-dimensional structure, and the tomography which uses the structure area
  • a step of generating an image a step of setting a first peripheral region for a processing target pixel having the first pixel value in the tomographic image, and a number of pixels having the second pixel value in the processing target region.
  • the pixel value is equal to or greater than the first threshold value
  • the pixel value is calculated so that the exposure amount increases in accordance with the number of pixels, and when the number of pixels is less than the first threshold value, the exposure amount is constant.
  • the program which concerns on 1 aspect of this invention shows the tomographic image which shows the cut surface of a three-dimensional structure, the structure area
  • the number of pixels having the second pixel value in the processing target area, the processing for generating, the processing for setting the first peripheral area for the processing target pixel having the first pixel value in the tomographic image, is the first.
  • the pixel value is equal to or greater than the threshold value
  • the pixel value is calculated so that the exposure amount increases in accordance with the number of the pixels, and when the number of pixels is less than the first threshold value, the exposure amount is made constant.
  • “part”, “means”, “apparatus”, and “system” do not simply mean physical means, but “part”, “means”, “apparatus”, “system”. This includes the case where the functions possessed by "are realized by software. Further, even if the functions of one “unit”, “means”, “apparatus”, and “system” are realized by two or more physical means or devices, two or more “parts” or “means”, The functions of “device” and “system” may be realized by a single physical means or device.
  • FIG. 1 It is a figure for demonstrating the structural example of an optical modeling system. It is a figure which shows the model of modeling object. It is a figure which shows the specific example of the tomographic image data produced
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a specific example of print data. It is a block diagram which shows the function structure of the information processing apparatus which concerns on embodiment. It is a flowchart which shows the flow of a process of the information processing apparatus shown in FIG. It is a block diagram which shows the specific example of the hardware constitutions which can mount the information processing apparatus shown in FIG.
  • FIGS. 1 to 12 are diagrams for explaining the embodiment. Hereinafter, embodiments will be described along the following flow with reference to these drawings.
  • First, an outline of processing by the information processing apparatus according to the embodiment will be described in “1”. Subsequently, “2” describes the functional configuration of the information processing apparatus, and “3” describes the processing flow of the information processing apparatus.
  • FIG. 5 effects and the like according to the embodiment will be described.
  • the resin may be cured to the outside of the original outer shape due to light leaking from the irradiated portion to the surroundings. Moreover, delamination occurs when the contour portion that is the outer shape is not sufficiently cured, and as a result, modeling may fail.
  • the apparatus generates stereolithography data (control print data) for suitably adjusting the light irradiation intensity.
  • the optical modeling apparatus can suitably generate a modeled object by irradiating light with an intensity based on the optical modeling data.
  • the stereolithography apparatus can generate a modeled object by various methods, such as when targeting powder resin or when targeting liquid resin.
  • liquid resin for example, free liquid surface stereolithography for irradiating laser light from the upper surface side to photocured resin collected in the water tank, photocuring accumulated in the water tank
  • a conventional regulation liquid level method or the like in which a laser beam is irradiated to the resin from the lower surface side is considered.
  • the optical modeling data generation method described below is effective for modeling with any optical modeling apparatus, but here, the one-dimensional regulation liquid level method will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a diagram schematically representing a part of a configuration example of an optical modeling system 1 that performs optical modeling by controlling an optical modeling device 200 that models using the one-dimensional regulation liquid surface method from the information processing apparatus 100. It is.
  • the optical modeling system 1 includes an information processing apparatus 100 and an optical modeling apparatus 200.
  • the information processing apparatus 100 can be realized as a computer such as a personal computer.
  • the information processing apparatus 100 is illustrated separately from the optical modeling apparatus 200, but is not limited to such a configuration.
  • the optical modeling apparatus 200 includes the functions of the information processing apparatus 100. It is also possible to do.
  • the information processing apparatus 100 has structure data related to the three-dimensional structure of the modeled object to be modeled, and based on the structure data, what intensity the optical modeling apparatus 200 should actually irradiate with the laser light L Print data corresponding to control information (for example, corresponding to a command voltage or a laser drive current supplied to the laser irradiation unit 207) is generated.
  • the optical modeling apparatus 200 generates a modeled object by laminating a resin forming film M such as 40 ⁇ m. Therefore, the information processing apparatus 100 generates tomographic image data obtained by dividing the modeled object for each thickness (for example, 40 ⁇ m) of the resin forming film M from the structure data. For example, in the case of generating a model that shows the model 20 in FIG. 2, the tomographic image data 30 shown in FIG. 3 is generated for each layer.
  • the external shape of the model 20 of the shaped object shown in FIG. 2 is a shape obtained by cutting a cylinder obtained by stacking circles in the z-axis direction at the end 21 in the negative x-axis direction.
  • a hole 23 having a shape cut out by a triangular pyramid and a hole 25 having a shape cut by a quadrangular prism are formed at the center.
  • the pixels (pixels) constituting the tomographic image data 30 generated by the information processing apparatus 100 correspond to positions where the laser light L is irradiated.
  • the size of one pixel can be 10 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m.
  • the pixel value of each pixel corresponds to the irradiation intensity (energy density) of the laser light L, and can be expressed as a monochrome binary value.
  • the pixel value of the position where the laser beam L constituting a part of the modeled object to be generated should be irradiated (configured part of the modeled object) is white, and the modeled object is not configured, that is, the position where the laser beam L is not irradiated.
  • the pixel value becomes black.
  • the information processing apparatus 100 corrects the tomographic image data 30 that is the monochrome binary bitmap so that the irradiation intensity of the laser light L becomes an appropriate value, that is, the tomographic image.
  • Print data in which the pixel value of each pixel of the data 30 is adjusted is generated.
  • the print data can be, for example, 8-bit grayscale image data corresponding to the light irradiation energy density on the exposed surface.
  • a specific example of print data generated from the tomographic image data 30 shown in FIG. 3 is shown in FIG.
  • a method for generating print data that is 8-bit grayscale image data from monochrome binary tomographic image data 30 will be described later in “1.2”.
  • the information processing apparatus 100 outputs a control signal for controlling the intensity of the laser light L to the optical modeling apparatus 200 based on the generated print data.
  • the optical modeling apparatus 200 includes a substrate 201, a regulation liquid surface glass 203, a resin nozzle 205, and a laser irradiation unit 207.
  • the substrate 201 is a base on which a cured resin to be a modeled object is fixed.
  • the substrate 201 is appropriately moved in the sub-scanning direction and the vertical direction in FIG. More specifically, during the formation of the resin forming film M, the substrate 201 gradually moves to the right of the drawing (the positive direction of the x axis).
  • the substrate 201 since the laser beam L is irradiated by one row in the drawing depth direction by polygon mirror scanning, the substrate 201 may be moved to the right by 10 ⁇ m, for example, when the irradiation of the one row is completed. By repeating such processing, a raster scan with a line pitch of, for example, 10 ⁇ m is realized.
  • the lamination pitch of the resin forming films M can be set to 40 ⁇ m, for example.
  • the substrate 201 is slightly tilted to the lower right with respect to the horizontal direction (x-axis direction) in the figure. This is because the resin R flowing out from the resin nozzle 205 is smoothly moved along the rotation direction a of the regulating liquid surface glass 203.
  • the regulated liquid level glass 203 is a cylindrical member made of a transparent member such as glass.
  • the regulation liquid level glass 203 rotates in the rotation direction a that is opposite to the resin nozzle 205 when viewed from the laser irradiation position p.
  • the substrate 201 moves (sub-scans) from left to right until one layer of the resin forming film M is formed. It is preferable that the rotation of the regulation liquid surface glass 203 corresponds to the movement of the substrate 201.
  • the space between the substrate 201 and the regulated liquid surface glass 203 is expanded, so that the resin forming film M is naturally peeled from the regulated liquid surface glass 203.
  • the resin nozzle 205 is a nozzle for flowing the liquid resin R onto the regulation liquid level glass 203.
  • a radical polymerization type acrylic photo-curing resin can be used for the liquid resin R.
  • the liquid resin R flowing out from the resin nozzle 205 is trapped by a capillary phenomenon by a gap formed between the regulation liquid level glass 203 and the resin forming film M.
  • the trapped liquid resin R is cured by being irradiated with the laser beam L from the laser irradiation unit 207 and becomes a part of the resin forming film M.
  • the laser irradiation unit 207 is a member for irradiating the liquid resin R with the laser light L through the transparent regulation liquid surface glass 203.
  • the light source of the laser irradiation unit 207 for example, a laser diode having a wavelength of 405 nm can be used.
  • the energy density of light irradiation may be based on, for example, 0.06 mJ / mm 2 .
  • the radical polymerization type acrylic photo-curing resin is irradiated with the laser beam L having the energy density, the curing depth becomes approximately 100 ⁇ m.
  • the laser irradiation unit 207 performs main scanning with the laser light L in the depth direction in the drawing. Since the laser irradiation unit 207 performs main scanning in the depth direction in the drawing and the substrate 201 moves in the sub-scanning direction, the resin forming film M is gradually formed by raster scanning.
  • the main scanning can be performed by, for example, a polygon mirror.
  • the irradiation position of the laser light L in the drawing depth direction can be changed by irradiating the polygon mirror with the laser light L emitted from the laser diode as the light source and rotating the angle of the polygon mirror little by little.
  • the print data generation method according to the present embodiment is not limited to the optical modeling apparatus 200 that performs modeling by raster scanning using the one-dimensional regulation liquid level method.
  • it may be applied to a projection type optical modeling apparatus that exposes the liquid resin R in a planar shape.
  • the information processing apparatus 100 when the structure data indicating the three-dimensional structure of the modeled object that is the generation target is input, the information processing apparatus 100 generates the model 20 of the three-dimensional modeled object illustrated in the specific example in FIG. Is generated in the z-axis direction for each thickness of the resin-formed film M, and xy plane tomographic image data 30 shown in FIG. 3 is generated. That is, the tomographic image data 30 corresponds to an image of the cut surface of the model 20.
  • the information processing apparatus 100 determines whether each pixel in the peripheral region of the processing target pixel that is an exposure target is a pixel to be exposed in the tomographic image data 30 (hereinafter referred to as a bright pixel) or a non-exposure target. Based on information indicating whether the pixel is a pixel (hereinafter referred to as a dark pixel), an optimal light amount for the processing target pixel is calculated. Details will be described below.
  • the information processing apparatus 100 sets a peripheral region of the processing target pixel.
  • the center is the processing target pixel 41
  • a peripheral area 43 of 21 pixels ⁇ 21 pixels is set within 10 pixels from the processing target pixel 41.
  • the peripheral area 43 is set as a square, but the present invention is not limited to this.
  • the peripheral area 43 is set to an arbitrary shape such as a non-square rectangle, a circle, or an ellipse. Is also possible.
  • all the pixels in the peripheral region 43 including the processing target pixel 41 are bright pixels, and in the example of FIG. 5, all the pixels except the processing target pixel 41 in the peripheral region 43 are dark pixels.
  • all the pixels on the left side of the processing target pixel 41 in the peripheral area 43 are dark pixels.
  • the rectangular area on the left side of the processing target pixel 41 is a dark pixel. 4 corresponds to the area A in the tomographic image data 30 of FIG. 3
  • FIG. 6 corresponds to the area B
  • FIG. 7 corresponds to the area C. 5 does not exist in the example of the tomographic image data 30 in FIG.
  • the exposure amount Ia (unit: mJ / mm 2 ) is calculated by the following equation. be able to.
  • Ie is the emphasized exposure amount (unit: mJ / mm 2 )
  • Ib is the reference light amount (unit: mJ / mm 2 )
  • E max is the maximum value of the enhancement ratio (unit: (Dimensionless)
  • Pd is the number of dark pixels.
  • FIG. 9A shows a specific example of print data generated by calculating a pixel value (corresponding to the exposure amount Ia) for each exposure target pixel by the equation (1).
  • the exposure target area corresponding to the area in the modeled object to be generated
  • the internal area is darker than that. Yes. This indicates that the exposure amount of the contour portion of the exposure target area is larger than the inside.
  • the exposure amount Ia of the contour portion of the hole 25 which is a fine hole is about 1.4 times the reference value Ib.
  • the liquid resin R is cured by light leaking from pixels around the hole, and as a result, the hole may be blocked.
  • FIG. 9B shows an example of print data when the peripheral area 43 is set smaller than that in FIG. 9A and the exposure amount is adjusted based on the equations (1) and (2).
  • FIG. 9B is compared with FIG. 9A, the periphery of the contour portion, the hole 23, and the hole 25 is darker. This means that the amount of exposure around the contour portion and the holes 23 and 25 is lower than that in the case of FIG. Therefore, when the optical modeling apparatus 200 models using the print data of FIG. 9B, the hole 25 is normally formed.
  • the resin-formed film M may be peeled off between the layers and may not be formed to the end.
  • FIG. 9C is a simple sum of the print data of FIG. 9A and FIG. 9B for each pixel. However, even in the example of FIG. 9C, the influence of FIG. 9A is large, and the amount of exposure around the hole 25 is so strong that the hole 25 is not formed well.
  • the information processing apparatus 100 does not emphasize the exposure amount unless the number of dark pixels Pd in the peripheral region 43 is a certain threshold value (hereinafter referred to as the number of ignored pixels Pi). More specifically, the exposure amount is calculated according to the following equation depending on whether the dark pixel number Pd is greater than or equal to the ignored pixel number Pi or less than the ignored pixel number Pi. [When Pd ⁇ Pi]
  • the emphasis data generated using the expressions (3) and (4) and the size of the peripheral region 43 are made smaller than those of the expressions (3) and (4), and then the expressions (1) and (2) ) Is added to the emphasis data generated using (), strong emphasis is performed at the contour portion, and weak emphasis is also performed at the peripheral portion of the hole 25 which is a fine hole.
  • the exposure amount Ia is calculated by the following equation, where Ie0 is the light intensity in a wide range and Ie1 is the light intensity in a narrow range.
  • FIG. 9D shows print data obtained as a result of the addition. Thereby, it becomes possible to form the hole 25 suitably, preventing peeling between layers.
  • FIG. 10 is a functional block diagram illustrating a specific example of a functional configuration of the information processing apparatus 100.
  • the information processing apparatus 100 includes an input unit 110, a tomographic image data generation unit 120, an enhancement data generation unit 130, a database (DB) 140, a final print data generation unit 150, and an output unit 160.
  • the information processing apparatus 100 and the optical modeling apparatus 200 are described as physically different apparatuses.
  • the present invention is not limited to this.
  • the optical modeling apparatus including the functions of the information processing apparatus 100 Implementation as 200 is also conceivable.
  • the function of the information processing apparatus 100 may be realized by dividing it into a plurality of information processing apparatuses.
  • the input unit 110 receives input of three-dimensional structure data indicating the three-dimensional structure of the object to be generated.
  • the three-dimensional structure data is generated in, for example, another information processing apparatus and may be input to the information processing apparatus 100 via, for example, a communication interface or a data interface, or a three-dimensional CAD on the information processing apparatus 100 or the like It may be generated by software. In the latter case, a file of 3D structure data generated by 3D CAD or the like is stored on a nonvolatile storage medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or a flash memory. What is necessary is just to read three-dimensional structure data from a storage medium.
  • HDD Hard Disk Drive
  • the tomographic image data generation unit 120 generates tomographic image data 30 that is a monochrome binary bitmap from the three-dimensional structure data input from the input unit 110. At this time, for example, the tomographic image data generation unit 120 generates the model 20 from the three-dimensional structure data, and cuts the model 20 for each thickness of the resin-formed film M generated by the optical modeling apparatus 200, thereby generating a tomographic image. Data 30 is generated. At this time, the pixels corresponding to the area constituting the model 20 (pixels that need to be exposed by the optical shaping apparatus 200) are white (bright pixels), and the pixels corresponding to the area not constituting the model 20 (the optical shaping apparatus 200). (Pixels that do not need to be exposed in step 1) are set as black (dark pixels).
  • the enhancement data generation unit 130 generates 8-bit grayscale enhancement data from the tomographic image data 30 that is a monochrome binary bitmap generated by the tomographic image data generation unit 120.
  • the emphasis data generation unit 130 generates emphasis data by at least two types of methods using different parameters. It should be noted that the number of enhancement data generation units that can be generated by the enhancement data generation unit 130 may be three or more.
  • the DB 140 can have peripheral area setting information 141 and ignoring pixel number setting information 143 corresponding thereto.
  • the emphasis data generation unit 131a with ignored pixels and the emphasis data generation unit 131b without ignore pixels When the emphasis data is generated, the emphasis data generation unit 131a with no ignoring pixel and the emphasis data generation unit 131b with no ignoring pixel generate peripheral data, respectively. Reference is made to the pixel number setting information 143a and 143b (also collectively referred to as ignored pixel number setting information 143).
  • the final print data generation unit 150 generates print data for determining the final exposure amount for each pixel based on the enhancement data generated by the enhancement data generation unit 131a with ignored pixels and the enhancement data generation unit 131b without ignore pixels. To do.
  • the ignoring pixel-enhanced data generation unit 131a and the ignoring-pixel-less emphasis data generation unit 131b determine the exposure enhancement amount for each pixel using the above formulas (3) and (4), respectively. Specifically, the emphasis data generation unit 131a with ignored pixels has the number of dark pixels Pd in the surrounding area 43 determined based on the surrounding area setting information 141a and the number of ignored pixels determined based on the ignored pixel number setting information 143a. Using Pi, an exposure enhancement amount Ie is calculated for the processing target pixel 41 to be exposed.
  • the peripheral region 43 is determined as a 21 ⁇ 21 rectangular region centered on the processing target pixel 41 by the peripheral region setting information 141a, and the ignored pixel number Pi is set to 100 by the ignored pixel number setting information 143a.
  • the ignored-pixel-less enhancement data generation unit 131b uses the number of dark pixels Pd in the peripheral area 43 determined based on the peripheral area setting information 141b and the number of ignored pixels Pi determined based on the ignored pixel number setting information 143b, An exposure amount Ia is calculated for the processing target pixel 41 to be exposed.
  • the peripheral area 43 is determined as a rectangular area of 5 pixels ⁇ 5 pixels centered on the processing target pixel 41 by the peripheral area setting information 141b, and the ignoring pixel number Pi is determined to be 0 by the ignoring pixel number setting information 143b.
  • the print data obtained by adding the reference value Ib to the enhanced data generated by the ignored-data-free enhanced data generation unit 131b is as shown in FIG. 9B.
  • the size of the peripheral area 43 defined by the peripheral area setting information 141a used by the emphasis data generation unit 131a with ignored pixels is determined by the peripheral area setting information 141b used by the emphasis data generation section 131b without neglected pixels. It is wider than the area of the peripheral region 43 to be formed. Further, the value of the ignored pixel number Pi determined by the ignored pixel number setting information 143a used in the emphasis data generation unit 131a with ignored pixels is larger than the value of the ignored pixel number Pi determined by the emphasized data generation unit 131b without ignored pixels. large.
  • the emphasis data generation unit 131b without ignoring pixels is referred to as “no ignoring pixels”, but the number of ignoring pixels Pi is not necessarily zero.
  • the emphasized data generated by the emphasis data generation unit 131a with ignored pixels has a higher exposure amount in the outline portion than the enhancement data generated by the emphasis data generation unit 131b without ignore pixels.
  • the enhancement data generated by the enhancement data generation unit 131b without the ignored pixel is more than the enhancement data generated by the enhancement data generation unit 131a with the ignored pixel. The exposure amount is emphasized.
  • the final print data generation unit 150 adds the pixel values of the enhancement data generated by the enhancement data generation unit 131a with ignored pixels and the enhancement data generation unit 131b without ignore pixels to the reference exposure amount for each pixel, as shown in FIG.
  • the final 8-bit grayscale print data which is a specific example, is generated. As a result, it is possible to generate print data in which the exposure amount is suitably emphasized in the outer contour portion and the peripheral portion of the minute hole.
  • the enhancement data generated by the enhancement data generation unit 131a with ignored pixels and the enhancement data generated by the enhancement data generation unit 131b without ignore pixels are added, but the present invention is not limited to this.
  • the emphasis data generated by the emphasis data generation unit 131a with ignored pixels is passed to the final print data generation unit 150 alone.
  • emphasis data generation unit 131 when there are three or more types of emphasis data generation unit 131, it is possible to generate print data by appropriately combining the emphasis data generated by them, or any combination of the two emphasis data. A plurality of types of generated print data may be generated.
  • the output unit 160 outputs a signal based on the print data generated by the final print data generation unit 150 to, for example, the optical modeling apparatus 200.
  • the output unit 160 sequentially receives information on the irradiation position (coordinates) of the laser light L from the optical modeling apparatus 200, and performs irradiation target pixels. Based on the pixel value of the print data, the output unit 160 may output a control signal for outputting the exposure amount corresponding to.
  • the output unit 160 outputs the print data generated by the final print data generation unit 150 as grayscale image data as it is. Just do it.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a processing flow of the information processing apparatus 100 according to the present embodiment.
  • Each processing step to be described later can be executed in any order or in parallel as long as there is no contradiction in processing contents, and other steps can be added between the processing steps. good. Further, a step described as a single step for convenience can be executed by being divided into a plurality of steps, and a step described as being divided into a plurality of steps for convenience can be executed as one step.
  • the input unit 110 reads three-dimensional structure data from another information processing apparatus or a storage medium such as an HDD (S1101).
  • the tomographic image data generation unit 120 is one or more (usually many) obtained by cutting the modeling object to be generated for each thickness of the resin forming film M generated by the optical modeling apparatus 200 based on the input three-dimensional structure data.
  • Tomographic image data 30 is generated (S1103).
  • the enhancement data generation unit 130 reads one tomographic image data 30 from the generated one or more tomographic image data 30 (S1105), and starts processing for each pixel.
  • the enhancement data generation unit 131a with ignored pixels calculates the enhancement amount Ie of the exposure amount of the processing target pixel 41 to be exposed using the peripheral region setting information 141a and the ignored pixel number setting information 143a (S1107).
  • the number of ignored pixels Pi set by the ignored pixel number setting information 143a is N.
  • the enhancement data generation unit 131b without ignoring pixels calculates the enhancement amount Ie of the exposure amount of the processing target pixel 41 to be exposed using the peripheral region setting information 141b and the ignoring pixel number setting information 143b (S1109).
  • the number of ignored pixels Pi set by the ignored pixel number setting information 143b is set to zero.
  • the final print data generation unit 150 adds both values in addition to the reference exposure amount.
  • the final exposure amount Ia is calculated (S1111).
  • the processing of S1109 to S1111 is performed on all the exposure target pixels constituting the tomographic image data 30, and when the processing is completed (Yes in S1113), the enhancement data generation unit 130 determines that the unprocessed tomographic image data 30 has been processed. It is determined whether or not it remains (S1115). If unprocessed tomographic image data 30 remains (No in S1115), the processes in S1105 to S1113 are repeated for all the tomographic image data 30.
  • the information processing apparatus 100 includes a control unit 1201, a communication interface (I / F) unit 1205, a storage unit 1207, a display unit 1213, and an input unit 1215, each of which is a bus line. 1217 is connected.
  • a control unit 1201 a communication interface (I / F) unit 1205, a storage unit 1207, a display unit 1213, and an input unit 1215, each of which is a bus line. 1217 is connected.
  • I / F communication interface
  • the control unit 1201 includes a CPU (Central Processing Unit, not shown), a ROM (Read Only Memory, not shown), a RAM (Random Access Memory) 1203, and the like.
  • the control unit 1201 is configured to execute the above-described image processing in addition to a general computer by executing a control program 1209 stored in the storage unit 1207.
  • the input unit 110, the tomographic image data generation unit 120, the enhancement data generation unit 130, the final print data generation unit 150, and the output unit 160 described with reference to FIG. 10 are temporarily stored in the RAM 1203 and then the CPU This can be realized as the control program 1209 operating above.
  • the RAM 1203 is a part or all of the input three-dimensional structure data, the peripheral area setting information 141a and 141b and the disregarded pixel number setting information 143a and 143b included in the DB 140. Hold temporarily. Further, the RAM 1203 is used as a work area when the CPU executes various processes.
  • the communication I / F unit 1205 is a device for performing data communication with another information processing apparatus that has generated three-dimensional structure data or the optical modeling apparatus 200 by wire or wireless.
  • the storage unit 1207 is a non-volatile storage medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or a flash memory.
  • the storage unit 1207 stores an operating system (OS), applications, and data (not shown) for realizing functions as a general computer.
  • the storage unit 1207 stores a control program 1209.
  • the input unit 110, the tomographic image data generation unit 120, the enhancement data generation unit 130, the final print data generation unit 150, and the output unit 160 illustrated in FIG. 10 can be realized by the control program 1209.
  • the storage unit 1207 stores peripheral area setting information 141a and 141b and ignored pixel number setting information 143a and 143b included in the DB 140.
  • the display unit 1213 is a display device for presenting various information, for example, generated tomographic image data 30 and print data. Specific examples of the display unit 1213 include a liquid crystal display and an organic EL (Electro-Luminescence) display.
  • the input unit 1215 is a device for receiving an operation input. Specific examples of the input unit 1215 include a keyboard, a mouse, and a touch panel.
  • the information processing apparatus 100 does not necessarily include the display unit 1213 and the input unit 1215.
  • the display unit 1213 and the input unit 1215 may be connected to the information processing apparatus 100 from the outside via various interfaces such as a USB (Universal Serial Bus) and a display port.
  • USB Universal Serial Bus
  • the information processing apparatus 100 can automatically calculate a suitable exposure amount for the processing target pixel 41 to be exposed.
  • Stereolithography system 100 Information processing device 110: Input unit 120: Tomographic image data generation unit 130: Emphasis data generation unit 140: Database (DB) 150: Final print data generation unit 160: Output unit 200: Stereolithography apparatus 201: Substrate 203: Regulatory liquid level glass 205: Resin nozzle 207: Laser irradiation unit 1201: Control unit 1203: RAM 1205: Communication interface unit 1207: Storage unit 1209: Control program 1213: Display unit 1215: Input unit 1217: Bus line

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Abstract

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。 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。

Description

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
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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］
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 ［Ｐｄ＞Ｐｉの場合］
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　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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