JP5133841B2 - スライス画像生成方法および造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、３次元サーフェスモデルから複数のスライス画像を生成するスライス画像生成方法、および、凹凸を有する面の造形を行う造形装置に関する。

従来より、光硬化性材料を積層しつつ光硬化性材料に光を照射することにより所望の３次元造形物を形成する光造形が行われており、光造形を行う際には、造形物の３次元サーフェスモデルをスライスすることにより、造形物の各層に対応するスライス画像データが生成される（スライス画像データの生成について、例えば特許文献１参照。）。また、特許文献２では、造形する３次元形状の全体を記述する全体形状データを、その全体形状を積層方向に複数個に分割した複数の部分形状データに分割し、複数の部分形状データを複数のデータ変換端末にそれぞれ転送して造形用データに変換することにより、データの変換時間を短縮する手法が開示されている。

なお、特許文献３では、複数の微小ミラーが２次元配列されたＤＭＤを有する光造形装置において、ＤＭＤの各微小ミラーに対応する感光部材上の光の照射領域に照射される光の量を多階調に制御することにより、短時間に造形を行う手法が開示されている。
特開２００６−２８５２６２号公報 特開２００８−９４００１号公報 特開２００４−２４９５０８号公報

ところで、実際の造形物の形成では、造形物の各層に対応する３次元サーフェスモデルの断面におけるアウトラインを示すアウトラインデータが作成され、続いて、アウトラインを示す画像において造形物に対応する領域と他の領域とに異なる値を付与することにより、スライス画像データが生成されるが、一般的に、３次元サーフェスモデルは、多数の三角形パッチの集合にて表されるため、アウトラインデータを作成する際に、多数の三角形パッチと造形物の各層に対応する平面との交線を求める幾何演算が層毎に必要になり、全てのアウトラインデータの作成に長時間を要してしまう。また、既述のように、アウトラインデータをスライス画像データに変換する時間も必要となる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数のスライス画像を容易に、かつ、短時間に生成することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基準平面に沿う曲面を表現する３次元サーフェスモデルから、前記基準平面に平行な複数の面による前記３次元サーフェスモデルの断面を示す複数のスライス画像を生成するスライス画像生成方法であって、ａ）前記基準平面を互いに垂直な２方向にそれぞれ第１および第２ピッチにて分割することにより設定された複数の分割領域のそれぞれから前記曲面までの高さを求め、各分割領域を画素とみなして前記各分割領域における前記高さを画素値として有する画像を生成する工程と、ｂ）所定の間隔で順次増大または減少する閾値にて前記画像を繰り返し２値化することにより、複数のスライス画像を生成する工程とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスライス画像生成方法であって、前記３次元サーフェスモデルが複数の平面要素の集合により構成されている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のスライス画像生成方法であって、前記ａ）工程が、ａ１）前記基準平面に設定された複数の区域のそれぞれと前記基準平面に垂直な方向において重なる平面要素を特定する工程と、ａ２）前記各分割領域が属する区域と前記基準平面に垂直な方向において重なる平面要素から、前記各分割領域と前記基準平面に垂直な方向において重なる平面要素を特定する工程と、ａ３）前記ａ２）工程にて特定された平面要素を用いて前記各分割領域における前記高さを求める工程とを備える。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のスライス画像生成方法であって、前記ａ）工程において、前記各分割領域における前記高さが、前記各分割領域の４個の頂点の位置における前記曲面までの高さの平均値である。

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載のスライス画像生成方法であって、前記ａ）工程において、前記高さが算出不能な分割領域が存在する場合に、前記分割領域の近傍の２以上の分割領域における前記高さに基づいて、前記分割領域における前記高さが決定される。

請求項６に記載の発明は、凹凸を有する面の造形を行う造形装置であって、基準平面に沿う曲面を表現する３次元サーフェスモデルから、前記基準平面に平行な複数の面による前記３次元サーフェスモデルの断面を示す複数のスライス画像を生成するスライス画像生成部と、前記複数のスライス画像に従って造形を行う造形部とを備え、前記スライス画像生成部が、ａ）前記基準平面を互いに垂直な２方向にそれぞれ第１および第２ピッチにて分割することにより設定された複数の分割領域のそれぞれから前記曲面までの高さを求め、各分割領域を画素とみなして前記各分割領域における前記高さを画素値として有する画像を生成する工程と、ｂ）所定の間隔で順次増大または減少する閾値にて前記画像を繰り返し２値化することにより、複数のスライス画像を生成する工程とを実行する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の造形装置であって、感光性材料上に前記複数の分割領域にそれぞれ対応する複数の露光領域が設定されており、前記造形部において各露光領域に照射される光の累積量が多階調に制御される。

本発明によれば、複数のスライス画像を容易に、かつ、短時間に生成することができる。

また、請求項３の発明では、３次元サーフェスモデルの高さを示す画像を短時間に生成することができ、請求項４の発明では、各分割領域における高さを精度よく求めることができる。

また、請求項５の発明では、高さが算出不能な分割領域が存在する場合であっても、３次元サーフェスモデルの高さを示す画像を精度よく生成することができ、請求項７の発明では、造形物の形成を短時間に行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る造形装置１の構成を示す図である。造形装置１は、水平に設置された基台１０、造形物のベースとなるベース基板９を保持するステージ２、ベース基板９上に液状の光硬化性樹脂である感光性材料を供給する供給部３、ベース基板９上に供給された感光性材料を均し広げて所定の厚さの層を形成する層形成部４、ベース基板９上に形成された感光性材料の層に対して光ビームを照射する光照射部５、ステージ２を光照射部５に対して相対的に移動するステージ移動機構６、ステージ２を昇降するステージ昇降機構７、および、ベース基板９上のアライメントマークを撮像するカメラ５８を備える。

供給部３、層形成部４、光照射部５、ステージ移動機構６、ステージ昇降機構７およびカメラ５８は制御部１１に接続され、これらの構成が制御部１１により制御されることによりベース基板９上に造形物が形成される。制御部１１は、各種データを記憶する記憶部１１１、および、各種演算を行って造形に用いられる後述のスライス画像データを生成するスライス画像生成部１１２を有する。

供給部３は、ベース基板９上に感光性材料を滴下して供給するノズル３１、ノズル３１をステージ２より高い位置で支持するアーム３２、および、基台１０上に垂直に設けられてアーム３２を基台１０に対して水平に支持する支柱３３を有する。アーム３２は支柱３３の上部に回動自在に支持され、ノズル３１はアーム３２の先端に取り付けられる。アーム３２が図示省略のモータにより回動することにより、ノズル３１がベース基板９の上方の位置とベース基板９から外れた位置との間で移動可能とされる。

ノズル３１は、配管３１１およびバルブ３１２を介してポンプ３１３に接続され、ポンプ３１３は配管３１４およびバルブ３１５を介して材料タンク３１６に接続される。制御部１１によりポンプ３１３およびバルブ３１２，３１５が制御されることにより、ノズル３１から所定量の感光性材料がベース基板９上に供給される。

層形成部４は、ベース基板９の主面に垂直な（かつ、図１中のＸ方向に長い）板状のスキージ４１、スキージ４１の下端（すなわち、ベース基板９の主面に近接しているエッジ）をベース基板９の主面と平行に保ちつつスキージ４１を支持するスキージ支持部４２、および、スキージ４１をベース基板９に対して図１中のＹ方向に移動するスキージ移動機構４３を有する。スキージ移動機構４３は、ボールねじ機構がモータ４３１により駆動されることによりスキージ４１をガイドレール４３２に沿ってＹ方向に移動する。

光照射部５は、光（例えば、波長が３００ｎｍ近傍あるいは４００ｎｍ近傍の光）を出射する半導体レーザが設けられた光源５１、および、複数の微小ミラーが２次元配列されたマイクロミラーアレイ５４（例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）であり、以下、「ＤＭＤ５４」という。）を有し、光源５１からの光ビームがＤＭＤ５４により空間変調され、ベース基板９上に照射される。

具体的には、光源５１に接続された光ファイバ５１１から出射された光ビームが、光学系５２によりシャッタ５３を介してＤＭＤ５４に導かれる。ＤＭＤ５４では、各微小ミラーのうち所定の姿勢（後述するＤＭＤ５４による光の照射の説明において、ＯＮ状態に対応する姿勢）にある微小ミラーからの反射光のみにより形成される光ビームが導出される。ＤＭＤ５４からの光ビームはレンズ群５５を介してミラー５６へと導かれ、ミラー５６にて反射された光ビームが対物レンズ５７によりベース基板９へと導かれる。

ステージ移動機構６は、ステージ２をＸ方向に移動するＸ方向移動機構６１、および、Ｙ方向に移動するＹ方向移動機構６２を有する。Ｘ方向移動機構６１は、モータ６１１、ガイドレール６１２およびボールねじ（図示省略）を有し、モータ６１１がボールねじを回転することにより、Ｙ方向移動機構６２がガイドレール６１２に沿ってＸ方向に移動する。Ｙ方向移動機構６２もＸ方向移動機構６１と同様の構成となっており、モータ６２１がボールねじ（図示省略）回転することにより、ステージ２がガイドレール６２２に沿ってＹ方向に移動する。また、ステージ移動機構６は基台１０上のステージ昇降機構７に支持されており、ステージ昇降機構７が駆動されることによりステージ２がＺ方向に移動し、スキージ４１とステージ２との間の間隔が変更される。

図２は、ＤＭＤ５４を示す図である。ＤＭＤ５４は、多数の微小ミラー５４１が互いに垂直な２方向（行方向および列方向）に等間隔に配列された空間光変調デバイスであり、各微小ミラー５４１に対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って、リセットパルスの入力により一部の微小ミラー５４１が静電界作用により所定の角度だけ傾く。

図３は、ベース基板９上（または、ベース基板９上に形成された後述の感光性材料の層上）の照射領域の一部を示す図である。各微小ミラー５４１に対応するベース基板９上の微小な照射領域５４２は微小ミラー５４１と同様に正方形となっており、微小ミラー５４１の配列に対応して図３中のＸ方向およびＹ方向にそれぞれ所定のピッチにて等間隔に配列される。本実施の形態では、照射領域はベース基板９（正確には、後述の材料層）上に固定され、１つの照射領域がベース基板９上の露光の単位となる１つの露光領域とされている。なお、光照射部５では、照射領域群の大きさが変倍可能とされている。

ＤＭＤ５４が制御される際には、図１中の制御部１１から各微小ミラー５４１のＯＮまたはＯＦＦを示すデータ（以下、「セルデータ」という。）がＤＭＤ５４に送信されてＤＭＤ５４のメモリセルに書き込まれ、各微小ミラー５４１はセルデータに従ってリセットパルスに同期してＯＮ状態またはＯＦＦ状態の姿勢に変更される。これにより、ＤＭＤ５４の各微小ミラー５４１に照射された（微小）光ビームが微小ミラー５４１の傾く方向に応じて反射され、各微小ミラー５４１に対応するベース基板９上の照射領域５４２への光の照射のＯＮ／ＯＦＦが行われる。

すなわち、ＯＮ状態とされた微小ミラー５４１に入射する光ビームはレンズ群５５へと反射され、ベース基板９上の対応する照射領域５４２へと導かれる。ＯＦＦ状態とされた微小ミラー５４１に入射する光ビームはレンズ群５５とは異なる所定の位置へと反射され、対応する照射領域５４２には導かれない。

図４は、造形装置１が造形物を形成する動作の流れを示す図である。造形物の形成では、まず、スライス画像生成部１１２により、造形に用いられる複数のスライス画像のデータ（以下、単に「スライス画像」ともいう。）８４が生成され、記憶部１１１にて記憶される（ステップＳ１１）。本実施の形態におけるスライス画像８４は、造形物の各層の形成の際に、光照射部５からの光を照射すべき照射領域５４２を示す画像（光の照射のＯＮ／ＯＦＦを示す露光イメージ）であり、スライス画像の生成処理については、造形装置１における全体動作の説明後に詳述する。

続いて、制御部１１からの信号を受けてカメラ５８がベース基板９上のアライメントマークを撮像し、カメラ５８から制御部１１へと画像データが送信される。制御部１１は、画像データに基づいて対物レンズ５７に対するベース基板９の相対位置（すなわち、ベース基板９上の基準位置と対物レンズ５７とのＸ方向およびＹ方向の距離）を検出し、検出結果に基づいてステージ移動機構６を制御してベース基板９を所定の位置へと移動する（ステップＳ１２）。

また、制御部１１は、カメラ５８が画像データを取得した際のフォーカス調整の情報に基づいてスキージ４１とベース基板９との間の間隔（すなわち、スキージ４１の下側のエッジとベース基板９の主面との間の距離であり、以下、「スキージ間隙」という。）を検出し、検出結果と造形物の各層の厚さであるスライスピッチとに基づいてステージ昇降機構７を制御してスキージ間隙がスライスピッチとなるように調整される（ステップＳ１３）。後述するように、スライスピッチはステップＳ１１の処理にて特定される。

図５．Ａないし図５．Ｄは、ベース基板９上に感光性材料が供給され、スキージ４１によって均し広げられて感光性材料の層（以下、「材料層」という。）が形成される様子を示す図である。

スキージ間隙の調整が完了すると、まず、アーム３２が回動して図５．Ａに示すようにノズル３１がベース基板９の上方へと移動する。このとき、ノズル３１はベース基板９の（−Ｙ）側（すなわち、図５．Ａに示すスキージ４１の初期位置に近い側）のエッジの上方に配置される。続いて、制御部１１の制御によりバルブ３１２，３１５が一時的に開かれて材料タンク３１６からの感光性材料がポンプ３１３により所定量だけ正確にノズル３１からベース基板９上に滴下される（ステップＳ１４）。なお、図５．Ａ（並びに、図５．Ｂないし図５．Ｄ）では、ベース基板９上の感光性材料に平行斜線を付して示している。

次に、図５．Ｂに示すように、アーム３２が２点差線にて示す位置から矢印３２０ｂにて示すように回動してノズル３１がベース基板９の外部へと待避し、スキージ４１が２点鎖線にて示す初期位置からベース基板９の主面に沿って矢印４１０ｂにて示す方向に移動する。

ベース基板９上に供給された高粘度の感光性材料は、スキージ間隙よりも高くベース基板９上に盛られているため、ベース基板９の主面に沿ってスキージ４１の下端とベース基板９の主面との間隔を一定に保ちつつスキージ４１がＹ方向に移動することにより、感光性材料がベース基板９上にスキージ間隙に等しい厚さで均し広げられ（すなわち、スキージされ）、図５．Ｂに示すように感光性材料の最初の材料層９１がベース基板９上に形成される（ステップＳ１５）。このとき、余剰の感光性材料はベース基板９の外側の領域（すなわち、ステージ２上）へと押し出される。

最初の材料層９１が形成されると、次に、制御部１１の制御により光源５１からの光ビームの出射が開始されるとともに、ＤＭＤ５４が制御され、材料層９１上に光ビームが照射される（ステップＳ１６）。具体的には、制御部１１により最初の材料層９１に対応するスライス画像８４に基づいてＤＭＤ５４の各微小ミラー５４１に対応するメモリセルにセルデータの書き込みが行われ、ＤＭＤ５４にリセットパルスが送信されることにより各微小ミラー５４１がメモリセル内のデータに応じた姿勢となり、光源５１から出射された光ビームがＤＭＤ５４により空間変調されて各照射領域５４２への光の照射が制御される。

これにより、最初の材料層９１上の照射領域５４２のうち、スライス画像８４が光の照射を指示する照射領域５４２に光照射部５から光が照射され、所定時間の光の照射の後、シャッタ５３が閉じられて光源５１からの光ビームの出射が停止される（ステップＳ１７）。その結果、材料層９１の一部が硬化して硬化部位が形成される。硬化部位（後述する他の硬化部位についても同様。）は光の照射により硬化した状態で材料層９１中に存在し、後の工程において未硬化の材料が除去された後に立体形状として顕在化することとなる。

なお、造形物が形成される範囲がＤＭＤ５４による光の照射範囲よりも広い場合には、図１中に示すステージ移動機構６を駆動して照射範囲が移動され、光の照射が繰り返される。また、上記説明ではノズル３１が移動するものとして説明したが、スキージ４１の高さが十分に低く、スキージ４１よりも高い位置から感光性材料を滴下しても問題が生じず、さらに、アーム３２が光照射部５から材料層９１への光の照射の障害にもならない場合は、ノズル３１はベース基板９の上方に固定されてもよい。

最初のスライス画像８４に対応する硬化部位の形成が完了すると、制御部１１により造形物全体の形成が終了したか否かが確認された上でスキージ間隙を調整するステップＳ１３へと戻り（ステップＳ１８）、２番目の材料層の形成へと移行する。

ベース基板９から２番目の硬化部位の形成では、まず、ステージ昇降機構７が駆動されてスライスピッチだけステージ２がさらに降下し、スキージ間隙がスライスピッチの２倍とされる（ステップＳ１３）。これにより、スキージ４１の下端と最初の材料層９１の表面との間の距離がスライスピッチと等しくなる。

次に、図５．Ｃに示すように、スキージ４１が初期位置に移動し、アーム３２が回動してノズル３１がベース基板９上に位置し、ノズル３１から感光性材料がベース基板９上に供給される（ステップＳ１４）。図５．Ｃでは、最初の材料層９１と異なる平行斜線を付して新たに供給された感光性材料を示している。その後、図５．Ｄに示すように、スキージ４１が移動してスライスピッチと等しい厚さを有する２番目の材料層９２が既存の材料層９１の上に形成され、余剰の感光性材料が材料層９１の外側の領域へと押し出される（ステップＳ１５）。

２番目の材料層９２が形成されると、２番目の材料層９２に対応するスライス画像８４に基づいて特定の照射領域に光照射部５から光が照射され、２番目の硬化部位が最初の硬化部位の上に形成される。なお、２番目の材料層９２の表面に対して照射される光は、材料層９１と材料層９２との間の境界にてある程度遮蔽されて最初の材料層９１にはほとんど到達しないため、既存の材料層の硬化状態には影響を与えない。

その後、スキージ間隙をスライスピッチだけ増加させて材料層を形成し、空間変調された光ビームを照射する動作（ステップＳ１３〜Ｓ１７）が必要な回数（実際には、残りのスライス画像の個数と同じ回数）だけ繰り返される（ステップＳ１８）。これにより、材料層が積層されるとともに新たな硬化部位が既存の硬化部位の上に順次積層され、造形装置１における造形物の形成動作が完了する。ベース基板９は、外部の現像装置に搬送されて未硬化の材料が除去され、ベース基板９上に造形物が顕在化する。

次に、図４のステップＳ１１におけるスライス画像の生成処理について説明する。図６はスライス画像を生成する処理の流れを示す図である。スライス画像の生成では、まず、図７に示す３次元サーフェスモデル８１が、図１のスライス画像生成部１１２の造形物画像生成部１１２１に入力されて準備される（ステップＳ１１１）。３次元サーフェスモデル８１は、複数の三角形の平面要素８１１の集合により理想的な造形物の外形（表面）を近似して示すものであり、造形装置１では、いわゆるオーバーハング構造が無い造形物（すなわち、ベース基板９に沿ういずれの方向から見た場合でも、上部が下部よりも横方向に突出している部位が存在しない造形物）、言い換えると、ベース基板９におよそ沿う曲面の造形が行われるため、３次元サーフェスモデル８１はベース基板９の上面に対応する基準平面８２に沿う曲面（平面を含む。）を表現するものとなっている。なお、平面要素８１１は三角形以外の多角形であってもよい。

３次元サーフェスモデル８１は、図１中のＸ、Ｙ、Ｚ方向にそれぞれ対応するｘ、ｙ、ｚ方向にて規定されており、造形物画像生成部１１２１では、ベース基板９上における最小描画単位となる領域（すなわち、露光領域）のＸ方向およびＹ方向の幅（分解能）が取得され、これらの幅に対応するｘ方向の幅Ｄｘおよびｙ方向の幅Ｄｙが決定される（ステップＳ１１２）。そして、図８に示すように、互いに垂直なｘ方向およびｙ方向に平行な基準平面８２をｘ方向に幅Ｄｘのピッチ、ｙ方向に幅Ｄｙのピッチにて分割することにより、基準平面８２に複数の矩形の分割領域８２１（図８中に破線にて示す。）が設定される（ステップＳ１１３）。なお、実際の造形動作では、ステップＳ１１２にて取得される分解能に合わせて照射領域５４２の大きさが変倍される。

続いて、各分割領域８２１の中央（中央以外の代表的な位置であってもよい。）から３次元サーフェスモデル８１が示す曲面までのｚ方向の距離（以下、単に「分割領域８２１における高さ」ともいう。）が求められる。具体的には、３次元サーフェスモデル８１を構成する複数の（全ての）平面要素８１１のうち、当該分割領域８２１の中央と基準平面８２に垂直なｚ方向において重なる平面要素８１１が特定される。このとき、既述のように、３次元サーフェスモデル８１はオーバーハング構造が無い形状とされるため、１つの平面要素８１１のみが特定され、当該分割領域８２１の中央と同じｘｙ座標値を有する当該平面要素８１１上の点（すなわち、当該分割領域８２１の中央における垂線との交点）のｚ座標値から当該分割領域８２１における高さが求められる。そして、各分割領域８２１が画素とみなされ、当該分割領域８２１における高さ（本実施の形態では、正の実数にて表される。）が画素値として当該画素に付与される。これにより、図９に示すように、各分割領域８２１における高さを画素値として有する画像（以下、「造形物画像」という。）８３が生成される（ステップＳ１１４）。なお、本実施の形態では図６中に破線の矩形にて示すステップＳ１１４ａの処理は行われない。

造形物画像８３が生成されると、図１のスライス画像生成部１１２の２値化処理部１１２２では、操作者により予め設定されて記憶部１１１にて記憶されるスライスピッチＳ_ｐが読み出され（ステップＳ１１５）、続いて、造形物画像８３中の最小の画素値Ｈ_ｍｉｎおよび最大の画素値Ｈ_ｍａｘ（すなわち、分割領域８２１における最小の高さおよび最大の高さ）が取得される（ステップＳ１１６）。そして、造形物画像８３の実際の画素値範囲（Ｈ_ｍａｘ−Ｈ_ｍｉｎ）をスライスピッチＳ_ｐにて除することにより、スライス回数Ｓ_ｔが求められる（すなわち、（Ｓ_ｔ＝（Ｈ_ｍａｘ−Ｈ_ｍｉｎ）／Ｓ_ｐ））（ステップＳ１１７）。本実施の形態では、スライス回数Ｓ_ｔが整数となるように（（Ｈ_ｍａｘ−Ｈ_ｍｉｎ）／Ｓ_ｐ）におけるスライスピッチＳ_ｐが微調整される。

スライス回数Ｓ_ｔが求められると、パラメータＳが初期値０とされ（ステップＳ１１８）、（Ｈ_ｍｉｎ＋Ｓ_ｐ＊Ｓ）を計算することにより最初の閾値Ｔｈが求められる（ステップＳ１１９）。そして、この閾値Ｔｈを用いて造形物画像８３が２値化され、スライス画像が取得される（ステップＳ１２０）。スライス画像（のデータ）８４は記憶部１１１にて記憶される。

続いて、２値化処理部１１２２では、Ｓの値がスライス回数Ｓ_ｔとなっていないことが確認されると（ステップＳ１２１）、Ｓに１が加算され（ステップＳ１２２）、（Ｈ_ｍｉｎ＋Ｓ_ｐ＊Ｓ）を計算することにより次の閾値Ｔｈが求められる（ステップＳ１１９）。そして、この閾値Ｔｈを用いて２値のスライス画像が取得される（ステップＳ１２０）。上記ステップＳ１２２，Ｓ１１９，Ｓ１２０の処理はＳの値がスライス回数Ｓ_ｔとなるまで繰り返され（すなわち、「ｆｏｒ Ｓ＝０ ｔｏ Ｓ_ｔ」にて表されるループ処理が実行され）（ステップＳ１２１）、図１０．Ａないし図１０．Ｃに示すように複数の（実際には多数の）スライス画像８４が生成される。図１０．Ａないし図１０．Ｃでは、閾値Ｔｈよりも画素値が大きい造形物画像８３中の画素に対応するスライス画像８４中の画素（以下、「ＯＮ画素」という。）に平行斜線を付しており、ＯＮ画素が光を照射すべき照射領域５４２（光の照射がＯＮとされる照射領域５４２）を示すものとなる。

各スライス画像８４の生成時における閾値Ｔｈは、当該スライス画像８４に基づく光の照射時における最上の材料層のベース基板９からの高さに相当する値となっており、造形物画像８３を当該閾値Ｔｈにて２値化して生成されるスライス画像８４は、当該高さに対応するｚ方向の位置における基準平面８２に平行な面による３次元サーフェスモデル８１の断面を示すものとなっている（ただし、３次元サーフェスモデル８１は造形物の外形を示すものであるため、スライス画像８４は３次元サーフェスモデル８１の内部も造形物の部位を示すものとして作成される。）。したがって、各材料層に対する光の照射時に、スライス画像８４中のＯＮ画素に対応する照射領域５４２に光を照射することにより、３次元サーフェスモデル８１と同形状の造形物の形成が可能となる。

ここで、比較例に係るスライス画像の生成処理について述べる。比較例の手法では、図１１に示す３次元サーフェスモデル９３１において、造形物の各層に対応する高さでの３次元サーフェスモデル９３１の断面（図１１中にて符号α１〜α３を付す一点鎖線の位置における断面）を求め、図１２に示すように当該断面における３次元サーフェスモデル９３１の２次元のアウトライン９３２を示すアウトラインデータを取得し、アウトライン９３２を示す画像において造形物に対応する領域と他の領域とに異なる値を付与することにより、図１３に示すようにスライス画像９３３が生成される。

一般的に、３次元サーフェスモデル９３１は、多数の三角形パッチの集合にて表されるため、比較例の処理では、多数の三角形パッチと造形物の各層に対応する仮想的な平面との交線（アウトライン）を求める幾何演算を層毎に行う必要があり、アウトラインデータの作成に長時間を要してしまう。また、スライスピッチを小さくする（すなわち、図１１における複数の一点鎖線の間隔を狭くする）、あるいは、図１４に示すように３次元サーフェスモデル９３１における三角形パッチの大きさを小さくして（ただし、三角形パッチの数は増える。）、高精度な造形を行う場合には、演算量がさらに増加してしまう。さらに、図１５に示すように、スライス画像における分解能を高くする（すなわち、画素の大きさを小さくして画素数を増大する）場合には、アウトラインデータからスライス画像９３３への変換（ビットマップ化）に要する時間が増大する。より高精度な造形を実現するためのこれらの変更を組み合わせる場合には、スライス画像の生成に要する演算時間は飛躍的に増大してしまう。

これに対し、造形装置１のスライス画像生成部１１２では、基準平面８２の複数の分割領域８２１のそれぞれから３次元サーフェスモデル８１が示す曲面までの高さを求めることにより造形物画像８３が生成され、スライスピッチＳ_ｐの間隔で順次増大する閾値にて造形物画像８３を繰り返し２値化することにより、基準平面８２に平行な複数の面による３次元サーフェスモデル８１の断面を示す複数のスライス画像８４が生成される。

したがって、スライスピッチの狭小化（スライス画像の増加）や三角形パッチのサイズの微細化、スライス画像の高分解能化等により高精度な造形を実現する場合や、複数の３次元サーフェスモデルを同一基準平面上に配置する場合、あるいは、３次元サーフェスモデルの複雑化や大型化等を図る場合であっても、１つの造形物画像を三角形パッチを参照する演算にて生成した後、その画素数に依存した一定の処理時間の２値化処理を繰り返すことにより複数のスライス画像が生成される。２値化処理は、３次元サーフェスモデルからのアウトラインデータの作成や、アウトラインデータからスライス画像データへの変換に比べて簡素な処理となるため、スライス画像生成部１１２では、比較例の処理に比べて複数のスライス画像を容易に、かつ、短時間に（高速に）生成することができる。また、前回のスライス画像の生成時からスライスピッチを変更して複数のスライス画像を再度生成する場合であっても、生成済みの造形物画像（記憶部１１１にて記憶される。）を変更後のスライスピッチに対応する閾値にて２値化処理するのみで新たなスライス画像を容易に生成することができ、スライス画像の準備に要する時間を大幅に短縮することができる。

次に、スライス画像の生成処理の他の例について説明する。本処理例では、図６中に破線の矩形にて示すステップＳ１１４ａの処理が行われる。

通常、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）においてベクトルデータにて３次元サーフェスモデルの作成を行う際には、ベクトルデータが示す各座標に対して実数演算が行われることが多く、この場合、小数点以下にて誤差が発生し、隣接する三角形パッチにおいて本来ならば同位置となる頂点同士が僅かに離間する現象（３次元サーフェスモデルが閉じていない状態と捉えることができる。）が生じることがある。このように、頂点同士が離間した場合、図６のステップＳ１１４の処理において各分割領域８２１における高さを求める際に、当該分割領域８２１の中央と基準平面８２に垂直なｚ方向において重なる平面要素８１１が特定されず、高さが算出不能となることがある。

そこで、他の例に係るスライス画像の生成処理では、ステップＳ１１３の処理にて基準平面８２に複数の分割領域８２１を設定する際に、各分割領域８２１に負の値を初期の画素値として付与しておき、ステップＳ１１４の処理にて当該画素値が当該分割領域８２１に対して求められる高さに更新される。したがって、ステップＳ１１４の処理が完了した後に、負の画素値を有する分割領域８２１（画素）は、高さが算出不能な分割領域（以下、「欠損分割領域」という。）として容易に認識可能となる。

図１６は、欠損分割領域８２１ａを有する造形物画像８３ａを示す図である。図１６では、欠損分割領域８２１ａに付与される負の画素値を「ＸＸ」として示している。スライス画像生成部１１２では、欠損分割領域８２１ａの近傍の分割領域８２１における高さに基づいて、欠損分割領域８２１ａにおける高さが決定される（ステップＳ１１４ａ）。具体的には、欠損分割領域８２１ａの４近傍の分割領域８２１ｂ，８２１ｃ，８２１ｄ，８２１ｅの画素値の平均値（上下または左右の２つの分割領域８２１の画素値の平均値、あるいは、８近傍の分割領域８２１の画素値の平均値等であってもよい。）が求められ、欠損分割領域８２１ａの画素値がこの値に更新される。そして、欠損分割領域８２１ａの画素値が補間された造形物画像８３ａを複数の閾値にて順次２値化することにより、複数のスライス画像が生成される（図６：ステップＳ１１５〜Ｓ１２２）。

ここで、既述の比較例に係るスライス画像の生成処理では、隣接する三角形パッチにおいて本来ならば同位置となる頂点同士が僅かに離間する現象が生じている場合に、造形物の各層に対応する３次元サーフェスモデルのアウトラインにおいて閉じた状態とならないものが発生し、スライス画像を生成することができなくなる。したがって、比較例の手法では、３次元サーフェスモデルにおいて上記現象が生じているか否かを事前に確認し、必要に応じて３次元サーフェスモデルを修正する必要がある。

これに対し、スライス画像生成部１１２では、上記現象により造形物画像８３ａにおいて高さが算出不能な欠損分割領域８２１ａが存在する場合であっても、、欠損分割領域８２１ａの近傍の複数の分割領域８２１における高さを用いた演算により、欠損分割領域８２１ａにおける高さが決定される。これにより、比較例の手法のように３次元サーフェスモデルの事前確認を行うことなく、３次元サーフェスモデルの高さを示す造形物画像を精度よく、かつ、容易に生成することができ、造形物を適切に形成することができる。

欠損分割領域８２１ａにおける高さは、欠損分割領域８２１ａの近傍の２以上の分割領域８２１における高さに基づいて決定されるのであるならば、例えば、欠損分割領域８２１ａの近傍の複数の分割領域８２１の画素値に、欠損分割領域８２１ａとの相対的な位置関係に応じた重み係数を乗じた値の平均値として求められてもよい。

次に、スライス画像の生成処理のさらに他の例について説明する。図１７は、スライス画像を生成する処理の流れの一部を示す図であり、図６のスライス画像生成処理におけるステップＳ１１４にて行われる処理を示している。

本処理例では、基準平面８２に複数の分割領域８２１が設定されると（図６：ステップＳ１１３）、図８中に太線の実線にて境界を示すように、基準平面８２に複数の区域８２２が設定される（図１７：ステップＳ２１１）。各区域８２２は複数の分割領域８２１を含み、各分割領域８２１はいずれか１つの区域８２２に属するものとなっている。続いて、３次元サーフェスモデル８１の各平面要素８１１を基準平面８２上に垂直投影した場合に、各区域８２２内に少なくとも一部が含まれる平面要素８１１が、基準平面８２に垂直なｚ方向において当該区域８２２と重なる重複平面要素８１１として特定される（ステップＳ２１２）。

各区域８２２に対して重複平面要素８１１が特定されると、各分割領域８２１が属する区域８２２が特定され、当該区域８２２とｚ方向において重なる重複平面要素８１１から、当該分割領域８２１の中央とｚ方向において重なる１つの平面要素８１１が特定される（ステップＳ２１３）。そして、当該分割領域８２１の中央と同じｘｙ座標値を有する当該平面要素８１１上の点のｚ座標値から当該分割領域８２１における高さが求められ、画素値として当該分割領域８２１（画素）に付与される（ステップＳ２１４）。これにより、各分割領域８２１における高さを画素値として有する造形物画像８３が生成され、造形物画像８３を複数の閾値にて順次２値化することにより、複数のスライス画像が生成される（図６：ステップＳ１１５〜Ｓ１２２）。

以上のように、図１７のスライス画像生成処理では、基準平面８２に複数の区域８２２が設定され、各区域８２２とｚ方向において重なる重複平面要素８１１が特定される。そして、各分割領域８２１の中央とｚ方向において重なる平面要素８１１を特定する際に、当該分割領域８２１が属する区域８２２の重複平面要素８１１のみが探索対象とされ、探索対象から特定された平面要素８１１を用いて当該分割領域８２１における高さが求められる。これにより、全ての平面要素８１１を探索対象とする場合に比べて、各分割領域８２１とｚ方向において重なる平面要素８１１を迅速に特定することができ、３次元サーフェスモデル８１の高さを示す造形物画像８３を短時間にて生成することができる。なお、図１７のスライス画像生成処理は、欠損分割領域における高さを補正する上記処理例（図６のステップＳ１１４ａの処理を伴う例）に組み合わせられてもよい。

図６（および図１７）を参照して説明した処理例では、造形物画像８３を生成する際に、各分割領域８２１の中央とｚ方向において重なる平面要素８１１上の点のｚ座標値から高さが求められるが、各分割領域８２１の４個の頂点の位置に対して、上記と同様にしてｚ方向において重なる平面要素８１１上の点のｚ座標値が求められ、これらの平均値が当該分割領域８２１における高さとされてもよい。このように、各分割領域８２１における高さが、当該分割領域８２１の４個の頂点の位置における３次元サーフェスモデル８１が示す曲面までの高さの平均値とされることにより、当該分割領域８２１における高さを精度よく、すなわち、平面要素８１１の集合により表現される３次元サーフェスモデル８１を生成する際の目標とされる理想的な造形物の形状における高さにより近似した値として求めることができる。

図１８は本発明の第２の実施の形態に係る造形装置を示す図である。図１８の造形装置１ａは、所定の基板上にポジ型の感光性材料である感光性レジストを所定の膜厚だけ塗布し、乾燥させたもの（以下、単に「感光部材」と呼ぶ。）に向けて所望の造形物の形状に応じた光を照射する装置であり、露光された感光部材はその後の工程において現像されることにより、所望の造形物が製作される。

造形装置１ａでは、図１の造形装置１における供給部３、層形成部４およびカメラ５８が省略されるとともに、光照射部５ａの構成が図１の光照射部５と相違している。また、造形装置１ａでは、図１の造形装置１におけるスライス画像生成部１１２および記憶部１１１の機能が、制御部１１ａとは異なる構成要素である他のコンピュータ１２により実現される。ステージ２、ステージ移動機構６およびステージ昇降機構７は図１と同様である。

光照射部５ａは、図１の光照射部５と同様に、光源５１およびＤＭＤ５４を有し、光源５１からの光がＤＭＤ５４により空間変調され、感光部材９ａ上に照射される。具体的には、光源５１に接続された光ファイバ５１１から出射された光は、図示省略の光学系によりＤＭＤ５４へと導かれる。ＤＭＤ５４では、ＯＮ状態に対応する姿勢にある微小ミラーからの反射光のみにより形成される光が導出される。ＤＭＤ５４からの光はレンズ群５５を介してハーフミラー５６ａへと導かれ、反射された光が対物レンズ５７により感光部材９ａの表面へと導かれる。後述するように、造形装置１ａにおける造形動作では、感光部材９ａ上の光の照射領域が感光部材９ａに対してＹ方向に相対的に移動する。

図１８の造形装置１ａでは、ＤＭＤ５４が光照射部５ａ内で傾斜して設けられており、図１９の上段に示すように感光部材９ａ上の照射領域群５４２０の配列方向が相対移動方向（すなわち、図１９中のＹ方向）に対して傾斜している。なお、図１９の上段では照射領域群５４２０が４行５列で配列されるように示されているが、実際には行および列方向に対して多数の照射領域が配列されている。

照射領域群５４２０の相対移動方向に対する傾斜は、照射領域群５４２０の２つの配列方向のうち相対移動方向にほぼ沿う方向（すなわち、ＤＭＤ５４の列方向に対応する方向であり、以下、同様に「列方向」と呼ぶ。）と相対移動方向とのなす角が所定の角度θとなるように傾けられる。このとき、１つの列において両端に位置する照射領域（図１９の上段にて符号５４２１，５４２２を付す照射領域）の相対移動方向に垂直な方向（すなわち、Ｘ方向）の距離Ｌ１が、照射領域群５４２０の列方向に垂直な行方向のピッチＰ１よりも小さくされる。

図１８の光照射部５ａは、対物レンズ５７と感光部材９ａの表面との間の距離を検出するオートフォーカス用の検出ユニット（以下、「ＡＦ検出ユニット」という。）５９を有する。ＡＦ検出ユニット５９は、レーザ光を出射する半導体レーザ５９１、および、感光部材９ａからの反射光を受光する受光部５９２を有し、半導体レーザ５９１から出射されたレーザ光はミラー５６ｂにて反射され、ハーフミラー５６ａおよび対物レンズ５７を介して感光部材９ａの表面へと照射される。感光部材９ａからのレーザ光の反射光は、対物レンズ５７、ハーフミラー５６ａおよびミラー５６ｂを介してＡＦ検出ユニット５９へと導かれ、受光部５９２が反射光を受光する位置により対物レンズ５７と感光部材９ａの表面との間の距離が検出される。

図２０は、造形装置１ａが造形物を形成する動作の流れを示す図である。なお、説明の便宜上、以下、４行ｍ列に配列される微小ミラーのみを用いて露光が行われるものとして説明を行う。また、既述のように、照射領域群５４２０が感光部材９ａに対して移動するため、以下の説明における露光領域は、感光部材９ａ上に固定された領域となっている。

まず、造形装置１ａのスライス画像生成部１１２では、図４のステップＳ１１と同様にして複数のスライス画像が生成され、制御部１１ａに入力される（ステップＳ３１）。制御部１１ａでは、感光部材９ａ上の一の露光領域に照射される光の量（累積量）と、光が照射された露光領域の感光性レジストが現像により除去される深さ（以下、「加工深さ」という。）との関係を示す変換テーブルが予め作成されて記憶されており、複数のスライス画像および変換テーブルに基づいて各露光領域に必要な光の照射量（以下の説明において、「光の照射量」を「露光量」と呼ぶ。）が求められる（ステップＳ３２）。

ここで、スライス画像における複数の分割領域（画素）は感光部材９ａ上に設定される複数の露光領域にそれぞれ対応しており、ポジ型の感光性レジストが用いられる造形装置１ａでは、光が照射された部位が現像工程にて除去されるため、図１０．Ａないし図１０．Ｃに示すスライス画像８４において平行斜線を付していない画素が光を照射すべき露光領域を示すものとなっている（すなわち、光の照射を指示する画素値を有する。）。制御部１１ａでは、各露光領域において、全てのスライス画像の対応する画素のうち光の照射を指示する画素値を有する画素の個数をカウントすることにより、当該露光領域における加工深さが決定され、変換テーブルに基づいて当該露光領域の加工深さに対応する露光量が求められる。なお、変換テーブルでは、加工深さが大きくなるに従って露光量が増大する。

また、制御部１１ａには、スライス画像と共に造形物において最も形状精度が要求される高さ（例えば、基板からの高さであり、以下、「基準高さ」という。）を示す情報が入力され、造形装置１ａでは、ＯＮ状態の各微小ミラーからの光束が感光部材９ａ内において集束する位置（いわゆる、合焦位置であり、以下、「集束位置」という。）が、感光部材９ａの基準高さに一致するようにステージ昇降機構７が制御され、対物レンズ５７と感光部材９ａとの間の距離が調整される（ステップＳ３３）。このとき、ＡＦ検出ユニット５９により対物レンズ５７と感光部材９ａの表面との間の距離が検出されることにより、対物レンズ５７と感光部材９ａとの間の距離が正確に調整される。

ステージ２の昇降動作が完了すると、制御部１１ａの制御によりステージ２が（＋Ｙ）方向に移動を開始し、照射領域群５４２０が感光部材９ａに対して（−Ｙ）方向に相対的にかつ連続的に移動する（ステップＳ３４）。そして、光源５１から光の出射が開始されるとともに、照射領域群５４２０の相対移動に同期してＤＭＤ５４が制御され、露光動作が行われる（ステップＳ３５）。

図２１は照射領域群５４２０の相対移動に同期してＤＭＤ５４が制御される様子を説明するための図である。図２１では符号Ｉ，II，III，IV，Ｖを付して移動途上の各段階における１列の照射領域群５４２０を示しており、ＯＮ状態とされる照射領域を実線で示し、ＯＦＦ状態とされる照射領域を破線にて示している。また、図２１では（＋Ｙ）側に位置する照射領域から順に符号５４２ａ，５４２ｂ，５４２ｃ，５４２ｄを付すとともに感光部材９ａ上の露光領域群９４０を二点鎖線にて示している。図２１の最も右側には各露光領域における露光量を示している。

制御部１１ａから１回目のセルデータが各微小ミラーのメモリセルに書き込まれ、照射領域群５４２０が感光部材９ａ上の所定の露光開始位置へと到達すると、制御部１１ａより最初のリセットパルスが送信される。これにより、ＤＭＤ５４の各微小ミラーがメモリセルのデータに従った姿勢とされ、対応する照射領域への光の照射のＯＮ／ＯＦＦが行われる。例えば、図２１の最も左側（符号Ｉを付す段階）に示すように、照射領域５４２ｄのみがＯＮ状態とされ、他の照射領域５４２ａ〜５４２ｃはＯＦＦ状態とされる。

リセットパルスの送信後、すぐに２回目のセルデータが各微小ミラーのメモリセルに書き込まれる。リセットパルスのＤＭＤ５４への送信は、ステージ移動機構６がステージ２を移動させる動作に同期して行われる。すなわち、１回目のリセットパルスから照射領域群５４２０が露光領域群９４０の相対移動方向に関するピッチＰ２の距離だけ移動した時点で２回目のリセットパルスがＤＭＤ５４へと送信され、図２１の左から２番目（符号IIを付す段階）に示すように、照射領域５４２ｃ，５４２ｄがＯＮ状態とされ、他の照射領域５４２ａ，５４２ｂはＯＦＦ状態とされる。

続いて、３回目のリセットパルスの送信では、図２１の左から３番目（符号IIIを付す段階）に示すように照射領域５４２ｂ〜５４２ｄがＯＮ状態とされ、図２１の左から４番目（符号IVを付す段階）に示すように４回目のリセットパルスの送信では、全ての照射領域５４２ａ〜５４２ｄがＯＮ状態とされる。そして、５回目のリセットパルスの送信では、図２１の左から５番目（符号Ｖを付す段階）に示すように全ての照射領域５４２ａ〜５４２ｄがＯＦＦ状態とされる。これにより、一の露光領域に対して複数の照射領域による光の照射が重ねて行われ（すなわち、多重露光が行われ）、図２１の最も右側に示すように５階調の露光が可能となる。なお、照射領域群５４２０は相対移動しているため、図２１の最も右側に示す光量は正確には緩やかに変化する。

このとき、照射領域群５４２０の列方向が相対移動方向に平行な方向に配列され、かつ、ＤＭＤ５４の各微小ミラー間に構造上の微小な間隙が存在する場合には、各照射領域の列間に光が照射されない領域が存在することとなる。これに対し、造形装置１ａでは、図１９の上段に示すように照射領域群５４２０が傾いた状態で連続的に相対移動することから、図１９の下段に示すように累積光量はＸ方向に関してほぼ一定に分布することとなる。したがって、Ｘ方向に関して隣接する露光領域間においても、光を適切に照射することが実現される。

照射領域群５４２０が（−Ｙ）側の最後の露光領域を通過すると光源５１からの光の出射が停止され（ステップＳ３６）、ステージ２の移動が停止される（ステップＳ３７）。なお、露光領域群のＸ方向の幅が大きい場合には照射領域群５４２０をＸ方向にステップ移動（すなわち、副走査）して露光動作が繰り返され、その後、ステップＳ３６，Ｓ３７が実行される。以上の動作により露光された感光部材９ａは、造形装置１ａ外の他の装置において現像され、各露光領域への累積光量に応じた深さの感光性レジストが除去される。これにより、３次元サーフェスモデルが示す造形物が完成する。

以上のように、第２の実施の形態に係る造形装置１ａでは、それぞれが変調の単位に対応する照射領域群５４２０の感光部材９ａに対する相対移動に同期して、感光部材９ａ上の各露光領域を通過する複数の照射領域への光の照射のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、この露光領域に照射される光の累積量が多階調に制御される。すなわち、１つの露光領域に対する複数の照射領域による重ね合わせの露光により、多階調の露光が実現される。その結果、図１の造形装置１のように感光性材料を積層することなく、造形物を短時間に形成することができる。

さらに、造形装置１ａでは、照射領域群５４２０の列の両端に位置する照射領域の相対移動方向に垂直な方向の距離が照射領域群５４２０の行方向のピッチよりも小さくなるようにＤＭＤ５４が傾斜して設けられるため、ＤＭＤ５４を傾斜しない場合と同様にＤＭＤ５４を容易に制御でき、かつ、造形物の形状に微小ミラー間の間隙の影響が生じることを抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

２値化処理部１１２２では、所定のスライスピッチの間隔で順次増大する閾値にて２値化処理を繰り返すことにより複数のスライス画像が生成されるが、図６のステップＳ１１９〜Ｓ１２２において、スライスピッチの間隔で順次減少する閾値が求められ、複数のスライス画像が生成されてもよい。

複数のスライス画像に従って造形を行う造形部としての機能は、図１の造形装置１では、制御部１１、ステージ２、供給部３、層形成部４、光照射部５、ステージ移動機構６およびステージ昇降機構７により実現され、図１８の造形装置１ａでは、制御部１１ａ、ステージ２、光照射部５ａ、ステージ移動機構６およびステージ昇降機構７により実現されるが、造形部は様々な構成にて実現することが可能である。例えば、液状の感光性材料が貯溜された処理槽内にステージが設けられ、ステージを順次下降しつつ処理槽の上方に設けられる光照射部からステージ上の感光性材料に造形用の光を照射することにより造形物を形成する造形部が設けられてもよい。

図１の造形装置１において、図１８の造形装置１ａと同様に、各照射領域５４２に照射される光の累積量が多階調に制御されてもよい。具体的には、制御部１１からＤＭＤ５４へと一定時間の間にリセットパルスを所定回数送信し、各微小ミラー５４１のＯＮ状態の回数（各微小ミラー５４１のＯＮ状態の累積時間に相当する。）を正確に制御することにより、各照射領域５４２に照射される光の累積量が多階調に制御される。また、単位時間を１：２：４：８：１６の時間枠に分割して各時間枠の最初に１回だけリセットパルスを送信することにより、階調制御（上記例の場合、３２階調となる。）が行われてもよい。さらに、各露光領域に対して複数の照射領域による重ね合わせの露光を行う造形装置１ａにおいて、各照射領域が通過する際に当該露光領域に照射される光の量が多階調に変更されてもよい。

光照射部５（および光照射部５ａ）の構成は、材料層（感光部材９ａ）上に微小な光スポットを形成することができるのであるならば適宜変更されてよい。例えば、液晶シャッタ等により空間変調された光ビームが生成されてもよく、分割されたレーザビームを個別に変調してマルチビーム（１次元の空間変調された光ビーム）を生成し、ポリゴンミラーやガルバノミラーにより走査されてもよい。また、光源として複数の発光ダイオード等を２次元配列し、発光ダイオード群に対応する光照射領域群の配列方向が相対移動方向に対して傾斜された状態で、各発光ダイオードのＯＮ／ＯＦＦを照射領域の相対移動に同期して制御することにより多重露光が行われてもよい。

上記実施の形態では、図７の３次元サーフェスモデル８１に基づいて凸状（半球状）の面を有する造形物が形成されるが、例えば、造形装置１，１ａが、マイクロレンズや拡散板等の光学素子の製造に用いられる成形型の形成を行う場合には、基準平面に沿う凹状の曲面を表現する３次元サーフェスモデルが準備され、凹状の面を有する造形物が形成される。また、造形装置１，１ａにおける形成対象は、Ｚ方向に沿う断面形状がＶ字状となる溝が配列されたもの等であってもよく、このような造形物を示す３次元サーフェスモデルも、基準平面に沿う曲面（平面を含む。）を表現していると捉えることができる。以上のように、造形装置１，１ａは、様々な凹凸を有する面の造形に用いることができる。また、スライス画像生成部１１２により生成される複数のスライス画像は、造形物の形成以外の用途に用いられてもよい。

第１の実施の形態に係る造形装置の構成を示す図である。 ＤＭＤを示す図である。 ベース基板上の照射領域を示す図である。 造形物を形成する動作の流れを示す図である。 ベース基板上への材料層の形成を示す図である。 ベース基板上への材料層の形成を示す図である。 ベース基板上への材料層の形成を示す図である。 ベース基板上への材料層の形成を示す図である。 スライス画像を生成する処理の流れを示す図である。 ３次元サーフェスモデルを示す図である。 基準平面の分割領域を示す図である。 造形物画像を示す図である。 スライス画像を示す図である。 スライス画像を示す図である。 スライス画像を示す図である。 ３次元サーフェスモデルを示す図である。 ３次元サーフェスモデルのアウトラインを示す図である。 スライス画像を示す図である。 ３次元サーフェスモデルを示す図である。 スライス画像を示す図である。 造形物画像を示す図である。 スライス画像を生成する処理の流れの一部を示す図である。 第２の実施の形態に係る造形装置の構成を示す図である。 感光部材上の照射領域群を示す図である。 造形物を形成する動作の流れを示す図である。 ＤＭＤの制御を説明するための図である。

符号の説明

１，１ａ 造形装置
２ ステージ
３ 供給部
４ 層形成部
５，５ａ 光照射部
６ ステージ移動機構
７ ステージ昇降機構
１１，１１ａ 制御部
８１ ３次元サーフェスモデル
８２ 基準平面
８３，８３ａ 造形物画像
８４ スライス画像
１１２ スライス画像生成部
８１１ 平面要素
８２１，８２１ｂ，８２１ｃ，８２１ｄ，８２１ｅ 分割領域
８２１ａ 欠損分割領域
８２２ 区域
９４０ 露光領域群
Ｓ１１４，Ｓ１１４ａ，Ｓ１１８〜Ｓ１２２，Ｓ２１２〜Ｓ２１４ ステップ

Claims (7)

1. 基準平面に沿う曲面を表現する３次元サーフェスモデルから、前記基準平面に平行な複数の面による前記３次元サーフェスモデルの断面を示す複数のスライス画像を生成するスライス画像生成方法であって、
   ａ）前記基準平面を互いに垂直な２方向にそれぞれ第１および第２ピッチにて分割することにより設定された複数の分割領域のそれぞれから前記曲面までの高さを求め、各分割領域を画素とみなして前記各分割領域における前記高さを画素値として有する画像を生成する工程と、
   ｂ）所定の間隔で順次増大または減少する閾値にて前記画像を繰り返し２値化することにより、複数のスライス画像を生成する工程と、
   を備えることを特徴とするスライス画像生成方法。
2. 請求項１に記載のスライス画像生成方法であって、
   前記３次元サーフェスモデルが複数の平面要素の集合により構成されていることを特徴とするスライス画像生成方法。
3. 請求項２に記載のスライス画像生成方法であって、
   前記ａ）工程が、
   ａ１）前記基準平面に設定された複数の区域のそれぞれと前記基準平面に垂直な方向において重なる平面要素を特定する工程と、
   ａ２）前記各分割領域が属する区域と前記基準平面に垂直な方向において重なる平面要素から、前記各分割領域と前記基準平面に垂直な方向において重なる平面要素を特定する工程と、
   ａ３）前記ａ２）工程にて特定された平面要素を用いて前記各分割領域における前記高さを求める工程と、
   を備えることを特徴とするスライス画像生成方法。
4. 請求項２または３に記載のスライス画像生成方法であって、
   前記ａ）工程において、前記各分割領域における前記高さが、前記各分割領域の４個の頂点の位置における前記曲面までの高さの平均値であることを特徴とするスライス画像生成方法。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載のスライス画像生成方法であって、
   前記ａ）工程において、前記高さが算出不能な分割領域が存在する場合に、前記分割領域の近傍の２以上の分割領域における前記高さに基づいて、前記分割領域における前記高さが決定されることを特徴とするスライス画像生成方法。
6. 凹凸を有する面の造形を行う造形装置であって、
   基準平面に沿う曲面を表現する３次元サーフェスモデルから、前記基準平面に平行な複数の面による前記３次元サーフェスモデルの断面を示す複数のスライス画像を生成するスライス画像生成部と、
   前記複数のスライス画像に従って造形を行う造形部と、
   を備え、
   前記スライス画像生成部が、
   ａ）前記基準平面を互いに垂直な２方向にそれぞれ第１および第２ピッチにて分割することにより設定された複数の分割領域のそれぞれから前記曲面までの高さを求め、各分割領域を画素とみなして前記各分割領域における前記高さを画素値として有する画像を生成する工程と、
   ｂ）所定の間隔で順次増大または減少する閾値にて前記画像を繰り返し２値化することにより、複数のスライス画像を生成する工程と、
   を実行することを特徴とする造形装置。
7. 請求項６に記載の造形装置であって、
   感光性材料上に前記複数の分割領域にそれぞれ対応する複数の露光領域が設定されており、
   前記造形部において各露光領域に照射される光の累積量が多階調に制御されることを特徴とする造形装置。

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