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技術 高解像度DLPプロジェクタ装置、及びその利用方法

出願人 ストラタシスリミテッド
発明者 ミラーゲルション
出願日 2014年3月13日 (5年11ヶ月経過) 出願番号 2015-562557
公開日 2016年5月16日 (3年9ヶ月経過) 公開番号 2016-513818
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード プログラマブル論理制御装置 ユーザーインターフェースユニット 当初位置 解像度サイズ 表示光線 制御コマ オフフォーカス 集光光線
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図面 (9)

課題・解決手段

複数の単色光源(111〜113)を含む、単色の表示を投射するためのDLPプロジェクタ装置(10)である。DLPプロジェクタ(10)はDMDチップ(100)の各マイクロミラーから、互いにずらされた複数の照射位置を含む画像を照射するように構成される。DLPプロジェクタ装置(10)は、オブジェクト制作ファイル内の照射スキームに従って複数の光源(111〜113)から画像への照射を制御するように構成される制御ユニットを含む。DLPプロジェクタ装置(10)は、DLPプロジェクタ装置(10)の結像光線に対して垂直な平面上を移動されるように構成される結像台(240)も備えている。台の移動はDLPプロジェクタ装置(10)の結像スキーム連携され同期される。結像スキームと台の移動とは、オブジェクト制作ファイル内の照射スキームに従って制御される。

概要

背景

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。

概要

複数の単色光源(111〜113)を含む、単色の表示を投射するためのDLPプロジェクタ装置(10)である。DLPプロジェクタ(10)はDMDチップ(100)の各マイクロミラーから、互いにずらされた複数の照射位置を含む画像を照射するように構成される。DLPプロジェクタ装置(10)は、オブジェクト制作ファイル内の照射スキームに従って複数の光源(111〜113)から画像への照射を制御するように構成される制御ユニットを含む。DLPプロジェクタ装置(10)は、DLPプロジェクタ装置(10)の結像光線に対して垂直な平面上を移動されるように構成される結像台(240)も備えている。台の移動はDLPプロジェクタ装置(10)の結像スキーム連携され同期される。結像スキームと台の移動とは、オブジェクト制作ファイル内の照射スキームに従って制御される。

目的

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

効果

実績

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請求項1

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以上の光源からの放射された前記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、装置。

請求項2

請求項1に記載のDLPプロジェクタ装置であって、前記放射された3以上の光源の前記単色の表示は、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、デフォーカスされる、装置。

請求項3

請求項2に記載のDLPプロジェクタ装置であって、前記3以上の光源からの前記画像は、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、装置。

請求項4

請求項1に記載のDLPプロジェクタ装置であって、前記3以上の光源と前記1以上の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構成される、装置。

請求項5

請求項3に記載のDLPプロジェクタ装置であって、前記デフォーカスされた結像面の前記画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制御ユニットによって制御される、装置。

請求項6

請求項4に記載のDLPプロジェクタ装置であって、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は、前記放射によって硬化可能である、装置。

請求項7

第1の解像度を有するDLPプロジェクタを用いて第2の解像度の画像を結像する方法であって、前記第2の解像度が前記第1の解像度よりも高く、前記方法は、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させ投射するための1以上の投射レンズと、前記単色の表示を屈折させ投射するために、前記3以上の光源からの放射された前記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、を含み、前記放射された3以上の光源の前記単色の表示は、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、デフォーカスされる、前記DLPプロジェクタ装置を提供することと、前記放射によって硬化可能である照射硬化型流動性ビルド材料の層を前記結像面に提供することと、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層に、前記3以上の光源からの前記光線による単色の表示を放射すること、を含む、方法。

請求項8

請求項6に記載の方法であって、前記単色の表示は、前記デフォーカスされた3以上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、方法。

請求項9

請求項6に記載の方法であって、照射硬化型流動性ビルド材料の層を提供するステップと、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単色の表示を放射するステップとを繰り返すことを更に含む、方法。

請求項10

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、前記光源からの放射された前記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、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画像ベース台の移動は、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。

請求項11

請求項10に記載のDLPプロジェクタ装置であって、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は、前記放射によって硬化可能である、装置。

請求項12

請求項11に記載のDLPプロジェクタ装置であって、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層は、2以上の段階、第1段階における第1の放射スキーム、及び第2段階における第2の放射スキームによって放射される、装置。

請求項13

請求項12に記載のDLPプロジェクタ装置であって、前記第2の放射スキームは、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、装置。

請求項14

請求項12に記載のDLPプロジェクタ装置であって、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、装置。

請求項15

第1の解像度を有するDLPプロジェクタを用いて第2の解像度の画像を結像する方法であって、前記第2の解像度が前記第1の解像度よりも高く、前記方法は、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、前記光源からの放射された前記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、前記DLPプロジェクタ装置を提供することと、前記結像台において、前記放射によって硬化可能である照射硬化型流動性ビルド材料の層を提供することと、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層に、前記3以上の光源から前記光線によって第1のスキームの単色の表示を放射することと、前記結像台を、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3以上の光源の画像の直径の半分に略等しいずれ度でずらすことと、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層に、前記3以上の光源から前記光線によって第2のスキームの単色の表示を放射することと、を含む、方法。

請求項16

請求項15に記載の方法であって、3Dオブジェクトの制作ファイル内のデータに従って、照射硬化型流動性ビルド材料の層を提供するステップと、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層に第1のスキームの単色の表示を放射するステップと、前記結像台を第1及び第2の垂直軸に沿ってずらすことと、前記照射硬化型流動性ビルド材料の層に第2のスキームの単色の表示を放射するステップと、を繰り返すことを更に含む、方法。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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。

発明が解決しようとする課題

0003

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。

課題を解決するための手段

0004

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。

0005

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。

0006

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。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

0012

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。

0013

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。

図面の簡単な説明

0014

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。

0015

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。

実施例

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

適切な市販のDMDの例としては、Texas Instruments inc.(米国テキサスプレイノ)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。

0021

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。

0022

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PhlatLightLED又はLuminus CBT120 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改造が必要になり得る。

0023

一の実施形態において、用いられる光源は、波長250nm〜450nmのL375POMLD30mw 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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

DLPプロジェクタ330は、例えば、サイズLX×LY(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AX×AYの配列サイズで表現される結像解像度IRES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LX、LYがインチで表現される場合、プロジェクタのDPI数DLPDPIはLX/AX又はLY/AY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IRESは、互いに25.4/DLPDPI[mm]だけ離間したAX×AY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。

0037

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。

0038

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XINIT及びYINIT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IRESと等しい。

0039

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IRES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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

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