JP5729293B2 - 立体画像形成方法及び立体画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体画像形成方法及び立体画像形成装置に関し、特に、熱膨張性シートを選択的に膨張させて立体画像を形成する立体画像形成方法及び立体画像形成装置に関する。

従来、基材シートの一面側に、加熱により膨張する発泡性のマイクロカプセルを含有する熱膨張層（又は発泡層）が形成された熱膨張性シート（又は熱発泡性シート）が知られている。この熱膨張シートに、光吸収性の高い画像パターンを印刷した後、赤外線を含む光を照射することにより、当該画像パターンに対応する領域の熱膨張層を選択的に加熱して膨張させ、基材シートの一面側に上記画像パターンに対応した立体画像を形成することができる。

このような立体画像形成技術については、例えば特許文献１に、熱膨張性シートの熱膨張層側の表面、又は、基材シート側の裏面に、光吸収性の高い黒色のトナーやインクで印刷画像を形成した後、ハロゲンランプ等により光を照射して当該印刷画像に光を吸収させて発熱させ、印刷画像に対応する領域の熱膨張層のマイクロカプセルを加熱して膨張（又は発泡）させることにより、立体画像を形成する手法が記載されている。

また、例えば特許文献２には、熱膨張性シートの熱膨張層側の表面にカラー画像等を形成し、基材シート側の裏面に、表面のカラー画像の絵柄等に対応して濃淡画像からなる光吸収パターンを形成した後、熱膨張性シートの裏面側から光を照射することにより、光吸収パターンの濃淡に応じた熱を発生させて熱膨張層の膨張量を制御して、立体画像の隆起高さを調整する手法が記載されている。

特開昭６４−２８６６０号公報 特開２００１−１５０８１２号公報

上述した特許文献２に記載された手法によれば、熱膨張性シートの熱膨張層側の表面に形成されたカラー画像等の絵柄に応じて、任意の箇所を任意の隆起高さ（発泡高さ）に制御した立体画像を形成することができる。

しかしながら、このような立体画像の形成方法について本願発明者が検証した結果、立体画像の隆起高さは、熱膨張性シートの基材シート側の裏面に形成された光吸収パターンの濃淡に加え、熱膨張性シートの熱膨張層側の表面に形成されたカラー画像等の濃淡にも影響を受けることが判明した。そのため、熱膨張性シートの表面側のカラー画像の絵柄等に対応させて、裏面側に形成する光吸収パターンの濃度を設定して光照射を行うと、カラー画像等の濃淡によっては、所望の隆起高さを超過してしまい、良好な立体画像を形成することができない場合があるという問題を有していた。なお、従来技術における問題点については、後述する発明を実施するための形態においても詳しく説明する。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、熱膨張性シートに光を照射して立体画像を形成する際に、熱膨張性シートの表面側に形成された印刷画像の濃淡の影響を加味して、所望の隆起高さを実現することができる立体画像形成方法及び立体画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る立体画像形成方法は、
基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成する処理と、
前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する処理と、
前記熱膨張性シートの前記他面側から、赤外線波長を含む光を照射して、少なくとも、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する処理と、
を有し、
前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に基づいて、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定されていることを特徴とする。

本発明に係る立体画像形成装置は、
基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成し、前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する印刷機能部と、
前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に基づいて、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定する画像処理部と、
赤外線波長を含む光を照射する光源部と、
を有し、
前記光源部によって、前記熱膨張性シートの前記他面側から、前記赤外線波長を含む光を照射して、少なくとも、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、熱膨張性シートに光を照射して立体画像を形成する際に、熱膨張性シートの表面に形成された印刷画像の濃淡の影響を加味して、所望の隆起高さを実現することができる。

本発明に係る立体画像形成方法の一例を示すフローチャートである。 比較例に係る立体画像形成方法を説明するための概略平面図である。 比較例に係る立体画像形成方法を説明するための概略断面図である。 比較例に係る立体画像形成方法の分析手法を示す図である。 本実施形態に係る立体画像形成方法におけるデータ処理方法の概念（比較例の分析結果）を示す図である。 本実施形態に係る立体画像形成方法における具体例を示す概略平面図である。 本実施形態に係る立体画像形成方法における具体例を示す概略断面図である。 本発明に係る立体画像形成装置に適用される印刷装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に適用される印刷装置における印刷機構部の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に適用される印刷装置の一例を示す機能ブロック図である。

以下、本発明に係る立体画像形成方法及び立体画像形成装置について、実施形態を示して詳しく説明する。
（立体画像形成方法）
まず、本発明に係る立体画像形成方法について説明する。
図１は、本発明に係る立体画像形成方法の一例を示すフローチャートである。

本実施形態に係る立体画像形成方法は、図１に示すように、概略、画像データ生成処理（Ｓ１０１）と、表面画像形成処理（Ｓ１０２）と、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）と、光照射・加熱処理（Ｓ１０４）と、を有している。

画像データ生成処理（Ｓ１０１）においては、まず、立体画像の対象となる任意の彩色画像の画像データ（以下、「表面画像データ」と記す）と、当該彩色画像の立体画像を形成するための熱膨張性シートを準備する。ここで、熱膨張性シートは、上述したように、基材シートの一面側に発泡性のマイクロカプセルを含有する熱膨張層（発泡層）が形成されているものとする。また、彩色画像は、カラー画像であってもよいし、モノクロ画像やモノトーン画像であってもよい。

次いで、上記表面画像データに基づいて、彩色画像の絵柄等の特定の領域や画素に設定されている黒色成分の濃度データを抽出する。また、熱膨張性シートを加熱して立体画像を形成した際に当該特定の領域等に予定されている熱膨張層の隆起高さ（発泡高さ）データを抽出する。そして、これらの濃度データ及び隆起高さデータに基づいて、後述するデータ処理方法により、上記彩色画像の反転画像となる鏡像について、上記特定の領域等に対応する特定部分の黒色成分の濃度を設定した画像データ（以下、「裏面画像データ」と記す）を生成する。なお、本願明細書において、黒色成分とは、彩色としての黒色に限るものではなく、赤外線波長を含む光を吸収することにより熱エネルギーを発生する光熱変換特性を有する材料を意味するものとする。このような光熱変換特性を有する材料としては、例えばカーボンブラックが適用される。

画像データ生成処理（Ｓ１０１）において、鏡像の特定部分の黒色成分の濃度を設定するデータ処理方法は、概念的には次のように実行される。すなわち、後述する光照射・加熱処理を施した際に、熱膨張性シートの熱膨張層の隆起高さは、当該熱膨張性シートの基材シート側の裏面に形成される鏡像の黒色成分の濃度に依存する。これに加えて、熱膨張層の隆起高さは、当該熱膨張性シートの熱膨張層側の表面に形成される彩色画像に含まれる黒色成分の濃度にも影響を受ける。そこで、本実施形態においては、このような熱膨張性シートの表面側（熱膨張層側）の彩色画像に含まれる黒色成分による熱膨張層の隆起高さへの影響を見越して（加味して）、本来の予定されている隆起高さを実現することができるように、熱膨張性シートの裏面側（基材シート側）に形成される鏡像の黒色成分の濃度を調整する。なお、このデータ処理方法については、後述する作用効果の検証において詳しく説明する。

次いで、表面画像形成処理（Ｓ１０２）においては、熱膨張性シートの表面側に、上記の準備した表面画像データを用いて任意の彩色画像を形成（印刷）する。ここで、熱膨張性シートの表面側への彩色画像の形成には、後述する立体画像形成装置において示すインクジェット方式や、レーザー方式、熱転写方式等の種々の方式の印刷装置を適用することができる。

次いで、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）は、熱膨張性シートの裏面側に、上記のデータ処理方法により生成された裏面画像データを用いて、表面側に形成された彩色画像の形成位置に対応させて、所定の濃度に設定された黒色からなる鏡像を形成（印刷）する。ここで、熱膨張性シートの裏面側への鏡像の形成においても、後述する立体画像形成装置において示すインクジェット方式や、レーザー方式、熱転写方式等の種々の方式の印刷装置を適用することができる。

次いで、光照射・加熱処理（Ｓ１０４）においては、上述したように、表面側に彩色画像が形成され、裏面側にその鏡像が形成された熱膨張性シートに対して、当該熱膨張性シートの裏面側からハロゲンランプや赤外線ランプ等の光源により、赤外線波長を含む光を均一に照射する。これにより、熱膨張性シートの表面側に形成された彩色画像に含まれる黒色成分の濃度に基づいて、黒色成分の濃度が調整されて裏面側に形成された鏡像において、照射された光を吸収して熱エネルギーが発生し、当該鏡像に対応する領域の熱膨張層が加熱される。また、このとき、鏡像に対応する領域の彩色画像においても、含有する黒色成分の濃度に応じて熱エネルギーが発生し、当該彩色画像に対応する領域の熱膨張層がさらに加熱される。

このように、熱膨張性シートの裏面側の鏡像、及び、表面側の彩色画像において発生した熱エネルギーにより、対応する領域における熱膨張層のマイクロカプセルが膨張（発泡）することにより、熱膨張層が予定された（すなわち、予め設定された所定の）高さに隆起して所望の立体画像が形成される。

次に、上述した立体画像形成方法におけるデータ処理方法及びその作用効果について、比較例を示して具体的に検証する。ここでは、発明の主旨を簡明にするために、表面側に所望の彩色画像が形成された熱膨張性シートにおいて、当該表面側の熱膨張層を均一かつ所望の隆起高さに膨張させて立体画像を形成する場合について説明する。

まず、比較例となる立体画像形成方法を示して、その問題点を検証した後、本実施形態に係る立体画像形成方法の特徴と作用効果について説明する。
図２は、比較例に係る立体画像形成方法を説明するための概略平面図であり、図３は、比較例に係る立体画像形成方法を説明するための概略断面図である。

本発明の比較例となる立体画像形成方法においては、例えば図２に示すように、熱膨張性シートの表面側に印刷された犬の画像と、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の文字画像を、均一な高さに隆起させた立体画像を形成するものとする。この場合、まず、図２（ａ）に示すように、熱膨張性シートの表面側に犬と文字の画像を任意の彩色で形成（印刷）する。次いで、図２（ｂ）に示すように、表面側の犬及び文字の画像の反転画像となる鏡像を生成し、熱膨張性シートの裏面側に、これらの鏡像を同一の濃度に設定された黒色成分を含むインクやトナーにより形成（印刷）する。次いで、熱膨張性シートの裏面側から所定の光量の光を均一に照射することにより、鏡像の黒色成分の濃度に応じて熱エネルギーが発生し、図２（ｃ）に示すように、当該鏡像に対応する領域の熱膨張層が加熱されて膨張する。

ここで、熱膨張性シートに光を照射して熱膨張層を選択的に加熱することにより膨張した熱膨張層の隆起高さが、熱膨張性シートの裏面側の鏡像の黒色成分の濃度のみに依存する場合には、図２（ｂ）に示したように、鏡像の黒色成分が同一の濃度に設定されていれば隆起高さが均一なることが予想される。しかしながら、鏡像の黒色成分を同一の濃度に設定した場合であっても、図２（ｄ）に示すように、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の隆起高さが均一にならず、本来予定していた隆起高さＨよりも超過する場合がある。

この隆起高さのバラツキについて、本願発明者が検証したところ、熱膨張性シートの表面側の隆起高さは、裏面側の鏡像の黒色成分の濃度のみに依存するのではなく、表面側の彩色画像に含まれる黒色成分の濃度にも依存し、これに起因して、隆起高さにバラツキが生じることが判明した。

より具体的に説明すると、図３（ａ）に示すように、基材シート３１の一面側（図面上面側）に熱膨張層３２が塗布形成された熱膨張性シート３０において、図２（ａ）に示した場合と同様に、熱膨張層３２側の表面に任意の彩色画像３３を形成する。ここで、彩色画像３３は、単色で同一の濃度に設定されている場合（図面左方側の彩色画像３３参照）に限らず、表面画像データに基づいて、絵柄等に応じて任意の濃度の領域３３ａ〜３３ｃが設定されているもの（図面右方側の彩色画像３３参照）の場合もある。

一方、熱膨張性シート３０の基材シート３１側の裏面には、図３（ｂ）に示すように、表面側の彩色画像３３に対応させて、その鏡像３４を形成する。ここで、鏡像３４は、熱膨張性シート３０の表面に予定されている隆起高さのみに基づいて、その濃度が設定されている。すなわち、彩色画像３３の濃度に関わらず、図２（ｂ）に示した場合と同様に、単一の濃度で鏡像３４が形成される。

そして、このような熱膨張性シート３０に対して、図３（ｃ）に示すように、鏡像３４が形成された裏面側から赤外線波長を含む所定の光量の光ＬＴを均一に照射して、鏡像３４において熱エネルギーを発生させることにより、当該鏡像３４に対応する領域の熱膨張層３２を膨張（発泡）させる。このとき、彩色画像３３が形成された領域の熱膨張層３２には、熱膨張性シート３０の裏面側の鏡像３４において発生する熱エネルギーに加え、表面側の彩色画像３３において光ＬＴの照射に起因して発生する熱エネルギーも伝わる。ここで、彩色画像３３から伝わる熱エネルギーは、絵柄等に対応する各領域３３ａ〜３３ｃに含まれる黒色成分（すなわち、カーボンブラック等の光熱変換特性の高い材料）の濃度に応じて発生量が異なるため、図３（ｄ）に示すように、熱膨張層３２のマイクロカプセルの膨張状態に差が生じて、図２（ｃ）、（ｄ）に示した場合と同様に、熱膨張層３２の隆起高さにバラツキが生じるとともに、所望の隆起高さＨが得られないという問題を有している。

そこで、本願発明者は、さらに検証を行い、熱膨張性シートの表面側に形成された彩色画像の濃度が、熱膨張層の隆起高さに与える影響について、その傾向を詳しく分析した。
図４は、比較例に係る立体画像形成方法の分析手法を示す図であり、図５は、本実施形態に係る立体画像形成方法におけるデータ処理方法の概念（比較例の分析結果）を示す図である。

すなわち、まず、図４（ａ）に示すように、熱膨張性シートの表面側に黒色成分の濃度を異ならせて、０％、２０％、４０％、６０％、８０％、１００％に設定した場合のテストチャートを形成し（図面左方側参照）、当該表面側の各テストチャートに対応して、熱膨張性シートの裏面側に特定の濃度（０％、２０％、４０％、６０％、８０％、１００％のいずれか）に設定したテストチャートを形成する（図面右方側参照）。ここでは、図４（ａ）中に点線で囲んだように、熱膨張性シートの表面側に形成された異なる濃度のテストチャートと、熱膨張性シートの裏面側に形成された特定の濃度のテストチャートとの組合わせをそれぞれ一グループとする。図４（ａ）においては、裏面側の濃度が１００％の場合をグループＧ１、裏面側の濃度が８０％の場合をグループＧ２、裏面側の濃度が６０％の場合をグループＧ３、裏面側の濃度が４０％の場合をグループＧ４、裏面側の濃度が２０％の場合をグループＧ５と規定して、各グループについて光照射を行った場合の隆起高さを分析した。なお、熱膨張性シートの表面側及び裏面側に形成されるテストチャートは、光熱変換特性が高いカーボンブラックを含むインクを使用した。

上述したように、表面側及び裏面側にそれぞれ所定の濃度のテストチャートが形成された熱膨張性シートに対して、裏面側から光照射を行って加熱した場合の熱膨張層の隆起高さは、いずれのグループにおいても、図４（ｂ）に示すように、表面側の濃度の影響を受けて、その濃度が高いほど隆起高さが略比例して高くなる傾向を示すことが判明した。

ここで、裏面側の濃度が１００％〜６０％の比較的高いグループＧ１〜Ｇ３においては、熱膨張層の隆起高さは、表面側の濃度による影響よりも裏面側の濃度の影響を大きく受ける。また、裏面側の濃度が４０％、２０％の比較的低いグループＧ４、Ｇ５においては、熱膨張層の隆起高さは、裏面側の濃度による影響よりも表面側の濃度の影響を大きく受ける。加えて、いずれのグループにおいても、概ね、裏面側の濃度が表面側の濃度よりも低い場合には、熱膨張層の隆起高さは、表面側の濃度の影響を大きく受ける。このような熱膨張層の隆起高さに対する表面側の濃度の影響の大きさ（相対的な影響の比率）については、図５に示すような分析結果が得られた。

本発明に係る立体画像形成方法においては、図４、図５に示した検証内容及び分析結果に基づいて、熱膨張性シートの表面側に形成された彩色画像に含まれる黒色成分の濃度により、熱膨張層の隆起高さが影響を受けた場合であっても、本来の予定されている隆起高さを実現することができるように、当該表面側の濃度による影響を見越して（加味して）、裏面側に形成される鏡像の黒色成分の濃度を調整する。

具体的には、彩色画像の特定の領域に含まれる黒色成分の濃度による影響で、熱膨張層の隆起高さが予定されていた隆起高さよりも例えば２０％高くなる場合には、当該隆起高さが２０％低くなるように、その領域に対応する鏡像の特定部分の黒色成分の濃度を設定する。

図６は、本実施形態に係る立体画像形成方法における具体例を示す概略平面図であり、図７は、本実施形態に係る立体画像形成方法における具体例を示す概略断面図である。ここで、上述した比較例（図２、図３参照）と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。

本発明に係る立体画像形成方法においては、上述したような検証内容及び分析結果に基づいて、熱膨張性シートの裏面側に形成される鏡像の黒色成分の濃度を調整して設定するデータ処理方法が実行される。すなわち、上述した比較例と同様に、熱膨張性シートの表面側に印刷された犬の画像と、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の文字画像を、均一な高さに隆起させた立体画像を形成する場合、まず、図６（ａ）に示すように、表面画像データに基づいて、熱膨張性シートの表面側に犬の画像と文字の画像を任意の彩色で形成（印刷）する。

次いで、図６（ｂ）に示すように、熱膨張性シートの裏面側に、上記の表面画像データに基づいて、表面側の犬及び文字の印刷画像の反転印刷画像となる鏡像を生成する。また、表面側の犬の印刷画像及び文字に含まれる黒色成分の濃度データを抽出するとともに、当該犬及び文字の印刷画像に予定されている熱膨張層の隆起高さ（発泡高さ）データを抽出する。そして、これらの濃度データ及び隆起高さデータ、さらに、上述した検証内容及び分析結果に基づいて、表面側の犬及び文字の印刷画像の濃度による熱膨張層の隆起高さへの影響を見越して（加味して）、予定されている隆起高さが実現されるように裏面側の鏡像の黒色成分の濃度を設定する。

すなわち、表面側の濃度により、熱膨張層の隆起高さが影響を受ける場合には、予定されている隆起高さからの変化の割合を算出して、裏面側の黒色成分の濃度を当該割合に応じて調整する。具体的には、例えば表面側の濃度により、熱膨張層の隆起高さが増加する場合には、その増加率を算出し、当該増加率が実質的に打ち消される（相殺される）ように、裏面側の濃度を当該増加率に応じて低く設定する。もしくは、この増加率を加味して、裏面側の濃度を増減する調整を行う。このようにして濃度が設定された裏面画像データに基づいて、熱膨張性シートの裏面側に鏡像が形成（印刷）される。

次いで、熱膨張性シートの裏面側から所定の光量の光を均一に照射することにより、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、裏面側の鏡像の濃度に応じて発生する熱エネルギーと、表面側の犬及び文字の印刷画像の濃度に応じて発生する熱エネルギーとにより、対応する領域の熱膨張層が加熱されて膨張する。このとき、上述したデータ処理方法により表面側の濃度に基づいて裏面側の濃度が設定されていることにより、熱膨張性シートの表面側及び裏面側から熱膨張層に伝わる熱エネルギーの総量は、当該熱膨張層を予定されている隆起高さに膨張させる量に設定されている。

したがって、図６（ｄ）に示すように、犬及び文字の印刷画像のいずれの絵柄においても、熱膨張層が均一かつ予定されていた所望の隆起高さＨに膨張した良好な立体画像を形成することができる。

また、本発明に係る立体画像形成方法においては、図７に示すように、熱膨張性シート３０の表面側に形成される彩色画像３３が、単色の場合に限らず、絵柄等に応じて任意の異なる濃度の領域が設定されている場合であっても、熱膨張層を均一かつ所望の隆起高さＨに膨張させることができる。

すなわち、図７（ａ）に示すように、熱膨張性シート３０の表面側に、図６（ａ）に示した場合と同様に、任意の彩色画像３３を形成する。ここで、彩色画像３３は、表面画像データに基づいて、絵柄等に応じて任意の異なる濃度の領域３３ａ〜３３ｃが設定されている（図面右方側の彩色画像３３参照）。

また、熱膨張性シート３０の裏面側には、図７（ｂ）に示すように、表面側の彩色画像３３に設定された各領域３３ａ〜３３ｃに対応するように、上述したデータ処理方法により濃度が設定された各特定部分３４ａ〜３４ｃを有する鏡像３４を形成する。ここで、鏡像３４の各特定部分３４ａ〜３４ｃは、表面側に形成された彩色画像３３の各領域３３ａ〜３３ｃの濃度、及び、当該各領域３３ａ〜３３ｃの熱膨張層３２に予定されている隆起高さ、さらに、上述した検証内容及び分析結果に基づいて、表面側の彩色画像３３の各領域３３ａ〜３３ｃの濃度による熱膨張層の隆起高さへの影響を見越して、本来予定されている隆起高さが実現されるように、その濃度が設定されている。

すなわち、予定されている隆起高さをＨとした場合に、図７（ｃ）に示すように、熱膨張性シート３０の裏面側から光ＬＴを照射することにより、表面側に形成された彩色画像３３の領域３３ａにおいて発生する熱エネルギーを加味して、当該熱エネルギーと、当該領域３３ａに対応して裏面側に形成された鏡像３４の特定部分３４ａにおいて発生する熱エネルギーとの総量が、当該領域３３ａ及び特定部分３４ａに対応する領域の熱膨張層３２を、予定されている隆起高さＨに膨張させることができる量になるように、特定部分３４ａの濃度が設定されている。特定部分３４ｂ、３４ｃにおいても同様に、表面側に形成された彩色画像３３の各領域３３ｂ、３３ｃにおいて発生する熱エネルギーを加味して、予定されている隆起高さＨに膨張させることができるように、それらの濃度が設定されている。

そして、このような熱膨張性シート３０に対して、図７（ｃ）に示すように、裏面側から所定の光量の光ＬＴを均一に照射して、彩色画像３３及び鏡像３４において熱エネルギーを発生させることにより、彩色画像３３及び鏡像３４に対応する領域の熱膨張層３２を膨張（発泡）させる。このとき、彩色画像３３の各領域３３ａ〜３３ｃに設定された濃度に基づいて、鏡像３４の各特定部分３４ａ〜３４ｃの濃度が設定されているので、図７（ｄ）に示すように、彩色画像３３に対応する領域の熱膨張層３２には、略均一な熱エネルギーが伝わってマイクロカプセルの膨張状態が略均一化されて、熱膨張層が均一かつ予定されていた所望の隆起高さＨに膨張した良好な立体画像を形成することができる。

なお、本実施形態においては、カラー画像等の彩色画像の絵柄等に応じて、異なる濃度の領域が設定されている場合であっても、熱膨張層を均一かつ所望の隆起高さに膨張させることができる立体画像形成方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、カラー画像等の彩色画像の絵柄等に応じて、異なる濃度の領域が設定され、各領域を異なる高さに隆起させた立体画像を形成する場合であっても、上述した実施形態と同様の技術思想に基づいて、各領域における隆起高さ及び濃度に基づいて、鏡像の各特定部分の濃度を調整して、彩色画像及びその鏡像から各隆起高さに応じた熱エネルギーを発生させることにより、彩色画像の各領域を予定されていた所望の隆起高さに熱膨張させた良好な立体画像を形成することができる。

（立体画像形成装置）
次に、上述したような立体画像形成方法を実現可能な立体画像形成装置について説明する。
図８は、本発明に係る立体画像形成装置に適用される印刷装置の一例を示す概略構成図である。図８（ａ）は、本実施形態に適用される印刷装置の概略構成を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、本実施形態に適用される印刷装置の概略構成を示す内部断面図である。図９は、本実施形態に適用される印刷装置における印刷機構部の一例を示す概略構成図である。ここで、図９は、図８（ｂ）に示すIX部（本明細書においては図８中に示したローマ数字の「９」に対応する記号として便宜的に「IX」を用いる。）における斜視詳細図である。

上述した立体画像形成方法のうち、少なくとも、画像データ生成処理（Ｓ１０１）と、表面画像形成処理（Ｓ１０２）と、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）は、図８に示すような印刷装置１００により実行することができる。本実施形態に適用される印刷装置１００は、例えばワードプロセッサ（以下、「ワープロ」と記す）機能を備えたインクジェット方式のプリンタであって、具体的には図８（ａ）、（ｂ）に示すように、装置本体１１０と、キーボード１３０からなる。

装置本体１１０は、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、箱型の筐体を有し、概略、表示パネル１１１と、表示パネル収納部１１２と、給紙トレイ１１３と、排紙口１１４と、カードスロット１１５と、印刷機構部（図９参照）１２０と、制御部（図示を省略；図１０参照）と、を有している。

表示パネル１１１は、例えば液晶表示パネルからなり、一辺側に設けられたヒンジ部１１１ａを軸にして装置本体１１０に対して回動するように取り付けられている。表示パネル１１１には、キーボード１３０から入力されたデータや各種の設定に必要なメニュー画面、また、メモリカードを介して取り込んだ写真画像等の各種の画像、その他、印刷装置で必要とする各種のデータが表示される。表示パネル収納部１１２は、装置本体１１０の上面部（図面上面側）に設けられ、印刷装置１００を使用していないときに、上記表示パネル１１１を回動させて収納する。

給紙トレイ１１３は、装置本体１１０の背面部（図面右方側）に設けられ、上部に設けられた開口部１１３ａから給紙トレイ１１３の内部に、上述した実施形態に示した熱膨張性シート３０が一枚ずつ、あるいは、複数枚重ねて収容される。給紙トレイ１１３の内部には、重ねて収容された熱膨張性シート３０を１枚ずつ装置本体１１０内の印刷機構部１２０に送り出すピックアップローラ１１３ｂが設けられている。

排紙口１１４は、装置本体１１０の前面（図面左方側）下部に設けられ、装置本体１１０内の印刷機構部１２０によって印刷された熱膨張性シート３０を装置本体１１０の外に排出させる。カードスロット１１５は、装置本体１１０の前面に設けられ、メモリカード（図示を省略）を挿入することにより、画像データ等の読出しや書込みが実行される。

また、装置本体１１０の内部には、図８（ｂ）に示すように、給紙トレイ１１３内部のピックアップローラ１１３ｂにより送り出された熱膨張性シート３０を搬送案内するシート搬送路１１６が設けられている。このシート搬送路１１６の途中には、例えばインクジェット式の印刷機構部１２０が設けられている。この印刷機構部１２０の給紙側（図面右方側）及び排紙側（図面左方側）には、それぞれ、熱膨張性シート３０を搬送するための給紙ローラ対１２１及び排紙ローラ対１２２が配設されている。

印刷機構部１２０は、図９に示すように、シート搬送路１１６に直交する矢印Ａの方向に往復動作するキャリッジ１２３を備えている。キャリッジ１２３には、印字を実行するための印字ヘッド１２４とインクカートリッジ１２５が取り付けられている。インクカートリッジ１２５は、例えば黄（イエロー）、赤（マゼンタ）、青（シアン）、黒（ブラック）の各色インクを収容する個別のカートリッジ、又は、単体で各色のインク室を備えたカートリッジにより構成されている。各カートリッジ又は各インク室には、各色インクを吐出するためのノズルを有する印字ヘッド１２４が連結されている。ここで、本実施形態においては、インクカートリッジ１２５に収容される黒色インクとして、カーボンブラック等の光熱変換特性が高い材料が適用される。

また、キャリッジ１２３は、ガイドレール１２６により上記往復動作が可能なように支持され、当該ガイドレール１２６の延在方向に平行して付設された駆動ベルト１２７を駆動することにより、キャリッジ１２３に取り付けられた印字ヘッド１２４とインクカートリッジ１２５が、キャリッジ１２３と同方向、すなわちシート搬送路１１６と直交する矢印Ａの方向に往復動作する。

印字ヘッド１２４は、フレキシブルケーブル１２８を介して、装置本体１１０に設けられた制御部から印字データや制御信号が送出される。ここで、上述したように熱膨張性シート３０は、給紙ローラ対１２１と排紙ローラ対１２２により図９の矢印Ｂの方向に間欠的に搬送される。そして、熱膨張性シート３０の間欠搬送の停止期間中に、印字ヘッド１２４が駆動ベルト１２７の駆動に対応して往復動作しつつ、熱膨張性シート３０に近接した状態でインク滴を噴射して、上記印字データに応じた画像を、熱膨張性シート３０の表面又は裏面に印字する。このような熱膨張性シート３０の間欠搬送と、印字ヘッド１２４による往復移動時の印字との繰り返しにより、熱膨張性シート３０の全面に所望の画像（彩色画像又は鏡像）が形成（印刷）される。印刷機構部１２０により所定の画像が印刷された熱膨張性シート３０は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、シート搬送路１１６の排紙側に位置する排紙口１１４から装置本体１１０外に排出される。

また、キーボード１３０は、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、装置本体１１０の前面（図面左方側）の手前側に配置され、装置本体１１０をワープロとして使用する場合等に、文書データの入力や編集、印刷等の各種機能を実行するために必要なデータ入力キー１３１や機能キー１３２等が設けられている。

次に、上述した印刷装置１００の装置本体１１０に設けられる制御部について説明する。
図１０は、本実施形態に適用される印刷装置の一例を示す機能ブロック図である。
上述した印刷装置１００は、図１０に示すように、概略、中央演算回路（以下、「ＣＰＵ」と略記する)１０１と、当該ＣＰＵ１０１に接続された、読出専用メモリ（以下、「ＲＯＭ」と略記する）１０２と、ランダムアクセスメモリ（以下、「ＲＡＭ」と略記する）１０３と、画像処理部１０４と、データ入出力部１０５と、プリンタコントローラ１０６と、読取制御部１０７と、上述した表示パネル１１１と、キーボード１３０と、を有している。ここで、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、画像処理部１０４、データ入出力部１０５、プリンタコントローラ１０６、読取制御部１０７は、本実施形態に適用される印刷装置１００の制御部に相当する。

ＲＯＭ１０２は、印刷装置１００の動作制御に関するシステムプログラムを格納する。ＣＰＵ１０１は、このシステムプログラムに従って、ＣＰＵ１１０に接続された他の機能ブロックに指令信号を送出することにより、印刷装置１００の各部を動作制御する。また、ＲＡＭ１０３は、印刷装置の動作制御中にＣＰＵ１０１等で生成される各種データや数値等を一時保存する。

画像処理部１０４は、上述した立体画像形成方法における画像データ生成処理（Ｓ１０１）を実行する。すなわち、カードスロット１１５等を介して装置本体１１０の外部から取り込まれ、表示パネル１１１に表示されている、又は、ＲＡＭ１０３等に記憶されている立体画像の対象となる彩色画像の画像データ（表面画像データ）に基づいて、その反転画像となる鏡像の画像データ（裏面画像データ）を生成する。このとき、当該彩色画像の絵柄等の特定の領域や画素に設定されている黒色成分の濃度データ、及び、立体画像を形成した際に当該特定の領域等に予定されている隆起高さ（発泡高さ）データに基づいて、上述した立体画像形成方法に示したデータ処理方法により、上記特定の領域等に対応する鏡像の特定部分の黒色成分の濃度を設定する。このように、画像処理部１０４は、熱膨張性シートに形成される彩色画像やその鏡像における濃度を調整する機能を備えている。

データ入出力部１０５は、画像データに関する印刷コマンドをノート型やデスクトップ型のパーソナルコンピュータ等の外部通信装置（図示を省略）との間で入出力する。プリンタコントローラ１０６は、印刷機構部１２０に接続され、印刷の対象となっている画像データに基づいて、印字ヘッド１２４におけるインクの吐出状態を制御する。また、プリンタコントローラ１０６は、印字ヘッド１２４が取り付けられたキャリッジ１２３の往復動作を制御するとともに、給紙ローラ対１２１及び排紙ローラ対１２２の駆動を制御することにより、熱膨張性シート３０の排紙側への搬送を制御する。読取制御部１０７は、カードスロット１１５に接続され、カードスロット１１５に装着されたメモリカード（図示を省略）から画像データを読み出してＣＰＵ１０１や画像処理部１０４に送信する。

このような構成を有する印刷装置１００によれば、給紙トレイ１１３から供給される熱膨張性シート３０の表面側、もしくは、裏面側に、画像データに応じた所定の濃度の画像（彩色画像、鏡像）を形成することができる。なお、本実施形態においては、印刷装置１００として片面印刷機能を備える場合について説明した。すなわち、上述した立体画像形成方法の表面画像形成処理（Ｓ１０２）においては、熱膨張性シート３０の表面側が印字ヘッド１２４側に対向するようにして給紙することにより、当該表面側に所望の彩色画像が印刷される。また、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）においては、熱膨張性シート３０を裏返して、熱膨張性シート３０の裏面側が印字ヘッド１２４側に対向するようにして給紙することにより、当該裏面側に表面側の彩色画像に対応する鏡像が印刷される。

本発明に係る立体画像形成装置に適用される印刷装置は、これに限定されるものではなく、図８（ｂ）、図９に示した装置本体１１０の印刷機構部１２０の給紙側及び排紙側に、両面印刷用のシート反転機構部を備えるものであってもよい。すなわち、印刷機構部１２０において、熱膨張性シート３０の表面側（又は裏面側）への印刷が終了して排紙側へ搬送された熱膨張性シート３０を、矢印Ｂとは逆方向に搬送して給紙側に戻し、当該給紙側で熱膨張性シート３０を反転させて裏返して、熱膨張性シート３０の裏面側（又は表面側）に印刷して排紙口１１４から排出するものであってもよい。これによれば、片面印刷の後、排紙された熱膨張性シート３０を裏返して、再度給紙トレイ１１３に収容する作業を省略することができる。

また、上述した実施形態においては、印刷装置１００の制御部に設けられた画像処理部１０４により、本実施形態に係る立体画像形成方法の画像データ生成処理（Ｓ１０１）を実行する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、データ入出力部１０５を介して印刷装置１００に接続されたパソコン等の外部通信装置において、上述した画像データ生成処理を実行し、鏡像の画像データ（裏面画像データ）やその濃度データを印刷装置１００に送信して、熱膨張性シート３０の裏面側に彩色画像の鏡像を所定の濃度で形成（印刷）するものであってもよい。

さらに、上述した実施形態においては、印刷装置１００により、本実施形態に係る立体画像形成方法のうち、画像データ生成処理（Ｓ１０１）と、表面画像形成処理（Ｓ１０２）と、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）を実行する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば図８（ｂ）中、二点鎖線で示すように、印刷機構部１２０の排紙側であって、シート搬送路１１６（又は、熱膨張性シート３０）に対して上面側もしくは下面側に、ハロゲンランプ等の光源部１４０が配置された構成を有するものであってもよい。ここで、光源部１４０は、例えば図１０中、二点鎖線で示すように、ＣＰＵ１０１からの指令に基づいて、熱膨張性シート３０の搬送に応じて所定の光量の光を放射する。

このような構成において、上述した画像データ生成処理（Ｓ１０１）と、表面画像形成処理（Ｓ１０２）と、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）を経て、表面及び裏面に所定の彩色画像及び鏡像が形成された熱膨張性シート３０に対して、裏面側から均一な光を照射することにより、熱膨張性シート３０の熱膨張層３２を所定の隆起高さになるように膨張させて、立体画像を形成する光照射・加熱処理（Ｓ１０４）が実行される。すなわち、単一の印刷装置１００において、上述した立体画像形成方法の全ての処理工程を一括して実行することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

（付記）
請求項１に記載の発明は、
基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成する処理と、
前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する処理と、
前記熱膨張性シートの前記他面側から、赤外線波長を含む光を照射して、少なくとも、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する処理と、
を有し、
前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に基づいて、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定されていることを特徴とする立体画像形成装置である。

請求項２に記載の発明は、
前記熱膨張性シートの前記他面側から前記光を照射して、前記立体画像を形成する処理は、前記熱膨張性シートに照射された前記光により、前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度、及び、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する前記熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させることを特徴とする請求項１記載の立体画像形成装置である。

請求項３に記載の発明は、
前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する前記熱エネルギーを加味して、前記熱膨張層が予め設定された所定の隆起高さを実現することができるように、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の立体画像形成装置である。

請求項４に記載の発明は、
前記第１の印刷画像は、彩色画像であって、前記光熱変換特性を有する材料の濃度の異なる領域を有し、
前記第２の印刷画像は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる領域に対応して、前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定された特定部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の立体画像形成装置である。

請求項５に記載の発明は、
基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成し、前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する印刷機能部と、
前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に基づいて、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定する画像処理部と、
を有し、
前記熱膨張性シートの前記他面側から、赤外線波長を含む光を照射して、少なくとも、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成することを特徴とする立体画像形成装置である。

請求項６に記載の発明は、
前記画像処理部は、前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する前記熱エネルギーを加味して、前記熱膨張層が予め設定された所定の隆起高さを実現することができるように、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定することを特徴とする請求項５記載の立体画像形成装置である。

請求項７に記載の発明は、
前記第１の印刷画像は、彩色画像であって、前記光熱変換特性を有する材料の濃度の異なる領域を有し、
前記画像処理部は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる領域に対応する前記第２の印刷画像の各特定部分について、前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定することを特徴とする請求項５又は６に記載の立体画像形成装置である。

３０ 熱膨張性シート
３１ 基材シート
３２ 熱膨張層
３３ 彩色画像（第１の印刷画像）
３４ 鏡像（第２の印刷画像）
１００ 印刷装置
１０４ 画像処理部
１１０ 装置本体
１２０ 印刷機構部
１３０ キーボード
１４０ 光源部
ＬＴ 光

Claims (7)

1. 基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成する処理と、
   前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する処理と、
   前記熱膨張性シートの前記他面側から、赤外線波長を含む光を照射して、少なくとも、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する処理と、
   を有し、
   前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に基づいて、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定されていることを特徴とする立体画像形成方法。
2. 前記熱膨張性シートの前記他面側から前記光を照射して、前記立体画像を形成する処理は、前記熱膨張性シートに照射された前記光により、前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度、及び、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する前記熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させることを特徴とする請求項１記載の立体画像形成方法。
3. 前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する前記熱エネルギーを加味して、前記熱膨張層が予め設定された所定の隆起高さを実現することができるように、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の立体画像形成方法。
4. 前記第１の印刷画像は、彩色画像であって、前記光熱変換特性を有する材料の濃度の異なる領域を有し、
   前記第２の印刷画像は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる領域に対応して、前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定された特定部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の立体画像形成方法。
5. 基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成し、前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する印刷機能部と、
   前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に基づいて、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定する画像処理部と、
   赤外線波長を含む光を照射する光源部と、
   を有し、
   前記光源部によって、前記熱膨張性シートの前記他面側から、前記赤外線波長を含む光を照射して、少なくとも、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成することを特徴とする立体画像形成装置。
6. 前記画像処理部は、前記第１の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて発生する前記熱エネルギーを加味して、前記熱膨張層が予め設定された所定の隆起高さを実現することができるように、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定することを特徴とする請求項５記載の立体画像形成装置。
7. 前記第１の印刷画像は、彩色画像であって、前記光熱変換特性を有する材料の濃度の異なる領域を有し、
   前記画像処理部は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる領域に対応する前記第２の印刷画像の各特定部分について、前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定することを特徴とする請求項５又は６に記載の立体画像形成装置。