JP2010286776A - 立体画像形成装置及び立体画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分割画像が形成された記録媒体上に光硬化型の透明インクを用いてシート層と複数のレンズを形成する立体画像形成装置において、記録媒体の種類や表面形状によらない均一なシート層表面を形成し、複雑な前処理などの構成を必要とせずに、立体画像を作成する。
【解決手段】シート層を形成するためのインクと、レンズを形成するためのインクが異なり、かつ、シート層を形成するためのインクが、レンズを形成するためのインクよりも表面張力が小さい。
【選択図】図４

Description

本発明は立体画像形成装置及び立体画像形成方法に関し、特に記録媒体上にレンチキュラーレンズやマイクロレンズアレイを一体形成する立体画像形成装置及び立体画像形成方法に関する。
さらに本発明は、３Ｄカメラに対応したフォトプリント分野や、立体画像やパラパラアニメの大型看板を用いるサイン・ディスプレイ分野、ダイレクトメールなどの広告用途のプロダクションプリンティング分野などへの応用が可能である。
また、幅広い記録媒体に対して画像形成を行うことができるため、例えば、各種紙、金属、缶、プラスチック、紙、木質材、無機質材、塗装板、ラミネート板、ＰＥＴのフィルムなどへの印刷や、エンボス加工や点字、三次元形状などのような凹凸を形成する分野にも適した技術である。

立体画像を形成する技術としては、複数の画像を分割して印刷した１枚の画像に、ストライプ状に複数の柱型非球面レンズが配列されたレンチキュラーレンズシートを重ねる方法がよく知られている。また、平面状にマイクロレンズを複数個並べるインテグラルフォトグラフィーと呼ばれる技術を用いる場合もある。
特に、レンチキュラー方式は比較的簡便に立体画像が得られるため、レンチキュラーレンズシートに画像が形成された記録媒体を貼り付ける方法で、小さなステッカーから大きな看板まで利用されている。
しかしながら、上記の方法では、レンチキュラーレンズシートと印刷された分割画像を位置合わせして貼り合わせる必要があるため、高精細のレンチキュラーレンズと画像の貼りあわせには向かないという問題があった。
そこで、従来、レンチキュラーレンズシートの裏面にインクジェット方式で位置合わせをして直接画像を形成する方法（特許文献１）、また、画像が形成された記録媒体上に樹脂を吐出してレンチキュラーレンズ自体を形成する方法（特許文献２）が知られている。

上述したように画像が形成された記録媒体上に樹脂を吐出してレンチキュラーレンズ自体を形成して立体画像を形成する方法にあっては、レンチキュラーレンズシートの裏面に画像を形成する場合に必要な位置合わせの問題は解決されるものの、記録媒体上に樹脂を塗布するために、樹脂と記録媒体との濡れ性や紫外線による光硬化時間などの関係でレンチキュラーレンズの形状が不均一になるという問題がある。また、画像が形成された記録媒体上に直接かまぼこ型のレンズを形成するために、立体画像の効果が薄いという課題もある。さらに、レンズを形成する記録媒体表面が凹凸面であると、個々のレンズ形状もその影響を受けて、レンズが不揃いになるという課題もある。
本発明は、上述のような実情に対して鑑みてなされたものであり、記録媒体の種類や表面形状によらない均一な表面状態を形成でき、複雑な前処理などの構成を必要とせずに、立体画像を作成する立体画像装置を提案することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、記録媒体に分割画像を形成する画像形成手段と、前記画像が形成された前記記録媒体上に、光硬化型の透明樹脂インクを用いて、シート層と複数のレンズを形成する透明樹脂層形成手段と、前記透明樹脂インクを硬化させる光を照射する光照射手段と、を備える立体画像形成装置において、前記透明樹脂層形成手段が、シート層形成用透明樹脂インクにより前記シート層を形成するシート層形成手段と、前記シート層形成用透明樹脂インクと異なるインクであって前記シート層形成用透明樹脂インクよりも表面張力の小さいレンズ形成用透明樹脂インクによりレンズを形成するレンズ形成手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記立体画像形成装置において、前記シート層形成用インクが、前記レンズ形成用インクよりも硬化速度が遅いことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記シート層形成手段およびレンズ形成手段がインクを吐出する液体吐出ヘッドであることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記レンズがレンチキュラーレンズであることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記レンズがマイクロレンズアレイであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、画像形成手段が記録媒体に分割画像を形成し、透明樹脂層形成手段が前記画像の形成された前記記録媒体上に、光硬化型の透明インクを用いて、シート層と複数のレンズを形成し、光照射手段が前記透明インクを硬化させる光を照射する立体画像形成方法において、前記シート層を形成するためのインクと、前記レンズを形成するためのインクが異なり、かつ、前記シート層を形成するためのインクが、前記レンズを形成するためのインクよりも表面張力が小さいことを特徴とする。

本発明によれば、シート層を形成するためのインクと、レンズを形成するためのインクが異なり、かつ、シート層を形成するためのインクがレンズを形成するためのインクよりも表面張力が小さので、記録媒体や着色インクの種類によらず、ムラの無い、均一な厚みとなり、良好な立体画像を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置及び方法によって形成する立体画像シートの一例を示した断面図である。 本発明に係る画像形成装置及び方法によって形成する立体画像シートの一例を示した断面図である。 本発明に係る立体画像形成装置の一例を示す斜視説明図である。 本発明に係る画像とレンチキュラーレンズを連続して形成するプロセス（工程）の説明に供する説明図である。 本発明に係る画像形成装置及び方法によって形成する立体画像シートの一例を示した斜視図である。 本発明に係る画像形成装置及び方法によって形成する立体画像シートの一例を示した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る画像形成装置及び方法によって形成する立体画像シートの一例について、図１を参照して説明する。
この立体画像シートは、レンチキュラーレンズを利用したものであり、記録媒体であるメディア１００上に分割画像１０１を構成する左画像１０２と右画像１０３が形成され、この分割画像１０１が形成されたメディア１００上にレンチキュラーレンズ１１０を形成している。レンチキュラーレンズ１１０は、メディア１００に形成したシート層１１１と、このシート層１１１上に左画像１０２及び右画像１０３に対して１本ずつ形成された複数のレンズ部１１２とで構成されている。
なお、ここでは、左右の２画像で説明しているが、よりスムーズに立体感を出すために複数個の画像を配置することもできる。このような構成にすることで、視点あるいは画像を左右に動かすことで立体画像が得られる。

次に、本発明に係る立体画像形成装置及び方法によって形成する立体画像シートの他の例について図２を参照して説明する。
この立体画像シートは、マイクロレンズアレイを利用したものであり、メディア１００上に分割画像１０４が形成され、この分割画像１０４が形成されたメディア１００上にマイクロレンズアレイ１２０を形成している。マイクロレンズアレイ１２０は、メディア１００上に形成したシート層１１１と、このシート層１１１上に分割画像１０４に対して１つずつ形成された複数のマイクロレンズ部１２２とで構成されている。レンチキュラーレンズの場合は１方向のみの立体画像が得られるのに対し、マイクロレンズアレイを用いたインテグラルフォトグラフィーの場合は、上下左右などの全方向からの立体画像が得られる。

次に、本発明に係る立体画像形成装置の一例について図３の斜視説明図を参照して説明する。
この立体画像形成装置は、架台２００上に、メディア１００を保持するステージ２０１を有し、このステージ２０１はＹ軸駆動手段２０２によってＹ方向に移動可能に配設されている。また、ステージ２０１にはメディアを吸引或いは静電力などで吸着保持する吸着手段を備えている。
一方、ステージ２０１の上方には、ステージ２０１上に保持されたメディア１００上に立体画像を形成する立体画像形成手段２１０が配置されている。
この立体画像形成手段２１０は、ヘッドベース２１１上に、着色インクを吐出させる液体吐出ヘッドからなる画像形成手段である画像印刷用ヘッド２１２と、光硬化型の透明樹脂インクを吐出させる液体吐出ヘッドとしてシート層を形成するシート層形成用ヘッド２１３及びレンズ部を形成するレンズ部形成用ヘッド２１８と、透明樹脂インクを光硬化するための硬化用光照射ランプ２１５、２１９が搭載されている。ここで、「インク」とは液体の意味で用い、樹脂インクとは液状化した樹脂の意味である。また、着色インクに光硬化型の着色樹脂インクを用いる場合の例として、着色樹脂インクを光硬化するための硬化用光照射ランプ２１４が搭載されている。

なお、画像印刷用ヘッド２１２及びシート層形成用ヘッド２１３、レンズ部形成用ヘッド２１８にはそれぞれ図示しないインクタンクから着色インク供給用パイプ２１６、シート層形成用透明樹脂インク供給パイプ２１７、レンズ部形成用透明樹脂インク供給パイプ２２０を介してインクが供給される。
なお、図３では、シート層形成用ヘッド２１３及びシート層形成用透明樹脂インク供給パイプ２１７並びにレンズ部形成用ヘッド２１８及びレンズ部形成用透明樹脂インク供給パイプ２２０を別々の構成として説明したが、図示しないシート層形成用透明樹脂インクタンクと、レンズ部形成用透明樹脂インクタンクからのインク供給パイプ経路に切替弁を設置することにより、同一のヘッドからシート層形成用透明樹脂インク３０２（図４（ｂ））とレンズ部形成用透明樹脂インク３０３（図４（ｃ））を吐出することも可能である。
そして、ヘッドベース２１１は、Ｚ軸駆動手段２２１を介して、Ｘ軸支持部材２２３に支持されたＸ軸駆動手段２２２に保持されて、立体画像形成手段２１０全体がＸ方向及びＺ方向に移動可能とされている。

次に、上記立体画像形成装置を使用した本発明に係る立体画像形成方法の第１実施形態について図４を参照して説明する。なお、図４は同実施形態に係る画像とレンチキュラーレンズを連続して形成するプロセス（工程）の説明に供する説明図である。
図４（ａ）はメディア１００上に分割画像１０１を印刷する工程である。ここでは、メディア１００上に画像印刷用ヘッド２１２から着色樹脂インク３０１を吐出させて分割画像１０１を印刷し、硬化用光照射ランプ２１４から光を照射して分割画像１０１を形成する着色樹脂インク３０１を硬化させる。
具体的には、メディア１００として厚さ０．５ｍｍのポリカーボネートシートを用いたが、特に限定は無く、浸透性、非浸透性を問わずに、幅広く使用できる。例えば、各種紙、金属、缶、プラスチック、紙、木質材、無機質材、塗装板、ラミネート板、ＰＥＴのフィルムなどが挙げられる。また、着色インクとして光硬化型インクを用いたが、材料を限定するものではない。また、分割画像１０１は、左右の目の位置から撮影したデジタル画像ファイルをパソコンで処理して１枚の分割画像に変換した。

図４（ｂ）はメディア１００上にシート層１１１を形成する工程である。
上述した分割画像１０１を形成したメディア１００上にシート層形成用ヘッド２１３から光硬化型のシート層形成用透明樹脂インク３０２を吐出し、連続して、硬化用光照射ランプ２１５により塗布されたシート層形成用透明樹脂インク３０２に光を照射して硬化し、均一な厚さを有する平坦なシート層１１１を形成する。ここで、シート層１１１の厚さは透明樹脂の屈折率とレンズ部の曲率半径である程度決められるが、この例では、０．３６ｍｍ厚とした。ここで、シート層１１１形成用の透明樹脂は、アクリレート系のＵＶ硬化型インクを使用した。
本発明におけるシート層１１１形成用の光硬化型の透明樹脂インクとしては、光照射によりラジカル重合、またはカチオン重合する化合物が挙げられる。ラジカル重合性モノマーとしては（メタ）アクリレート類、カチオン重合性モノマーとしてオキセタン、脂環式エポキシ類などが代表的である。

本発明におけるシート層１１１形成用の重合性モノマーとしては、自動表面張力計ＣＢＶＰ−Ｚ（協和界面科学社製）を用いた表面張力の測定において約３２ｍＮ／ｍ以下のモノマーが適している。例えば、ＳＲ−９００３、ＳＲ−２９７、ＳＲ−２４８、ＣＮ−２２７０（以上、サートマー社製）、ＩＳＡ、ＬＡ、Ｓ−１８００Ｍ、ＢＧ（以上、新中村化学社製）、アロニックスＭ−１１７、アロニックスＭ−１２０（以上、東亞合成社製）、ＥＢＥＣＲＹＬ１１３、ＩＢＯＡ、ＯＤＡ−Ｎ、ＮＰＧ（ＰＯ）２ＤＡ（以上、ダイセル・サイテック社製）、ＥＨ−２（ＧＸ−８５３４）、Ｃ９Ａ（以上、第一工業製薬社製）がよい。
この内、ＳＲ−９００３、ＳＲ−２９７、ＳＲ−２４８、ＣＮ−２２７０、ＩＳＡ、ＬＡ、Ｓ−１８００Ｍ、ＢＧ、アロニックスＭ−１２０、ＩＢＯＡ、ＯＤＡ−Ｎ、ＮＰＧ（ＰＯ）２ＤＡ、ＥＨ−２（ＧＸ−８５３４）、Ｃ９Ａは、粘度が低く、常温または数十℃に加温することにより、インクジェットヘッドで吐出することが可能である。インクジェット方式により塗布できることにより、記録媒体に記録された着色画像の画質（解像度）に合わせて、シート層の厚みを任意に変更することが可能となる。さらにＳＲ−９００３、ＳＲ−２９７、ＬＡ、ＢＧは、硬化反応時の収縮が小さいため、記録媒体のカールなどの反りを抑えられるので、特に有用である。

また、光重合開始剤としては、光（特に波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線）の照射によりラジカル、またはカチオン（プロトン）を生成する任意の物質を用いることができる。さらに、光増感剤を併用することで硬化性を上げることができる。但し、光重合開始剤や増感剤は高価であるため、本発明ではシート層１１１を形成する透明樹脂インクには少量添加とすることでコストを下げるとともに、硬化反応が遅くなることを利用して、高速で印刷する場合に徐々に平滑化（レベリング）させている。これにより、記録媒体や着色インクの種類によらず、ムラの無い、均一な厚みとすることができ、良好な立体画像が得られる。
また、硬化用光照射ランプとしては、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド等がある。超高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたＤｅｅｐＵＶタイプは、短波長領域の照射が可能である。メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効である。Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅなどの金属のハロゲン化物が用いられ、光重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。硬化に有効であるランプであれば、特に制限無く使用することができる。例えば、Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製のＳｕｂ Ｚｅｒｏシリーズは小型、軽量で取扱性がよく、さらに出力波長が異なるＨバルブ、Ｄバルブ、又はＡバルブがあるため、適している。

図４（ｃ）はシート層上にレンチキュラーレンズを構成するレンズ部を形成する工程である。
図３も参照して、レンズ部形成用ヘッド２１８を用いて、レンズ部形成用透明樹脂インク３０３をシート層１１１上に塗布し、連続して、硬化用光照射ランプ２１９で光照射して硬化させ、レンズ部１１２を形成する。このとき、シート層形成用透明樹脂インク３０２は移動するメディア１００に対して一定間隔で塗布され、光が照射され硬化することにより、図５に示すような、均一なかまぼこ状のレンズ部１１２が形成される。
本発明におけるレンズ部１１２形成用の光硬化型の透明樹脂インクとしては、光照射によりラジカル重合、またはカチオン重合する化合物が挙げられる。ラジカル重合性モノマーとしては（メタ）アクリレート類、カチオン重合性モノマーとしてオキセタン、脂環式エポキシ類などが代表的である。

本発明におけるレンズ部１１２形成用の重合性モノマーとしては、自動表面張力計ＣＢＶＰ−Ｚ（協和界面科学社製）を用いた表面張力の測定において約３７ｍＮ／ｍ以上のモノマーが適している。例えば、ＳＲ−４９４（以上、サートマー社製）、ＡＴＭ−３５Ｅ、Ａ−ＧＬＹ−Ｋ３（以上、新中村化学社製）、アロニックスＭ−１０１Ａ、Ｍ−１０２、Ｍ−５７００、Ｍ−６２００、Ｍ−６２５０（以上、東亞合成社製）、ライトアクリレートＰＯ−Ａ、４ＥＧ−Ａ、１４ＥＧ−Ａ、ライトエステル９ＥＧ、１４ＥＧ、１３０ＭＡ（以上、共栄社化学社製）、ＫＡＹＡＲＡＤ ＴＣ−１１０Ｓ（以上、日本化薬社製）、ＥＢＥＣＲＹＬ４０、８０、８３、１１４、１３０、１４０、１５１、８４０２（以上、ダイセル・サイテック社製）、ＰＥ−３００、ＰＥ−４００、ＰＥ−６００、ＢＰＥ−１０、ＢＰＥ−２０、ＰＥＴ−３、ＨＢＰＥ−４（以上、第一工業製薬社製）がよい。この内、アロニックスＭ−１０１Ａ、Ｍ−１０２、ライトアクリレート４ＥＧ−Ａ、１４ＥＧ−Ａ、ライトエステル９ＥＧ、１４ＥＧ、１３０ＭＡ、ＥＢＥＣＲＹＬ１４、ＰＥ−３００、ＰＥ−４００は、粘度が低く、常温または数十℃に加温することにより、インクジェットヘッドで吐出することが可能である。インクジェット方式により塗布できることにより、記録媒体に記録された着色画像の画質（解像度）に合わせて、レンズ形状を任意に変更することが可能となる。
光重合開始剤及び硬化用光照射ランプについては、シート層１１１形成用の光硬化型の透明樹脂インクにて説明したものと同様であるため、その説明を省略する。

一般に、シート層１１１の表面の濡れ性が悪い場合には、塗布されたレンズ部形成用透明樹脂インク３０３を弾こうとするため、所々で丸い塊が形成されたり、一部途切れたりして、均一なレンズ部が形成されない。一方、シート層１１１全体の濡れ性が良い場合は、塗布されたレンズ部形成用透明樹脂インク３０３が形状を維持できずに、表面に広がってしまい、同様に均一なレンズ部が形成できない。
しかしながら、本発明によれば、シート層１１１全体の濡れ性が良い場合でも、レンズ部形成用のインクの表面張力を高くすることにより、レンズ形状を保持できる。
このようにして、立体画像とレンチキュラーレンズの連続形成によりピッチ及び形状が均一なレンチキュラーレンズが形成でき、より高精細、高精度なレンチキュラーレンズの形成を容易に行うことができる。
つまり、この実施形態では、上記立体画像形成装置を用い、記録媒体に着色インクを吐出させて画像を印刷した後に、連続して、光硬化型透明樹脂吐出用ヘッドでレンチキュラーレンズをインクジェット方式で形成するとき、画像印刷後に透明樹脂を吐出し、平坦なシート層を形成させた後に、光硬化型透明樹脂インクを吐出させて硬化させてレンズ部を形成するようにしている。

また、記録媒体上にレンズ部を形成する前にシート層を形成しているので、記録媒体表面に凹凸がある場合でもシート層表面を平坦化することができ、記録媒体表面の性状の影響を受けることなく高精度にレンズを形成することができる。
また、上述したように、画像が形成された記録媒体上にシート層を形成し、シート層上に複数のレンズを形成する構成とすることで、レンズを高精度に形成することができ、更に記録媒体表面の性状の影響を受けることなく高精度にレンズを形成することができる。
また、シート層を形成するためのインクと、レンズを形成するためのインクが異なり、かつ、シート層を形成するためのインクがレンズを形成するためのインクよりも表面張力が小さので、記録媒体や着色インクの種類によらず、ムラの無い、均一な厚みとなり、良好な立体画像を得ることができる。
また、シート層を形成するためのインクが、レンズを形成するためのインクよりも表面張力が小さく、硬化速度が遅いので、高速で作製する場合でも、シート層が平滑化（レベリング）されるため、媒体や着色インクの種類によらず、ムラの無い、均一な厚みとなり、良好な立体画像を得ることができる。
また、シート層形成手段、およびレンズ形成手段は光硬化型の透明インクを吐出させる液体吐出ヘッドとしているので、媒体に記録された着色画像の画質（解像度）に合わせて、シート層の厚みやレンズ形状を任意に変更することが可能となる。

次に、本発明に係る立体画像形成方法の第２実施形態について図２、図６を参照して説明する。
まず、前記第１実施形態で説明した図４（ａ）、（ｂ）の工程を実施して、メディア１００上に分割画像１０４を形成した後、均一な厚さを有するシート層１１１を形成する。次に図４（ｃ）に示すように、レンズ部形成用ヘッド２１８からレンズ部形成用透明樹脂インク３０３を吐出し、マイクロレンズ部１２２を形成し、マイクロレンズアレイ１２０を作製する。
このようにして、立体画像とマイクロレンズアレイの連続形成を行うことで、ピッチ及び形状が均一なマイクロレンズアレイが形成でき、より高精度、高精細なマイクロレンズアレイを形成することができる。

１００…メディア、１０１…分割画像、１０２…左画像、１０３…右画像、１０４…分割画像、１１０…レンチキュラーレンズ、１１１…シート層、１１２…レンズ部、１２０…マイクロレンズアレイ、１２２…マイクロレンズ部、２００…架台、２０１…ステージ、２０２…Ｙ軸駆動手段、２１０…立体画像形成手段、２１１…ヘッドベース、２１２…画像印刷用ヘッド、２１３…シート層形成用ヘッド、２１４…硬化用光照射ランプ、２１５…硬化用光照射ランプ、２１６…着色インク供給用パイプ、２１７…シート層形成用透明樹脂インク供給パイプ、２１８…レンズ部形成用ヘッド、２１９…硬化用光照射ランプ、２２０…レンズ部形成用透明樹脂インク供給パイプ、２２１…Ｚ軸駆動手段、２２２…Ｘ軸駆動手段、２２３…Ｘ軸支持部材、３０１…着色樹脂インク、３０２…シート層形成用透明樹脂インク、３０３…レンズ部形成用透明樹脂インク

特開平７−２８１３２７号公報 特開２００１−２５５６０６公報

Claims (6)

1. 記録媒体に分割画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像が形成された前記記録媒体上に、光硬化型の透明樹脂インクを用いて、シート層と複数のレンズを形成する透明樹脂層形成手段と、前記透明樹脂インクを硬化させる光を照射する光照射手段と、を備える立体画像形成装置において、
   前記透明樹脂層形成手段が、シート層形成用透明樹脂インクにより前記シート層を形成するシート層形成手段と、前記シート層形成用透明樹脂インクと異なるインクであって前記シート層形成用透明樹脂インクよりも表面張力の小さいレンズ形成用透明樹脂インクによりレンズを形成するレンズ形成手段と、を備えたことを特徴とする立体画像形成装置。
2. 前記立体画像形成装置において、前記シート層形成用インクが、前記レンズ形成用インクよりも硬化速度が遅いことを特徴とする請求項１に記載の立体画像形成装置。
3. 前記シート層形成手段およびレンズ形成手段がインクを吐出する液体吐出ヘッドであることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像形成装置。
4. 前記レンズがレンチキュラーレンズであ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。
5. 前記レンズがマイクロレンズアレイであ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。
6. 画像形成手段が記録媒体に分割画像を形成し、
   透明樹脂層形成手段が前記画像の形成された前記記録媒体上に、光硬化型の透明インクを用いて、シート層と複数のレンズを形成し、
   光照射手段が前記透明インクを硬化させる光を照射する立体画像形成方法において、
   前記シート層を形成するためのインクと、前記レンズを形成するためのインクが異なり、かつ、前記シート層を形成するためのインクが、前記レンズを形成するためのインクよりも表面張力が小さいことを特徴とする立体画像形成方法。

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