JP2020001392A - 立体画像形成システムおよびプログラム、ならびに立体画像およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】色彩を損なうことなく所望の凹凸形状を形成可能な立体画像形成システムを提供する。【解決手段】立体画像形成システム９０は、熱膨張性シートの表面を膨張させる膨張高さを黒色インク濃度で表したデータである立体ビットマップデータ４ｏに基づいて、熱膨張性シートの裏面に黒色インクで濃淡画像を印刷するための裏面発泡ビットマップデータ４ｂを生成する立体形成パターンデータ生成部５を備え、立体形成パターンデータ生成部５は、立体ビットマップデータ４ｏにおける黒色インク濃度の異なる２つの領域の境界を抽出する境界抽出部５２と、境界を挟んだ少なくとも一方の領域について、境界から所定距離までの範囲である輪郭部の黒色インク濃度を変更する濃度補正部５３と、を含む濃度調整部５１を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像を製造する立体画像形成システムおよびプログラムに関し、特に立体画像の裏面に黒色インクで印刷される濃淡画像に関する。

熱によって膨張する熱膨張層を厚口の紙等からなる基材の一面側に設けた熱膨張性シートを用いて、この一面側に凹凸を有する立体画像を形成する技術が知られている。詳しくは、凸状にしようとする領域のパターンを、熱膨張性シートの熱膨張層側の表面（以下、熱膨張性シートの表面）に、または鏡像反転して基材側の表面（以下、熱膨張性シートの裏面）に、光吸収性の高い黒色インクで印刷する。この印刷面に近赤外線等の光を照射することによって、黒色インクが発熱して熱膨張層を黒色インクの濃淡に応じた表面高さに膨張させて、立体画像を形成することができる。さらに熱膨張性シートの表面に、光吸収性の実質的にないシアン、マゼンタ、イエローの色インクで所望の画像パターンを印刷して、この画像パターンに対応した凹凸を有する所望の色彩の立体画像を形成することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１５０８１２号公報

立体画像の表面の凹凸を形成するための黒色インクで印刷される二次元パターン（以下、適宜、濃淡画像と称する）は、熱膨張性シートの表面に印刷された方が、熱が熱膨張層に伝播し易いので、濃淡画像における黒色インクの濃淡が膨張高さに反映され易く、表面を高低差の明瞭な、また微細な凹凸形状に形成することができる。しかし、熱膨張性シートの表面に印刷された黒色インクによる濃淡画像は、色インクの画像パターン（以下、適宜、色彩画像と称する）の下から透けて色彩を損なわせるという問題がある。これに対して、裏面側の基材に印刷された濃淡画像は表面から視認されないので、色彩に影響を与えない立体画像が得られる。しかし、濃淡画像（黒色インク）の熱が、厚さ方向に基材を経由して熱膨張層へ伝播する際に面方向にも拡散するため、凸状または凹状の領域を細い線や点等に形成したり、凹凸の高低差を急峻に形成することが困難であった。

あるいは、濃淡画像は、鮮明な画像と高低差の明瞭な凹凸形状とを表面に有する立体画像を製造するために、形成しようとする表面形状に基づいて、熱膨張性シートの表面に印刷するか裏面に印刷するかを適宜選択して２つに振り分けられて設計される。しかし、面積が少ないものの表面に濃淡画像が印刷されるため、色彩画像の色調等によっては部分的に鮮明さに劣る外観となる。また、濃淡画像の印刷は２回、色彩画像の印刷を加えると３回行う必要があり、アライメントが必要となり、表面と裏面とで濃淡画像の印刷位置がずれて、所望の凹凸形状が形成されない不良品が発生する虞がある。

本発明の課題は、色彩を損なうことなく所望の凹凸形状を形成可能な立体画像形成システムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る立体画像形成システムは、基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの表面を所望の領域で膨張させて凹凸を形成するシステムであって、濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を前記熱膨張性シートの裏面に印刷するための印刷データに対して、前記濃淡画像における互いに濃度が異なる隣接した２つの領域の境界上で前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差が形成されるように、前記２つの領域の少なくとも一方における前記境界から所定距離までの範囲を輪郭部として、前記輪郭部の濃度を調整する印刷データ濃度調整手段を有することを特徴とする。

本発明に係る立体画像形成システムによれば、色彩を損なうことなく所望の凹凸形状を形成可能である。

実施形態に係る立体画像形成システムの構成を示すブロック図である。 熱膨張性シートの構造および立体画像の製造方法を模式的に説明する断面図であって、（ａ）は熱膨張性シート、（ｂ）は色彩画像と濃淡画像を各面に印刷した熱膨張性シート、（ｃ）は立体画像である。 （ａ）は、熱膨張性シートの表面の膨張高さを、裏面に印刷されてその高さに膨張させる光熱変換成分濃度で表した２次元データの外観図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す２次元データに基づいて濃淡画像を裏面に印刷された立体画像の断面における、前記濃淡画像の光熱変換成分濃度および表面高さを表すグラフで、（ａ）のＡ−Ａ部分断面に相当する。 光熱変換成分濃度の一様なパターンを熱膨張性シートの裏面に印刷された立体画像の、表面高さの推移を表すグラフである。 濃淡画像の印刷データの生成手順を説明するフローチャートである。 図３（ａ）に示す２次元データから抽出した境界の外観図である。 境界に沿った輪郭部における光熱変換成分濃度の補正を説明する模式図であり、図３（ａ）に示す２次元データの部分拡大図に相当する。 図３（ａ）に示す２次元データの光熱変換成分濃度を調整したデータの外観図である。 実施形態に係る光熱変換成分の濃度分布の２次元パターンデータの外観図であり、図８に示すデータを鏡像反転した印刷データである。 実施形態に係る立体画像の外観を説明する図であって、（ａ）は表面の外観図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ部分断面における表面高さと裏面に形成された濃淡画像の光熱変換成分濃度を表すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。ただし、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための立体画像形成システムを例示するものであって、以下に限定するものではない。図面に示す被印刷物である熱膨張性シートや製造された立体画像は、説明を明確にするために、大きさや位置関係、および濃淡等を誇張していることがあり、また、形状を単純化していることがある。なお、本明細書において、立体画像とは、部分的に厚いことにより一面側の表面に凹凸を有するシート状の印刷物であり、さらに、前記一面側の表面に色彩を付されたものも含まれる。また、以下の説明において、同一のまたは同質の部材や工程については、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。

〔立体画像形成システム〕
本発明の実施形態に係る立体画像形成システムの構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る立体画像形成システムの構成を示すブロック図である。本明細書において、立体画像形成システムとは、紙等の基材の一面上に加熱されて膨張する熱膨張層を一定の厚さに形成してなる熱膨張性シートを印刷媒体として、立体画像を形成するためのシステムである。立体画像形成システム９０は、コンピュータ９と、入力操作部７と、表示装置８と、印刷機９１と、光照射装置９２と、を備える。

コンピュータ９は、例えばパーソナルコンピュータであり、演算処理装置５０および記憶装置４０を備え、入力操作部７、表示装置８、印刷機９１、および光照射装置９２のそれぞれと通信ケーブル等で通信可能に接続されている。入力操作部７と表示装置８は、例えば一体化されたタッチパネルディスプレイであり、あるいは、入力操作部７はキーボードやマウスであってもよく、表示装置８は単なるディスプレイであってもよい。
演算処理装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、裏面発泡ビットマップデータ生成部５を含む。記憶装置４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、およびＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であり、コンピュータ９に内蔵されたものに限られず、通信ケーブル等で接続された外付けＨＤＤを含んでもよい。記憶装置４０には、印刷データベース４等のデータベース、印刷を印刷機９１に実行させるプログラム、近赤外線の照射を光照射装置９２に実行させるプログラム、裏面発泡ビットマップデータ生成部５を具現化するプログラム（図示省略）等が記憶されている。印刷データベース４は、裏面発泡ビットマップデータ４ｂや表面画像ビットマップデータ４ｃ等の、印刷機９１で熱膨張性シートに画像を印刷するためのビットマップデータを格納する。

印刷機９１は、例えばインクジェットプリンタであり、カーボンブラックの黒色インクによって、熱膨張性シートにグレースケール印刷する機能と、カラーインクによって熱膨張性シートにカラー印刷する機能とを有している。

光照射装置９２は、熱膨張性シートに光を照射する装置であり、熱膨張性シートで立体画像を形成するための公知の装置を適用することができる。詳しくは、光照射装置９２は、印刷機９１のように熱膨張性シートを一方向に搬送する搬送機構と、近赤外線を含む光を放射する光源と、反射板と、当該光照射装置を冷却する冷却器と、を主に備える。光源は、例えばハロゲンランプであり、熱膨張性シートへその全幅にわたって設けられる。反射板は、光源から熱膨張性シートへ光を効率的に照射するために、略半円柱の柱面形状の曲面に形成されて内側に鏡面を有し、光源の熱膨張性シートと対向する側の反対側を覆う。冷却器は、空冷方式のファンや水冷方式のラジエータ等であり、反射板の近傍に設けられる。

（裏面発泡ビットマップデータ生成部）
裏面発泡ビットマップデータ生成部５は、濃度調整部５１および反転処理部５５を備える。さらに、濃度調整部５１は、境界抽出部５２、濃度補正部５３、および境界位置補正部５４を備える。裏面発泡ビットマップデータ生成部５は、立体画像の表面に形成しようとする凹凸の高さ情報である立体ビットマップデータ４ｏを、印刷データベース４または立体画像形成システム９０の外部から入力されて、印刷用の裏面発泡ビットマップデータ４ｂを生成、出力する。裏面発泡ビットマップデータ生成部５の詳細な動作は後記する。

（熱膨張性シート）
ここで、立体画像形成システム９０における媒体である熱膨張性シートについて、図２（ａ）を参照して説明する。図２（ａ）は、熱膨張性シートの構造を模式的に説明する断面図である。熱膨張性シート１０は、基材１２と、基材１２の一方の面（表面）に均一な厚さに形成された熱膨張層１１と、を備える。熱膨張性シート１０は、例えばＡ４用紙サイズの長方形で、向きを識別するために角の一つを斜めに切欠いた形状である。熱膨張層１１は、熱可塑性樹脂をバインダとして熱膨張性のマイクロカプセルを含有し、さらに必要に応じて酸化チタン等の白色顔料を含有して、地色（背景色）を白くする。マイクロカプセルは、熱可塑性樹脂で形成され、揮発性溶媒を内包し、膨張温度域、具体的には前記熱可塑性樹脂や揮発性溶媒の種類にもよるが約８０℃以上に加熱されると、加熱温度と加熱時間に応じた大きさに膨張する。これにより、熱膨張層１１は、最大で膨張前の１０倍程度の厚さに膨張させることができる。基材１２は、熱膨張層１１が部分的に膨張したときに、皺を生じたり大きく波打ったりしない程度の強度を有し、また、厚さ方向において熱伝導性ができるだけ高くなるように、前記強度を確保できる程度に厚さが小さいことが好ましく、例えば厚口の紙からなる。

熱膨張性シート１０の表面や裏面の所望の領域に、特定の波長域の光、例えば近赤外線（波長７８０ｎｍ〜２．５μｍ）を吸収して熱に変換して放出する発熱成分を付着させて、前記近赤外線を全面に照射することにより、前記領域に限定して、かつその付着量に対応した厚さに熱膨張層を膨張させて立体画像を形成することができる。発熱成分には、カーボンブラックを含有する一般的な印刷用の黒色（Ｋ）インクを適用することができる。すなわち、後記するように、立体画像形成システム９０の印刷機９１が黒色インクで熱膨張性シート１０の少なくとも一方の面に濃淡画像を印刷し、その後、光照射装置９２が、熱膨張性シート１０の濃淡画像を印刷した面の全体に、近赤外線を照射することにより、熱膨張層１１が部分的に膨張して表面が隆起した立体画像が形成される。本発明においては、熱膨張性シート１０の基材１２側の面（裏面）に濃淡画像を形成し、近赤外線を照射する。

（立体画像の製造方法）
立体画像形成システム９０による立体画像の製造方法について、図２（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。図２（ｂ）は色彩画像と濃淡画像を各面に印刷した熱膨張性シート、図２（ｃ）は立体画像である。印刷機９１を使用して、裏面発泡ビットマップデータ４ｂにより熱膨張性シート１０の裏面に印刷して、黒色インクで濃淡画像２を形成する。次に、光照射装置９２で、熱膨張性シート１０の裏面に近赤外線を照射して、熱膨張性シート１０の熱膨張層１１を膨張させると、立体画像１が得られる。また、近赤外線を照射する前に、色インクで色彩画像３を熱膨張性シート１０の表面に形成して、表面に画像を付した立体画像１を製造することもできる。色彩画像３は、濃淡画像２と同様に印刷機９１を使用して、当該色彩画像３の印刷用データである表面画像ビットマップデータ４ｃ（図１参照）を印刷して形成することができる。濃淡画像２と色彩画像３の印刷順序は規定されない。

〔裏面発泡ビットマップデータ生成方法〕
濃淡画像２の印刷用データである裏面発泡ビットマップデータ４ｂおよびその生成方法について説明する。裏面発泡ビットマップデータ４ｂは、熱膨張性シート１０の裏面に、濃淡画像２を黒色インク（光熱変換成分）一色でグレースケール印刷するためのデータである。このような裏面発泡ビットマップデータ４ｂは、立体画像の表面に形成しようとする凹凸の高さ情報の２次元データである立体ビットマップデータ４ｏを基にして作成される。まず、立体ビットマップデータ４ｏについて、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、熱膨張性シートの表面の膨張高さを、裏面に印刷されてその高さに膨張させる黒色インク濃度で表した２次元データの外観図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す２次元データに基づいて濃淡画像を裏面に印刷された立体画像の断面における、前記濃淡画像の光熱変換成分濃度および表面高さを表すグラフで、図３（ａ）のＡ−Ａ部分断面に相当する。なお、図３（ｂ）は、立体画像の断面を高さ方向に拡大、強調して表す。

立体ビットマップデータ４ｏは、図３（ａ）に示すように、白色〜黒色の濃淡で表された２次元データであり、中央に大きく正方形（角丸四角形）が灰色で描画され、その内部に相対的に淡い灰色でアットマーク「＠」の文字が描画され、背景が白色である。詳しくは、正方形の内部の領域Ｒ１は、濃度６０％の黒色（Ｋ６０）、文字の領域Ｒ２は濃度１０％の黒色（Ｋ１０）であり、また、背景（領域Ｒ０）の白色は濃度０％の黒色（Ｋ０）といえる。立体ビットマップデータ４ｏは、膨張高さ情報が、熱膨張性シート１０の裏面に印刷されてその高さに膨張させる黒色インク濃度（以下、黒色濃度）で表されている。したがって、表面が高いほど高濃度にすなわち黒っぽく表される。ここでは、立体画像形成システム９０によって熱膨張性シート１０の熱膨張層１１を膨張させられる最大高さとする黒色濃度は、Ｋ８０とする。これは、立体画像形成システム９０において、熱膨張性シート１０の裏面における黒色濃度がＫ８０を超えて高濃度であっても、熱膨張層１１がさらには高く膨張しない、あるいは、発熱温度が高くなり過ぎて安全性が確保し難い、等によって設定される。また、白色（Ｋ０）は、黒色インクがまったく付着しないので、熱膨張層１１が膨張せず、膨張高さが最小の０、すなわち膨張前の熱膨張性シート１０の表面の高さである。したがって、設計上、立体ビットマップデータ４ｏによって得られる立体画像は、表面が、正方形に最大膨張高さ（図３（ｂ）で表面高さ：１）の７５％の高さまで隆起し、この正方形内にアットマーク「＠」の文字の形状に、底の高さ１２．５％の溝が形成され、断面で図３（ｂ）に破線で示すような凹凸の表面に形成される。なお、実際の立体画像において、濃淡画像２の黒色濃度と熱膨張層１１の膨張高さとの関係は、必ずしも線形ではない。

ここで、熱膨張性シート１０の基材１２側の面（裏面）に形成された濃淡画像２による熱膨張層１１の膨張について、図４を参照して説明する。図４は、黒色インク濃度（光熱変換成分濃度）の一様なパターンを熱膨張性シートの裏面に印刷された立体画像の、表面高さの推移を表すグラフである。濃淡画像２（裏面に付着した黒色インク）は、近赤外線を照射されて発熱すると、その熱が基材１２を経由して熱膨張層１１に伝播する。ところが、濃淡画像２から放出された熱は、熱膨張性シート１０の厚さ方向だけでなく、面方向にも伝播する。そのため、裏面に黒色インクが付着していない白色の領域（低濃度領域）であっても、灰色〜黒色の領域（高濃度領域）との境界近傍では熱が拡散されてきて、その分、高濃度領域であっても境界近傍では、当該高濃度領域における黒色インクの熱が全部は伝播されない。その結果、図４に示すように、低濃度領域（−）と高濃度領域（＋）との境界（０）近傍における立体画像（膨張後の熱膨張層１１）の表面は、境界を挟んで傾斜した形状となり、高濃度領域において境界からある程度の距離をおいて黒色インクの濃度に基づいた表面高さに到達する（図４において十字「＋」を付した箇所から右側）。一方、低濃度領域においては、境界に近いほど高濃度領域の黒色インクの熱の影響が大きく、すなわち、高濃度領域と同様、境界からある程度の距離をおいて黒色インクの濃度に基づいた表面高さに到達する。そして、膨張させようとする高さが高く、高濃度領域の黒色インクが高濃度なすなわち２つの領域間の濃度差が大きいほど、境界から低濃度領域の側へ広がって熱膨張層１１が膨張し、かつ高濃度領域で最大高さに到達するまでの境界からの距離が長く、ただし、傾斜面の角度が垂直により近いものとなる。

このような現象により、立体ビットマップデータ４ｏの膨張高さ情報をそのまま黒色インクの濃度として鏡像反転したデータにより、熱膨張性シート１０の裏面に印刷して近赤外線を照射して立体画像とすると、正方形の領域Ｒ１の背景（領域Ｒ０）からの隆起部分やその内側の文字（領域Ｒ２）の形状の溝は、いずれも段差が緩やかに傾斜して、立ち上がり、立ち下がりが不明瞭な形状となる。さらに、領域Ｒ２の溝は、線幅の狭い部分で溝の深さが浅く（底が高く）、また、領域Ｒ１において溝に挟まれた凸状の狭い部分が周囲よりも低く凹んだ状態となる。このような立体画像は、断面で図３（ｂ）に実線で示すような凹凸の表面に形成される。その結果、立体画像は、表面に色彩画像を付さない状態において、全体に輪郭がぼやけ、さらに文字の線幅の細い部分や文字の線同士の間隔の狭い部分がよりぼやけた外観となる。すなわち、外観で、その位置に高低差があるか不明瞭である。また、表面の触感によっても、凸状、凹状となる位置や形状が判別し難い。

そこで、裏面発泡ビットマップデータ生成部５が、立体ビットマップデータ４ｏに基づいて、熱膨張性シート１０の裏面に形成される濃淡画像２の印刷データである裏面発泡ビットマップデータ４ｂを生成する。以下、濃淡画像の印刷データの生成方法について、図５から図９を参照して説明する。図５は、濃淡画像の印刷データの生成手順を説明するフローチャートである。図６は、図３（ａ）に示す２次元データから抽出した境界の外観図である。図７は、境界に沿った輪郭部における光熱変換成分濃度の補正を説明する模式図であり、図３（ａ）に示す２次元データの部分拡大図に相当する。図８は、図３（ａ）に示す２次元データの光熱変換成分濃度を調整したデータの外観図である。図９は、実施形態に係る光熱変換成分の濃度分布の２次元パターンデータの外観図であり、図８に示すデータを鏡像反転した印刷データである。

裏面発泡ビットマップデータ４ｂは、図５に示すように、立体ビットマップデータ４ｏに対して黒色インク濃度の異なる隣接した領域の境界に沿った一定の幅の輪郭部で黒色インク濃度を変更する濃度調整工程Ｓ１と、濃度調整工程Ｓ１で得たパターンを鏡像反転する鏡像反転工程Ｓ２と、を行って生成する。さらに、濃度調整工程Ｓ１は、まず、黒色インク濃度の異なる隣接した領域の境界を抽出する境界抽出工程Ｓ１０と、境界を挟んだ２つの領域のそれぞれに境界に沿って黒色インク濃度を変更した輪郭部を設ける輪郭濃度補正工程Ｓ２０と、境界の位置を必要に応じて高濃度領域側または低濃度領域側に移動させる境界補正工程Ｓ３０と、を行う。

（濃度調整工程）
境界抽出工程Ｓ１０において、境界抽出部５２が、立体ビットマップデータ４ｏら黒色濃度が異なる領域間の境界を抽出する。図６にデータ４ａ₁として示すように、領域Ｒ０（背景）と領域Ｒ１（正方形）との境界（正方形の輪郭線）Ｌ１、領域Ｒ１と領域Ｒ２（文字）との境界Ｌ２（外側）、Ｌ３（内側）が抽出される。

次に、輪郭濃度補正工程Ｓ２０において、濃度補正部５３が、データ４ａ₁の境界毎に、当該境界を挟んでその近傍における黒色濃度差を拡大するように、境界に沿った所定の幅の輪郭部（縁）の濃度を変更する。まず、境界Ｌ１を選択して（Ｓ２１）、境界Ｌ１の高濃度側である正方形の内側（領域Ｒ１）の濃度補正、すなわち輪郭部を高濃度化する。ただし、領域Ｒ１の黒色濃度Ｃ_KDが最大のＫ８０である場合は（Ｓ２２：Ｃ_KD＝Ｋ８０）、それよりも高濃度に変更することができないので、工程Ｓ２３は実行せず、すなわち輪郭部を設けない。領域Ｒ１は、黒色濃度Ｃ_KDがＫ６０であるので（Ｓ２２：Ｃ_KD＜Ｋ８０）、図７に示すように、境界Ｌ１から距離ｄ_Dまでの部分を領域Ｒ１の輪郭部Ｒ１_rim1（図中、ハッチングを付した領域）として、この輪郭部Ｒ１_rim1を元の濃度Ｃ_KDよりも高濃度に変更する（Ｓ２３）。ここで、図４を参照して説明したように、境界を挟んで濃度差が大きいほど、段差が急峻になる。そこで、ここでは、輪郭部Ｒ１_rim1の黒色濃度を最大値のＫ８０に変更する。また、輪郭部Ｒ１_rim1の幅ｄ_Dは、当該輪郭部Ｒ１_rim1の黒色濃度（Ｋ８０）によって、領域Ｒ１の黒色濃度Ｃ_KD（Ｋ６０）に対応する膨張高さに到達するまでの距離に基づいて設定される。また、輪郭部の黒色濃度は、常に最大値（Ｋ８０）としてもよいし、元の濃度Ｃ_KDに対する上げ幅（ポイント）の上限を予め設定していてもよい。また、低濃度側の領域Ｒ０（背景）については、黒色濃度Ｃ_KLが最小のＫ０（白色）であるため（Ｓ２４：Ｃ_KL＝Ｋ０）、工程Ｓ２５は実行せず、領域Ｒ０には輪郭部を設けない。

境界Ｌ２（文字の輪郭）を選択して（Ｓ２１）、高濃度側である領域Ｒ１においては境界Ｌ１と同様に、幅ｄ_Dの輪郭部Ｒ１_rim2を設けて、黒色濃度Ｋ８０に変更する（Ｓ２３）。一方、低濃度側である文字（領域Ｒ２）は、黒色濃度Ｃ_KLがＫ１０であるので（Ｓ２４：Ｃ_KL＞Ｋ０）、境界Ｌ２から距離ｄ_Lまでの部分を領域Ｒ２の輪郭部Ｒ２_rimとして、この輪郭部Ｒ２_rimを元の濃度Ｃ_KLよりも低濃度に変更する（Ｓ２５）。ここでは、最小値のＫ０（白色）に変更する。輪郭部Ｒ２_rimの幅ｄ_Lは、高濃度側の幅ｄ_Dと同様に、当該輪郭部Ｒ２_rimの黒色濃度と元の濃度Ｃ_KLとに基づいて設定する。輪郭部の黒色濃度は、常に最小値（Ｋ０）としてもよいし、元の濃度Ｃ_KLに対する下げ幅（ポイント）の上限や、例えば、境界を挟んだ高濃度側の輪郭部の黒色濃度との差の上限を予め設定していてもよい。さらに、境界Ｌ３を選択して（Ｓ２１）、工程Ｓ２２〜Ｓ２５を同様に実行する。境界Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３についてすべて実行したら（Ｓ２６：ない）、輪郭濃度補正工程Ｓ２０を終了し、データ４ａ₂が得られる。

領域Ｒ１の輪郭部Ｒ１_rim1と輪郭部Ｒ１_rim2は、同一の黒色濃度や幅ｄ_Dでなくてよく、例えば、隣接する領域Ｒ０，Ｒ２のそれぞれの黒色濃度Ｃ_KLや輪郭部Ｒ２_rimの黒色濃度との差に応じて、異なる値に設定することもできる。また、輪郭部のそれぞれにおける黒色濃度は一様でなくてもよく、境界からの距離に応じて変化させてもよい。特に、境界Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の高濃度側である領域Ｒ１においては、輪郭部Ｒ１_rim1，Ｒ１_rim2の黒色濃度が元の濃度Ｃ_KDに対して２０ポイント差と大きいことにより、輪郭部Ｒ１_rimと元の濃度部分との切換え箇所で、膨張高さが一旦低下して、小さな段差や溝を生じる場合がある。そこで、輪郭部Ｒ１_rim1，Ｒ１_rim2を、境界の側から順に幅ｄ_D1，ｄ_D2（ｄ_D1＋ｄ_D2≧ｄ_D）に分割して、それぞれの黒色濃度をＫ８０，Ｋ７０に設定する。このように、輪郭部Ｒ１_rim1，Ｒ１_rim2を、領域Ｒ１の元の黒色濃度Ｃ_KDから段階的に濃度を高くすることで、溝等を生じることなく段差を垂直に近付けることができる。低濃度側の領域についても、元の濃度Ｃ_KLと輪郭部の濃度との差によっては、同様に段階的に濃度を低くしてもよい。なお、輪郭部の濃度は３分割以上としてもよく、また、濃度を明確に切り換えずに連続的に変化させたグラデーションとしてもよい。

境界補正工程Ｓ３０においては、境界位置補正部５４が、データ４ａ₂における元の（立体ビットマップデータ４ｏの）黒色濃度Ｃ_KD，Ｃ_KLに対する境界近傍の輪郭部の濃度差（変更量）ΔＣ_KD，ΔＣ_KLに基づき、必要に応じて、境界を輪郭部と共に移動させる。例えば、境界Ｌ１について、高濃度側である内側の領域Ｒ１で輪郭部Ｒ１_rim1において黒色濃度をＫ６０からＫ８０に引き上げたことにより、熱膨張する領域が境界Ｌ１の外側（領域Ｒ０（背景）側）へ拡張されることになる（図４参照）。このままでは、得られる立体画像の外観上、領域Ｒ１の外形である正方形の寸法が設計よりも大きくなる。そこで、境界Ｌ１を領域Ｒ１側へ輪郭部Ｒ１_rim1と共に所定距離移動させ、すなわち正方形を僅かに縮小する。

同様に、境界Ｌ２，Ｌ３についても、外側となる領域Ｒ１に高濃度化した輪郭部Ｒ１_rim2を設けたことにより、領域Ｒ１が拡張、すなわち内側の領域Ｒ２（文字）の幅が狭くなることになる。一方で、境界Ｌ２，Ｌ３については、低濃度側の領域Ｒ２に黒色濃度をＫ１０からＫ０に引き下げた輪郭部Ｒ２_rimを設けたことで、領域Ｒ２が拡張して幅が広くなり、すなわち領域Ｒ１が縮小することになる。そこで、境界Ｌ２，Ｌ３を挟んだ２つの領域Ｒ１，Ｒ２について、当該領域Ｒ１，Ｒ２のそれぞれの膨張高さとなる領域のどちらが拡張するかを予測し（Ｓ３１）、その結果に基づいて、領域Ｒ１の側または領域Ｒ２の側へ、境界Ｌ２，Ｌ３を隣接する輪郭部Ｒ１_rim2，Ｒ２_rimと共に移動させる（Ｓ３２，Ｓ３３）、あるいは移動させない。一例として、境界Ｌ２について、高濃度側の領域Ｒ１の濃度Ｃ_KDに対する輪郭部Ｒ１_rim2の濃度差ΔＣ_KDと、低濃度側の領域Ｒ２の濃度Ｃ_KLに対する輪郭部Ｒ２_rimの濃度差ΔＣ_KLと、を比較して、大きい方の領域が拡張すると判定する。ここでは、変化量が領域Ｒ１においては２０ポイント、領域Ｒ２においては１０ポイントにつき、領域Ｒ１の方が大きいので、領域Ｒ１の側へ境界Ｌ２を移動させる。さらに、変更量の差に基づいて境界Ｌ２の移動距離を算出する。一連の濃度調整工程Ｓ１により、図８に示す正像発泡ビットマップデータ４ｂ_Nが生成される。なお、図８には、移動前の境界Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を点線で示す。

輪郭濃度補正工程Ｓ２０においては、工程Ｓ２２〜Ｓ２３と工程Ｓ２４〜Ｓ２５とを順序を入れ替えて、または並列して実行してもよい。また、境界補正工程Ｓ３０においては、予測による判定（Ｓ３１）を行わずに、２つの領域のそれぞれにおける輪郭部の濃度変更量ΔＣ_KD，ΔＣ_KLに基づく距離で、高濃度領域側と低濃度領域側とに境界を移動させ（Ｓ３２，Ｓ３３）てもよい。また、輪郭濃度補正工程Ｓ２０で１つの境界を選択する（Ｓ２１）毎に、工程Ｓ２２〜Ｓ２５および境界補正工程Ｓ３０（Ｓ３１〜Ｓ３３）を連続して実行してもよい。さらにはこの場合、輪郭部を設ける（Ｓ２３，Ｓ２５）際に、その濃度変更量ΔＣ_KD，ΔＣ_KLに基づく距離で境界を移動させ（Ｓ３２，Ｓ３３）てもよい。

図８に示すように、正像発泡ビットマップデータ４ｂ_Nは、立体ビットマップデータ４ｏ（図３（ａ）参照）の膨張高さに対応した黒色濃度に加え、膨張高さの異なる境界を挟んで黒色濃度の差が大きくなるように、黒色濃度の異なる輪郭部が当該境界に沿って設けられている。なお、正像発泡ビットマップデータ４ｂ_Nは、領域Ｒ１が、立体ビットマップデータ４ｏにおいて幅の狭い部分で、元の黒色濃度Ｃ_KDであるＫ６０の領域がなくなって、Ｋ８０，Ｋ７０の輪郭部Ｒ１_rim2のみとなる。この部分は、幅が狭いために、Ｋ８０，Ｋ７０でも、膨張高さがＫ６０相当に抑制される。同様に、領域Ｒ２が、立体ビットマップデータ４ｏにおいて幅の狭い部分で、元の黒色濃度Ｃ_KLであるＫ１０の領域がなくなって、Ｋ０（白色）の輪郭部Ｒ２_rimのみとなる。この部分は、幅が狭く、両側を領域Ｒ１におけるＫ８０の輪郭部Ｒ１_rim2で挟まれていることによって、輪郭部Ｒ１_rim2から拡散する熱でＫ１０相当の高さまで熱膨張する。

（鏡像反転工程）
鏡像反転工程Ｓ２において、反転処理部５５が正像発泡ビットマップデータ４ｂ_Nを鏡像反転して、図９に示す裏面発泡ビットマップデータ４ｂとする。正像発泡ビットマップデータ４ｂ_Nは、熱膨張性シート１０の表面からの正像であるので、裏面に印刷するために鏡像にする。生成された裏面発泡ビットマップデータ４ｂを、裏面発泡ビットマップデータ生成部５が出力して、印刷データベース４に格納する。

裏面発泡ビットマップデータ４ｂに基づいて熱膨張性シート１０の裏面に濃淡画像２を印刷して、近赤外線を照射することにより、熱膨張層１１が膨張、表面が隆起して、立体画像１が製造される。立体画像の形状について、図１０を参照して説明する。図１０は実施形態に係る立体画像の外観を説明する図であって、（ａ）は表面の外観図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ部分断面における表面高さと裏面に形成された濃淡画像の光熱変換成分濃度を表すグラフである。なお、図１０（ｂ）は、図３（ｂ）と同様に、立体画像の断面を高さ方向に拡大、強調して表す。図１０（ｂ）に示すように、立体画像１は、表面の凹凸の段差が比較的垂直に近い、急峻なものとなり、また、凸状、凹状の領域のそれぞれにおいて、領域が狭くても所望の表面高さに合ったものとなる。このように、裏面発泡ビットマップデータ４ｂによれば、熱膨張性シート１０の裏面に印刷された濃淡画像２によって、段差が比較的急峻なエッジの立った表面形状となって、外観にてそこに高低差があることが明瞭であり、また、凸状や凹状の領域が狭くても所望の高さ、深さとなる表面形状を有する立体画像１を製造することができる。また、裏面発泡ビットマップデータ４ｂによれば、熱膨張性シート１０の表面に黒色インクのパターンを印刷される必要がないので、表面に所望の色彩の画像パターンを印刷して、鮮明な画像を付したり、熱膨張性シート１０の地色の白一色の立体画像１とすることができる。さらに、立体画像１は、熱膨張性シート１０の裏面にのみ、すなわち片面への濃淡画像２の印刷および近赤外線の照射によって形成されるので、アライメント不良が発生し難く、また、工程が少なく、生産性が高い。

裏面発泡ビットマップデータ４ｂにおいては、境界抽出工程Ｓ１０で立体ビットマップデータ４ｏから抽出される境界Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がいずれも閉曲線であり、そのため、輪郭部も幅ｄ_D，ｄ_Lの閉曲線であるが、これに限られない。例えば、ある膨張高さとする領域が、近接する異なる膨張高さとする領域との間の一部で膨張高さが連続的に変化して、設計上、表面形状を傾斜させる場合には、この部分では境界が抽出されないので、抽出される境界は線分や開曲線となり、輪郭部もこれに沿った形状になる。

前記したように、輪郭濃度補正工程Ｓ２０においては、黒色濃度Ｋ８０，Ｋ０の領域には輪郭部を設けることができない。したがって、立体ビットマップデータ４ｏにおいて、隣接した領域のそれぞれの黒色濃度がＫ８０，Ｋ０である場合、例えば、領域Ｒ１がＫ８０、領域Ｒ２がＫ０では、立体画像の表面の段差を急峻に形成することができず、文字の形状（領域Ｒ２）の溝が部分的に浅くなる。そこで、隣接した領域がＫ０とＫ８０、またはそれに近く、輪郭部の十分な濃度補正ができない（例えば、Ｋ０とＫ７０）場合には、輪郭濃度補正工程Ｓ２０の前に、高濃度側の領域の全体の濃度を低くする、または低濃度側の領域の全体の濃度を高くする、あるいはその両方を行うことができる。その後、変更後の濃度をＣ_KD，Ｃ_KLとして、輪郭濃度補正工程Ｓ２０を行う。領域の黒色濃度の変更量は、立体画像の表面に十分な高低差が形成されるようにＣ_KD，Ｃ_KLの差を一定以上に保ちつつ、例えば、２つの領域のそれぞれの最小幅に基づき、幅が狭いほど、輪郭濃度補正工程Ｓ２０で、輪郭部の濃度の変更量ΔＣ_KD，ΔＣ_KLを大きくすることができるようにする。

実施形態に係る裏面発泡ビットマップデータの生成においては、黒色濃度を調整した（濃度調整工程Ｓ１）後のデータである正像発泡ビットマップデータ４ｂ_Nに対して鏡像反転工程Ｓ２を行ったが、立体ビットマップデータ４ｏを鏡像反転させて、反転させたデータに対して濃度調整工程Ｓ１を行ってもよい。また、立体ビットマップデータ４ｏについて、膨張高さ情報が、熱膨張性シートの裏面に印刷されてその高さに膨張させる黒色インク濃度で表されていない場合、例えば、最大高さが黒色（Ｋ１００）で表されていたり、濃淡画像２の黒色濃度と膨張高さとの関係が非線形であるのに対して線形で表されていた場合、膨張高さ情報を黒色インク濃度に変換する処理を実行する。具体的には、裏面発泡ビットマップデータ生成部５に膨張高さ−黒色濃度変換手段（図示せず）を備えて、濃度調整工程Ｓ１（境界抽出工程Ｓ１０）の前に、前記手段に予め設定されている、膨張高さに対する黒色濃度の相関（膨張高さの黒色濃度依存性）に基づいて、立体ビットマップデータ４ｏの膨張高さを黒色濃度に変換する。

実施形態においては、完成した立体ビットマップデータ４ｏに基づいて裏面発泡ビットマップデータ４ｂを生成したが、立体ビットマップデータ４ｏを設計するための作業過程で直接、裏面発泡ビットマップデータ４ｂを生成してもよい。例えば、立体画像における位置および形状ならびにその表面高さを指定すると同時に、その領域について正像発泡ビットマップデータ４ｂ_Nを生成し、全体を設計したら、鏡像反転させて裏面発泡ビットマップデータ４ｂを生成してもよい。

以上のように、本発明の実施形態によれば、熱膨張性シートの裏面のみへの黒色インクのパターンの印刷および近赤外線の照射によって、高低差の明瞭な、また微細な凹凸形状を表面に有し、かつ鮮明な画像を付することのできる立体画像が得られる。つまり、色彩を損なうことなく所望の凹凸形状を形成可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。

以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲のとおりである。
〔付記〕
《請求項１》
基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの表面を所望の領域で膨張させて凹凸を形成する立体画像形成システムであって、
濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を前記熱膨張性シートの裏面に印刷するための印刷データに対して、前記濃淡画像における互いに濃度が異なる隣接した２つの領域の境界上で前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差が形成されるように、前記２つの領域の少なくとも一方における前記境界から所定距離までの範囲を輪郭部として、前記輪郭部の濃度を調整する印刷データ濃度調整手段を有することを特徴とする立体画像形成システム。
《請求項２》
前記印刷データ濃度調整手段は、前記濃淡画像における前記２つの領域の高濃度側の領域上の前記輪郭部の濃度をさらに高濃度に変更し、低濃度側の領域上の前記輪郭部の濃度をさらに低濃度に変更することを特徴とする請求項１に記載の立体画像形成システム。
《請求項３》
前記印刷データ濃度調整手段は、前記輪郭部を、前記２つの領域の境界からの距離毎に異なる濃度に変更し、前記境界に近いほど濃度の変更量を大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体画像形成システム。
《請求項４》
前記印刷データ濃度調整手段は、前記輪郭部と当該輪郭部を設けた２つの領域の境界とを、前記２つの領域の一方の側へ所定距離移動させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の立体画像形成システム。
《請求項５》
基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの表面を所望の領域で膨張させて凹凸を形成する立体画像形成システムであって、
濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を、前記熱膨張性シートの裏面に印刷する濃淡画像印刷手段を備え、
前記濃淡画像は、前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差を形成しようとする部分を境界とする２つの領域の少なくとも一方において、前記境界から所定距離までの範囲である輪郭部が前記輪郭部外と異なる濃度であって、表面高さの高い側の領域の前記輪郭部がより高濃度であることを特徴とする立体画像形成システム。
《請求項６》
前記輪郭部が、前記２つの領域の境界に沿った前記所定距離の幅の少なくとも一本の線であって、線分、曲線、その組合せ、その組合せによる閉曲線を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の立体画像形成システム。
《請求項７》
基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの裏面に、濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を印刷するための印刷データに対して、前記濃淡画像における互いに濃度が異なる隣接した２つの領域の境界上で前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差が形成されるように、前記２つの領域の少なくとも一方における前記境界から所定距離までの範囲を輪郭部として、前記輪郭部の濃度を調整する印刷データ濃度調整手段として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
《請求項８》
基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの裏面に、濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を、印刷データに基づいて印刷する濃淡画像印刷工程と、前記熱膨張性シートに光を照射する光照射工程と、を順に行って、前記熱膨張性シートの表面を所望の領域で膨張させて凹凸を形成する立体画像製造方法であって、
前記印刷データに対して、前記濃淡画像における互いに濃度が異なる隣接した２つの領域の境界上で前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差が形成されるように、前記２つの領域の少なくとも一方における前記境界から所定距離までの範囲を輪郭部として、前記輪郭部の濃度を調整する印刷データ濃度調整工程をさらに行うことを特徴とする立体画像製造方法。
《請求項９》
表面に凹凸を有する発泡層を基材に積層してなり、吸収した光を熱に変換する光熱変換成分の濃淡画像を裏面に形成した立体画像であって、
前記濃淡画像は、表面の急峻な段差を境界とする２つの領域の少なくとも一方において、前記境界から所定距離までの範囲である輪郭部が、前記輪郭部外と異なる光熱変換成分濃度であって、表面高さの高い側の領域の前記輪郭部がより高濃度であることを特徴とする立体画像。

１ 立体画像
１０ 熱膨張性シート
１１ 熱膨張層
１２ 基材
２ 濃淡画像
３ 色彩画像
４ 印刷データベース
４ｂ 裏面発泡ビットマップデータ（印刷データ）
４ｃ 表面画像ビットマップデータ
４ｏ 立体ビットマップデータ
５ 裏面発泡ビットマップデータ生成部
５１ 濃度調整部（印刷データ濃度調整手段）
５２ 境界抽出部
５３ 濃度補正部
５４ 境界位置補正部
５５ 反転処理部
Ｓ１ 濃度調整工程
Ｓ２ 鏡像反転工程
９０ 立体画像形成システム
９１ 印刷機（濃淡画像印刷手段）
９２ 光照射装置

Claims (9)

1. 基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの表面を所望の領域で膨張させて凹凸を形成する立体画像形成システムであって、
   濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を前記熱膨張性シートの裏面に印刷するための印刷データに対して、前記濃淡画像における互いに濃度が異なる隣接した２つの領域の境界上で前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差が形成されるように、前記２つの領域の少なくとも一方における前記境界から所定距離までの範囲を輪郭部として、前記輪郭部の濃度を調整する印刷データ濃度調整手段を有することを特徴とする立体画像形成システム。
2. 前記印刷データ濃度調整手段は、前記濃淡画像における前記２つの領域の高濃度側の領域上の前記輪郭部の濃度をさらに高濃度に変更し、低濃度側の領域上の前記輪郭部の濃度をさらに低濃度に変更することを特徴とする請求項１に記載の立体画像形成システム。
3. 前記印刷データ濃度調整手段は、前記輪郭部を、前記２つの領域の境界からの距離毎に異なる濃度に変更し、前記境界に近いほど濃度の変更量を大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体画像形成システム。
4. 前記印刷データ濃度調整手段は、前記輪郭部と当該輪郭部を設けた２つの領域の境界とを、前記２つの領域の一方の側へ所定距離移動させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の立体画像形成システム。
5. 基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの表面を所望の領域で膨張させて凹凸を形成する立体画像形成システムであって、
   濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を、前記熱膨張性シートの裏面に印刷する濃淡画像印刷手段を備え、
   前記濃淡画像は、前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差を形成しようとする部分を境界とする２つの領域の少なくとも一方において、前記境界から所定距離までの範囲である輪郭部が前記輪郭部外と異なる濃度であって、表面高さの高い側の領域の前記輪郭部がより高濃度であることを特徴とする立体画像形成システム。
6. 前記輪郭部が、前記２つの領域の境界に沿った前記所定距離の幅の少なくとも一本の線であって、線分、曲線、その組合せ、その組合せによる閉曲線を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の立体画像形成システム。
7. 基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの裏面に、濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を印刷するための印刷データに対して、前記濃淡画像における互いに濃度が異なる隣接した２つの領域の境界上で前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差が形成されるように、前記２つの領域の少なくとも一方における前記境界から所定距離までの範囲を輪郭部として、前記輪郭部の濃度を調整する印刷データ濃度調整手段として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
8. 基材上に熱膨張層を積層してなる熱膨張性シートの裏面に、濃度に応じた表面高さに前記熱膨張性シートを膨張させるための濃淡画像を、印刷データに基づいて印刷する濃淡画像印刷工程と、前記熱膨張性シートに光を照射する光照射工程と、を順に行って、前記熱膨張性シートの表面を所望の領域で膨張させて凹凸を形成する立体画像製造方法であって、
   前記印刷データに対して、前記濃淡画像における互いに濃度が異なる隣接した２つの領域の境界上で前記熱膨張性シートの表面に急峻な段差が形成されるように、前記２つの領域の少なくとも一方における前記境界から所定距離までの範囲を輪郭部として、前記輪郭部の濃度を調整する印刷データ濃度調整工程をさらに行うことを特徴とする立体画像製造方法。
9. 表面に凹凸を有する発泡層を基材に積層してなり、吸収した光を熱に変換する光熱変換成分の濃淡画像を裏面に形成した立体画像であって、
   前記濃淡画像は、表面の急峻な段差を境界とする２つの領域の少なくとも一方において、前記境界から所定距離までの範囲である輪郭部が、前記輪郭部外と異なる光熱変換成分濃度であって、表面高さの高い側の領域の前記輪郭部がより高濃度であることを特徴とする立体画像。