JP2020151762A - 金属発色材料及びレーザを用いた金属材料への発色加工法及び発色加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易に金属材料表面に模様などを発色可能とする技術を提供する。【解決手段】描画対象となる金属材料５に対して、所定の色の第１ＲＧＢ値と、該第１ＲＧＢ値に対して所定の色を発色させるためのレーザ光の照射条件とを対応付けて照射データ生成部３０に格納する照射データ生成工程と、金属材料５表面に描く描画画像を入力する画像入力工程と、入力した描画画像の各画素の第２ＲＧＢ値が、照射データ生成部３０に格納された第１ＲＧＢ値に、所定の条件で最も近い値となるように描画画像の各画素のＲＧＢ値を第１ＲＧＢ値に置き換えることにより描画画像の領域分割を行う領域分割を行う領域分割工程と、領域分割工程で各画素に割り当てた第１ＲＧＢ値に基づいて、照射データ生成部３０から各画素のレーザ光の照射条件を抽出してカラーマーカ１０に出力する照射条件出力工程と、により金属材料５表面を発色させることを特徴とするレーザ発色加工法。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザを用いて加工した発色可能な構造を有する金属発色材料及びレーザを用いた金属材料への発色加工法及び発色加工装置に関する。

従来、被加工材料の表面にカラーマーキングを行う方法として、被加工材料の表面に金属コロイドを混入した液体を塗布し、塗布した液体あるいは塗布後乾燥した液体にレーザ光線を照射し、金属コロイドを凝集させ、カラーマーキングを行うレーザカラーマーキング方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−０９４１８１号公報

ところが、上記従来のレーザカラーマーキング方法では、被加工材料の表面に金属コロイドを塗布する必要があり、加工工程が複雑であるという問題があった。また、レーザの照射強度によっては、金属コロイドの塗布層にクラックが生じるなど、金属コロイドの塗装膜の厚さに対するレーザ照射条件の設定が難しいなどの問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、簡易に金属材料表面に模様などを発色可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明は、以下の適用例として実現することが可能である。なお、本欄における括弧内の参照符号や補足説明等は、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。

［適用例１］
本発明に係るレーザ発色加工装置（１）は、
レーザ照射部（１０）から照射するレーザ光により金属材料（５）表面に発色可能な画像を描画するレーザ発色加工装置（１）であって、
描画対象となる金属材料（５）に対して、所定の色を発色させる際に、前記所定の色の第１ＲＧＢ値と、該第１ＲＧＢ値に対して所定の色を発色させるための前記レーザ照射部（１０）から照射するレーザ光の照射条件とを対応付けて格納する照射データ生成部（３０，Ｓ１００）と、
前記金属材料（５）表面に描く描画画像を入力する画像入力部（２０）と、
前記画像入力部（２０）で入力した前記描画画像の各画素の第２ＲＧＢ値が、前記照射データ生成部（３０，Ｓ１００）に格納された前記第１ＲＧＢ値に最も近い値となるように前記描画画像の各画素のＲＧＢ値を前記第１ＲＧＢ値に置き換えることにより前記描画画像の領域分割を行う領域分割を行う領域分割部と、
前記領域分割部で各画素に割り当てた第１ＲＧＢ値に基づいて、前記照射データ生成部（３０，Ｓ１００）から前記各画素のレーザ光の照射条件を抽出してレーザ照射部（１０）に出力する照射条件出力部と、
を備えたことを要旨とする。

このような、レーザ発色加工装置（１）では、画像入力部（２０）で入力した画像の各画素のＲＧＢ値（これを第２ＲＧＢ値と呼ぶ）が、照射データ生成部（３０，Ｓ１００）に格納されているＲＧＢ値）これを第１ＲＧＢ値と呼ぶ）のうち、最も近い値の第１ＲＧＢ値に置き換えられる。

そして、置き換えられた第１ＲＧＢ値に対応付けられた照射条件でレーザ光が金属材料（５）表面に照射され、画素毎に酸化膜（６）が形成される。この酸化膜（６）によって、入射光と金属材料（５）表面からの反射光とで薄膜干渉が発生し、その薄膜干渉によって発色する。

したがって、従来の印刷（シルク印刷など）などや特許文献１に上げた従来技術で必要となる顔料、版下、有機溶剤あるいは金属コロイドなどの溶剤などを用いる必要がなく、それらの従来技術に比べ、簡易に金属材料（５）表面に模様などを発色させることができる。

なお、ＲＧＢ値とは、発色させる色を指定するための値であり、光の三原色である、赤（Ｒｅｄ）：Ｒ）、緑（Ｇｒｅｅｎ：Ｇ）、青（Ｂｌｕｅ：Ｂ）の各色を０〜２５５の値で指定し、その値の組合せによりＲ，Ｇ，Ｂの色を混合させて所定の色を発色させるための値である。

［適用例２］
本発明に係るレーザ発色加工法は、
レーザ照射部（１０）から照射するレーザ光により金属材料（５）表面に発色可能な画像を描画するレーザ発色加工法であって、
描画対象となる金属材料（５）に対して、所定の色を発色させる際に、前記所定の色の第１ＲＧＢ値と、該第１ＲＧＢ値に対して所定の色を発色させるための前記レーザ照射部（１０）から照射するレーザ光の照射条件とを対応付けて照射データ生成部（３０）に格納する照射データ生成工程（Ｓ１００）と、
前記金属材料（５）表面に描く描画画像を入力する画像入力工程（Ｓ１０５）と、
前記画像入力工程（Ｓ１０５）で入力した前記描画画像の各画素の第２ＲＧＢ値が、前記照射データ生成部（３０）に格納された前記第１ＲＧＢ値に、所定の条件で最も近い値となるように前記描画画像の各画素のＲＧＢ値を前記第１ＲＧＢ値に置き換えることにより前記描画画像の領域分割を行う領域分割を行う領域分割工程（Ｓ１１０）と、
前記領域分割工程（Ｓ１１０）で各画素に割り当てた第１ＲＧＢ値に基づいて、前記照射データ生成部（３０）から前記各画素のレーザ光の照射条件を抽出してレーザ照射部（１０）に出力する照射条件出力工程（Ｓ１１５）と、
により前記金属材料（５）表面を発色させることを要旨とする。

このようなレーザ発色加工法は、［適用例１］に記載のレーザ加工発色装置と同様に簡易な加工方法で、金属材料（５）の表面に発色加工を行うことができる。

［適用例３］
適用例３に記載の金属発色材料（２）は、
金属材料（５）と、
前記金属材料（５）の表面に描画したい画像の画素毎に照射条件を変えてレーザ光を照射することにより、前記画素毎に異なる特性の酸化膜（６）を形成し、前記酸化膜（６）に入射する入射光と、前記入射光が前記酸化膜（６）を透過して前記金属材料（５）の表面で反射する反射光との薄膜干渉により発色させる酸化膜層（７）と、
を備えたことを要旨とする

このような金属発色材料（２）では、金属材料（５）の表面に描画したい画像の各画素に異なる特性の酸化膜（６）が形成されるため、画素毎に入射光と金属材料（５）表面からの反射光とで薄膜干渉が発生し、その薄膜干渉によって画素毎に異なる色を発色させることができる。

［適用例４］
適用例４に記載の金属発色材料（３）は、
適用例３に記載の金属発色材料（２）において、
前記酸化膜層（７）は、
前記画素に代えて、前記描画したい画像を複数の領域（４０）に分割し、該分割した前記複数の領域（４０）を更に微細な副領域（４１，４２，４３，４４，４５）に分割し、該副領域（４１，４２，４３，４４，４５）毎に照射条件を変えて、レーザ光を照射することにより、前記複数の副領域（４１，４２，４３，４４，４５）毎に異なる特性の酸化膜（６）を形成することによって、前記複数の副領域（４１，４２，４３，４４，４５）毎に異なる色を発色させることにより、前記領域（４０）毎の発する色を変化させることを要旨とする。

このような金属発色材料（３）では、金属材料（５）の表面に描画したい画像が複数の領域（４０）に分割され、分割された複数の領域（４０）のそれぞれが、更に微細な副領域（４１，４２，４３，４４，４５）に分割される。

そして、分割された副領域（４１，４２，４３，４４，４５）毎に異なる特性の酸化膜（６）が形成されるため、副領域（４１，４２，４３，４４，４５）毎に、薄膜干渉により異なる色が出る。

また、領域（４０）は、副領域（４１，４２，４３，４４，４５）で構成されるため、領域（４０）全体としては、副領域（４１，４２，４３，４４，４５）が発色される色が合成されるため、副領域（４１，４２，４３，４４，４５）毎に発色される色を変化させることにより、領域（４０）で発色する色を変化させることができる。

さらに、各副領域（４１，４２，４３，４４，４５）に酸化膜を形成すると、各副領域（４１，４２，４３，４４，４５）の断面が凹凸状になる。したがって、各副領域（４１，４２，４３，４４，４５）の間で光の回折が発生する場合がある。この場合には、酸化膜（６）における薄膜干渉と副領域（４１，４２，４３，４４，４５）相互間の光の回折とが複合して発生し、より多階調の発色が可能となる。

［適用例５］
適用例５に記載の金属発色材料（４）は、
適用例４に記載の金属発色材料（３）において、
前記酸化膜層（７）は、
前記各副領域（４１，４２，４３，４４，４５）の間に、入射光による回析を発生させるための所定の間隔（５０）を設けたことを要旨とする。

このような金属発色材料（４）では、各副領域（４１，４２，４３，４４，４５）の間に所定の間隔があるため、その間隔が回折格子となり、光の回折が発生する。したがって、酸化膜層（７）の酸化膜（６）における薄膜干渉と副領域（４１，４２，４３，４４，４５）間の間隔（５０）により発生する光の回折とが複合するため、より多階調の発色が可能となる。

レーザ発色加工装置の概略の構成を示すブロック図である。 制御部で実行される処理の流れを示すフローチャートである。 レーザ光の連続パルスが８個（パターン８）の場合のカラーサンプルを示す図である。 グレースケール画像を用いて、金属材料の表面にグレースケール画像を描画した結果を示す図である。 カラーマーキングデータベースの一例を示す図である。 グレースケール画像を用いて金属材料表面に描画した結果を示す図である。 カラー画像を用いて、金属材料の表面にカラー画像を描画した結果を示す図である。 入力画像を８色の色領域に分割して、金属材料５に描画した結果を示す図である。 入力画像を８色の色領域に分割した場合に用いるカラーマーキングデータベースの例を示す図である。 金属発色材料の概略の構成と発色原理を示す図である。 第２実施形態における金属発色材料２の酸化膜層７の状態を示す図である。 第２実施形態におけるサブセルの配置方法の例を示す図である。 サブセルの面積比を変化させたセルの概略の構造を示す図である。 第２実施形態におけるセルの表面をレーザ顕微鏡で取得した画像を示す図である。 図１３の（ア）〜（オ）の面積比のサブセルの発色状態を分光測色計にて測定した分光スペクトルを示す図である。 第３実施形態におけるセルの概略の構造を示す図である。 各サブセルの離隔距離を変化させた場合のセルの発色状態の変化を示す図である。 サブセルの走査間隔を変化させた場合のセルの拡大写真を示す図である。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［第１実施形態］
（レーザ発色加工装置の構成）
図１に基づき、レーザ発色加工装置１の構成について説明する。図１は、レーザ発色加工装置１の概略の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、レーザ発色加工装置１は、カラーマーカ１０、画像入力部２０及び制御部３０を備えている。
カラーマーカ１０は、後述する制御部３０からの制御データに基づいて、レーザ光を照射する装置であり、照射するレーザ光により、金属材料５の表面に熱を発生させ、発生する熱で、金属材料５の表面に酸化膜を成長させて発色させる。本実施形態では、カラーマーカ１０としてオムロン社製 ＭＸ−Ｚ２０００Ｇを用いている。

画像入力部２０は、いわゆるスキャナであり、金属材料５表面に描画する画像などを、紙などに描画されている文字、絵、図形、図面あるいは写真などからデジタルデータとして読み取る装置である。

制御部３０は、画像入力部２０により入力したレーザ光の照射条件に基づき、カラーマーカ１０を制御する装置であり、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、外部記憶装置、キーボード、表示装置などを備えている。

ここで、図２に基づき、制御部３０で実行される制御処理について説明する。図２は、制御部３０で実行される処理の流れを示すフローチャートである。
図２に示すように、制御処理では、まずＳ１００において、制御部３０の図示しないＣＰＵが、カラーマーキングデータベースの生成と格納を行う。金属材料５表面に所定の色を発色させるためのレーザ光の照射条件（カラーマーキングデータベース）を格納する。

この内容について詳細に説明する。画像データの各画素に対してＲＧＢそれぞれ８ｂｉｔ、つまり、各画素に対しＲＧＢそれぞれ２５６階調を有するものとし、その値をＲＧＢ値と呼ぶ。また、レーザの照射条件は、パターン（連続発振するパルスの個数）、周波数（パルスの周期）、パワー（パルスの高さ）とする。

そして、各画素のＲＧＢ値とレーザの照射条件とを対応させたリストを、カラーマーキングデータベースと呼ぶ。
本実施形態では、カラーマーキングデータベースを作成するために、カラーマーカ１０において、パターンを１〜１２、周波数を２５〜８００［Ｈｚ］で２５［Ｈｚ］刻み、パワーを最大出力の２０〜５０［％］で１［％］刻みで変化させてカラーサンプルを作成した。

図３に、パターン８（連続発振するパルス数が８個）の場合のカラーサンプルを示す。図３において、左下の矩形をパワー２０［％］、周波数２５［ｋＨｚ］とし、上方向は、パワーを１［％］ずつ上げ、右方向は周波数を２５［ｋＨｚ］ずつ上げて描画した。

作成したカラーサンプルと、それを測色計により測定した分光スペクトルから、発色した色とレーザの照射条件との対応付けを行った。そして、入力画像のＲＧＢ値と、描画するレーザ光の照射条件とを対応付けたリストをカラーマーキングデータベースとして作成し、外部記憶装置に格納する。なお、本実施形態では、カラーマーキングデータベースの数をＮ個（色番号０，１，２，・・・，ｎ−１，ｎ，・・・Ｎ：Ｎ＝２５６の場合、色番号ｎ＝０〜２５５）とする。

なお、レーザ照射条件では発色ができない色に関しては、色空間の近くの発色した複数の色の割合を計算し、各画素の色を生成する。色数を増加させることによる描画画像の鮮やかさの向上と描画時間はトレードオフの関係にあるため、必要に応じた色数のカラーマーキングデータベースの作成を行う。

また、発色したい画像に応じて、必要な色数は異なる。そのため、入力された画像を画像処理することで、色分布を求め、その色分布を基に必要な色数を算出し、画像の色、発色の色、レーザの照射条件、セルの構造の関係を対応づけるカラーマーキングデータベースを自動生成する手法を加えることを行う。その実現により、入力画像やレーザの照射条件等に手を加えることなく、所有するカラーマーカ１０が可能な最も鮮明なマーキングデータベースを自動作成することができる。

続くＳ１０５において、描画画像の入力を行う。つまり、金属材料５の表面に描画したい画像を画像入力部２０で読み取らせて、デジタルデータとして入力する。
続くＳ１１０において、領域分割を行う。つまり、画像入力部２０により読み込んだ画像（以下、「入力画像」と呼ぶ）を、カラーマーキングデータベースで指定したＮ個の領域に分割する。

分割方法としては、入力画像の各画素に対して、そのＲＧＢ値と、Ｎ色あるカラーマーキングデータベースのＲＧＢ値との距離が最も近い色番号ｎを求める。ＲＧＢ値の距離は、ユークリッド距離を用いる。このようにして得られた色番号ｎを画素値とする領域分割画像を生成する。

ここで、ユークリッド距離とは、複数のＲＧＢ値の各要素（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の距離を意味している。より具体的には、第１ＲＧＢ値（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）と第２ＲＧＢ値（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）がある場合、そのユークリッド距離は（Ｒ２−Ｒ１）^２＋（Ｇ２−Ｇ１）^２＋（Ｂ２−Ｂ１）^２の平方根となる。

領域分割画像に対して、色番号ｎ毎に、輪郭抽出を行い、輪郭を形成する連続する画素の座標値を領域データとして所定のデータ形式（本実施形態ではＤＸＦ形式）で図示しないＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。座標値は画像の左下を原点として、右方向をＸ軸、上方向をＹ軸とする。

そして、描画する幅サイズを、拡大・縮小を行った座標値をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。

続く、Ｓ１１５においては、カラーマーカ１０に対してレーザ光照射条件の出力を行う。つまり、Ｓ１１０において得られた各色の領域データに対して、カラーマーキングデータベースに従って、レーザの照射条件を設定し、全色を重ねあわせたものをレーザ照射条件としてカラーマーカ１０に出力する。

（試験結果）
図４〜図６に基づき、レーザ発色加工装置１を用いて実際に金属材料５表面に描画した結果について説明する。

（グレースケール画像）
まず、図４、図５及び図６に基づいて、画像としてグレースケール画像を用いた結果について説明する。図４は、グレースケール画像を用いて、金属材料５の表面にグレースケール画像を描画した結果を示す図である。図５は、カラーマーキングデータベースの一例である。図６は、グレースケール画像を用いて金属材料５表面に描画した結果を示す図である。

図４（ａ）に示すように、グレースケール２５６階調のグレースケール画像を入力して、図５に示すカラーマーキングデータベースに従い、各色に分割した領域の画像を図４（ｂ）〜図４（ｅ）に示す。グレースケール画像の場合、ＲＧＢの各値が同じ値になるため、ＲＧＢ値が（ｄ，ｄ，ｄ）の濃淡値をｄと呼ぶ。

図４（ａ）の画素の濃淡値が色番号ｎ＝０，１，２，３に対応する濃淡値０，８０，１７０，２５５に近い値、つまり、それぞれ０〜４２，４３〜１２４，１２５〜２１１，２１２〜２５５の範囲になる画素を白、その他の画素を黒とした画像を、それぞれ図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示している。

これらの画像から、イラスト等のベタ塗りと異なり、複数の階調数を有する画像では、領域が散らばっており、複雑な領域データとなることが分かる。
生成された領域データに、図５のカラーパターンに示すレーザの照射条件を設定し、カラーマーカ１０によって金属材料５表面に描画した結果を図６（ａ）に示す。また、レーザの照射条件を変えて、青系、緑系、赤系の色で描画した結果を、ぞれぞれ図６（ｂ）〜図６（ｄ）に示す。

（カラー画像）
次に、図７，８に基づいて、カラー画像に対しても同様の処理を行った結果について説明する。図７は、カラー画像を用いて、金属材料５の表面にカラー画像を描画した結果を示す図である。

図７（ａ）に示す入力画像に対して、カラーパターンに従い領域分割した結果を図７（ｂ）に、また、図７（ｃ）に金属材料５に描画した結果を示す。

次に、図８及び図９に基づき、入力画像を８色の色領域に分割して、金属材料５に描画した結果について説明する。図８は、入力画像を８色の色領域に分割して、金属材料５に描画した結果を示す図であり、図９は、入力画像を８色の色領域に分割した場合に用いるカラーマーキングデータベースの例を示す図である。

カラーの入力画像を図８（ａ）に示す。この入力画像を、図８（ｂ）に示すように、８色の色領域に分割する。これに対して、図９に示す、カラーマーキングデータベースに従って、入力画像を金属材料５に描画した結果を図８（ｃ）に示す。

（レーザ発色加工装置の特徴）
以上に説明した、レーザ発色加工装置１では、画像入力部２０で入力した画像の各画素のＲＧＢ値（第２ＲＧＢ値）が、照射データ生成部３０及び制御処理のＳ１００に格納されているＲＧＢ値（第１ＲＧＢ値）のうち、最も近い値の第１ＲＧＢ値に置き換えられる。

そして、置き換えられた第１ＲＧＢ値に対応付けられた照射条件で、カラーマーカ１０からレーザ光が金属材料５表面に照射され、画素毎に酸化膜６が形成される。この酸化膜６によって、入射光と金属材料５表面からの反射光とで薄膜干渉が発生し、その薄膜干渉によって発色する。

したがって、顔料や版下あるいは有機溶剤などを用いる従来の印刷（シルク印刷など）に比べ、簡易に金属材料５表面に模様などを発色させることができる。

（金属発色材料）
図１０に基づき、金属発色材料２について説明する。図１０は、金属発色材料２の概略の構成と発色原理を示す図である。

図１０に示すように、金属発色材料２は、金属材料５と金属材料５の表面に形成された酸化膜層７とを備えている。
金属材料５は、描画対象となる材料であり、ステンレスやチタンなどの金属材である。

酸化膜層７は、描画したい画像の画素毎に照射条件を変えて、金属材料５の表面にカラーマーカ１０から照射したレーザ光を照射して、金属材料５表面の画素毎に異なる特性の酸化膜６を形成した金属材料５の表面に形成される層である。

金属材料５の表面に形成された酸化膜層７の各画素においては、レーザ光の照射条件（パターン（連続発振するパルスの個数）、周波数（パルスの周期）、パワー（パルスの高さ））に応じて異なった特性（膜厚ｄ：本実施形態では、ｄ＝数百［ｎｍ］）を有する酸化膜６が形成される。

そして、図１０に示すように、酸化膜６の表面で反射される光（３８０〜７８０［ｎｍ］の可視光）（光路Ａ）と、酸化膜６を通過して金属材料５の表面で反射する光（光路Ｂ）とが干渉して発色する。このような干渉が各画素において発生するため、各画素の集合である描画が層において、発色作用が得られることとなる。

［第２実施形態］
次に、図１１に基づき、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、レーザ発色加工装置１の構成、カラーマーキングデータベースの作成、領域分割及び制御データの出力については第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

（酸化膜層の形成）
第２実施形態における金属発色材料２では、酸化膜層７は、画素に代えて、描画したい画像を複数の領域４０（以下、セル４０とも呼ぶ）に分割し、分割した複数のセル４０を更にサブセル４１，４２，４３に分割する。そして、サブセル４１，４２，４３ごとに照射条件を変えて、レーザ光を照射することにより、複数のサブセル４１，４２，４３毎に異なる特性の酸化膜６を形成している。

図１１に基づき、詳細に説明する。図１１は、第２実施形態における金属発色材料２の酸化膜層７の状態を示す図である。

図１１（ａ）に示す入力画像を、色領域に分割する。図１１（ｂ）に分割した色領域として赤色領域の図を示す。また、図１１（ｃ）に示すように、赤色領域を複数のマトリックス状のセル４０に分割する。さらに、図１１（ｄ）に示すように、分割した各セル４０を矩形状のサブセル４１、サブセル４２、サブセル４３に分け、それぞれに異なる照射条件でレーザ光を照射する。
これにより、各サブセル４１，４２，４３に形成される酸化膜６の膜厚が異なるため、各サブセル４１，４２，４３が異なる色（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）を発することになる。

実際には、セル４０内に、カラーマーカ１０で照射するレーザ光を走査して、サブセル４１，４２，４３、を形成させればよい。

このように、各セル４０内でレーサ光を走査することにより、サブセル４１，４２，４３を構成し、それぞれのサブセル４１，４２，４３が異なる色を発することにより、セル４０の大きさが十分に小さい場合には、各サブセル４１，４２，４３の色が合成（加法混合又は減色混合）され、多くの色を発することが可能となる。

なお、図１１においては、サブセル４１，４２，４３を３つの大きさと面積比率が同じ矩形で形成し、それぞれでＲ，Ｇ，Ｂを発色させていたが、セル４０を構成するサブセルの数、サブセルの配置方法、サブセルの形状、サブセルの大きさ、サブセルの面積比、サブセルに対するレーザの照射条件を自由に設定できる。
このようにすることで、色分解能を向上させることが可能となるとともに、細かい模様を表現できるため、テクスチャ画像に有効なものとなる。

図１２にサブセルの配置方法の例を示す。図１２（ａ）には、正方形状のサブセル４１，４２，４３（Ｒ，Ｇ，Ｂ）をストライプ状に配列したストライプ配列を示し、図１２（ｂ）には、矩形状のサブセル４１，４２，４３（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を三角形の頂点に配置したしたものを複数配置する三角形配置を示す。また、図１２（ｃ）には、横方向に矩形状のサブセル４１，４２，４３（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を並べ、縦方向には、矩形状のサブセル４１，４２，４３（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の横方向に位置をずらしながら配置した、対角配列を示す。

次に、図１３に基づき、混色と面積比による色の高分解能化を図った結果について説明する。図１３は、サブセル４４，４５の面積比を変化させたセル４０の概略の構造を示す図である。

図１３（ａ）に示すように、６［ｍｍ］×６［ｍｍ］の正方形のセル４０を、２つの長方形のサブセル４４，４５の短手方向の合計の長さが一定値（本第２実施形態では、２００μｍ）となるように、３０個配置する。

サブセル４４には、青色を発色させるように酸化膜６形成し、サブセル４５には、黄色を発色させるように酸化膜６を形成する。実際には、セル４０内でレーザ光を走査することにより、２つのサブセル４４，４５を形成すればよい。

そして、サブセル４４とサブセル４５の面積比を変化させた場合のセル４０全体の色の変化をカメラ画像として取得した結果を、図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）において、サブセル４４とサブセル４５の面積比を（ア）では、１００［％］：０［％］、（イ）では、７５［％］：２５［％］、（ウ）では、５０［％］：５０［％］、（エ）では、２５［％］：７５［％］、（オ）では、０［％］：１００［％］とした。

このように、サブセル４４とサブセル４５の面積比を変化させることにより、セル４０の色を変化させることが可能であることが分かる。

また、図１４に、参考としてセル４０の表面をレーザ顕微鏡で取得した画像を示す。
さらに、図１５に、図１３の（ア）〜（オ）の面積比のサブセル４４，４５の発色状態を分光測色計にて測定した分光スペクトルを示す。図１５に示すように、（ア）〜（オ）の間を、サブセル４４，４５の面積比に応じて段階的に変化していることが分かる。

この結果から、時間をかけて照射条件を探索しなくても、サブセルの照射条件と面積比を変えることにより、所定の色を発することが可能となる。

なお、本第２実施形態では、２つのサブセル４４，４５を用いたが、３つのサブセルを用い（つまり、セル４０内でレーザ光を走査して３つのサブセルを形成し）、２つのサブセルに色相を決定する照射条件を割り当て、残りの１つのサブセルに、後述する走査パラメータを変えるなどして、明度を決定する照射条件を割り当て、発色を制御する方法を利用してもよい。

［第３実施形態］
次に、図１６及び図１７に基づき、第２実施形態におけるサブセル４４，４５の間にギャップ５０を形成し、各サブセル４４，４５の間を離隔させたセル４０の構造について説明する。図１６は、第３実施形態におけるセル４０の概略の構造を示す図（図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は断面図）であり、図１７は、各サブセル４４，４５の離隔距離（換言すれば、レーザ光の走査間隔）を変化させた場合のセル４０の発色状態の変化を示す図である。

第３実施形態の場合、使用しているカラーマーカ１０は、出力１８．２３［Ｗ］時、加工面（酸化膜層７）のレーザスポット径３８．３［μｍ］であるため、単純換算で、出力３０［％］時の加工面のレーザスポット径が１２．７［μｍ］である。したがって、図１６（ｂ）に示すように、１２．７［μｍ］よりも離れたレーザ走査間隔で照射すると、酸化膜層７にギャップ５０（サブセル４４，４５の短手方向の離隔部分）が形成される。

図１６に示すセル４０に対して、カラーマーカ１０から照射するレーザ光の出力を３０［％］、パルス周波数を４００［ｋＨｚ］、パルス幅をパターン１、移動速度を１００［ｍｍ／ｓ］とし、１つのサブセルの幅Ｌが１０［ｎｍ］の帯状となるように複数のサブセル４４，４５を形成した。

また、照射するレーザ光の走査間隔を変化させ、サブセル４４，４５のギャップ５０が、５［μｍ］〜２５［μｍ］となるように、１［μｍ］間隔で広げた場合の発色状態を図１７（ａ）〜図１７（ｕ）に示す。図１７（ａ）〜図１７（ｕ）に示すように、発色状態が変化しているのが分かる。

また、図１８に、走査間隔を５［μｍ］、１０［μｍ］、２０［μｍ］、４０［μｍ］、７０［μｍ］、１４０［μｍ］と変化させた場合のセル４０の拡大写真を示す。
図１８に示すように、走査間隔を粗くするにつれて、色相は色相環の時計周りに推移する。ギャップ５０の幅が、レーザのビーム径以上の間隔になると、回折による干渉色の影響が顕著になる。上述の酸化膜６の厚みによる薄膜干渉の発色作用と、ギャップ５０による回折格子の発色作用が組み合わされることで、金属材料５の金属光沢を維持しつつ、色分解能を高めることができる。

また、発色したい画像に応じて必要な色数は異なる。そのため、入力された画像を画像処理することで、色分布を求め、その色分布を基に必要な色数を算出し、画像の色と、発色の色、レーザ照射条件、セル４０の構造の関係を対応付けるカラーマーキングデータベースを自動生成するようにしてもよい。

［その他の実施形態］
（１）上記実施形態では、画像入力部２０としてスキャナを用いたが、他の入力装置であってもよい。

（２）上記実施形態では、各画素に対してＲＧＢそれぞれ８ｂｉｔの２５６階調を有するものとしたが、制御部３０のＣＰＵの性能によっては、それ以外のｂｉｔ数を有するようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、カラーマーカとしてレーザ光をパルス的に発生するオムロン社製 ＭＸ−Ｚ２０００Ｇを用いていたが、他のタイプ、例えば、単位時間当たりのパルス数で強度を制御していたが、パルス幅で強度を制御するようなタイプなどでもよい。

（４）上記実施形態では、カラーマーキングデータベースを作成するために、測色計により測定した分光スペクトルを用いたが、目視による色とレーザ照射条件の対応付けを行って、カラーマーキングデータベースを作成してもよい。

（５）上記実施形態では、ＲＧＢ値の距離として、ユークリッド距離を用いたが、入力画像の各画素の色と、Ｎ色あるカラーマーキングデータベースの色との色差によってもよい。色差を求める方法として、色をＬａ^＊ｂ^＊値で表し、ＬＡＢ ΔＥを求める方法によればよい。

（６）上記実施形態では、レーザ光を照射する際にレーザ光を走査していたが、カラーマーカ１０と金属材料５とを金属材料５の表面と平行に、相対的に移動させることによって金属材料５に酸化膜６を形成してもよい。相対的に移動させる場合には、必ずしも直線的に移動させる必要はなく、三角波状や円状などより複雑な動きをさせてもよい。

１… レーザ発色加工装置 ２，３，４… 金属発色材料 ５… 金属材料 ６… 酸化膜 ７… 酸化膜層 １０… カラーマーカ（レーザ照射部） ２０… 画像入力部 ３０… 制御部（照射データ生成部） ４０… 領域（セル） ４１，４２，４３，４４，４５… サブセル ５０… ギャップ。

Claims (5)

1. レーザ照射部から照射するレーザ光により金属材料表面に発色可能な画像を描画するレーザ発色加工装置であって、
   描画対象となる金属材料に対して、所定の色を発色させる際に、前記所定の色の第１ＲＧＢ値と、該第１ＲＧＢ値に対して所定の色を発色させるための前記レーザ照射部照射部から照射するレーザ光の照射条件とを対応付けて格納する照射データ生成部と、
   前記金属材料表面に描く描画画像を入力する画像入力部と、
   前記画像入力部で入力した前記描画画像の各画素の第２ＲＧＢ値が、前記照射データ生成部に格納された前記第１ＲＧＢ値に、所定の条件で最も近い値となるように前記描画画像の各画素のＲＧＢ値を前記第１ＲＧＢ値に置き換えることにより前記描画画像の領域分割を行う領域分割を行う領域分割部と、
   前記領域分割部で各画素に割り当てた第１ＲＧＢ値に基づいて、前記照射データ生成部から前記各画素のレーザ光の照射条件を抽出してレーザ照射部に出力する照射条件出力部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ発色加工装置。
2. レーザ照射部から照射するレーザ光により金属材料表面に発色可能な画像を描画するレーザ発色加工法であって、
   描画対象となる金属材料に対して、所定の色を発色させる際に、前記所定の色の第１ＲＧＢ値と、該第１ＲＧＢ値に対して所定の色を発色させるための前記レーザ照射部から照射するレーザ光の照射条件とを対応付けて照射データ生成部に格納する照射データ生成工程と、
   前記金属材料表面に描く描画画像を入力する画像入力工程と、
   前記画像入力工程で入力した前記描画画像の各画素の第２ＲＧＢ値が、前記照射データ生成部に格納された前記第１ＲＧＢ値に、所定の条件で最も近い値となるように前記描画画像の各画素のＲＧＢ値を前記第１ＲＧＢ値に置き換えることにより前記描画画像の領域分割を行う領域分割を行う領域分割工程と、
   前記領域分割工程で各画素に割り当てた第１ＲＧＢ値に基づいて、前記照射データ生成部から前記各画素のレーザ光の照射条件を抽出してレーザ照射部に出力する照射条件出力工程と、
   により前記金属材料表面を発色させることを特徴とするレーザ発色加工法。
3. 金属材料と、
   前記金属材料の表面に描画したい画像の画素毎に照射条件を変えてレーザ光を照射することにより、前記画素毎に異なる特性の酸化膜を形成し、前記酸化膜に入射する入射光と、前記入射光が前記酸化膜を透過して前記金属材料の表面で反射する反射光との薄膜干渉により発色させる酸化膜層と、
   を備えたことを特徴とする金属発色材料。
4. 請求項３に記載の金属発色材料において、
   前記酸化膜層は、
   前記画素に代えて、前記描画したい画像を複数の領域に分割し、該分割した前記複数の領域を更に微細な副領域に分割し、該副領域毎に照射条件を変えて、レーザ光を照射することにより、前記複数の副領域毎に異なる特性の酸化膜を形成することによって、前記複数の副領域毎に異なる色を発色させて、前記領域毎の発する色を変化させることを特徴とする金属発色材料。
5. 請求項４に記載の金属発色材料において、
   前記酸化膜層は、
   前記各副領域の間に、入射光による回析を発生させるための所定の間隔を設けたことを特徴とする金属発色材料。