JP4595566B2 - 立体画像形成装置及び立体画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体画像を形成することができる複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の立体画像形成装置及び立体画像形成方法に関する。

特開２０００―１３１８７５号公報 特開２００１―１３４０９１号公報 特開２００１―１９４８４６号公報

従来から、電子写真方式を利用したモノクロ複写機、フルカラー複写機、フルカラープリンタ等の各種の画像形成装置が広く知られている。そして、このような画像形成装置では、通常、ブラックトナーを用いたモノクロの平面画像、又は、イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ）の４色トナーを用いたフルカラー画像をＰＰＣ用紙等の基材上に形成し、出力するものである。

これに対して、近年、上記の通常の平面的な画像とは異なり、発泡性トナー、例えば熱発泡性トナーを用い、加熱することにより基材上で発泡させ、基材上に隆起した立体的（隆起印刷的な）画像を形成する立体画像を形成するための技術が提案され始めている。

本出願人は、このような立体画像の形成技術として、画像形成トナー、その作製方法及びそれを用いた立体画像の形成方法並びに画像形成装置を、特開２０００―１３１８７５号公報、特開２００１―１３４０９１号公報、特開２００１―１９４８４６号公報等において既に提案している。

特開２０００―１３１８７５号公報には、発泡剤を含有するトナーを用いることによって、一般の複写機やプリンタ等の電子写真画像形成装置を使用して、定着と同時にトナー中の発泡剤を発泡させて、立体画像を形成することができる旨、従来の電子写真画像形成装置に定着温度を制御する手段を付加するだけで、通常の画像（平面画像）と立体画像の双方を形成し得る画像形成装置となる旨、従来の画像形成装置に定着速度を制御する手段を付加することによって、平面画像と立体画像の双方を形成し得る画像形成装置とすることもできる旨等が記載されている。

特開２００１―１３４０９１号公報には、ロータリー方式の現像装置（現像ユニット）において、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の現像器の少なくともいずれか１つに、結着樹脂と発泡剤とを含有するトナーを収容するように構成された例が記載されている。また、特開２００１―１３４０９１号公報では、５つの現像器を備えたロータリー方式の現像ユニットを使用し、その一の現像器（Ｗ）でのみ、発泡性のトナーを使用するように構成した例が記載されている。

更に、特開２００１―１９４８４６号公報には、露光・現像・定着等の画像形成条件を変更させることにより、基材上の立体画像の高さを制御するように構成した立体画像形成装置が記載されている。

しかしながら、このような従来の立体画像の形成技術においては、発泡により隆起した立体画像の高さがある高さを超えて高くなると、形成される立体画像の強度を確保できなくなり、結果として立体画像はその最大高さが高々０．３mm程度に制限されてしまう。このため、例えば図７に示すように、記録用紙に比較的大きな面積で比較的小さな高さの立体画像を作成すると、記録用紙の面に平行な水平方向の距離に対して記録用紙の面に垂直な高さ方向の変化が小さくなり、手等で触ることによって立体画像の高さ変化を認識することが困難になる場合があり、特に触感により立体画像を認識してその形状、大きさ、意味等を判断する視覚障害者のための情報を作成するためにはその表現形式が大幅に制約さされるという問題が生じていた。

本発明は、かかる従来の立体画像形成技術における問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、立体画像情報に基づいて立体画像形成手段により形成される立体画像に関し、指先等で触れた際に、擬似的に実際よりも高い立体画像が存在するかのように感じることができる立体画像形成装置及び立体画像作成方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、高さ方向に対する立体画像の傾斜面の傾きである勾配情報を含む立体画像情報を画像形成情報に変換する画像処理手段と、前記画像形成情報に基づいて記録媒体上に立体画像を形成する立体画像形成手段とを備えた立体画像形成装置であって、前記画像処理手段は、前記勾配情報を、互いに所定の間隔をおいて位置する高さ変化の急峻な複数の段差部を形成する段差部情報と、前位の段差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に続く高さ変化の緩慢な平坦部（平面又は緩やかな傾斜面）を形成する平坦部情報とに変換することを特徴とする立体画像形成装置である。

また、本発明は、画像処理手段により高さ方向に対する立体画像の傾斜面の傾きである勾配情報を含む立体画像情報を画像形成情報に変換し、前記画像形成情報に基づいて立体画像形成手段により記録媒体上に立体画像を形成する立体画像形成方法であって、前記画像処理手段は、前記勾配情報を、互いに所定の間隔をおいて位置する高さ変化の急峻な複数の段差部を形成する段差部情報と、前位の設差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に続く高さ変化の緩慢な平坦部（平面又は緩やかな傾斜面）を形成する平坦部情報とに変換することを特徴とする立体画像形成方法である。

特に、これら立体画像形成装置及び立体画像形成方法において、画像形成情報の平坦部情報により形成される平坦部は、好ましくは、前位の段差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に向けて、前位の段差部の高低差の範囲内で緩やかに傾斜（緩やかな傾斜面）しており、これによって作像可能な画像高低差よりも大きい画像高低差を触覚的に表現できるように構成される。

本発明の画像形成装置及び画像形成方法において、前記立体画像において互いに所定の間隔をおいて位置する段差部の高さは、この立体画像の表面尭さ（Rz）よりも大きいことが好ましく、立体画像（斜面部）の表粗さ（Rz）よりも十分に大きいことがより好ましい。熱発泡性トナーを用いた電子写真方式の画像形成方法により得られる立体画像において、その表面粗さ（Rz）は通常６〜４０μm であるので、前記段差部の高さについては、好ましくは５０μm 以上であり、より好ましくは１００μm 以上であるのがよい。この段差部の高さが５０μm より低いと、立体画像（斜面部）の表面における凹凸と区別できなくなり、段差部を確認できない場合がある。

また、本発明の画像形成装置及び画像形成方法において、前記画像処理手段は、好ましくは立体画像情報における勾配情報から等しい高さ位置を示す閉曲線の等高線を検出し、前記段差部をこの等高線上に配置することが好ましい。このように段差部を等高線上に配置することにより、形成される立体画像の形状や高さを正確に把握することができる。

更に、本発明の画像形成装置及び画像形成方法において、画像形成情報の平坦部情報により形成される平坦部は、好ましくは、前位の段差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に向けて、前位の設差部の高低差の範囲内で緩やかな傾斜（緩やかな傾斜面）に形成される。このように平坦部を前位の設差部の高低差の範囲内で緩やかな傾斜に形成することによって、前位の段差部側から次位の段差部側に向けて指先等でなぞった場合、触覚的にはこの平坦部を傾斜の無い平らなように感じ、段差部の高さと平坦部の水平方向の距離Ｘとの関係で凸状に、あるいは、凹状に認識され、結果として作像可能な画像高低差よりも大きい画像高低差を触覚的に表現することができる。

ここで、前記平坦部の水平方向の距離（前位の設差部と次位の段差部との間の距離）Ｘについては、指先等でなぞった際に互いに隣り合う前位の段差部と次位の段差部とを確実に区別して認識するために、１０mm以上であるのがよく、より好ましくは１０mm以上１０
０mm以下であるのがよく、更に好ましくは２０mm以上６０mm以下であるのがよい。平坦
部の水平方向の距離Ｘが１０mmより小さくなると高さ変化を認識できる確率が急激に低下
し、反対に、６０mmを超えると高さ変化を認識できる確率が徐々に低下し、あまり好まし
くない。

本発明の画像形成装置及び画像形成方法において、前記立体画像形成手設は、電子写真方式により立体画像を形成するものであるのがよく、好ましくは、画像形成情報に基づいて像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、形成された該静電潜像を発泡性トナーにて現像して発泡性トナー画像を形成する現像手段と、該発泡性トナー画像を基材上に転写する転写手段と、該基材上の該発泡性トナー画像を発泡及び定着をさせる定着手段とを備えたものであるのがよい。

本発明の画像形成装置及び画像形成方法において、立体画像情報を画像形成情報に変換して前記立体画像形成手段に供給する画像処理手設としては、画像変換用のアプリケーションソフトウエアが組み込まれたパーソナルコンピュータ等の情報処理装置、画像変換用のプリンタードライバーソフトウエアが組み込まれた情報処理装置、画像形成装置に組み込まれた画像情報処理装置等を挙げることができる。

これらの画像処理手段は、上述のように、立体画像情報の勾配情報を、互いに所定の間隔をおいて位置する高さ変化の急峻な複数の段差部を形成する段差部情報と、前位の段差部の下端又は上端から次位の設差部の上端又は下端に続く高さ変化の緩慢な平坦部（平面又は緩やかな傾斜面）を形成する平坦部情報とに変換するものであり、段差部情報によって形成される比較的多くの段差部が閉曲線の等高線上に配置される場合、これら前位の段差部と次位の段差部との間に位置する平坦部は、好ましくは、前位の段差部の高低差の範囲内で緩やかな傾斜面に変換されるのがよく、より好ましくは緩やかな下り傾斜面に変換され、これによって作像可能な画像高低差よりも大きい画像高低差を触覚的に表現する。

更に、本発明の画像形成装置及び画像形成方法において、静電潜像形成手段としてはレーザー書き込み装置等が挙げられ、現像手段としてはモノクロ現像用のモノクロ現像器やイエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｂ）の各色トナー用のカラー現像器を備えた現像装置等が挙げられ、転写手段としては転写ローラや転写ベルトが挙げられ、発泡手段としては加熱ローラと加圧ローラとからなる通常画像用の定着装置や立体画像用の定着装置が挙げられる。

本発明の立体画像形成装置及び立体画像作成方法によれば、立体画像情報に基づいて立体画像形成手段により形成される立体画像に関して、指先等で触れた際に擬似的に実際よりも高い立体画像が存在するかのように感じることができ、実質的に作像可能な画像高さよりも更に高い画像高さを容易に表現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に、立体画像形成装置１を示す。立体画像形成装置１は、電子写真方式の画像形成装置として一般的に用いられているフルカラー画像形成装置（プリンターと複写機の複合機）を、ブラック（Ｋ）用の現像器に熱発泡性トナーを収容することにより、立体画像形成装置１として転用したものである。立体画像形成装置１は、勾配情報を含む立体画像情報を画像形成情報に画像変換する画像処理装置としてのパーソナルコンピュータＰと、この画像形成情報に基づいて像担持体１４上に静電潜像を形成する露光装置１３と、形成された該静電潜像を熱発泡性トナーにて現像して熱発泡性トナー画像を形成する現像装置１５と、該熱発泡性トナー画像をＰＰＣ用紙等の基材上に転写する二次転写ロール２５と、該基材上の該熱発泡性トナー画像を発泡させ定着させる、加熱ローラ３１と加圧ローラ３２とからなる定着装置３０とを備え、現像装置１５は、イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）の各色トナー用の現像器１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、及び、ブラック（Ｂ）トナー用を熱発泡性トナー用に換えた現像器１５Ｋを備えている。

ここで、パーソナルコンピュータＰにインストールされたアプリケーションソフトウエアが、二次元座標における高さ情報について、第一の等高線と該第一の等高線よりも高い第二の等高線とを作成し、該第一の等高線付近部を該第二の等高線に向けて高さが急峻に立ち上がる段差部に変換し、該第一の等高線と該第二の等高線との間を該第二の等高線に向けて高さが緩やかに減じる下り斜面部に変換する。該斜面の表面荒さの大きさは、該段差部の高さより小さいことが必要である。

立体画像形成装置１は、円形の画像からなる点字のドットや、線分、ベタ画像からなる触図原稿を作成し、アプリケーションソフトウエアから印刷指示をすることにより、点字や触図の立体画像を出力することができる。

図１はこの発明の実施の形態１に係る立体画像形成装置としての電子写真方式のカラー複写機を示すものであり、このカラー複写機は、カラープリンタとしての機能をも備えている。

図１において、１はカラープリンターの本体を示すものであり、このカラー複写機本体１の上部には、プラテンカバー３によって押圧された原稿２の画像を読み取る原稿読取装置４が配設されている。この原稿読取装置４は、プラテンガラス５上に載置された原稿２を光源６によって照明し、原稿２からの反射光像を、フルレートミラー７及びハーフレートミラー８、９及び結像レンズ１０からなる縮小光学系を介してＣＣＤ等からなる画像読取素子１１上に走査露光して、この画像読取素子１１によって原稿２の色材反射光像を所定のドット密度（例えば、１６ドット／ｍｍ）で読み取るようになっている。

上記原稿読取装置４によって読み取られた原稿２の色材反射光像は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）（各８ｂｉｔ）の３色の原稿反射率データとして画像処理装置１２に送られ、この画像処理装置１２では、原稿２の反射率データに対して、シェーデイング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消し、色／移動編集等の所定の画像処理が施される。

そして、上記の如く画像処理装置１２で所定の画像処理が施された画像データは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）（各８ｂｉｔ）の４色の原稿色材階調データとしてＲＯＳ１３（ＲａｓｔｅｒＯｕｔｐｕｔＳｃａｎｎｅｒ）に送られ、このＲＯＳ１３では、原稿色材階調データに応じてレーザー光による画像露光が行われる。

上記カラー複写機本体１００の内部には、色の異なる複数のトナー像を形成可能な画像形成手段Ａが配設されている。この画像形成手段Ａは、主として、画像露光手段としてのＲＯＳ１３と、静電潜像が形成される像担持体としての感光体ドラム１４と、前記感光体ドラム１４上に形成された静電潜像を現像して色の異なる複数のトナー像を形成可能な現像手段としてのロータリー方式の現像装置１５とから構成されている。

上記ＲＯＳ１３は、図１に示すように、図示しない半導体レーザーを原稿再現色材階調データに応じて変調し、この半導体レーザーからレーザー光ＬＢを階調データに応じて出射する。この半導体レーザーから出射されたレーザー光ＬＢは、図示しない回転多面鏡によって偏向走査され、図示しないｆ・θレンズ及び反射ミラーを介して像担持体としての感光体ドラム１４上に走査露光される。

上記ＲＯＳ１３によってレーザー光ＬＢが走査露光される感光体ドラム１４は、図示しない駆動手段によって矢印方向に沿って所定の速度で回転駆動されるようになっている。この感光体ドラム１４の表面は、予め一次帯電用のスコロトロン１６によって所定の極性（例えば、マイナス極性）及び電位に帯電された後、原稿再現色材階調データに応じてレーザー光ＬＢが走査露光されることによって静電潜像が形成される。上記感光体ドラム１４の表面は、例えば、−６５０Ｖに一様に帯電された後、画像部にレーザー光ＬＢが走査露光されて、露光部分が−２００Ｖとなる静電潜像が形成される。上記感光体ドラム１４上に形成された静電潜像は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の４色の現像器１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５ＢＫを備えたロータリー方式の現像装置１５によって、例えば、感光体ドラム１４の帯電極性と同極性のマイナス極性に帯電したトナー（帯電色材）によって反転現像され、所定の色のトナー像Ｔとなる。その際、上記各現像器１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５ＢＫの現像ロールには、例えば、−５００Ｖの現像バイアス電圧が印加される。尚、上記感光体ドラム１４上に形成されたトナー像Ｔは、必要に応じて転写前帯電器１７によってマイナス極性の帯電を受け、電荷量が調整されるようになっている。

上記感光体ドラム１４上に形成された各色のトナー像は、当該感光体ドラム１４の下部に配置された中間転写体としての中間転写ベルト１８上に、第１の転写手段としての１次転写ロール１９によって第１のニップ部Ｎ１で多重に転写される。この中間転写ベルト１８は、駆動ロール２０、従動ロール２１、テンションロール２２及び２次転写手段の一部を構成する対向ロールとしてのバックアップロール２３によって、感光体ドラム１４の周速と同一の移動速度で矢印方向に沿って回動可能に支持されている。

上記中間転写ベルト１８上には、形成する画像の色に応じて、感光体ドラム１４上に形成されるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の４色のすべて又はその一部のトナー像が、一次転写ロール１９によって順次重ね合わせた状態で転写される。この中間転写ベルト１８上に転写されたトナー像Ｔは、所定のタイミングで２次転写位置Ｎ２へと搬送される記録媒体としての記録用紙２４上に、中間転写ベルト１８を支持するバックアップロール２３と、当該バックアップロール２３に圧接する第２の転写手段の一部を構成する２次転写ロール２５の圧接力及び静電吸引力によって転写される。上記記録用紙２４は、図１に示すように、カラープリンター及び複写機本体１内の下部に配置された複数の記録媒体収容部材としての給紙カセット２６から、所定のサイズのものがフィードロール２７によって給紙される。給紙された記録用紙２４は、複数の搬送ロール２８及びレジストロール２９によって、所定のタイミングで中間転写ベルト１８の２次転写位置Ｎ２まで搬送される。そして、上記記録用紙２４には、上述したように、２次転写手段としてのバックアップロール２３と２次転写ロール２５とによって、中間転写ベルト１８上から所定の色のトナー像が一括して転写されるようになっている。

また、上記中間転写ベルト１８上から所定の色のトナー像が転写された記録用紙２４は、中間転写ベルト１８から分離された後、定着装置３０へと搬送され、この定着装置３０の加熱ロール３１及び加圧ロール３２によって、熱及び圧力でトナー像が記録用紙２４上に定着され、カラープリンター及び複写機本体１の外部に排出されてカラー画像の形成工程が終了する。

なお、図１中、３３は転写工程が終了した後の感光体ドラム１４の表面から残留トナーや紙粉等を除去するためのクリーニング装置、３４は中間転写ベルト１８の清掃を行うための中間転写ベルト用クリーナー、３５は２次転写ロール２５の清掃を行うためのクリーナーをそれぞれ示している。また、中間転写ベルト用クリーナー３４と２次転写ロール２５のクリーナー３５は、所定のタイミングで中間転写ベルト１８に対して接離するように構成されている。

また、１０１〜１０３は給紙カセット２６から構成される給紙装置を、１０４は記録用紙２４の裏面に画像を形成するための用紙反転装置を、それぞれ示している。

ところで、この実施の形態では、勾配情報を含む立体画像情報を画像形成情報に変換する画像処理手段と、前記画像形成情報に基づいて記録媒体上に立体画像を形成する立体画像形成手設とを備えた立体画像形成装置であって、前記画像処理手段は、前記勾配情報を、互いに所定の間隔をおいて位置する高さ変化の急峻な複数の段差部を形成する段差部情報と、前位の段差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に続く高さ変化の緩慢な平坦部を形成する平坦部情報とに変換するように構成されている。

なお、上記立体画像形成手設としては、通常のトナーに代わって、熱発泡性トナーを用いて画像を形成する手段がそのまま用いられる。

すなわち、上記立体画像形成装置１に接続されたパーソナルコンピュータＰでは、勾配情報を含む立体画像情報が、画像形成情報に画像変換される。上記勾配情報を含む立体画像情報としては、例えば、図２に示すように、地図中の山に相当する立体画像情報２０２が用いられる。ただし、立体画像情報２０２としては、これに限定されるものではなく、円形や矩形等の図形、あるいは模様など、勾配情報を含むものであれば、任意の立体画像情報を用いても良いことは勿論である。上記立体画像情報２０２は、図８に示すように、勾配情報として山の高さの等しい位置を結んだ閉曲線を、所定の高さ毎に書き入れた等高線情報を有している。この等高線情報は、電子地図などのソフトウエアに予め記憶されたものをそのまま用いても良いし、図２及び図８に示すような３次元情報に基づいて、高さの等しい位置を結んだ閉曲線の２次元情報を所定の高さ毎に求めて等高線情報を作成するように構成しても良い。

上記パーソナルコンピュータＰは、勾配情報を含む立体画像情報２０２を取得すると、当該勾配情報に含まれる等高線情報から、高さ方向に沿って所定の間隔となるように、所定本数の等高線２０３ａ〜２０３ｄを選択する。また、パーソナルコンピュータＰは、選択された所定本数の等高線２０３ａ〜２０３ｄ上に位置する閉曲線状の画像を、所定の高さＨまで垂直に立ち上がった変化の急峻な複数の段差部２０４ａ〜２０４ｄを形成する段差部情報と、前位の段差部の下端又は上端（図示例では、上端）から次位の段差部の上端又は下端（図示例では、下端）に続く高さ変化の緩慢な平坦部２０５ａ〜２０５ｄを形成する平坦部情報とに変換するように構成されている。

そして、上記パーソナルコンピュータＰは、上記の如く変換された段差部２０４ａ〜２０４ｄを形成する段差部情報と、平坦部２０５ａ〜２０５ｄを形成する平坦部情報とを、濃度情報に変換する。その際、上記段差部２０４ａ〜２０４ｄの最も高い位置に位置する等高線２０３ａ〜２０３ｄの部分は、最も高い濃度、つまりＣｉｎ＝１００％に設定され、平坦部２０５ａ〜２０５ｄの最も低い部分は、濃度０％に設定される。また、上記平坦部２０５ａ〜２０５ｄのうち、最も内側に位置する平坦部２０５ｄは、隣接する段差部が存在しないため、文字通り平坦部に設定されるようになっている。

上記段差部２０４ａ〜２０４ｄの高さは、熱発泡性トナーからなる画像の最も高い濃度、つまりＣｉｎ＝１００％の部分が発泡固着した状態として表現されるが、その高さは、少なくとも立体画像の表面粗さ（Ｒｚ）より大きく設定され、更に望ましくは、５０μｍ以上に設定される。上記立体画像の表面粗さ（Ｒｚ）は、例えば、１つの熱発泡性トナーが発泡した高さとして把握されるが、段差部２０４ａ〜２０４ｄの高さは、少なくとも立体画像の表面粗さ（Ｒｚ）より大きく設定される。

また、上記画像形成情報の平坦部情報により形成される各平坦部２０５ａ〜２０５ｄは、その水平方向の距離（間隔）Ｘが１０mm以上であるように設定するのが望ましい。ただし、上記平坦部２０５ａ〜２０５ｄの水平方向の距離（間隔）Ｘは、立体画像情報２０２自体の大きさに依存して、必ずしも距離Ｘが１０mm以上に設定できない場合もあり、平坦部２０５ａ〜２０５ｄの距離Ｘが小さいにも拘わらず、等高線２０３ａ〜２０３ｄの高さを最高濃度に設定すると、平坦部２０５ａ〜２０５ｄがほとんど認識されず、等高線２０３ａ〜２０３ｄの連続と認識される虞れもある。従って、平坦部２０５ａ〜２０５ｄの距離Ｘが１０mmよりも小さい場合には、等高線２０３ａ〜２０３ｄの高さを最高濃度よりも
所定値だけ低く設定するのが望ましい。

勾配情報における高さ情報として、立体地図中の山に相当する立体画像情報２０２を用いて、これから立体画像を作成する場合について説明する。図２は、この実施例に用いた立体画像情報の断面図である。

図１のパーソナルコンピュータＰに、図２で示される様な、立体地図中の山に相当する上り斜面部２０２１を有する立体画像情報２０２を与えると、これにインストールされたアプリケーションソフトウエアが、図８に示すように、４本の閉曲線からなる、およそ同心円状の等高線２０３ａ〜２０３ｄを作成した上で、最も低い位置を示す第一の等高線２０３ａ付近部を２番目に低い第二の等高線に向けて高さが急峻に立ち上がる段差部に変換し、該第一の等高線と該第二の等高線との間を該第二の等高線に向けて高さが緩やかに減じる下り平坦部２０５ａ〜２０５ｄに変換した。

更に、２番目に低い第二の等高線付近を３番目に低い第三の等高線に向けて高さが急峻に立ち上がる段差部に変換し、該第二の等高線と該第三の等高線との間を該第三の等高線に向けて高さが緩やかに減じる下り斜面部に変換した。

同様に、３番目に低い第三の等高線付近を４番目に低い等高線であって最も高い位置を示す第四の等高線に向けて高さが急峻に立ち上がる段差部に変換し、該第三の等高線と該第四の等高線との間を該第四の等高線に向けて高さが緩やかに減じる下り斜面部に変換した。

最後に、最も高い位置を示す第四の等高線付近については、第三の等高線とは逆の向きに高さが急峻に立ち上がる段差部に変換し、該第四の等高線で囲まれた区域をその段差部と同じ高さの平らな面に変換した。

上記説明では４本の閉曲線からなる等高線部分を高さが急峻に立ち上がる段差部に変換した。何本の等高線を適用するか決めるにあたっては、隣り合う段差間の距離が短く、つまり緩やかな斜面の長さが短いと、隣り合う段差部を高さの変化として認識できなくなってしまう。

図５に示すように段差部の高さを約300 μm とし、段差間の距離Ｘを変化させた立体画像を作成し、10人の被験者に対して、隣り合う段差部を、次々に変化する高さ変化として認識できるかできないか、つまり図５において左から右に指先を移動させた場合、左側の段差部ａ₁ で高さが高くなり右側の段差部ａ₂ でさらに高さが増加したものと認識できるかできないか、二者択一で回答させた。

横軸に隣り合う段差間の距離Ｘ、縦軸に高さ増加を認識できた人数の割合を示したのが図６である。段差間の距離Ｘが好ましくは10mm以上、より好ましくは20mm以上で殆どの被験者が、隣り合う段差部を次々に変化する高さ変化として認識することができた。

Ｘが大きくてもある程度高さ変化を認識できるが、Ｘが大きいと同じ大きさの紙面に作成できる段差の数が少なくなり表現できる高さが少なくなってしまうため、この面からはＸは小さい方が好ましい。認識率が高くてかつＸが小さい部分を選ぶと、Ａ４用紙に対して山を表現する場合には、等高線の数は４〜８本とするのが適当である。

アプリケーションソフトウエアはパーソナルコンピュータＰのモニター画面上では高さ情報を画像濃度として表現するように設定されている。そして、これらの画像変換を経て得られた画像形成情報に基づいて、露光装置１３により像担持体１４上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置１５により熱発泡性トナーにて現像して熱発泡性トナー画像を形成し、該熱発泡性トナー画像を二次転写ロール２５によりＰＰＣ用紙２０１上に転写し、該基材上の該熱発泡性トナー画像を定着装置３０により発泡させ定着させて、出力された立体画像２０３の断面形状を図３に示す。

図３のように、等高線付近は急峻な段差部に、隣り合う等高線の間は緩やかな斜面に変換されて、立体画像情報２０２の上り斜面部２０２１は、立体画像２０３の高さが急峻に立ち上がる段差部とそれに続く高さが緩やかに減じる下り斜面部との連続２０３２として形成され、立体画像情報２０２の下り斜面部は、立体画像２０３の高さが急峻に降り下る段差部とそれに続く高さが緩やかに増す上り斜面部との連続として形成されている。

立体画像形成装置１において、現像器１５Ｋには、バインダーポリマー７５％重量部、発泡材２５％からなる体積平均粒径約３０μm の熱発泡性トナー、及び平均粒径約100 μm のキャリアからなる現像剤が収容されている。該熱発泡性トナーの帯電量は約−４μC/ｇであった。感光体の帯電電位約−７００Ｖ、露光後の電位約−３００Ｖ、現像バイアス約−６００Ｖにおいて、基材であるＰＰＣ用紙上におけるトナー量約３０ｇ/ ｍ² のトナー像に対して定着温度約１６０℃、定着速度35mm/sで定着を行った。

図３に示す立体画像は、最大高さが0.3 ｍｍ程度であり、段差部の高さも同じく約0.3 ｍｍであるが、図４に示す、最大高さが1.2 ｍｍ程度の断面形状の立体画像と同等の感触が得られた。

山の頂上部の高さ変化が小さい部分（この例では、第四の等高線で囲まれた区域）は、図３に示すように平坦にしてもよいし、緩やかな凹面としても構わない。

最大高さが0 ．3mm 程度の立体画像形成装置を用いて、それ以上の高さ分布の立体画像を表現することができた。

すなわち、立体画像の断面形状を工夫作成することにより、実際に作像可能な立体画像高さ分布より高い高さ分布の立体画像を表現することができた。また、これまでは山に代表されるような凸部の高さ表現について述べてきたが、同様にして盆地や谷に代表されるような凹部の深さ表現を行うこともできる。

図１は、本発明の立体画像形成装置の概略断面図である。 図２は、実施例に用いた立体画像情報の断面図である。 図３は、実施例で得られた立体画像の断面図である。 図４は、図３の立体画像と同等の感触の立体画像の断面図である。 図５は、立体画像の断面図であって、隣り合う段差間の距離Ｘを示すものである。 図６は、隣り合う段差間の距離Ｘに対する、高さ変化を認識できた割合を表すグラフである。 図７は、従来技術を用いた場合の立体画像の断面図である。 図８は、実施例に用いた立体画像を示す模式図である。

符号の説明

１：立体画像形成装置、４…原稿読み取り装置、１２…画像情報処理装置、１３…静電潜像形成（露光）手段、１４…感光体ドラム（像担持体）、１５…現像ユニット（現像手段）、１６…帯電器、１７…ＰＴＣ（除電器）、１８…中間転写ベルト、１９…一次転写ロール、２４…給紙トレイパン、２５…二次転写ロール、２６…給紙トレイボックス、２８〜２９…搬送ロール（給送手段）、３０…定着装置（定着手段）、３１…加熱ロール、３２…加圧ロール、３４…中間転写ベルトクリーナ、３５…二次転写ロールクリーナ、Ｔ…トナー、１０１…給紙カセット、１０２〜１０３…給紙トレイ、１０４…両面プリント用紙反転ユニット、Ｐ…パーソナルコンピュータ、２０１…基材（ＰＰＣ用紙）、２０２…立体画像情報、２０３…立体画像、２０２１…上り斜面部、２０３２…高さが急峻に立ち上がる段差部とそれに続く高さが緩やかに減じる下り斜面部との連続、ａ₁ …段差部、ａ₂ …段差部、ｂ…緩やかな斜面、Ｘ…段差間の距離

Claims (12)

1. 高さ方向に対する立体画像の傾斜面の傾きである勾配情報を含む立体画像情報を画像形成情報に変換する画像処理手段と、前記画像形成情報に基づいて記録媒体上に立体画像を形成する立体画像形成手段とを備えた立体画像形成装置であって、
   前記画像処理手段は、前記勾配情報を、互いに所定の間隔をおいて位置する高さ変化の急峻な複数の段差部を形成する段差部情報と、前位の段差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に続く高さ変化の緩慢な平坦部を形成する平坦部情報とに変換することを特徴とする立体画像形成装置。
2. 画像形成情報の段差部情報により形成される段差部は、その高さが少なくとも立体画像の表面粗さ（Ｒｚ）より大きい請求項１に記載の立体画像形成装置。
3. 画像形成情報の段差部情報により形成される段差部は、その高さが５０μｍ以上である請求項１又は２に記載の立体画像形成装置。
4. 画像形成情報の段差部情報により形成される段差部は、立体画像情報から検出された等しい高さ位置を示す等高線上に配置される請求項１〜３のいずれかに記載の立体画像形成装置。
5. 画像形成情報の平坦部情報により形成される平坦部は、前位の段差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に向けて、前位の段差部の高低差の範囲内で緩やかに傾斜しており、作像可能な画像高低差よりも大きい画像高低差を触覚的に表現する請求項１〜４のいずれかに記載の立体画像形成装置。
6. 画像形成情報により形成される立体画像が最高部を有する隆起した立体画像であり、前位の段差部の上端から次位の段差部の下端にかけて形成される平坦部の傾斜が下り傾斜である請求項５に記載の立体画像形成装置。
7. 画像形成情報の平坦部情報により形成される平坦部は、その水平方向の距離Ｘが１０mm以上である請求項１〜６のいずれかに記載の立体画像形成装置。
8. 立体画像形成手段は、電子写真方式で立体画像を形成する請求項１〜７のいずれかに記載の立体画像形成装置。
9. 前記立体画像形成手設は、前記画像形成情報に基づいて像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、形成された該静電潜像を発泡性トナーにて現像して発泡性トナー画像を形成する現像手段と、該発泡性トナー画像を基材上に転写する転写手段と、該基材上の該発泡性トナー画像を発泡及び定着をさせる定着手段とを備えている請求項６に記載の立体画像形成装置。
10. 画像処理手段により高さ方向に対する立体画像の傾斜面の傾きである勾配情報を含む立体画像情報を画像形成情報に変換し、前記画像形成情報に基づいて立体画像形成手段により記録媒体上に立体画像を形成する立体画像形成方法であって、
    前記画像処理手段は、前記勾配情報を、互いに所定の間隔をおいて位置する高さ変化の急峻な複数の段差部を形成する段差部情報と、前位の設差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に続く高さ変化の緩慢な平坦部を形成する平坦部情報とに変換することを特徴とする立体画像形成方法。
11. 画像形成情報の平坦部情報により形成される平坦部は、前位の段差部の下端又は上端から次位の段差部の上端又は下端に向けて、前位の段差部の高低差の範囲内で緩やかに傾斜しており、作像可能な画像高低差よりも大きい画像高低差を触覚的に表現する請求項１０に記載の立体画像形成方法。
12. 画像形成情報により形成される立体画像が最高部を有する隆起した立体画像であり、前位の段差部の上端から次位の段差部の下端にかけて形成される平坦部の傾斜が下り傾斜である請求項１１に記載の立体画像形成方法。

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