JP5672289B2 - 立体画像形成装置及び立体画像形成方法 - Google Patents

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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、熱膨張性シートを選択的に膨張させて立体画像を高品位且つ簡単に低価格で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。
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。
なお、熱膨張性シートに先に立体画像の隆起を起こさせた後、熱膨張層側全面に例えば背景色の白色インクを塗布し、あるいは塗布せずに、その上にカラー画像を形成することも提案されている。
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とされている。
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、長尺のハロゲンランプ等により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、熱膨張層が膨張して隆起する際の膨張（発泡）高さが想定していたものと異なり、不均一となってしまう、という問題が判明した。これは、熱膨張性シートに光熱照射するハロゲンランプにおいて、その長手方向端部の光熱照射温度が中央部よりも低いために起こる不具合である。
一般に、長尺のハロゲンランプは、両端の端子から電源供給されるハロゲンヒーターがガラス管に封入されて成るが、その光熱照射温度の分布は中央部から端部に向かって所定の距離の間では一定の温度分布を示すものの、どうしても端部近傍では極端に温度低下する。そこで、通常は、両端を除く一定の温度分布範囲でハロゲンランプを使用するようにしている。
しかしながら、このようにすると立体画像形成装置の寸法がハロゲンランプの寸法に依存することになり、装置の大型化を招くという解決すべき課題があった。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、長手方向に沿って配列されたハロゲンランプ等の光熱照射部のように長手方向の端部である第１本体部の光熱照射温度が中央部である第２本体部よりも低く、均一な温度分布が得られない場合であっても、熱膨張性シートの熱膨張層が膨張して隆起する際の膨張（発泡）高さを一定なものとなるように、立体化のために印刷される変換画像の濃度を調整するようにして、立体画像を簡単かつ低価格で形成し、延いてはカラー画像等の最終画像が所望の高級感を有する立体画像となるようにすることができる立体画像形成装置及び立体画像形成方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の立体画像形成装置は、印刷すべき画像から選択的に特定部位を抽出する画像抽出部と、該画像抽出部により抽出された前記特定部位を該特定部位以外の部位よりも熱エネルギー吸収性が高い色の画像に変換する画像変換部と、該画像変換部により変換された変換画像を、熱膨張性シートの発泡層側表面もしくは裏面に印刷する変換画像印刷部と、長手方向に沿って配列された光熱照射部の前記長手方向の第１本体部の光熱照射温度が前記光熱照射部の前記長手方向の第２本体部よりも低く、前記長手方向と交差する方向に前記熱膨張性シートと相対的に移動しつつ、前記変換画像印刷部により前記変換画像を印刷された前記熱膨張性シートに光熱を照射して、前記印刷された変換画像において発生する熱エネルギーにより、前記変換画像に対応した前記発泡層側表面を膨張させて立体画像を形成させる光源ユニットと、前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度と前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度とが同じに設定された場合、前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度を、前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度より高い濃度になるように制御する変換画像印刷濃度制御部と、を有するように構成される。
また、上記課題を解決するために、本発明の立体画像形成方法は、印刷すべき画像から選択的に特定部位を抽出し、該抽出された前記特定部位を該特定部位以外の部位よりも熱エネルギー吸収性が高い色の画像に変換し、該変換された変換画像を、熱膨張性シートの発泡層側表面もしくは裏面に印刷し、長手方向の第１本体部の光熱照射温度が前記長手方向の第２本体部の光熱照射温度よりも低く設定されており、前記長手方向と交差する方向に前記熱膨張性シートと相対的に移動させる光源ユニットを用い、変換画像を印刷された前記熱膨張性シートに光熱を照射して、前記印刷された変換画像において発生する熱エネルギーにより、前記変換画像に対応した前記発泡層側表面を膨張させて立体画像を形成させる、立体画像形成方法であって、前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度と前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度とが同じに設定された場合、前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度を、前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度よりも高い濃度になるように制御する、よう構成して成る。
本発明の立体画像形成装置及び立体画像形成方法によれば、光熱照射温度が不均一な温度分布であっても、熱膨張性シートの熱膨張層が膨張して隆起する際の膨張（発泡）高さを常に一定としてカラー画像の所望の部位を立体化させた印刷物を高品位で簡単に低価格で作成できるという効果を奏する。
(a)〜(ｃ)は、本実施形態としての立体画像形成装置を用いた立体画像形成方法を説明するための図である。 本実施形態としての立体画像形成装置の内部構成を模式的に示す断面図である。 本実施形態に係る立体画像形成装置のインクジェットプリンタ部の構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る立体画像形成装置の制御装置を含む回路ブロック図である。 (a)〜(ｄ)は、本発明に係る熱膨張性シートに立体画像を形成する基本概念を示す図である。 (a)〜(ｃ)は、比較例に係る立体画像形成方法を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
＜立体画像形成装置＞
図２は、本実施形態としての立体画像形成装置の内部構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、立体画像形成装置１は、最下部の黒トナー印刷部２と、その上の熱膨張加工部３と、最上段のインクジェットプリンタ部４とで構成される。
黒トナー印刷部２は、装置筐体５の内部中央において、水平方向に延在する無端状の転写ベルト６を備えている。転写ベルト６は、不図示の張設機構によって張設されながら、駆動ローラ７と従動ローラ８に掛け渡され、駆動ローラ７により駆動されて、図の矢印ａで示す反時計回り方向に循環移動する。
転写ベルト６の上循環移動面に接して画像形成ユニット９の感光体ドラム１１が配設されている。感光体ドラム１１には、その周面を取り巻くように近接して、図示を省略したクリーナ、初期化帯電器、光書込ヘッドに続いて現像ローラ１２等が配置されている。
上記の現像ローラ１２は、トナー容器１３の側部開口部に配置されている。トナー容器１３の中には黒色トナーＫが収容されている。黒色トナーＫは非磁性一成分トナーから成っている。
上記の現像ローラ１２は、トナー容器１３に収容されている黒色トナーＫの薄層を表面に担持して、光書込ヘッドによって感光体ドラム１１の周面上に形成されている静電潜像に黒色トナーＫの画像を現像する。
感光体ドラム１１の下部には、転写ベルト６を介して一次転写ローラ１４が圧接して、ここに一次転写部を形成している。一次転写ローラ１４には、不図示のバイアス電源からバイアス電圧を供給される。
一次転写ローラ１４は一次転写部において、バイアス電源から供給されるバイアス電圧を転写ベルト６に印加して、感光体ドラム１１の周面上に現像されている黒色トナーＫの画像を転写ベルト６に転写する。
転写ベルト６の図に示す右端部が掛け渡されている従動ローラ８には、転写ベルト６を介して二次転写ローラ１５が圧接し、ここに二次転写部を形成している。二次転写ローラ１５には、不図示のバイアス電源からバイアス電圧が供給される。
二次転写ローラ１５は二次転写部において、バイアス電源から供給されるバイアス電圧を転写ベルト６に印加し、転写ベルト６に一次転写されている黒色トナーＫの画像を、画像形成搬送路１６に沿って矢印で示すように図の下方から搬送されてくる記録媒体１７に転写する。なお、本例の記録媒体１７には熱膨張シートが使用される。
上記の記録媒体１７は、給紙カセット等から成る記録媒体収容部１８に積載されて収容され、不図示の給紙ローラ等により最上部の一枚が取り出され、画像形成搬送路１６に送出され、更に画像形成搬送路１６を搬送されて、上記の二次転写部を通過しながら黒色トナーＫの画像を転写される。
黒色トナーＫの画像を転写されながら二次転写部を通過した記録媒体１７は、定着搬送路１９に沿って定着部２１へと搬送される。定着部２１の加熱ローラ２２と押圧ローラ２３は、記録媒体１７を挟持し、熱と圧力を加えながら搬送する。
これにより、記録媒体１７は、二次転写されている黒色トナーＫの画像を紙面に定着され、加熱ローラ２２と押圧ローラ２３により更に搬送され、定着部排出ローラ対２４に搬送を引き継がれ、上方の熱膨張加工部３に排出される。なお、定着部２１における記録媒体１７（熱膨張シート）の搬送速度は比較的速いため、加熱ローラ２２の加熱で熱膨張シートの黒色トナー印刷部分が膨張することはない。
熱膨張加工部３は、上部に媒体搬送経路２５を形成され、この媒体搬送経路２５に沿って４組の搬送ローラ対２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）が配置されている。そして、媒体搬送経路２５のほぼ中央部の下方に、光源ユニット２７が配置されている。
光源ユニット２７は、ハロゲンランプ２７ａと、このハロゲンランプ２７ａの下方向半分を取り囲む断面がほぼ半円状の反射鏡２７ｂとで構成されている。
本例では、ハロゲンランプ２７ａには、９００Ｗのものが使用され、媒体搬送経路２５を搬送される記録媒体１７の面から４ｃｍ離れた位置に配置される。記録媒体１７を搬送する搬送ローラ対２６の搬送速度は２０ｍｍ／秒である。この条件で記録媒体１７は１００℃〜１１０℃に熱せられ、記録媒体１７の黒ベタ印刷部分（なお、ここで言う黒ベタとは本発明の濃度調整における灰色のベタ画像も含む）が熱膨張する。
なお、黒トナー印刷部２の記録媒体１７の搬送速度は速く、熱膨張加工部３の記録媒体１７の搬送速度は遅いが、記録媒体１７は記録媒体収容部１８から一枚ごとに搬送され、熱膨張加工部３の搬送が終了するまでは連続搬送は行われない。
従って、熱膨張加工部３に搬送された記録媒体１７は、黒トナー印刷部２の定着部排出ローラ対２４と熱膨張加工部３の最初の搬送ローラ対２６ａとの間の搬送経路ｂで撓んだ状態で、少しの時間滞留するだけで、全体として搬送に不都合は生じない。
熱膨張加工部３で黒ベタ印刷部分が熱膨張して盛り上がった記録媒体１７は、搬送経路ｃに沿ってインクジェットプリンタ部４に搬入される。
なお、上記の搬送ローラ対２６は、搬送方向に直交する記録媒体１７の幅方向に延在する長尺のローラ対で構成してもよく、又は記録媒体１７の両側端部のみを挟持して搬送する短尺のローラ対で構成することもできる。
図３は、インクジェットプリンタ部４の構成を示す斜視図である。図３に示すインクジェットプリンタ部４は、図１に示した搬送経路ｃと排紙トレー２９を外部に備えた媒体排出口２８との間に、図３に示す内部フレーム３７が配置されている。
インクジェットプリンタ部４は、用紙搬送方向に直交する両方向矢印ｄで示す方向に往復移動可能に設けられたキャリッジ３１を備えている。キャリッジ３１には、印字を実行する印字ヘッド３２とインクを収容しているインクカートリッジ３３（３３ｗ、３３ｃ、３３ｍ、３３ｙ）が取り付けられている。
カートリッジ３３ｗ、３３ｃ、３３ｍ、３３ｙは、それぞれ、ホワイトＷ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクを収容する。これらのカートリッジは、個別に、又は各インク室が１個の筐体内に一体化された構成をしており、各色インクを吐出するそれぞれのノズルを有する印字ヘッド３２に連結されている。
また、キャリッジ３１は、一方ではガイドレール３４により滑動自在に支持され、他方では歯付き駆動ベルト３５に固着している。これにより、印字ヘッド３２及びインクカートリッジ３３（３３ｗ、３３ｃ、３３ｍ、３３ｙ）は、キャリッジ３１と共に、図の両方向矢印ｄで示す用紙搬送方向と直交する方向つまり印字の主走査方向に往復駆動される。
この印字ヘッド３２と立体画像形成装置１の後述する制御装置との間には、フレキシブル通信ケーブル３６が内部フレーム３７を介して接続されている。このフレキシブル通信ケーブル３６を通して制御装置から印字データと制御信号が印字ヘッド３２に送出される。
この印字ヘッド３２に対向し、印字ヘッド３２の上記主走査方向に延在して、内部フレーム３７の下端部に用紙搬送路の一部を構成するプラテン３８が配設されている。
このプラテン３８に接して記録媒体１７が給紙ローラ対３９（下のローラは記録媒体１７の陰になっていて図では見えない）と排紙ローラ対４１（下のローラは同様に記録媒体１７の陰になって見えない）により図の矢印ｅで示す印字副走査方向に間欠的に搬送される。
この記録媒体１７の間欠搬送の停止期間中に、印字ヘッド３２は、モータ４２により歯付き駆動ベルト３５及びキャリッジ３１を介して駆動されながら、記録媒体１７に近接した状態でインク滴を噴射して紙面に印字する。このように記録媒体１７の間欠搬送と印字ヘッド３２による往復移動時の印字との繰り返しによって記録媒体１７の全面に印字（印刷）が行われる。
なお、後述する白塗りの上にフルカラーの印字を重ねて印刷するときは、白印刷した印字媒体１７を矢印ｅで示す印字副走査方向と逆方向に逆搬送して、再び矢印ｅ方向に搬送しながらフルカラーの印字を行う。
また、後述する印字媒体１７の裏面から加熱して、熱膨張して盛り上がった表面にフルカラーの印刷を行うときは、図には示していないが、内部フレーム３７の上方に配置された通常の両面印刷に用いられると同様の記録媒体反転機構を用いて、熱膨張加工部３から搬送経路ｃを通って搬入された記録媒体１７を表裏反転させる。
図４は、上記構成の立体画像形成装置１の制御装置を含む回路ブロック図である。図４に示すように回路ブロックは、ＣＰＵ（central processing unit)４５を中心にして、このＣＰＵ４５に、それぞれデータバスを介して、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ（インターフェイスコントローラ）４６、ＰＲ＿ＣＯＮＴ（プリンタコントローラ）４７、及び画像切取り部４８が接続されている。
上記のＰＲ＿ＣＯＮＴ４７にはプリンタ印字部４９が接続されている。また、画像切取り部４８は、他方ではＩ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４６にも接続されている。この画像切取り部４８には、パーソナルコンピュータ等に搭載されているものと同様な画像処理アプリケーションが搭載されている。
また、ＣＰＵ４５には、ＲＯＭ（read only memory）５１、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）５２、本体操作部の操作パネル５３、及び各部に配置されたセンサからの出力が入力されるセンサ部５４が接続されている。ＲＯＭ５１はシステムプログラムを格納されている。操作パネル５３はタッチ式の表示画面を備えている。
ＣＰＵ４５は、ＲＯＭ５１に格納されているシステムプログラムを読出して、その読出したシステムプログラムに従って各部を制御して処理を行う。
すなわち、各部において、先ず、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ４６は、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト機器から供給される印字データをビットマップデータに変換し、フレームメモリ５５に展開する。
フレームメモリ５５には、黒トナーＫの印字データ、ホワイトＷ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクそれぞれの印字データに対応する記憶エリアが設定されており、この記憶エリアに上記各色の画像の印字データが展開される。展開されたデータはＰＲ＿ＣＯＮＴ４７に出力され、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４７からプリンタ印字部４９に出力される。
プリンタ印字部４９は、エンジン部であり、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４７からの制御の下で、図１に示した黒トナー印刷部２の感光体ドラム１１、一次転写ローラ１４等を含む回転駆動系、図１には図示を省略した初期化帯電器、光書込ヘッド等の被駆動部を有する画像形成ユニット９の印加電圧や、転写ベルト６、定着部２１の駆動などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。
更にプリンタ印字部４９は、図１に示した熱膨張加工部３の４組の搬送ローラ対２６の駆動、光源ユニット２７の発光駆動と、そのタイミングを制御する。そして、更にプリンタ印字部４９は、図１及び図２に示したインクジェットプリンタ部４の各部の動作を制御する。
そして、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４７から出力された黒トナーＫの画像データは、プリンタ印字部４９から図１に示した黒トナー印刷部２の画像形成ユニット９の図示を省略した光書込ヘッドに供給される。
ここで、本発明の立体画像形成装置１においては、光源ユニット２７（ハロゲンランプ２７ａ）の長手方向の寸法を、使用する記録媒体１７のうち最大寸法に合わせて極力短く設定してある。従って、光源ユニット２７（ハロゲンランプ２７ａ）の長手方向の光熱照射温度が中央部で高く、端部で低くなっている。
そのため、本発明においては、後述するように、黒トナーＫの画像データは、その濃度データとして、上記光源ユニット２７（ハロゲンランプ２７ａ）の長手方向の端部の光熱照射温度に対応して、特別な印刷制御を行うようにしている。
すなわち、画像切取り部４８で切り取られたデータ（隆起させようとする画像データ）を単純に黒ベタ画像に変換してＰＲ＿ＣＯＮＴ４７から出力するのではなく、上記光源ユニット２７（ハロゲンランプ２７ａ）の長手方向の中央部で均一な光熱照射温度に対応する領域の画像データの場合には、黒よりも濃度の低い灰色のベタ画像となるよう、元データに対して白データを加味してＰＲ＿ＣＯＮＴ４７から出力されるよう加工し、光源ユニット２７（ハロゲンランプ２７ａ）の長手方向の端部に対応する領域に画像データが存在する場合には、その画像に光熱照射温度分布に対応して黒成分を付加してＰＲ＿ＣＯＮＴ４７から出力されるよう加工制御している。
これにより、変換画像印刷された画像の濃度が濃い端部ほど、中央部に比べて熱膨張層が膨張して隆起する際の膨張（発泡）高さが高くなる。従って、光源ユニット２７（ハロゲンランプ２７ａ）からの熱エネルギーが小さい端部と熱エネルギーが大きい中央部とで膨張（発泡）高さが均一に調整される。
なお、ＰＲ＿ＣＯＮＴ４７から出力されたホワイトＷ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの色インクそれぞれの画像データは、図３に示した印字ヘッド３２にも供給される。
＜立体画像形成方法＞
図５(a)〜(ｄ)は、上記構成の立体画像形成装置１において記録媒体１７に立体面を作成する基本概念を示す図である。図５(a)は、記録媒体１７の構成を示す図、同図(b)は記録媒体１７を選択的に発泡させて部分隆起させる加工の原理を説明する装置の斜視図、同図(ｃ)は、同図(b)の側面図、同図(ｄ)は、加工結果を示す断面図である。
図５(a)に示すように、記録媒体１７は、基材５６と、この基材５６上にコーティングされた熱発泡剤を含む発泡樹脂層５７とから成る。基材５６は、紙、キャンバス地などの布、プラスチックなどのパネル材などからなり、材質は特に限定されるものではない。この基材５６と熱発泡剤を含む発泡樹脂層５７とからなる記録媒体１７は、既知の市販品を使用することができる。
この記録媒体１７の発泡樹脂層５７の立体化させたい部分に、図１の黒トナー印刷部２において立体化（膨張）の程度に応じて熱エネルギー吸収性が高い色の（例えば黒色）ベタ画像５８を印刷する。そして、図５(b)に示すように、ベタ画像５８を印刷された記録媒体１７の発泡樹脂層５７の面を、熱源ヒータ５９により加熱する。
図５(b)は、基本概念を示す図であるため、図１に示した熱膨張加工部３の構成とは異なるが、原理は同一である。すなわち、図５(b)に示すように、記録媒体１７は黒トナーのベタ画像５８を印刷された面を上に向けて載置台６０に載置されシート支持フレーム６２で位置固定されている。
載置台６０には両側端部面に案内溝（不図示）が形成されており、この案内溝に沿って、両方向矢印ｆで示すように往復移動が可能な熱源ヒータ支持柱６３（６３ａ、６３ｂ）が立設されている。
これら熱源ヒータ支持柱６３に両端部を支持された熱源ヒータ５９が熱源ヒータ支持柱６３の移動に応じて移動しながら、記録媒体１７の発泡樹脂層５７の面に熱輻射線を放射する。すなわち、記録媒体１７と熱源ヒータ５９とが相対的に移動しながら発泡樹脂層５７の面に熱輻射線が放射される。
これにより、黒トナーのベタ画像５８が熱輻射線を吸収して、その熱を発泡樹脂層５７に含まれる熱発泡剤に伝達し、熱発泡剤が熱膨張反応を起こして、図５(ｄ)に示すように、記録媒体１７は黒トナーのベタ画像５８を印刷された部分Ｇが膨張して盛り上がる。
このように、熱源ヒータ５９によって加熱された記録媒体１７は、黒トナーで印刷された部分Ｇと、それ以外の印刷されていない部分との熱吸収率の差によって黒トナーで印刷された部分Ｇの発泡剤のみが発泡して印刷面が立体化する。
なお、本例の熱源ヒータ５９は、図５(ｃ)に示すように、ハロゲンランプ２７ａと反射鏡２７ｂとからなる光源ユニットを構成するものであり、上記の記録媒体１７と熱源ヒータ５９との相対的移動は、前述の熱膨張加工部３においては、光源ユニット２７が固定され、記録媒体１７が搬送ローラ対２６により搬送されて移動する。
次に、上述した立体画像形成装置における変換画像印刷制御に係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６(a)〜(ｃ)は、比較例に係る立体画像形成方法を説明するための図である。
本発明の比較例となる立体画像形成方法において、例えば図５（ｂ）に示したベタ画像５８に代えて、熱源ヒータ５９（光源ユニット２７）のハロゲンランプ２７ａの長手方向に沿って記録媒体１７の長手方向の両端部間に架かるベタ画像５８´を印刷し、立体画像を形成するものとする。なお、説明を簡略化するために、ベタ画像５８´は立体化（膨張）の程度が同じに設定されているものとする。
図６（ａ）は、ベタ画像５８´が印刷された記録媒体１７の光源ユニット２７の長手方向に沿った発泡前断面図、図６（ｂ）は、ベタ画像５８´が印刷された記録媒体１７の光源ユニット２７の長手方向に沿った発泡後断面図、図６（ｃ）は、光源ユニット２７と画像濃度と隆起（発泡）高さの相関関係を説明する図である。
図６（ｃ）に示すように、光源ユニット２７の光熱照射温度は中央部Ｃの所定寸法では一定となっているものの、両端部Ｔでは端部に近づくにつれて低くなっているのが判る。これに対して、図６（ａ）に示すベタ画像５８´（画像濃度一定、図６（ｃ）参照）が印刷された記録媒体１７に対して光源ユニット２７から光熱照射が行われると、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、ベタ画像５８´の中央部Ｃ´での発泡高さＨに比べて両端部Ｔ´での発泡高さＬが低くなっている。すなわち、光源ユニット２７の光熱照射温度分布に比例して発泡高さが決定されることになる。
従って、光源ユニット２７の端部Ｔに対応する記録媒体１７の端部Ｔ´に立体化したい画像が存在する場合には、中央部において立体化したい画像と発泡高さに不均一が生じてしまうことが判明した。この場合、光源ユニット２７をより長尺にすればこの問題は解消するが、光源ユニット２７そのもの、及び装置の大型化を招いてしまう。そこで、本願発明者は、検証の結果、記録媒体１７側であって立体化したい画像について、その印刷濃度を調整することで、上記問題を解決するに至ったものである。
本発明の立体画像形成装置及び立体画像形成方法においては、図６に示した検証内容及び分析結果に基づいて、立体化したい変換画像を熱膨張性シートに印刷する際の画像濃度を、光源ユニットの光熱照射部に対応した熱膨張性シートにおける長手方向の端部が中央部よりも漸次高い濃度に印刷されるよう調整する。
具体的には、光源ユニットの中央部に相当する熱膨張性シート側の印刷画像を、基本的に黒色成分をやや落とした灰色画像となる濃度に調整すると共に、光源ユニットの両端部に相当する熱膨張性シート側における印刷画像を、黒色成分を端部にゆくに従って漸次増加する黒色画像になるよう設定する。
図１(a)〜(ｃ)は、本実施形態としての立体画像形成装置を用いた立体画像形成方法を説明するための図である。なお、上述した比較例（図６参照）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、熱膨張性シートに形成される画像の灰色〜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、本発明においては、図１（ａ）に示すように、比較例として図６（ａ）に示したベタ画像５８´に代えて、熱源ヒータ５９の光源ユニット２７の長手方向中央部Ｃに対応する部分Ｃ´には所定濃度のベタ灰色画像７１を印刷し、両端部Ｔに対応する部分Ｔ´には光源ユニット２７の光熱照射温度分布に反比例して濃度調整した画像（ベタ灰色〜黒色）７２を印刷する。なお、本実施形態において、記録媒体１７の長手方向の両端部間に架かる画像（ベタ灰色画像７１と濃度調整画像（ベタ灰色〜黒色）７２）を印刷して、この画像部分を後に隆起（発泡）させるが、図６（ａ）の比較例で説明したのと同様に、その立体化（膨張）の程度が同じに設定されているものとして説明する。
図１（ａ）は、ベタ灰色画像７１と濃度調整（ベタ灰色〜黒色）画像７２が印刷された記録媒体１７の光源ユニット２７の長手方向に沿った発泡前断面図、図１（ｂ）は、ベタ灰色画像７１と濃度調整（ベタ灰色〜黒色）画像７２がそれぞれ発泡した様子を示す断面図、図１（ｃ）は、光源ユニット２７と画像濃度と隆起（発泡）高さの相関関係を説明する図である。
図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、光源ユニット２７の光熱照射温度分布は、中央部Ｃの所定寸法で一定、両端部Ｔで端部に近づくにつれて低くなっている。これに対して、ベタ灰色画像７１と濃度調整（ベタ灰色〜黒色）画像７２が印刷された記録媒体１７に対して光源ユニット２７から光熱照射が行われると、記録媒体１７の中央部Ｃ´および両端部Ｔ´共に隆起（発泡）高さＰが一定に修正される。
なお、発泡したい画像の黒色濃度と隆起（発泡）高さとが線形に変化するような条件の場合、ハロゲンランプ２７ａの最外端光熱照射温度をランプ中央部の例えば７０％とした時、最外端の画像濃度を中央部の濃度の１．４倍（１００／７０）にすると良いとの知見を得ている。
従って、このように均一に隆起（発泡）した画像に対して、例えば背景色の白色インクを塗布した後、フルカラー画像を形成するなどにより、高品質な立体画像が形成可能となる。
なお、本発明は光熱照射部の光熱照射温度に対応して熱エネルギー吸収性が高い色の画像の濃度を制御することにあるので、本実施形態においては、上述のように、立体化させたい特定部位における膨張の程度が同じに設定された場合で説明したが、特定部位の膨張の程度に差を設けて全体的に変化に富む立体画像を所望している場合にも本発明は適用できる。
また、本実施形態においては、印刷すべき画像から選択的に抽出されて立体化したい画像を熱膨張性シートの発泡層側表面に印刷する例で説明したが、本発明は熱膨張性シートの発泡層とは反対側の裏面に鏡像印刷する場合にも同様に適用できることは勿論である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。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１]
印刷すべき画像から選択的に特定部位を抽出する画像抽出部と、
該画像抽出部により抽出された前記特定部位を該特定部位以外の部位よりも熱エネルギー吸収性が高い色の画像に変換する画像変換部と、
該画像変換部により変換された変換画像を、熱膨張性シートの発泡層側表面もしくは裏面に印刷する変換画像印刷部と、
長手方向に沿って配列された光熱照射部の前記長手方向の第１本体部の光熱照射温度が前記光熱照射部の前記長手方向の第２本体部よりも低く、前記長手方向と交差する方向に前記熱膨張性シートと相対的に移動しつつ、前記変換画像印刷部により前記変換画像を印刷された前記熱膨張性シートに光熱を照射して、前記印刷された変換画像において発生する熱エネルギーにより、前記変換画像に対応した前記発泡層側表面を膨張させて立体画像を形成させる光源ユニットと、
前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度が同じに設定された場合、前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度を、前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度より高い濃度になるように制御する変換画像印刷濃度制御部と、
を有する立体画像形成装置。
[付記２]
前記熱エネルギー吸収性が高い色の画像が灰色乃至黒色画像であり、前記変換画像印刷濃度制御部は、前記熱膨張性シートにおける前記第１本体部に対応する領域が前記第２本体部に対応する領域よりも漸次灰色から黒色に近い濃度に印刷されるよう前記変換画像印刷部を制御する、付記１記載の立体画像形成装置。
[付記３]
前記光熱照射部は、赤外線波長を含むハロゲンランプである付記１または２記載の立体画像形成装置。
[付記４]
前記第１本体部は、前記光熱照射部の前記長手方向の端部であり、前記第２本体部は、前記光熱照射部の前記長手方向の中央部である、付記１乃至３のいずれかに記載の立体画像形成装置。
[付記５]
印刷すべき画像から選択的に特定部位を抽出し、
該抽出された前記特定部位を該特定部位以外の部位よりも熱エネルギー吸収性が高い色の画像に変換し、
該変換された変換画像を、熱膨張性シートの発泡層側表面もしくは裏面に印刷し、
長手方向の第１本体部の光熱照射温度が前記長手方向の第２本体部の光熱照射温度よりも低く設定されており、前記長手方向と交差する方向に前記熱膨張性シートと相対的に移動させる光源ユニットを用い、変換画像を印刷された前記熱膨張性シートに光熱を照射して、前記印刷された変換画像において発生する熱エネルギーにより、前記変換画像に対応した前記発泡層側表面を膨張させて立体画像を形成させる、立体画像形成方法であって、
前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度が同じに設定された場合、前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度を、前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度よりも高い濃度になるように制御する、
立体画像形成方法。
[付記６]
前記熱エネルギー吸収性が高い色の画像が灰色乃至黒色画像であり、前記熱膨張性シートにおける前記第１本体部に対応する領域が前記第２本体部に対応する領域よりも漸次灰色から黒色に近い濃度に印刷されるよう制御する、付記５記載の立体画像形成方法。
[付記７]
前記光熱の照射は、赤外線波長を含むハロゲンランプにより行われる付記５または６記載の立体画像形成方法。
[付記８]
前記第１本体部は、前記光熱照射部の前記長手方向の端部であり、前記第２本体部は、前記光熱照射部の前記長手方向の中央部である、付記５乃至７のいずれかに記載の立体画像形成方法。
本発明は、カラー画像の所望の部位を立体化させた印刷物を高品位で簡単に低価格で作成できる立体画像形成装置と立体画像形成方法に利用することができる。
１ 立体画像形成装置
２ 黒トナー印刷部
３ 熱膨張加工部
４ インクジェットプリンタ部
５ 装置筐体
６ 転写ベルト
７ 駆動ローラ
８ 従動ローラ
９ 画像形成ユニット
Ｋ 黒色トナー
１１ 感光体ドラム
１２ 現像ローラ
１３ トナー容器
１４ 一次転写ローラ
１５ 二次転写ローラ
１６ 画像形成搬送路
１７ 記録媒体
１８ 記録媒体収容部
１９ 定着搬送路
２１ 定着部
２２ 加熱ローラ
２３ 押圧ローラ
２４ 定着部排出ローラ対
２５ 媒体搬送経路
２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ） 搬送ローラ対
２７ 光源ユニット
２７ａ ハロゲンランプ
２７ｂ 反射鏡
２８ 媒体排出口
２９ 排紙トレー
３１ キャリッジ
３２ 印字ヘッド
３３（３３ｗ、３３ｃ、３３ｍ、３３ｙ） インクカートリッジ
３４ ガイドレール
３５ 歯付き駆動ベルト
３６ フレキシブル通信ケーブル
３７ 内部フレーム
３８ プラテン
３９ 給紙ローラ対
４１ 排紙ローラ対
４２ モータ
４５ ＣＰＵ（central processing unit)
４６ Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ（インターフェイスコントローラ）
４７ ＰＲ＿ＣＯＮＴ（プリンタコントローラ）
４８ 画像切取り部
４９ プリンタ印字部
５１ ＲＯＭ（read only memory）
５２ ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）
５３ 操作パネル
５４ センサ部
５５ フレームメモリ
５６ 基材
５７ 発泡樹脂層
５８ ベタ画像
５８´ 長手方向の両端部間に架かるベタ画像
５９ 熱源ヒータ
６０ 載置台
６２ シート支持フレーム
６３（６３ａ、６３ｂ） 熱源ヒータ支持柱
Ｇ 黒トナーベタ画像印刷部分
７１ ベタ灰色画像
７２ 濃度調整（ベタ灰色〜黒色）画像

Claims (8)

  1. 印刷すべき画像から選択的に特定部位を抽出する画像抽出部と、
    該画像抽出部により抽出された前記特定部位を該特定部位以外の部位よりも熱エネルギー吸収性が高い色の画像に変換する画像変換部と、
    該画像変換部により変換された変換画像を、熱膨張性シートの発泡層側表面もしくは裏面に印刷する変換画像印刷部と、
    長手方向に沿って配列された光熱照射部の前記長手方向の第１本体部の光熱照射温度が前記光熱照射部の前記長手方向の第２本体部よりも低く、前記長手方向と交差する方向に前記熱膨張性シートと相対的に移動しつつ、前記変換画像印刷部により前記変換画像を印刷された前記熱膨張性シートに光熱を照射して、前記印刷された変換画像において発生する熱エネルギーにより、前記変換画像に対応した前記発泡層側表面を膨張させて立体画像を形成させる光源ユニットと、
    前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度と前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度とが同じに設定された場合、前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度を、前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度より高い濃度になるように制御する変換画像印刷濃度制御部と、
    を有する立体画像形成装置。
  2. 前記熱エネルギー吸収性が高い色の画像が灰色乃至黒色画像であり、前記変換画像印刷濃度制御部は、前記熱膨張性シートにおける前記第１本体部に対応する領域が前記第２本体部に対応する領域よりも漸次灰色から黒色に近い濃度に印刷されるよう前記変換画像印刷部を制御する、請求項１記載の立体画像形成装置。
  3. 前記光熱照射部は、赤外線波長を含むハロゲンランプである請求項１または２記載の立体画像形成装置。
  4. 前記第１本体部は、前記光熱照射部の前記長手方向の端部であり、前記第２本体部は、前記光熱照射部の前記長手方向の中央部である、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. 印刷すべき画像から選択的に特定部位を抽出し、
    該抽出された前記特定部位を該特定部位以外の部位よりも熱エネルギー吸収性が高い色の画像に変換し、
    該変換された変換画像を、熱膨張性シートの発泡層側表面もしくは裏面に印刷し、
    長手方向の第１本体部の光熱照射温度が前記長手方向の第２本体部の光熱照射温度よりも低く設定されており、前記長手方向と交差する方向に前記熱膨張性シートと相対的に移動させる光源ユニットを用い、変換画像を印刷された前記熱膨張性シートに光熱を照射して、前記印刷された変換画像において発生する熱エネルギーにより、前記変換画像に対応した前記発泡層側表面を膨張させて立体画像を形成させる、立体画像形成方法であって、
    前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度と前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位における前記熱膨張性シートの膨張の程度とが同じに設定された場合、前記光熱照射部の前記第１本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度を、前記光熱照射部の前記第２本体部に対応する前記特定部位の前記変換画像の画像濃度よりも高い濃度になるように制御する、
    立体画像形成方法。
  6. 前記熱エネルギー吸収性が高い色の画像が灰色乃至黒色画像であり、前記熱膨張性シートにおける前記第１本体部に対応する領域が前記第２本体部に対応する領域よりも漸次灰色から黒色に近い濃度に印刷されるよう制御する、請求項５記載の立体画像形成方法。
  7. 前記光熱の照射は、赤外線波長を含むハロゲンランプにより行われる請求項５または６記載の立体画像形成方法。
  8. 前記第１本体部は、前記光熱照射部の前記長手方向の端部であり、前記第２本体部は、前記光熱照射部の前記長手方向の中央部である、請求項５乃至７のいずれかに記載の立体画像形成方法。
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