JPH01233082A - パターンならい式のレーザ彫刻方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業−１＝、の利用分野） この発明は、パターンならい式のレーザ彫刻方法に関す
るもので、特に明暗あるいは濃淡など連続階調で表現さ
れたならいパターンであっても、これを彫込み量の大小
、彫込みスポットの粗密に置き換えて、視覚的に忠実に
表現できるようにしたものである。

（従来の技術） 従来、レーザ彫刻方法として特開昭６０−１９９５８９
号に開示されるような技術がおる。この発明は所要のな
らいパターンをセンサーで走査し検出ヘッドが彫刻パタ
ーンをスキャニングしている場合だけレーザ発振器の出
力をオン動作させ、彫刻加工を行なったものである。従
って例示されるような白黒部の明確なパターンなど比較
的単純なものでは適切なスキャニングが行なわれ、なら
いパターンのイメージを崩すことなく忠実な加工が行な
えた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、特にデザイン優先を主眼とした彫刻加工
においてのならいパターンは前記したような単純なもの
に限らず、例えば明暗、濃淡などで表現されている連続
階調の写真、印刷物、絵画など広くに及んであり、これ
を直接パターン原稿とする要請が多い。これらのものは
、従来技術においては発明の立脚点にないものであり、
前記センサーは明暗、濃淡を二値化、即ち一定の明度以
下は切り捨て、それ以上は切り上げるように処理するた
め、写真などのもつニュアンスが崩れてしまって、その
特有のアクセン１〜を忠実に表現することができないと
いう問題点があった。

本発明は上述した従来技術の問題点を合理的に解決でき
るパターンならい式のレーザ彫刻方法を提供することを
目的としたものである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成する過程において、本発明者はこの特定
された技術分野から一担離れて、印刷技術を考察したも
のである。

即ち、印刷においてはフィルム原稿のもつ連続階調がス
クリーンを通しての網点の大小に置き換えられて再現さ
れており、網点による階調の表現は、同一面積中に同数
の点をおいた場合、その点の大小の変化でなされている
。従って、小さい網点のところは紙の白い面積が大きく
、目には薄い感じが与えられ、またこれとは反対に大き
い網点ては紙の白い面積が少なく濃く見えることになる
。第１４図は原稿の連続階調を網点の大小による階調に
置き換える原理を模式的に示したものでおり、それには
まずフィルター処理された分解ネガＪ（カラー印刷の場
合〉をつくり、これをコンタク１〜スクリーンＫを通し
て搬影し、ポジの網点階調に変換する。上記のコンタク
１〜スクリーンには、同図の濃度分布のように中心が透
明で周囲に行くほどボケで黒くなってあり、市松模様の
フィルムから成っている。このコンタクトスクリーンＫ
に分解ネガＪを介して露光を与えると、スクリーンの濃
度が低い所では、通過して下部に達し、濃度が高い所で
は光か吸収され、網ポジフィルムＬには、分解ネガの明
るさによりライ（〜パターンＮが形成される。

例えば、オフセラ１〜印刷においては、前記の製版工程
を終了した網ポジフィルムを感光処理して金属版に焼付
けし、画像部となる網点部を親油性とし、また非網点部
を親水性とするように化学処理する。そして、上記の刷
版処理されたものを印刷ドラムに装着して印刷するよう
にしたものである。ところで、印刷の微細さ即ち、再現
性を示すものとして「印刷線数」がある。この線数は網
取りを行なうコンタク１〜スクリーンの細かさ（１イン
チの範囲にある市松模様の黒線数）で設定されるもので
、数値が大きい程網点のピッチと、このピッチによって
決まる網点の大きさが細くなり、従って階調が細分化し
て微細な印刷仕上げができる。

視覚的に自然で、デリケートな質感を得るには、１３３
線〜１７５線の線数が必要で、これは一般のカラー印刷
物に適用されている。またインクが滲んで潰れやすい更
紙などには、６０線〜８０線の線数を用いている。

本発明は原稿のもつ連続階調を網点の大小で表現した印
刷技術の原理に着目してなされたもので、これを被加工
材のレーザ彫刻にあてはめて、次のようにしたものであ
る。

即ち本発明は、所望のならいパターンを有する被走査体
を光センサーによって走査検出させ、被走査体と光セン
サーの相対運動に同調して被加工材と、これに対向する
レーザヘッドを相対移動させ、前記光センサーの検出信
号によって被加工材へのレーザビームの照射制御を行な
わせる過程において、前記光センサーにより被走査体か
らの照度を計測してアナログ検出信号を取り出し、この
アナログ信号出力によりレーザビームの照射出力を制御
すると共に、同光センサーからアナログ検出信号が出力
される間は、レーザビームをパルス列で照射させたもの
である。

（５〉 （作用） 而して、被走査体の明暗部あるいは濃淡部を光センサー
の走査によって読み取ったどき、吾の明度レベルに応じ
て入射光から照度の計測を行ない、これによってアナロ
グ電圧からなる検出信号を出力させる。この場合、照度
が高い（明るい）と小さな電圧信号が、また照度が低い
（暗い）と大きな電圧信号が発生する。このようなアナ
ログ検出信号は増幅して出力されるもので、この電圧値
に応じレーザビームの出力が制御される。レーザビーム
出力が低い場合の被加工材に対する照射効果は小さく燃
焼反応による彫込みスポットの大きさく面積と深さ）は
小さい。上記と反対に出力大の場合の照射効果は大きく
、彫込みスポットの大きさ（面積と深さ）は大きい。こ
の出力を制御されたレーザビームの照射はパルス列をも
って間隔的にされるから、被加工材への彫込みスボッ１
〜は、前記パルス列に応じて間隔的なものとなる。従っ
てならいパターンのもつ連続階調は彫込みスポットによ
る網点の間隔と網点の大きさ（面積と深さ）に置き換え
ることかできるもので、原稿のもつ微妙なアクセントを
崩さすに、これを忠実に表現することができるものであ
る。

（実施例） 次に本発明のパターンならい式のレーデ彫勿］方法を実
施するにあたり、好適な実施例を必げて具体的に説明す
る。

実施例１゜ 第１図において、１はＸ−Ｙテーブル２の上面に取りイ
」けた被走査体で、明暗部あるいは、濃淡部の連続階調
で表現され、適宜のならいパターンをもつ例えば写真原
稿である。

３は上記被走査体１に対応させて上部に定置して設けた
光センサーであって、Ｘ−Ｙテーブル２どの相対運動に
よって前記ならいパターンを走査し、明暗、濃淡の明度
レベルに応じてそこからの照度を計測し、アナログ電圧
からなる検出信号を発信する。上記の光センサーは３は
受光素子として出力電圧−照度特性（第２図参照）の優
れた、例えばフォトダイオードを用いるもので、被走査
体１の表面の微小スポット（直径０．１ｍｍ程度の範囲
）からの入射光を受けて作用するようになっている。ま
た同じＸ−Ｙテーブル２の上面には木材などの被加工材
４を、例えばバキューム手段（図示せず）によって取付
けるもので、この被加工材４の上部には定置して設けた
レーザヘッド６が対向している。従って走査の為の光セ
ンサ−３と被走査体１との相対運動は、これと機械的に
同調してレーザヘッド６と被加工材４との間で行なわれ
る。また前記光センサ−３からのアナログ検出信号は増
幅回路７で電圧値に応じて増幅されてアナログ制御電圧
として出力されるようになっており、この制御電圧はレ
ーザ発振器８の照射出力制御回路９に入力され、レーザ
ビーム１０の照射出力をコントロールする。

また他方において前記光センサ−３からの検出信号はレ
ーザ発振器８の照射周波数設定回路１１に入力されるも
ので、アナログ電圧値とは無関係に、設定周波数からな
るパルス列でレーザビーム１０の照射が行なわれる。こ
こでレーザビーム１０の照射は光センサ−３からのアナ
ログ信号出力に司掌されているが、同センサー３からの
出力が無い場合は、レーザ発振器８の動作はオフされる
ようになっている。

また前記のレーザビーム１０は常法に従ってミラーによ
り屈折され、レーザヘッド６の集光レンズ１３で約０．
１ｍｍはどの光束に集光されて被加工材４に効果的に照
射される。

第３図はレーザビームの照射出力とエネルギー密度分布
の関係を示したもので、照射出力が高い順にそれぞれａ
、　ｂ。

Ｃの符号を付しておる。（曲線分と水平基準軸とに囲れ
た面積が照射出力を表わす。）この線図のように集束さ
れたレーザビーム（直径Ｄ＝０．１ｍｍ＞は中心部はど
高密度となり、周辺に及ぶに従って低密度となるもので
、出力に応じて縦軸方向のパワー密度レベルが可変され
る。１−１ａ。

Ｈｂ、Ｈｃは照射出力ａ、ｂ、ｃに対応したパワー密度
レベルを示したものである。一方被加工材４は、その特
性によって固有のパワー密度に達しないとビーム照射に
よっての燃焼反応を起こさないもので、例えば木材彫刻
にはＨｗ以上のパワー密度が必要となっている。図の直
線Ｆは、臨界レベルを示したものでおる。従って木材表
面に出力すのレーザビームが単位時間照射されるとき、
疑似的に深込み直径Ｄｂ、深さｙｂの彫刻加工がなされ
るものである。上記の加工にかかわる要因としては、照
射時間、燃焼反応の遅速、雰囲気など挙げられるがこれ
は走査速度、パルスの幅、被加工Ｈの均一化、補助ガス
の設定などにより制御を可能としているもので、加工目
的に応じて好適と思われるレベルに任意に設定できる。

而して、パルス列設定によりレーザビーム１０の照射列
を適宜に設定し、また走査速度を一定として第４図のよ
うな連続階調のならいパターンを走査したとき、区間Ａ
−Ｂにおいては第５図のようなアナログ検出信号ｖａ、
ｖｂ・・・・・・が連続的に出力される。従ってこれに
応じて所定のパルス列で照射されるレーザビーム１０の
出力が大小に制御されるから、明るくて照度レベルが高
い部分では彫刻スポラ］〜が小さく浅く、また暗くて照
度レベルが低い部分では、彫刻スポットが大きく、深く
なる。この大小からなる彫込スポットはレーザビームの
パルス制御により一定間隔で現われるから、印刷による
網点の大小の置き換えと同様の作用が発揮され、連続階
調のパターンを第６図、第７図のように視覚的に忠実に
表現する事ができる。上記においてピッチ０．１５ｍｍ
単位で１回のレーザビーム照射を行なうように設定した
場合、印刷における１７５線に匹敵する微細な再現性か
えられる。

実施例２゜ この実施例では明度レベルに応じたレーザビームの出力
制御に加えて、レーザビームの照射列制御即ち、彫刻ス
ポラｌ〜の粗密制御を行わせ、両者の相乗的作用によっ
てより高い表現効果を得ようとしたものである。

尚、この実施例２．を模式的に示した第８図において、
前記実施例１．０ものと同一もしくは均等の部分につい
ては前記と同一の符号を以って示し、重複説明を省略し
た。即ち、光センサーからのアナログ検出信号は、アナ
ログ・デジタル変換回路１４で電圧値に対応したパルス
列のデジタル信号出力に変換される。前記アナログ・デ
ジタル変換回路１４はリニアな電圧−周波数特性（Ｖｆ
特性）を有しており、比例的な周波数変換（周波数変調
変換）が行なわれる。このデジタル信号出力は適宜の増
幅回路（図示省略）を介してレーザ発振器８の照射周波
数制御回路１５に入力されるもので、周波数変調パルス
に基いた照射列でレーザビーム１０が出力される。第９
図はアナログ・デジタル変換回路１４における入力電圧
Ｖと出力周波数ｆとの関係を示した特性線図で、入力電
圧をｖａ、ｖｂとしたとき第１０図、第１１図に示すよ
うな波形の出力周波数ｆａ、ｆｂが得られることを示し
たものである。

而して、レージ“ビームの照射出力と照射列を制御でき
る状態において走査速度を一定として前述の第４図のな
らいパターンを走査したとき、区間Ａ−Ｂにおいての照
度レベルが高い部分においては彫刻スポラ１〜が小さく
浅く、ざらにスポラ１〜間隔が広く（粗）なり、また照
度レベルが低い部分では彫刻スポットが大きく深く、さ
らに狭く（密）になる。従ってこの場合においては網点
の大小に加えて網点の粗密が加えられることになり、明
るい部分はより明るく弱く、暗い部分はより暗く強くと
いうようにコントラス］〜を基調とした表現を行なうこ
とができる。（第１２図、第１３図） （発明の効果） 以上実施例の説明によって明らかなように、本発明によ
れば、被走査体のもつ連続階調のならいパターンにおい
て、明るく照度レベルの高い部分は、レーザビームの照
射出力を小さくし、また昭くて照度レベルの低い部分は
照射出力を大ぎくしで、被加工材に対するそれぞれの照
射効果をコントロールすると共に、レーザビームをパル
ス列で間歇に照射したから、印刷にあける網点の置き換
えと同様の手法で連続階調を表現でき、視覚的に自然で
微妙なアクセントの表現が行えるという優れた効果をも
つ。なお本発明は主として木材を被加工材とした場合に
ついて述べたが合成樹脂材、紙、皮革、布地などについ
ても例外なく適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ彫刻方法を実施した加工装置の
−例を示す模式図　第゛２図は光センサーの出力電圧−
照度特性線図　第３図はレーザビーム照射出力とエネル
ギー密度の関係を示す特性線図　第４図はならいパター
ンの一例を示す平面図　第５図は光センサーの出力状態
を示す説明図第６図および第７図は被加工材の断面図お
よび平面図　第８図は加工装置の伯の実施例を示す模式
図　第９図は照射周波数制御回路の入力電圧−出力周波
数特性線図　第１０図および第１１図は出力周波数のパ
ルス波形を示す説明図第１２図および第１３図は被加工
材の断面図および平面図第１４図は印刷の原理を示した
説明図である。 １：被走査体　２：Ｘ−Ｙテーブル　３：光センサー４
：被加工材　６：レーザヘッド　７：増幅回路　８：レ
ーザ発振器　９：照射出力制御回路　１０：レーザビー
ム１１：照射周波数設定回路　１４：アナログ・デジタ
ル変換回路　１５：照射周波数制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定のならいパターンを有する被走査体を光セン
   サーによつて走査検出させると共に、上記被走査体と光
   センサーの相対運動に同調して被加工材とこれに対向す
   るレーザヘッドを相対移動させ、前記光センサーの検出
   信号によって、被加工材へのレーザビームの照射制御を
   行なわせる過程において、前記光センサーにより被走査
   体からの照度を計測してアナログ検出信号を取り出し、
   このアナログ信号出力によりレーザビームの照射出力を
   制御すると共に、少くとも同光センサーからアナログ検
   出信号が出力される間は、レーザビームをパルス列で照
   射するようにしたパターンならい式のレーザ彫刻方法。
2. （２）光センサーからのアナログ検出信号を周波数変調
   パルスに変換し、この周波数変調パルス出力によりレー
   ザビームの照射列を制御するようにした請求項第（１）
   項記載のパターンならい式のレーザ彫刻方法。