JP5622183B2 - 立体画像形成方法及び立体画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体画像形成方法及び立体画像形成装置に関し、特に、熱膨張性シートを選択的に膨張させて立体画像を形成する立体画像形成方法及び立体画像形成装置に関する。

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。

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。

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、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ことにより熱膨張性シートの表面が伸びることになるため、当該熱膨張性シートの表面に形成されたカラー画像等の表示色が当初の状態よりも薄くなったり、発色が不均一になってムラが生じることが判明した。これは、熱膨張層の膨張に伴って熱膨張性シートの表面の隆起した部分の表面も伸びることにより面積が広がり、カラー画像等の着色部分も引き伸ばされて当該着色部分が薄くなったり密度が粗くなったり割れが生じて、カラー画像等の下地である熱膨張性シートの地色が透けたり露出して視覚的に認識されることによるものである。そのため、カラー画像等の画質が劣化してしまい良好な立体画像を形成することができないという問題を有していた。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、熱膨張層の膨張に伴う熱膨張性シート表面の伸び、つまり面積の広がりの影響を加味して、カラー画像等の表示色が所望の濃度や良好な発色状態を有する立体画像を実現することができる立体画像形成方法及び立体画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る立体画像形成方法は、
基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成する処理と、
前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する処理と、
前記熱膨張性シートの前記他面側から、光を照射して、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する処理と、
を有し、
前記第１の印刷画像を形成する処理は、前記熱膨張層の膨張による前記第１の印刷画像の表示色の濃度の変化を加味して、前記熱膨張層の膨張後に、前記第１の印刷画像に設定されている本来の表示色の濃度が実現されるように、且つ前記熱膨張層の隆起高さに応じて、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定し、
前記第１の印刷画像の前記立体画像を形成する処理は、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて、前記熱膨張層の前記隆起高さを設定することを特徴とする。

本発明に係る立体画像形成装置は、
基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成し、前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する印刷機能部と、
前記一面側に前記第１の印刷画像が形成され、前記他面側に前記第２の印刷画像が形成された前記熱膨張性シートの、前記他面側から、光を照射して、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する光源部と、
前記熱膨張層の膨張による前記第１の印刷画像の表示色の濃度の変化を加味して、前記熱膨張層の膨張後に、前記第１の印刷画像に設定されている本来の表示色の濃度が実現されるように、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定する画像処理部と、
を有し、
前記第１の画像は、彩色画像であって、前記表示色の濃度が異なる着色部分を有し、
前記第２の印刷画像は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる前記着色部分に対応する特定部分を有し、
前記画像処理部は、前記第１の画像の前記着色部分について前記表示色の濃度を設定し、前記第２の印刷画像の前記特定部分について前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定することを特徴とする。

本発明によれば、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、熱膨張層の膨張に伴う熱膨張性シート表面の伸び、すなわち面積の拡大の影響を加味して、カラー画像等の表示色が所望の濃度や良好な発色状態を有する立体画像を実現することができる。

本発明に係る立体画像形成方法の一例を示すフローチャートである。 比較例に係る立体画像形成方法を説明するための概略平面図である。 比較例に係る立体画像形成方法を説明するための概略断面図である。 比較例に係る立体画像形成方法の問題点を説明するための概念図である。 本実施形態に係る立体画像形成方法における具体例を示す概略平面図である。 本実施形態に係る立体画像形成方法における具体例を示す概略断面図である。 本実施形態に係る立体画像形成方法におけるデータ処理方法（濃度設定方法）の概念を示す図である。 本発明に係る立体画像形成装置に適用される印刷装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に適用される印刷装置における印刷機構部の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に適用される印刷装置の一例を示す機能ブロック図である。

以下、本発明に係る立体画像形成方法及び立体画像形成装置について、実施形態を示して詳しく説明する。
（立体画像形成方法）
まず、本発明に係る立体画像形成方法について説明する。
図１は、本発明に係る立体画像形成方法の一例を示すフローチャートである。

本実施形態に係る立体画像形成方法は、図１に示すように、概略、画像データ生成処理（Ｓ１０１）と、表面画像形成処理（Ｓ１０２）と、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）と、光照射・加熱処理（Ｓ１０４）と、を有している。

画像データ生成処理（Ｓ１０１）においては、まず、立体画像の対象となる任意の彩色画像の画像データ（以下、「表面画像データ」と記す）と、当該彩色画像の立体画像を形成するための熱膨張性シートを準備する。ここで、熱膨張性シートは、上述したように、基材シートの一面側に発泡性のマイクロカプセルを含有する熱膨張層（発泡層）が形成されているものとする。また、彩色画像は、カラー画像であってもよいし、モノクロ画像やモノトーン画像であってもよい。

次いで、上記表面画像データに基づいて、彩色画像の絵柄等の特定の領域や画素に設定されている表示色の濃度データを抽出する。また、熱膨張性シートを加熱して立体画像を形成した際に当該特定の領域等に予定されている熱膨張層の隆起高さ（発泡高さ）データを抽出する。そして、隆起高さデータに基づいて、上記彩色画像の反転画像となる鏡像について、上記特定の領域等に対応する特定部分の黒色成分の濃度を設定した画像データ（以下、「裏面画像データ」と記す）を生成する。また、上記の濃度データ及び隆起高さデータに基づいて、後述するデータ処理方法により、熱膨張性シートを加熱して立体画像を形成した際に彩色画像の特定の領域等に設定されている表示色の濃度の変化（低下）や発色状態の変化（劣化）を見越して、表面画像データにおいて特定の領域等に設定されている当該表示色の濃度を調整する（高く設定する）。なお、本願明細書において、鏡像に含まれる黒色成分とは、彩色としての黒色に限るものではなく、赤外線波長（広くは遠赤外線波長も意味する）を含む光を吸収することにより熱エネルギーを発生する光熱変換特性を有する材料を意味するものとする。このような光熱変換特性を有する材料としては、例えばカーボンブラックが適用される。

画像データ生成処理（Ｓ１０１）において、彩色画像の表示色の濃度を調整するデータ処理方法は、概念的には次のように実行される。すなわち、後述する光照射・加熱処理を施した際に、熱膨張性シートの熱膨張層の隆起高さ（又は膨張量）は、当該熱膨張性シートの基材シート側の裏面に形成される鏡像の濃度に依存する。このとき、熱膨張層は、熱膨張性シートの表面を引き伸ばしながら膨張、換言すれば、隆起表面の面積が拡大するため、当該熱膨張性シートの表面側（熱膨張層側）に形成された彩色画像も引き伸ばされて、膨張前に形成されていた彩色画像の表示色の濃度が低下したり、発色にムラが生じたりする。そこで、本実施形態においては、光照射・加熱処理を施した際の、熱膨張性シートの表面側に形成された彩色画像の表示色の濃度や発色状態の変化を見越して（加味して）、本来の予定されている表示色を実現することができるように、当該彩色画像の表示色の濃度を、熱膨張層の隆起高さ等に基づいて導出される彩色画像の膨張量又は膨張率に応じて、予め高くなるように調整する。なお、このデータ処理方法については、後述する作用効果の検証において詳しく説明する。

次いで、表面画像形成処理（Ｓ１０２）においては、熱膨張性シートの表面側に、上記のデータ処理方法により彩色画像の膨張量又は膨張率に応じて表示色の濃度が調整された彩色画像を形成（印刷）する。この場合、上記膨張量又は膨張率は、上記彩色画像の膨張前の面積に対して熱膨張層の隆起によって生じた彩色画像の膨張後の面積を意味する。ここで、熱膨張性シートの表面側への彩色画像の形成には、後述する立体画像形成装置において示すインクジェット方式や、レーザー方式、熱転写方式等の種々の方式の印刷装置を適用することができる。

次いで、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）は、熱膨張性シートの裏面側に、上記の裏面画像データを用いて、表面側に形成された彩色画像の形成位置に対応させて、熱膨張層の隆起高さに基づいて濃度が設定された黒色からなる鏡像を形成（印刷）する。ここで、熱膨張性シートの裏面側への鏡像の形成においても、後述する立体画像形成装置において示すインクジェット方式や、レーザー方式、熱転写方式等の種々の方式の印刷装置を適用することができる。

次いで、光照射・加熱処理（Ｓ１０４）においては、上述したように、表面側に彩色画像が形成され、裏面側にその鏡像が形成された熱膨張性シートに対して、当該裏面側からハロゲンランプや赤外線ランプ等の光源により、赤外線波長を含む光を均一に照射する。これにより、熱膨張性シートの裏面側に形成された鏡像が照射された光を吸収して熱エネルギーを発生し、当該鏡像に対応する領域の熱膨張層が加熱される。

このように、熱膨張性シートの裏面側の鏡像において発生した熱エネルギーにより、対応する領域における熱膨張層のマイクロカプセルが膨張（発泡）することにより、熱膨張層が予定された（すなわち、予め設定された所定の）高さに隆起して所望の立体画像が形成される。

次に、上述した立体画像形成方法におけ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、当該彩色画像の各着色部分の濃度が均一に保持され、かつ、各着色部分が異なる任意の隆起高さに膨張した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２は、比較例に係る立体画像形成方法を説明するための概略平面図であり、図３は、比較例に係る立体画像形成方法を説明するための概略断面図である。ここで、図３は、図２に示した「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の文字部分の断面を概略的に示したものである。図４は、比較例に係る立体画像形成方法の問題点を説明するための概念図である。

本発明の比較例となる立体画像形成方法においては、例えば図２に示すように、熱膨張性シートの表面側に印刷された犬の画像と「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の文字画像のうち、文字部分のみを均一な濃度の表示色で、かつ、異なる任意の高さに隆起させた立体画像を形成するものとする。なお、犬の画像は熱膨張性シートの地色（例えば略白色）のまま、任意の高さに隆起させた立体画像を形成するものとする。

この場合、まず、図３（ａ）に示すように、基材シート３１の一面側（図面上面側）に熱膨張層３２が塗布形成された熱膨張性シート３０の熱膨張層側の表面に、図２（ａ）に示すように、犬の画像と文字画像を任意の表示色で形成（印刷）する。ここでは、犬の画像を熱膨張性シートの地色のままとし、図３（ａ）に示した「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の文字部分３３ａ〜３３ｃを濃度が同一に設定された同じ表示色で形成するものとする。

次いで、熱膨張性シート３０の表面側（熱膨張層側）の犬の画像及び文字画像の反転画像となる鏡像を生成し、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、熱膨張性シート３０の裏面側（基材シート側）に形成（印刷）する。ここでは、後述する光照射・加熱処理を施した際に、熱膨張性シート３０の熱膨張層３２の隆起高さ（又は膨張量）が、予定されている任意の高さになるように、犬の画像及び文字画像の鏡像を、所定の濃度に設定された黒色成分を含むインクやトナーにより形成する。すなわち、熱膨張性シート３０の表面側に形成された彩色画像に対応する鏡像は、当該彩色画像に予定されている隆起高さのみに基づいて、その濃度が設定されている。

具体的には、本比較例においては、図２（ｂ）に示すように、犬の画像を任意の隆起高さになるように鏡像の黒色成分の濃度を設定し、図３（ｂ）に示すように、「Ａ」の文字部分３３ａを最も高く隆起させるように鏡像３４ａの黒色成分の濃度を高く設定し、「Ｂ」の文字部分３３ｂを比較的高く（「Ａ」よりも低い任意の高さに）隆起させるように鏡像３４ｂの黒色成分の濃度を比較的高く（「Ａ」よりも低い濃度に）設定した。なお、「Ｃ」の文字部分３３ｃについては、隆起させないようにその鏡像３４ｃを形成しなかった（図２（ｂ）、図３（ｂ）中には、便宜的に二点鎖線で表記した）。

次いで、図３（ｃ）に示すように、熱膨張性シート３０の裏面側から所定の光量の光ＬＴを均一に照射することにより、図２（ｂ）に示した鏡像の黒色成分の濃度に応じて熱エネルギーが発生し、図３（ｄ）に示すように、当該鏡像に対応する領域の熱膨張層３２が加熱されて膨張する。

ここで、熱膨張層３２の隆起高さは、図３（ｄ）に示すように、鏡像３４ａ、３４ｂの黒色成分の濃度に依存するが、このとき、熱膨張層３２の隆起高さが高く設定されているほど、熱膨張層３２の膨張量又は膨張率も大きくなるため、熱膨張性シート３０の表面が引き伸ばされてその表面積が拡大し、当該熱膨張性シートの表面に形成されている彩色画像の着色部分（すなわち、文字部分３３ａ、３３ｂ）も引き伸ばされて面積が拡大する。これにより、図３（ｄ）に示すように、文字部分３３ａ、３３ｂの膜厚が薄くなったり密度が粗くなったり、あるいは、割れが生じて、当該文字部分３３ａ、３３ｂの下地である熱膨張性シート３０の地色（厳密には熱膨張層３２の地色）が透けたり露出して視覚的に認識されることになる。そのため、図２（ｃ）に示すように、熱膨張性シート３０の表面側に形成されていた「Ａ」、「Ｂ」の文字部分３３ａ、３３ｂの濃度が当初の状態（図２（ａ）、図３（ａ）の状態）よりも低下して表示色が薄くなったり、当該表示色の発色にムラが生じて、彩色画像の画質が劣化してしまい、良好な立体画像を形成することができないという問題を有していた。この状態を図４（ａ）、（ｂ）に概念的に示す。図４（ａ）は、彩色画像の着色部分（すなわち、上述した文字部分３３ａ、３３ｂ）の濃度が光照射・加熱処理による熱膨張層３２の膨張により変化（低下）して表示色が変化する（薄くなる）ことを示す概念図であり、図４（ｂ）は、彩色画像の着色部分（文字部分３３ａ、３３ｂ）の発色状態が光照射・加熱処理による熱膨張層３２の膨張により変化（発色ムラが発生）することを示す概念図である。すなわち、熱膨張層３２のうち膨張される部分の表面積が膨張前と膨張後で変化することで、表面の色や状態が変化することを示している。

そこで、本発明に係る立体画像形成方法においては、図２〜図４に示した検証内容に基づいて、光照射・加熱処理における熱膨張層の膨張により、熱膨張性シートの表面側に形成された彩色画像の表示色が影響を受けた場合であっても、本来の予定されている濃度や発色状態の表示色を実現することができるように、当該熱膨張層の膨張による上記表示色の濃度や発色状態への影響を見越して（加味して）、当該表示色の濃度を調整する。

具体的には、彩色画像の反転画像となる鏡像に設定された濃度に基づいて隆起高さが規定される熱膨張性シートにおいて、光照射・加熱処理により膨張する彩色画像の特定の領域の膨張量又は膨張率、換言すれば表面積が、膨張前の状態に比較して例えば２倍になる場合には、当該領域に設定される表示色の濃度を、表面画像データに設定された当初の濃度の２倍に設定する。すなわち、本実施形態においては、彩色画像（又は膨張層）の膨張率（又は膨張量）と、彩色画像の表示色の濃度の調整倍率（又は設定倍率）が同一、あるいは、比例関係になるように設定される。

図５は、本実施形態に係る立体画像形成方法における具体例を示す概略平面図であり、図６は、本実施形態に係る立体画像形成方法における具体例を示す概略断面図である。ここで、上述した比較例（図２、図３参照）と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。図７は、本実施形態に係る立体画像形成方法におけるデータ処理方法（濃度設定方法）の概念を示す図である。

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に基づいて、熱膨張性シートの表面側に形成される彩色画像の表示色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、上述した比較例と同様に、熱膨張性シートの表面側に印刷された犬の画像と、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の文字画像のうち、文字部分のみを均一な濃度の表示色で、かつ、異なる任意の高さに隆起させた立体画像を形成する場合、まず、図５（ａ）に示すように、表面画像データに基づいて、熱膨張性シートの表面側に犬及び文字の印刷画像を所定の表示色で形成（印刷）する。このとき、上記表面画像データに基づいて、犬及び文字の印刷画像に設定されている表示色の濃度データ、及び、熱膨張性シートを加熱して立体画像を形成した際に当該犬及び文字の印刷画像に予定されている熱膨張層の隆起高さ（発泡高さ）データを抽出する。そして、これらの濃度データ及び隆起高さデータ、さらに、上述した検証内容に基づいて、熱膨張性シートを加熱して立体画像を形成した際に犬及び文字の印刷画像に設定されている表示色の濃度や発色状態の変化を見越して（加味して）、表面画像データにおいて犬及び文字の印刷画像に設定されている表示色の本来の濃度が実現されるように、当該表示色の濃度を調整する。

すなわち、熱膨張性シートの表面の膨張により、彩色画像の表示色の濃度や発色状態が変化する場合には、熱膨張層の隆起高さ等に基づいて導出される熱膨張性シート表面の膨張量又は膨張率を算出して、彩色画像の表示色の濃度を当該膨張量又は膨張率に応じて調整する。具体的には、図６（ａ）に示すように、例えば熱膨張性シート３０表面の膨張により、図５（ａ）に示した「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の文字画像のうち、「Ａ」の文字部分３３ａが最も高く隆起し、「Ｂ」の文字部分３３ｂが比較的高く（「Ａ」よりも低い任意の高さに）隆起して、「Ａ」、「Ｂ」の文字部分３３ａ、３３ｂの表示色の濃度が低下する場合には、熱膨張層３２の隆起高さ等に基づいて熱膨張性シート３０表面の膨張量又は膨張率をそれぞれ算出し、「Ａ」、「Ｂ」の文字部分３３ａ、３３ｂの表示色の濃度の低下が実質的に打ち消される（相殺される）ように、予め表示色の濃度を当該膨張量又は膨張率に応じて個別に高く設定する。ここでは、隆起させない「Ｃ」の文字部分３３ｃの表示色の濃度や発色状態が変化しないものとして、この文字部分３３ｃの濃度に対して、「Ａ」の文字部分３３ａの表示色の濃度を高く設定し、「Ｂ」の文字部分３３ｂの表示色の濃度を比較的高く（「Ａ」よりも低い濃度に）設定する。このようにして個別に濃度が設定された文字の印刷画像が、熱膨張性シート３０の表面に形成（印刷）される。なお、犬の印刷画像は熱膨張性シート３０の地色（例えば略白色）のまま、任意の高さに隆起させるため、熱膨張性シートの表面には着色部分が形成されていない。

次いで、上記の表面画像データに基づいて、熱膨張性シートの表面側の犬及び文字の印刷画像の反転印刷画像となる鏡像を生成し、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、熱膨張性シート３０の裏面側に形成（印刷）する。ここでは、表面画像データから抽出された犬及び文字の印刷画像に予定されている熱膨張層３２の隆起高さデータに基づいて、当該犬及び文字の印刷画像に対応する鏡像の黒色成分の濃度が設定される。

すなわち、図５（ｂ）に示すように、犬の印刷画像を任意の隆起高さになるように鏡像の黒色成分の濃度を設定し、図６（ｂ）に示すように、「Ａ」の文字部分３３ａを最も高く隆起させるように鏡像３４ａの黒色成分の濃度を高く設定し、「Ｂ」の文字部分３３ｂを比較的高く（「Ａ」よりも低い任意の高さに）隆起させるように鏡像３４ｂの黒色成分の濃度を比較的高く（「Ａ」よりも低い濃度に）設定した。なお、「Ｃ」の文字部分３３ｃについては、隆起させないようにその鏡像３４ｃを形成しなかった（図５（ｂ）、図６（ｂ）中には、便宜的に二点鎖線で表記した）。

次いで、図６（ｃ）に示すように、熱膨張性シート３０の裏面側から所定の光量の光ＬＴを均一に照射することにより、図５（ｂ）に示した鏡像の黒色成分の濃度に応じて熱エネルギーが発生し、図６（ｄ）に示すように、当該鏡像に対応する領域の熱膨張層３２が加熱されて膨張する。ここで、上述したデータ処理方法により熱膨張性シート３０の表面側に形成された彩色画像に予定されている隆起高さに応じて、裏面側の鏡像の黒色成分の濃度が設定され、また、当該隆起高さ等に基づいて導出される熱膨張層３２の膨張量又は膨張率に応じて、当該彩色画像の表示色の濃度が設定されている。これにより、彩色画像に予定されている隆起高さで熱膨張層３２が膨張し、図６（ｄ）に示すように、「Ａ」、「Ｂ」の文字部分３３ａ、３３ｂが熱膨張性シート３０の表面とともに引き伸ばされた場合であっても、当該文字部分３３ａ、３３ｂの濃度が低下して表示色が薄くなった状態が、表面画像データにおいて本来予定されていた濃度（換言すると、隆起させない「Ｃ」の文字部分３３ｃの濃度）と略同等になる。この状態を図７（ａ）、（ｂ）に概念的に示す。図７（ａ）は、彩色画像の着色部分（すなわち、上述した文字部分３３ａ、３３ｂ）の濃度が光照射・加熱処理による熱膨張層３２の膨張により変化（低下）して表示色の濃度が変化する（薄くなる）ことを示す概念図であり、この膨張後の、濃度が低下した状態の表示色が、本来予定されていた濃度の表示色に相当する。また、図７（ｂ）は、彩色画像の着色部分（文字部分３３ａ、３３ｂ）の発色状態が光照射・加熱処理による熱膨張層３２の膨張によってもほとんど変化せず、発色ムラが抑制されていることを示す概念図である。

したがって、図５（ｃ）に示すように、犬及び「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の文字の印刷画像のうち、文字部分を均一な濃度の表示色や良好な発色状態で、かつ、異なる任意の高さに隆起させた良好な立体画像を形成することができる。換言すると、図５（ｃ）に示した犬及びの文字の印刷画像のいずれの絵柄においても、予定されていた所望の濃度の表示色や良好な発色状態を有するとともに、所望の隆起高さを有する立体画像を形成することができる。

また、本発明に係る立体画像形成方法においては、図５、図６に示したように、熱膨張性シートの表面側に形成された彩色画像の表示色が、犬や文字の印刷画像ごとに単色に設定されている場合に限らず、一の印刷画像に絵柄等に応じて任意の異なる濃度の領域が設定されている場合であっても、所望の濃度の表示色や良好な発色状態を有しつつ、所望の隆起高さを有する立体画像を形成することができる。

（立体画像形成装置）
次に、上述したような立体画像形成方法を実現可能な立体画像形成装置について説明する。
図８は、本発明に係る立体画像形成装置に適用される印刷装置の一例を示す概略構成図である。図８（ａ）は、本実施形態に適用される印刷装置の概略構成を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、本実施形態に適用される印刷装置の概略構成を示す内部断面図である。図９は、本実施形態に適用される印刷装置における印刷機構部の一例を示す概略構成図である。ここで、図９は、図８（ｂ）に示すIX部（本明細書においては図８中に示したローマ数字の「９」に対応する記号として便宜的に「IX」を用いる。）における斜視詳細図である。

上述した立体画像形成方法のうち、少なくとも、画像データ生成処理（Ｓ１０１）と、表面画像形成処理（Ｓ１０２）と、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）は、図８に示すような印刷装置１００により実行することができる。本実施形態に適用される印刷装置１００は、例えばワードプロセッサ（以下、「ワープロ」と記す）機能を備えたインクジェット方式のプリンタであって、具体的には図８（ａ）、（ｂ）に示すように、装置本体１１０と、キーボード１３０からなる。

装置本体１１０は、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、箱型の筐体を有し、概略、表示パネル１１１と、表示パネル収納部１１２と、給紙トレイ１１３と、排紙口１１４と、カードスロット１１５と、印刷機構部（図９参照）１２０と、制御部（図示を省略；図１０参照）と、を有している。

表示パネル１１１は、例えば液晶表示パネルからなり、一辺側に設けられたヒンジ部１１１ａを軸にして装置本体１１０に対して回動するように取り付けられている。表示パネル１１１には、キーボード１３０から入力されたデータや各種の設定に必要なメニュー画面、また、メモリカードを介して取り込んだ写真画像等の各種の画像、その他、印刷装置で必要とする各種のデータが表示される。表示パネル収納部１１２は、装置本体１１０の上面部（図面上面側）に設けられ、印刷装置１００を使用していないときに、上記表示パネル１１１を回動させて収納する。

給紙トレイ１１３は、装置本体１１０の背面部（図面右方側）に設けられ、上部に設けられた開口部１１３ａから給紙トレイ１１３の内部に、上述した実施形態に示した熱膨張性シート３０が一枚ずつ、あるいは、複数枚重ねて収容される。給紙トレイ１１３の内部には、重ねて収容された熱膨張性シート３０を１枚ずつ装置本体１１０内の印刷機構部１２０に送り出すピックアップローラ１１３ｂが設けられている。

排紙口１１４は、装置本体１１０の前面（図面左方側）下部に設けられ、装置本体１１０内の印刷機構部１２０によって印刷された熱膨張性シート３０を装置本体１１０の外に排出させる。カードスロット１１５は、装置本体１１０の前面に設けられ、メモリカード（図示を省略）を挿入することにより、画像データ等の読出しや書込みが実行される。

また、装置本体１１０の内部には、図８（ｂ）に示すように、給紙トレイ１１３内部のピックアップローラ１１３ｂにより送り出された熱膨張性シート３０を搬送案内するシート搬送路１１６が設けられている。このシート搬送路１１６の途中には、例えばインクジェット式の印刷機構部１２０が設けられている。この印刷機構部１２０の給紙側（図面右方側）及び排紙側（図面左方側）には、それぞれ、熱膨張性シート３０を搬送するための給紙ローラ対１２１及び排紙ローラ対１２２が配設されている。

印刷機構部１２０は、図９に示すように、シート搬送路１１６に直交する矢印Ａの方向に往復動作するキャリッジ１２３を備えている。キャリッジ１２３には、印字を実行するための印字ヘッド１２４とインクカートリッジ１２５が取り付けられている。インクカートリッジ１２５は、例えば黄（イエロー）、赤（マゼンタ）、青（シアン）、黒（ブラック）の各色インクを収容する個別のカートリッジ、又は、単体で各色のインク室を備えたカートリッジにより構成されている。各カートリッジ又は各インク室には、各色インクを吐出するためのノズルを有する印字ヘッド１２４が連結されている。ここで、本実施形態においては、インクカートリッジ１２５に収容される黒色インクとして、カーボンブラック等の光熱変換特性が高い材料が適用される。

また、キャリッジ１２３は、ガイドレール１２６により上記往復動作が可能なように支持され、当該ガイドレール１２６の延在方向に平行して付設された駆動ベルト１２７を駆動することにより、キャリッジ１２３に取り付けられた印字ヘッド１２４とインクカートリッジ１２５が、キャリッジ１２３と同方向、すなわちシート搬送路１１６と直交する矢印Ａの方向に往復動作する。

印字ヘッド１２４は、フレキシブルケーブル１２８を介して、装置本体１１０に設けられた制御部から印字データや制御信号が送出される。ここで、上述したように熱膨張性シート３０は、給紙ローラ対１２１と排紙ローラ対１２２により図９の矢印Ｂの方向に間欠的に搬送される。そして、熱膨張性シート３０の間欠搬送の停止期間中に、印字ヘッド１２４が駆動ベルト１２７の駆動に対応して往復動作しつつ、熱膨張性シート３０に近接した状態でインク滴を噴射して、上記印字データに応じた画像を、熱膨張性シート３０の表面又は裏面に印字する。このような熱膨張性シート３０の間欠搬送と、印字ヘッド１２４による往復移動時の印字との繰り返しにより、熱膨張性シート３０の全面に所望の画像（上述した彩色画像又は鏡像）が形成（印刷）される。印刷機構部１２０により所定の画像が印刷された熱膨張性シート３０は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、シート搬送路１１６の排紙側に位置する排紙口１１４から装置本体１１０外に排出される。

また、キーボード１３０は、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、装置本体１１０の前面（図面左方側）の手前側に配置され、装置本体１１０をワープロとして使用する場合等に、文書データの入力や編集、印刷等の各種機能を実行するために必要なデータ入力キー１３１や機能キー１３２等が設けられている。

次に、上述した印刷装置１００の装置本体１１０に設けられる制御部について説明する。
図１０は、本実施形態に適用される印刷装置の一例を示す機能ブロック図である。
上述した印刷装置１００は、図１０に示すように、概略、中央演算回路（以下、「ＣＰＵ」と略記する)１０１と、当該ＣＰＵ１０１に接続された、読出専用メモリ（以下、「ＲＯＭ」と略記する）１０２と、ランダムアクセスメモリ（以下、「ＲＡＭ」と略記する）１０３と、画像処理部１０４と、データ入出力部１０５と、プリンタコントローラ１０６と、読取制御部１０７と、上述した表示パネル１１１と、キーボード１３０と、を有している。ここで、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、画像処理部１０４、データ入出力部１０５、プリンタコントローラ１０６、読取制御部１０７は、本実施形態に適用される印刷装置１００の制御部に相当する。

ＲＯＭ１０２は、印刷装置１００の動作制御に関するシステムプログラムを格納する。ＣＰＵ１０１は、このシステムプログラムに従って、ＣＰＵ１１０に接続された他の機能ブロックに指令信号を送出することにより、印刷装置１００の各部を動作制御する。また、ＲＡＭ１０３は、印刷装置の動作制御中にＣＰＵ１０１等で生成される各種データや数値等を一時保存する。

画像処理部１０４は、上述した立体画像形成方法における画像データ生成処理（Ｓ１０１）を実行する。すなわち、カードスロット１１５等を介して装置本体１１０の外部から取り込まれ、表示パネル１１１に表示されている、又は、ＲＡＭ１０３等に記憶されている立体画像の対象となる彩色画像の画像データ（表面画像データ）に基づいて、その反転画像となる鏡像の画像データ（裏面画像データ）を生成する。このとき、当該彩色画像の絵柄等の特定の領域や画素に設定されている表示色の濃度データ、及び、立体画像を形成した際に当該特定の領域等に予定されている隆起高さ（発泡高さ）データに基づいて、上述した立体画像形成方法に示したデータ処理方法により、上記特定の領域等に設定されている表示色の濃度を調整する。また、上記彩色画像の特定の領域等に予定されている隆起高さに基づいて、裏面画像データに含まれる鏡像の黒色成分の濃度を設定する。このように、画像処理部１０４は、熱膨張性シートに形成される彩色画像やその鏡像における濃度を調整する機能を備えている。

データ入出力部１０５は、画像データに関する印刷コマンドをノート型やデスクトップ型のパーソナルコンピュータ等の外部通信装置（図示を省略）との間で入出力する。プリンタコントローラ１０６は、印刷機構部１２０に接続され、印刷の対象となっている画像データに基づいて、印字ヘッド１２４におけるインクの吐出状態を制御する。また、プリンタコントローラ１０６は、印字ヘッド１２４が取り付けられたキャリッジ１２３の往復動作を制御するとともに、給紙ローラ対１２１及び排紙ローラ対１２２の駆動を制御することにより、熱膨張性シート３０の排紙側への搬送を制御する。読取制御部１０７は、カードスロット１１５に接続され、カードスロット１１５に装着されたメモリカード（図示を省略）から画像データを読み出してＣＰＵ１０１や画像処理部１０４に送信する。

このような構成を有する印刷装置１００によれば、給紙トレイ１１３から供給される熱膨張性シート３０の表面側、もしくは、裏面側に、画像データに応じた所定の濃度の画像（彩色画像、鏡像）を形成（印刷）することができる。なお、本実施形態においては、印刷装置１００として片面印刷機能を備える場合について説明した。すなわち、上述した立体画像形成方法の表面画像形成処理（Ｓ１０２）においては、熱膨張性シート３０の表面側が印字ヘッド１２４側に対向するようにして給紙することにより、当該表面側に所望の彩色画像が印刷される。また、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）においては、熱膨張性シート３０を裏返して、熱膨張性シート３０の裏面側が印字ヘッド１２４側に対向するようにして給紙することにより、当該裏面側に表面側の彩色画像に対応する鏡像が印刷される。

本発明に係る立体画像形成装置に適用される印刷装置は、これに限定されるものではなく、図８（ｂ）、図９に示した装置本体１１０の印刷機構部１２０の給紙側及び排紙側に、両面印刷用のシート反転機構部を備えるものであってもよい。すなわち、印刷機構部１２０において、熱膨張性シート３０の表面側（又は裏面側）への印刷が終了して排紙側へ搬送された熱膨張性シート３０を、矢印Ｂとは逆方向に搬送して給紙側に戻し、当該給紙側で熱膨張性シート３０を反転させて裏返して、熱膨張性シート３０の裏面側（又は表面側）に印刷して排紙口１１４から排出するものであってもよい。これによれば、片面印刷の後、排紙された熱膨張性シート３０を裏返して、再度給紙トレイ１１３に収容する作業を省略することができる。

また、上述した実施形態においては、印刷装置１００の制御部に設けられた画像処理部１０４により、本実施形態に係る立体画像形成方法の画像データ生成処理（Ｓ１０１）を実行する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、データ入出力部１０５を介して印刷装置１００に接続されたパソコン等の外部通信装置において、上述した画像データ生成処理を実行し、表示色の濃度が設定された彩色画像及びその鏡像の画像データ（表面画像データ及び裏面画像データ）を印刷装置１００に送信して、熱膨張性シート３０に彩色画像及びその鏡像を所定の濃度で形成（印刷）するものであってもよい。

さらに、上述した実施形態においては、印刷装置１００により、本実施形態に係る立体画像形成方法のうち、画像データ生成処理（Ｓ１０１）と、表面画像形成処理（Ｓ１０２）と、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）を実行する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば図８（ｂ）中、二点鎖線で示すように、印刷機構部１２０の排紙側であって、シート搬送路１１６（又は、熱膨張性シート３０）に対して上面側もしくは下面側に、ハロゲンランプ等の光源部１４０が配置された構成を有するものであってもよい。ここで、光源部１４０は、例えば図１０中、二点鎖線で示すように、ＣＰＵ１０１からの指令に基づいて、熱膨張性シート３０の搬送に応じて所定の光量の光を放射する。

このような構成において、上述した画像データ生成処理（Ｓ１０１）と、表面画像形成処理（Ｓ１０２）と、裏面画像形成処理（Ｓ１０３）を経て、表面及び裏面に所定の濃度で彩色画像及び鏡像が形成された熱膨張性シート３０に対して、裏面側から均一な光を照射することにより、熱膨張性シート３０の熱膨張層３２を所定の隆起高さになるように膨張させて、立体画像を形成する光照射・加熱処理Ｓ１０４が実行される。すなわち、単一の印刷装置１００において、上述した立体画像形成方法の全ての処理工程を一括して実行することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
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）
請求項１に記載の発明は、
基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成する処理と、
前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する処理と、
前記熱膨張性シートの前記他面側から、光を照射して、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する処理と、
を有し、
前記第１の印刷画像を形成する処理は、前記熱膨張層の膨張による前記第１の印刷画像の表示色の濃度の変化を加味して、前記熱膨張層の膨張後に、前記第１の印刷画像に設定されている本来の表示色の濃度が実現されるように、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定することを特徴とする立体画像形成方法である。

請求項２に記載の発明は、
前記第１の印刷画像を形成する処理は、前記第１の印刷画像に設定されている前記熱膨張層の隆起高さに応じて、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定することを特徴とする請求項１記載の立体画像形成方法である。

請求項３に記載の発明は、
前記第１の印刷画像を形成する処理は、前記第１の印刷画像の表示色の濃度を、前記第１の印刷画像に設定されている前記本来の表示色の濃度に対して、前記熱膨張層の前記隆起高さに基づいて導出される膨張率に比例する倍率に設定することを特徴とする請求項２記載の立体画像形成方法である。

請求項４に記載の発明は、
前記第１の印刷画像の前記立体画像を形成する処理は、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて、前記熱膨張層の前記隆起高さを設定することを特徴とする請求項２又は３記載の立体画像形成方法である。

請求項５に記載の発明は、
前記第１の印刷画像は、彩色画像であって、前記表示色の濃度が異なる着色部分を有し、
前記第２の印刷画像は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる前記着色部分に対応して、前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定された特定部分を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の立体画像形成方法である。

請求項６に記載の発明は、
前記光は、赤外線波長を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の立体画像形成方法である。

請求項７に記載の発明は、
基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成し、前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する印刷機能部と、
前記一面側に前記第１の印刷画像が形成され、前記他面側に前記第２の印刷画像が形成された前記熱膨張性シートの、前記他面側から、光を照射して、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する光源部と、
前記熱膨張層の膨張による前記第１の印刷画像の表示色の濃度の変化を加味して、前記熱膨張層の膨張後に、前記第１の印刷画像に設定されている本来の表示色の濃度が実現されるように、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定する画像処理部と、
を有することを特徴とする立体画像形成装置である。

請求項８に記載の発明は、
前記画像処理部は、前記第１の印刷画像に設定されている前記熱膨張層の隆起高さに応じて、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定することを特徴とする請求項７記載の立体画像形成装置である。

請求項９に記載の発明は、
前記画像処理部は、前記第１の印刷画像に設定されている前記本来の表示色の濃度に対して、前記熱膨張層の前記隆起高さに基づいて導出される膨張率に比例する倍率に、前記第１の印刷画像の表示色の濃度を設定することを特徴とする請求項８記載の立体画像形成装置である。

請求項１０に記載の発明は、
前記第１の画像は、彩色画像であって、前記表示色の濃度が異なる着色部分を有し、
前記第２の印刷画像は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる前記着色部分に対応する特定部分を有し、
前記画像処理部は、前記第１の画像の前記着色部分について前記表示色の濃度を設定し、前記第２の印刷画像の前記特定部分について前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の立体画像形成装置である。

請求項１１に記載の発明は、
前記光は、赤外線波長を含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の立体画像形成装置である。

３０ 熱膨張性シート
３１ 基材シート
３２ 熱膨張層
３３ａ〜３３ｃ 文字部分（第１の印刷画像、着色部分）
３４ａ〜３４ｃ 鏡像（第２の印刷画像、特定部分）
１００ 印刷装置
１０４ 画像処理部
１１０ 装置本体
１２０ 印刷機構部
１３０ キーボード
１４０ 光源部
ＬＴ 光

Claims (8)

1. 基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成する処理と、
   前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する処理と、
   前記熱膨張性シートの前記他面側から、光を照射して、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する処理と、
   を有し、
   前記第１の印刷画像を形成する処理は、前記熱膨張層の膨張による前記第１の印刷画像の表示色の濃度の変化を加味して、前記熱膨張層の膨張後に、前記第１の印刷画像に設定されている本来の表示色の濃度が実現されるように、且つ前記熱膨張層の隆起高さに応じて、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定し、
   前記第１の印刷画像の前記立体画像を形成する処理は、前記第２の印刷画像に含まれる前記光熱変換特性を有する材料の濃度に応じて、前記熱膨張層の前記隆起高さを設定することを特徴とする立体画像形成方法。
2. 前記第１の印刷画像を形成する処理は、前記第１の印刷画像の表示色の濃度を、前記第１の印刷画像に設定されている前記本来の表示色の濃度に対して、前記熱膨張層の前記隆起高さに基づいて導出される膨張率に比例する倍率に設定することを特徴とする請求項１記載の立体画像形成方法。
3. 前記第１の印刷画像は、彩色画像であって、前記表示色の濃度が異なる着色部分を有し、
   前記第２の印刷画像は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる前記着色部分に対応して、前記光熱変換特性を有する材料の濃度が設定された特定部分を有することを特徴とする請求項１または２に記載の立体画像形成方法。
4. 前記光は、赤外線波長を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の立体画像形成方法。
5. 基材シートの一面側に熱膨張層が形成された熱膨張性シートの、前記一面側に第１の印刷画像を形成し、前記熱膨張性シートの他面側の、前記第１の印刷画像に対応する領域に、光熱変換特性を有する材料により、前記第１の印刷画像の鏡像となる第２の印刷画像を形成する印刷機能部と、
   前記一面側に前記第１の印刷画像が形成され、前記他面側に前記第２の印刷画像が形成された前記熱膨張性シートの、前記他面側から、光を照射して、前記第２の印刷画像において発生する熱エネルギーにより、前記熱膨張層を選択的に膨張させて前記第１の印刷画像の立体画像を形成する光源部と、
   前記熱膨張層の膨張による前記第１の印刷画像の表示色の濃度の変化を加味して、前記熱膨張層の膨張後に、前記第１の印刷画像に設定されている本来の表示色の濃度が実現されるように、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定する画像処理部と、
   を有し、
   前記第１の画像は、彩色画像であって、前記表示色の濃度が異なる着色部分を有し、
   前記第２の印刷画像は、前記第１の印刷画像の前記濃度の異なる前記着色部分に対応する特定部分を有し、
   前記画像処理部は、前記第１の画像の前記着色部分について前記表示色の濃度を設定し、前記第２の印刷画像の前記特定部分について前記光熱変換特性を有する材料の濃度を設定することを特徴とする立体画像形成装置。
6. 前記画像処理部は、前記第１の印刷画像に設定されている前記熱膨張層の隆起高さに応じて、前記第１の印刷画像の前記表示色の濃度を設定することを特徴とする請求項５記載の立体画像形成装置。
7. 前記画像処理部は、前記第１の印刷画像に設定されている前記本来の表示色の濃度に対して、前記熱膨張層の前記隆起高さに基づいて導出される膨張率に比例する倍率に、前記第１の印刷画像の表示色の濃度を設定することを特徴とする請求項６記載の立体画像形成装置。
8. 前記光は、赤外線波長を含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の立体画像形成装置。