JP2001150789A

JP2001150789A - 発泡造形方法、発砲造形システム、そのためのデータ処理装置および発泡造形物

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Publication number: JP2001150789A
Application number: JP33449799A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Tochimoto; 茂昭栃本
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-06-05

Abstract

(57)【要約】【課題】整った形状を有する半立体画像の造形が行え
る発泡造形技術を提供する。【解決手段】選択画像データに基づき、発泡性シート
で半立体画像を造形する場合、半立体画像の発泡高さ
を、制御可能な制御限界高さＨｃ以下に抑える。そこ
で、基礎データで表現される最大高さＺmaxに、制御限
界高さＨｃを対応させるような線形な関数ＦＬを用いて
線形なデータ変換を行い、基礎データから造形データを
生成する。そして、この造形データに基づき半立体画像
を造形すると、半立体画像の高さ分布が制御限界高さＨ
ｃ以下となる。これにより、予想外の発泡が発泡性シー
トで生じなくなるため、整った形状を有する半立体画像
の造形を行うころができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発泡性層を選択的
に発泡させて造形を行う発泡造形技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】発泡性シートを用いた半立体画像におけ
る従来の造形技術は、主に点字配列などの画像を作成す
る用途に使われている。このような技術としては特公昭
５９−３５３５９号に開示されたものがあり、また特開
昭６４−２８６６０号にも発泡成形の技術が開示されて
いる。以下、これら従来の発泡成形の概要について説明
する。

【０００３】まず、加熱により膨張する多数のマイクロ
カプセルを有する発泡性シートの表面に黒色のトナーで
着色された画像パターンを形成する。そして、この画像
パターンに赤外線を含む光を照射する。これにより、画
像パターンで熱が発生し、この熱によりマイクロカプセ
ルが膨張して、発泡性シートにおいて選択的に発泡が生
じて、凹凸画像が造形される。

【０００４】そして、このような凹凸画像の造形のよう
な場合には、発泡シート上の各部分を発泡させるかさせ
ないかという２値的な造形であるため、発泡シートに与
える熱によって発泡される制御可能な最大高さ（制御限
界高さ）は、視覚あるいは触覚によって凸部として認識
できさえすればよい程度の高さである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
発泡性シートを、より広範な３次元造形に使用すること
が提案されている。このような場合、３次元造形におい
ては発泡／非発泡の２値的な制御だけでなく、多値的に
発泡高さを制御して、実在の立体形状や幾何学的立体形
状をより詳細に表現したい場合が多い。ただし、この明
細書において「多値的」とは、３以上の離散的段階の場
合と、実質的に連続的と判断できるほどに精細化された
場合との双方を含む用語である。

【０００６】このような多値的な３次元造形において
は、多値表現のそれぞれの発泡段階をできるだけ明確に
反映させるべく、モデルとなる立体形状の高さ分布をで
きるだけ忠実に反映した基礎データを作成することが多
い。この場合、そのような高さ分布をそのまま発泡性シ
ートの発泡高さの分布に反映させることができればよい
が、実際には発泡性シート（より正確には発泡性シート
に含まれる発泡層）の制御限界高さが数ｍｍ程度である
ため、選択的発泡によって得られる半立体画像の実質的
な最大高さもこれによって制限される。実際には、この
制御限界高さよりもある程度は高い高さにまで発泡させ
ることもできるが、制御限界高さ以上の高さ領域ではマ
イクロカプセルが破裂してしまうために発泡高さと加熱
量との対応関係が一義的ではない。このため、この領域
は半立体画像の形成に有効に利用することが困難であ
る。

【０００７】このような事情から、基礎データの高さ分
布をそのまま利用して発泡造形を行うと、制御限界高さ
を越える高さ範囲にまで発泡させようとすることにな
り、発泡層の発泡能力を生かしつつ、整った形状の半立
体画像を得ることができないという問題があった。

【０００８】また、逆に、基礎データにおける高さ分布
の最大高さが制御限界高さよりもかなり低い場合には、
まだ発泡余裕がある高さ以下の範囲でのみ発泡が行われ
ることになり、発泡限界の有効利用されない。したがっ
て、この場合にも、発泡層の発泡能力を生かしつつ、整
った形状の半立体画像を得ることができない。

【０００９】さらに、高さ分布について基礎データから
デフォルメされた形で発泡造形を行いたいという要望も
ある。そのような例としては、特定の高さ範囲のダイナ
ミックレンジだけを広げたり、狭くしたりするほか、高
さ分布のピーク部分や底の部分を平坦化するなどの種々
のものがある。しかしながら、従来の発泡造形では、基
礎データにおける高さ分布を発泡シート上で再現するこ
とを前提としているため、このようなデフォルメは不可
能であった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、上記課題に鑑みてなされたも
のであり、発泡層における発泡能力の範囲を有効に生か
しつつ、発泡造形の表現性を高めることを第１の目的と
する。

【００１１】この発明の第２の目的は、発泡層における
発泡能力の範囲内において、整った形状の半立体画像を
得ることである。

【００１２】この発明の第３の目的は、発泡層における
発泡能力の範囲内において、基礎データからのデフォル
メを行った発泡造形を可能とすることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明は、所定の立体形状の第１の高さ分
布を表現した基礎データに基づいて発泡層を選択的に発
泡させ、それによって半立体画像を造形する発泡造形方
法であって、(a)前記発泡層における制御可能な最大発
泡高さである制御限界高さに応じて前記基礎データを変
換することにより、第２の高さ分布を表現する造形デー
タを生成するデータ変換工程と、(b)前記造形データに
応じて発泡層を選択的に発泡させることにより、半立体
画像を造形する造形工程と、を備える。

【００１４】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に係る発泡造形方法において、前記データ変換工程で
は、前記第１の高さ分布における最大高さが前記第２の
高さ分布では前記制御限界高さ以下の値となるように、
前記第１の高さ分布を圧縮して前記第２の高さ分布を得
る。

【００１５】また、請求項３の発明は、請求項２の発明
に係る発泡造形方法において、前記データ変換工程で
は、前記第１の高さ分布における最大高さが前記第２の
高さ分布ではほぼ前記制御限界高さとなるように、前記
第１の高さ分布を圧縮して前記第２の高さ分布を得る。

【００１６】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかの発明に係る発泡造形方法におい
て、前記データ変換工程では、前記制御限界高さに応じ
た線形変換を前記第１の高さ分布に対して行うことによ
り前記第２の高さ分布を生成する。

【００１７】また、請求項５の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかの発明に係る発泡造形方法におい
て、前記データ変換工程では、前記第１の高さ分布を部
分的に強調する非線形変換を前記第１の高さ分布に対し
て行うことにより前記第２の高さ分布を生成する。

【００１８】また、請求項６の発明は、請求項１の発明
に係る発泡造形方法において、前記データ変換工程で
は、前記第１の高さ分布における最大高低差を、前記第
２の高さ分布においては前記制御限界高さ以下になるよ
うに前記第１の高さ分布の変換を行って前記第２の高さ
分布を生成する。

【００１９】また、請求項７の発明は、請求項６の発明
に係る発泡造形方法において、前記データ変換工程で
は、前記第１の高さ分布における最大高低差を、前記第
２の高さ分布においては前記制御限界高さとほぼ等しく
なるように前記第１の高さ分布の変換を行って前記第２
の高さ分布を生成する。

【００２０】また、請求項８の発明は、請求項１の発明
に係る発泡造形方法において、前記データ変換工程は、
(a-1)前記第１の高さ分布における最大高さと、前記制
御限界高さよりも小さい所定の閾値とを比較する工程
と、(a-2)前記第１の高さ分布における最大高さが前記
閾値よりも小さい場合には、前記第２の高さ分布におけ
る最大高さが前記閾値より大きくかつ前記制御限界高さ
以下となる条件下で、前記前記第１の高さ分布を伸張し
て前記第２の高さ分布を生成する工程と、を備える。

【００２１】また、請求項９の発明は、請求項８の発明
に係る発泡造形方法において、前記閾値は、前記制御限
界高さに対する比率として与えられ、前記比率は、１／
３から２／３の範囲で選択されている。

【００２２】また、請求項１０の発明は、請求項１ない
し請求項９のいずれかの発明に係る発泡造形方法におい
て、前記立体形状は、所定の立体物を所定の方向から見
たときの距離画像である。

【００２３】また、請求項１１の発明は、発泡層を選択
的に発泡させることによって半立体画像を造形する発泡
造形方法であって、(a)所定の立体物の立体形状を特定
する工程と、(b)前記立体形状に応じて発泡層を選択的
に発泡させ、それによって半立体画像を得る工程と、を
備え、前記半立体画像の高さ分布における最大高さが、
前記立体形状の高さ分布における最大高さとは異なり、
かつ前記発泡層における制御可能な最大発泡高さ以下と
なっている。

【００２４】また、請求項１２の発明は、発泡層を選択
的に発泡させ、それによって半立体画像を造形する発泡
造形方法であって、(a)所定の立体形状の高さ分布を特
定する工程と、(b)前記立体形状における最大高さにか
かわらず、制御可能な最大発泡高さ以下の範囲で前記発
泡層を選択的に発泡させることにより、前記発泡層によ
る半立体画像を造形する工程と、を備える。

【００２５】また、請求項１３の発明は、所定の立体形
状の第１の高さ分布を表現した基礎データに基づき、発
泡層を発泡させて、半立体画像を造形する発泡造形シス
テムであって、(a)前記発泡層における制御可能な最大
発泡高さである制御限界高さに応じて前記基礎データを
変換することにより、第２の高さ分布を表現する造形デ
ータを生成するデータ処理装置と、(b)前記造形データ
に応じて発泡層を選択的に発泡させることにより、半立
体画像を造形する造形装置と、を備える。

【００２６】また、請求項１４の発明は、請求項１３の
発泡造形システムにおいて、前記データ処理装置は、(a
-1)前記第１の高さ分布におかる最大高さにかかわら
ず、前記発泡層における制御可能な最大発泡高さを、前
記第２の高さ分布における最大高さとして与える変換手
段、を備える。

【００２７】また、請求項１５の発明は、発泡層を選択
的に発泡させ、それによって半立体画像を造形するため
の造形データを生成するデータ処理装置であって、(a)
所定の立体形状の高さ分布を表現した基礎データを入力
する入力手段と、(b)前記基礎データを、前記立体形状
における最大高さにかかわらず、前記制御可能な最大発
泡高さ以下の範囲で前記発泡層を選択的に発泡させるた
めの造形データに変換する変換手段と、を備える。

【００２８】また、請求項１６の発明は、所定の立体物
の立体形状を表現した発泡造形物であって、(a)基材層
と、(b)前記基材層の上に設けられるとともに、選択的
に発泡していることによって前記立体形状を半立体画像
として表現した発泡層と、を備え、前記半立体画像にお
ける高さ分布の最大高さが、前記立体形状における高さ
分布の最大高さとは異なっているとともに、前記発泡層
における制御可能な最大発泡高さ以下となっている。

【００２９】

【発明の実施の形態】＜半立体画像の造形の概要＞本発
明の実施形態の具体的な構成と動作とについて説明する
前に、発泡性シートにおける半立体画像を造形するプロ
セスの概要について説明する。

【００３０】図１に示すように、立体モデルＭＤの形状
を再現する半立体画像を造形する場合、まず、撮影装置
ＣＭにより、魚を表す魚モデルＭＤａと水草を表す水草
モデルＭＤｂとで構成される立体モデルＭＤの立体的な
形状と表面色とを表現する基礎データＤＯを得るように
する。これらのうち立体形状は、仮想的背景面ＩＰから
の、魚モデルＭＤａや水草モデルＭＤｂの各部の高さ分
布によって表現される。

【００３１】撮影装置ＣＭは、２次元撮影装置ＣＭ２と
３次元計測装置ＣＭ３とを備えている。２次元撮影装置
ＣＭ２は、立体モデルＭＤの表面色をカラー撮影して、
２次元画像データＤＰを取得する。また、３次元測定装
置ＣＭ３は、３次元計測装置ＣＭ３内の計測基準点から
立体モデルＭＤの対向表面上の各計測点までの距離情報
を計測し、立体モデルの形状を表す距離画像データＤＳ
を取得する。ここでは、２次元画像データＤＰと距離画
像データＤＳとは、位置的に対応付けられている。そし
て、ここでの距離画像データＤＳが、仮想的背景面ＩＰ
から３次元計測装置ＣＭ３に向かう方向を高さ方向Ｄh
として、各立体モデルＤＭａ、ＤＭｂの各部の高さ分布
に関する形状データとなっている。

【００３２】なお、立体モデルＭＤの形状データは、接
触子式の３次元形状測定器、ステレオカメラなどの視差
画像から取得してもよく、また、３次元ＣＡＤ等で作成
される形状データを利用してもよい。

【００３３】次に、上記の基礎データＤＯに基づき、発
泡性シートに半立体画像を造形する。以下では、この半
立体画像の造形について、原理および手順を説明する。

【００３４】＜造形の原理＞図２は、発泡性シート９の
断面図である。なお、この断面図は、説明の便宜上、厚
み方向寸法を拡大して示している。この図を参照しなが
ら、半立体画像の造形の原理を説明する。

【００３５】発泡性シート９は、図２（ａ）のように、
基材層９１と、基材層９１上に積層された発泡層９２と
を有している。

【００３６】基材層９１は、後述する光ＬＴを実質的に
散乱反射する表面９１Ｓを有している。

【００３７】発泡層９２は、空間分布した多数のマイク
ロカプセル９３と、これらのマイクロカプセル９３を覆
う被覆部９４とを備えている。

【００３８】マイクロカプセル９３は、プロパン、ブタ
ンその他の低沸点気化性物質を塩化ビニルデン−アクリ
ロニトリル、メタクリル酸エステル−アクリル酸コポリ
マー、塩化ビニリデン−アクリル酸コポリマー、塩化ビ
ニリデン−アクリル酸エステルコポリマー等の熱可塑性
樹脂でカプセル化したものであり、大きさは粒径１０〜
３０μｍ程度である。このマイクロカプセル９３を加熱
すると、所定の温度に達した時にマイクロカプセル９３
内の物質が気化しはじめ、マイクロカプセル９３が膨張
することとなる。

【００３９】被覆部９４は、例えば酢酸ビニル系ポリマ
ー、アクリル系ポリマー等の熱可塑性被覆剤を使用して
マイクロカプセル９３がほぼ一様な密度に分布するよう
に固定するとともに、基材層９１と発泡層９２との接合
を行う。

【００４０】そして、図２（ｂ）に示すように、基材層
９１の下側の表面９１Ｓに、光吸収性パターン９５を形
成する。光吸収性パターン９５は、光吸収性の低いパタ
ーン９５ａと、光吸収性の高いパターン９５ｂとの組合
せで構成されている。この光吸収性の低いパターン９５
ａおよび高いパターン９５ｂは、互いに異なる材料で形
成してもよく、また単一の材料を用いる場合には面積階
調法により濃淡を形成してもよい。これのうち、光吸収
度が互いに異なる複数の材料の例としては、黒色トナー
と灰色トナーとの組合せがある。灰色トナーは、たとえ
ば黒色トナーと白色トナーとの混合物として得られる。
この例のように、「光吸収度が互いに異なる複数の材
料」は、特定の光吸収性材料（上記の例の場合は黒色ト
ナー）の含有割合に応じて光吸収度が異なったものとな
ってる混合物の組であってもよい。そして、このように
光吸収性（光吸収度）の大小は、着色の濃淡（濃度）に
よって実現可能であり、このように光吸収性材料の可視
的な濃淡によって光吸収パターン９５を形成すると、実
際に発泡させる前の状態でも、基材層９１上の光吸収性
パターン９５を視覚的に見ただけで、発泡パターン上の
高さ分布を視覚的に予測して確認することができるとい
う利点がある。

【００４１】光吸収性パターン９５に対して、赤外線を
含む光ＬＴを一様に照射すると、光吸収性パターン９５
が光ＬＴを吸収して熱ＴＭが発生し、その熱の空間パタ
ーンが基材層９１を伝導して発泡層９２に至る。そし
て、この熱ＴＭにより、発泡層９２内のマイクロカプセ
ル９３が膨張して、選択的に隆起する隆起部９６（９６
ａ、９６ｂ）が生じる。ここで、光吸収性の低いパター
ン９５ａにおいて発生する熱量は、光吸収性の高いパタ
ーン９５ｂで発生する熱量よりも小さいため、隆起部９
６ａの発泡高さＨａは、隆起部９６ｂの発泡高さＨｂよ
りも低くなる。

【００４２】図３は、着色濃度と発泡性シート９の発泡
高さＨとの関係の概念を示すグラフである。このグラフ
の横軸は、着色濃度を示しており、縦軸は発泡高さＨを
示している。このグラフは、光照射量が一定である条件
で発泡性シート９に光を照射した場合を示しており、着
色濃度が増加するほど、発泡高さＨも大きくなってい
く。

【００４３】図４は、着色濃度と発泡性シート９の発泡
高さＨと光照射エネルギーとの関係を示すグラフであ
る。このグラフの横軸は、着色濃度を示しており、縦軸
は発泡高さＨを示している。曲線Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇ
ｄは、異なる光の照射エネルギーを発泡性シート９に与
えた場合のグラフであって、光照射エネルギーについ
て、Ｇａ＜Ｇｂ＜Ｇｃ＜Ｇｄの関係がある。この
図４からわかるように、光の照射エネルギーが大きくな
るに従って、曲線Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄの順に傾きが
大きくなる。これは、着色濃度が等しくても、光の照射
エネルギーが大きくなるほど、光吸収性パターン９５に
おいて発生する熱量が大きくなり、これに従って発泡高
さＨが大きくなるためである。なお、これらの曲線Ｇ
ａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄが原点Ｏから実質的に立上がるの
は、発泡性シート９で発泡が開始する臨界温度からとな
る。

【００４４】ここで、これらの曲線Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、
Ｇｄは、発泡高さＨが制御可能な制御限界高さＨｃを超
過しない領域、つまり発泡高さ制御可能な領域では、再
現性が高いことが実験的に確認されている。一方、曲線
Ｇｃ、Ｇｄにおいて、制御限界高さＨｃを超過する部分
Ｇｃｆ、Ｇｄｆでは、複数の経路が存在する再現性のな
い発泡高さ制御不可能領域となる。これは、制御限界高
さＨｃを超過する発泡が行われると、マイクロカプセル
９３が破裂し、爆発的な発泡状態を引き起こして基材層
９１と発泡層９２とが部分的に剥離してしまい、形状も
歪んでしまうためである。なお、最大発泡高さＨmaxと
は、発泡性シート９に対して発泡のために必要とされる
エネルギーよりも、はるかに大きなエネルギーを与えた
場合の発泡高さを示しており、ほぼ全てのマイクロカプ
セル９３が破裂した状態である。

【００４５】以上のことから、半立体画像の造形におい
ては、その発泡高さＨを再現性の高い制御限界高さＨｃ
以下とすることが好ましいことになる。つまり、基礎デ
ータＤＯで表現された第１の高さ分布の最大高さが制御
限界高さＨｃを越える場合には、その第１の高さ分布を
変換して、各部の発泡高さが制御限界高さＨｃ以下とな
るような第２の高さ分布を求め、この第２の高さ分布に
応じて発泡制御を行えばよいことになる。この実施形態
では基礎データＤＯ中の距離画像データＤＳによって第
１の高さ分布が表現されているため、上記の変換は距離
画像データＤＳの変換に相当する。また、このような変
換後の第２の高さ分布を含むデータによって造形制御を
行うことから、第２の高さ分布を含むデータを造形デー
タＤＺと呼ぶ。

【００４６】＜造形の手順＞図５は、半立体画像を造形
する手順を説明する図である。ここで、図５（ｅ）〜
（ｆ）は、図５（ａ）のＰａ−Ｐａ位置、図５（ｂ）の
Ｐｂ−Ｐｂ位置、図５（ｃ）のＰｃ−Ｐｃ位置、および
図５（ｄ）のＰｄ−Ｐｄ位置から見た断面図を示してい
る。また、図６は、造形のための発泡性シート９に形成
する画像を示す図である。以下では、発泡性シートを使
用して半立体画像の造形を行うプロセスを説明し、この
プロセスを自動的に行う発砲造形システムについては後
述する。

【００４７】まず、図５（ａ）に示す発泡性シート９
（図２（ａ）に示すものと同じ）を準備する。

【００４８】そして、図５（ｂ）,(ｆ）のように、発泡
性シート９の発泡層９２の表面上に、２次元画像データ
ＤＰに基づき、カラー画像などの可視的な平面画像９７
を形成する。

【００４９】平面画像９７は、例えば図６（ａ）に示す
ように、２次元画像データＤＰにおいて、魚モデルＭＤ
ａおよび水草モデルＭＤｂに対応する魚画像９７ａおよ
び水草画像９７ｂと、立体モデルＭＤに無関係な方形状
の枠を表す枠画像９７ｃとで構成される。この枠画像９
７ｃは、魚画像９７ａと水草画像９７ｂとの組合せに関
する額縁の役割を果たしている。

【００５０】次に、図５（ｃ）,(ｇ）のように、発泡性
シート９の発泡層９２の裏面に相当する基材層９１の表
面上に、既述した方法で予め取得している距離画像デー
タＤＳなどに基づき、濃淡画像の光吸収性パターン９５
を形成する。

【００５１】光吸収性パターン９５は、例えば図６
（ｂ）に示すように、魚モデルＭＤａに対応する魚パタ
ーン９５ｆと、方形状の枠を表す枠パターン９５ｇとで
構成されている。

【００５２】魚パターン９５ｆは、魚モデルＭＤａの距
離画像データＤＳにおいて、距離データが示す立体形状
の各部の高さに応じて濃淡をつけたもので、魚パターン
９５ｆの中央に向かうほど、濃い色となっている。この
濃淡表現は、数段階による高さ表現から、実質的に連続
な高さ分布による表現まで種々のものを利用できる。こ
の例の「魚」のように自然物をモデルとする場合には比
較的多くの段階、たとえば８段階〜３２段階程度または
それ以上の段階で高さ分布を表現することが好ましい。
この実施形態でも繊細な高さ表現がきるように段階数を
比較的多くとっているが、図６（ｂ）では図示の便宜
上、少数の濃淡領域だけで濃淡分布を表現している。一
般に、濃淡のＮ段階（Ｎは２以上の整数、好ましくは３
以上の整数）で高さ分布を表現する場合には、最も高い
レベルの領域は最高濃度の「黒」であり、（Ｎ−２）個
の中間レベルはそれぞれ濃さが異なる「灰色」である。
また、最も低い濃度レベルの領域（つまり図１の背景面
ＩＰと同程度の高さの領域）は「白」であって、この
「白」領域は実質的に着色媒体を付さないことによって
表現することができる。図示例の場合には、図１の魚モ
デルＭＤａから後方にに離れた位置に背景面ＩＰを設定
しており、元の高さ分布において魚モデルＭＤａの範囲
内にはゼロレベルの部分がないため、図６（ｂ）の魚パ
ターン９５ｆには「白」の領域はない。また、この実施
形態では、基礎データＤＯによって表現されている魚モ
デルＭＤａの高さ分布においては、その最大高さが発泡
性シート９における発泡層９２の制御限界高さＨｃを越
えているが、既述した変換（より詳細な変換式は後述）
によって、最大高さが実質的にする制御限界高さＨｃと
なるようにスケーリングされている。

【００５３】また、魚パターン９５ｆは、魚画像９７ａ
の位置に整合している。この場合、距離画像データＤＳ
は、魚モデルＭＤａと水草モデルＭＤｂとのデータを有
しているが、このデータうちの一部つまり水草モデルＭ
Ｄｂを除く魚モデルＭＤａのみを光吸収性パターン９５
に反映している。つまり、魚パターン９５ｆは、距離画
像データＤＳにおいて造形すべき選択画像データに対応
するものとなっている。このように、光吸収性パターン
９５は、距離画像データＤＳの一部に対応する濃淡画像
のパターンとして形成してもよく、そのかわりに距離画
像データＤＳの全体にわたって形成してもよい。

【００５４】枠パターン９５ｇは、濃淡がなく一様の濃
度で着色されている。また、枠パターン９５ｇは、距離
画像データＤＳとは無関係に形成された幾何学的な画像
パターンである。これは、上記の選択画像データに追加
される追加画像データに対応するものである。

【００５５】最後に、図５（ｄ）に示すように、濃淡画
像の光吸収性パターン９５が形成されている基材層９１
側から、光ＬＴを照射する。これにより、図５（ｈ）に
示すように、隆起部９６ｆ、９６ｇが生成される。隆起
部９６ｆは、画像パターン９５ｆで中央に向かうほど濃
い色となっているため、中央に向かうほど発泡高さが大
きくなっている。一方、隆起部９６ｇは、画像パターン
９５ｇが一様に着色されているため、その発泡高さも等
しくなっている。

【００５６】＜第１実施形態＞＜発泡造形システムの要部構成＞図７は、本発明の第１
実施形態の発泡造形システム１を示す概略構成図であ
る。

【００５７】発泡造形システム１は、発泡性シート９を
１枚ずつ給紙する給紙部１０と、給紙部１０から給紙さ
れた発泡性シート９にカラートナーを付与して画像を印
刷する画像印刷部２０と、画像印刷部２０で印刷された
発泡性シート９を表裏反転させる表裏反転機構３０と、
光を照射して発泡性シート９の造形を行う造形部４０
と、各部を制御し、データ処理を行うデータ処理部５０
とを備えている。データ処理部５０には、操作部５１と
ディスプレイ５２とが付設されている。このうち、操作
部５１は、オペレータが諸条件を操作入力するキーボー
ドなどのほか、基礎データＤＯを入力するためのメディ
アドライブまたはオンライン通信装置を備えている。

【００５８】給紙部１０は、給紙トレイまたは給紙カセ
ットに積層している複数の白色の発泡性シート９が配置
される。これらの発泡性シート９のそれぞれは矩形の平
面形状を有している。また、給紙部１０は、シート送出
ローラ１１を有しており、このシート送出ローラ１１を
駆動させることにより、発泡性シート９が１枚づつ画像
印刷部２０に搬送される。

【００５９】画像印刷部２０は、帯電器によって帯電さ
れた後に露光器２１からの光によって露光されることに
より、その表面に静電潜像を形成可能な感光体ドラム２
２を備えている。この露光パターンは、造形データＤＺ
における２次元画像データＤＰまたは距離画像データＤ
Ｓに基づいて決定される。

【００６０】ロータリー式現像器２２は、色料の３原色
であるＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロ
ー）、Ｋ（黒）の各カラートナーを有する現像器２２
ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄで構成されている。このト
ナーは、赤外線を吸収する材料として使われる。なお、
色料の３原色の代わりに、色光の３原色であるＲ（レッ
ド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のカラートナーを
用いても良い。

【００６１】ロータリー式現像器２２には、各トナーを
感光体ドラム２３に与えるための複数の現像スリーブ２
４を備えており、その時点で選択されているひとつの現
像スリーブ２４が感光体ドラム２３に接触可能である。

【００６２】そして、感光体ドラム２３に形成されてい
る静電潜像が現像スリーブ２４からのトナーによって現
像され、そのトナー像はいったん中間転写ベルト２５に
転写された後に発泡性シート９に転写される。この中間
転写ベルト２５は、駆動用ローラ２５ａ、従動用ローラ
２５ｂ、１次転写ローラ２５ｃ、支持ローラ２５ｄによ
ってループ状に駆動される構成となっている。また、支
持ローラ２５ｄに対向して２次転写ローラ２５ｅが設け
られている。

【００６３】また、画像印刷部２０においては、トナー
の定着に使用される２つのヒートローラ２６（２６ａ、
２６ｂ）が上下に配置されている。

【００６４】表裏反転機構３０は、発泡性シート９の表
裏を反転するもので、用紙の表裏両面に複写可能な複写
機で利用される一般的な反転機構となっている。これ
は、発泡性シート９の両面に、それぞれ平面画像９７と
濃淡画像のパターン９５とを形成する必要があるが、着
色部２０においては発泡性シート９の片面しか着色でき
ないため、この表裏反転機構３０にて発泡性シート９の
表裏を反転して、再度複写する必要があるからである。

【００６５】造形部４０については、その詳細な構成を
示す図８を参照しつつ、説明する。

【００６６】造形部４０は、ケーシング４１と、光を照
射する光照射部４２と、発泡性シート９を搬送するシー
ト搬送部４５とを備えている。

【００６７】光照射部４１は、所定の光量の光を均一に
照射するランプ４３と、ランプ４３からの光線を発泡性
シート９に向けて反射させる反射傘４４とを備えてい
る。このランプ４３では、ハロゲンランプ、赤外線ラン
プなどの赤外線波長を多く含む光線を発するものが使用
される。

【００６８】シート搬送部４５は、搬送ベルト４６と、
搬送ベルトを駆動する駆動用および従動用ローラ４７
ａ、４７ｂとを備えている。また、シート搬送部４５
は、発泡性シート９のケーシング４１内への搬入および
搬出に利用するシート搬入案内板４８ａ、シート搬出案
内板４８ｂを備えている。

【００６９】搬送ベルト４６は、駆動用ローラ４７ａの
回転数を制御することにより、所定の速度で発泡性シー
ト９を搬送することができる。そして、発泡性シート９
の搬送速度と、発泡性シート９へのランプ４３からの光
量との積に応じて、発泡性シート９の濃淡画像パターン
９５の各濃度領域でそれぞれ発生する熱量が定まり、発
泡高さの調整が行われることとなる。

【００７０】データ処理部５０では、立体モデルＭＤに
関するデータのデータ変換（後述）が行われるととも
に、上記の各部の制御が行われる。

【００７１】＜発泡造形システム１の動作＞図９は、発
泡造形システム１の動作の概要を説明するフローチャー
トであり、以下に示すデータ処理および制御動作は、図
７に示すデータ処理部５０に内蔵されたマイクロコンピ
ュータによってソフト的に実行される。

【００７２】ステップＳ１では、立体モデルＭＤの距離
画像データＤＳに基づき、造形データＤＺを生成する。
この詳細については、後述する。

【００７３】ステップＳ２では、画像印刷部２０にて、
発泡性シート９の発泡層９２の表面上にに平面画像９７
を印刷する。つまり、画像印刷部２０に搬送されてきた
発泡性シート９につき、２次元画像データＤＰに応じて
露光器２１およびロータリー式現像器２２を駆動し、電
子写真と同様の静電転写により、各カラートナーを付与
して現像する。そして、トナーが付与された発泡性シー
ト９がヒートローラ２６によって搬送されつつ加熱さ
れ、各トナーが定着される。このヒートローラ２６によ
る加熱では、発泡性シート９において実質的に発泡が生
じる臨界温度以下の温度で加熱を行なう。このときに
は、発泡性シート９の先端部が表裏反転機構３０の中に
入り込むが、この段階では表裏反転機構３０は単なるバ
ッファ部として機能し、表裏反転動作は行わない。この
時点での発泡性シート９の表面は、図５（ｂ）,(ｆ）に
示すものとなる。

【００７４】ステップＳ３では、表裏反転機構３０によ
り発泡性シート９の表裏を反転する。つまり、ステップ
Ｓ２で平面画像９７が印刷された発泡性シート９を反転
させることで、平面画像９７が印刷された発泡性シート
９の反対面に、光吸収性パターン９５の印刷が可能とな
る。

【００７５】ステップＳ４では、発泡性シート９の基材
層９１に光吸収性パターン（濃淡画像）９５を印刷す
る。つまり、表裏反転機構３０により表裏が反転された
発泡性シート９を再び画像印刷部２０に戻し、ステップ
Ｓ２中のひとつの色に対する動作と同様の動作を行っ
て、発泡性シート９の反対面に光吸収性パターン９５を
印刷する。ここでは、Ｋ色（黒色）のトナーのみを用い
た面積階調法により、濃淡画像を形成する。

【００７６】図１０は、面積階調法によって濃淡表現を
した例の原理を示す概念的拡大図であり、最も濃度が高
い領域に対応する図１０（ａ）ではほぼ１００％の面積
割合で黒トナーＫが付与され、中間程度に濃度が高い領
域に対応する図１０（ｂ）ではほぼ５０％の面積割合で
黒トナーＫが付与され、そして最も濃度が小さい領域に
対応する図１０（ｃ）では実質的に黒トナーを付与して
いない。

【００７７】そして、画像印刷部２０においては、この
ような濃淡のパターンが、平面画像９７に対して位置的
に対応させて発泡層９１上に形成され、図５（ｃ）,
(ｇ）に相当する状態がの発泡性シート９が得られる。

【００７８】ステップＳ５では、造形部４０において、
発泡性シート９に光を照射する。つまり、両面印刷され
た発泡性シート９を基材層９１側が上向きの状態で、搬
送ベルト４６により一定速度で搬送しつつ、ランプ４３
により光を照射する。これにより、光吸収性パターン９
５の濃淡の程度に応じて、発泡性シート９の発泡層９２
内のマイクロカプセル９３が膨張して、発泡性シート９
において下向きに発泡高さＨを有する半立体画像が造形
され、図５（ｄ）,(ｈ）の状態が得られることとなる。

【００７９】なお、染料系インク等赤外線をあまり吸収
せずに、実質的に透過させる材料で平面画像９７が形成
されている場合には、発泡性シート９の基材層９１を光
ＬＴに対して実質的に透明な材料で形成するとともに、
発泡性シート９の発泡層９２を上向きにして光を照射し
てもよい。この場合には、ステップＳ２とステップＳ４
との順番を逆にする、つまり基材層９１に光吸収性パタ
ーン９５を印刷した後、表裏を反転させて、発泡層９２
に平面画像９７を印刷することができる。

【００８０】発泡性シート９の発泡高さＨについては、
具体的に、次式のようになる。ただし、光吸収性パター
ン９５の各部の着色濃度をＤ、ランプ４３からの単位時
間当たりの光量をＲ、搬送ベルト４６による発泡性シー
ト９の搬送速度をＶとする。

【００８１】Ｈ＝ｆ（Ｄ；Ｒ×Ｖ） …（式１）ただし、関数ｆは、図４の特性曲線群のうち、照射エネ
ルギーのパラメータが、値（Ｒ×Ｖ）であるものに対応
する特性曲線を表現する関数である。

【００８２】＜造形データの生成動作＞図１１は、ステ
ップＳ１に対応する造形データの生成動作のうち高さ分
布を表現するデータの変換プロセスを説明するフローチ
ャートである。

【００８３】ステップＳ１１では、距離画像データＤＳ
から水草モデルＭＤｂに対応する部分を削除し、魚モデ
ルＭＤａの高さ分布に対応するデータを残す。これは、
たとえば魚モデルＭＤａに対応する距離画像の輪郭線を
検出し、その輪郭線で囲まれた範囲だけを距離画像デー
タＤＳに残すようにデータの選択的削除を行うことによ
って達成可能である。

【００８４】ステップＳ１２では、距離画像データＤＳ
とは別に準備された追加画像データとして、枠パターン
９５ｇの高さ分布に対応するデータが基礎データＤＯに
付加される。なお、追加画像データが無い場合には、基
礎データＤＯに付加されるデータ数はゼロとなる。

【００８５】ステップＳ１３では、上記のようなデータ
の選択的削除や追加などの修正を受けた後の基礎データ
Ｄ０が表現している第１の高さ分布の最大高さが特定さ
れ、その最大高さが、制御限界高さＨｃ以上であるかを
判定する。この最大高さが制御限界高さＨｃより高い場
合には、ステップＳ１４に進み、制御限界高さＨｃ以下
である場合には、ステップＳ１７に進む。この制御限界
高さＨｃの値は、発泡性シートの種類ごとに予めデータ
処理部５０内のメモリに記憶させておき、発泡性シート
９の種類をオペレータが操作部５１から入力することに
よって、そのうちの１つが選択される。もっとも、この
発泡造形システム１において使用する発泡性シート９の
種類が固定されているものであれば、制御限界高さＨｃ
は固定値として設定されていてもよい。いずれにおいて
も、制御限界高さＨｃは、発泡層９２の特性としての最
大発泡高さよりも小さな値となっている。

【００８６】ステップＳ１４では、データを線形変換す
るかを判定する。線形変換するか、それとも非選択変換
するかについてはあらかじめオペレータが操作部５１
（図７）から選択入力しており、データ処理部５０中の
メモリにその選択結果の情報が保存されている。したが
って、線形変換を行うかそれとも非線形変換するかの判
定はこの情報を参照することによって行うことができ
る。線形変換する場合には、ステップＳ１５に進み、線
形変換しない場合には、ステップＳ１６に進む。

【００８７】ステップＳ１５では、線形圧縮変換して造
形データＤＺを生成する。この線形圧縮変換を、具体的
に以下で説明する。

【００８８】図１２および図１３は、データの線形圧縮
変換を説明するための図である。このうち、図１２
（ａ）は、基礎データＤＯで表現されている第１の高さ
分布と、造形データＤＺで表現されている第２の高さ分
布との関係を示す図である。関数ＦＬは、第１の高さ分
布の最大高さＺmaxが、制御限界高さＨｃに変換される
ような線形な関数となっている。そして、関数ＦＬによ
り、図１２（ｂ）のように、基礎データＤＯが、制御限
界高さＨｃを最大値とする第２の高さ分布に対応した造
形データＤＺに圧縮変換される。例えば、図１３（ａ）
に示す四角錐５１の第１の高さ分布Ｚ1（Ｘ，Ｙ）が、
図１３（ｂ）に示すように、頂点が低くなった四角錐５
２の第２の高さ分布Ｚ2（Ｘ，Ｙ）に変換されることと
なる。

【００８９】ここでは、次の式２のようなデータ変換が
行われる。ただし、基礎データＤ０で表現される第１の
高さ分布をＺ1（Ｘ，Ｙ）、造形データＤＺで表現され
る第２の高さ分布をＺ2（Ｘ、Ｙ）、第１の高さ分布Ｚ1
（Ｘ，Ｙ）における最大高さをＺmax、線形変換係数を
Ｋｚとする。

【００９０】Ｚmax ＝ｍａｘ｛Ｚ1（Ｘ，Ｙ）｝：Ｋｚ＝Ｈｃ／Ｚmax：Ｚ2（Ｘ，Ｙ）＝Ｋｚ × Ｚ1（Ｘ，Ｙ） …(式２）また、記号ｍａｘ｛｝は、発泡性シート９に平行な
面を規定する２次元座標値Ｘ，Ｙを、発泡性シート９の
発泡可能領域の範囲の中で変化させたときの最大値をと
る演算を表している。

【００９１】ステップＳ１６では、第１の高さ分布Ｚ1
（Ｘ，Ｙ）を非線形圧縮変換して、第２の高さ分布Ｚ2
（Ｘ，Ｙ）を生成する。この非線形圧縮変換を、具体的
に、以下で説明する。

【００９２】図１４および図１５は、第１の高さ分布Ｚ
1（Ｘ，Ｙ）を表現するデータの非線形圧縮変換を説明
するための図である。図１４（ａ）は、基礎データＤＯ
の高さ値と、造形データＤＺの高さ値との関係を示す図
である。関数ＦＣは、基礎データＤＯで表現されている
第１の高さ分布Ｚ1（Ｘ，Ｙ）の最大高さＺmaxが、制御
限界高さＨｃに変換されるような非線形な関数となって
いる。また、関数ＦＣは、Ｓ字状の曲線となっており、
原点と点（Ｚmax，Ｈｃ）を結ぶ直線Ｋａの傾き、つま
り関数ＦＣの平均的な傾きより、傾斜の大きい領域（凹
凸強調領域）ＳＲが、半立体画像において高さがの違い
が強調されることとなる。

【００９３】そして、関数ＦＣにより、図１４（ｂ）の
ように、第１の高さ分布Ｚ1（Ｘ，Ｙ）が制御限界高さ
Ｈｃを上限とする第２の高さ分布Ｚ2（Ｘ，Ｙ）に圧縮
変換される。この場合には、線形変換と異なり、図１５
（ａ）に示す四角錐５３の第１の高さ分布Ｚ1（Ｘ，
Ｙ）が、図１５（ｂ）に示すように、頂点が低くなった
四角錐５４の第２の高さ分布Ｚ2（Ｘ，Ｙ）に変換され
るとともに、その稜線が関数ＦＣに対応する形状となっ
ている。

【００９４】このような非線形変換は次の式３のような
データ変換によって達成される。

【００９５】Ｚmax ＝ｍａｘ｛Ｚ1（Ｘ，Ｙ）｝：Ｋｚ＝Ｈｃ／Ｚmax：Ｚ2（Ｘ，Ｙ）＝Ｋｚ × ＦＣ0（Ｚ1（Ｘ，Ｙ）） …(式３）ただし、関数ＦＣ0（）は、図１４の曲線ＦＣを、その
最大値が「１」となるように規格化したものに相当する
非線形関数である。

【００９６】また、このような非線形関数ＦＣ0の関数
形は固定的にデータ処理部５０（図７）中のメモリに設
定しておいてもよく、オペレータが造形対象物ごとに選
択してもよい。

【００９７】好ましくは、画像処理におけるガンマ補正
パラメータのように、非線関数の関数形を特徴づける１
または複数のパラメータ値を調整可能にデータ処理部５
０に保持しておき、オペレータが造形対象物ごとに操作
部５１でそのパラメータ値を選択して非線形関数ＦＣ0
の具体的関数形を決定できるようにしておく。この場
合、データ処理部５０に付設してあるディスプレイ５２
にこの非線形関数の曲線形を表示し、上記のパラメータ
値をオペレータが変化させるとそれによる曲線の変化を
視認できるようにしておくことが好ましい。また、その
非線形関数によってどのような変換がなされるかについ
て、図１５（ａ）,(ｂ）のような変換前後の立体形状を
表示させるシミュレーション機能を持たせてもよい。こ
れらのことは、既述した線形変換についても同様であ
る。

【００９８】一方、ステップＳ１７では、第１の高さ分
布Ｚ1（Ｘ，Ｙ）の最大高さＺmaxが、Ｚmaxを所定の閾
値Ｚthと比較され、それによって最大高さＺmaxが閾値
Ｚth以下であるかを判定する。この閾値Ｚthは、制御限
界高さＨｃに応じて定まっており、所定の比率Ｒ（０＜
Ｒ≦１）を用いて、Ｚth＝Ｒ×Ｈｃの関係がある。この
比率Ｒは、例えば１／３から２／３の範囲が望ましく、
さらに１／２が好適である。

【００９９】ステップＳ１８では、基礎データＤＯの第
１の高さ分布Ｚ1（Ｘ，Ｙ）を伸張変換して、造形デー
タＤＺを生成する。図１６は、第１の高さ分布Ｚ1
（Ｘ，Ｙ）の伸張変換を説明するための図である。この
伸張変換は、図１６（ａ）に示すように、基礎データＤ
Ｏの第１の高さ分布Ｚ1（Ｘ，Ｙ）を、制御限界高さＨ
ｃを最大高さとする第２の高さ分布Ｚ2（Ｘ，Ｙ）へと
拡大することである。この変換では、線形関数を用いた
線形なデータ変換とすることが可能であり、具体的に
は、図１６（ｂ）に示す第１の高さ分布Ｚ1（Ｘ，Ｙ）
に対応した四角錐５５が、図１６（ｃ）に示すように、
頂点が高くなった四角錐５６の第２の高さ分布Ｚ2
（Ｘ，Ｙ）に変換されることとなる。

【０１００】なお、ここでは、線形変換を行っている
が、非線形変換としてもよい。また、制御限界高さＨｃ
と閾値Ｚthとの間の値Ｈmidを定めておき、第１の高さ
分布における最大高さＺmaxが、第２高さ分布では、こ
の値Ｈmidに対応するように変換を行っても良い。

【０１０１】以上の構成と動作により、マイクロカプセ
ルが破裂するような加熱が行われないため、半立体画像
の形状が制御限界高さＨｃ以上の部分で歪むことがな
く、整った形状を有する半立体画像の造形を行うことが
できる。

【０１０２】＜他の実施形態および変形例＞ ◎図１７は、第２の実施形態の発泡造形システムで使用
される造形装置４０Ａを示す図であり、この第２の実施
形態の発泡造形システムの他の構成は、第１の実施形態
と同様である。また、第２の実施形態の発泡造形システ
ムの動作は、後述する動作を除き、第１の実施形態と同
様である。

【０１０３】この造形装置４０Ａでは、シート搬送部４
５の搬送ベルト（無端ベルト）４６Ａが、赤外線を透過
する材料、好ましくは赤外線波長領域付近で透明な材料
で形成されており、搬送ベルト４６Ａの往路と復路との
間の空間に光照射部４２が配置されている。そして、こ
の発泡造形システムの動作では、光照射部４２が搬送ベ
ルト（無端ベルト）４６Ａの下側に位置するため、図９
に示すフローチャートにおけるステップＳ２とステップ
Ｓ４との順番を逆にする、つまり基材層９１に光吸収性
パターン９５を印刷した後、表裏を反転させて、発泡層
９２に平面画像９７を印刷する。これにより、発泡性シ
ート９の発泡層９２を上向きにして、半立体画像の造形
を行うことができる。

【０１０４】なお、染料系インク等赤外線をあまり吸収
せずに、実質的に透過させる材料で平面画像９７が形成
されている場合には、発泡性シート９の基材層９１を光
ＬＴに対して実質的に透明な材料で形成するとともに、
発泡性シート９の発泡層９２を下向きにして光を照射し
てもよい。この場合には、図９に示すフローチャートに
おけるステップＳ２とステップＳ４との順番を逆にする
必要がなくなる。

【０１０５】◎図１８は、既述した第１実施形態におい
て、発泡層９２に平面画像９７を形成していない領域に
も光吸収性パターン９５を形成した例を示す図である。
図１８（ａ）に断面図として示すように、発泡性シート
９の基材層９１の表面のうち、発泡層９２に平面画像９
７が形成されている領域９２ｐに対応した部分９１ｐに
光吸収性パターン９５ｐを設けるだけでなく、平面画像
９７が形成されていない領域９２ｒに対応する部分９１
ｒにも光吸収性パターン９５ｒを設けてもよい。この場
合、加熱後には図１８（ｂ）に示すように領域９２ｐ，
９２ｒのいずれも発泡して隆起する。このようにするこ
とによって、平面画像９７の存在にかかわらず発泡領域
を設定することも可能になり、発泡成形における表現の
自由度がさらに高まる。

【０１０６】◎図１９は第３の実施形態の発泡造形シス
テムで使用される造形装置６を示す図であり、この第３
の実施形態の発泡造形システムの他の構成と動作は、第
１の実施形態と同様である。

【０１０７】この発泡造形システム装置６は、発泡性シ
ート９の発泡層を直接レーザで加熱するように構成され
ている。より具体的には、この発泡造形システム装置６
は、レーザ光源６１と、レーザ光源６１からのレーザ光
線を所定の点で集光させる光学部６２と、レーザ光源６
１の発光強度などを制御する制御手段６３とを備えてい
る。ここでは、レーザ光源６１からのレーザ光線を、光
学部６２に内蔵されているガルバノミラー、ポリゴンミ
ラーなどによりＸ方向への走査を行うとともに、Ｙ方向
に発泡性シート９を搬送する。これにより、発泡性シー
ト９における選択領域を隆起させて隆起部９６を生成
し、半立体画像を造形することができる。ここで、発泡
性シート９の発泡高さは、レーザ強度、またはレーザ照
射時間を制御することにより調整される。

【０１０８】◎図２０は第４の実施形態の発泡造形シス
テムで使用される造形装置７を示す図であり、この第４
の実施形態の発泡造形システムの他の構成と動作は、第
１の実施形態と同様である。

【０１０９】この発泡造形システム７は、加熱された針
状の接触子を発泡性シートに直接接触させて点状加熱す
るように構成されている。より具体的には、この発泡造
形システム７は、熱伝導性の良い加熱ピン７３と、加熱
ピン７３に接着されて加熱する抵抗発熱体７２と、加熱
ピン７３の温度を検知するサーミスタ７１と、これらを
制御する制御手段７４とを備えている。ここでは、加熱
ピン７１をＸ方向に移動させるとともに、発泡性シート
９をＹ方向に搬送して加熱ピン７１を接触させつつ発泡
性シート９の各領域を走査することにより、発泡性シー
ト９の選択領域を隆起させて隆起部９６を生成し、半立
体画像を造形することができる。ここで、発泡性シート
９の発泡高さは、加熱ピン７３の温度、または加熱ピン
７３の接触時間を制御することにより調整される。

【０１１０】◎基礎データの線形変換においては、その
基礎データで表現される第１の高さ分布の最大高さＺma
xよりも低い特定の高さが制御限界高さＨｃに変換され
るような線形関数を用いても良い。この場合には、第１
の高さ分布のうち前記特定の高さよりも高い部分は第２
の高さ分布において制御限界高さＨｃを越えるために、
その超過部分での造形の正確性は保証されない。しかし
ながら、第１の高さ分布のピーク付近の再現性よりも、
中間高さ付近の再現での精細性を重視する場合には、こ
のような変形も可能である。

【０１１１】この場合においても、整った形状の半立体
画像を得る範囲をオペレータが自在に調整することがで
きるという意味において、半立体画像の表現性が高ま
る。

【０１１２】◎基礎データＤ０における第１の高さ分布
の範囲が、図１２（ｂ）に示す斜線部分ＳＳである場合
には、この斜線部分ＳＳの最大高低差が造形データにお
ける第２の高さ分布の制限限界高さＨcとほぼ等しくな
るようにデータ変換を行ってもよい。

【０１１３】すなわち、第１の高さ分布Ｚ1（Ｘ、Ｙ）
の実際のデータ分布がＺmin 〜Ｚmax（ただしＺmin
＞０）である場合、第１実施形態のようなデータ変換
では、造形データＤＺのデータが取り得る全域範囲０
〜Ｈc を第２の高さ分布Ｚ2（Ｘ、Ｙ）が有効に使い切
っていない。このため、第１の高さ分布Ｚ1（Ｘ、Ｙ）
が実際に値を持っていない０〜Ｚminの範囲は造形レン
ジから除外する。これによって、圧縮変換における圧縮
率を低く抑えることができる。

【０１１４】具体的には、好ましい変換として、次の式
４による演算を行う。

【０１１５】Ｚmax ＝ｍａｘ｛Ｚ1（Ｘ，Ｙ）｝：Ｚmin ＝ｍｉｎ｛Ｚ1（Ｘ，Ｙ）｝：Ｋｚd ＝Ｈｃ／（Ｚmax−Ｚmin）；Ｚ2（Ｘ，Ｙ）＝Ｋｚd ×（Ｚ1（Ｘ，Ｙ）− Ｚmin） …(式４）ただし、記号ｍｉｎ｛｝は、発泡性シート９に平行
な面を規定する２次元座標値Ｘ，Ｙを、発泡性シート９
の発泡可能領域の範囲の中で変化させたときの最小値を
とる演算を表しており、Ｋzdは変換係数である。

【０１１６】最小値Ｚminが０より大きい場合、式１の
線形変換での変換係数Ｋｚと式４の変換係数Ｋｚdとを
比較すると、Ｋｚd ／Ｋｚ＝Ｚmax ／（Ｚmax−Ｚmin）＞１ …(式５）であるから、変換係数Ｋｚd の方が変換係数Ｋｚよりも
大きく、圧縮率（変換係数の逆数）で言えば、式４の方
が小さな圧縮率となる。

【０１１７】したがって、式４に従ったデータ変換を行
うと、第１の高さ分布において実際にデータ値が存在し
ている範囲を、第２の高さ分布においてより広いダイナ
ミックレンジで表現できる。したがって、立体造形にお
ける高さの微妙な違いを表現しやすくなる。なお、Ｚmi
n ＝０の場合には、式４は式１と等価となる。

【０１１８】また、上記の原理の拡張として、第１の高
さ分布の最大高低差（Ｚmax−Ｚmin）が、第２の高さ分
布の制御限界高さＨcよりも所定幅ΔＨc（ただし、０
≦ ΔＨc ＜１）または所定割合ｒ（ただし、０ ≦ ｒ
＜１）だけ小さな値Ｈc1、すなわち、Ｈc1＝（Ｈc1−ΔＨc） …(式６）またはＨc1＝（１−ｒ） × Ｈc1 …(式７）に対応するように変換を行うことができる。好ましく
は、 ΔＨc ＜（１／２） × ΔＨc：ｒ＜（１／２） …(式８）であり、さらに好ましくは、 ΔＨc ＜（１／３） × ΔＨc：ｒ＜（１／３） …(式９）である。式６，式７においてΔＨc ＝０、またはｒ＝
０とした場合が式５に相当する。

【０１１９】◎発泡の制御限界高さについては、発泡層
の材質の特性と発泡層の厚さに依存する。したがって、
制御限界高さは同材質かつ同じ厚さの発泡層につきあら
かじめ実験的に求めておいてもよいが、単位高さあたり
の制御限界高さだけを求めておき、発泡層の厚さに応じ
てそれを数値上で修正しても、ほぼ正確な値が得られ
る。

【０１２０】◎複数色の色媒体（トナーなど）を用いて
平面画像を形成するときには、光吸収性パターンの形成
は、それら複数の色媒体の中で最も視覚的濃度が濃いト
ナーを用いることが好ましい。それは、一般に視覚的濃
度が高いほど熱の吸収率が高い場合が多いためであり、
光の照射時間が少なくて済むためである。

【０１２１】◎画像印刷部２２によって平面画像と光吸
収性パターンとをそれぞれ表裏に印刷された状態（図５
（ｃ）、（ｇ）の状態）の発泡性シート９は、発泡前の
状態で市場に流通させることもできる。また、可視光に
ついては実質的に不透明であり、かつ赤外光に対しては
透明性がある被覆層によって光吸収性パターン９５を覆
っておけば、実際に発泡させるまで発泡結果がユーザに
わからないため、立体的な「隠し絵」としての利用もで
きるし、「立体的な認証印」のようにも利用できる。ま
た、この発明は３以上の高さ段階がある多値的な半立体
画像の作成に特に有用であるが、点字のように２値的な
発泡の目的に利用することができないわけではなく、そ
のように利用してもかまわない。

【０１２２】◎上記各実施形態の画像印刷部において
は、インクジェット方式により発砲性シートに印刷を行
っても良い。この場合には、発泡性シートの発泡層にさ
らにインク受像層がオーバーコートされるため、塗布し
たインクがにじみなく画像を再現することが可能とな
る。

【０１２３】◎第１実施形態の造形部については、発泡
性シートの全面に一度に均一な光照射を行ってもよく、
また、所定幅のスリット光を照射し、発泡性シートを一
定速度で搬送して、発泡性シートの全体を均一に光照射
してもよい。

【０１２４】◎上記各実施形態において、発泡性シート
はマイクロカプセルを有するものに限らず、繊維を圧縮
したシートに水を付与すると、繊維の圧縮状態が緩和し
て隆起する発泡性シートや、水性インクが付着した部分
を加熱することで発泡する発泡性シートを用いても良
い。

【０１２５】◎第１および第２実施形態の立体造形によ
り作成された造形物を立体広告パネルとして各地に掲示
する場合、平面画像と光吸収性パターンとを印刷した状
態のシートのまま運搬する方がかさばらずにすみ、運搬
コストが軽減できる。また、ユーザーが少なくとも造形
部４０の装置を保有している場合、平面画像と光吸収性
パターンとを印刷した状態のシートの状態で販売するこ
とも有効である。

【０１２６】◎上記各実施形態では、高さ分布（Ｚ方
向）を変換することを説明したが、この変換に伴ってＸ
Ｙ方向の縮尺も変換してもよいし、ＸＹ方向については
基礎データのままでＺ方向のみ変換するようにしてもよ
い。

【０１２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項１６の発明によれば、発泡層の制御限界高さを考慮
して発泡を行うことが可能になるため、発泡層における
発泡能力の範囲を有効に生かしつつ、発泡造形の表現性
を高めることができるとともに、整った形状の半立体画
像を得ることができる。

【０１２８】特に、請求項２の発明においては、基礎デ
ータにおける第１の高さ分布の最大値が発泡層の発泡能
力の範囲内に入るようにデータ変換を行うため、第１の
高さ分布の最大値付近まで正確に造形が可能である。

【０１２９】また、請求項３の発明においては、発泡層
の発泡能力の範囲を最大限に生かすことになるため、発
泡造形における高さ分布の表現性が特に高まる。

【０１３０】請求項４の発明は、基礎データでの立体形
状における高さ関係を比例的に忠実に再現するために好
適である。

【０１３１】請求項５の発明は、発泡層における発泡能
力の範囲内において高さの差を強調する部分を設定する
ことができるため、基礎データからのデフォルメを行っ
た発泡造形が可能となる。

【０１３２】請求項６の発明では、第１の高さ分布にお
いて実質的に意味がある最大高低差部分を発泡層におけ
る発泡能力の範囲に割り当てるため、発泡能力範囲の利
用に無駄が少なく、発泡造形における表現性を高めるこ
とができる。

【０１３３】特に、請求項７の発明では、第１の高さ分
布の最大高低差部分を発泡層における発泡能力の範囲の
全域に割り当てるため、発泡能力範囲の利用に無駄がな
く、発泡造形における表現性を特に高めることができ
る。

【０１３４】また、請求項８の発明によれば、高低差が
小さい立体形状の高低差を、発泡層における発泡能力の
範囲内で拡大して発泡させることが可能であるため、表
現性が高まり、デフォルメもしやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】立体モデルＭＤの形状と表面色とを含む基礎デ
ータＤＯの取得を説明するための図である。

【図２】発泡性シート９の断面図である。

【図３】着色濃度と発泡性シート９の発泡高さＨとの関
係の概念を示すグラフである。

【図４】着色濃度と発泡性シート９の発泡高さＨと光照
射エネルギーとの関係を示すグラフである。

【図５】半立体画像を造形する手順を説明する図であ
る。

【図６】造形のための発泡性シート９に形成する画像を
示す図である。

【図７】本発明の第１実施形態の発泡造形システム１を
示す概略構成図である。

【図８】造形部４０の構成を示す図である。

【図９】発泡造形システム１の動作の概要を説明するフ
ローチャートである。

【図１０】面積階調法によって濃淡表現をした例の原理
を示す概念的拡大図である。

【図１１】造形データの生成動作の概要を説明するフロ
ーチャートである。

【図１２】データの線形圧縮変換を説明するための図で
ある。

【図１３】データの線形圧縮変換を説明するための図で
ある。

【図１４】データの非線形圧縮変換を説明するための図
である。

【図１５】データの非線形圧縮変換を説明するための図
である。

【図１６】データの伸張変換を説明するための図であ
る。

【図１７】第２実施形態に係る造形装置４０Ａの構成を
示す図である。

【図１８】平面画像９７を形成していない領域に光吸収
性パターン９５を形成した例を示す図である。

【図１９】第３実施形態に係る発泡造形システム６を示
す概略構成図である。

【図２０】第４実施形態に係る発泡造形システム７を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

１、６、７発泡造形システム９発泡性シート２０画像印刷部４０造形部４３ランプ４６搬送ベルト９１基材層９２発泡層９５光吸収性パターン９７平面画像ＤＯ基礎データＤＰ２次元画像データＤＳ距離画像データＤＺ造形データＨ発泡高さＨｃ制御限界高さＭＤ立体モデル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の立体形状の第１の高さ分布を表現
した基礎データに基づいて発泡層を選択的に発泡させ、
それによって半立体画像を造形する発泡造形方法であっ
て、 (a) 前記発泡層における制御可能な最大発泡高さである
制御限界高さに応じて前記基礎データを変換することに
より、第２の高さ分布を表現する造形データを生成する
データ変換工程と、 (b) 前記造形データに応じて発泡層を選択的に発泡させ
ることにより、半立体画像を造形する造形工程と、を備
えることを特徴とする発泡造形方法。
【請求項２】請求項１に記載の発泡造形方法におい
て、前記データ変換工程では、前記第１の高さ分布における
最大高さが前記第２の高さ分布では前記制御限界高さ以
下の値となるように、前記第１の高さ分布を圧縮して前
記第２の高さ分布を得ることを特徴とする発泡造形方
法。
【請求項３】請求項２に記載の発泡造形方法におい
て、前記データ変換工程では、前記第１の高さ分布における
最大高さが前記第２の高さ分布ではほぼ前記制御限界高
さとなるように、前記第１の高さ分布を圧縮して前記第
２の高さ分布を得ることを特徴とする発泡造形方法。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の発泡造形方法において、前記データ変換工程では、前記制御限界高さに応じた線
形変換を前記第１の高さ分布に対して行うことにより前
記第２の高さ分布を生成することを特徴とする発泡造形
方法。
【請求項５】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の発泡造形方法において、前記データ変換工程では、前記第１の高さ分布を部分的
に強調する非線形変換を前記第１の高さ分布に対して行
うことにより前記第２の高さ分布を生成することを特徴
とする発泡造形方法。
【請求項６】請求項１に記載の発泡造形方法におい
て、前記データ変換工程では、前記第１の高さ分布における
最大高低差を、前記第２の高さ分布においては前記制御
限界高さ以下になるように前記第１の高さ分布の変換を
行って前記第２の高さ分布を生成することを特徴とする
発泡造形方法。
【請求項７】請求項６に記載の発泡造形方法におい
て、前記データ変換工程では、前記第１の高さ分布における
最大高低差を、前記第２の高さ分布においては前記制御
限界高さとほぼ等しくなるように前記第１の高さ分布の
変換を行って前記第２の高さ分布を生成することを特徴
とする発泡造形方法。
【請求項８】請求項１に記載の発泡造形方法におい
て、前記データ変換工程は、 (a-1) 前記第１の高さ分布における最大高さと、前記制
御限界高さよりも小さい所定の閾値とを比較する工程
と、 (a-2) 前記第１の高さ分布における最大高さが前記閾値
よりも小さい場合には、前記第２の高さ分布における最
大高さが前記閾値より大きくかつ前記制御限界高さ以下
となる条件下で、前記前記第１の高さ分布を伸張して前
記第２の高さ分布を生成する工程と、を備えることを特
徴とする発泡造形方法。
【請求項９】請求項８に記載の発泡造形方法におい
て、前記閾値は、前記制御限界高さに対する比率として与え
られ、前記比率は、１／３から２／３の範囲で選択されている
ことを特徴とする発泡造形方法。
【請求項１０】請求項１ないし請求項９のいずれかに
記載の発泡造形方法において、前記立体形状は、所定の立体物を所定の方向から見たと
きの距離画像であることを特徴とする発泡造形方法。
【請求項１１】発泡層を選択的に発泡させることによ
って半立体画像を造形する発泡造形方法であって、 (a) 所定の立体物の立体形状を特定する工程と、 (b) 前記立体形状に応じて発泡層を選択的に発泡させ、
それによって半立体画像を得る工程と、を備え、前記半立体画像の高さ分布における最大高さが、前記立
体形状の高さ分布における最大高さとは異なり、かつ前
記発泡層における制御可能な最大発泡高さ以下となって
いることを特徴とする発泡造形方法。
【請求項１２】発泡層を選択的に発泡させ、それによ
って半立体画像を造形する発泡造形方法であって、 (a) 所定の立体形状の高さ分布を特定する工程と、 (b) 前記立体形状における最大高さにかかわらず、制御
可能な最大発泡高さ以下の範囲で前記発泡層を選択的に
発泡させることにより、前記発泡層による半立体画像を
造形する工程と、を備えることを特徴とする発泡造形方
法。
【請求項１３】所定の立体形状の第１の高さ分布を表
現した基礎データに基づき、発泡層を発泡させて、半立
体画像を造形する発泡造形システムであって、 (a) 前記発泡層における制御可能な最大発泡高さである
制御限界高さに応じて前記基礎データを変換することに
より、第２の高さ分布を表現する造形データを生成する
データ処理装置と、 (b) 前記造形データに応じて発泡層を選択的に発泡させ
ることにより、半立体画像を造形する造形装置と、を備
えることを特徴とする発泡造形システム。
【請求項１４】請求項１３の発泡造形システムにおい
て、前記データ処理装置は、 (a-1) 前記第１の高さ分布におかる最大高さにかかわら
ず、前記発泡層における制御可能な最大発泡高さを、前
記第２の高さ分布における最大高さとして与える変換手
段、を備えることを特徴とする発泡造形システム。
【請求項１５】発泡層を選択的に発泡させ、それによ
って半立体画像を造形するための造形データを生成する
データ処理装置であって、 (a) 所定の立体形状の高さ分布を表現した基礎データを
入力する入力手段と、 (b) 前記基礎データを、前記立体形状における最大高さ
にかかわらず、前記制御可能な最大発泡高さ以下の範囲
で前記発泡層を選択的に発泡させるための造形データに
変換する変換手段と、を備えることを特徴とするデータ
処理装置。
【請求項１６】所定の立体物の立体形状を表現した発
泡造形物であって、 (a) 基材層と、 (b) 前記基材層の上に設けられるとともに、選択的に発
泡していることによって前記立体形状を半立体画像とし
て表現した発泡層と、を備え、前記半立体画像における高さ分布の最大高さが、前記立
体形状における高さ分布の最大高さとは異なっていると
ともに、前記発泡層における制御可能な最大発泡高さ以
下となっていることを特徴とする発泡造形物。