レーザー印字方法、及びレーザー印字装置

【課題】階調の細かい画像であっても、ワークを発泡させることなく、視覚により判別可能な画像を印字することができるレーザー印字方法、及びそれを用いたレーザー印字装置を提供する。
【解決手段】濃淡画像Ｐの明度（濃度）に対して設定される異なる閾値ＴｈＡ〜ＴｈＤを用いて、濃淡画像Ｐを二値化した二値画像Ｐａ〜Ｐｄを生成し、生成された二値画像Ｐａ〜Ｐｄを１画像ずつ順次選択し、選択した二値画像に基づいて、ワーク４の所定範囲にレーザー光を照射する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー印字方法、及びレーザー印字装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザー光を照射してワークに文字や図形などの濃淡画像を印字するレーザー印字方法を用いたレーザー印字装置が提供されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
従来のレーザー印字方法は、レーザー印字装置に取り込んだ濃淡画像の濃度の変化幅に基づいて、レーザー光の出力パワーを変化させながらワークにレーザー光を１回照射する写真印字で、濃淡画像の濃淡を表現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１１４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザー光の出力パワーに対する印字濃度を図１１に示す。図１１のグラフＧ１に示すように、レーザー光の出力パワーを大きくすると、ワークに濃く印字することができる。なお、印字の濃度が視覚判別濃度Ｋ０より濃いと、視覚で認識することができるものとする。
【０００６】
しかし、従来のレーザー印字方法では、ワークを形成している樹脂の種類によっては、図１１のグラフＧ２に示すように、出力パワーが発泡レベルＰｗ２（第２レベル）を超えるとエネルギーの過多によりワークが発泡し、外観等の品質が低下するおそれがある。したがって、レーザー光の出力パワーを大きくしても、ワークが発泡してしまい、濃く印字されるとは限らない。また、濃度の階調が細かく、変化幅の大きい濃淡画像を印字する場合、濃度が濃い部分はレーザー光の出力パワーを大きくする必要があるが、出力パワーがＰｗ２（第レベル）を上回るとワークが発泡する。また、濃度が薄い部分はレーザー光の出力を小さくする必要があるが、出力パワーが視覚判別レベルＰｗ１（第１レベル）を下回ると、印字される濃度が視覚判別濃度Ｋ０より薄くなり、視覚による判別ができなくなってしまう。したがって、従来のレーザー印字方法では、濃度の階調が細かい濃淡画像を印字する場合、品質の悪い不完全な画像が印字されてしまう問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、階調の細かい画像であっても、ワークを発泡させることなく、視覚により判別可能な画像を印字することができるレーザー印字方法、及びそれを用いたレーザー印字装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、濃淡画像の濃度に対して設定される異なる複数の閾値を用いて、濃淡画像を二値化した複数の二値画像を生成し、生成された複数の二値画像を１画像ずつ順次選択し、当該選択した二値画像に基づいて、ワークの所定範囲にレーザー光を照射することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、閾値の異なる複数の二値画像を１画像ずつ順次選択し、選択した二値画像に基づいて、ワークの所定範囲にレーザー光が照射されるので、印字濃度が濃くなるにつれてレーザー光の照射回数が多くなり、印字濃度が薄くなるにつれてレーザー光の照射回数が少なくなる。それによって、印字画像の濃淡を表現することができる。また、レーザー光の出力パワーを個別に設定することができるので、印字濃度を調整することができる。したがって、濃度の階調が細かい濃淡画像であっても、ワークを発泡させることなく、視覚により判別可能なように印字することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記順次照射するレーザー光のうち、少なくとも１回のレーザー光の出力は、人間の視覚により判別することができる濃度を印字可能な第１レベル以上であり、順次照射するレーザー光の出力の合計は、ワークが発泡する第２レベルよりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、最も濃く表現したい箇所を発泡させず、最も薄く表現したい箇所を発色させることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、レーザー印字装置において、濃淡画像の濃度に対して異なる複数の閾値を設定する閾値設定手段と、閾値設定手段が設定した複数の閾値を用いて濃淡画像を二値化し、複数の二値画像を生成する二値画像生成手段と、生成された複数の二値画像を１画像ずつ順次選択し、当該選択した二値画像に基づいて、ワークの所定範囲にレーザー光を照射するレーザー光照射手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、閾値の異なる複数の二値画像を１画像ずつ順次選択し、選択した二値画像に基づいて、ワークの所定範囲にレーザー光が照射されるので、印字濃度が濃くなるにつれてレーザー光の照射回数が多くなり、印字濃度が薄くなるにつれてレーザー光の照射回数が少なくなる。それによって、印字画像の濃淡を表現することができる。また、順次選択した二値画像に基づいて、レーザー光の出力パワーを個別に設定することができるので、印字濃度を調整することができる。したがって、濃度の階調が細かい濃淡画像であっても、ワークを発泡させることなく、視覚により判別可能なように印字することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明では、階調の細かい画像であっても、ワークを発泡させることなく、視覚により判別可能なように印字することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）〜（ｄ）本発明のレーザー印字過程を示す図である。
【図２】同上のレーザー印字装置の概略構成を示す図である。
【図３】濃淡画像を示す図である。
【図４】（ａ）濃淡画像の明度、（ｂ）〜（ｅ）二値化処理後の明度を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）二値画像を示す図である。
【図６】（ａ）出力パワーに対する印字濃度、（ｂ）印字濃度を示す図である。
【図７】濃淡画像の印字結果を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）従来のレーザー印字方法による印字画像を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）従来のレーザー印字方法による印字画像を示す図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）本発明のレーザー印字方法による印字画像を示す図である。
【図１１】出力パワーに対する印字濃度の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（実施形態）
本発明の実施形態として図２に概略構成を示す。本実施形態は条件設定用パーソナルコンピュータ１（以下、条件設定用ＰＣ１と称す）と、例えばＡＢＳ樹脂等で形成されたワーク４にレーザー光を照射して印字するレーザーヘッド２と、レーザーヘッド２が照射するレーザー光の出力パワーおよび照射箇所を、条件設定用ＰＣ１の設定に基づいて制御するコントローラ３とで構成されており、条件設定用ＰＣ１は濃淡画像記憶手段１１と、閾値設定手段１２と、二値画像生成手段１３と、二値画像記憶手段１４と、レーザー光出力設定手段１５とを備えている。
【００１８】
以下に、本発明のレーザー印字方法を用いてワーク４に大理石調の印字をする場合について説明する。まず、図示しない撮影手段を用いて大理石の写真を撮影する。そして、図３に示す撮影した大理石の写真（以下、濃淡画像Ｐと称す）を条件設定用ＰＣ１の濃淡画像記憶手段１１に格納する。
【００１９】
そして、濃淡画像記憶手段１１に格納した濃淡画像Ｐの明度（濃度）に対して、閾値設定手段１２は異なる４つの閾値ＴｈＡ〜ＴｈＤを設定する。図４（ａ）に濃淡画像Ｐの明度を示す。なお、明度が高くなるにつれて白く表現され、明度が低くなるにつれて黒く表現される。閾値ＴｈＡ〜ＴｈＤは、濃淡画像Ｐの明度が高い（白い）方から順に設定されている。次に、二値画像生成手段１３は、濃淡画像Ｐにおける各閾値ＴｈＡ〜ＴｈＤより明度が低い（黒い）部分を０（黒色）、各閾値ＴｈＡ〜ＴｈＤより明度が高い（白い）部分を１（白色）とする二値化処理を濃淡画像Ｐに行い、４枚の二値画像Ｐａ〜Ｐｄを生成し、二値画像記憶手段１４に格納する。
【００２０】
図４（ｂ）〜（ｅ）に、閾値ＴｈＡ〜ＴｈＤを用いた二値化処理後の明度を示し、図５（ａ）〜（ｄ）に二値画像Ｐａ〜Ｐｄを示す。図４（ｂ）〜（ｅ）、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、閾値ＴｈＡは、他の閾値ＴｈＢ〜ＴｈＤよりも明度が高い値に設定されているため、作成される二値画像Ｐａは黒い部分が最も多くなり、白い部分が最も少なくなる。逆に、閾値ＴｈＤは、他の閾値ＴｈＡ〜ＴｈＣよりも明度が低い値に設定されているため、作成される二値画像Ｐｄは黒い部分が最も少なくなり、白い部分が最も多くなる。
【００２１】
次に、レーザー光出力設定手段１５を用いて、二値画像記憶手段１４に格納された各々の二値画像Ｐａ〜Ｐｄに基づいて、ユーザーがレーザー光の照射箇所やレーザー光の出力パワー等の出力条件を設定する。そして、出力条件に基づいてコントローラ３がレーザーヘッド２の動作を制御して、ワーク４にレーザー光を照射して印字を行う。
【００２２】
図１（ａ）〜（ｄ）に印字の過程を示す。なお、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように二値画像Ｐａ〜Ｐｄは大理石模様であるが、図１（ａ）〜（ｄ）では、印字例を簡易にするために円で示す。
【００２３】
まず二値画像Ｐａを用いてレーザー光の出力条件を設定する。図１（ａ）に示すように、ワーク４の所定範囲において二値画像Ｐａの黒い部分に相当する箇所に、レーザー光を照射すると印字画像Ｐａ´が印字される。照射するレーザー光の出力パワーと印字濃度の関係を図６（ａ）に示す。出力パワーＰｗＡは上記で説明した視覚判別濃度Ｐｗ１（第１レベル）と同じ値に設定されているため、印字濃度Ｋａは人間の視覚によって判別できる最も薄い視覚判別濃度Ｋ０となる。なお、二値画像Ｐａにおいて、濃淡画像Ｐにおける閾値ＴｈＡよりも明度が高い（白い）部分は印字されない。
【００２４】
次に二値画像Ｐｂを用いてレーザー光の出力条件を設定する。図１（ｂ）に示すように、ワーク４の所定範囲において二値画像Ｐｂの黒い部分に相当する箇所に、レーザー光を照射すると印字画像Ｐｂ´が印字される。二値画像Ｐｂを生成する際に用いた閾値ＴｈＢは、二値画像Ｐａを生成する際に用いた閾値ＴｈＡよりも明度が低い（黒い）ため、二値画像Ｐｂに基づいてレーザー光を照射する部分は全て、既に二値画像Ｐａに基づいてレーザー光が照射されている部分となる。したがって、出力パワーＰｗＡのレーザー光が既に照射された部分に、出力パワーＰｗＢのレーザー光が照射されることとなるので、図６（ａ）に示すように、二値画像Ｐｂに基づいてレーザー光が照射される部分におけるレーザー光の出力パワーの合計はＰｗＡ＋ＰｗＢとなり、印字濃度Ｋｂは印字濃度Ｋａよりも濃くなる。
【００２５】
同様に、順次二値画像Ｐｃ、Ｐｄを用いてレーザー光の出力条件を設定し、ワーク４の所定範囲にレーザー光を順次照射すると、図１（ｃ）（ｄ）に示すように印字画像Ｐｃ´、Ｐｄ´が印字される。上記で説明したように、後からレーザー光が照射される部分は、既にレーザー光が照射されている部分であるので、レーザー光の照射部分におけるレーザー光の出力パワーが加算され、印字濃度が濃くなっていく。したがって、印字濃度Ｋａ〜Ｋｄの関係は、図６（ａ）図６（ｂ）に示すように、Ｋａ＜Ｋｂ＜Ｋｃ＜Ｋｄとなり、濃淡を表現することができる。
【００２６】
また、各二値画像Ｐａ〜Ｐｄに基づいて照射するレーザー光の出力パワーの合計（ＰｗＡ＋ＰｗＢ＋ＰｗＣ＋ＰｗＤ）が、ワーク４が発泡するＰｗ２（第２レベル）よりも小さくなるように、各出力パワーＰｗＡ〜ＰｗＤが設定されているため、ワーク４が発泡して、外観等の品質が低下することはない。
【００２７】
図３に示した大理石の写真（濃淡画像Ｐ）のワーク４への印字結果Ｐ´を図７に示す。上記で説明したように、二値画像Ｐａ〜Ｐｄを１画像ずつ順次選択し、選択した二値画像に基づいて出力箇所および出力パワーの出力条件を設定して、ワーク４の所定範囲にレーザー光を照射する。それによって、印字濃度が濃くなるにつれてレーザー光の照射回数が多くなり、印字濃度が薄くなるにつれてレーザー光の照射回数が少なくなるので、濃淡を表現することができる。また、出力パワーＰｗＡを視覚判別レベルＰｗ１（第１レベル）以上とすることによって、印字濃度Ｋａを視覚判別濃度Ｋ０よりも濃くすることができるので、最も薄く表現したい部分を確実に発色させることができる。また、出力パワーの合計（ＰｗＡ＋ＰｗＢ＋ＰｗＣ＋ＰｗＤ）を発泡レベルＰｗ２（第２レベル）よりも小さくすることによって、最も濃く表現したい部分のワーク４を発泡させることはない。また、閾値を多く設定し、二値画像の数を増やすことによって、濃淡画像Ｐの濃度の階調が細かく、濃度の変化幅が大きい場合でも、ワーク４を発泡させることなく、視覚によって判別可能なように印字することができる。
【００２８】
また、本実施形態のレーザー印字方法を用いることによって、印字濃度の変化（グラデーション）を調整することができる。従来のレーザー印字方法では、濃淡画像の濃度の変化幅に基づいてレーザー光の出力を変化させながら１回の照射のみで印字を行う写真印字であったため、印字画像全体の濃度を変化させることはできたが、印字濃度の変化の度合いを調整することができなかった。図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ａ）〜（ｃ）に、従来のレーザー印字方法によって印字される印字例を示す。
【００２９】
例えば、図８（ａ）図９（ａ）に示す従来のレーザー印字方法によって印字される印字画像において、薄い部分を濃く表現したい場合、従来のレーザー印字方法では図８（ｂ）図９（ｂ）に示すように、印字濃度の変化の度合いが変わらず、印字される画像全体が濃くなり、元から濃い部分におけるレーザー光の出力パワーが増加するのでワーク４が発泡する可能性がある。また、濃い部分を薄く表現したい場合、図８（ｃ）図９（ｃ）に示すように、印字濃度の変化の度合いが変わらず、印字される画像全体が薄くなり、元から薄い部分におけるレーザー光の出力パワーの低減によって視覚による判別ができなくなる可能性がある。
【００３０】
しかし、本実施形態では、二値画像Ｐａ〜Ｐｄ毎に基づくレーザー光の出力パワーＰｗＡ〜ＰｗＤを個別に調整することによって、印字濃度の変化（グラデーション）の度合いを調整することできる。例えば、薄い部分を濃く表現したい場合は、二値画像Ｐａに基づいて出力条件を設定する際に、レーザー光の出力パワーＰｗＡを視覚判別レベルＰｗ１（第１レベル）よりも大きくすることによって、図１０（ａ）に示すように薄い部分のみを濃く表現することができる。このように、出力パワーの合計を発泡レベルＰｗ２（第２レベル）よりも小さくすることによって、濃い部分が発泡することはない。また、濃い部分を薄く表現したい場合は、出力パワーＰｗＡを視覚判別レベルＰｗ１（第１レベル）と同じ値に設定し、各出力パワーＰｗＢ〜ＰｗＤを小さく設定することによって、印字濃度の変化の度合いが小さくなり、図１０（ｂ）に示すように濃い部分のみを薄く表現することができ、薄い部分も視覚で判別することができる。また、上記の設定以外でも、出力パワーＰｗＡが視覚判別レベルＰｗ１（第１レベル）以上であり、各出力パワーＰｗＡ〜ＰｗＤの合計が発泡レベルＰｗ２（第２レベル）より小さい設定であればよい。
【００３１】
このように、本実施形態のレーザー印字方法では、出力パワーＰｗＡ〜ＰｗＤを個別に調整することができるので、ユーザーが印字濃度の変化の度合いを調整することができる。
【符号の説明】
【００３２】
４ワーク
Ｐａ´ 印字画像
Ｐｂ´ 印字画像
Ｐｃ´ 印字画像
Ｐｄ´ 印字画像

【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃淡画像の濃度に対して設定される異なる複数の閾値を用いて、濃淡画像を二値化した複数の二値画像を生成し、生成された複数の二値画像を１画像ずつ順次選択し、当該選択した二値画像に基づいて、ワークの所定範囲にレーザー光を照射することを特徴とするレーザー印字方法。
【請求項２】
前記順次照射するレーザー光のうち、少なくとも１回のレーザー光の出力は、人間の視覚により判別することができる濃度を印字可能な第１レベル以上であり、順次照射するレーザー光の出力の合計は、ワークが発泡する第２レベルよりも小さいことを特徴とする請求項１記載のレーザー印字方法。
【請求項３】
濃淡画像の濃度に対して異なる複数の閾値を設定する閾値設定手段と、
閾値設定手段が設定した複数の閾値を用いて濃淡画像を二値化し、複数の二値画像を生成する二値画像生成手段と、
生成された複数の二値画像を１画像ずつ順次選択し、当該選択した二値画像に基づいて、ワークの所定範囲にレーザー光を照射するレーザー光照射手段とを備えることを特徴とするレーザー印字装置。

【図２】