凹凸を有する印刷表面への印刷方法および印刷装置
【課題】凹凸を有する印刷表面に印刷を行うに当たり、着色ムラや画像の鮮明さにおいて従来よりも有利な印刷方法および印刷装置を提供すること。
【解決手段】プリンタヘッドによって凹凸ＥＤを有する印刷表面ＰＨに印刷を行う方法であって、プリンタヘッドを、印刷表面ＰＨに接触しない状態で、印刷表面ＰＨに対して相対的に直線的に移動して印刷表面ＰＨの全体をスキャンすることを可能としておき、プリンタヘッドから印刷表面ＰＨまでの距離を複数の高さレベルＴＬ１〜３に区分し、それぞれの高さレベルＴＬ１〜３ごとにスキャンを実行するとともに、それぞれのスキャンごとに、そのスキャンにおける段階レベルに含まれる印刷表面ＰＨの領域ＥＲ１〜３に対してプリンタヘッドによる画像の印刷を行う。
【解決手段】プリンタヘッドによって凹凸ＥＤを有する印刷表面ＰＨに印刷を行う方法であって、プリンタヘッドを、印刷表面ＰＨに接触しない状態で、印刷表面ＰＨに対して相対的に直線的に移動して印刷表面ＰＨの全体をスキャンすることを可能としておき、プリンタヘッドから印刷表面ＰＨまでの距離を複数の高さレベルＴＬ１〜３に区分し、それぞれの高さレベルＴＬ１〜３ごとにスキャンを実行するとともに、それぞれのスキャンごとに、そのスキャンにおける段階レベルに含まれる印刷表面ＰＨの領域ＥＲ１〜３に対してプリンタヘッドによる画像の印刷を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式などのプリンタヘッドによって、凹凸を有する印刷表面に印刷を行う方法および印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、美術品である絵画、彫刻などを三次元レリーフとして複製したものがある。また、人物や風景、または山や谷などの自然の地形の２次元画像に基づいて三次元レリーフを復元したものも知られている。
【０００３】
このような三次元レリーフを自動的に製造する加工システムが提案されている（特許文献１）。つまり、特許文献１によると、デジタルカメラなどによってレリーフのモチーフとなる画像を入力すると、各画素の色調データに基づいて算出された階調データに基づきレリーフの高さを表すＺ座標データが設定され、各画素の二次元位置データＤ（ｘ，ｙ）に基づきレリーフの平面位置を表すＸ−Ｙ座標データが設定される。そして、これらをＸＹＺ座標とする三次元形状データに基づいて工具のカッターパスが算出され、算出されたカッターパスに基づいて、被加工物の表面がＮＣ加工機により研削加工される。
【０００４】
ＮＣ加工機で表面を研削された被加工物をプリンタに移動させた後、その被加工物に対し、画素情報の二次元位置データと対応する位置に、色調データで表された色乃至明るさのインクを噴霧して着色を行う。
【０００５】
しかし、上に述べた特許文献１の加工システムによる場合は、ＮＣ加工機で表面を研削された被加工物に着色を行うに際し、被加工物の表面の凹凸形状を考慮することなく、元の画像の色調データで表される色のインクを被加工物に噴霧するだけであるので、凹凸形状に起因して着色ムラが生じてしまい、画像が忠実でなくなったり不鮮明になったりする。
【０００６】
すなわち、例えば従来のように２次元の平面的なシートに印刷（着色）を行う場合には、例えばインクジェットプリンタのプリンタヘッドを一定速度で走査しながら画像の濃度に応じてインクを吐出すればよいが、表面に凹凸がある場合には、凹凸によって実際の表面積が増大するので、従来と同じように印刷を行った場合には、凹凸の傾斜が急な部分ほどインク量が不足して濃度が低くなる。また、凹凸による高さの低い部分は、プリンタヘッドからの距離が遠くなるため、そのままでは鮮明な画像の印刷が困難である。その結果、画像に濃度ムラができ、元の画像に忠実でなくなりまた不鮮明になる。
【０００７】
また、このように、プリンタヘッドからの距離が異なることによる印刷ムラを減らすための方法として、プリントヘッドの走査の間にプリントヘッドから立体物のプリント面までの距離を各吐出地点毎に測定し、この吐出地点間の間隔に対する測定距離の変位量を求め、これに基づいてインク吐出量を変化させることが提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平９−３１１７０７
【特許文献２】特開平９−１９３３６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上に述べた特許文献２においては、プリントヘッドから立体物のプリント面までの距離に応じてインク吐出量を変化させているが、プリントヘッドを走行させながらインク吐出量を変化させるための制御は容易ではない。しかも、そのような制御を行ったとしても、プリントヘッドの性能の限界などのために制御が正確に行われるとは限らない。そのため、実際には着色ムラや画像の鮮明さにおいて問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、凹凸を有する印刷表面に印刷を行うに当たり、着色ムラや画像の鮮明さにおいて従来よりも有利な印刷方法および印刷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る方法は、プリンタヘッドによって凹凸を有する印刷表面に印刷を行う方法であって、前記プリンタヘッドを、印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動して印刷表面の全体をスキャンすることを可能としておき、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離を複数の段階レベルに区分し、それぞれの段階レベルごとに前記スキャンを実行するとともに、それぞれの前記スキャンごとに、そのスキャンにおける前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域に対して前記プリンタヘッドによる画像の印刷を行う。
【００１１】
好ましくは、前記スキャンごとに、前記プリンタヘッドによる印刷条件をそのスキャンの前記段階レベルに対して最適となるように設定して印刷を行う。
【００１２】
請求項１記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【００１３】
また、前記プリンタヘッドは、インクジェット方式のプリンタヘッドであり、前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドのスキャンの移動速度が遅くなるように制御する。
【００１４】
また、前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドから噴射するインクの速度が速くなるように制御する。
【００１５】
例えば、前記インクの速度を速くするために、前記プリンタヘッドに印加される電圧が高くなるように制御する。
【００１６】
また、前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドから噴射するインクの粒子単位の質量が大きくなるように制御する。
【００１７】
また、それぞれの前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域の境界の近辺においては、当該境界の両側の所定範囲において、それぞれのスキャンにおいて画像の印刷を行って画像を合成する。
【００１８】
また、前記画像の合成に際して、各スキャンにおいて、画像の濃度が領域の外側へいくにしたがって低下するように変化させる。
【００１９】
また、前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域がない場合に、その段階レベルに対応するスキャンを行わないように制御する。
【００２０】
本発明に係る装置は、プリンタヘッドによって凹凸を有する印刷表面に印刷を行う印刷装置であって、前記プリンタヘッドを、印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動させて印刷表面の全体をスキャンさせるスキャン機構と、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離に応じて複数の段階レベルに区分されたそれぞれの段階レベルごとに前記スキャンを実行するように制御するスキャン制御部と、それぞれの前記スキャンごとに、そのスキャンにおける前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域に対して前記プリンタヘッドによって画像の印刷を行う領域画像制御部と、を有してなる。
【００２１】
好ましくは、前記スキャンごとに、前記プリンタヘッドによる印刷条件をそのスキャンの前記段階レベルに対して最適となるように設定する印刷条件制御部を有する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、凹凸を有する印刷表面に印刷を行うに当たり、着色ムラや画像の鮮明さにおいて従来よりも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る第１の実施形態のプリンタ３を含む三次元レリーフ作成装置１の平面図、図２には三次元レリーフ作成装置１の正面図、図３は三次元レリーフ作成装置１の側面図、図４は制御装置１８の機能を示すブロック図である。
【００２４】
図１〜図３において、三次元レリーフ作成装置１は、基台１１、材料載置台１２、走行ガイド１３、彫刻走行フレーム１４、プリンタ走行フレーム１５、彫刻ヘッド１６、プリンタヘッド１７、および制御装置１８などからなっている。
【００２５】
基台１１は、４本の脚部および補強ビームなどからなり、三次元レリーフ作成装置１を床面上に安定して設置するとともに、他の部材を十分な剛性で支持するためのものである。また、適当な高さを有することにより、操作者によるレリーフ材料ＲＺの着脱が容易に行える。
【００２６】
材料載置台１２は、その上面の載置面にレリーフ材料ＲＺを載置し、負圧でレリーフ材料ＲＺを吸着することによりレリーフ材料ＲＺを固定するためのものである。レリーフ材料ＲＺの載置面は、平面視で矩形であり、水平に設けられている。載置面には多数の穴が設けられており、図示しない真空ポンプによってそれらの穴から空気が吸引され、レリーフ材料ＲＺが載置された場合にはその裏面に負圧が作用してレリーフ材料ＲＺが材料載置台１２に吸着して固定されるようになっている。
【００２７】
なお、レリーフ材料ＲＺは、合成樹脂材料、石膏、大理石などからなる板状のものであり、材料載置台１２により吸着される面とは反対側の表面が彫刻ヘッド１６によって彫刻される。彫刻によって表面に凹凸が形成されるが、凹凸が形成された後の表面に、プリンタヘッド１７によって印刷が行われ、これによって彫刻に応じた画像が形成される。
【００２８】
走行ガイド１３は、材料載置台１２の両辺の外側に設けられ、彫刻走行フレーム１４およびプリンタ走行フレーム１５がそれぞれＸ方向に直線状に走行するためのガイドである。
【００２９】
彫刻走行フレーム１４は、それ自身が走行ガイド１３に沿ってＸ方向に走行するが、彫刻ヘッド１６は彫刻走行フレーム１４に沿ってＹ方向に走行する。これによって、彫刻ヘッド１６はＸ方向およびＹ方向に走行可能であり、材料載置台１２に載置されたレリーフ材料ＲＺの表面をスキャン可能となっている。
【００３０】
プリンタ走行フレーム１５は、それ自身が走行ガイド１３に沿ってＸ方向に走行するが、プリンタヘッド１７はプリンタ走行フレーム１５に沿ってＹ方向に走行する。これによって、プリンタヘッド１７はＸ方向およびＹ方向に走行可能であり、材料載置台１２に載置されたレリーフ材料ＲＺの表面をスキャン可能となっている。
【００３１】
このように、彫刻ヘッド１６およびプリンタヘッド１７は、レリーフ材料ＲＺの表面を互いに独立してスキャン可能である。なお、それらの一方がレリーフ材料ＲＺの表面をスキャンしている間は、他方は走行フレームとともに待機スペースＴＰ１，２において待機するよう制御される。
【００３２】
なお、彫刻走行フレーム１４、プリンタ走行フレーム１５、彫刻ヘッド１６、およびプリンタヘッド１７の走行のために、図示しないステップモータまたはサーボモータなどを含んだ公知の駆動装置が用いられ、その走行速度、加速度、停止位置などが制御装置１８によって制御される。
【００３３】
彫刻ヘッド１６は、回転ドリルなどの刃物を備えており、刃物は、Ｚ方向つまりレリーフ材料ＲＺの表面に対して垂直方向に移動することが可能である。刃物のＺ方向の位置は彫刻の内容に対応した距離データに基づき、制御装置１８によって制御される。
【００３４】
プリンタヘッド１７は、ＹＭＣＫの各色に対応する複数のノズルを備え、ノズルからそれぞれの色のインクを噴射してレリーフ材料ＲＺの表面（印刷表面）に画像形成する。プリンタヘッド１７それ自体は、Ｚ方向には移動しない。したがって、プリンタヘッド１７と材料載置台１２の表面との間の距離は一定であり、レリーフ材料ＲＺが載置された場合でもプリンタヘッド１７とレリーフ材料ＲＺとが接触することはないが、レリーフ材料ＲＺに彫刻が施された状態では、プリンタヘッド１７と印刷表面との間の距離が彫刻の形状によって変化する。つまり、プリンタヘッド１７のノズルから噴射されたインクがレリーフ材料ＲＺの表面に到達するまでの距離は、印刷表面の彫刻形状に応じて変化する。
【００３５】
したがって、プリンタヘッド１７は、印刷表面までの距離に応じて種々の制御を行うことが可能となっている。例えば、
（１） プリンタヘッド１７から印刷表面までの距離が大きくなるほどスキャンの移動速度が遅くなるように制御する。
【００３６】
つまり、プリンタヘッド１７はスキャンのために走行しているので、ノズルから噴射されたインクは、印刷表面に到達したときは走行方向に沿ってズレたり拡散したりすることになるが、印刷表面までの距離が遠くなるほどそのズレが大きくなる。そこで、印刷表面までの距離が遠い場合にはプリンタヘッド１７のスキャンの速度を遅くしてインクのズレを少なくする。これによって、画像がぼけるのをできるだけ抑える。
（２） プリンタヘッド１７から印刷表面までの距離が大きくなるほど噴射するインクの速度が速くなるように制御する。
【００３７】
これによって、インクのズレを少なくし、画像がぼけるのをできるだけ抑える。
（３） 噴射するインクの速度を速くするために、プリンタヘッド１７に印加される電圧が高くなるように制御する。つまり、プリンタヘッド１７の圧電素子により高い電圧を印加することによって、インクの噴射速度が速くなる。
（４） プリンタヘッド１７から印刷表面までの距離が大きくなるほど噴射するインクの粒子単位の質量が大きくなるように制御する。例えば、ノズルからインクを連続的に噴射することにより、噴射したインクの水滴粒子がつながって大きくなり、粒子の質量が大きくなる。
【００３８】
このように、三次元レリーフ作成装置１は、１つの材料載置台１２に載置されるレリーフ材料ＲＺの表面に対して、彫刻走行フレーム１４および彫刻ヘッド１６からなる彫刻装置ＴＳと、プリンタ走行フレーム１５およびプリンタヘッド１７からなる印刷装置（プリンタ）ＰＳとが、それぞれ独立してスキャンし、彫刻しまたは印刷することが可能である。したがって、材料載置台１２上に板状のレリーフ材料ＲＺをセットすることによって、その表面に彫刻を施し、さらにその表面に印刷を行って画像を形成することができ、レリーフ材料ＲＺを移動することなく三次元レリーフを作成することができる。
【００３９】
したがって、レリーフ材料ＲＺの位置決めを最初に１回すればよいので、位置合わせが容易であり作業が簡単であるとともに、彫刻と印刷との間で位置ずれが生じることがなく、高精度の三次元レリーフを作成することができる。また、彫刻装置ＴＳの刃物の制御に用いた距離データ（彫刻データ）を、そのまま印刷装置ＰＳにおけるプリンタヘッド１７と印刷表面との距離に応じた制御に用いることができ、制御データの生成が容易でありかつ高精度のものとすることができる。
【００４０】
図４に示すように、制御装置１８は、スキャン機構ＳＫ、スキャン制御部２１、領域画像制御部２２、および印刷条件制御部２３などを備える。
【００４１】
スキャン機構ＳＫは、プリンタヘッド１７を、印刷表面ＰＨに接触しない状態で、印刷表面ＰＨに対して相対的に直線的に移動させて印刷表面ＰＨの全体をスキャンさせる。スキャン機構ＳＫは、上に述べた彫刻走行フレーム１４、プリンタ走行フレーム１５、および、彫刻ヘッド１６とプリンタヘッド１７を移動駆動する部分などによって構成される。
【００４２】
スキャン制御部２１は、プリンタヘッド１７から印刷表面ＰＨまでの距離に応じて複数の高さレベルＴＬに区分されたそれぞれの高さレベルＴＬごとにスキャンを実行するように制御する。
【００４３】
領域画像制御部２２は、それぞれのスキャンごとに、そのスキャンにおける高さレベルＴＬに含まれる印刷表面ＰＨの領域に対して、プリンタヘッド１７によって画像の印刷を行う。
【００４４】
印刷条件制御部２３は、スキャンごとに、プリンタヘッド１７による印刷条件をそのスキャンの高さレベルＴＬに対して最適となるように設定する。
【００４５】
さて、三次元レリーフ作成装置１においては、上に述べたように、印刷装置ＰＳによる印刷を行う際に、プリンタヘッド１７を、レリーフ材料ＲＺの印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動して印刷表面の全体をスキャンすることが可能である。
【００４６】
そして、本実施形態においては、三次元レリーフ作成装置１は、プリンタヘッド１７から印刷表面までの距離を複数の段階レベルに区分し、それぞれの段階レベルごとにスキャンを実行するとともに、それぞれのスキャンごとに、そのスキャンにおける段階レベルに含まれる印刷表面の領域に対して、プリンタヘッド１７による画像の印刷を行う。つまり、画像の全体を、その高さレベルＴＬに応じて分割し、それぞれの画像を１回ごとのスキャンによって印刷する。
【００４７】
次に、三次元レリーフ作成装置１における印刷装置ＰＳによる印刷方法について説明する。
【００４８】
図５は彫刻が施された後のレリーフ材料ＲＺの上面図、図６は図５のレリーフ材料ＲＺの正面図、図７は図６を拡大して示す図、図８はそれぞれのスキャンにおいて印刷を行う領域ＥＲを示す図、図９は領域ＥＲの境界部分における画像の印刷濃度の変化の例を示す図である。
【００４９】
図５〜図８において、レリーフ材料ＲＺには、その表面の中央に彫刻によって円錐台ＥＤが形成されている。円錐台ＥＤが形成されたレリーフ材料ＲＺの全表面に印刷装置ＰＳによって印刷を行う。
【００５０】
図６および図７に示すように、プリンタヘッド１７のノズルの先端からレリーフ材料ＲＺの印刷表面ＰＨの最遠面までの間が、その距離に応じて、３段階の高さレベル（段階レベル）ＴＬ１〜３に区分されている。
【００５１】
つまり、高さレベルＴＬ１は、プリンタヘッド１７のノズルに最も接近した位置ＫＬ１から所定距離だけ離れた位置ＫＬ２までである。高さレベルＴＬ２は、位置ＫＬ２から所定距離だけ離れた位置ＫＬ３までであり、高さレベルＴＬ３は、位置ＫＬ３から最遠面である位置ＫＬ４までである。
【００５２】
３段階の高さレベルＴＬ１〜３に区分したことにより、印刷表面ＰＨは、それぞれの高さレベルＴＬ１〜３に含まれる３種類の領域ＥＲ１〜３に区分される。それぞれの領域ＥＲ１〜３が、図８（Ａ）〜（Ｃ）に斜線で示されている。
【００５３】
つまり、図８（Ａ）に示す領域ＥＲ１は高さレベルＴＬ１の範囲にある領域であり、図８（Ｂ）に示す領域ＥＲ２は高さレベルＴＬ２の範囲にある領域であり、図８（Ｃ）に示す領域ＥＲ３は高さレベルＴＬ３の範囲にある領域である。
【００５４】
なお、これらＴＬ１〜３のそれぞれの範囲（間隙の幅）は、互いに同じでもよく、また互いに異なるものでもよい。また、プリンタヘッド１７のノズルに最も接近した位置ＫＬ１、および最遠面である位置ＫＬ４は、三次元レリーフ作成装置１の構造および印刷装置ＰＳの仕様に応じて種々設定することが可能である。また、本実施形態では３段階の高さレベルＴＬ１〜３に区分したが、２段階、または４段階以上、例えば、８段階、１０段階、１６段階…などであってもよい。
【００５５】
さて、ここでは３段階の高さレベルＴＬ１〜３に区分したので、印刷時におけるプリンタヘッド１７のスキャンは３回行われることとなる。
【００５６】
スキャンの１回目においては、高さレベルＴＬ１に対応する領域ＥＲ１のみに対して画像の印刷を行う。その結果、図８（Ａ）に斜線を付した領域ＥＲ１について印刷が行われる。スキャンの２回目においては、高さレベルＴＬ２に対応する領域ＥＲ２のみに対して画像の印刷を行う。その結果、図８（Ｂ）に斜線を付した領域ＥＲ２について印刷が行われる。スキャンの３回目においては、高さレベルＴＬ３に対応する領域ＥＲ３のみに対して画像の印刷を行う。その結果、図８（Ｃ）に斜線を付した領域ＥＲ３について印刷が行われる。３回のスキャンによって、印刷表面ＰＨの全面についての画像の印刷が完了する。
【００５７】
なお、それぞれのスキャンにおいて印刷される画像は、それぞれの領域ＥＲ１〜３に対応した画像であり、印刷を３回に分けて行うとしても全体の画像の内容が変更される訳ではない。なお、それぞれのスキャンにおいて画像を印刷する際には、そのスキャンでは印刷しない領域ＥＲの画像をマスクしておけばよい。マスクの方法として、画像データをマスクする方法、印刷表面ＰＨ上においてマスクのためのシートを覆い被せる方法などがある。
【００５８】
画像としては、例えば、円錐台ＥＤが例えば地形図における山であった場合には、その山の画像、またはその画像をモディファイした画像である。
【００５９】
そして、スキャンごとに、プリンタヘッド１７による印刷条件をそのスキャンの高さレベルＴＬに対して最適となるように設定して印刷を行う。例えば、それぞれのスキャンごとに、高さレベルＴＬ１〜３に応じて、上の（１）〜（４）に記載したように印刷装置ＰＳを制御する。
【００６０】
例えば、高さレベルＴＬ１では通常の設定で印刷を行い、高さレベルＴＬ２では上の（１）の制御、または（１）と（２）と（３）とを組み合わせた制御を行い、高さレベルＴＬ３では上の（１）の制御、または（１）と（２）と（３）とを組み合わせた制御、または（１）〜（４）を組み合わせた制御を行う。
【００６１】
なお、スキャンを行う順番は、距離の近い領域ＥＲ１から順に、または距離の遠い領域ＥＲ３から順に、またはランダムに行うことでもよい。
【００６２】
また、各スキャンにおいてそれぞれの領域ＥＲに対する印刷を行う場合に、それぞれの領域ＥＲの境界の近辺において、当該境界の両側の所定範囲において、それぞれのスキャンにおいて画像の印刷を行って画像を合成するようにしてもよい。その合成に際して、各スキャンにおいて、画像の濃度が領域の外側へいくにしたがって低下するように変化させればよい。
【００６３】
例えば図９に示すように、領域ＥＲ１および領域ＥＲ２のそれぞれの境界の近辺において、ＹＭＣＫの各色についてそれぞれの画像の濃度を１００％から徐々に低下させていき、他の領域ＥＲ２，１に入った後の近辺において画像の濃度が０％となるように制御する。こうすると、境界の近辺における画像が滑らかに合成され、印刷の繋ぎ目が目立たない。
【００６４】
なお、上の説明では、領域ＥＲの境界の近辺において濃度を徐々に低下させてグラデーション（ぼかし）を入れていったが、これに代えて、色彩を徐々に淡いものに低下させてもよい。
【００６５】
また、画像または彫刻の内容によっては、印刷表面ＰＨに高さレベルＴＬに対応した領域ＥＲがない場合がある。そのような場合には、その高さレベルＴＬに対応するスキャンを行わないように制御することによって、印刷に要する時間を短縮することができる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂについて説明する。
【００６６】
第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂは、基本的には上に述べた第１の実施形態の三次元レリーフ作成装置１と同じ構成と機能を有する。第２の実施形態では、三次元レリーフ作成装置１Ｂによって原画像ＧＦに基づいて彫刻を行って三次元レリーフを作成する方法の例について説明する。
【００６７】
図１０は本発明に係る第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂの全体の構成を示す図、図１１は原画像ＧＦの構成を示す図、図１２は高さ画像ＴＦの構成を示す図、図１３は高さ変化データＨＦの構成を示す図、図１４は原画像ＧＦを区画した領域ＡＲに高さレベルＴＬを設定した例を示す図、図１５はパターンＰＴの例を示す図、図１６はパターンＰＴについての濃淡画像ＮＦの例を示す図、図１７は三次元レリーフ原形ＲＧとプリンタヘッド１７との関係の例を示す図、図１８は三次元レリーフ原形ＲＧとプリンタヘッド１７との関係の例を示す図、図１９は高さ変化データＨＦを説明する図である。
【００６８】
図１０において、三次元レリーフ作成装置１Ｂは、画像処理のためのコンピュータ１１０、制御データ生成部１２１、数値制御方式の彫刻装置ＴＳ、およびインクジェット方式の印刷装置ＰＳなどからなる。
【００６９】
コンピュータ１１０は、ＣＰＵやＤＳＰなどによる処理装置、半導体メモリや磁気ディスクなどの記憶装置、キーボードやマウスなどの入力装置、表示装置、および種々のインタフェース回路などを含んで構成されている。それらによって、ソフトウエア的にまたはハードウエア的に、コンピュータ１１０内に、原画像格納部１１１、高さ画像生成部１１２、高さ画像格納部１１３、高さ変化データ生成部１１４、高さ変化データ格納部１１５、およびデータ出力部１１６が、機能的に形成されている。
【００７０】
原画像格納部１１１は、原画像ＧＦを格納する。なお、原画像ＧＦは画像データであるが、画像データの元になった画像を指すこともある。また、特に視覚可能な画像と画像データとを区別する際には、「原画像データＧＦ」「原画像ＧＦのデータ」「画像データ」などと記載することがある。他の画像についても同様である。
【００７１】
さて、原画像ＧＦとして、人物、動物、建築物、風景など、また、山や谷などの自然の地形の鳥瞰図や航空写真など、種々の画像が用いられる。
【００７２】
原画像ＧＦは、図１１に示すように、Ｘ方向およびＸ方向に直交するＹ方向にマトリックス状に配列された多数の画素ＧＳからなる２次元画像である。各画素ＧＳは、色情報ＣＤを持つ。色情報ＣＤは濃度情報を含む。例えば、各画素ＧＳが、ＲＧＢまたはＣＭＹＫなどで表現されている場合は、各原色の濃度情報によって各画素ＧＳの色、つまり、色相、彩度、および明度が決定される。画素ＧＳは他の表色系のデータによって表現されていてもよい。
【００７３】
このような原画像ＧＦを得るために、それらの実物をデジタルカメラやビデオカメラなどによって撮影してもよい。また、既に撮影された写真や印刷物などをスキャナなどで読み取ってデジタル化してもよい。また、既にデジタル化されて画像データとなった原画像ＧＦを、ＣＤ−ＲＯＭやメモリチップなどの記憶媒体を介して、またはネットワークからダウンロードして取得することも可能である。また、コンピュータ１１０の内部において、種々のアプリケーションを用いて原画像ＧＦを生成してもよい。
【００７４】
なお、原画像ＧＦは、図１１に示すようなビットマップ状のデータとして格納しておいてもよいが、適当な圧縮方法によって圧縮された圧縮データとして格納しておいてもよい。原画像ＧＦは、通常、フルカラー画像であるが、モノクロ画像でもよい。
【００７５】
高さ画像生成部１１２は、原画像ＧＦに基づいて、原画像ＧＦ内の各部の高さを示す高さ画像ＴＦを生成する。生成された高さ画像ＴＦは、高さ画像格納部１１３に格納される。
【００７６】
高さ画像ＴＦは、図１２に示すように、Ｘ方向およびＹ方向にマトリックス状に配列された多数の各画素ＧＳについて、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向のデータである高さデータＴＤを記録したものである。高さ画像ＴＦの画素ＧＳのピッチまたは個数は、原画像ＧＦの画素ＧＳのピッチまたは個数と同じであってもよく、また原画像ＧＦの画素ＧＳを間引いたものであってもよい。
【００７７】
高さデータＴＤとして、例えば、２５６階調（８ビット）、６４階調（６ビット）などのデータが用いられる。高さデータＴＤは、例えば、最も低い位置（例えば背景位置）から最も高い位置までの間における位置を示す。また、高さデータＴＤが、最も低い位置からの距離を直接的に示すようにしてもよい。図１８において、高さデータＴＤは、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＤ４などで示されている。なお、図１８において、高さデータＴＤを、プリンタヘッド１７からの距離ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４で示してもよい。高さデータＴＤは、原画像ＧＦにおいては高さを示すものであるが、プリンタヘッド１７や切削工具からから見れば奥行きまたは深さを示すものとも言えるので、奥行きデータまたは深さデータと言うこともできる。
【００７８】
このような高さ画像ＴＦを得るために、例えば、図１４に示すように、原画像ＧＦを複数の領域ＡＲに区画し、区画された各領域ＡＲに対して高さレベルＴＬを付与する。高さレベルＴＬの付与は、ユーザが手動で行ってもよく、または画像内における領域ＡＲの状態をコンピュータ１１０で認識させることにより自動で行ってもよい。
【００７９】
図１４に示す例では、高さレベルＴＬは、例えば１〜１０の１０段階に設定されており、領域ＡＲ１〜５には、高さレベルＴＬとして、それぞれ「３」「１」「２」「４」「６」が設定されている。この場合に、高さレベルＴＬは、その領域ＡＲにおける最大の高さを規定するものであり、「１」が最も高く、「１０」が最も低い。したがって、例えば、背景領域（背景部、背景位置）は、高さレベルＴＬが「１０」である。
【００８０】
なお、高さレベルＴＬの段階の個数、高さレベルＴＬとして付与する符号または記号、それら符号または記号に与える意味付けなどは、種々のものを採用することができる。
【００８１】
また、領域ＡＲの区画に仕方については、輪郭線を領域ＡＲの境界線として設定し、また濃度や色が大きく変化している部分を領域ＡＲの境界線として設定する。また、ユーザによって手動で区画してもよい。
【００８２】
各領域ＡＲにおいて付与された高さレベルＴＬに応じて、各領域ＡＲ内における各部（各画素ＧＳ）の高さを決定する。
【００８３】
その場合に、例えば、図１５に示すように、高さレベルＴＬが付与された領域ＡＲにおける高さデータＴＤの生成のパターンに関して複数のパターンＰＴ１〜６を予め登録しておく。そして、それぞれの領域ＡＲについて、登録された複数のパターンＰＴ１〜６の中から、ユーザにより手動でまたは自動的に、１つのパターンＰＴを選択する。選択されたパターンＰＴに基づいて、各部（各画素ＧＳ）の高さを決定する。
【００８４】
例えば、図１５のパターンＰＴ１が選択された場合は、その領域ＡＲにおける中央位置を高さレベルＴＬで指定される最大の高さとし、その周辺に向かうにしたがって、パターンＰＴ１で示されるように円弧状に高さが低下していく。また、図１５のパターンＰＴ２が選択された場合は、その領域ＡＲの中央位置から周辺に向かうにしたがってパターンＰＴ２で示されるように直線状に高さが低下していく。また、図１５のパターンＰＴ６が選択された場合は、その領域ＡＲの中央位置は平であり、周辺において直線状に高さが低下していく。
【００８５】
ところで、本実施形態において、高さ画像ＴＦは、各部の高さをグレースケールを用いて示す濃淡画像である。例えば、上に述べた図１５のパターンＰＴ６について、その濃淡画像の例が図１６に示されている。
【００８６】
すなわち、図１６において、パターンＰＴ６（図１６Ｃ）に対応する濃淡画像ＮＦ（図１６Ｂ）およびグレースケールＧＳ（図１６Ａ）が示されている。最も高い位置は白、最も低い位置は黒、その中間の高さは高さに応じたグレーとなっている。つまり、濃淡画像ＮＦは、背景部からの高さが高い部分ほど濃度が低くなっている。図１６のパターンＰＴ６では、１０段階であるが、実際には、例えば６４段階、２５６段階などとすればよい。
【００８７】
図１６において、最も高い位置は高さレベルＴＬが「１」に対応し、最も低い位置は高さレベルＴＬが「１０」に対応する。しかし、パターンＰＴの高さは、相対的なものであり、パターンＰＴの最も高い位置と最も低い位置とが指定された任意の高さ位置となるように合わせられる。つまり、高さレベルＴＬが例えば「３」の領域ＡＲについてパターンＰＴ６を適用する場合に、パターンＰＴ６の最も高い位置の白の部分が高さレベル「３」となり、かつ、パターンＰＴ６の最も低い位置の黒の部分がその領域ＡＲの周縁部の高さレベルとなる。
【００８８】
なお、図１６においては、高さをグレースケールＧＳで示しているが、各部の高さを互いに異なる色相によって示してもよい。例えば、最も高い位置を茶、最も低い位置を青、その中間の高さを緑とし、高さに応じてそれぞれの色の濃淡が変化するようにする。
【００８９】
なお、図１６に示す濃淡画像ＮＦから分かるように、濃淡画像ＮＦのＺ軸に沿った断面はどの位置でも同じではない。つまり、図１５に示す種々のパターンＰＴについて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のサイズの比は種々のものが存在する。
【００９０】
ここで、各領域ＡＲにおいて、高さレベルＴＬとパターンＰＴが設定された後で、各画素ＧＳにどのような高さデータＴＤが割り当てられるかについて、その例を説明する。
【００９１】
すなわち、例えば、高さレベルＴＬが「３」と設定され、パターンＰＴ６が選択された場合には、パターンＰＴ６の最も高い位置が高さレベル「３」となり、最も低い位置がその領域ＡＲの周縁部の高さレベルとなる。パターンＰＴ６の周辺が領域ＡＲの周縁部と一致するように相似変形される。その結果、高さレベルＴＬが例えば１０段階である場合に、パターンＰＴ６の最も高い位置が最大高さの１０分の３の高さとなり、そこから最も低い位置まで、パターンＰＴ６の変化と比例するように、各画素ＧＳに高さデータＴＤが割り当てられる。そして、その領域ＡＲについて、割り当てられた高さデータＴＤが、濃淡画像として、例えば表示装置の画面や印刷された用紙に表示される。ユーザは、その濃淡画像を見て、必要に応じて濃淡画像を修正する。例えば、ある部分と他の部分との遠近の関係、ある部分の凹凸状態、ある部分の立体形状などについて、原画像ＧＦの内容に合うように修正する。
【００９２】
さて次に、高さ変化データ生成部１４は、高さ画像ＴＦに基づいて、各部についての原画像ＧＦの単位長さＬＸ当たりの高さの変化分ＬＺを示す高さ変化データＨＦを生成する（図１９を参照）。生成された高さ変化データＨＦは、高さ変化データ格納部１１５に格納される。
【００９３】
高さ変化データＨＦは、図１３に示すように、Ｘ方向およびＹ方向にマトリックス状に配列された多数の各画素ＧＳについて、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向のデータの変化量である傾斜データＫＤを記録したものである。高さ変化データＨＦの画素ＧＳのピッチまたは個数は、高さ画像ＴＦの画素ＧＳのピッチまたは個数と同じであってもよく、また高さ画像ＴＦの画素ＧＳを間引いたものであってもよい。
【００９４】
傾斜データＫＤとして、例えば、２５６階調（８ビット）、６４階調（６ビット）などのデータが用いられる。傾斜データＫＤは、例えば、水平な面の傾斜角を０度とし、高さ画像ＴＦに基づいて各画素ＧＳの位置において得られる面の水平な面からの傾斜角θの絶対値を示すようにしてもよい。この場合には、傾斜データＫＤは、０〜９０度を示すことになる。図１８において、傾斜データＫＤは、θ１、θ２、θ３、θ４などで示されている。また、傾斜データＫＤとして、どの方向に傾斜しているかを示すデータを付加してもよい。
【００９５】
このような高さ変化データＨＦを得るためには、例えば次のようにすればよい。
【００９６】
すなわち、ある画素ＧＳを注目画素ＧＳＴとし、注目画素ＧＳＴについて、その高さデータＴＤとその周囲の８個の画素ＧＳの高さデータＴＤとの差をそれぞれ求め、差の最大値をその注目画素ＧＳＴの傾斜データＫＤとする。またはそれを必要に応じて規格化する。
【００９７】
また、注目画素ＧＳＴについて、その周囲の８個の画素ＧＳの高さデータＴＤの間における差の最大値を求め、それを注目画素ＧＳＴの傾斜データＫＤとする。必要に応じて規格化する。このようにして全ての画素ＧＳについての傾斜データＫＤを得る。
【００９８】
また、例えば、隣接する３×３個つまり９個の画素ＧＳからなる面の傾斜を求め、それを９個の画素ＧＳについての傾斜データＫＤとする。これを、２×２個、４×４個などとしてもよい。
【００９９】
データ出力部１６は、三次元レリーフ原形において高さ画像ＴＦで示される高さに応じた凹凸を形成するために、高さ画像ＴＦを数値制御加工装置２２の制御のために出力する。データ出力部１６は、データの入出力のための適当なインタフェースであってもよい。また、適当な記録媒体に対してデータの書き込みを行うための媒体ドライブ装置であってもよい。
【０１００】
制御データ生成部１２１は、データ出力部１１６から出力された高さ画像ＴＦに基づいて、彫刻装置ＴＳを制御するための制御データを生成する。なお、そのような制御データを生成するに際して、原画像ＧＦのデータをも用いてもよい。また、制御データの生成をコンピュータ１１０の内部で行い、制御データを適当なインタフェースを介して彫刻装置ＴＳに出力するようにしてもよい。
【０１０１】
彫刻装置（ルーター）ＴＳは、制御データに基づいて、レリーフ材料ＲＺに対して加工を施し、原画像ＧＦについての三次元レリーフ原形ＲＧを作成する。彫刻装置ＴＳとして、種々のＮＣ旋盤、マシニングセンター、レーザ加工機、サンドブラスト、ルーターなどと同様の機構を用いることが可能である。なお、レリーフ材料ＲＺには、材木、石膏、合成樹脂、または金属など、種々の材料が用いられ、また、その形状として、直方体状、板状、円柱状、各柱状、球状など、種々の形状のものが用いられる。三次元レリーフ原形ＲＧは、レリーフ材料ＲＺに加工を施したものであるから、加工された表面は、通常、レリーフ材料ＲＺと同じ色である。
【０１０２】
印刷装置ＰＳは、三次元レリーフ原形ＲＧに対して三次元レリーフ原形ＲＧの表面に、原画像ＧＦに基づく画像印刷を行うことによって着色を行う。印刷装置ＰＳは、例えば、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のインクを保持し、原画像ＧＦの色データに応じて、高速でパルス状に微量のそれぞれのインクを噴射し、三次元レリーフ原形ＲＧの凹凸の表面にフルカラーの画像を生成する。印刷装置ＰＳの基本的な機能としては、上に述べた特許文献２の装置を始めとして、従来から存在する種々の公知のインクジェットプリンタの機能を備えることができる。
【０１０３】
さて、第２の実施形態の印刷装置ＰＳには、制御装置１８Ｂが設けられている。
【０１０４】
制御装置１８Ｂは、印刷装置ＰＳに対して、高さ変化データＨＦに基づいて、原画像ＧＦの濃度が均一であると仮定した場合に三次元レリーフ原形ＲＧの表面における濃度が均一となるようにインクの吐出量の制御を行う。
【０１０５】
すなわち、三次元レリーフ原形ＲＧの表面に凹凸があることによって、プリンタヘッド１７の主走査方向（Ｘ方向）の直線移動距離に対して、それに沿った三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離の方が長くなる。背景技術の項でも説明したように、インクによる着色ムラまたは印刷ムラを低減して鮮明な画像を得るために、この距離の相違を修正する必要がある。制御装置１８Ｂにおいては、着色ムラがなくなるように濃度制御を行う。しかも、その濃度制御のために、彫刻装置ＴＳの制御に用いた高さ画像ＴＦをここでも用いる。
【０１０６】
プリンタヘッド１７の主走査方向の直線移動距離は、印刷装置ＰＳの設計値によって決まる。例えば、図１７に示す距離Ｌ１が直線移動距離である。これに対して、三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離は、図１７に示す三次元レリーフ原形ＲＧの表面凹凸ＨＴ（印刷表面ＰＨ）に沿った長さＬ２である。三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離は、例えば彫刻装置ＴＳの工具先端の移動距離であり、高さ画像ＴＦから、または高さ画像ＴＦに基づいて生成した制御データから読み取ることができる。また、濃度制御のために、高さ変化データＨＦを用いてもよい。例えば、高さ変化データＨＦの大きさに応じてプリンタヘッド１７による濃度が高くなるように制御すればよい。
【０１０７】
さて、濃度制御において、高さ変化データＨＦの大きい部分または画素ＧＳにおいて、より多くのインクが吐出されるように制御する。
【０１０８】
そのための方法として、例えば次の方法がある。
（１）プリンタヘッド１７の走行速度は一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じてインクの噴射一回当たりの吐出量を制御する。その場合に、例えば、プリンタヘッド１７に印加する電圧を制御する。つまり高さ変化データＨＦが大きい場合に、プリンタヘッド１７に印加する電圧を高くして吐出量を多くする。一回当たりの吐出量を多くすると、インクの吐出速度が速くなるので、三次元レリーフ原形ＲＧの表面にインクが速く到達し、そのため印刷位置の誤差が低減して画像の鮮明度の低下が抑えられる。
（２）プリンタヘッド１７の走行速度は一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じて単位時間当たりのインクの吐出回数を制御する。単位時間当たりのインクの吐出回数をふ増やすと、例えば、複数回のインクの噴射されたインク滴が連続するとともに、僅かな間隔で次のインクが噴射されるので、先に噴射されたインク滴に後で噴射されたインク滴が追いついて合体することが生じる。これによっても、インクの吐出速度が速くなりまたはインク滴の質量が大きくなり、インク的によるスポットの精度が高くなって印刷位置の誤差が低減し、画像の鮮明度の低下が抑えられる。
（３）プリンタヘッド１７によるインクの噴射一回当たりの吐出量および単位時間当たりのインクの吐出回数を一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じてプリンタヘッド１７の移動速度を制御する。この場合に、プリンタヘッド１７の三次元レリーフ原形ＲＧの表面に沿った移動速度が均一となるように制御する。
【０１０９】
このように濃度制御を行うことによって、図１８に示す傾斜角θの大きな部分においてより多くのインクが付着することとなり、その結果、三次元レリーフ原形ＲＧの表面凹凸ＨＴの全体について、画像濃度が同じであると仮定した場合の単位面積当たりのインクの付着量が均一となる。
【０１１０】
なお、図１８において、三次元レリーフ原形ＲＧの背景部分については、プリンタヘッドＰＨからの距離が大きくなり、プリンタヘッドＰＨからのインクが周辺に拡がり易いが、インクの初速を速くしたりインク滴の質量を大きくすることによってある程度補うことができる。
【０１１１】
なお、印刷装置ＰＳにおいては、制御装置１８Ｂによる制御のために必要な機構および回路が設けられている。また、制御装置１８Ｂにおける制御のための処理はコンピュータ１１０において行い、印刷装置ＰＳにおいてはそれを実行するだけにしてもよい。
【０１１２】
次に、三次元レリーフ作成装置１Ｂの全体的な動作について、フローチャートを参照して説明する。
【０１１３】
図２０は三次元レリーフ作成装置１Ｂの全体の動作の流れを示すフローチャート、図２１は高さ画像作成処理の手順を示すフローチャート、図２２は加工処理の手順を示すフローチャート、図２３は印刷処理の手順を示すフローチャートである。
【０１１４】
図２０において、原画像ＧＦを取得し（＃１）、原画像ＧＦに基づいて高さ画像ＴＦを生成する（＃２）。高さ画像ＴＦに基づく制御データを用いて彫刻装置ＴＳを制御し、レリーフ材料ＲＺを加工して三次元レリーフ原形ＲＧを作成する（＃３）。高さ画像ＴＦに基づくデータである高さ変化データＨＦまたは高さデータＴＤを用いて印刷装置ＰＳを制御し、三次元レリーフ原形ＲＧに印刷を行って着色する（＃４）。
【０１１５】
図２１において、高さ画像作成処理においては、原画像ＧＦを領域ＡＲに区画し、区画されたそれぞれの領域ＡＲに対して高さレベルＴＬを付与する（＃１１）。このとき、それぞれの領域ＡＲについて適用すべきパターンＰＴを指定する。それぞれの領域ＡＲについて濃淡画像を生成し、それを表示する（＃１２）。ユーザは、濃淡画像に対し、必要に応じて修正を行う（＃１３）。そのようにして得られた濃淡画像は、高さ画像ＴＦを示すことになる。または、得られた濃淡画像を階調データに変換して高さ画像ＴＦとする（＃１４）。
【０１１６】
図２２において、高さ画像ＴＦを制御用データとして出力する（＃２１）。高さ画像ＴＦに基づいて、制御データを生成する（＃２２）。制御データを用いて彫刻装置ＴＳを運転し、レリーフ材料ＲＺを加工して三次元レリーフ原形ＲＧを作成する（＃２３）。
【０１１７】
図２３において、プリンタヘッド１７から印刷表面ＰＨまでの距離を複数の高さレベルＴＬに区分する（＃３１）。１つの高さレベルＴＬについてスキャンを実行し、それに対応する領域ＥＲに対して対応する画像を印刷する（＃３２）。その際に、上に述べたように、プリンタヘッド１７による印刷条件をそのスキャンの高さレベルＴＬに対して最適となるように設定して印刷を行う。印刷表面ＰＨの全ての領域ＥＲに印刷が行われるまでスキャンを行い、印刷表面ＰＨの全ての領域ＥＲに印刷が行われると終了する（＃３３）。これによって三次元レリーフＲＲが完成する。
【０１１８】
第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂによると、高さ画像ＴＦに基づく数値制御を行ってレリーフ材料ＲＺに対して加工を施して三次元レリーフ原形ＲＧを作成するとともに、三次元レリーフ原形ＲＧに対して、高さ画像ＴＦに基づく濃度制御を行いながら、原画像ＧＦに基づく画像印刷を行うことによって着色を行うので、濃度制御が正確に行われ、着色ムラや画像の鮮明さが従来よりも良好である。濃度制御のための制御データを別途作成する必要がない。これらのことから、印刷速度をあげることができて、原画像ＧＦにより忠実な三次元レリーフを早く作成することができる。
【０１１９】
上に述べた実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂにおいて、パターンＰＴ１〜６の個数はもっと多くても少なくてもよい。パターンＰＴを種々変形するようにしてもよい。パターンＰＴを用いることなく各画素ＧＳの高さを決定してもよい。
【０１２０】
第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂにおいては、原画像ＧＦを区画した各領域ＡＲに対して高さレベルＴＬを付与したが、ここで付与した高さレベルＴＬを、印刷装置ＰＳにおける各スキャンの際の高さレベルＴＬとして用いて制御を行ってもよい。
【０１２１】
第２の実施形態において、彫刻装置ＴＳと印刷装置ＰＳとを一体化したものを用いてもよい。
【０１２２】
第１の実施形態においては、彫刻装置ＴＳと印刷装置ＰＳとが一体化された三次元レリーフ作成装置１を用いたが、それぞれ別体で構成されたものを用いてもよい。
【０１２３】
上の実施形態において、彫刻走行フレーム１４、プリンタ走行フレーム１５、彫刻ヘッド１６、およびプリンタヘッド１７の走行のための装置または機構として、上に述べた以外の種々の公知のものを採用することが可能である。
【０１２４】
その他、印刷装置ＰＳ、彫刻装置ＴＳ、制御装置１８，１８Ｂ、コンピュータ１１０、または三次元レリーフ作成装置１，１Ｂの全体または各部の構成、形状、寸法、個数、材質、画像の内容、制御装置１８，１８Ｂおよびコンピュータ１１０における処理内容、処理順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】第１の実施形態の三次元レリーフ作成装置の平面図である。
【図２】三次元レリーフ作成装置の正面図である。
【図３】三次元レリーフ作成装置の側面図である。
【図４】制御装置の機能を示すブロック図である。
【図５】彫刻が施された後のレリーフ材料の上面図である。
【図６】図５のレリーフ材料の正面図である。
【図７】図６を拡大して示す図である。
【図８】それぞれのスキャンにおいて印刷を行う領域を示す図である。
【図９】領域の境界部分における画像濃度の変化を示す図である。
【図１０】第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置の全体の構成を示す図である。
【図１１】原画像の構成を示す図である。
【図１２】高さ画像の構成を示す図である。
【図１３】高さ変化データの構成を示す図である。
【図１４】原画像を区画した領域に高さレベルを設定した例を示す図である。
【図１５】パターンの例を示す図である。
【図１６】パターンについての濃淡画像の例を示す図である。
【図１７】三次元レリーフ原形とプリンタヘッドとの関係の例を示す図である。
【図１８】三次元レリーフ原形とプリンタヘッドとの関係の例を示す図である。
【図１９】高さ変化データを説明する図である。
【図２０】三次元レリーフ作成装置の全体の動作の流れを示すフローチャートである。
【図２１】高さ画像作成処理の手順を示すフローチャートである。
【図２２】加工処理の手順を示すフローチャートである。
【図２３】印刷処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２６】
１，１Ｂ 三次元レリーフ作成装置
ＰＳ 印刷装置
ＴＳ 彫刻装置
ＳＫ スキャン機構
１７ プリンタヘッド
１８，１８Ｂ 制御装置
２１ スキャン制御部
２２ 領域画像制御部
２３ 印刷条件制御部
ＴＦ 高さ画像
ＴＬ 高さレベル
ＰＨ 印刷表面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式などのプリンタヘッドによって、凹凸を有する印刷表面に印刷を行う方法および印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、美術品である絵画、彫刻などを三次元レリーフとして複製したものがある。また、人物や風景、または山や谷などの自然の地形の２次元画像に基づいて三次元レリーフを復元したものも知られている。
【０００３】
このような三次元レリーフを自動的に製造する加工システムが提案されている（特許文献１）。つまり、特許文献１によると、デジタルカメラなどによってレリーフのモチーフとなる画像を入力すると、各画素の色調データに基づいて算出された階調データに基づきレリーフの高さを表すＺ座標データが設定され、各画素の二次元位置データＤ（ｘ，ｙ）に基づきレリーフの平面位置を表すＸ−Ｙ座標データが設定される。そして、これらをＸＹＺ座標とする三次元形状データに基づいて工具のカッターパスが算出され、算出されたカッターパスに基づいて、被加工物の表面がＮＣ加工機により研削加工される。
【０００４】
ＮＣ加工機で表面を研削された被加工物をプリンタに移動させた後、その被加工物に対し、画素情報の二次元位置データと対応する位置に、色調データで表された色乃至明るさのインクを噴霧して着色を行う。
【０００５】
しかし、上に述べた特許文献１の加工システムによる場合は、ＮＣ加工機で表面を研削された被加工物に着色を行うに際し、被加工物の表面の凹凸形状を考慮することなく、元の画像の色調データで表される色のインクを被加工物に噴霧するだけであるので、凹凸形状に起因して着色ムラが生じてしまい、画像が忠実でなくなったり不鮮明になったりする。
【０００６】
すなわち、例えば従来のように２次元の平面的なシートに印刷（着色）を行う場合には、例えばインクジェットプリンタのプリンタヘッドを一定速度で走査しながら画像の濃度に応じてインクを吐出すればよいが、表面に凹凸がある場合には、凹凸によって実際の表面積が増大するので、従来と同じように印刷を行った場合には、凹凸の傾斜が急な部分ほどインク量が不足して濃度が低くなる。また、凹凸による高さの低い部分は、プリンタヘッドからの距離が遠くなるため、そのままでは鮮明な画像の印刷が困難である。その結果、画像に濃度ムラができ、元の画像に忠実でなくなりまた不鮮明になる。
【０００７】
また、このように、プリンタヘッドからの距離が異なることによる印刷ムラを減らすための方法として、プリントヘッドの走査の間にプリントヘッドから立体物のプリント面までの距離を各吐出地点毎に測定し、この吐出地点間の間隔に対する測定距離の変位量を求め、これに基づいてインク吐出量を変化させることが提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平９−３１１７０７
【特許文献２】特開平９−１９３３６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上に述べた特許文献２においては、プリントヘッドから立体物のプリント面までの距離に応じてインク吐出量を変化させているが、プリントヘッドを走行させながらインク吐出量を変化させるための制御は容易ではない。しかも、そのような制御を行ったとしても、プリントヘッドの性能の限界などのために制御が正確に行われるとは限らない。そのため、実際には着色ムラや画像の鮮明さにおいて問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、凹凸を有する印刷表面に印刷を行うに当たり、着色ムラや画像の鮮明さにおいて従来よりも有利な印刷方法および印刷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る方法は、プリンタヘッドによって凹凸を有する印刷表面に印刷を行う方法であって、前記プリンタヘッドを、印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動して印刷表面の全体をスキャンすることを可能としておき、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離を複数の段階レベルに区分し、それぞれの段階レベルごとに前記スキャンを実行するとともに、それぞれの前記スキャンごとに、そのスキャンにおける前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域に対して前記プリンタヘッドによる画像の印刷を行う。
【００１１】
好ましくは、前記スキャンごとに、前記プリンタヘッドによる印刷条件をそのスキャンの前記段階レベルに対して最適となるように設定して印刷を行う。
【００１２】
請求項１記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【００１３】
また、前記プリンタヘッドは、インクジェット方式のプリンタヘッドであり、前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドのスキャンの移動速度が遅くなるように制御する。
【００１４】
また、前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドから噴射するインクの速度が速くなるように制御する。
【００１５】
例えば、前記インクの速度を速くするために、前記プリンタヘッドに印加される電圧が高くなるように制御する。
【００１６】
また、前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドから噴射するインクの粒子単位の質量が大きくなるように制御する。
【００１７】
また、それぞれの前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域の境界の近辺においては、当該境界の両側の所定範囲において、それぞれのスキャンにおいて画像の印刷を行って画像を合成する。
【００１８】
また、前記画像の合成に際して、各スキャンにおいて、画像の濃度が領域の外側へいくにしたがって低下するように変化させる。
【００１９】
また、前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域がない場合に、その段階レベルに対応するスキャンを行わないように制御する。
【００２０】
本発明に係る装置は、プリンタヘッドによって凹凸を有する印刷表面に印刷を行う印刷装置であって、前記プリンタヘッドを、印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動させて印刷表面の全体をスキャンさせるスキャン機構と、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離に応じて複数の段階レベルに区分されたそれぞれの段階レベルごとに前記スキャンを実行するように制御するスキャン制御部と、それぞれの前記スキャンごとに、そのスキャンにおける前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域に対して前記プリンタヘッドによって画像の印刷を行う領域画像制御部と、を有してなる。
【００２１】
好ましくは、前記スキャンごとに、前記プリンタヘッドによる印刷条件をそのスキャンの前記段階レベルに対して最適となるように設定する印刷条件制御部を有する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、凹凸を有する印刷表面に印刷を行うに当たり、着色ムラや画像の鮮明さにおいて従来よりも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係る第１の実施形態のプリンタ３を含む三次元レリーフ作成装置１の平面図、図２には三次元レリーフ作成装置１の正面図、図３は三次元レリーフ作成装置１の側面図、図４は制御装置１８の機能を示すブロック図である。
【００２４】
図１〜図３において、三次元レリーフ作成装置１は、基台１１、材料載置台１２、走行ガイド１３、彫刻走行フレーム１４、プリンタ走行フレーム１５、彫刻ヘッド１６、プリンタヘッド１７、および制御装置１８などからなっている。
【００２５】
基台１１は、４本の脚部および補強ビームなどからなり、三次元レリーフ作成装置１を床面上に安定して設置するとともに、他の部材を十分な剛性で支持するためのものである。また、適当な高さを有することにより、操作者によるレリーフ材料ＲＺの着脱が容易に行える。
【００２６】
材料載置台１２は、その上面の載置面にレリーフ材料ＲＺを載置し、負圧でレリーフ材料ＲＺを吸着することによりレリーフ材料ＲＺを固定するためのものである。レリーフ材料ＲＺの載置面は、平面視で矩形であり、水平に設けられている。載置面には多数の穴が設けられており、図示しない真空ポンプによってそれらの穴から空気が吸引され、レリーフ材料ＲＺが載置された場合にはその裏面に負圧が作用してレリーフ材料ＲＺが材料載置台１２に吸着して固定されるようになっている。
【００２７】
なお、レリーフ材料ＲＺは、合成樹脂材料、石膏、大理石などからなる板状のものであり、材料載置台１２により吸着される面とは反対側の表面が彫刻ヘッド１６によって彫刻される。彫刻によって表面に凹凸が形成されるが、凹凸が形成された後の表面に、プリンタヘッド１７によって印刷が行われ、これによって彫刻に応じた画像が形成される。
【００２８】
走行ガイド１３は、材料載置台１２の両辺の外側に設けられ、彫刻走行フレーム１４およびプリンタ走行フレーム１５がそれぞれＸ方向に直線状に走行するためのガイドである。
【００２９】
彫刻走行フレーム１４は、それ自身が走行ガイド１３に沿ってＸ方向に走行するが、彫刻ヘッド１６は彫刻走行フレーム１４に沿ってＹ方向に走行する。これによって、彫刻ヘッド１６はＸ方向およびＹ方向に走行可能であり、材料載置台１２に載置されたレリーフ材料ＲＺの表面をスキャン可能となっている。
【００３０】
プリンタ走行フレーム１５は、それ自身が走行ガイド１３に沿ってＸ方向に走行するが、プリンタヘッド１７はプリンタ走行フレーム１５に沿ってＹ方向に走行する。これによって、プリンタヘッド１７はＸ方向およびＹ方向に走行可能であり、材料載置台１２に載置されたレリーフ材料ＲＺの表面をスキャン可能となっている。
【００３１】
このように、彫刻ヘッド１６およびプリンタヘッド１７は、レリーフ材料ＲＺの表面を互いに独立してスキャン可能である。なお、それらの一方がレリーフ材料ＲＺの表面をスキャンしている間は、他方は走行フレームとともに待機スペースＴＰ１，２において待機するよう制御される。
【００３２】
なお、彫刻走行フレーム１４、プリンタ走行フレーム１５、彫刻ヘッド１６、およびプリンタヘッド１７の走行のために、図示しないステップモータまたはサーボモータなどを含んだ公知の駆動装置が用いられ、その走行速度、加速度、停止位置などが制御装置１８によって制御される。
【００３３】
彫刻ヘッド１６は、回転ドリルなどの刃物を備えており、刃物は、Ｚ方向つまりレリーフ材料ＲＺの表面に対して垂直方向に移動することが可能である。刃物のＺ方向の位置は彫刻の内容に対応した距離データに基づき、制御装置１８によって制御される。
【００３４】
プリンタヘッド１７は、ＹＭＣＫの各色に対応する複数のノズルを備え、ノズルからそれぞれの色のインクを噴射してレリーフ材料ＲＺの表面（印刷表面）に画像形成する。プリンタヘッド１７それ自体は、Ｚ方向には移動しない。したがって、プリンタヘッド１７と材料載置台１２の表面との間の距離は一定であり、レリーフ材料ＲＺが載置された場合でもプリンタヘッド１７とレリーフ材料ＲＺとが接触することはないが、レリーフ材料ＲＺに彫刻が施された状態では、プリンタヘッド１７と印刷表面との間の距離が彫刻の形状によって変化する。つまり、プリンタヘッド１７のノズルから噴射されたインクがレリーフ材料ＲＺの表面に到達するまでの距離は、印刷表面の彫刻形状に応じて変化する。
【００３５】
したがって、プリンタヘッド１７は、印刷表面までの距離に応じて種々の制御を行うことが可能となっている。例えば、
（１） プリンタヘッド１７から印刷表面までの距離が大きくなるほどスキャンの移動速度が遅くなるように制御する。
【００３６】
つまり、プリンタヘッド１７はスキャンのために走行しているので、ノズルから噴射されたインクは、印刷表面に到達したときは走行方向に沿ってズレたり拡散したりすることになるが、印刷表面までの距離が遠くなるほどそのズレが大きくなる。そこで、印刷表面までの距離が遠い場合にはプリンタヘッド１７のスキャンの速度を遅くしてインクのズレを少なくする。これによって、画像がぼけるのをできるだけ抑える。
（２） プリンタヘッド１７から印刷表面までの距離が大きくなるほど噴射するインクの速度が速くなるように制御する。
【００３７】
これによって、インクのズレを少なくし、画像がぼけるのをできるだけ抑える。
（３） 噴射するインクの速度を速くするために、プリンタヘッド１７に印加される電圧が高くなるように制御する。つまり、プリンタヘッド１７の圧電素子により高い電圧を印加することによって、インクの噴射速度が速くなる。
（４） プリンタヘッド１７から印刷表面までの距離が大きくなるほど噴射するインクの粒子単位の質量が大きくなるように制御する。例えば、ノズルからインクを連続的に噴射することにより、噴射したインクの水滴粒子がつながって大きくなり、粒子の質量が大きくなる。
【００３８】
このように、三次元レリーフ作成装置１は、１つの材料載置台１２に載置されるレリーフ材料ＲＺの表面に対して、彫刻走行フレーム１４および彫刻ヘッド１６からなる彫刻装置ＴＳと、プリンタ走行フレーム１５およびプリンタヘッド１７からなる印刷装置（プリンタ）ＰＳとが、それぞれ独立してスキャンし、彫刻しまたは印刷することが可能である。したがって、材料載置台１２上に板状のレリーフ材料ＲＺをセットすることによって、その表面に彫刻を施し、さらにその表面に印刷を行って画像を形成することができ、レリーフ材料ＲＺを移動することなく三次元レリーフを作成することができる。
【００３９】
したがって、レリーフ材料ＲＺの位置決めを最初に１回すればよいので、位置合わせが容易であり作業が簡単であるとともに、彫刻と印刷との間で位置ずれが生じることがなく、高精度の三次元レリーフを作成することができる。また、彫刻装置ＴＳの刃物の制御に用いた距離データ（彫刻データ）を、そのまま印刷装置ＰＳにおけるプリンタヘッド１７と印刷表面との距離に応じた制御に用いることができ、制御データの生成が容易でありかつ高精度のものとすることができる。
【００４０】
図４に示すように、制御装置１８は、スキャン機構ＳＫ、スキャン制御部２１、領域画像制御部２２、および印刷条件制御部２３などを備える。
【００４１】
スキャン機構ＳＫは、プリンタヘッド１７を、印刷表面ＰＨに接触しない状態で、印刷表面ＰＨに対して相対的に直線的に移動させて印刷表面ＰＨの全体をスキャンさせる。スキャン機構ＳＫは、上に述べた彫刻走行フレーム１４、プリンタ走行フレーム１５、および、彫刻ヘッド１６とプリンタヘッド１７を移動駆動する部分などによって構成される。
【００４２】
スキャン制御部２１は、プリンタヘッド１７から印刷表面ＰＨまでの距離に応じて複数の高さレベルＴＬに区分されたそれぞれの高さレベルＴＬごとにスキャンを実行するように制御する。
【００４３】
領域画像制御部２２は、それぞれのスキャンごとに、そのスキャンにおける高さレベルＴＬに含まれる印刷表面ＰＨの領域に対して、プリンタヘッド１７によって画像の印刷を行う。
【００４４】
印刷条件制御部２３は、スキャンごとに、プリンタヘッド１７による印刷条件をそのスキャンの高さレベルＴＬに対して最適となるように設定する。
【００４５】
さて、三次元レリーフ作成装置１においては、上に述べたように、印刷装置ＰＳによる印刷を行う際に、プリンタヘッド１７を、レリーフ材料ＲＺの印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動して印刷表面の全体をスキャンすることが可能である。
【００４６】
そして、本実施形態においては、三次元レリーフ作成装置１は、プリンタヘッド１７から印刷表面までの距離を複数の段階レベルに区分し、それぞれの段階レベルごとにスキャンを実行するとともに、それぞれのスキャンごとに、そのスキャンにおける段階レベルに含まれる印刷表面の領域に対して、プリンタヘッド１７による画像の印刷を行う。つまり、画像の全体を、その高さレベルＴＬに応じて分割し、それぞれの画像を１回ごとのスキャンによって印刷する。
【００４７】
次に、三次元レリーフ作成装置１における印刷装置ＰＳによる印刷方法について説明する。
【００４８】
図５は彫刻が施された後のレリーフ材料ＲＺの上面図、図６は図５のレリーフ材料ＲＺの正面図、図７は図６を拡大して示す図、図８はそれぞれのスキャンにおいて印刷を行う領域ＥＲを示す図、図９は領域ＥＲの境界部分における画像の印刷濃度の変化の例を示す図である。
【００４９】
図５〜図８において、レリーフ材料ＲＺには、その表面の中央に彫刻によって円錐台ＥＤが形成されている。円錐台ＥＤが形成されたレリーフ材料ＲＺの全表面に印刷装置ＰＳによって印刷を行う。
【００５０】
図６および図７に示すように、プリンタヘッド１７のノズルの先端からレリーフ材料ＲＺの印刷表面ＰＨの最遠面までの間が、その距離に応じて、３段階の高さレベル（段階レベル）ＴＬ１〜３に区分されている。
【００５１】
つまり、高さレベルＴＬ１は、プリンタヘッド１７のノズルに最も接近した位置ＫＬ１から所定距離だけ離れた位置ＫＬ２までである。高さレベルＴＬ２は、位置ＫＬ２から所定距離だけ離れた位置ＫＬ３までであり、高さレベルＴＬ３は、位置ＫＬ３から最遠面である位置ＫＬ４までである。
【００５２】
３段階の高さレベルＴＬ１〜３に区分したことにより、印刷表面ＰＨは、それぞれの高さレベルＴＬ１〜３に含まれる３種類の領域ＥＲ１〜３に区分される。それぞれの領域ＥＲ１〜３が、図８（Ａ）〜（Ｃ）に斜線で示されている。
【００５３】
つまり、図８（Ａ）に示す領域ＥＲ１は高さレベルＴＬ１の範囲にある領域であり、図８（Ｂ）に示す領域ＥＲ２は高さレベルＴＬ２の範囲にある領域であり、図８（Ｃ）に示す領域ＥＲ３は高さレベルＴＬ３の範囲にある領域である。
【００５４】
なお、これらＴＬ１〜３のそれぞれの範囲（間隙の幅）は、互いに同じでもよく、また互いに異なるものでもよい。また、プリンタヘッド１７のノズルに最も接近した位置ＫＬ１、および最遠面である位置ＫＬ４は、三次元レリーフ作成装置１の構造および印刷装置ＰＳの仕様に応じて種々設定することが可能である。また、本実施形態では３段階の高さレベルＴＬ１〜３に区分したが、２段階、または４段階以上、例えば、８段階、１０段階、１６段階…などであってもよい。
【００５５】
さて、ここでは３段階の高さレベルＴＬ１〜３に区分したので、印刷時におけるプリンタヘッド１７のスキャンは３回行われることとなる。
【００５６】
スキャンの１回目においては、高さレベルＴＬ１に対応する領域ＥＲ１のみに対して画像の印刷を行う。その結果、図８（Ａ）に斜線を付した領域ＥＲ１について印刷が行われる。スキャンの２回目においては、高さレベルＴＬ２に対応する領域ＥＲ２のみに対して画像の印刷を行う。その結果、図８（Ｂ）に斜線を付した領域ＥＲ２について印刷が行われる。スキャンの３回目においては、高さレベルＴＬ３に対応する領域ＥＲ３のみに対して画像の印刷を行う。その結果、図８（Ｃ）に斜線を付した領域ＥＲ３について印刷が行われる。３回のスキャンによって、印刷表面ＰＨの全面についての画像の印刷が完了する。
【００５７】
なお、それぞれのスキャンにおいて印刷される画像は、それぞれの領域ＥＲ１〜３に対応した画像であり、印刷を３回に分けて行うとしても全体の画像の内容が変更される訳ではない。なお、それぞれのスキャンにおいて画像を印刷する際には、そのスキャンでは印刷しない領域ＥＲの画像をマスクしておけばよい。マスクの方法として、画像データをマスクする方法、印刷表面ＰＨ上においてマスクのためのシートを覆い被せる方法などがある。
【００５８】
画像としては、例えば、円錐台ＥＤが例えば地形図における山であった場合には、その山の画像、またはその画像をモディファイした画像である。
【００５９】
そして、スキャンごとに、プリンタヘッド１７による印刷条件をそのスキャンの高さレベルＴＬに対して最適となるように設定して印刷を行う。例えば、それぞれのスキャンごとに、高さレベルＴＬ１〜３に応じて、上の（１）〜（４）に記載したように印刷装置ＰＳを制御する。
【００６０】
例えば、高さレベルＴＬ１では通常の設定で印刷を行い、高さレベルＴＬ２では上の（１）の制御、または（１）と（２）と（３）とを組み合わせた制御を行い、高さレベルＴＬ３では上の（１）の制御、または（１）と（２）と（３）とを組み合わせた制御、または（１）〜（４）を組み合わせた制御を行う。
【００６１】
なお、スキャンを行う順番は、距離の近い領域ＥＲ１から順に、または距離の遠い領域ＥＲ３から順に、またはランダムに行うことでもよい。
【００６２】
また、各スキャンにおいてそれぞれの領域ＥＲに対する印刷を行う場合に、それぞれの領域ＥＲの境界の近辺において、当該境界の両側の所定範囲において、それぞれのスキャンにおいて画像の印刷を行って画像を合成するようにしてもよい。その合成に際して、各スキャンにおいて、画像の濃度が領域の外側へいくにしたがって低下するように変化させればよい。
【００６３】
例えば図９に示すように、領域ＥＲ１および領域ＥＲ２のそれぞれの境界の近辺において、ＹＭＣＫの各色についてそれぞれの画像の濃度を１００％から徐々に低下させていき、他の領域ＥＲ２，１に入った後の近辺において画像の濃度が０％となるように制御する。こうすると、境界の近辺における画像が滑らかに合成され、印刷の繋ぎ目が目立たない。
【００６４】
なお、上の説明では、領域ＥＲの境界の近辺において濃度を徐々に低下させてグラデーション（ぼかし）を入れていったが、これに代えて、色彩を徐々に淡いものに低下させてもよい。
【００６５】
また、画像または彫刻の内容によっては、印刷表面ＰＨに高さレベルＴＬに対応した領域ＥＲがない場合がある。そのような場合には、その高さレベルＴＬに対応するスキャンを行わないように制御することによって、印刷に要する時間を短縮することができる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂについて説明する。
【００６６】
第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂは、基本的には上に述べた第１の実施形態の三次元レリーフ作成装置１と同じ構成と機能を有する。第２の実施形態では、三次元レリーフ作成装置１Ｂによって原画像ＧＦに基づいて彫刻を行って三次元レリーフを作成する方法の例について説明する。
【００６７】
図１０は本発明に係る第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂの全体の構成を示す図、図１１は原画像ＧＦの構成を示す図、図１２は高さ画像ＴＦの構成を示す図、図１３は高さ変化データＨＦの構成を示す図、図１４は原画像ＧＦを区画した領域ＡＲに高さレベルＴＬを設定した例を示す図、図１５はパターンＰＴの例を示す図、図１６はパターンＰＴについての濃淡画像ＮＦの例を示す図、図１７は三次元レリーフ原形ＲＧとプリンタヘッド１７との関係の例を示す図、図１８は三次元レリーフ原形ＲＧとプリンタヘッド１７との関係の例を示す図、図１９は高さ変化データＨＦを説明する図である。
【００６８】
図１０において、三次元レリーフ作成装置１Ｂは、画像処理のためのコンピュータ１１０、制御データ生成部１２１、数値制御方式の彫刻装置ＴＳ、およびインクジェット方式の印刷装置ＰＳなどからなる。
【００６９】
コンピュータ１１０は、ＣＰＵやＤＳＰなどによる処理装置、半導体メモリや磁気ディスクなどの記憶装置、キーボードやマウスなどの入力装置、表示装置、および種々のインタフェース回路などを含んで構成されている。それらによって、ソフトウエア的にまたはハードウエア的に、コンピュータ１１０内に、原画像格納部１１１、高さ画像生成部１１２、高さ画像格納部１１３、高さ変化データ生成部１１４、高さ変化データ格納部１１５、およびデータ出力部１１６が、機能的に形成されている。
【００７０】
原画像格納部１１１は、原画像ＧＦを格納する。なお、原画像ＧＦは画像データであるが、画像データの元になった画像を指すこともある。また、特に視覚可能な画像と画像データとを区別する際には、「原画像データＧＦ」「原画像ＧＦのデータ」「画像データ」などと記載することがある。他の画像についても同様である。
【００７１】
さて、原画像ＧＦとして、人物、動物、建築物、風景など、また、山や谷などの自然の地形の鳥瞰図や航空写真など、種々の画像が用いられる。
【００７２】
原画像ＧＦは、図１１に示すように、Ｘ方向およびＸ方向に直交するＹ方向にマトリックス状に配列された多数の画素ＧＳからなる２次元画像である。各画素ＧＳは、色情報ＣＤを持つ。色情報ＣＤは濃度情報を含む。例えば、各画素ＧＳが、ＲＧＢまたはＣＭＹＫなどで表現されている場合は、各原色の濃度情報によって各画素ＧＳの色、つまり、色相、彩度、および明度が決定される。画素ＧＳは他の表色系のデータによって表現されていてもよい。
【００７３】
このような原画像ＧＦを得るために、それらの実物をデジタルカメラやビデオカメラなどによって撮影してもよい。また、既に撮影された写真や印刷物などをスキャナなどで読み取ってデジタル化してもよい。また、既にデジタル化されて画像データとなった原画像ＧＦを、ＣＤ−ＲＯＭやメモリチップなどの記憶媒体を介して、またはネットワークからダウンロードして取得することも可能である。また、コンピュータ１１０の内部において、種々のアプリケーションを用いて原画像ＧＦを生成してもよい。
【００７４】
なお、原画像ＧＦは、図１１に示すようなビットマップ状のデータとして格納しておいてもよいが、適当な圧縮方法によって圧縮された圧縮データとして格納しておいてもよい。原画像ＧＦは、通常、フルカラー画像であるが、モノクロ画像でもよい。
【００７５】
高さ画像生成部１１２は、原画像ＧＦに基づいて、原画像ＧＦ内の各部の高さを示す高さ画像ＴＦを生成する。生成された高さ画像ＴＦは、高さ画像格納部１１３に格納される。
【００７６】
高さ画像ＴＦは、図１２に示すように、Ｘ方向およびＹ方向にマトリックス状に配列された多数の各画素ＧＳについて、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向のデータである高さデータＴＤを記録したものである。高さ画像ＴＦの画素ＧＳのピッチまたは個数は、原画像ＧＦの画素ＧＳのピッチまたは個数と同じであってもよく、また原画像ＧＦの画素ＧＳを間引いたものであってもよい。
【００７７】
高さデータＴＤとして、例えば、２５６階調（８ビット）、６４階調（６ビット）などのデータが用いられる。高さデータＴＤは、例えば、最も低い位置（例えば背景位置）から最も高い位置までの間における位置を示す。また、高さデータＴＤが、最も低い位置からの距離を直接的に示すようにしてもよい。図１８において、高さデータＴＤは、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＤ４などで示されている。なお、図１８において、高さデータＴＤを、プリンタヘッド１７からの距離ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４で示してもよい。高さデータＴＤは、原画像ＧＦにおいては高さを示すものであるが、プリンタヘッド１７や切削工具からから見れば奥行きまたは深さを示すものとも言えるので、奥行きデータまたは深さデータと言うこともできる。
【００７８】
このような高さ画像ＴＦを得るために、例えば、図１４に示すように、原画像ＧＦを複数の領域ＡＲに区画し、区画された各領域ＡＲに対して高さレベルＴＬを付与する。高さレベルＴＬの付与は、ユーザが手動で行ってもよく、または画像内における領域ＡＲの状態をコンピュータ１１０で認識させることにより自動で行ってもよい。
【００７９】
図１４に示す例では、高さレベルＴＬは、例えば１〜１０の１０段階に設定されており、領域ＡＲ１〜５には、高さレベルＴＬとして、それぞれ「３」「１」「２」「４」「６」が設定されている。この場合に、高さレベルＴＬは、その領域ＡＲにおける最大の高さを規定するものであり、「１」が最も高く、「１０」が最も低い。したがって、例えば、背景領域（背景部、背景位置）は、高さレベルＴＬが「１０」である。
【００８０】
なお、高さレベルＴＬの段階の個数、高さレベルＴＬとして付与する符号または記号、それら符号または記号に与える意味付けなどは、種々のものを採用することができる。
【００８１】
また、領域ＡＲの区画に仕方については、輪郭線を領域ＡＲの境界線として設定し、また濃度や色が大きく変化している部分を領域ＡＲの境界線として設定する。また、ユーザによって手動で区画してもよい。
【００８２】
各領域ＡＲにおいて付与された高さレベルＴＬに応じて、各領域ＡＲ内における各部（各画素ＧＳ）の高さを決定する。
【００８３】
その場合に、例えば、図１５に示すように、高さレベルＴＬが付与された領域ＡＲにおける高さデータＴＤの生成のパターンに関して複数のパターンＰＴ１〜６を予め登録しておく。そして、それぞれの領域ＡＲについて、登録された複数のパターンＰＴ１〜６の中から、ユーザにより手動でまたは自動的に、１つのパターンＰＴを選択する。選択されたパターンＰＴに基づいて、各部（各画素ＧＳ）の高さを決定する。
【００８４】
例えば、図１５のパターンＰＴ１が選択された場合は、その領域ＡＲにおける中央位置を高さレベルＴＬで指定される最大の高さとし、その周辺に向かうにしたがって、パターンＰＴ１で示されるように円弧状に高さが低下していく。また、図１５のパターンＰＴ２が選択された場合は、その領域ＡＲの中央位置から周辺に向かうにしたがってパターンＰＴ２で示されるように直線状に高さが低下していく。また、図１５のパターンＰＴ６が選択された場合は、その領域ＡＲの中央位置は平であり、周辺において直線状に高さが低下していく。
【００８５】
ところで、本実施形態において、高さ画像ＴＦは、各部の高さをグレースケールを用いて示す濃淡画像である。例えば、上に述べた図１５のパターンＰＴ６について、その濃淡画像の例が図１６に示されている。
【００８６】
すなわち、図１６において、パターンＰＴ６（図１６Ｃ）に対応する濃淡画像ＮＦ（図１６Ｂ）およびグレースケールＧＳ（図１６Ａ）が示されている。最も高い位置は白、最も低い位置は黒、その中間の高さは高さに応じたグレーとなっている。つまり、濃淡画像ＮＦは、背景部からの高さが高い部分ほど濃度が低くなっている。図１６のパターンＰＴ６では、１０段階であるが、実際には、例えば６４段階、２５６段階などとすればよい。
【００８７】
図１６において、最も高い位置は高さレベルＴＬが「１」に対応し、最も低い位置は高さレベルＴＬが「１０」に対応する。しかし、パターンＰＴの高さは、相対的なものであり、パターンＰＴの最も高い位置と最も低い位置とが指定された任意の高さ位置となるように合わせられる。つまり、高さレベルＴＬが例えば「３」の領域ＡＲについてパターンＰＴ６を適用する場合に、パターンＰＴ６の最も高い位置の白の部分が高さレベル「３」となり、かつ、パターンＰＴ６の最も低い位置の黒の部分がその領域ＡＲの周縁部の高さレベルとなる。
【００８８】
なお、図１６においては、高さをグレースケールＧＳで示しているが、各部の高さを互いに異なる色相によって示してもよい。例えば、最も高い位置を茶、最も低い位置を青、その中間の高さを緑とし、高さに応じてそれぞれの色の濃淡が変化するようにする。
【００８９】
なお、図１６に示す濃淡画像ＮＦから分かるように、濃淡画像ＮＦのＺ軸に沿った断面はどの位置でも同じではない。つまり、図１５に示す種々のパターンＰＴについて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のサイズの比は種々のものが存在する。
【００９０】
ここで、各領域ＡＲにおいて、高さレベルＴＬとパターンＰＴが設定された後で、各画素ＧＳにどのような高さデータＴＤが割り当てられるかについて、その例を説明する。
【００９１】
すなわち、例えば、高さレベルＴＬが「３」と設定され、パターンＰＴ６が選択された場合には、パターンＰＴ６の最も高い位置が高さレベル「３」となり、最も低い位置がその領域ＡＲの周縁部の高さレベルとなる。パターンＰＴ６の周辺が領域ＡＲの周縁部と一致するように相似変形される。その結果、高さレベルＴＬが例えば１０段階である場合に、パターンＰＴ６の最も高い位置が最大高さの１０分の３の高さとなり、そこから最も低い位置まで、パターンＰＴ６の変化と比例するように、各画素ＧＳに高さデータＴＤが割り当てられる。そして、その領域ＡＲについて、割り当てられた高さデータＴＤが、濃淡画像として、例えば表示装置の画面や印刷された用紙に表示される。ユーザは、その濃淡画像を見て、必要に応じて濃淡画像を修正する。例えば、ある部分と他の部分との遠近の関係、ある部分の凹凸状態、ある部分の立体形状などについて、原画像ＧＦの内容に合うように修正する。
【００９２】
さて次に、高さ変化データ生成部１４は、高さ画像ＴＦに基づいて、各部についての原画像ＧＦの単位長さＬＸ当たりの高さの変化分ＬＺを示す高さ変化データＨＦを生成する（図１９を参照）。生成された高さ変化データＨＦは、高さ変化データ格納部１１５に格納される。
【００９３】
高さ変化データＨＦは、図１３に示すように、Ｘ方向およびＹ方向にマトリックス状に配列された多数の各画素ＧＳについて、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向のデータの変化量である傾斜データＫＤを記録したものである。高さ変化データＨＦの画素ＧＳのピッチまたは個数は、高さ画像ＴＦの画素ＧＳのピッチまたは個数と同じであってもよく、また高さ画像ＴＦの画素ＧＳを間引いたものであってもよい。
【００９４】
傾斜データＫＤとして、例えば、２５６階調（８ビット）、６４階調（６ビット）などのデータが用いられる。傾斜データＫＤは、例えば、水平な面の傾斜角を０度とし、高さ画像ＴＦに基づいて各画素ＧＳの位置において得られる面の水平な面からの傾斜角θの絶対値を示すようにしてもよい。この場合には、傾斜データＫＤは、０〜９０度を示すことになる。図１８において、傾斜データＫＤは、θ１、θ２、θ３、θ４などで示されている。また、傾斜データＫＤとして、どの方向に傾斜しているかを示すデータを付加してもよい。
【００９５】
このような高さ変化データＨＦを得るためには、例えば次のようにすればよい。
【００９６】
すなわち、ある画素ＧＳを注目画素ＧＳＴとし、注目画素ＧＳＴについて、その高さデータＴＤとその周囲の８個の画素ＧＳの高さデータＴＤとの差をそれぞれ求め、差の最大値をその注目画素ＧＳＴの傾斜データＫＤとする。またはそれを必要に応じて規格化する。
【００９７】
また、注目画素ＧＳＴについて、その周囲の８個の画素ＧＳの高さデータＴＤの間における差の最大値を求め、それを注目画素ＧＳＴの傾斜データＫＤとする。必要に応じて規格化する。このようにして全ての画素ＧＳについての傾斜データＫＤを得る。
【００９８】
また、例えば、隣接する３×３個つまり９個の画素ＧＳからなる面の傾斜を求め、それを９個の画素ＧＳについての傾斜データＫＤとする。これを、２×２個、４×４個などとしてもよい。
【００９９】
データ出力部１６は、三次元レリーフ原形において高さ画像ＴＦで示される高さに応じた凹凸を形成するために、高さ画像ＴＦを数値制御加工装置２２の制御のために出力する。データ出力部１６は、データの入出力のための適当なインタフェースであってもよい。また、適当な記録媒体に対してデータの書き込みを行うための媒体ドライブ装置であってもよい。
【０１００】
制御データ生成部１２１は、データ出力部１１６から出力された高さ画像ＴＦに基づいて、彫刻装置ＴＳを制御するための制御データを生成する。なお、そのような制御データを生成するに際して、原画像ＧＦのデータをも用いてもよい。また、制御データの生成をコンピュータ１１０の内部で行い、制御データを適当なインタフェースを介して彫刻装置ＴＳに出力するようにしてもよい。
【０１０１】
彫刻装置（ルーター）ＴＳは、制御データに基づいて、レリーフ材料ＲＺに対して加工を施し、原画像ＧＦについての三次元レリーフ原形ＲＧを作成する。彫刻装置ＴＳとして、種々のＮＣ旋盤、マシニングセンター、レーザ加工機、サンドブラスト、ルーターなどと同様の機構を用いることが可能である。なお、レリーフ材料ＲＺには、材木、石膏、合成樹脂、または金属など、種々の材料が用いられ、また、その形状として、直方体状、板状、円柱状、各柱状、球状など、種々の形状のものが用いられる。三次元レリーフ原形ＲＧは、レリーフ材料ＲＺに加工を施したものであるから、加工された表面は、通常、レリーフ材料ＲＺと同じ色である。
【０１０２】
印刷装置ＰＳは、三次元レリーフ原形ＲＧに対して三次元レリーフ原形ＲＧの表面に、原画像ＧＦに基づく画像印刷を行うことによって着色を行う。印刷装置ＰＳは、例えば、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のインクを保持し、原画像ＧＦの色データに応じて、高速でパルス状に微量のそれぞれのインクを噴射し、三次元レリーフ原形ＲＧの凹凸の表面にフルカラーの画像を生成する。印刷装置ＰＳの基本的な機能としては、上に述べた特許文献２の装置を始めとして、従来から存在する種々の公知のインクジェットプリンタの機能を備えることができる。
【０１０３】
さて、第２の実施形態の印刷装置ＰＳには、制御装置１８Ｂが設けられている。
【０１０４】
制御装置１８Ｂは、印刷装置ＰＳに対して、高さ変化データＨＦに基づいて、原画像ＧＦの濃度が均一であると仮定した場合に三次元レリーフ原形ＲＧの表面における濃度が均一となるようにインクの吐出量の制御を行う。
【０１０５】
すなわち、三次元レリーフ原形ＲＧの表面に凹凸があることによって、プリンタヘッド１７の主走査方向（Ｘ方向）の直線移動距離に対して、それに沿った三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離の方が長くなる。背景技術の項でも説明したように、インクによる着色ムラまたは印刷ムラを低減して鮮明な画像を得るために、この距離の相違を修正する必要がある。制御装置１８Ｂにおいては、着色ムラがなくなるように濃度制御を行う。しかも、その濃度制御のために、彫刻装置ＴＳの制御に用いた高さ画像ＴＦをここでも用いる。
【０１０６】
プリンタヘッド１７の主走査方向の直線移動距離は、印刷装置ＰＳの設計値によって決まる。例えば、図１７に示す距離Ｌ１が直線移動距離である。これに対して、三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離は、図１７に示す三次元レリーフ原形ＲＧの表面凹凸ＨＴ（印刷表面ＰＨ）に沿った長さＬ２である。三次元レリーフ原形ＲＧの表面距離は、例えば彫刻装置ＴＳの工具先端の移動距離であり、高さ画像ＴＦから、または高さ画像ＴＦに基づいて生成した制御データから読み取ることができる。また、濃度制御のために、高さ変化データＨＦを用いてもよい。例えば、高さ変化データＨＦの大きさに応じてプリンタヘッド１７による濃度が高くなるように制御すればよい。
【０１０７】
さて、濃度制御において、高さ変化データＨＦの大きい部分または画素ＧＳにおいて、より多くのインクが吐出されるように制御する。
【０１０８】
そのための方法として、例えば次の方法がある。
（１）プリンタヘッド１７の走行速度は一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じてインクの噴射一回当たりの吐出量を制御する。その場合に、例えば、プリンタヘッド１７に印加する電圧を制御する。つまり高さ変化データＨＦが大きい場合に、プリンタヘッド１７に印加する電圧を高くして吐出量を多くする。一回当たりの吐出量を多くすると、インクの吐出速度が速くなるので、三次元レリーフ原形ＲＧの表面にインクが速く到達し、そのため印刷位置の誤差が低減して画像の鮮明度の低下が抑えられる。
（２）プリンタヘッド１７の走行速度は一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じて単位時間当たりのインクの吐出回数を制御する。単位時間当たりのインクの吐出回数をふ増やすと、例えば、複数回のインクの噴射されたインク滴が連続するとともに、僅かな間隔で次のインクが噴射されるので、先に噴射されたインク滴に後で噴射されたインク滴が追いついて合体することが生じる。これによっても、インクの吐出速度が速くなりまたはインク滴の質量が大きくなり、インク的によるスポットの精度が高くなって印刷位置の誤差が低減し、画像の鮮明度の低下が抑えられる。
（３）プリンタヘッド１７によるインクの噴射一回当たりの吐出量および単位時間当たりのインクの吐出回数を一定とし、高さ変化データＨＦの大きさに応じてプリンタヘッド１７の移動速度を制御する。この場合に、プリンタヘッド１７の三次元レリーフ原形ＲＧの表面に沿った移動速度が均一となるように制御する。
【０１０９】
このように濃度制御を行うことによって、図１８に示す傾斜角θの大きな部分においてより多くのインクが付着することとなり、その結果、三次元レリーフ原形ＲＧの表面凹凸ＨＴの全体について、画像濃度が同じであると仮定した場合の単位面積当たりのインクの付着量が均一となる。
【０１１０】
なお、図１８において、三次元レリーフ原形ＲＧの背景部分については、プリンタヘッドＰＨからの距離が大きくなり、プリンタヘッドＰＨからのインクが周辺に拡がり易いが、インクの初速を速くしたりインク滴の質量を大きくすることによってある程度補うことができる。
【０１１１】
なお、印刷装置ＰＳにおいては、制御装置１８Ｂによる制御のために必要な機構および回路が設けられている。また、制御装置１８Ｂにおける制御のための処理はコンピュータ１１０において行い、印刷装置ＰＳにおいてはそれを実行するだけにしてもよい。
【０１１２】
次に、三次元レリーフ作成装置１Ｂの全体的な動作について、フローチャートを参照して説明する。
【０１１３】
図２０は三次元レリーフ作成装置１Ｂの全体の動作の流れを示すフローチャート、図２１は高さ画像作成処理の手順を示すフローチャート、図２２は加工処理の手順を示すフローチャート、図２３は印刷処理の手順を示すフローチャートである。
【０１１４】
図２０において、原画像ＧＦを取得し（＃１）、原画像ＧＦに基づいて高さ画像ＴＦを生成する（＃２）。高さ画像ＴＦに基づく制御データを用いて彫刻装置ＴＳを制御し、レリーフ材料ＲＺを加工して三次元レリーフ原形ＲＧを作成する（＃３）。高さ画像ＴＦに基づくデータである高さ変化データＨＦまたは高さデータＴＤを用いて印刷装置ＰＳを制御し、三次元レリーフ原形ＲＧに印刷を行って着色する（＃４）。
【０１１５】
図２１において、高さ画像作成処理においては、原画像ＧＦを領域ＡＲに区画し、区画されたそれぞれの領域ＡＲに対して高さレベルＴＬを付与する（＃１１）。このとき、それぞれの領域ＡＲについて適用すべきパターンＰＴを指定する。それぞれの領域ＡＲについて濃淡画像を生成し、それを表示する（＃１２）。ユーザは、濃淡画像に対し、必要に応じて修正を行う（＃１３）。そのようにして得られた濃淡画像は、高さ画像ＴＦを示すことになる。または、得られた濃淡画像を階調データに変換して高さ画像ＴＦとする（＃１４）。
【０１１６】
図２２において、高さ画像ＴＦを制御用データとして出力する（＃２１）。高さ画像ＴＦに基づいて、制御データを生成する（＃２２）。制御データを用いて彫刻装置ＴＳを運転し、レリーフ材料ＲＺを加工して三次元レリーフ原形ＲＧを作成する（＃２３）。
【０１１７】
図２３において、プリンタヘッド１７から印刷表面ＰＨまでの距離を複数の高さレベルＴＬに区分する（＃３１）。１つの高さレベルＴＬについてスキャンを実行し、それに対応する領域ＥＲに対して対応する画像を印刷する（＃３２）。その際に、上に述べたように、プリンタヘッド１７による印刷条件をそのスキャンの高さレベルＴＬに対して最適となるように設定して印刷を行う。印刷表面ＰＨの全ての領域ＥＲに印刷が行われるまでスキャンを行い、印刷表面ＰＨの全ての領域ＥＲに印刷が行われると終了する（＃３３）。これによって三次元レリーフＲＲが完成する。
【０１１８】
第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂによると、高さ画像ＴＦに基づく数値制御を行ってレリーフ材料ＲＺに対して加工を施して三次元レリーフ原形ＲＧを作成するとともに、三次元レリーフ原形ＲＧに対して、高さ画像ＴＦに基づく濃度制御を行いながら、原画像ＧＦに基づく画像印刷を行うことによって着色を行うので、濃度制御が正確に行われ、着色ムラや画像の鮮明さが従来よりも良好である。濃度制御のための制御データを別途作成する必要がない。これらのことから、印刷速度をあげることができて、原画像ＧＦにより忠実な三次元レリーフを早く作成することができる。
【０１１９】
上に述べた実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂにおいて、パターンＰＴ１〜６の個数はもっと多くても少なくてもよい。パターンＰＴを種々変形するようにしてもよい。パターンＰＴを用いることなく各画素ＧＳの高さを決定してもよい。
【０１２０】
第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置１Ｂにおいては、原画像ＧＦを区画した各領域ＡＲに対して高さレベルＴＬを付与したが、ここで付与した高さレベルＴＬを、印刷装置ＰＳにおける各スキャンの際の高さレベルＴＬとして用いて制御を行ってもよい。
【０１２１】
第２の実施形態において、彫刻装置ＴＳと印刷装置ＰＳとを一体化したものを用いてもよい。
【０１２２】
第１の実施形態においては、彫刻装置ＴＳと印刷装置ＰＳとが一体化された三次元レリーフ作成装置１を用いたが、それぞれ別体で構成されたものを用いてもよい。
【０１２３】
上の実施形態において、彫刻走行フレーム１４、プリンタ走行フレーム１５、彫刻ヘッド１６、およびプリンタヘッド１７の走行のための装置または機構として、上に述べた以外の種々の公知のものを採用することが可能である。
【０１２４】
その他、印刷装置ＰＳ、彫刻装置ＴＳ、制御装置１８，１８Ｂ、コンピュータ１１０、または三次元レリーフ作成装置１，１Ｂの全体または各部の構成、形状、寸法、個数、材質、画像の内容、制御装置１８，１８Ｂおよびコンピュータ１１０における処理内容、処理順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】第１の実施形態の三次元レリーフ作成装置の平面図である。
【図２】三次元レリーフ作成装置の正面図である。
【図３】三次元レリーフ作成装置の側面図である。
【図４】制御装置の機能を示すブロック図である。
【図５】彫刻が施された後のレリーフ材料の上面図である。
【図６】図５のレリーフ材料の正面図である。
【図７】図６を拡大して示す図である。
【図８】それぞれのスキャンにおいて印刷を行う領域を示す図である。
【図９】領域の境界部分における画像濃度の変化を示す図である。
【図１０】第２の実施形態の三次元レリーフ作成装置の全体の構成を示す図である。
【図１１】原画像の構成を示す図である。
【図１２】高さ画像の構成を示す図である。
【図１３】高さ変化データの構成を示す図である。
【図１４】原画像を区画した領域に高さレベルを設定した例を示す図である。
【図１５】パターンの例を示す図である。
【図１６】パターンについての濃淡画像の例を示す図である。
【図１７】三次元レリーフ原形とプリンタヘッドとの関係の例を示す図である。
【図１８】三次元レリーフ原形とプリンタヘッドとの関係の例を示す図である。
【図１９】高さ変化データを説明する図である。
【図２０】三次元レリーフ作成装置の全体の動作の流れを示すフローチャートである。
【図２１】高さ画像作成処理の手順を示すフローチャートである。
【図２２】加工処理の手順を示すフローチャートである。
【図２３】印刷処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２６】
１，１Ｂ 三次元レリーフ作成装置
ＰＳ 印刷装置
ＴＳ 彫刻装置
ＳＫ スキャン機構
１７ プリンタヘッド
１８，１８Ｂ 制御装置
２１ スキャン制御部
２２ 領域画像制御部
２３ 印刷条件制御部
ＴＦ 高さ画像
ＴＬ 高さレベル
ＰＨ 印刷表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリンタヘッドによって凹凸を有する印刷表面に印刷を行う方法であって、
前記プリンタヘッドを、印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動して印刷表面の全体をスキャンすることを可能としておき、
前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離を複数の段階レベルに区分し、
それぞれの段階レベルごとに前記スキャンを実行するとともに、それぞれの前記スキャンごとに、そのスキャンにおける前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域に対して前記プリンタヘッドによる画像の印刷を行う、
ことを特徴とする凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項２】
前記スキャンごとに、前記プリンタヘッドによる印刷条件をそのスキャンの前記段階レベルに対して最適となるように設定して印刷を行う、
請求項１記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項３】
前記プリンタヘッドは、インクジェット方式のプリンタヘッドであり、
前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドのスキャンの移動速度が遅くなるように制御する、
請求項２記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項４】
前記プリンタヘッドは、インクジェット方式のプリンタヘッドであり、
前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドから噴射するインクの速度が速くなるように制御する、
請求項２記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項５】
前記インクの速度を速くするために、前記プリンタヘッドに印加される電圧が高くなるように制御する、
請求項４記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項６】
前記プリンタヘッドは、インクジェット方式のプリンタヘッドであり、
前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドから噴射するインクの粒子単位の質量が大きくなるように制御する、
請求項２記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項７】
それぞれの前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域の境界の近辺においては、当該境界の両側の所定範囲において、それぞれのスキャンにおいて画像の印刷を行って画像を合成する、
請求項１ないし６のいずれかに記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項８】
前記画像の合成に際して、各スキャンにおいて、画像の濃度が領域の外側へいくにしたがって低下するように変化させる、
請求項７記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項９】
前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域がない場合に、その段階レベルに対応するスキャンを行わないように制御する、
請求項１ないし８のいずれかに記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項１０】
プリンタヘッドによって凹凸を有する印刷表面に印刷を行う印刷装置であって、
前記プリンタヘッドを、印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動させて印刷表面の全体をスキャンさせるスキャン機構と、
前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離に応じて複数の段階レベルに区分されたそれぞれの段階レベルごとに前記スキャンを実行するように制御するスキャン制御部と、
それぞれの前記スキャンごとに、そのスキャンにおける前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域に対して前記プリンタヘッドによって画像の印刷を行う領域画像制御部と、
を有してなることを特徴とする印刷装置。
【請求項１１】
前記スキャンごとに、前記プリンタヘッドによる印刷条件をそのスキャンの前記段階レベルに対して最適となるように設定する印刷条件制御部を有する、
請求項１０記載の印刷装置。
【請求項１】
プリンタヘッドによって凹凸を有する印刷表面に印刷を行う方法であって、
前記プリンタヘッドを、印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動して印刷表面の全体をスキャンすることを可能としておき、
前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離を複数の段階レベルに区分し、
それぞれの段階レベルごとに前記スキャンを実行するとともに、それぞれの前記スキャンごとに、そのスキャンにおける前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域に対して前記プリンタヘッドによる画像の印刷を行う、
ことを特徴とする凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項２】
前記スキャンごとに、前記プリンタヘッドによる印刷条件をそのスキャンの前記段階レベルに対して最適となるように設定して印刷を行う、
請求項１記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項３】
前記プリンタヘッドは、インクジェット方式のプリンタヘッドであり、
前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドのスキャンの移動速度が遅くなるように制御する、
請求項２記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項４】
前記プリンタヘッドは、インクジェット方式のプリンタヘッドであり、
前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドから噴射するインクの速度が速くなるように制御する、
請求項２記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項５】
前記インクの速度を速くするために、前記プリンタヘッドに印加される電圧が高くなるように制御する、
請求項４記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項６】
前記プリンタヘッドは、インクジェット方式のプリンタヘッドであり、
前記印刷条件として、前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離が大きくなるほど前記プリンタヘッドから噴射するインクの粒子単位の質量が大きくなるように制御する、
請求項２記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項７】
それぞれの前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域の境界の近辺においては、当該境界の両側の所定範囲において、それぞれのスキャンにおいて画像の印刷を行って画像を合成する、
請求項１ないし６のいずれかに記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項８】
前記画像の合成に際して、各スキャンにおいて、画像の濃度が領域の外側へいくにしたがって低下するように変化させる、
請求項７記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項９】
前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域がない場合に、その段階レベルに対応するスキャンを行わないように制御する、
請求項１ないし８のいずれかに記載の凹凸を有する印刷表面への印刷方法。
【請求項１０】
プリンタヘッドによって凹凸を有する印刷表面に印刷を行う印刷装置であって、
前記プリンタヘッドを、印刷表面に接触しない状態で、印刷表面に対して相対的に直線的に移動させて印刷表面の全体をスキャンさせるスキャン機構と、
前記プリンタヘッドから印刷表面までの距離に応じて複数の段階レベルに区分されたそれぞれの段階レベルごとに前記スキャンを実行するように制御するスキャン制御部と、
それぞれの前記スキャンごとに、そのスキャンにおける前記段階レベルに含まれる前記印刷表面の領域に対して前記プリンタヘッドによって画像の印刷を行う領域画像制御部と、
を有してなることを特徴とする印刷装置。
【請求項１１】
前記スキャンごとに、前記プリンタヘッドによる印刷条件をそのスキャンの前記段階レベルに対して最適となるように設定する印刷条件制御部を有する、
請求項１０記載の印刷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−１２６５０５（Ｐ２００８−１２６５０５Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１３４０９（Ｐ２００６−３１３４０９）
【出願日】平成１８年１１月２０日（２００６．１１．２０）
【出願人】（５９１２４３８９３）株式会社フオトクラフト社 (26)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２０日（２００６．１１．２０）
【出願人】（５９１２４３８９３）株式会社フオトクラフト社 (26)
【Ｆターム（参考）】
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