(57)【要約】【課題】書き換えが容易であり、かつ、表示の維持に電力を要しない３次元表面印刷技術を提供する。【解決手段】非平面である３次元表面に印刷を行う印刷方法であって、加熱温度の違いまたは加熱後の冷却速度の違いにより発色状態と消色状態とを変更可能な双安定サーモクロミック材料が設けられた３次元表面を用意する準備工程と、前記３次元表面を選択的に加熱して印刷を行う印刷工程と、を含む。加熱はレーザを用いて行うことが好ましい。また、複数色のインクをパターン化して塗布し、サブピクセル単位で発色と消色を制御することで、任意の色の印刷が実現できる。このように複数のインクをサブピクセル化して用いる場合は、レーザ照射位置の色を測定することで、照射位置の位置決めを精度良く行える。【選択図】図４
2013208845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非平面である３次元表面に印刷を行う印刷方法であって、
加熱温度の違いまたは加熱後の冷却速度の違いにより発色状態と消色状態とを変更可能な双安定サーモクロミック材料が設けられた３次元表面を用意する準備工程と、
前記３次元表面を選択的に加熱して印刷を行う印刷工程と、
を含む印刷方法。
【請求項２】
前記印刷工程では、レーザを用いて加熱を行う、
請求項１に記載の印刷方法。
【請求項３】
前記３次元表面の形状をスキャンするスキャン工程と、
スキャンされた３次元表面をテクスチャ編集ソフトウェアに取り込み、３次元表面上に印刷する画像データを前記テクスチャ編集ソフトウェアを用いて生成する編集工程と、
をさらに含み、
前記印刷工程では、前記画像データに基づいて前記レーザを制御して加熱を行う、
請求項２に記載の印刷方法。
【請求項４】
前記双安定サーモクロミック材料は、第１の温度以下に冷却することで発色状態となり、前記第１の温度より高い第２の温度以上に加熱することで消色状態となる材料であり、
前記準備工程において発色状態の前記双安定サーモクロミック材料を塗布するか、または、前記準備工程後に前記双安定サーモクロミック材料が塗布された前記３次元表面を前記第１の温度以下に冷却し、
前記印刷工程において、消色状態とさせる個所にレーザを照射して前記第２の温度以上に加熱する、
請求項３に記載の印刷方法。
【請求項５】
前記双安定サーモクロミック材料は、加熱後の冷却速度に応じて発色状態と消色状態とを変更可能な材料であり、
前記印刷工程は、異なるパルスパターンのレーザを照射することによって、前記双安定サーモクロミック材料の発色状態と消色状態を変更する、
請求項３に記載の印刷方法。
【請求項６】
前記準備工程では、前記３次元表面に前記双安定サーモクロミック材料を塗布する、
請求項１〜５のいずれかに記載の印刷方法。
【請求項７】
前記準備工程では、異なる色に発色する複数種類の双安定サーモクロミック材料を、パターン化して、前記３次元表面に塗布する、
請求項６に記載の印刷方法。
【請求項８】
前記印刷工程は、
レーザを前記３次元表面に照射したときの表面における反射光強度を計測して、レーザ照射位置における双安定サーモクロミック材料の色を測定する工程と、
前記測定に基づき前記レーザの照射位置を判定するキャリブレーション工程と、
を含む、
請求項７に記載の印刷方法。
【請求項９】
非平面の３次元表面を有する印刷対象物を載せるための載置台と、
レーザを照射する光源と、
フォトセンサと、
前記レーザによって前記３次元表面をスキャンして前記３次元表面の形状を取得する形状取得手段と、
スキャンされた３次元表面を取り込み、３次元表面上に印刷する画像データをユーザに編集可能とするテクスチャ編集手段と、
前記画像データに基づいて前記レーザを制御して前記３次元表面の加熱を行う印刷手段と、
を備える３次元表面印刷装置。
【請求項１０】
前記載置台と前記光源とを相対的に移動させる移動機構、をさらに備え、
前記印刷手段は、複数の異なる方向から前記３次元表面に対する加熱を行う、
請求項９に記載の３次元表面印刷装置。
【請求項１１】
前記レーザを前記３次元表面に照射した際の反射光強度に基づいてレーザ照射位置における前記３次元表面の色を測定し、該測定された色に基づいてレーザ照射位置を判定するキャリブレーション手段をさらに備える、
請求項９または１０に記載の３次元表面印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元表面に印刷する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空間拡張現実（Spatial Augmented Reality）の研究が進められている。例えば
、３次元物体に映像を投影して情報を提供する手法が提案されている（非特許文献１）。この手法によれば投影する映像を変更することで、提示する情報を容易に変えることができる。この効果は、非平面に恒久的な印刷を行う従来の非平面印刷では得られないものである。
【０００３】
しかしながら、映像の投影には電力が必要であり、また、周囲が暗い必要があるので、日用品には適用できないという問題がある。さらには、物体を所定の投影位置から動かすことができないという問題もある。
【０００４】
容易に書き換え可能であり、かつ表示の維持に電力を要しない技術として、電子ペーパ技術がある。電子ペーパでは、画像の書き換え（画素の白黒の変更）には電界印加が必要なので電力を要するが、表示状態を維持するためには電力を要しない。しかしながら、このようなディスプレイは電子回路を格子状に並べて作製する必要があるので、表示領域の大きさに制約があり、また、表示面も平面または可展面（伸縮無しに平面に展開できる面）に限定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５２５４４５号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／１２１０７２号公報
【特許文献３】特開平５−１２４３６０号公報
【特許文献４】特開２００７−１８２００４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Dalsgaard, P., and Halskov, K., "3D Projection on Physical Objects: Design Insights from Five Real Life Cases", Proceedings of the 2011 annual conference on Human factors in computing systems, ACM, pp. 1041-1050, 2011
【非特許文献２】Pfister, H., et. al., "Surfels: Surface Elements as Rendering Primitives", Proceedings of the 27th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, ACM, pp. 335-342, 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、非平面上に印刷を行う３次元表面印刷技術であって、書き換えが容易であり、かつ、表示の維持に電力を要しない３次元表面印刷技術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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る印刷方法は、印刷対象物表面に双安定サーモクロミック材料を設け、この双安定サーモクロミック材料を選択的に加熱することで発色状態と消色状態を切り替えて、印刷対象物表面への印刷を行う。
【０００９】
より具体的には、本発明の第一の態様に係る印刷方法は、非平面である３次元表面に印
刷を行う印刷方法であって、加熱温度の違いまたは加熱後の冷却速度の違いにより発色状態と消色状態とを変更可能な双安定サーモクロミック材料が設けられた３次元表面を用意する準備工程と、前記３次元表面を選択的に加熱して印刷を行う印刷工程と、を含む。
【００１０】
本発明によれば、任意形状の表面に対して印刷を行うことができる。また、双安定サーモクロミック材料は、発色状態あるいは消色状態を維持するために電力を必要としないので、印刷対象物を、印刷後に自由に移動させたりすることができる。さらに、印刷後に加熱あるいは冷却などを再び行えば、印刷内容を容易に書き換えることができる。
【００１１】
前記準備工程においては、双安定サーモクロミック材料を３次元表面に塗布することによって、双安定サーモクロミック材料が設けられた３次元表面を用意することができる。別の方法としては、双安定サーモクロミック材料を含む素材によって印刷対象とする３次元表面を作成することも考えられる。例えば、双安定性の発色特性を有する繊維を用いて印刷対象物（例えば、服や靴など）を作成しても良い。
【００１２】
本発明の第一の態様に係る印刷工程における選択的な加熱は、任意の手段によって行うことができるが、分解能の高い印刷を可能とするためには、レーザを用いて加熱を行うことが好ましい。レーザを用いることで、照射領域を小さくできるためである。ただし、レーザ以外の手法によって加熱しても良い。例えば、印刷物表面に電磁波や光をレンズで集束させて加熱しても良いし、温風を吹き付けて加熱しても良い。その他に、熱源自体を印刷対象物表面付近で移動させて選択的な加熱を行っても良い。また、金属膜などに比熱の異なる素材を印刷対象物に重ねて、印刷対象物全体を加熱することによっても、選択的な加熱が実現できる。
【００１３】
本発明の第一の態様において、印刷対象物の３次元表面をスキャンするスキャン工程と、スキャンされた３次元表面をテクスチャ編集ソフトウェアに取り込み、３次元表面上に印刷する画像データを前記テクスチャ編集ソフトウェアを用いて生成する編集工程と、をさらに含み、前記印刷工程では、前記画像データに基づいてレーザを制御して加熱を行う、ことも好ましい。
【００１４】
印刷対象物の３次元表面をスキャンすることで、その正確な表面形状を取得することができる。そして、テクスチャ編集ソフトウェアを用いて編集された画像データに基づいて印刷を行うことで、画像データを忠実に再現した印刷が可能となる。また、レーザ光源と印刷対象物の距離に応じてレーザのスポット径を制御したり、レーザ照射方向と３次元表面の向きに応じてレーザ照射の走査間隔の制御を行い表面における解像度を一様にしたりすることで、より好適な印刷が行える。
【００１５】
上述のような双安定サーモクロミック材料として、第１の温度以下に冷却することで発色状態となり、前記第１の温度より高い第２の温度以上に加熱することで消色状態となる材料を用いることができる。このような双安定サーモクロミック材料を用いる場合には、前記準備工程において発色状態の前記双安定サーモクロミック材料を塗布するか、または、前記準備工程後に前記双安定サーモクロミック材料が塗布された前記３次元表面を前記第１の温度以下に冷却し、前記印刷工程において、消色状態とさせる個所にレーザを照射して前記第２の温度以上に加熱する。このようにすることで、３次元表面に任意の印刷パターンを印刷可能である。また、一度印刷を行った後でも、印刷内容の書き換えも容易に行える。
【００１６】
また、双安定サーモクロミック材料として、加熱後の冷却速度に応じて発色状態と消色状態とを変更可能な材料を用いることができる。このような双安定サーモクロミック材料を用いる場合には、異なるパルスパターンのレーザを照射することによって、前記双安定
サーモクロミック材料の発色状態と消色状態を変更することができる。例えば、強い強度のパルスレーザを短い時間だけ照射することで、冷却速度の速い加熱が実現できる。また、徐々に強度が弱くなるパルスレーザを照射することで、冷却速度の遅い加熱が実現できる。このような方法によれば、印刷内容を書き換える際に冷却を行う必要が無く、また、発色と消色とを書き換える位置のみにレーザ照射を行えば良いので、印刷内容の書き換えがより容易になる。
【００１７】
双安定サーモクロミック材料は、１色のみを用いても良いが、異なる色に発色する複数種類の双安定サーモクロミック材料を用いても良い。複数種類の双安定サーモクロミック材料を用いる場合には、これらの双安定サーモクロミック材料をパターン化して３次元表面に塗布することが好ましい。例えば、赤青緑（ＲＧＢ）の三色を、デルタ配列やストライプ配列、モザイク配列などのパターンで塗布し、各ドット単位で発色と消色を制御することで、任意の色を表現することができる。
【００１８】
上述のように複数色の双安定サーモクロミック材料をパターン化して用いる場合には、印刷工程が、レーザを前記３次元表面に照射したときの表面における反射光強度を計測して、レーザ照射位置における双安定サーモクロミック材料の色を測定する工程と、前記測定に基づき前記レーザの照射位置を判定するキャリブレーション工程とを含むことが好ましい。レーザ照射によって双安定サーモクロミック材料の色を測定することで、レーザ照射位置を精度良く把握することができる。したがって、精度の良い印刷が行える。
【００１９】
本発明の第二の態様は、双安定サーモクロミック材料が設けられた３次元表面に対して印刷を行う上述の印刷方法を好適に実施するための３次元表面印刷装置である。本発明の第二の態様に係る３次元表面印刷装置は、非平面の３次元表面を有する印刷対象物を載せるための載置台と、レーザを照射する光源と、フォトセンサと、前記レーザによって前記３次元表面をスキャンして前記３次元表面の形状を取得する形状取得手段と、スキャンされた３次元表面を取り込み、３次元表面上に印刷する画像データをユーザに編集可能とするテクスチャ編集手段と、前記画像データに基づいて前記レーザを制御して前記３次元表面の加熱を行う印刷手段と、を備える。
【００２０】
このようにレーザの照射によって３次元表面に印刷を行うので、任意の形状の物体に対して印刷を行うことができる。また、印刷装置自体を大きくすることで、任意の大きさの物体に対して印刷を行うことができる。
【００２１】
また、本発明の第二の態様は、前記載置台と前記光源とを相対的に移動させる移動機構と、をさらに備え、前記印刷手段は、複数の異なる方向から前記３次元表面に対する加熱を行う、ことも好ましい。このようにすれば、一方向からのレーザ照射では全面を印刷できない対象物であっても、その全面を印刷することができる。なお、載置台と光源の相対的な移動とは、いずれか一方のみを動かすことによって実現しても良いし、これら両方を動かすことによって実現しても良い。
【００２２】
また、本発明の第二の態様は、前記レーザを前記３次元表面に照射した際の反射光強度に基づいてレーザ照射位置における前記３次元表面の色を測定し、該測定された色に基づいてレーザ照射位置を判定するキャリブレーション手段をさらに備える、ことも好ましい。照射位置の色を判定することで、照射位置をより精度良く把握することが可能となる。
【００２３】
本発明は、上記処理や手段の少なくとも一部を含む印刷方法あるいは３次元表面印刷装置として捉えることができる。また、上記の方法をコンピュータで実行するためのプログラムとして捉えることもできる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、書き換えが容易であり、かつ表示の維持に電力を要しない３次元表面印刷が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】双安定サーモクロミックインクの２つの安定状態を示す図である。
【図２】３次元印刷装置の外観を示す図である。
【図３】３次元印刷装置の機能ブロックを示す図である。
【図４】３次元印刷処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】双安定サーモクロミックインクの塗布パターンを示す図である。
【図６】照射するレーザのパルスパターンを示す図である。
【図７】カラー印刷を実現するための別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明に係る３次元印刷方法および３次元印刷装置の実施形態について説明する。
【００２７】
＜双安定サーモクロミックインク＞
本実施形態においては、印刷対象物の表面に双安定サーモクロミックインクを塗布し、その表面を選択的に加熱することで印刷を行う。そこで、まず双安定サーモクロミックインクについて説明する。
【００２８】
双安定サーモクロミックインクとは、温度変化により発色状態を変更可能なインクであり、少なくとも２つの安定状態を有し、新たな相変化を起こさない限り発色状態が保たれるインクである。
【００２９】
このようなインクの一例として、電子受容性化合物（顕色剤）として、特許文献２に開示される材料を用いるインクや、株式会社パイロットコーポレーションから「フリクションボール」の名称で発売されているボールペンに使用されているインクが知られている。このインクは、図１（ａ）に示すように、７０℃以上に加熱することにより消色状態に変化する。一度消色状態になった後は、７０℃以下に冷却しても安定して消色状態を維持する。そして、−１０℃以下まで冷却すると、再び発色状態に変化する。発色状態になった後は、−１０℃以上に加熱しても安定して発色状態を維持する。
【００３０】
このようなインクで発色状態と消色状態の切り替えを複数回（１０回以上）繰り返しても、状態の劣化は特に無いことを確認している。また、このインクは、赤色、青色、緑色、黄色、マゼンタ、黒色など様々な色のインクが製造されている。このような観点から、特許文献２に記載のインクは、本発明に有用なインクであるといえる。なお、本明細書では、この種のインクを「フリクションインク」と称する。
【００３１】
このような双安定サーモクロミックインクの別の例として、特許文献３、４に開示される材料を用いるインクや、株式会社リコーから発売されているＲＥＣＯ−Ｖｉｅｗ（登録商標）サーマルリライタブルフィルムに使用されているインクが知られている。このインクは、図１（Ｂ）に示すように、１８０℃まで加熱して急冷することで発色状態に変化し、安定して発色状態を維持する。また、１２０℃まで加熱して徐冷することで消色状態に変化し、安定して消色状態を維持する。
【００３２】
このインクは、加熱のみによって発色状態と消色状態を制御できるため本発明に有用なインクであるといえる。また、フリクションインクと比較すると利用可能な色が、青、緑、黒などに限られる。しかし、消色状態では透明になるため、通常のインクの上にこのイ
ンクをフィルタとして用いることで、種々の色での印刷を実現できる。なお、本明細書では、この種のインクを「Ｒｅｃｏインク」と称する。
【００３３】
上記２種類のインクは本発明に好適に利用できるインクであると言えるが、その他のインクであっても、加熱温度や加熱後の冷却速度の違いによって発色状態と消色状態を制御可能な双安定サーモクロミックインクであればどのようなインクを採用しても構わない。
【００３４】
＜概要＞
ここで、本発明に係る印刷方法の概要について説明する。基本的には、本発明に係る印刷方法は、以下の２つの工程からなる。第１の工程は、印刷対象物の表面に上述のような双安定サーモクロミックインクを塗布する工程である。第２の工程は、双安定サーモクロミックインクが塗布された印刷対象物表面を選択的に加熱して、双安定サーモクロミックインクの発色状態と消色状態を切り替えることで印刷を行う工程である。
【００３５】
インクを印刷対象物に塗布する工程では、何色のインクを塗布しても良い。単色での印刷を行う場合には１種類のみのインクを塗布すればよい。多色印刷を行うためには、反射スペクトルを変更可能なインクを用いればよいが、そのような双安定サーモクロミックインクは現在のところ存在していない。そこで、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の双安定サーモクロミックインクを、サブピクセルにパターン化して塗布する。サブピクセルのパターンとしてはデルタ配列を採用することができるが、モザイク配列やストライプ配列などとしても良い。そして、これらサブピクセルの発色／消色状態を個別に制御することで、任意の色を印刷することができる。
【００３６】
選択的な加熱により印刷を行う工程では、解像度の高い印刷を可能とするためには、加熱する領域を細かく制御できることが好ましい。このような観点から、レーザの照射により印刷対象物表面を加熱することが望ましい。レーザ光源や光学系の性能および照射距離によっても変化するが、数１０μｍから１００μｍのスポット径でのレーザ照射が実用的に利用可能であり、２５０ｄｐｉから１０００ｄｐｉ程度の解像度で印刷ができる。
【００３７】
フリクションインクのように、加熱温度の違いにより発色状態と消色状態を切り替えるインクを用いている場合には、印刷対象物を一旦冷却してから消色する部分をレーザによって加熱することで印刷が行える。Ｒｅｃｏインクのように加熱後の冷却速度の違いによって発色状態と消色状態を切り替えるインクを用いている場合は、フリクションインクと同様に全てを一旦消色状態（あるいは発色状態）にしてから状態を変えても良いが、レーザを照射して照射位置の色を測定して必要に応じて状態を変えるようにしても良い。
【００３８】
なお、後述するように、印刷する画像データは、印刷対象物の３次元モデルに貼り付けるテクスチャとして、テクスチャ編集ソフトウェア上で作成すればよい。そして、テクスチャデータに応じて、レーザの照射位置を動かしつつ印刷を行えば良い。なお、印刷対象物が３次元形状であるため、１つの方向からだけでは対象物の全面を印刷できない場合には、レーザと印刷対象物の位置を相対的に移動させれば良い。
【００３９】
＜装置構成＞
次に、本発明の３次元印刷方法を実施するために好適な３次元印刷装置について説明する。図２は、本実施形態に係る３次元印刷装置１の外観である。図３は、本実施形態にかかる３次元印刷装置１のブロック図である。
【００４０】
本実施形態にかかる３次元印刷装置本体１０は、ＲＧＢレーザ１２、ガルバノメータ１３、フォトセンサ１４、ターンテーブル１５を備える。また、３次元印刷装置１は、コンピュータ２０とマイクロコントローラ３０を備え、マイクロコントローラ３０を介してコ
ンピュータ２０からの命令に従って制御される。コンピュータ２０は、演算装置、主記憶装置、補助記憶装置、入出力装置などを含む通常のコンピュータである。コンピュータ２０は、演算装置がプログラムを実行することで、形状取得部２１、形状データ記憶部２２、テクスチャ編集部２３、ＵＶテクスチャ記憶部２４、印刷制御部２５として機能する。
【００４１】
本実施形態では、ＲＧＢレーザ１２の光源として、青色レーザダイオード１２Ｂ（４０５ｎｍ）、赤色レーザダイオード１２Ｒ（６５０ｎｍ）、緑色レーザダイオード１２Ｇ（５３２ｎｍ）を使用している。３色のレーザは、キネマティックマウント（不図示）やダイクロイックミラー１７，１８を介して結合され、２軸ガルバノメータ１３によって印刷対象物１００の表面を走査可能としている。なお、印刷対象物１００の表面を加熱するだけであれば、１色のレーザ（例えば青色レーザ）のみを用いても良いが、本実施形態ではレーザ照射位置のインクの色を測定するために３色のレーザを採用している。詳しくは後述するが、ＲＧＢ３色のレーザでそれぞれ照射して、フォトセンサ１４により反射光の波長を計測することで、レーザ照射位置表面の色を測定する。
【００４２】
ターンテーブル１５は印刷対象物１００を載置するためのものであり、回転して印刷対象物１００とレーザ１２の位置を相対的に移動させる。これは、印刷対象物１００の表面全体を印刷可能とするためである。本実施形態においては、レーザ１２とターンテーブル１５との間の距離は４５０〜５５０ｍｍである。
【００４３】
コンピュータ２０によって実現される各機能部の説明については、以下の印刷方法の説明の中でまとめて行う。
【００４４】
＜処理方法＞
図４は、本実施形態にかかる３次元印刷装置１を用いて、３次元表面に対して印刷を行う処理の流れを示したフローチャートである。
【００４５】
まず、印刷対象物１００を用意する（Ｓ１）。印刷対象物１００は、双安定サーモクロミックインクを塗布可能な物体であり、３次元印刷装置に格納可能であれば任意の物体であって良い。印刷対象物１００の表面は平面である必要は無く、任意の形状であって構わない。
【００４６】
次に、印刷対象物１００を３次元スキャンして３次元形状データを取得する（Ｓ２−Ｓ３）。本実施形態においては、印刷に用いるのと同じレーザを用いてスキャンを行う。形状取得部２１は、レーザ等を制御して印刷対象物１００の３次元形状を取得して、３次元形状データを形状データ記憶部２２に格納する。ただし、印刷対象物１００の形状データの取得は、３次元印刷装置１を用いて行う必要は無く、その他の装置によって実行して３次元形状データをコンピュータ２０に取り込むようにしても構わない。
【００４７】
次に、テクスチャ編集部２３によって、利用者は印刷対象物の表面に印刷する画像データ（テクスチャデータ）の編集を行う（Ｓ４〜Ｓ５）。テクスチャ編集部２３は、３次元表面に対するテクスチャを作成・編集するための既存のソフトウェアプログラムによって実現可能である。利用者によってＵＶテクスチャデータが作成されたら、ＵＶテクスチャ記憶部２４にそのデータを記憶する。
【００４８】
また、印刷対象物１００の表面に対して双安定サーモクロミックインクを塗布する（Ｓ６）。本実施形態ではカラー印刷を実現するために、赤、青、緑の３色のインクをパターン化して塗布する。ここでは、図５に示すようにＲＧＢの３色のインクをデルタ配列にて塗布する。各サブピクセルの大きさは、印刷に要求される分解能に応じて適宜調整すればよいが、ここでは直径０．１ｍｍ程度（２５０ｄｐｉ）の大きさとする。なお、双安定サ
ーモクロミックインクの塗布は、例えば、従来のインクジェット方式の３次元印刷手法などによって実現可能である。なお、印刷対象物の表面の材質や形状によっては、双安定サーモクロミックインクが塗布されたフィルムを貼り付けても構わない。そして、双安定サーモクロミックインクが塗布された印刷対象物１００を、ターンテーブル１５上に載置する（Ｓ８）。なお、ここでは形状をスキャンしてからインクの塗布を行うと説明したが、インクを塗布した後の印刷対象物１００をスキャンしても良い。
【００４９】
印刷制御部２５は、３次元形状データとＵＶテクスチャデータとから、印刷対象物１００に対してレーザ照射を行うのに適した照射ビューを決定する（Ｓ９）。また、それぞれの照射ビューにおいて、ＵＶテクスチャのどの点のデータに対するレーザ照射を実行するかも決定する。レーザ照射を行うのに適した照射ビューとは、できるだけ少ないビュー数で印刷対象物１００表面の全体にレーザ照射可能であり、かつ、できるだけ印刷対象物１００の表面に垂直にレーザを照射できるようなビューである。照射ビューを適切に決定することで、印刷時間の短縮化および印刷精度の向上が見込める。
【００５０】
以下のステップＳ１０からＳ１４の処理は、印刷制御部２５によって、それぞれの照射ビューに対して実行される。まず、ステップＳ９で求められた照射ビューに一致するように、印刷制御部２５がマイクロコントローラ３０を介してターンテーブル１５を回転させる（Ｓ１０）。
【００５１】
以下のステップＳ１１からＳ１３の処理は、レーザ加熱による１点の印刷処理である。これらのステップは、照射ビューにおける描画点の数だけ繰り返される。
【００５２】
まず、印刷制御部２５は、ガルバノメータを制御して、レーザの照射位置をＵＶテクスチャデータにおける点と一致させる。そして、その照射位置において、青色レーザ（１０ｍＷ）、赤色レーザ（０．４ｍＷ）、緑色レーザ（０．５ｍＷ）を照射して、フォトセンサ１４によって反射光を計測する（Ｓ１１）。この処理により、照射位置のＲＧＢ値を得ることができる。
【００５３】
誤差がなければ、照射ビューと３次元形状データに基づいてガルバノメータを制御することで、レーザの照射位置をサブピクセルの単位で正確に決定することができる。しかしながら、サブピクセルの分解能を上げると正確な位置決めが困難となる。そこでレーザ照射位置の色を測定することで、レーザ照射位置制御の較正（キャリブレーション）を実行する。印刷制御部２５は、上記の測定によって得られるレーザ照射位置の色に基づいて、レーザ照射位置が何色のサブピクセルであるかを判定することができる。このようなキャリブレーション処理を含めることで、レーザ照射位置の制御を精度良く行うことができる。
【００５４】
印刷制御部２５は、得られた色（ＲＧＢ値）とＵＶテクスチャデータの対象点における色とを比較し（Ｓ１２）、レーザ照射の要否を判定する。レーザ照射位置での発色／消色を変更する必要があれば、照射位置にレーザを照射して、ＵＶテクスチャデータにしたがった色に変更させる（Ｓ１３）。加熱温度によって発色状態を制御可能なフリクションインクを用いている場合には、インクを消色状態に変化させる際はレーザを照射（５０ｍＷ、５０ｍｓ）し、発色状態を維持する際はレーザの照射を行わない。発色状態のためのレーザ照射はキャリブレーション工程とは異なり１色のレーザだけを用いればよい。何色を用いても良いが、本実施形態では青色レーザで加熱を行う。
【００５５】
なお、加熱後の冷却速度で発色状態を制御可能なＲｅｃｏインクを用いている場合には、照射するレーザのパルスパターンを変化させることで、発色状態を変更する。具体的には、消色状態から発色状態に変化させるためには、図６（ａ）に示すように、２００ｍＷ
のパルスを１００ｍｓの間１回だけ照射する。これにより、加熱後の急速な冷却が実現され、Ｒｅｃｏインクは消色状態から発色状態に変化する。一方、インクを消去する場合には、図６（ｂ）に示すように、１５０ｍＷから徐々に弱くなる５つのパルスを５０ｍｓのパルス間隔で照射する。これにより、加熱後のゆっくりとした冷却が実現され、Ｒｅｃｏインクは発色状態から消色状態に変化する。また、発色状態あるいは消色状態を維持する場合には、レーザの照射を行わない。
【００５６】
上述のレーザ照射において、レーザ光源と印刷対象表面との距離や角度などが変わっても、レーザの焦点スポット径の大きさや、スポット間距離（レーザ照射密度）を一定とする必要がある。焦点スポット径が大きくなると加熱量が小さくなり発色状態の制御ができなくなるためである。また、スポット間距離を一定にしなければ良好な印刷ができないためである。そこで、本実施形態においては、印刷制御部２５は、画像空間においてラスタライズ処理を行うのではなく、非特許文献２に開示される手法と同様に物体空間においてラスタライズ処理を行う。このようにレーザ光源と印刷対象表面の距離や角度を考慮してレーザスポット径を制御したりレーザ走査間隔を制御したりすることで、より良好な印刷が達成できる。
【００５７】
現在の照射ビュー内において印刷すべき全ての点について上記Ｓ１１からＳ１３の処理を実行したか判断し（Ｓ１４）、全て完了した場合にはターンテーブルを回転して次の照射ビューでのレーザ照射を開始する（Ｓ１０）。
【００５８】
全ての照射ビューについて上記ステップＳ１０からＳ１４の処理を実行したか判断し（Ｓ１５）、全て完了した場合には印刷処理が完了したことになるので、ターンテーブルから印刷対象物を取り出す（Ｓ１６）。
【００５９】
なお、以上の説明では印刷対象物にインクを塗布する工程を含めて説明したが、すでに印刷済みの物体に対して再度印刷を行う場合には、インクを塗布する必要は無い。フリクションインクのように加熱と冷却によって発色状態を変更可能なインクを用いている場合には、再印刷を行う前に印刷対象物を冷却して、表面全面を発色状態にしてから上記の印刷処理を再度行えば良い。Ｒｅｃｏインクのように加熱後の冷却速度の違いにより発色状態を変更可能なインクを用いている場合には、前処理無しで上記の印刷処理を再度行えば良い。もちろん、Ｒｅｃｏインクの場合にも、あらかじめ全面を発色状態あるいは消色状態にしてから印刷処理を開始しても構わない。
【００６０】
＜実施形態の作用・効果＞
本実施形態は、双安定サーモクロミックインクにレーザ照射を照射することで印刷を行うので、非平面の表面に対して印刷が可能であり、しかも書き換えも可能である。書き換えが可能であるという特徴は、たとえばデザインのプロトタイプ作成などに有効である。また、レーザ照射による発色状態の制御は比較的高速に行えるので、印刷も高速に実現できる。
【００６１】
印刷された画像を保持するために電力や特殊な装置は必要ではない。したがって、印刷後の物体を移動させることができる。したがって、日用品に印刷を行ってそれをそのまま使用することができる。一般家庭において、靴やバッグなどの外観を比較的容易に変えることができる。また、飲食店などにおいてはカップやペンなどに広告を印刷するために用いれば、頻繁に広告内容を変更できる。
【００６２】
また、レーザ照射によって発色状態を制御しているため、印刷対象物の大きさに対する制限が事実上無い点も本実施形態の有利な点である。例えば、車両の表面に印刷を行うことも可能である。その他にも、道路標識、建物の壁・床・天井などに対しても印刷が可能
である。
【００６３】
＜変形例＞
上述の説明では、カラー印刷を実現するために複数色のインクをデルタ配列にパターン化して塗布している。しかしながら、デルタ配列以外にストライプ配列やモザイク配列などによりサブピクセルを形成しても同様の効果が得られる。
【００６４】
また、カラー印刷の実現方法は上記と異なる方法によっても実現できる。たとえば、白色と黒色とを変更可能な双安定サーモクロミックインクを用いてもカラー印刷を実現できる。図７（ａ）に示すように、印刷物表面に双安定サーモクロミックインクを塗布し、その上にサブピクセル化したカラーフィルタを設ける。これにより、双安定サーモクロミックインクを白色にした部分はカラーフィルタの色となり、双安定サーモクロミックインクを黒色にした部分は黒色となる。
【００６５】
また、透明と不透明（黒色）を変更可能な双安定サーモクロミックインクを用いてもカラー印刷を実現できる。図７（ｂ）に示すように、印刷物表面に通常のカラーインクによりサブピクセル化したパターンを印刷し、その上に双安定サーモクロミックインクを塗布する。これにより、双安定サーモクロミックインクを透明にした部分はその下のインクの色となり、双安定サーモクロミックインクを不透明とした部分は黒色となる。
【００６６】
また、カラー印刷ではなく単色での印刷を行う場合には、印刷対象物表面の全体に一色の双安定サーモクロミックインクを塗布すればよい。この場合の印刷処理は、図４のフローチャートにおけるステップＳ１１のキャリブレーションが不要になる点で上記の実施形態と異なる。
【００６７】
また、上記の実施形態では、印刷対象物の表面に双安定サーモクロミックインクを塗布しているが、印刷対象表面に双安定サーモクロミック材料が含まれれば選択的な加熱による印刷が実行できる。したがって、印刷対象物表面に双安定サーモクロミックインクを塗布する以外に、双安定サーモクロミック材料を含む素材によって印刷対象物を作成しても構わない。例えば、双安定性の発色特性を有する繊維を用いて衣服等を作成し、これを対象として印刷を行うこともできる。
【００６８】
上記の実施形態においては、ターンテーブルを用いて印刷対象物をレーザに対して移動させているが、その他の方法によって照射ビューを変えても良い。例えば、レーザ光源の方を移動させても良い。印刷対象物の周辺に反射鏡を設置して全面をレーザ照射可能としても良い。また、上記の実施形態においてはレーザは１個所のみから照射可能としたが、複数個所からレーザを照射可能としても構わない。このようにすることで、より大きな印刷対象物であっても、印刷の対象とすることができる。特に大きな印刷面に対しては、印刷装置自体が移動する形態が好適と考えられる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  ３次元印刷装置
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ  レーザダイオード
１３  ガルバノメータ
１４  フォトセンサ
１５  ターンテーブル
２０  コンピュータ
２１  形状取得部
２３  テクスチャ編集部
２５  印刷制御部
３０  マイクロコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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