JP2004093852A

JP2004093852A - 計算機ホログラムから成る位置合わせマークおよびこのマークを有する表示体

Info

Publication number: JP2004093852A
Application number: JP2002254187A
Authority: JP
Inventors: Akira Nagano; 永野　彰; Toshitaka Toda; 戸田　敏貴
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】ドット単位で構成された計算機ホログラムにより再生される情報に位置検出のための様々な情報を含み、精度の高い位置合わせのためのセンサーマークとして機能する計算機ホログラムを用いた位置合わせマークを提供する。また、前記位置合わせマークを適用することで、基材の位置を正確に合わせることが可能な表示体を提供する。
【解決手段】平面状の基材表面に、複数個のドットから構成される位置合わせマークにおいて、前記ドットは、当該ドットの配置位置情報を記録した計算機ホログラムからなることを特徴とする位置合わせマークを用いる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機を用いて物体光の波面情報を導出する計算機ホログラムを構成要素とした位置合わせマーク、およびこの位置合わせマークを設けた表示体に関する。
特に、計算機ホログラムを構成するドットあるいはセルに記録され、レーザービーム等のコヒーレント光により再生されるパターンを線や矢印，矩形等の位置指定図形や、数値、方位等の位置指定情報とすることで、計算機ホログラムによるパターンを位置合わせマークとして使用した際に高精度な位置合わせ機能を提供することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、原料や材料となる基材を、ベルトコンベヤーやロール順送り機構などの連続的に搬送する装置に供給し、任意の物品（製造物）を製造する際、搬送される原料等を精度よく配置するために、機械読み取り式の位置合わせマーク（センサーマーク）を利用することが行われる。
【０００３】
例えば、ロール紙に多面付けされた印刷物を精度よく裁断するために、印刷物の、印刷されていないロール紙の端部等に、矩形もしくは任意形状の読み取りパターンを別途印刷し、それをＣＣＤカメラなどの読み取り装置により検出し、装置と搬送しているロール紙の位置を調整するという工程が、連続搬送装置を用いた量産においてしばしば行われる。
このような工程により用いられる位置合わせのためのマークは、ロール紙やロールフィルム等の媒体においては、その面上に印刷もしくは、貼付された形で存在するので、高速にロール紙等を搬送した場合には、マークの外形の検出が困難となったり、位置精度が不十分となったりする。
【０００４】
このような位置合わせマークは、シート（枚葉）単位で加工が行われる装置においても同様の目的に用いられ、その際にも、同様に高速な搬送に対して検出が困難となったり、位置精度が不十分となったりするという問題を有している。
この位置合わせマークとして、ホログラムを用いることが提案されている。
【０００５】
また、ホログラムとして、特定情報を記録して、その情報を読みとる方法としては、フーリエ変換型ホログラムを利用する方法等が公知である。このような情報を記録したホログラムに、予め決められた光が入射すると、１次回折光により記録した情報が再生される。
【０００６】
ホログラムには、実際の物体（被写体）からの物体光と、参照光による干渉現象を利用して作成するもの以外に、計算機上で対象物に相当するデータを基に、干渉縞をデジタルデータとして表した干渉縞データを作成し、それを感光フィルムなどの媒体に記録して作成する、いわゆる「計算機ホログラム」も知られている。
【０００７】
計算機ホログラムとしては、上記のフーリエ変換型ホログラムなどが持つことになる干渉縞を、計算機を用いて算出し、前記干渉縞データを各種方法により、結果的にホログラムと同様な機能（回折現象による情報再生を行う）を奏するように、上記の特定情報が記録される。
計算機ホログラムの構成として、ホログラム画面全体に渡る計算機ホログラムを配置する手法に代えて、計算機ホログラムからなる微小なセルを構成単位として、計算機ホログラム全体を構成する手法も採用されている。
【０００８】
上記方法によると、パターン全体が計算機ホログラムにより構成されるのではないため、パターン内のセル毎に異なる特定情報が記録された計算機ホログラムを配置することができ、それにより様々な情報をパターン内に記録することができる。
一般にこのような計算機ホログラムは、電子線描画装置等の高精度で、サブミクロンオーダーでのパターニングが可能な装置により実現されるので、限られた面積内で非常に多くの情報を記録することができる。
【０００９】
このような手法により実現される計算機ホログラムに対し、特定波長の光を入射し、隠蔽情報を再生するためには、付与する隠蔽情報の情報量に対応して、十分な数のセルが（マトリクス状に）存在する必要がある。
通常の計算機ホログラムは、ホログラム再生用のレーザービームの、ビーム径（１ｍｍφ程度）よりも小さいため、この計算機ホログラムを記録したセルを複数個隣接して配置し、再生像の品質を向上させることが行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、位置合わせマークにより、搬送される材料の位置情報を読み取り、材料と搬送装置とのズレを補正する工程では、印刷もしくは貼付等の加工方法により配置された位置合わせマークの外形状をＣＣＤカメラなどの受光器をもつ読み取り装置により検出する。
その際、読み取り装置は位置合わせマークの輝度とその周辺部の輝度との色変化をもとに位置合わせマークの外形状の検出のみを行うので、位置合わせの精度は位置合わせマークそのものの品質に依存する。
すなわち、位置合わせマークの印刷が基材の色と類似していたり、位置合わせマークの外形が不鮮明であったりすると、読み取りの際に誤認識されるおそれがある。
【００１１】
本発明は、ドット単位で構成された計算機ホログラムにより再生される情報に位置検出のための様々な情報を含み、精度の高い位置合わせのためのセンサーマークとして機能する計算機ホログラムを用いた位置合わせマークを提供することを目的とする。
また、本発明は、基材の位置を正確に合わせることが可能な表示体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、平面状の基材表面に、複数個のドットから構成される位置合わせマークにおいて、
前記ドットは、当該ドットの配置位置情報を記録した計算機ホログラムからなることを特徴とする位置合わせマークである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記ドットに多重に記録された計算機ホログラムからの再生情報が、各々別の情報を示すことを特徴とする請求項１記載の位置合わせマークである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記ドットに多重に記録された計算機ホログラムからの再生情報が、各々同一の情報を異なる領域に示すことを特徴とする請求項１記載の位置合わせマークである。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記ドットに記録される計算機ホログラムが、フーリエ変換ホログラムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の位置合わせマークである。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記ドットに記録される計算機ホログラムが、フレネルホログラムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の位置合わせマークである。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記計算機ホログラムによりパターンに絵柄や文字等の装飾画像が表示されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の位置合わせマークである。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、基材に、請求項１乃至６のいずれかに記載の位置合わせマークを設けたことを特徴とした表示体である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、マトリクス状に複数個配置されたドットに計算機ホログラムを記録したパターン１に対し、レーザービーム２を入射した際の像再生の様子を示した説明図である。
図１に示したように、各ドット１０は、レーザービーム１の入射に対し、再生像の回折光を予め設計した方向に射出することができる。
【００２０】
計算機ホログラムを記録するドットは、数ミクロン〜数百ミクロンの範囲の微小な面積で構成することができ、それぞれのドットに、別々の情報を記録することができる。
すなわち、図２に示すように、パターン上において、レーザービームの入射位置に応じて別々の情報を再生像１１として表示させることができる。
【００２１】
なお、この際得られる再生像は、ドットの大きさと比較して非常に大きく、人間が肉眼で観察できる程度の大きさで表示させることも容易に可能である。
この原理により、パターン内に配置されたドット毎に、固有の位置情報を計算機ホログラムデータとして記録し、それにレーザービームを入射することで場所により異なる位置情報を読み取ることができる。
【００２２】
図３は計算機ホログラムによる位置合わせマークを載置した基材を搬送装置にセットし、レーザービームと再生像受像器から成る読み取り装置により、基材の停止位置を制御、決定する状況を示した説明図である。
【００２３】
基材上の基準点Ａと、加工装置上の基準点Ａ′とが同一線上に並んだ時に加工が正確に行えるものとする。
図３に示すように、基準点Ａと位置合わせマーク内の、各ドットとの位置関係（距離や方向等）を、計算機ホログラムのデータとして記録することで、レーザービーム入射時に読み取り装置の受像部で読み取った再生像により、基材と装置との位置関係が一意に判断できる。
【００２４】
図３の場合、受像部に投影された位置情報は、基材基準点Ａと装置基準点Ａ′との距離が１０．０ｍｍであることを示しており、この状況からさらに１０．０ｍｍの基材の移動が必要であることが判断される。
このデータをもとに、さらに基材を移動させ、連続的にドットからの再生像を読み取り、再生像が０．０ｍｍを示す所まで達したところで基材を停止させ、基材基準点Ａと装置基準点Ａ′を合致させる。
【００２５】
図３から明らかなように、得られる再生像は、それが記録されているドットの面積よりも大きく、位置合わせマークの外形を認識する従来の位置合わせ手段では不可能である、より高精度な位置合わせを実現することができる。
なお、図３においては、説明の都合上、基材基準点Ａと装置基準点Ａ′を設定したが、これらは実際に基材や装置上に表示されていなくても構わない。
【００２６】
また、図３においては、再生像として実際の距離を表す数値を表示する例を示したが、バーコードや２値化符号のような、機械による読み取りに好適なパターンを表示することもできる。
【００２７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、請求項２に記載した位置合わせマークの具体例を示す説明図である。
図４（ａ）は、レーザービームを有する読み取り装置により、基材の左右方向（Ｘ方向）位置、及び搬送方向（Ｙ方向）位置を同時に読み取った際の、再生像の様子を示したものである。
このように複数種類のデータを再生できる計算機ホログラムを、各ドットに記録することで、一度の読み取り工程で得られた情報から、複数の位置合わせ工程を実施することができる。
【００２８】
また、図４（ｂ）は、レーザービームの入射方向に応じて異なる情報を、異なる位置に再生する機能をもつ計算機ホログラムを、各ドットに記録した位置合わせマークを用いた位置検出を示したものである。
この場合、Ｘ方向位置とＹ方向位置を、それぞれ別系統の読み取り装置により処理することができる。
【００２９】
図５は、請求項３に記載した、位置合わせマークの特性を示す説明図である。各ドットに構成された計算機ホログラムは、レーザービームを複数の方向から入射した際に、いずれの場合においても、同一の再生像が得られるように記録されている。
このような機能を持つ位置合わせマークを適用することで、レーザービームを有する読み取り装置を、ある程度自由な場所に設置することができる。特に基材を、異なる機能を有する複数の加工装置に搬送するような場合においては、それぞれの加工装置における読み取り装置の、設置条件に対応した計算機ホログラムを記録しておくことで、同一の位置合わせマークを、共通して使用することができる。
【００３０】
図６は、請求項４に記載した位置合わせマークによる像再生の様子を示す説明図である。
フーリエ変換型ホログラムの原理を用いて記録された計算機ホログラムによる再生像は、回折光の進行方向のいかなる地点においても結像し、同様の情報を得ることができる。
【００３１】
この時、計算機ホログラムに近い距離で読み取り装置の受像器を設置すれば、小さな再生像を得ることができ、遠い距離で設置すれば大きな再生像を得ることができる。
すなわち、読み取り装置の設置位置に係わらず、同一の情報を取り扱うことが可能となる。
【００３２】
図７は、請求項５に記載した位置合わせマークによる像再生の様子を示す説明図である。
フレネルホログラムの原理を用いて記録された計算機ホログラムは、予め設定した任意の地点に結像する再生像を表示することができ、それ以外の地点では結像せず、焦点のあっていないぼけた再生像しか得ることができない。
この原理を利用し、再生像の結像する地点に読み取り装置の受像部を設置し、再生像の結像の度合いを評価することで、位置合わせマークと受像部との距離を判断することができる。
【００３３】
これにより、基材が搬送中に、上下方向（Ｚ方向）に振動してしまうような状況を把握することができる。基材上の基準点と、ドットとのＸ方向位置及びＹ方向位置を示す情報を、フレネルホログラムの原理に基づき、計算機ホログラムとして記録し、さらに、その情報の結像度合いを評価し、Ｚ方向位置を計測することで、基材の位置合わせに必要な３つの方向に関する情報を一度に得ることができる。
【００３４】
図８は、請求項６に記載した位置合わせマークの外観図の一例を示す説明図である。
本発明による位置合わせマークは、複数のドットにより構成されることから、計算機ホログラムを記録した各ドットの、肉眼で観察した際の明るさを変化させたり、計算機ホログラムを記録したドットと、記録していないドットを混在させることで、絵柄や文字等の装飾画像を表示することができる。
他にもドットの大きさを場所により変更したり、着色された基材の上に、位置合わせマークを配置したりすることでも、装飾画像を表示する位置合わせマークを実現できる。
【００３５】
これにより、計算機ホログラムによる再生像表示機能を保持したままで、肉眼で認識することが可能な情報を表示することができる。
例えば、肉眼で認識することが可能な情報として、枚数やロット番号等を表示することで、生産管理等に役立てることができる。
【００３６】
このように、本発明による位置合わせマークとして、反射型の計算機ホログラムを、フィルムまたは紙等の基材上に載置し、レーザービームの入射光を反射側から読み取る機構を図示したが、透過型の計算機ホログラムを、透過性を有するフィルム等の基材上に載置すれば、レーザービームを入射した際の透過光を読み取る情報として利用することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明による位置合わせマークは、以上述べたように計算機ホログラムのパターンから構成されることにより、精度の高い位置合わせ機能を提供することが可能である。
また、本発明による位置合わせマークは、計算機ホログラムの記録されたパターンの載置可能なフィルムや紙等の基材を、ロール方式やシート方式で連続的に搬送し加工する工程において好適に利用することができ、以下に示すような効果を得ることが可能である。
【００３８】
（１）計算機ホログラムから成るドットにレーザービーム等を入射することにより得られる再生像は、ドットの面積と比較して非常に大きく、再生像の情報をもとにした位置合わせ機能は、従来の位置合わせマークの外形をもとにした位置合わせより、高精度に実現することができる。
（２）複数の計算機ホログラムのデータを、各ドットに多重に記録することにより、パターン上の定点から異なる情報を得ることができる。それにより、例えば、縦横両方向の位置合わせの情報を一度に得ることが可能である。
（３）複数の観察地点に対し、別々の情報を再生する計算機ホログラムを記録することにより、複数の情報を同時に、且つ／もしくは、別々に処理することが可能である。
（４）複数の観察地点に対し、同一の情報を再生する計算機ホログラムを記録することにより、情報を再生させるためのレーザービーム等の入射方向を複数の候補から選択的に用いることが可能である。
（５）計算機ホログラムとして、フーリエ変換型計算機ホログラムを用いることで、位置合わせマークと観察地点との距離とは、無関係に同様の再生像を位置合わせのための情報として得ることができる。
すなわち、再生像の読み取り装置を任意の距離の地点に自由に設置することができる。
（６）計算機ホログラムとして、フレネル計算機ホログラムを用いることで予め設定した観察地点以外では、再生像が結像しないようにすることができ、位置合わせマークが載置された基材が上下方向に変位した際に、その変位を搬送時の不本意な振動として認識することができる。
（７）計算機ホログラムにより、肉眼で観察することが可能な装飾画像を実現することで、手作業を行うなどの際に必要となる作業順序を示す情報や、枚数、ロット番号等を示す各種生産管理情報等を、位置合わせマーク上にあわせて表示することができる。
また、計算機ホログラムによる装飾画像で、製品そのものを作製した場合、位置合わせ情報を製品内に記録することも可能である。
（８）フーリエ変換型計算機ホログラムは、肉眼やＣＣＤカメラ等で観察した場合、白濁色のパターンとして認識されるので、一般的に採用されている位置合わせマークの外形状による位置合わせを行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のドットに記録された計算機ホログラムの一例を示す説明図。
【図２】場所により異なる再生像を表示する計算機ホログラムから成るパターンの一例を示す説明図。
【図３】位置合わせマークを載置した基材と、搬送装置及び読み取り装置の設置例を示した説明図。
【図４】図４（ａ）は、位置合わせマーク内の任意の一点から複数の情報が得られた際の再生像の一例を示す説明図。図４（ｂ）は、位置合わせマーク内の任意の一点から複数の情報が別々に配置された複数の受像器で得られる様子の一例を示す説明図。
【図５】レーザービームに入射方向に依存せず同様の情報を再生する計算機ホログラムの情報再生の様子を示す説明図。
【図６】回折光の射出方向のいかなる地点においても結像するフーリエ変換型ホログラムの原理を用いた計算機ホログラムの一例を示す説明図。
【図７】フレネルホログラムの原理を用いた計算機ホログラムによるＺ方向の位置合わせ制御の様子を示す説明図。
【図８】装飾画像を表示した位置合わせマークの一例を示す説明図。
【符号の説明】
１…マトリクス状に複数個配置されたドットに計算機ホログラムを記録したパターン
２…レーザービーム
１０…ドット
Ａ…基材基準点
Ａ′…装置基準点

Claims

平面状の基材表面に、複数個のドットから構成される位置合わせマークにおいて、前記ドットは、当該ドットの配置位置情報を記録した計算機ホログラムからなることを特徴とする位置合わせマーク。
前記ドットに多重に記録された計算機ホログラムからの再生情報が、各々別の情報を示すことを特徴とする請求項１記載の位置合わせマーク。
前記ドットに多重に記録された計算機ホログラムからの再生情報が、各々同一の情報を異なる領域に示すことを特徴とする請求項１記載の位置合わせマーク。
前記ドットに記録される計算機ホログラムが、フーリエ変換ホログラムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の位置合わせマーク。
前記ドットに記録される計算機ホログラムが、フレネルホログラムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の位置合わせマーク。
前記計算機ホログラムによりパターンに絵柄や文字等の装飾画像が表示されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の位置合わせマーク。
基材に、請求項１乃至６のいずれかに記載の位置合わせマークを設けたことを特徴とした表示体。