JP4563213B2 - 光回折構造の複製方法及びその複製方法によって複製された光回折構造を含む光回折構造体。 - Google Patents

Description

本発明は、光回折構造の複製方法及び光回折構造を含む光回折構造体に関する。

ホログラム像の持つ立体感と回折格子の持つ明るさ及び明解さを加え合わせた光回折構造を作成する方法として、乾板にマスクパターンを介してホログラム及び回折格子を露光して現像することにより、回折格子とホログラム像を生じさせる干渉縞が混在した１つの光回折構造を得る技術が知られている（特許文献１参照）。

また、近年、電子線によって回折格子の格子パターンや計算機によってシミュレートされたホログラムの干渉縞を直接描画して製造する方法が知られている（特許文献２、特許文献３、及び特許文献４参照）。

特開昭５９−９９４７５号公報 特開平６−３３７３１５号公報 特開平９−３１９２９０号公報 特開平１１−２４５３９号公報

また、上記製造方法よりも簡便な方法として、光回折構造が施された原版へ熱エネルギー線を照射することによって、当該光回折構造を複製する方法も検討されているが、複製された光回折構造の画質、即ち、輝度や外観に問題がある場合が多い。例えば、光回折構造の回折光の輝度の低下、外観上のムラ等を引き起こし、また、光回折構造の回折光画像が持つ３Ｄの立体感や奥行き感が損なわれ、平坦な印象を与えることもある。

そこで、本発明は、光回折構造の光学的効果を損なわない状態で光回折構造を複製する方法等を提供する。

本発明の光回折構造複製方法は、所定方向（Ａ）にのみ視差が考慮された計算機ホログラムの干渉縞が施された光回折構造原版（１）のその干渉縞と、基材層（２ａ）上に積層された溶融層（２ｂ）とを重ね合わせ、その重ね合わされた部分にエネルギー線（Ｌ）を照射し、そのエネルギー線の熱に基づいて前記溶融層を溶融させて前記干渉縞を前記溶融層へ転写し、前記エネルギー線を移動させることにより、前記光回折構造原版の前記干渉縞を複製する光回折構造の複製方法であって、前記光回折構造原版には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のそれぞれに対応する回折格子の面積率に応じた色が表現されるように、前記各回折格子に対応する前記所定方向にのみ視差が考慮された干渉縞が前記面積率に応じて形成された回折格子画素（２１）による回折格子画像（２０）が形成され、前記エネルギー線を移動させる方向が、前記所定方向と同じになるように、かつ、前記エネルギー線の照射ピッチ（λ１）が、前記所定方向に関して直角方向の前記回折格子画素の幅（λ２）の正の整数倍になるように、前記エネルギー線を照射することにより、上記の課題を解決する。

本発明のホログラム複製方法によれば、光学的効果を高めるための方向と同じ方向にエネルギー線を照射して、そのエネルギー線の熱に基づいて溶融層を溶融させて干渉縞を溶融層へ転写することによって、干渉縞の光学的効果を損なわずに当該干渉縞を複製することができる。干渉縞の「光学的効果を高める方向」とは、例えば、垂直方向に拡散する物体光は無視して、水平方向の視差のみを考慮したホログラム像を形成するホログラムにおける水平方向をいう。

本発明のホログラム複製方法における干渉縞は、計算機ホログラムの干渉縞である。「光学的効果を高める方向」は、垂直方向の視差を考慮しないで形成された計算機ホログラムにおいては、水平方向である。また、垂直方向の視差を考慮しないで形成されたレインボーホログラムの場合も、水平方向である。

「エネルギー線の熱」とは、エネルギー線自体が熱を有する場合と、エネルギー線が溶融層に照射されて熱を発生する場合とを含む。この複製方法によれば、加熱される照射範囲が狭く、照射範囲が移動すれば溶融した部分が硬化しやすいため、特に冷却設備を設ける必要がなく、エネルギー線を照射する設備さえあれば実現することができる。

エネルギー線を照射する間隔である照射ピッチと、光学的効果を高める方向に対して直角方向の回折格子画素の幅の長さとの最小公倍数に当たる周期で複製物にモアレが発生するため、上記のような照射ピッチでエネルギー線を照射することにより、モアレの発生を防止することができる。「照射ピッチ」とは、例えばレーザーを水平方向に照射していく場合は、当該レーザーの垂直方向の間隔である。以下、光学的効果を高める方向に対して直角方向の回折格子画素の幅を「画素ピッチ」ということがある。「照射ピッチ」と「画素ピッチ」とは同じ方向である。更に、本発明は、上記複製方法によって複製された光回折格子を一部に有する、或いは全体とする光回折構造体として具現化されてもよい。

また、第１の回折格子画素の幅（λ２−１）で構成される回折格子画像と第２の回折格子画素の幅（λ２−２）で構成される回折格子画像とが含まれる場合、前記エネルギー線の照射ピッチ（λ１）は、第１の回折格子画素の幅（λ２−１）と第２の回折格子画素の幅（λ２−２）との最小公倍数とする。

本発明によれば、エネルギー線を照射する方向を、光回折構造原版における光学的効果を高める方向に一致させることにより、光回折構造の光学的効果を損なわない状態で光回折構造を複製することができる。

図１は、本発明の光回折構造原版としてのホログラム原版１に施された干渉縞の一例を示す図である。ホログラム原版１に施された干渉縞はホログラムを形成すべくコンピュータによってシミュレートされた計算機ホログラムである。ホログラム原版１の干渉縞は、垂直方向に並ぶ複数の帯状の干渉縞列１ａ…１ａによって構成され、各干渉縞列１ａにおける干渉縞１ｂは、垂直方向の視差を考慮せず、水平方向Ａの視差のみを考慮して記録されている。

従って、ホログラム原版１における「光学的効果を高める方向」は水平方向Ａと同じ方向である。以下、方向Ａを干渉縞方向Ａという。計算機ホログラムの干渉縞は既に知られている方法にて作成すればよい。

次に、ホログラム原版１に刻まれているパターンを被複製体２へ複製する方法について図２（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。本形態における被複製体２は、（ａ）に示すように、基材層２ａに溶融層２ｂが積層されている。溶融層２ｂは、例えばカーボンが含まれたＷＡＸで構成され、光が熱に変化され、熱によって溶融する。基材層２ａは、後述するエネルギー線としてのレーザー光Ｌを透過し、溶融層２ｂよりも溶融温度が高い素材で構成されている。

ホログラム原版１に刻まれている干渉縞を複製するには、（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホログラム原版１の干渉縞、即ち凹凸のパターンが施された面と溶融層２ｂとを重ね合わせ、基材層２ａ側から熱エネルギーとしてレーザー光Ｌを照射する。このレーザー光Ｌが照射されると照射部分が熱せられ、溶融層２ｂが溶融温度に達して溶融する。溶融層２ｂが溶融すると、その部分に重ね合わせわれたホログラム原版１のパターンが溶融層２ｂに転写する。

以上の原理により、レーザー光Ｌを基材層２ａ上を方向Ｂに移動させることにより、ホログラム原版１の干渉縞パターンを溶融層２ｂへ転写させることができる。以下、方向Ｂを照射方向Ｂという。レーザー光Ｌによって加熱される照射範囲は小さいので、照射範囲は温度が上昇するが、レーザー光Ｌが移動して照射範囲でなくなればすぐに温度が低下する。従って、溶融層２ｂは特別な冷却設備による冷却工程を経なくても容易に硬化する。

本形態では、レーザー光Ｌの移動する照射方向Ｂを、ホログラム原版１における干渉縞方向Ａと一致するように、ホログラム原版１と被複製体２とを重ね合わせ、上記要領によって被複製体２上を間隔λ１で照射することにより、ホログラム原版１の干渉縞パターンをすべて被複製体２へ複製する。以下、本形態では間隔λ１を、照射ピッチλ１といい、２０μｍとする。レーザー光Ｌの移動速度は、照射範囲の温度が溶融層２ｂの溶融温度に達するように、適宜設定してよい。

上述したレーザー光Ｌによる複製方法に基づいて、更にホログラム原版１の干渉縞パターンとして、図３に示すカラー画像２０を形成する干渉縞を複製する場合について説明する。カラー画像２０は複数の回折格子画素２１…２１で構成される。各回折格子画素２１毎には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のそれぞれに対応する回折格子２２Ｒ、２２Ｇ及び２２Ｂが形成されている。これにより、各回折格子２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂの面積率に応じた所定の色が所定方向に表現される。従って、カラー画像２０は回折格子の回折光によって色が表現される回折格子画像である。尚、カラー画像２０の場合、干渉縞方向Ａは図３に示すように垂直方向である。以下、干渉縞方向Ａに対して直角方向の回折格子画素２１の幅を画素ピッチλ２という。

ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応する回折格子について図４を使用して説明する。ある一定の方向αから白色光ＬＬ１を回折格子３０に入射させると、所定の方向βに回折光ＬＬ２が観察される。この回折光ＬＬ２が観察される方向βを一般に観察方向βという。この観察方向βに回折する光ＬＬ２がＲｅｄ（赤）になるような回折格子３０を「Ｒに対応する回折格子２２Ｒ」、Ｇｒｅｅｎ（緑）になるような回折格子３０を「Ｇに対応する回折格子２２Ｇ」、Ｂｌｕｅ（青）になるような回折格子３０を「Ｂに対応する回折格子２２Ｂ」と定義する。

このような３つの回折格子２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂで構成される回折格子画素２１によって形成されたカラー画像２０は、白色光の一定の入射角と一定の観察条件によってフルカラーの回折格子画像として表現することができる。

レーザー光Ｌの照射によってカラー画像２０を構成する干渉縞を複製する方法について、図５を用いて説明する。レーザー光Ｌの移動する照射方向Ｂを、ホログラム原版１における干渉縞方向Ａと一致するようにホログラム原版１と被複製体２とを重ね合わせ、かつ、照射するレーザー光Ｌの照射ピッチλ１は、画素ピッチλ２の正の整数倍となるように、上記要領でレーザー光Ｌを照射する。

以上のようにレーザー光Ｌを照射することによって、モアレの発生を防止しつつ、計算機ホログラムの干渉縞を、光学的効果を損なわない状態で複製することができる。この複製方法によって複製される干渉縞を、被複製体２の全体に複製する他、一部に複製することにより、他の光回折構造や図柄と組み合わせた光回折構造体を得ることもできる。

本発明は、上述した形態に限定されず、種々の形態にて実施されてよい。例えば、被複製体２は、溶融層２ｂを最上層として上述した以外の層が基材層２ａ上に更に積層されていてもよい。レーザー光Ｌは、ホログラム原版１側から照射されてもよい。また、回折格子画素に用いられる回折格子はコンピュータによる計算機ホログラムの干渉縞に限定されず、２光束干渉による撮影によって作製された回折格子でもよい。

また、ホログラム原版１の干渉縞列１ａ…１ａの水平方向の長さや配置は、図１に示す態様に限らない。

本形態で使用するホログラム原版の一例を示す図。 （ａ）は、ホログラム原版に被複製体が重ね合わされ、レーザー光が照射される様子を示す断面図であり、（ｂ）は、ホログラム原版に被複製体が重ね合わされ、レーザー光が照射される様子を示す斜視図。 本形態で複製する回折格子画像を示す図。 一定方向から入射される白色光によって生じる回折光のようすを示す図 回折格子画像を被複製体に複製するようすを示す図。

符号の説明

１ ホログラム原版
２ 被複製体
２ｂ 溶融層
Ｌ レーザー光
Ａ 干渉縞方向
Ｂ 照射方向
λ１ 照射ピッチ
λ２ 画素ピッチ

Claims (2)

1. 所定方向にのみ視差が考慮された計算機ホログラムの干渉縞が施された光回折構造原版のその干渉縞と、基材層上に積層された溶融層とを重ね合わせ、その重ね合わされた部分にエネルギー線を照射し、そのエネルギー線の熱に基づいて前記溶融層を溶融させて前記干渉縞を前記溶融層へ転写し、前記エネルギー線を移動させることにより、前記光回折構造原版の前記干渉縞を複製する光回折構造の複製方法であって、
   前記光回折構造原版には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のそれぞれに対応する回折格子の面積率に応じた色が表現されるように、前記各回折格子に対応する前記所定方向にのみ視差が考慮された干渉縞が前記面積率に応じて形成された回折格子画素による回折格子画像が形成され、
   前記エネルギー線を移動させる方向が、前記所定方向と同じになるように、かつ、前記エネルギー線の照射ピッチが、前記所定方向に対して直角方向に関する前記回折格子画素の幅の正の整数倍になるように、前記エネルギー線を照射する、ことを特徴とする光回折構造複製方法。
2. 請求項１に記載の光回折構造複製方法によって複製された光回折構造が含まれた光回折構造体。

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