JP5320779B2 - Structure, structure forming method, structure forming apparatus, structure color and / or diffracted light reading method, and authenticity determining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回折・干渉などの光学現象を用いた光制御機能を有するレーザマーキングを施した構造体、この構造体の形成方法、その構造体を形成する構造体形成装置、その構造体で発現する構造色及び／又は回折光の読み取り方法、及び、その構造体を用いた真贋判定方法に関し、特に、構造色を発現するとともに、偽造防止用マーキングの不正な再利用を防ぐことができ、しかも真贋の検証方法が容易な、偽造防止効果を有するレーザマーキングが施された構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法に関する。 The present invention relates to a structure provided with a laser marking having a light control function using an optical phenomenon such as diffraction and interference, a method of forming the structure, a structure forming apparatus for forming the structure, and expression in the structure The structural color and / or the method of reading diffracted light and the authenticity determination method using the structural body, in particular, exhibit the structural color and prevent illegal reuse of the anti-counterfeit marking, The present invention relates to a structure subjected to laser marking having an anti-counterfeiting effect, a structure forming method, a structure forming apparatus, a structure color and / or diffracted light reading method, and an authenticity determining method, which are easy to verify authenticity.
商取引においてその商品が真正品であることは、取引秩序を維持し消費者を保護する観点から厳守すべきものである。ところが、複製・模倣した偽造品を流通させて真正品に便乗し、不正に利益を得ようとする行為は後を絶たない。偽造品が流通するようになると、真正品の製造者の収益が下がるばかりでなく、粗悪な偽造品によって消費者から不信を抱かれるようになる。すると、企業イメージの低減、言い換えるとブランド力の損失に繋がる。 The fact that the product is genuine in business transactions should be strictly observed from the viewpoint of maintaining the order of transactions and protecting consumers. However, there is no end to the act of illegally trying to gain profits by distributing counterfeit products that have been copied or imitated and piggybacking on genuine products. When counterfeit goods become in circulation, not only will the profits of genuine manufacturers decline, but they will also be distrusted by consumers with bad counterfeit goods. This leads to a reduction in corporate image, in other words, a loss of brand power.
偽造品による被害を防ぐために、対象物に真正品と偽造品とを識別するための処置を施すことがよく行なわれている。その処置の一つに偽造防止マーキングがある。これには、偽造困難なものを真正品の証明として対象物に取り付けるものがあり、その一例として、レリーフ型ホログラムからなる画像が形成されたホログラムシールがある（例えば、特許文献１、２参照。）。
ホログラムシールの作製には高度な光学設計技術が必要とされるうえ、複雑な材料構成と高価な原版などが必要とされるため、偽造を困難とさせている。その困難性による偽造防止効果と、独特な色調により一瞥で識別できることや貼るだけで良いという取扱いの良さから広く利用されている。
For manufacturing a hologram seal, advanced optical design technology is required, and a complicated material configuration and an expensive original plate are required, making counterfeiting difficult. It is widely used because of its anti-counterfeiting effect due to its difficulty and its unique handling that allows it to be identified at a glance and only needs to be attached.
しかしながら、ホログラムシールは、既存の対象物からは比較的容易に剥がすことができ、また他の対象物に貼付して再利用することが可能という欠点があった。ホログラムシールは、貼られていることで真正品を意味するので、剥離した本物のシールを偽造品に貼り付けてしまうと、それが偽造品であることを識別できなくなる。 However, the hologram seal has a drawback that it can be peeled off from an existing object relatively easily and can be reused by being attached to another object. Since the hologram sticker means an authentic product when it is applied, if the peeled genuine seal is applied to a counterfeit product, it cannot be identified that it is a counterfeit product.
これに対し、特許文献２に開示のホログラムシールは、シール内層に剥離層を設け、故意に剥がしたときにシール自体が破壊される構造としてある。これにより、剥離後の再利用を阻止できる。ところが、そのために材料構成や製造技術が複雑になるうえ、コストアップにつながる欠点があった。 On the other hand, the hologram seal disclosed in Patent Document 2 has a structure in which a peeling layer is provided on the inner layer of the seal and the seal itself is destroyed when it is intentionally peeled off. Thereby, the reuse after peeling can be prevented. However, this complicates the material configuration and manufacturing technology, and has the disadvantage of increasing costs.
また、ホログラムシールが精巧に模倣された場合、貼られたホログラムシールが本物であるという検証を行なうには、微小な部位を比較することになり、消費者が容易に行なう訳にはいかなかった。 In addition, when the hologram sticker is imitated finely, in order to verify that the attached hologram sticker is genuine, it is necessary to compare minute parts, which cannot be easily done by consumers. .
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、剥離による再利用を不可能にし、またそれ自体が本物であることを容易に検証することを可能とする構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法の提供を目的とする。 The present invention has been considered in view of the above circumstances, and cannot be reused by peeling, and can easily verify that it is genuine, and a method of forming the structure An object of the present invention is to provide a structure forming apparatus, a structural color and / or diffracted light reading method, and an authenticity determination method.
この目的を達成するため、本発明の構造体は、光回折を起こす周期構造を界面に有する空隙部を基材に内包するとともに、基材の表面の一部又は全部に光回折を起こす周期構造を有し、空隙部の界面に形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を隠蔽する位置に、基材の表面における周期構造が形成された構成としてある。 In order to achieve this object, the structure of the present invention includes a periodic structure in which a periodic structure that causes light diffraction is included in a base material and a light diffraction occurs in part or all of the surface of the base material. The periodic structure on the surface of the substrate is formed at a position that conceals the structural color and / or diffracted light due to the periodic structure formed at the interface of the gap .
構造体をこのような構成とすると、構造体そのものに周期構造が形成されているため、これを剥離して他に再利用するという行為が不可能となる。このため、ホログラムシールのように既存の対象品から剥がし偽造品に貼付し真正品として流通させるといった行為を阻止できる。
また、空隙部の界面や基材の表面に周期構造を形成した構造とするため、材料構成が簡易となり、コストアップを回避できる。
If the structure has such a configuration, since the periodic structure is formed in the structure itself, an act of peeling the structure and reusing it for other purposes becomes impossible. For this reason, it is possible to prevent an act of peeling off from an existing target product such as a hologram sticker and attaching it to a counterfeit product and distributing it as a genuine product.
In addition, since a periodic structure is formed on the interface of the gap and the surface of the base material, the material configuration is simplified and an increase in cost can be avoided.
さらに、空隙部の界面や基材の表面に構造色を発現する周期構造が形成されているため、それら周期構造によりそれぞれ構造色が発現する。そして、基材表面に形成された周期構造による構造色の発現を抑制することで、空隙部の界面に形成された周期構造により発現した構造色を読み取ることができるため、消費者であっても、容易に、対象物の真贋を判定できる。 Furthermore, since the periodic structure which expresses a structural color is formed in the interface of a space | gap part and the surface of a base material, a structural color expresses, respectively by those periodic structures. And by suppressing the expression of the structural color due to the periodic structure formed on the substrate surface, the structural color expressed by the periodic structure formed at the interface of the gap can be read, so even a consumer The authenticity of the object can be easily determined.
また、基材面周期構造にもとづく構造色の発現を抑制することで、それまで隠蔽されていた構造色（空隙部界面周期構造により発現した構造色）を読み取ることができる。Further, by suppressing the expression of the structural color based on the substrate surface periodic structure, the structural color that has been concealed (the structural color expressed by the gap interface periodic structure) can be read.
また、本発明の構造体は、空隙部の界面に形成された周期構造（空隙部界面周期構造）、及び／又は、基材の表面に形成された周期構造（基材面周期構造）が、構造色を発現する規則的配列を有する構造とすることができる。In addition, the structure of the present invention has a periodic structure formed at the interface of the void portion (void portion periodic structure) and / or a periodic structure formed on the surface of the substrate (base surface periodic structure), It can be set as the structure which has the regular arrangement | sequence which expresses a structural color.
構造体をこのような構成とすれば、空隙部界面周期構造や基材面周期構造が規則的配列にもとづき構造色を発現できる。If the structure has such a configuration, the void interface periodic structure and the substrate surface periodic structure can exhibit a structural color based on a regular arrangement.
また、本発明の構造体は、周期構造が形成された基材の上面及び／又は下面に、保護層及び／又は反射層を形成できる。Moreover, the structure of this invention can form a protective layer and / or a reflective layer in the upper surface and / or lower surface of the base material in which the periodic structure was formed.
構造体をこのような構成とすると、保護層により、基材面周期構造の損傷を防止でき、ひいては、対象物の真贋判定機能の低下を阻止できる。また、反射層により、発色性を向上できる。When the structure is configured as described above, the protective layer can prevent damage to the base surface periodic structure, and thus can prevent a decrease in the authenticity determination function of the object. Further, the color developability can be improved by the reflective layer.
また、本発明の構造体は、空隙部の界面の周期構造、及び／又は、基材の表面の周期構造が、光の照射により形成することができる。
構造体をこのような構成とすると、空隙部界面周期構造や基材面周期構造を、比較的簡易な製造技術により形成でき、コストアップを抑えることができる。
Moreover, the structure of this invention can form the periodic structure of the interface of a space | gap part, and / or the periodic structure of the surface of a base material by light irradiation.
When the structure has such a configuration, the gap interface periodic structure and the substrate surface periodic structure can be formed by a relatively simple manufacturing technique, and cost increase can be suppressed.
また、本発明の構造体は、周期的強度分布を発生させながら光を照射することで形成できる。
このようにすれば、周期的強度分布が発生することで、空隙部界面周期構造や基材面周期構造を形成できる。
Moreover, the structure of the present invention can be formed by irradiating light while generating a periodic intensity distribution.
If it does in this way, a space | gap part interface periodic structure and a base-material surface periodic structure can be formed because periodic intensity distribution generate | occur | produces.
また、本発明の構造体は、基材の表面の一部又は全部に光回折を起こす周期構造を有しており、その周期構造が光の照射により形成されている。
構造体をこのような構成とすると、基材（例えば、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＥＮ）材）の表面に、虹色加飾を施すことができ、これにより、ホログラム加飾に代わる新規の加飾技術を提供できる。
また、構造体そのものに周期構造が形成されているため、これを剥離して他に再利用するという行為が不可能となる。このため、ホログラムシールのように既存の対象品から剥がし偽造品に貼付し真正品として流通させるといった行為を阻止できる。
さらに、基材表面に直接にホログラムを作製できるので、ホログラム転写層など他の材料を必要としない。これにより、コストアップを回避できる。
The structure of the present invention has a periodic structure that causes light diffraction on part or all of the surface of the substrate, and the periodic structure is formed by light irradiation.
When the structure has such a configuration, the surface of the base material (for example, polyester (PET, PEN) material) can be decorated with iridescent, thereby a new decoration technique that replaces hologram decoration. Can provide.
Further, since the periodic structure is formed in the structure itself, it is impossible to act to peel it off and reuse it elsewhere. For this reason, it is possible to prevent an act of peeling off from an existing target product such as a hologram sticker and attaching it to a counterfeit product and distributing it as a genuine product.
Furthermore, since a hologram can be produced directly on the substrate surface, no other material such as a hologram transfer layer is required. Thereby, cost increase can be avoided.
また、本発明の構造体は、周期構造が、構造色を発現する規則的配列を有している。
構造体をこのような構成とすれば、構造色の発現により、基材表面への虹色加飾が可能となる。
In the structure of the present invention, the periodic structure has a regular arrangement that expresses a structural color.
If the structure has such a configuration, the surface of the base material can be decorated with iridescent colors by the expression of the structural color.
また、本発明の構造体は、周期構造が形成された基材の上面及び／又は下面に、保護層及び／又は反射層を有している。
構造体をこのような構成とすると、保護層により、基材面周期構造又は反対面の損傷を防止して、発色性を維持できる。また、反射層により、微細周期構造体からの回折光を増大させるなどして、発色性を向上できる。
Moreover, the structure of this invention has a protective layer and / or a reflection layer in the upper surface and / or lower surface of the base material in which the periodic structure was formed.
When the structure has such a configuration, the protective layer prevents damage to the substrate surface periodic structure or the opposite surface, and can maintain color development. In addition, the reflective layer can improve the color developability by increasing the diffracted light from the fine periodic structure.
また、本発明の構造体は、周期構造が、周期的強度分布を発生させた光の照射により形成されたものである。
構造体をこのような構成とすると、周期的強度分布が発生することで、基材面周期構造を形成できる。
In the structure of the present invention, the periodic structure is formed by irradiation with light that generates a periodic intensity distribution.
When the structure has such a configuration, a periodic strength distribution is generated, whereby a base material surface periodic structure can be formed.
また、本発明の構造体は、周期構造が、基材に対して、当該基材が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射することにより形成されたものである。
構造体をこのような構成とすれば、基材の表面に周期構造を形成できる。
In the structure of the present invention, the periodic structure is formed by irradiating the base material with light having a wavelength included in a wavelength region in which the base material exhibits opacity.
When the structure has such a configuration, a periodic structure can be formed on the surface of the base material.
また、本発明の構造体の形成方法は、基材に光を照射することで、基材の内部に空隙部を生じさせ、この空隙部の界面に周期構造を形成し、光とは異なる波長の光を基材に照射することで、基材の表面において、空隙部の界面に形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を隠蔽する位置に、周期構造を形成した方法とすることができる。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、空隙部界面周期構造や基材面周期構造を、簡易な方法で形成できる。
Further, in the method for forming a structure of the present invention, the substrate is irradiated with light to form a void in the substrate, a periodic structure is formed at the interface of the void, and a wavelength different from that of light. By irradiating the base material with the light, a periodic structure is formed on the surface of the base material at a position where the structural color and / or diffracted light is concealed by the periodic structure formed at the gap interface. Can do.
When the method of forming the structure is such a method, the gap interface periodic structure and the substrate surface periodic structure can be formed by a simple method.
また、本発明の構造体の形成方法は、基材が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光と、不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光とを、基材に対して同時照射する方法とすることができる。
構造体の形成方法をこのような方法とすれば、基材が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射することで空隙部界面周期構造を形成でき、不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射することで基材面周期構造を形成できる。そして、それら光を同時に照射することで、別々に照射した場合に比べて構造体の製造時間を短縮できる。
In addition, the method for forming a structure according to the present invention is the same as the method described above in which light having a wavelength included in a wavelength region where the substrate exhibits transparency and light having a wavelength included in a wavelength region indicating transparency are simultaneously applied to the substrate. It can be set as the method of irradiating.
If the method of forming the structure is such a method, the gap interface periodic structure can be formed by irradiating light with a wavelength included in the wavelength region where the substrate exhibits transparency, and the wavelength region exhibiting opacity. A substrate surface periodic structure can be formed by irradiating light of the included wavelength. And by irradiating these lights simultaneously, the manufacturing time of a structure can be shortened compared with the case where it irradiates separately.
また、本発明の構造体の形成方法は、基材が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射した後に、基材が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、空隙部界面周期構造を確実に形成し、その後に、基材面周期構造を形成することができる。
Further, in the method for forming a structure according to the present invention, after the substrate is irradiated with light having a wavelength included in the wavelength region where the substrate exhibits transparency, the substrate is irradiated with light having a wavelength included in the wavelength region where the substrate is opaque. There is as a method.
When the method of forming the structure is such a method, the gap interface periodic structure can be reliably formed, and then the base material surface periodic structure can be formed.
また、本発明の構造体の形成方法は、周期的な強度分布を発生させるように、構造体形成装置が基材に光を照射する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、空隙部の界面や基材の表面に周期構造を形成できる。
The structure forming method of the present invention is a method in which the structure forming apparatus irradiates the substrate with light so as to generate a periodic intensity distribution.
When the structure forming method is such a method, a periodic structure can be formed on the interface of the voids or the surface of the substrate.
また、本発明の構造体の形成方法は、光を照射することで、基材の表面の一部又は全部に周期構造を形成する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすれば、光を照射するという簡易な方法で、基材面周期構造を形成できる。
また、その方法が光の照射であるため、非接触での形成が可能となる。これにより、既に形成された対象物に後加工でホログラムを作製することができる。例としてＰＥＴボトルでは、ブロー成形後や充填後に、そのＰＥＴボトルへの後加飾が可能となる。
さらに、対象物が曲面形状であっても基材面周期構造の形成が可能である（多少の凹凸があってもよい）。しかも、版型が不要であり、デザインの自由度を高めることができる。また、リアルタイム加工が可能である。
In addition, the structure forming method of the present invention is a method for forming a periodic structure on part or all of the surface of a substrate by irradiating light.
If the formation method of the structure is such a method, the base material surface periodic structure can be formed by a simple method of irradiating light.
In addition, since the method is light irradiation, non-contact formation is possible. Thereby, a hologram can be produced by post-processing on the already formed object. As an example, a PET bottle can be post-decorated on the PET bottle after blow molding or filling.
Furthermore, the base material surface periodic structure can be formed even if the object has a curved surface shape (there may be some unevenness). In addition, a plate mold is unnecessary, and the degree of freedom in design can be increased. In addition, real-time processing is possible.
また、本発明の構造体の形成方法は、周期的強度分布を有する光を照射することで、基材の表面に光回折を起こす周期構造を形成する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、基材の表面に周期構造を形成できる。
The structure forming method of the present invention is a method for forming a periodic structure that causes light diffraction on the surface of a substrate by irradiating light having a periodic intensity distribution.
When the structure forming method is such a method, a periodic structure can be formed on the surface of the substrate.
また、本発明の構造体の形成方法は、構造色を発現する規則的配列を有する周期構造を、基材の表面に形成する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすれば、構造色の発現により、基材表面への虹色加飾が可能となる。
The structure forming method of the present invention is a method for forming a periodic structure having a regular arrangement that expresses a structural color on the surface of a substrate.
If the method of forming the structure is such a method, it becomes possible to decorate the substrate surface with rainbow colors by expressing the structural color.
また、本発明の構造体の形成方法は、光が、ナノ秒レーザ光又はピコ秒レーザ光である方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、低廉で照射光学系の調整が簡易であるレーザ装置を用いてホログラムを作製できる。
The structure forming method of the present invention is a method in which the light is nanosecond laser light or picosecond laser light.
When the structure is formed by such a method, a hologram can be manufactured by using a laser apparatus that is inexpensive and easy to adjust the irradiation optical system.
また、本発明の構造体の形成方法は、基材が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすれば、不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射することで基材面周期構造を形成できる。
Further, the structure forming method of the present invention is a method of irradiating light having a wavelength included in a wavelength region in which the base material exhibits opacity.
If the formation method of the structure is such a method, the substrate surface periodic structure can be formed by irradiating light having a wavelength included in the wavelength region showing opacity.
また、本発明の構造体の形成方法は、照射するレーザフルエンスを変化させることで、構造色発色の視認性を変化させる方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、レーザフルエンスの変化により構造色発色の視認性が変化するため、従来のホログラムと比べて発色の視認性を高めることができる。
発色の視認性が異なるのは、照射するフルエンスが小さいときは周期構造がきれいに形成されるため透明性のある発色となり、フルエンスが大きいときは周期構造が乱れて形成されるため半透明で白濁した発色となるからである。半透明な白濁が背景光を遮ることにより、従来のホログラムと比べて構造色発色を視認しやすくしている。
なお、フルエンスとは、１レーザパルスの単位照射面積あたりのエネルギーを示す値をいう。
The structure forming method of the present invention is a method for changing the visibility of structural color development by changing the laser fluence to be irradiated.
When the structure is formed by such a method, the visibility of the structural color development changes due to the change of the laser fluence, so that the visibility of the color development can be improved as compared with the conventional hologram.
The visibility of the color development is different when the fluence to be irradiated is small and the periodic structure is clearly formed so that the color is transparent, and when the fluence is large, the periodic structure is distorted and formed to be translucent and cloudy. This is because the color is developed. The translucent white turbidity blocks the background light, making it easier to visually recognize the structural color compared to conventional holograms.
The fluence is a value indicating energy per unit irradiation area of one laser pulse.
また、本発明の構造体形成装置は、基材に光照射する構造体形成装置であって、基材の内部に、光回折を起こす周期構造を界面に有する空隙部を形成するとともに、基材の表面に、光回折を起こす周期構造を形成するように、照射パルス数及び／又はレーザ出力を調整するレーザ発振器と、このレーザ発振器から出力されたレーザ光を基材に照射する光学系とを備え、この光学系は、空隙部が形成された基材の表面において、空隙部の界面に形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を隠蔽する位置に、レーザ光を照射して周期構造を形成する構成としてある。 Moreover, the structure forming apparatus of the present invention is a structure forming apparatus that irradiates light to a base material, and forms a void portion having a periodic structure at the interface in the inside of the base material to cause light diffraction. A laser oscillator that adjusts the number of irradiation pulses and / or the laser output so as to form a periodic structure that causes light diffraction on the surface of the substrate, and an optical system that irradiates the substrate with the laser light output from the laser oscillator This optical system irradiates a laser beam at a position where the structural color and / or diffracted light by the periodic structure formed at the interface of the gap is concealed on the surface of the substrate on which the gap is formed. The structure forms the structure.
構造体形成装置をこのような構成とすると、レーザ発振器において照射パルス数やレーザ出力を調整することにより、光回折を起こす周期構造を界面に有する空隙部を基材の内部に形成でき、さらに、光回折を起こす周期構造を基材の表面に形成できる。 When the structure forming apparatus has such a configuration, by adjusting the number of irradiation pulses and the laser output in the laser oscillator, a void having a periodic structure that causes optical diffraction can be formed inside the base material. A periodic structure that causes light diffraction can be formed on the surface of the substrate.
また、本発明の構造体形成装置は、基材に光照射する構造体形成装置であって、基材の表面に、光回折を起こす周期構造を形成するように、照射パルス数及び／又はレーザ出力を調整するレーザ発振器を備えた構成としてある。
構造体形成装置をこのような構成とすると、レーザ発振器において照射パルス数やレーザ出力を調整することにより、光回折を起こす周期構造を基材の表面に形成できる。
The structure forming apparatus of the present invention is a structure forming apparatus for irradiating a substrate with light, and the number of irradiation pulses and / or laser so as to form a periodic structure causing light diffraction on the surface of the substrate. The laser oscillator that adjusts the output is provided.
When the structure forming apparatus has such a configuration, a periodic structure that causes optical diffraction can be formed on the surface of the substrate by adjusting the number of irradiation pulses and the laser output in the laser oscillator.
また、本発明の構造色及び／又は回折光読み取り方法は、上記の構造体に、基材と同じ又は近似な屈折率を有する機能材を接触させて、基材の表面の周期構造による構造色及び／又は回折光を抑制し、基材内部の空隙部界面周期構造による構造色及び／又は回折光を読み取る方法としてある。
読み取り方法をこのような方法とすると、機能材を接触させるという簡単な方法で、それまで隠蔽されていた、空隙部界面周期構造による構造色や回折光を読み取ることができる。
Further, the structural color and / or diffracted light reading method of the present invention is such that the functional material having the same or approximate refractive index as that of the base material is brought into contact with the above structure, and the structural color due to the periodic structure on the surface of the base material. And / or diffracted light is suppressed and the structural color and / or diffracted light due to the void interface periodic structure inside the substrate is read.
When the reading method is such a method, it is possible to read the structural color and diffracted light due to the gap interface periodic structure, which has been concealed by a simple method of bringing the functional material into contact.
また、本発明の真贋判定方法は、上記の構造体に、この構造体の基材と同じ又は近似な屈折率を有する機能材を接触させて、基材の表面の周期構造による構造色及び／又は回折光を抑制し、基材内部の空隙部界面周期構造による構造色及び／又は回折光を読み取り、この読み取った構造色及び／又は回折光と被照合用の構造色及び／又は回折光とを比較し、これらが一致したときは、構造体を有する物が真正品であると判定する方法とすることができる。 Further, the authenticity determination method of the present invention is such that a functional material having the same or approximate refractive index as that of the base material of the structure is brought into contact with the structure, and the structural color and / or the structure color due to the periodic structure on the surface of the base material. Alternatively, it suppresses the diffracted light, reads the structural color and / or diffracted light due to the gap interface periodic structure inside the substrate, and reads the structural color and / or diffracted light and the structural color and / or diffracted light for comparison. When these match, it can be determined that a product having a structure is a genuine product.
真贋判定方法をこのような方法とすれば、読み取られた構造色又は回折光にもとづいて、簡易な方法で、対象物の真贋を判定できる。
例えば、読み取られた構造色で描かれた形状が星型であって、被照合用の構造色で描かれた形状が同じ星型であった場合は、その構造体を有する物が真正品であると判定できる。一方、読み取られた構造色で描かれた形状と被照合用の構造色で描かれた形状とが異なる場合は、その構造体を有する物が偽造品であると判定できる。また、空隙部がもともと形成されていないために、機能材を接触させても構造色が読み取れない場合も偽造品であると判定できる。
If the authenticity determination method is such a method, the authenticity of the object can be determined by a simple method based on the read structural color or diffracted light.
For example, if the shape drawn in the read structural color is a star shape and the shape drawn in the structural color for verification is the same star shape, the object having that structure is an authentic product. It can be determined that there is. On the other hand, when the shape drawn in the read structural color is different from the shape drawn in the structural color for comparison, it can be determined that the object having the structure is a counterfeit. In addition, since the void portion is not originally formed, it can be determined that the product is a counterfeit product even when the structural color cannot be read even when the functional material is brought into contact therewith.
以上のように、本発明によれば、構造体そのものに空隙部界面周期構造や基材面周期構造が形成されるため、これらを剥離して再利用することが不可能となる。このため、偽造防止用シールのような偽造品への転用による被害を防止できる。
また、基材の内部には空隙部界面周期構造が形成され、その基材の表面には基材面周期構造が形成されて、各周期構造が構造色を発現するため、基材面周期構造による構造色により、空隙部界面周期構造による構造色を隠蔽することができる。
As described above, according to the present invention, since the void interface periodic structure and the substrate surface periodic structure are formed in the structure itself, it is impossible to peel and reuse them. For this reason, damage due to diversion to a counterfeit product such as a forgery prevention seal can be prevented.
In addition, since the void interface periodic structure is formed inside the base material, and the base material surface periodic structure is formed on the surface of the base material, and each periodic structure expresses a structural color, the base material surface periodic structure Due to the structural color, the structural color due to the gap interface periodic structure can be concealed.
さらに、基材面周期構造に機能材を接触させて構造色の発現を抑制することで、空隙部界面周期構造による構造色で描かれた形状を読み取ることができる。そして、この読み取った形状と被照合用の形状とを比較することで、対象物の真贋を判定できる。したがって、基材面周期構造に機能材を接触させるといった簡易な方法により、消費者であっても容易に構造体を有する物の真贋を判定できる。 Furthermore, the shape drawn with the structural color by a space | gap part interface periodic structure can be read by making a functional material contact a base material surface periodic structure, and suppressing expression of a structural color. Then, the authenticity of the object can be determined by comparing the read shape with the shape to be verified. Therefore, even if it is a consumer, the authenticity of the thing which has a structure can be easily determined by the simple method of making a functional material contact a base material surface periodic structure.
以下、本発明に係る構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a structure, a structure forming method, a structure forming apparatus, a structure color and / or diffracted light reading method, and an authenticity determining method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
［構造体］
まず、本発明の構造体の実施形態について、図１〜図３ｃを参照して説明する。
図１は、本実施形態の構造体の構造を模式的に表した断面図である。
図２ａ〜図２ｅは、構造体のベースとなる基材の内部に形成された空隙部を示す図であって、図２ａは、空隙部が形成された構造体の断面を示す模式図、図２ｂは、空隙部が形成された構造体の外観を示す斜視画像、図２ｃは、図２ｂを模式的に示した外観斜視図、図２ｄは、構造体を上方（図２ｃのＡ方向）から見たときの空隙部の拡大顕微鏡像、図２ｅは、構造体を側方（図２ｃのＢ方向）から見たときの空隙部の拡大顕微鏡像である。
図３ａ〜図３ｃは、構造体の表面（基材面）に形成された周期構造（基材面周期構造）を示す図であって、図３ａは、基材面周期構造が形成された構造体の断面を示す模式図、図３ｂは、基材面周期構造が形成された構造体の外観を示す斜視画像、図３ｃは、基材面周期構造を拡大して示したＡＦＭ像である。
[Structure]
First, an embodiment of the structure of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the structure according to this embodiment.
2a to 2e are diagrams showing voids formed inside a base material serving as a base of the structure, and FIG. 2a is a schematic diagram showing a cross section of the structure in which the voids are formed. 2b is a perspective image showing the appearance of the structure in which the gap is formed, FIG. 2c is an external perspective view schematically showing FIG. 2b, and FIG. 2d is the structure from above (direction A in FIG. 2c). An enlarged microscopic image of the void when viewed, FIG. 2e is an enlarged microscopic image of the void when the structure is viewed from the side (B direction in FIG. 2c).
3a to 3c are diagrams showing a periodic structure (base material surface periodic structure) formed on the surface (base material surface) of the structure, and FIG. 3a is a structure in which the base material surface periodic structure is formed. FIG. 3B is a perspective image showing the appearance of the structure on which the base surface periodic structure is formed, and FIG. 3C is an AFM image showing the base surface periodic structure in an enlarged manner.
（空隙部、空隙部界面周期構造）
図１及び図２ａ〜図２ｅに示すように、構造体１０の基材１１の内部には、空隙部１２が形成してある。
図２ａに示すように、一つの空隙部１２は、ほぼ銅鑼形の形状をなし、直径は長いもので４０μｍ程度となっている。
この空隙部１２は、銅鑼形の径方向が構造体１０の面方向とほぼ平行し、銅鑼形の厚み方向が構造体１０の厚み方向とほぼ平行して形成される。
(Void part, gap part periodic structure)
As shown in FIG. 1 and FIGS. 2 a to 2 e, a gap 12 is formed inside the base material 11 of the structure 10.
As shown in FIG. 2a, one gap 12 has a substantially copper bowl shape, and has a long diameter of about 40 μm.
The void 12 is formed such that the radial direction of the copper bowl shape is substantially parallel to the surface direction of the structure 10 and the thickness direction of the copper bowl shape is substantially parallel to the thickness direction of the structure 10.
空隙部１２の界面には、図１及び図２ａ〜図２ｅに示すように、光回折を起こす周期構造（空隙部界面周期構造１３）が形成してある。そして、その周期構造１３が、構造色を発現する規則的配列を有している。
ここで、周期構造とは、所定の形状がほぼ一定の周期（間隔）で複数形成された構造をいう。本実施形態の空隙部界面周期構造１３においては、図２ａ，図２ｄに示すように、一つの空隙部１２の界面に凹部と凸部がほぼ等間隔で縦横に複数形成されている。この周期構造１３は、空隙部１２の界面全体にわたって形成されている。このため、空隙部１２の界面の断面（凸部の頂点を通る断面）は、図２ａに示すように波型となる。このように、空隙部１２の界面の凹部と凸部の間隔が可視光波長に近いことから構造色を発現する。
なお、周期構造１３の波型の１周期（隣り合う凸部の各頂点間の距離）は、１．５μｍ〜２.０μｍ程度となっている。
As shown in FIGS. 1 and 2a to 2e, a periodic structure (gap interface periodic structure 13) that causes light diffraction is formed at the interface of the cavity 12. And the periodic structure 13 has the regular arrangement | sequence which expresses a structural color.
Here, the periodic structure refers to a structure in which a plurality of predetermined shapes are formed at a substantially constant period (interval). In the gap interface periodic structure 13 of the present embodiment, as shown in FIGS. 2a and 2d, a plurality of recesses and projections are formed on the interface of one gap 12 vertically and horizontally at substantially equal intervals. The periodic structure 13 is formed over the entire interface of the gap portion 12. For this reason, the cross section of the interface of the gap portion 12 (the cross section passing through the apex of the convex portion) has a corrugated shape as shown in FIG. As described above, the structural color is developed because the distance between the concave portion and the convex portion at the interface of the gap portion 12 is close to the visible light wavelength.
One period of the corrugated structure 13 (the distance between the vertices of adjacent convex portions) is about 1.5 μm to 2.0 μm.
また、周期構造に光が入射すると、回折が起こるが、このとき、どの波長が最も強く（光エネルギーが多く）回折するかは、格子周期との比により異なる。一般に、回折は、格子周期に対する光波長の比がおよそ１以下のときに強くなる。
本発明でいう「構造色を発現する規則的配列」とは、格子周期が可視光波長（約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に近いときのことであり、およそ２．０μｍ以下のことである。このとき、可視光が強く回折するので、構造色が観察される。
In addition, when light enters the periodic structure, diffraction occurs. At this time, which wavelength is the strongest (the light energy is large) is diffracted depending on the ratio to the grating period. In general, diffraction increases when the ratio of the light wavelength to the grating period is approximately 1 or less.
The “regular arrangement that expresses a structural color” in the present invention means that the grating period is close to the visible light wavelength (about 400 nm to 700 nm), and is about 2.0 μm or less. At this time, since visible light is strongly diffracted, structural colors are observed.
この空隙部１２は、図２ｂ，図２ｃに示すように、構造体１０のうち光が照射された部分に形成される。
その照射範囲内（同一の面内）では、空隙部１２が複数形成される。
それら複数の空隙部１２は、光の照射範囲内で、横方向にランダムな位置にそれぞれ形成され、しかも、光の照射面からそれぞれ異なる深さのところに形成される。
As shown in FIGS. 2b and 2c, the gap 12 is formed in a portion of the structure 10 that is irradiated with light.
Within the irradiation range (in the same plane), a plurality of gaps 12 are formed.
The plurality of gaps 12 are respectively formed at random positions in the lateral direction within the light irradiation range, and are formed at different depths from the light irradiation surface.
ここで、同一の面内であって表面からの深さが異なる個々の空隙部１２は、図４に示すように、回折格子としてはたらき、光の入射角度や観察する角度によって、構造体１０は異なる色で発色する（以降、個々の空隙部１２が同一面内で存在する面を回折面という）。
異なる深さ、つまり多層に回折面が存在すると、それぞれの回折面で回折が起こる。このとき、各面からの回折光の位相が揃わないと発色は弱くなるが、位相が揃うと発色は強くなる。具体的には、以下のブラッグ反射式（式１）に則った波長の光で発色が強くなる。
Here, as shown in FIG. 4, the individual gaps 12 having the same in-plane and different depths from the surface serve as diffraction gratings, and the structure 10 has a structure depending on the incident angle of light and the observation angle. Colors are generated in different colors (hereinafter, a surface in which each gap 12 exists in the same plane is called a diffraction plane).
When there are diffractive surfaces at different depths, that is, in multiple layers, diffraction occurs at each diffractive surface. At this time, if the phase of the diffracted light from each surface is not aligned, the color development becomes weak, but if the phases are aligned, the color development becomes strong. Specifically, color development becomes stronger with light having a wavelength according to the following Bragg reflection formula (Formula 1).
ｍλ＝２Ｄ（ｎ２−ｓｉｎ２θ）１／２ ・・・（式１） mλ = 2D (n2-sin2θ) 1/2 (Expression 1)
この式１において、ｍは回折次数、λは波長、Ｄは回折面の間隔、ｎは物質の屈折率、θは試料面の法線角度を０°とする観察角度を表す。
回折面が式１に従った間隔で存在する構造体１０の形成が可能となれば、式１を満たす特定の波長の光のみで発色する構造体１０となる。さらに、回折面が増加すると、回折光強度が増すことになるので、発色はより強くなる。
このように、ブラッグの法則に従って発色を起こすものとして、３次元的に周期構造が形成されたフォトニック結晶が知られている。
In Equation 1, m is the diffraction order, λ is the wavelength, D is the distance between the diffraction surfaces, n is the refractive index of the substance, and θ is the observation angle with the normal angle of the sample surface being 0 °.
If it is possible to form the structure 10 in which the diffractive surfaces exist at intervals according to the formula 1, the structure 10 can be colored only with light having a specific wavelength satisfying the formula 1. Further, when the diffractive surface is increased, the intensity of diffracted light is increased, so that the color development becomes stronger.
As described above, a photonic crystal having a three-dimensional periodic structure is known as a material that develops color according to Bragg's law.
なお、図２ｂの斜視画像や図２ｄ及び図２ｅの顕微観察像は、構造体１０としてＰＥＴ３×３延伸シートを用いたものである。ただし、構造体１０は、これに限るものではなく、光の照射により内部に空隙部１２が形成される物質であればよい。 Note that the perspective image in FIG. 2 b and the microscopic observation images in FIGS. 2 d and 2 e are obtained by using a PET 3 × 3 stretched sheet as the structure 10. However, the structure 10 is not limited to this, and may be a substance in which the void portion 12 is formed inside by light irradiation.
（基材面周期構造）
また、図１及び図３ａ〜図３ｃに示すように、構造体１０の基材１１の表面（基材面１４）には、光回折を起こす周期構造（基材面周期構造１５）が形成してある。そして、その周期構造１５が、構造色を発現する規則的配列を有している。なお、ここでいう「構造色を発現する規則的配列」とは、格子周期が可視光波長（約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に近いときのことをいう。
ここで、周期構造の定義は、上述の通りであるが、本実施形態の基材面周期構造１５においては、図３ａ及び図３ｃに示すように、凹部や凸部が基材面１４に沿ってほぼ等間隔に複数形成されている。この周期構造１５は、基材面１４の全体にわたって形成されている。このため、基材面１４の断面（凸部の頂点を通る断面）は、図３ａに示すように波型となる。そして、基材面１４の凸部の間隔が、可視光波長に近いことから構造色を発現する。
なお、基材面周期構造１５の波型の１周期（隣り合う凸部の各頂点間の距離）は、約１.０μｍ程度となっている。
(Substrate surface periodic structure)
Moreover, as shown in FIG.1 and FIG.3a-FIG.3c, the periodic structure (base material surface periodic structure 15) which raise | generates an optical diffraction forms in the surface (base material surface 14) of the base material 11 of the structure 10. FIG. It is. And the periodic structure 15 has the regular arrangement | sequence which expresses a structural color. The “regular arrangement that expresses the structural color” here means that the grating period is close to the visible light wavelength (about 400 nm to 700 nm).
Here, the definition of the periodic structure is as described above. However, in the substrate surface periodic structure 15 of the present embodiment, as shown in FIGS. Are formed at approximately equal intervals. The periodic structure 15 is formed over the entire substrate surface 14. For this reason, the cross section of the base material surface 14 (cross section passing through the apex of the convex portion) has a corrugated shape as shown in FIG. 3a. And since the space | interval of the convex part of the base-material surface 14 is near visible light wavelength, a structural color is expressed.
One period of the corrugated substrate surface periodic structure 15 (distance between vertices of adjacent convex portions) is about 1.0 μm.
また、基材面周期構造１５は、基材面１４のうち光が照射された部分に形成される。このため、基材面１４の全面に周期構造を形成するには、図３ｂに示すように、基材面１４の面積に応じて光を複数箇所に隙間を空けずに照射するのが望ましい。 Moreover, the base material surface periodic structure 15 is formed in the part irradiated with light among the base material surfaces 14. For this reason, in order to form a periodic structure on the entire surface of the base material surface 14, it is desirable to irradiate light without leaving gaps at a plurality of locations according to the area of the base material surface 14, as shown in FIG.
なお、図３ｂ及び図３ｃの画像は、構造体１０としてＰＥＴ３×３延伸シートを用いたものである。ただし、構造体１０は、これに限るものではなく、光の照射により基材面周期構造１５が形成される物質であればよい。 3B and 3C are obtained by using a PET 3 × 3 stretched sheet as the structure 10. However, the structure 10 is not limited to this, and may be a substance in which the base material surface periodic structure 15 is formed by light irradiation.
このように、本実施形態の構造体１０は、微細周期構造を界面に有する空隙部１２を基材１１に内包し、さらに、基材面１４に微細周期構造を有する構造としてある。そして、それぞれの周期構造１３，１５から回折・干渉等の光学現象による構造色を発現させることで、マーキングをなす。
ここで、マーキングとは、構造色及び／又は回折光を発現する部位が一様に形成された領域、又は、構造色及び／又は回折光を発現する部位を適切に配置することにより描かれた図形もしくは文字などを指す。
これら空隙部界面周期構造１３及び基材面周期構造１５を基材自体に形成することで、これらを剥離して他の対象物に貼付するなどの再利用ができなくなるとともに、それら周期構造１３，１５の消去や改ざんが不可能となる。
Thus, the structure 10 of the present embodiment has a structure in which the gap portion 12 having the fine periodic structure at the interface is included in the base material 11 and the base material surface 14 has the fine periodic structure. And marking is made by expressing structural colors due to optical phenomena such as diffraction and interference from the respective periodic structures 13 and 15.
Here, the marking is drawn by appropriately arranging a region where a structural color and / or a portion that expresses diffracted light is uniformly formed, or a site that expresses a structural color and / or diffracted light. A figure or character.
By forming the gap interface periodic structure 13 and the substrate surface periodic structure 15 on the substrate itself, it becomes impossible to reuse them such as peeling them off and sticking them to other objects. 15 cannot be erased or altered.
なお、構造体１０は、図３ａに示すように、空隙部１２は形成されておらず、基材面周期構造１５のみ形成されたものとすることができる。
この構造体１０においても、基材面１４に微細周期構造を有しているため、この周期構造１５から回折・干渉等の光学現象による構造色を発現させることで、マーキングをなす。
しかも、基材面周期構造１５を基材自体に形成することで、これを剥離して他の対象物に貼付するなどの再利用ができなくなるとともに、基材面周期構造１５の消去や改ざんが不可能となる。
In addition, as shown in FIG. 3 a, the gap 10 is not formed in the structure 10, and only the base surface periodic structure 15 can be formed.
Also in this structure 10, since the substrate surface 14 has a fine periodic structure, marking is performed by expressing a structural color due to an optical phenomenon such as diffraction and interference from the periodic structure 15.
Moreover, by forming the base material surface periodic structure 15 on the base material itself, it cannot be reused, for example, peeled off and pasted to other objects, and the base material surface periodic structure 15 can be erased or altered. It becomes impossible.
（基材）
基材１１とは、構造体１０のベースとなる部材をいう。
基材１１には、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂などの高分子化合物、ＢＫ７、石英などの光学ガラスやソーダガラスなどを材料として用いることができる。また、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）などのポリエステル化合物等を材料として用いることもできる。
なお、基材１１は、上述の材料に限るものではなく、従来公知の任意好適な材料を用いることができる。ただし、光の照射により空隙部１２，空隙部界面周期構造１３，基材面周期構造１５が形成されることを要する。
(Base material)
The base material 11 refers to a member that serves as a base of the structure 10.
For the base material 11, for example, a polymer compound such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, nylon resin, acrylic resin, vinyl chloride resin, phenol resin, BK7, optical glass such as quartz, soda glass, or the like is used as a material. Can do. Polyester compounds such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), and polytrimethylene terephthalate (PTT) can also be used as a material.
In addition, the base material 11 is not restricted to the above-mentioned material, A conventionally well-known arbitrary suitable material can be used. However, it is necessary to form the gap portion 12, the gap portion interface periodic structure 13, and the base material surface periodic structure 15 by light irradiation.
（保護層及び反射層）
構造体１０には、図５に示すように、周期構造１５の形成面に保護層１６ａを設けることができる。
保護層１６ａは、基材面周期構造１５が外傷を受けるなどして構造色が発現しなくなるのを防止して、発色性を維持するための保護膜である。
この保護層１６ａは、例えば、アクリルアミノ、ポリエステルアミノ、ポリエステルアクリルアミノなどにより形成できる。
(Protective layer and reflective layer)
As shown in FIG. 5, the structure 10 can be provided with a protective layer 16 a on the formation surface of the periodic structure 15.
The protective layer 16a is a protective film for maintaining the color developability by preventing the substrate surface periodic structure 15 from being damaged and preventing the structural color from appearing.
The protective layer 16a can be formed of, for example, acrylic amino, polyester amino, polyester acrylic amino, or the like.
また、同図に示すように、周期構造１５が形成された面とは反対の面に保護層１６ｂを設けることができる。
保護層１６ｂは、反対面が外傷を受けるのを防止する。反対面が傷つき粗くなると、光の散乱が起きるため、この反対面から周期構造１３及び周期構造１５に入射する光が減少し、それぞれの発色性が低下する。また、反対面側から観察した場合、周期構造１３及び周期構造１５からの光が反射面の外傷により遮られてしまうので、それぞれの発色性を損なうことになる。そこで、保護層１６ｂを形成することにより、外傷を防止して、発色性を維持できる。
なお、保護層１６ａ，１６ｂは、図６に示すように、基材面周期構造１５は形成されているものの空隙部界面周期構造１３が形成されていない構造体１０に形成することもできる。
また、保護層１６ａと保護層１６ｂは、両方とも形成することができ、また、一方のみ形成することもできる。
Moreover, as shown in the figure, the protective layer 16b can be provided on the surface opposite to the surface on which the periodic structure 15 is formed.
The protective layer 16b prevents the opposite surface from being damaged. When the opposite surface is scratched and roughened, light scattering occurs, so that light incident on the periodic structure 13 and the periodic structure 15 from the opposite surface is reduced, and the color developability of each decreases. In addition, when observed from the opposite surface side, the light from the periodic structure 13 and the periodic structure 15 is blocked by the damage on the reflecting surface, thereby impairing the respective coloring properties. Therefore, by forming the protective layer 16b, it is possible to prevent trauma and maintain color development.
In addition, as shown in FIG. 6, the protective layers 16a and 16b can also be formed in the structure 10 in which the base surface periodic structure 15 is formed but the gap interface periodic structure 13 is not formed.
Further, both the protective layer 16a and the protective layer 16b can be formed, or only one of them can be formed.
構造体１０には、図７に示すように、周期構造１５の形成面に反射層１７ａを設けることができる。
反射層１７ａは、周期構造１５からの反射光を増大し、形成面側から観察する場合は周期構造１５からの発色を、反対面から観察する場合は周期構造１３、１５からの発色を、より目立ち易く（発色性を向上）するための薄膜である。
この反射層１７ａは、例えば、反射型ホログラムであればアルミ蒸着層により、透明型ホログラムであればＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの透明薄膜により形成できる。
As shown in FIG. 7, the structure 10 can be provided with a reflective layer 17 a on the formation surface of the periodic structure 15.
The reflective layer 17a increases the reflected light from the periodic structure 15, and when observing from the formation surface side, the color from the periodic structure 15 is increased, and when observing from the opposite surface, the color from the periodic structures 13 and 15 is further increased. It is a thin film that is easily noticeable (improves color development).
The reflection layer 17a can be formed, for example, by an aluminum vapor deposition layer if it is a reflection hologram, or by a transparent thin film such as TiO 2 or Al 2 O 3 if it is a transparent hologram.
また、同図に示すように、周期構造１５が形成された面とは反対の面に反射層１７ｂを設けることができる。
反射層１７ｂは、周期構造１５の形成面及び周期構造１３を通過して基材１１と反射層１７ｂとの界面で反射し再び周期構造１３及び周期構造１５に入射し外部へ通過する光を増やすことができる。これにより、反射層１７ｂは、発色性を増大できる。
なお、反射層１７ａ，１７ｂは、図８に示すように、基材面周期構造１５は形成されているものの空隙部界面周期構造１３が形成されていない構造体１０に形成することもできる。
また、反射層１７ａと反射層１７ｂは、両方とも形成することができ、また、一方のみ形成することもできる。
Further, as shown in the figure, a reflective layer 17b can be provided on the surface opposite to the surface on which the periodic structure 15 is formed.
The reflective layer 17b increases the amount of light that passes through the formation surface of the periodic structure 15 and the periodic structure 13 and is reflected at the interface between the base material 11 and the reflective layer 17b, enters the periodic structure 13 and the periodic structure 15 again, and passes outside. be able to. Thereby, the reflective layer 17b can increase color developability.
In addition, as shown in FIG. 8, the reflection layers 17a and 17b can also be formed in the structure 10 in which the base surface periodic structure 15 is formed but the gap interface periodic structure 13 is not formed.
Further, both the reflective layer 17a and the reflective layer 17b can be formed, or only one of them can be formed.
さらに、構造体１０には、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、保護層１６と反射層１７の両方を形成することができる。
例えば、図９（ａ）に示すように、基材面周期構造１５が形成された面に反射層１７ａを形成し、さらに、この反射層１７ａの表面に保護層１６ａを形成することができる。
また、図９（ｂ）に示すように、基材面周期構造１５が形成された面に反射層１７ａを形成し、さらに、この反射層１７ａの表面に保護層１６ａを形成し、基材面周期構造１５が形成された面とは反対の面に保護層１６ｂを形成することができる。
Furthermore, both the protective layer 16 and the reflective layer 17 can be formed on the structure 10 as shown in FIGS.
For example, as shown in FIG. 9A, the reflective layer 17a can be formed on the surface on which the base surface periodic structure 15 is formed, and the protective layer 16a can be formed on the surface of the reflective layer 17a.
Further, as shown in FIG. 9B, a reflective layer 17a is formed on the surface on which the base material surface periodic structure 15 is formed, and a protective layer 16a is further formed on the surface of the reflective layer 17a. The protective layer 16b can be formed on the surface opposite to the surface on which the periodic structure 15 is formed.
さらに、図９（ｃ）に示すように、基材面周期構造１５が形成された面に保護層１６ａを形成し、基材面周期構造１５が形成された面とは反対の面に反射層１７ｂを形成することができる。
また、図９（ｄ）に示すように、基材面周期構造１５が形成された面に保護層１６ａを形成し、基材面周期構造１５が形成された面とは反対の面に反射層１７ｂを形成し、さらに、この反射層１７ｂの表面に保護層１６ｂを形成することができる。
Further, as shown in FIG. 9C, a protective layer 16a is formed on the surface on which the base material surface periodic structure 15 is formed, and a reflective layer is formed on the surface opposite to the surface on which the base material surface periodic structure 15 is formed. 17b can be formed.
Further, as shown in FIG. 9D, a protective layer 16a is formed on the surface on which the base material surface periodic structure 15 is formed, and a reflective layer is formed on the surface opposite to the surface on which the base material surface periodic structure 15 is formed. The protective layer 16b can be formed on the surface of the reflective layer 17b.
これら図９（ａ）〜（ｄ）に示す構造体１０においても、保護層１６により発色性を維持でき、反射層１７により発色性を向上できる。
なお、図９（ａ）〜（ｄ）においては、基材面周期構造１５と空隙部界面周期構造１３の両方が形成された構造体１０について示したが、これに限るものではなく、基材面周期構造１５は形成されているものの空隙部界面周期構造１３が形成されていない構造体１０においても、保護層１６及び反射層１７の両方を形成することができる。
Also in the structure 10 shown in FIGS. 9A to 9D, the coloring property can be maintained by the protective layer 16 and the coloring property can be improved by the reflective layer 17.
9A to 9D show the structure 10 in which both the base material surface periodic structure 15 and the gap interface periodic structure 13 are formed, the present invention is not limited to this. Even in the structure 10 in which the surface periodic structure 15 is formed but the gap interface periodic structure 13 is not formed, both the protective layer 16 and the reflective layer 17 can be formed.
［構造体形成装置］
次に、構造体形成装置について説明する。構造体形成装置には、透過型回折光学素子を用いたものと、マイクロレンズアレイを用いたものとがある。
[Structure forming apparatus]
Next, the structure forming apparatus will be described. Structure forming apparatuses include those using a transmissive diffractive optical element and those using a microlens array.
（透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置）
まず、透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置について、図１０〜図１２を参照して説明する。
図１０は、該構造体形成装置の構成を示す概略図、図１１は、該構造体形成装置のうち干渉光学系の構成を示す模式的斜視図、図１２は、基材（構造体）周辺で光束が交差し干渉して高強度域を形成する様子を示す図である。
(Structure forming apparatus using transmission type diffractive optical element)
First, a structure forming apparatus using a transmissive diffractive optical element will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a schematic view showing the structure of the structure forming apparatus, FIG. 11 is a schematic perspective view showing the structure of the interference optical system in the structure forming apparatus, and FIG. 12 is the periphery of the base material (structure) It is a figure which shows a mode that a light beam cross | intersects and interferes and forms a high intensity | strength area | region.
透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置２０は、基材１１（構造体１０）に空隙部界面周期構造１３や基材面周期構造１５を形成するための装置であって、図１０、図１１に示すように、レーザ発振器２１と、ミラー２２と、透過型回折光学素子２３と、凸レンズ２４と、マスク２５と、凸レンズ２６とを備えている。 A structure forming apparatus 20 using a transmissive diffractive optical element is an apparatus for forming the gap interface periodic structure 13 and the substrate surface periodic structure 15 on the substrate 11 (structure 10). As shown in FIG. 11, a laser oscillator 21, a mirror 22, a transmissive diffractive optical element 23, a convex lens 24, a mask 25, and a convex lens 26 are provided.
ここで、レーザ発振器２１は、レーザを出力する装置であって、空隙部界面周期構造１３を形成する場合は、例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザなどのナノ秒レーザ又はピコ秒レーザ、または、Ｔｉ：サファイアレーザなどのフェムト秒レーザを用いることができる。これらパルスレーザは、数Ｈｚ〜数十ｋＨｚの繰り返し周波数を有するが、この繰り返し周期の間蓄えられたエネルギーを数ｆｓ〜数十ｎｓという極めて短い時間幅で放出する。そのため、少ない入力エネルギーから高いピークパワーを効率的に得ることができる。 Here, the laser oscillator 21 is a device that outputs a laser. When the gap interface periodic structure 13 is formed, for example, a nanosecond laser or a picosecond laser such as a YAG laser, a YVO 4 laser, or a YLF laser, Alternatively, a femtosecond laser such as a Ti: sapphire laser can be used. These pulse lasers have a repetition frequency of several Hz to several tens kHz, and emit energy stored during this repetition period in a very short time width of several fs to several tens ns. Therefore, a high peak power can be efficiently obtained from a small input energy.
また、基材１１の内部に周期構造１３を形成するためには、レーザ光を５発から２０発程度照射すればよく、所要時間は数秒程度である。これにより、高速生産が可能となり、構造色を発現する製品を低コストで製造できる。しかも、繰り返し周波数の大きい光源を用いることで、さらなる時間短縮を図ることができる。 Further, in order to form the periodic structure 13 inside the substrate 11, it is sufficient to irradiate about 5 to 20 laser beams, and the required time is about several seconds. Thereby, high-speed production becomes possible, and a product that expresses a structural color can be manufactured at low cost. In addition, the use of a light source with a high repetition frequency can further reduce the time.
このレーザ発振器２１は、照射パルス数を調整する機能を有している。また、レーザ発振器２１は、レーザの出力を調整することで、エネルギー密度（フルエンス：１パルスの照射面積あたりのエネルギー）をコントロールすることもできる。
なお、エネルギー密度のコントロールは、レーザ発振器２１におけるレーザ出力の調整の他、例えば、レーザ出力が同じで照射ビーム径を変化させることによっても実現できる。
また、被照射材内部への周期構造の形成のためには、照射する光が材料内部へ進入する必要がある。照射光が極表面で吸収されないよう、被照射材において適度な透過率を有する波長の光を用いることが望ましい。
The laser oscillator 21 has a function of adjusting the number of irradiation pulses. The laser oscillator 21 can also control the energy density (fluence: energy per irradiation area of one pulse) by adjusting the output of the laser.
The energy density can be controlled not only by adjusting the laser output in the laser oscillator 21, but also by changing the irradiation beam diameter with the same laser output.
In addition, in order to form a periodic structure inside the irradiated material, it is necessary for light to be irradiated to enter the material. It is desirable to use light of a wavelength having an appropriate transmittance in the irradiated material so that the irradiated light is not absorbed at the extreme surface.
また、基材面周期構造１５を形成する場合は、ナノ秒レーザやピコ秒レーザを用いることができる。多くのレーザ加工（例えば、マーキングや穴開け，切断など）において、ナノ秒レーザとピコ秒レーザを用いた場合、熱ダレなどの熱的な加工性を示す。しかし、フェムト秒レーザを用いた場合は異なり、非熱的な加工性を示す。このことから、ナノ秒およびピコ秒レーザを用いた場合でないと、後述する微細周期構造の凹部（ドット）の形状をフルエンスにより異ならせることができない。なお、パルス幅は特には１ｎｓ〜１００ｎｓが適している。 Moreover, when forming the base-material surface periodic structure 15, a nanosecond laser and a picosecond laser can be used. In many laser processing (for example, marking, drilling, cutting, etc.), when nanosecond laser and picosecond laser are used, thermal workability such as thermal sag is exhibited. However, unlike the case of using a femtosecond laser, non-thermal workability is exhibited. For this reason, unless the nanosecond and picosecond lasers are used, the shape of the concave portions (dots) of the fine periodic structure described later cannot be varied depending on the fluence. The pulse width is particularly 1 ns to 100 ns.
ミラー２２は、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光を反射する。なお、図１０において、ミラー２２は、２つ備えられているが、２つに限るものではなく、任意の数備えることができる。
透過型回折光学素子２３は、表面に微細な凹部又は凸部が周期的に刻まれているために回折を起こす、透過型の光学素子であって、レーザ光を複数の光束に分割する。
凸レンズ２４は、例えば、焦点距離が２００ｍｍの合成石英平凸レンズを用いることができ、この場合は透過型回折光学素子２３から２００ｍｍの位置に置かれる。そして、凸レンズ２４は、透過型回折光学素子２３で分割された複数の光束を通す。
The mirror 22 reflects the laser light output from the laser oscillator 21. In FIG. 10, two mirrors 22 are provided, but the number is not limited to two, and an arbitrary number can be provided.
The transmissive diffractive optical element 23 is a transmissive optical element that diffracts because fine concave portions or convex portions are periodically engraved on the surface, and divides laser light into a plurality of light beams.
For example, a synthetic quartz plano-convex lens having a focal length of 200 mm can be used as the convex lens 24, and in this case, the convex lens 24 is placed at a position 200 mm from the transmission type diffractive optical element 23. The convex lens 24 passes a plurality of light beams divided by the transmissive diffractive optical element 23.
マスク２５は、凸レンズ２４を通過した光束が焦点を結ぶ位置に置かれ、複数の光束のうち干渉に不必要な光束を遮り、必要な光束のみを通過させる。
凸レンズ２６は、例えば、焦点距離が１００ｍｍの合成石英平凸レンズを用いることができ、マスク２５を通過した光束を集光し、光束を交差させ干渉させる。この干渉した領域は、図１２に示すように高強度域の分布となり、この領域で基材１１に照射する。
The mask 25 is placed at a position where the light beam that has passed through the convex lens 24 is focused, blocks a light beam unnecessary for interference among a plurality of light beams, and allows only the necessary light beam to pass.
For example, a synthetic quartz plano-convex lens having a focal length of 100 mm can be used as the convex lens 26, and the light flux that has passed through the mask 25 is collected and intersected to cause interference. As shown in FIG. 12, the interfering region has a high intensity region distribution, and the substrate 11 is irradiated in this region.
ここで、干渉縞の周期ｄは、次式で示すことができる。
ｄ＝λ／（２ｓｉｎ（θ／２）） ・・・（式２）
λ：光波長、θ：光束の交差角度
Here, the period d of the interference fringes can be expressed by the following equation.
d = λ / (2 sin (θ / 2)) (Formula 2)
λ: Light wavelength, θ: Light beam intersection angle
なお、透過型回折光学素子２３によるレーザの分割とマスク２５による光束の選択との関係については、後記の「周期構造パターンの形成方法」における「（透過型回折光学素子を用いた周期構造パターンの形成方法）」において説明する。 The relationship between the division of the laser by the transmission type diffractive optical element 23 and the selection of the light beam by the mask 25 is described in “(periodic structure pattern forming method using transmission type diffractive optical element” in “Method for forming periodic structure pattern” below. Forming method) ”.
（マイクロレンズアレイを用いた構造体形成装置）
次に、マイクロレンズアレイを用いた構造体形成装置について、図１３、図１４を参照して説明する。
図１３は、該構造体形成装置の構成を示す概略図、図１４は、該構造体形成装置のうち干渉光学系の構成を示す模式的斜視図である。
(Structure forming device using microlens array)
Next, a structure forming apparatus using a microlens array will be described with reference to FIGS.
FIG. 13 is a schematic view showing the structure of the structure forming apparatus, and FIG. 14 is a schematic perspective view showing the structure of an interference optical system in the structure forming apparatus.
図１３、図１４に示すように、構造体形成装置３０は、レーザ発振器３１と、ミラー３２と、凹レンズ３３と、凸レンズ３４と、マイクロレンズアレイ３５と、マスク３６と、凸レンズ３７とを備えている。
ここで、レーザ発振器３１は、図１０に示した構造体形成装置２０におけるレーザ発振器２１と同様の機能を有している。
ミラー３２は、レーザ発振器３１から出力されたレーザ光を反射する。なお、図１３において、ミラー３２は、２つ備えられているが、２つに限るものではなく、任意の数備えることができる。
As shown in FIGS. 13 and 14, the structure forming apparatus 30 includes a laser oscillator 31, a mirror 32, a concave lens 33, a convex lens 34, a microlens array 35, a mask 36, and a convex lens 37. Yes.
Here, the laser oscillator 31 has the same function as the laser oscillator 21 in the structure forming apparatus 20 shown in FIG.
The mirror 32 reflects the laser beam output from the laser oscillator 31. In FIG. 13, two mirrors 32 are provided, but the number is not limited to two, and an arbitrary number can be provided.
凹レンズ３３は、レーザビーム径を拡大する。凸レンズ３４は、拡大されたレーザビーム径を所望の径にする。
マイクロレンズアレイ３５は、微小な凸レンズが碁盤目状に並んだ構造の光学素子であって、レーザを多数の光束に分割する。
マスク３６は、分割された光束のうちのいくつかを選択する。凸レンズ３７は、マスク３６で選択された光束を集める。
なお、マイクロレンズアレイ３５によるレーザの分割とマスク３６による光束の選択との関係については、後記の「周期構造パターンの形成方法」における「（マイクロレンズアレイを用いた周期構造パターンの形成方法）」において説明する。
The concave lens 33 enlarges the laser beam diameter. The convex lens 34 sets the enlarged laser beam diameter to a desired diameter.
The microlens array 35 is an optical element having a structure in which minute convex lenses are arranged in a grid pattern, and divides the laser into a number of light beams.
The mask 36 selects some of the divided light beams. The convex lens 37 collects the light beam selected by the mask 36.
The relationship between the laser division by the microlens array 35 and the selection of the light beam by the mask 36 is described in “(Formation method of periodic structure pattern using microlens array)” in “Formation method of periodic structure pattern” described later. Will be described.
［構造体の形成方法］
次に、本実施形態の構造体の形成方法について、図１５，図１６を参照して説明する。
図１５は、周期的強度分布を有した光を基材に照射することを示す図、図１６は、照射される光の波長とその照射により形成される周期構造との関係を示す図である。
図１５に示すように、周期的強度分布を有した光１を基材１１に照射することで、周期構造１３を界面に有する空隙部１２を基材１１の内部に形成する。このとき、微細周期構造１３は、周期的強度分布と同じ周期で形成される。
一方、周期的強度分布を有した光２を基材１１に照射することで、基材面１４に周期構造１５を形成する。このとき、微細周期構造１５は、周期的強度分布と同じ周期で形成される。
[Method of forming structure]
Next, a method for forming a structure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 15 is a diagram showing that the substrate is irradiated with light having a periodic intensity distribution, and FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the wavelength of the irradiated light and the periodic structure formed by the irradiation. .
As shown in FIG. 15, by irradiating the base material 11 with light 1 having a periodic intensity distribution, a void 12 having a periodic structure 13 at the interface is formed inside the base material 11. At this time, the fine periodic structure 13 is formed with the same period as the periodic intensity distribution.
On the other hand, the periodic structure 15 is formed on the substrate surface 14 by irradiating the substrate 11 with the light 2 having a periodic intensity distribution. At this time, the fine periodic structure 15 is formed with the same period as the periodic intensity distribution.
ここで、光１とは、基材１１が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光、光２とは、基材１１が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光である。これは、すなわち、構造体１０を形成する方法として、基材１１の光学的特性が光波長により異なることを利用している。
基材１１は特定の波長に対して、透過率が７０％以上の透明性、透過率が１０％以上７０％未満の半透明性、透過率が１０％未満の不透明性のいずれかの性質を示す。ある波長に対して基材１１が透明性を示す場合、光は基材内部まで進入する。一方、不透明性を示す場合、光は基材の表面近傍にしか進入しない。
具体的には、図１６に示すように、基材１１が透明性を示す波長領域に含まれる波長としておよそ３３０ｎｍ以上（例えば３５５ｎｍ）の光を照射して空隙部１２及び空隙部界面周期構造１３を形成し、基材１１が不透明性を示す波長領域に含まれる波長としておよそ３１０ｎｍ以下（例えば２６６ｎｍ）の光を照射して基材面周期構造１５を形成する。
Here, the light 1 is light having a wavelength included in the wavelength region where the substrate 11 exhibits transparency, and the light 2 is light having a wavelength included in the wavelength region where the substrate 11 exhibits transparency. That is, as a method for forming the structure 10, the fact that the optical characteristics of the substrate 11 differ depending on the light wavelength is used.
The base material 11 has one of the following properties: transparency with a transmittance of 70% or more, translucency with a transmittance of 10% or more and less than 70%, or opacity with a transmittance of less than 10% for a specific wavelength. Show. When the base material 11 shows transparency with respect to a certain wavelength, light enters into the base material. On the other hand, in the case of showing opacity, light only enters near the surface of the substrate.
Specifically, as shown in FIG. 16, the gap portion 12 and the gap portion interface periodic structure 13 are irradiated by irradiating light having a wavelength of about 330 nm or more (for example, 355 nm) as a wavelength included in the wavelength region where the substrate 11 exhibits transparency. The substrate surface periodic structure 15 is formed by irradiating light with a wavelength of about 310 nm or less (for example, 266 nm) as a wavelength included in the wavelength region where the substrate 11 exhibits opacity.
ここで、基材１１に不透明性を示す波長のレーザ光を、干渉領域で照射すると、基材１１の表面に周期的な光強度分布が励起し、高強度部（図１２の高強度域）でレーザアブレーションが発生する。
レーザアブレーションとは、レーザ光を物質に照射したとき、その物質が分子クラスターとなって表面から飛散する現象をいう。
このレーザアブレーションが発生することで、基材面周期構造１５が形成される。
Here, when the substrate 11 is irradiated with laser light having a wavelength indicating opacity in the interference region, a periodic light intensity distribution is excited on the surface of the substrate 11, and a high intensity portion (high intensity region in FIG. 12). Causes laser ablation.
Laser ablation refers to a phenomenon in which when a substance is irradiated with laser light, the substance becomes a molecular cluster and scatters from the surface.
When this laser ablation occurs, the base material surface periodic structure 15 is formed.
基材１１が透明性を示す波長の光と不透明性を示す光との照射に、順序は無い。ただし、好ましくは、先に透明性を示す波長の光を照射し、次に不透明性を示す波長の光を照射する順序が良い。
これは、基材面周期構造１５が形成されていると、空隙部界面周期構造１３を形成する際に周期的光強度分布が乱れてしまい、整った周期構造が形成されず、ゆえに構造色発色が低減するのを避けるためである。
また、透明性を示す波長の光と不透明性を示す波長の光との同時照射でもよい。このとき、構造体の形成時間の短縮が図れる。
There is no order in irradiation with the light of the wavelength which the base material 11 shows transparency, and the light which shows opaqueness. However, it is preferable that the order of irradiating light with a wavelength showing transparency first and then irradiating light with a wavelength showing opacity is good.
This is because when the base surface periodic structure 15 is formed, the periodic light intensity distribution is disturbed when forming the gap interface periodic structure 13, and no regular periodic structure is formed. This is to avoid the reduction.
Further, simultaneous irradiation with light having a wavelength indicating transparency and light having a wavelength indicating opacity may be performed. At this time, the formation time of the structure can be shortened.
周期的強度分布を有した光照射は、周期的に開口を有するマスクを用いた平行光線による照射、または、複数の平行光線を交差させた干渉領域での照射によって実施できる。 Light irradiation having a periodic intensity distribution can be performed by irradiation with a parallel light beam using a mask having an aperture periodically, or irradiation in an interference region where a plurality of parallel light beams intersect.
基材面周期構造１５を形成するためにはパルスレーザ光を１発程度、空隙部界面周期構造１３を形成するためにはパルスレーザ光を５〜２０発程度照射すればよく、所要時間は数秒程度である。しかも、パルス繰り返し周波数の大きいレーザ光源を用いることで、さらなる時間短縮を図ることができる。 In order to form the substrate surface periodic structure 15, it is sufficient to irradiate about 1 pulse laser beam, and in order to form the gap interface periodic structure 13, it is necessary to irradiate about 5 to 20 pulse laser light, and the required time is several seconds. Degree. In addition, the use of a laser light source having a high pulse repetition frequency can further reduce the time.
基材面周期構造１５を形成する方法は、上記の他に例えば、ＬＩＰＳ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）がある。
これは、レーザ照射により物質表面に自発的に周期的強度分布を発生し、自己組織的に形成される微細周期構造である。また、周期構造を有する型を、加熱して基材に押し付けるか加熱した基材に押し付けることで型形状を転写するホットスタンプがある。
In addition to the above, the method for forming the substrate surface periodic structure 15 includes, for example, LIPS (Laser Induced Periodic Structures).
This is a fine periodic structure formed by self-organization by generating a periodic intensity distribution spontaneously on the surface of a substance by laser irradiation. In addition, there is a hot stamp that transfers a mold shape by heating a mold having a periodic structure to be pressed against a base material or by pressing the mold onto a heated base material.
上述のＬＩＰＳについては、次の非特許文献に開示されている。
非特許文献：Ｓｙｌｖａｉｎ Ｌａｚａｒｅ著「Ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ．」Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ６９（１９９３）３１−３７ Ｎｏｒｔｈ Ｈｏｌｌａｎｄ
The above-mentioned LIPS is disclosed in the following non-patent document.
Non-patent literature: "Large scale excimer laser production of submicron peristructural structures on polymer surface 37" by Sylvain Lazare (Survey Lap.
なお、空隙部１２や空隙部界面周期構造１３を形成する場合の周期的光強度分布の生成方法としては、例えば、以下の３つの方法がある。
第一の方法として、図１７（ａ）に示すように、入射光と界面反射光との干渉によって、周期的光強度分布を発生させる方法がある。
第二の方法として、同図（ｂ）に示すように、周期的な光強度分布を有する単光束の光を照射する方法がある。
第三の方法として、同図（ｃ）に示すように、多光束干渉により周期的な光強度分布を発生させる方法がある。
これら周期的強度分布を有した光照射は、周期的に開口を有するマスクを用いた平行光線による照射、または、複数の光束を交差させた干渉領域で照射することで実現できる。
For example, there are the following three methods for generating the periodic light intensity distribution when forming the gap 12 and the gap interface periodic structure 13.
As a first method, as shown in FIG. 17A, there is a method of generating a periodic light intensity distribution by interference between incident light and interface reflected light.
As a second method, there is a method of irradiating a single light beam having a periodic light intensity distribution as shown in FIG.
As a third method, there is a method of generating a periodic light intensity distribution by multi-beam interference as shown in FIG.
The light irradiation having the periodic intensity distribution can be realized by irradiation with a parallel light beam using a mask having an opening periodically or by irradiation in an interference region where a plurality of light beams intersect.
［周期構造パターンの形成方法］
次に、光制御素子として機能させたときの周期構造パターンの形成方法について、図１８、図１９を参照して説明する。
周期構造に光を入射すると、周期性がある方向に回折光があらわれる。
光制御素子とは、回折光のパターン（方向、角度、波長）を制御する素子のことである。この制御は、周期構造のパターン（周期軸数、周期方向、格子周期）によって行なう。これにより、回折を利用した一種のバーコードとして、光情報（回折パターン）を記録することができる。
構造体の周期構造のパターンは、光照射する周期的強度分布と同じパターンになる。つまり、周期的強度分布のパターンを異ならすことで、多様なパターンの周期構造を形成することができる。
周期的強度分布パターンの変化は、開口を有するマスクを用いて平行光線を照射する場合は開口の位置により、複数の光束を公差させた干渉領域で照射する場合は光束の数、交差方向、公差角度、波長により制御できる。
なお、前者の場合、マスクに入射した平行光線は、開口部分の光のみがマスクを通過し、その後直進して対象物に入射する。よって、マスクの開口の位置と同一の周期的強度分布パターンになる。
[Method for forming periodic structure pattern]
Next, a method for forming a periodic structure pattern when functioning as a light control element will be described with reference to FIGS.
When light enters the periodic structure, diffracted light appears in a direction with periodicity.
The light control element is an element that controls the pattern (direction, angle, wavelength) of diffracted light. This control is performed by a periodic structure pattern (number of periodic axes, periodic direction, lattice period). Thereby, optical information (diffraction pattern) can be recorded as a kind of barcode using diffraction.
The pattern of the periodic structure of the structure is the same pattern as the periodic intensity distribution irradiated with light. That is, various patterns of periodic structures can be formed by changing the pattern of the periodic intensity distribution.
Changes in the periodic intensity distribution pattern depend on the position of the aperture when irradiating parallel rays using a mask having an aperture, and the number of beams, crossing direction, and tolerance when irradiating in an interference region where multiple beams are toleranced. It can be controlled by angle and wavelength.
In the former case, only the light at the opening portion of the parallel light incident on the mask passes through the mask, and then travels straight and enters the object. Therefore, the periodic intensity distribution pattern is the same as the position of the mask opening.
干渉領域で照射する場合に、１つの光束を分割することで複数の光束を得る方法として、透過型回折光学素子を用いる方法と、マイクロレンズアレイを用いる方法とがある。
以下、それぞれについて説明する。
When irradiating in an interference region, there are a method using a transmission type diffractive optical element and a method using a microlens array as methods for obtaining a plurality of light beams by dividing one light beam.
Each will be described below.
（透過型回折光学素子を用いた周期構造パターンの形成方法）
透過型回折光学素子を用いる方法は、レーザ光束を透過型回折光学素子に入射し、回折により、直進する光束と回折する光束に分割する。なお、回折する光束は周期がある方向にあらわれる。
透過型回折光学素子による光束の分割と、マスクの開口との関係から、形成される周期構造パターンは、図１８（ａ），（ｂ）のようになる。
ここで、同図（ａ）に示すように、透過型回折光学素子によりレーザが３×３の光束に分割され、それらのうち対角に位置する１対の光束がマスクの開口に対応して通過したとき、斜め縞の周期構造パターンが形成される。
また、同図（ｂ）に示すように、対角に位置する２対の光束がマスクの開口に対応して通過したとき、ドット状の周期構造パターンが形成される。
このように、透過型回折光学素子の分割パターンとマスクの開口パターンとの組み合わせにより、周期構造パターンが異なる。これにより、回折を利用した一種のバーコードとして、光情報を記録することができる。
(Formation method of periodic structure pattern using transmission type diffractive optical element)
In the method using a transmissive diffractive optical element, a laser beam is incident on the transmissive diffractive optical element, and is divided into a straight beam and a diffracted beam by diffraction. The diffracted light beam appears in a direction with a period.
From the relationship between the splitting of the light beam by the transmissive diffractive optical element and the opening of the mask, the periodic structure pattern to be formed is as shown in FIGS.
Here, as shown in FIG. 6A, the laser is divided into 3 × 3 light beams by the transmission type diffractive optical element, and a pair of light beams located diagonally among them is corresponding to the opening of the mask. When passed, a periodic structure pattern of diagonal stripes is formed.
Further, as shown in FIG. 5B, when two pairs of light beams located at opposite angles pass corresponding to the opening of the mask, a dot-like periodic structure pattern is formed.
Thus, the periodic structure pattern differs depending on the combination of the division pattern of the transmission type diffractive optical element and the opening pattern of the mask. Thereby, optical information can be recorded as a kind of barcode using diffraction.
（マイクロレンズアレイを用いた周期構造パターンの形成方法）
マイクロレンズアレイを用いる方法は、例えるなら、ところてん突きでところてんを押し出すように、レーザ光束をマイクロレンズアレイに入射することで、碁盤目状に複数の光束に分割する方法である。
例えば、マイクロレンズアレイによる光束の分割と、マスクの開口との関係から、空隙部界面周期構造１３や基材面周期構造１５として記録される周期構造パターンは、図１９（ａ）〜（ｃ）のようになる。
ここで、同図（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイによりレーザが３６（６×６）の光束に分割され、それらのうち縦２−横２に位置する光束と、縦５−横５に位置する光束がマスクの開口に対応して通過したとき、斜め縞の周期構造パターンが記録される。このときの周期軸数は１、周期方向は縞の１本が伸びる方向に対して垂直方向となる。
(Method for forming periodic structure pattern using microlens array)
The method using the microlens array is, for example, a method in which a laser beam is incident on the microlens array so as to push out the balance by pushing, and is divided into a plurality of beams in a grid pattern.
For example, the periodic structure patterns recorded as the gap interface periodic structure 13 and the substrate surface periodic structure 15 are shown in FIGS. 19A to 19C from the relationship between the light beam splitting by the microlens array and the opening of the mask. become that way.
Here, as shown in FIG. 5A, the laser is divided into 36 (6 × 6) light beams by the microlens array, and among them, the light beam positioned in the vertical 2-horizontal 2 direction, and the vertical 5-horizontal 5 When the luminous flux located at the position corresponding to the opening of the mask passes, a periodic structure pattern of oblique stripes is recorded. At this time, the number of periodic axes is 1, and the periodic direction is perpendicular to the direction in which one of the stripes extends.
また、例えば、同図（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイによりレーザが２５（５×５）の光束に分割され、それらのうち縦２−横２、縦２−横４、縦４−横２、縦４−横４にそれぞれ位置する光束がマスクの開口に対応して通過したとき、ドットの細かい周期構造パターンが記録される。このときの周期軸数は４、周期方向は一つの凹部を中心として上下左右斜めの８方向となる。 Also, for example, as shown in FIG. 4B, the laser is divided into 25 (5 × 5) light beams by the microlens array, and among these, vertical 2-horizontal 2, vertical 2-horizontal 4, vertical 4- When the light beams positioned in the horizontal 2, vertical 4 and horizontal 4 respectively pass through the mask openings, a fine periodic structure pattern of dots is recorded. At this time, the number of periodic axes is 4, and the periodic directions are eight directions obliquely up, down, left and right with one concave portion as the center.
さらに、例えば、同図（ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイによりレーザが２５（５×５）の光束に分割され、それらのうち縦２−横２、縦２−横４、縦３−横３、縦４−横２、縦４−横４にそれぞれ位置する光束がマスクの開口に対応して通過したとき、ドットのやや粗い周期構造パターンが記録される。このときの周期軸数は４、周期方向は一つの凹部を中心として上下左右斜めの８方向となる。 Further, for example, as shown in FIG. 5C, the laser is divided into 25 (5 × 5) light beams by the microlens array, and among these, vertical 2-horizontal 2, vertical 2-horizontal 4, vertical 3- When light beams positioned in the horizontal 3, vertical 4-horizontal 2, and vertical 4-horizontal 4 respectively pass through the mask openings, a slightly coarse periodic structure pattern of dots is recorded. At this time, the number of periodic axes is 4, and the periodic directions are eight directions obliquely up, down, left and right with one concave portion as the center.
このように、マイクロレンズアレイの分割パターンとマスクの開口パターンとの組み合わせにより、周期構造パターンが異なってくる。これにより、回折を利用した一種のバーコードとして、光情報を記録することができる。 Thus, the periodic structure pattern varies depending on the combination of the division pattern of the microlens array and the opening pattern of the mask. Thereby, optical information can be recorded as a kind of barcode using diffraction.
［マーキングの読み取り方法］
次に、マーキングの読み取り方法について、説明する。
ここでは、まず、「構造色又は回折光の読み取り方法」について説明し、次いで、「構造体を用いた真贋判定方法」について説明する。
[How to read markings]
Next, a marking reading method will be described.
Here, the “structural color or diffracted light reading method” will be described first, and then the “authentication determination method using the structure” will be described.
（構造色又は回折光の読み取り方法）
図２０に示すように、１次元的周期構造（例：すだれ状）または２次元的周期構造（例：格子状）をもつ面に光が入射すると異なる波長毎に異なる角度に分かれる（分散する）現象を、回折という。「回折光」とは、これら回折した全ての波長の光のことである。なお、０次光とは、回折せずに残った光のことである。
光源に自然光（例えば、太陽光）を用いた場合、紫外域、可視域、赤外域の光が異なる角度に回折する。このときさらに、（他の波長域でも同様だが）可視域の回折光は波長（色）毎に異なる角度に回折する（つまり、分光される）ので、可視域の回折光を視認する位置により異なる色彩が見える。本発明の「構造色」とは、可視域の回折光のこと、また可視域の回折光により認識する色彩のことをいう。
なお、可視域とは、ヒトが視認可能な光の波長域であり、波長約４００〜７００ｎｍである。それ以下の波長域を紫外域、それ以上を赤外域といい、ヒトは視認できない。
(Structural color or diffracted light reading method)
As shown in FIG. 20, when light is incident on a surface having a one-dimensional periodic structure (eg, interdigital shape) or a two-dimensional periodic structure (eg: lattice shape), it is divided (dispersed) at different angles for different wavelengths. This phenomenon is called diffraction. “Diffraction light” refers to light of all wavelengths diffracted. The 0th order light is light that remains without being diffracted.
When natural light (for example, sunlight) is used as the light source, the ultraviolet light, visible light, and infrared light are diffracted at different angles. At this time, furthermore, the diffracted light in the visible range is diffracted at different angles for each wavelength (color) (that is, dispersed), so that it differs depending on the position where the diffracted light in the visible range is viewed. I can see the colors. The “structural color” of the present invention refers to diffracted light in the visible range and colors recognized by diffracted light in the visible range.
The visible range is a wavelength range of light that can be visually recognized by humans, and has a wavelength of about 400 to 700 nm. The lower wavelength region is called the ultraviolet region, and the higher wavelength region is called the infrared region.
ある波長の光が回折する角度βは、波長λ、入射角度α、周期構造の周期ｄを用いて次式から求められる。
ｄ（sinα±sinβ）＝ｍλ ・・・（式３）
ここで、ｍは回折次数をあらわす。
The angle β at which light of a certain wavelength is diffracted can be obtained from the following equation using the wavelength λ, the incident angle α, and the period d of the periodic structure.
d (sin α ± sin β) = mλ (Formula 3)
Here, m represents the diffraction order.
例えば、レーザ光線のような単波長のスポット光をマーキングに入射すると、特定の角度だけにスポット状の回折光が現れる。また、マーキングを含む面に一様に単波長の光を照射すると、マーキング部位のみで回折が起こり、特定の角度だけにマーキングと同じ形状で回折光があらわれる。
なお、マーキングとは、回折を起こす部位が一様に形成された領域、又は、回折を起こす部位を適切に配置することにより描かれた図形もしくは文字などを指す。
For example, when a single-wavelength spot light such as a laser beam is incident on the marking, spot-like diffracted light appears only at a specific angle. Further, when the surface including the marking is uniformly irradiated with light having a single wavelength, diffraction occurs only at the marking portion, and diffracted light appears in the same shape as the marking only at a specific angle.
Note that the marking refers to a region where diffraction sites are uniformly formed, or a figure or a character drawn by appropriately arranging the diffraction sites.
このことから、「回折光を読み取る」または「構造色を読み取る」こととは、次のいずれかの方法である。
ｉ．既知の単波長の光を特定の角度で入射したとき、既知の格子周期を用いて式３から求められる回折角度において回折光を検知すること
ii．既知の単波長の光を特定の角度で入射したとき、回折光を検知する角度を測定すること
iii．既知の格子周期を用いて式３から求められる回折角度において回折光を検知しうる、既知の単波長の光を入射する角度を測定すること
iv．複数の波長を含む光を特定の角度で入射したとき、既知の格子周期を用いて式３から求められる回折角度において特定波長の回折光を検知すること
ｖ．複数の波長を含む光を特定の角度で入射したとき、特定波長の回折光を検知する角度を測定すること
vi．既知の格子周期を用いて式３から求められる回折角度において特定波長の回折光を検知しうる、複数の波長を含む光を入射する角度を測定すること
上記における回折光は、スポット光を入射した場合は、スポット状、マーキングを含む面に一様な光を入射した場合はマーキングと同じ形状である。
Therefore, “reading the diffracted light” or “reading the structural color” is one of the following methods.
i. When light of a known single wavelength is incident at a specific angle, the diffracted light is detected at a diffraction angle obtained from Equation 3 using a known grating period.
ii. Measure the angle at which diffracted light is detected when light of a known single wavelength is incident at a specific angle.
iii. Measure the angle of incidence of light of a known single wavelength that can detect diffracted light at the diffraction angle determined from Equation 3 using a known grating period.
iv. Detecting diffracted light of a specific wavelength at a diffraction angle obtained from Equation 3 using a known grating period when light including a plurality of wavelengths is incident at a specific angle v. Measure the angle at which a diffracted light with a specific wavelength is detected when light containing multiple wavelengths is incident at a specific angle.
vi. Measure the angle at which light including a plurality of wavelengths can be detected at a diffraction angle obtained from Equation 3 using a known grating period. The above diffracted light is incident on spot light. In this case, the shape is the same as that of the marking when the uniform light is incident on the spot-like surface including the marking.
ここで、「回折光を読み取る」ことと「構造色を読み取る」こととの相違は、次の通りである。
「回折光を読み取る」こととは、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの回折光を対象にしたときの上記方法をいう。一方、「構造色を読み取る」こととは、可視域の回折光を対象にしたときの上記方法をいう。
また、「回折光を読み取る」場合、可視域の回折光は受光器（検出器）の他、ヒトの目で検知するが、紫外域または赤外域の回折光は受光器で検知する。一方、「構造色を読み取る」場合は、受光器でもヒトの目でも検知できる。
Here, the difference between “reading the diffracted light” and “reading the structural color” is as follows.
“Reading diffracted light” refers to the above method when diffracted light in the ultraviolet region, visible region, or infrared region is targeted. On the other hand, “reading a structural color” refers to the above method when diffracted light in the visible range is targeted.
In the case of “reading diffracted light”, diffracted light in the visible region is detected by the human eye in addition to the light receiver (detector), but diffracted light in the ultraviolet region or infrared region is detected by the light receiver. On the other hand, in the case of “reading the structural color”, it can be detected by both the light receiver and the human eye.
「読み取る」ことによる回折光の検知の有無、あるいは測定角度により、用いた周期構造の格子周期の値が既知のものであるのか、そうでないのかが判定できる。
なお、マーキングを含む面に自然光を入射し、視認する角度で異なる色彩となるマーキングの形状を観察することは、上記方法のiv.に相当する。
Whether the value of the grating period of the periodic structure used is known or not can be determined based on the presence or absence of detection of diffracted light by “reading” or the measurement angle.
In addition, it is equivalent to iv. Of the said method to enter the natural light in the surface containing a marking and to observe the shape of the marking which becomes a color which changes with viewing angles.
「構造体を用いた真贋判定」とは、判定対象である構造体と被照合用の構造体との基材面に機能材を接触させ、両方の空隙部界面周期構造における「回折光を読み取る」あるいは「構造色を読み取る」ことを行い、その結果（検知の有無、測定角度）を照合することである。結果が一致したときは、構造体を有する判定対象は真正品であると判定する。一方、結果が一致しないときは、偽造品であると判定する。 “Authenticity determination using a structure” means that a functional material is brought into contact with the base material surface of the structure to be verified and the structure to be verified, and “diffracted light is read out in both gap interface periodic structures” Or “reading the structural color” and comparing the results (detection presence / absence, measurement angle). When the results match, it is determined that the determination target having the structure is a genuine product. On the other hand, if the results do not match, it is determined that the product is a counterfeit product.
［構造体を用いた真贋判定方法］
図２１（ａ１），（ａ２）に示すように、構造体１０の基材面１４の全体に基材面周期構造１５が形成されている場合には、その基材面１４の全体に、基材面周期構造１５による構造色が発現する。
一方、同図（ｂ１），（ｂ２）に示すように、構造体１０の基材面１４の一部である星型の範囲内で基材内部に空隙部界面周期構造１３が複数形成されている場合には、その星型の範囲で空隙部界面周期構造１３による構造色が発現する。
[Authentication method using structure]
As shown in FIGS. 21A1 and 21A2, when the base material surface periodic structure 15 is formed on the entire base material surface 14 of the structure 10, A structural color due to the material periodic structure 15 appears.
On the other hand, as shown in (b1) and (b2) of the figure, a plurality of gap interface periodic structures 13 are formed inside the base material within the star-shaped range that is a part of the base material surface 14 of the structure 10. If it is, the structural color due to the gap interface periodic structure 13 appears in the star-shaped range.
これらを組み合わせ、基材面周期構造１５と空隙部界面周期構造１３の両方を同一の基材１１に形成した場合には、同図（ｃ１），（ｃ２）に示すように、基材面周期構造１５による構造色だけが視認でき、空隙部界面周期構造１３による構造色は隠蔽される。これは、基材面周期構造１５による構造色と空隙部界面周期構造１３による構造色との両方が発現しているものの、基材面周期構造１５による構造色発色が強く、空隙部界面周期構造１３による構造色発色が弱いために、ヒトの目では、両方が発現しているとき、相対的に十分に強い発色の方しか認識できないからである。なお、回折光の場合でも、受光器をヒトの目と同じように、弱い光は検知せず、強い光を検知するように設定すれば、同じことが言える。 When these are combined and both the base material surface periodic structure 15 and the gap interface periodic structure 13 are formed on the same base material 11, the base material surface period is as shown in FIGS. Only the structural color due to the structure 15 is visible, and the structural color due to the gap interface periodic structure 13 is concealed. Although both the structural color due to the substrate surface periodic structure 15 and the structural color due to the gap interface periodic structure 13 are expressed, the structural color development due to the substrate surface periodic structure 15 is strong, and the void interface periodic structure This is because the structural color development due to 13 is weak and the human eye can recognize only a relatively sufficiently strong color when both are expressed. Even in the case of diffracted light, the same can be said if the light receiver is set not to detect weak light but to detect strong light like the human eye.
ここで、同図（ｄ２）に示すように、基材１１と同じまたは近似な屈折率を有する機能材を基材面１４に接触させる。これにより、基材面周期構造１５による構造色の発現が抑制され、同図（ｄ１）に示すように、空隙部界面周期構造１３により発現した構造色であるマーキングが視認できるようになる。
このように、機能材を接触させたときに、マーキングが現れるか否かによって、または、現れたマーキングの図形や文字等が所望の図形や文字等と一致するか否かを判定することによって、容易に対象物の真贋を検証できる。
Here, as shown in (d2) of the figure, a functional material having the same or approximate refractive index as that of the substrate 11 is brought into contact with the substrate surface 14. Thereby, the expression of the structural color due to the base surface periodic structure 15 is suppressed, and the marking which is the structural color expressed by the gap interface periodic structure 13 can be visually recognized as shown in FIG.
In this way, when the functional material is brought into contact, whether or not the marking appears, or by determining whether or not the appearing marking figure or character matches the desired figure or character, The authenticity of the object can be verified easily.
ところで、上述の構造色の抑制は、接する二つの媒質の屈折率差を小さくすると界面での反射率が減少することを利用している。これは、反射率の減少により反射光量が低減し、その結果、周期構造からの回折光量（構造色）が低減するためである。 By the way, the suppression of the structural color described above utilizes the fact that the reflectance at the interface decreases when the refractive index difference between the two media in contact with each other is reduced. This is because the amount of reflected light is reduced due to the decrease in reflectance, and as a result, the amount of diffracted light (structural color) from the periodic structure is reduced.
機能材とは、基材面に接触または密着させると基材面周期構造の細部まで覆い、かつ、基材面に接する面と反対側は滑らかな面となるものである。滑らかな面は、微視的に見て平らであれば良く、巨視的に見れば平面でも曲面でも良い。
機能材には、例えば、水、グリセリン等の油やベンゼン、アセトン、イソプロピルアルコール、キシレン、トルエン、エチルアルコール、メチルアルコール等の有機溶剤などの液体と、シール体などが有する接着体または粘着体などの固体がある。ただし、これらに限るものではない。
The functional material covers the details of the periodic structure of the substrate surface when brought into contact with or in close contact with the substrate surface, and the side opposite to the surface in contact with the substrate surface is a smooth surface. The smooth surface may be flat when viewed microscopically, and may be flat or curved when viewed macroscopically.
Functional materials include, for example, oils such as water and glycerin, liquids such as oils such as benzene, acetone, isopropyl alcohol, xylene, toluene, ethyl alcohol, and methyl alcohol, and adhesives or stickers that a sealing body has. There is a solid. However, it is not limited to these.
なお、上記読み取り方法の適用は、本発明の構造体に限るものではない。例えば、複数の層を有する構造体の外表面と層界面にレリーフ型ホログラムが形成された多重ホログラム構造体にも適用できる。
また、図２１（ａ１），（ａ２）においては、基材面１４の全体に周期構造を形成しているが、全体に限るものではなく、例えば、空隙部界面周期構造１３が形成された範囲を覆う程度の範囲で形成するようにしてもよい。つまり、基材面周期構造１５による構造色が発現することで、空隙部界面周期構造１３により発現した構造色による図形や文字などが判別不可能になればよい。
さらに、空隙部界面周期構造１３によるマーキングは、図２１（ｂ１）に示した星型に限るものではなく、例えば、図形、記号、文字など任意の形状で形成できる。
The application of the reading method is not limited to the structure of the present invention. For example, the present invention can be applied to a multiple hologram structure in which a relief hologram is formed on the outer surface of the structure having a plurality of layers and the layer interface.
In FIGS. 21A1 and 21A2, the periodic structure is formed on the entire base material surface 14, but is not limited to the entire structure. For example, the range in which the gap interface periodic structure 13 is formed. You may make it form in the range of the grade which covers. That is, it is only necessary that the structure color due to the base surface periodic structure 15 is expressed, so that the figure, characters, and the like due to the structural color expressed by the gap interface periodic structure 13 cannot be distinguished.
Further, the marking by the gap interface periodic structure 13 is not limited to the star shape shown in FIG. 21B1, and can be formed in any shape such as a figure, a symbol, or a character.
さらに、図５に示すように保護層１６を有した構造体１０の場合は、以下の方法で対象物の真贋を判定する。
保護層１６が設けられていると、上述のマーキング読み取り方法は実施できない。そこで、内部のマーキングを隠蔽しないように、基材面１４と基材内部に異なるマーキングを施す。このとき、見る向きや角度により異なるマーキングが現出する。異なるマーキングが現れるか否か、または、現れる図形や文字によって、真贋の検証を行なう。
または、保護層１６を必要に応じて取り除くことで、上述のマーキング読み取り方法を実施する。例えば、保護層１６が、最外面に貼付された剥離可能なシール状のもの、摩擦により剥離する膜などがある。
Furthermore, in the case of the structure 10 having the protective layer 16 as shown in FIG. 5, the authenticity of the object is determined by the following method.
If the protective layer 16 is provided, the above-described marking reading method cannot be performed. Therefore, different markings are applied to the base material surface 14 and the base material so as not to conceal the internal markings. At this time, different markings appear depending on the viewing direction and angle. The authenticity is verified by whether or not different markings appear, or by the figure or character that appears.
Alternatively, the marking reading method described above is performed by removing the protective layer 16 as necessary. For example, the protective layer 16 includes a peelable seal attached to the outermost surface, a film that peels off by friction, and the like.
［構造体形成の実施例］
次に、構造体形成の実施例について説明する。
（実施例１）
Ｑ−スイッチパルスＹＡＧレーザの光束を、透過型回折光学素子を通過させることで複数の光束に分割する。各々の光束を、回折光学素子から２００ｍｍの距離に置かれた焦点距離２００ｍｍの合成石英平凸レンズに通過させる。通過した光束が焦点を結ぶ位置において、マスクにより干渉に不必要な光束を遮り、必要な光束のみを通過させる。通過した光束を焦点距離１００ｍｍの合成石英平凸レンズを用いて集光し、光束を交差させ干渉させる。干渉した領域で２軸延伸したＰＥＴシートに照射した。先にレーザ波長３５５ｎｍ（ＰＥＴシート透過率８３％）において照射した。
[Example of structure formation]
Next, examples of structure formation will be described.
Example 1
The light beam of the Q-switch pulse YAG laser is split into a plurality of light beams by passing through a transmission type diffractive optical element. Each light beam is passed through a synthetic quartz plano-convex lens having a focal length of 200 mm placed at a distance of 200 mm from the diffractive optical element. At the position where the passed light beam is focused, the light beam unnecessary for interference is blocked by the mask, and only the necessary light beam is allowed to pass. The passed light beam is condensed using a synthetic quartz plano-convex lens having a focal length of 100 mm, and the light beams are crossed and interfered. A biaxially stretched PET sheet was irradiated in the interfering area. First, irradiation was performed at a laser wavelength of 355 nm (PET sheet transmittance 83%).
次に、同波長２６６ｎｍ（同透過率０．３％）に切り換え、照射した。回折光学素子の２次元格子周期は６μｍである。パルスＹＡＧレーザの仕様は、パルス幅５ｎｓ、繰り返し周波数１０Ｈｚである。レーザ波長３５５ｎｍのとき、照射した平均光パワーは１．３５Ｗであり、照射面積は４．５ｍｍφであるので、単位面積あたりの光パワー密度は１Ｗ／ｃｍ２となった。
このとき２５発照射した結果、延伸ＰＥＴシート内部に空隙部が生じ、その界面に１．５μｍ周期の２次元周期構造が形成された。この構造による構造色が観察された。
Next, it switched to the same wavelength 266nm (same transmittance 0.3%), and irradiated. The two-dimensional grating period of the diffractive optical element is 6 μm. The specifications of the pulse YAG laser are a pulse width of 5 ns and a repetition frequency of 10 Hz. When the laser wavelength was 355 nm, the irradiated average optical power was 1.35 W and the irradiation area was 4.5 mmφ, so the optical power density per unit area was 1 W / cm 2 .
As a result of 25 irradiations at this time, voids were formed inside the stretched PET sheet, and a two-dimensional periodic structure having a period of 1.5 μm was formed at the interface. A structural color due to this structure was observed.
同様に、レーザ波長２６６ｎｍのとき、照射した平均光パワーは２４０ｍＷであり、照射面積は４．５ｍｍφであるので、単位面積あたりの光パワー密度は１７９ｍＷ／ｃｍ２となった。
このとき１発照射した結果、延伸ＰＥＴシート外面に、１μｍ周期の２次元周期構造が形成された。この構造による構造色が観察された。
Similarly, when the laser wavelength was 266 nm, the irradiated average optical power was 240 mW and the irradiation area was 4.5 mmφ, so the optical power density per unit area was 179 mW / cm 2 .
As a result of one irradiation at this time, a two-dimensional periodic structure having a period of 1 μm was formed on the outer surface of the stretched PET sheet. A structural color due to this structure was observed.
（実施例２）
実施例１と同様にして、レーザ波長２６６ｎｍのみ２軸延伸したＰＥＴシートに照射した。形成された２次元周期構造により構造色が観察された。
この周期構造に、延伸ＰＥＴシートの屈折率１．６４と近似な屈折率１．５１８であるエステル油（ＣＡＳ−Ｎｒ：１９５３７１−１０−９）を塗布すると、構造色は観察されなくなり、もとの透明な延伸ＰＥＴシートのように観察されるようになった。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, only a laser wavelength of 266 nm was irradiated on a biaxially stretched PET sheet. Structural color was observed by the formed two-dimensional periodic structure.
When an ester oil (CAS-Nr: 195371-10-9) having a refractive index of 1.518 approximate to the refractive index of 1.64 of the stretched PET sheet is applied to this periodic structure, the structural color is not observed. It was observed as a transparent stretched PET sheet.
（比較例との対比）
真贋の検証機能を有する偽造防止マーキングとして、特許第２７９７９４４号「透明ホログラムシール」（以下、「比較例１」という。）と、特表２００４−５３８５８６「オブジェクトの偽造防止マーキングおよびそのマーキングの識別方法」（以下、「比較例２」という。）がある。
ここで、各比較例と本実施形態の構造体とを比較し、相違点を明確にする。
(Contrast with comparative example)
Patent No. 2797944 “Transparent Hologram Seal” (hereinafter referred to as “Comparative Example 1”) and Japanese Translation of PCT International Publication No. 2004-538586 “Anti-Counterfeiting Marking of Object and Identification Method of the Marking” (Hereinafter referred to as “Comparative Example 2”).
Here, each comparative example and the structure of this embodiment are compared, and a difference is clarified.
（構造が異なる場合）
比較例１は、ホログラム層面に低屈折率と高屈折率のセラミック材料からなる多層構造を有している。比較例２は、ホログラフィー効果を生じさせる構造を有する層と１００ｎｍ以下の金属クラスターが分散している層とを有している。
一方、本発明では、基材（層）の内部と外部に構造色（ホログラフィー効果）を生じさせる微細周期構造を有する単層構造である。
各比較例では、両者とも、偽造防止の対象に貼付するための構造体であるので、接着層を有するシール形式である。
一方、本発明では、偽造防止の対象自体に形成する構造体であるので、そのような接着層を有していない。
(If the structure is different)
Comparative Example 1 has a multilayer structure made of a ceramic material having a low refractive index and a high refractive index on the hologram layer surface. Comparative Example 2 has a layer having a structure that causes a holographic effect and a layer in which metal clusters of 100 nm or less are dispersed.
On the other hand, in this invention, it is a single layer structure which has the fine periodic structure which produces a structural color (holography effect) inside and outside a base material (layer).
In each of the comparative examples, both are structures for being attached to a forgery-preventing target, and thus are seal types having an adhesive layer.
On the other hand, the present invention does not have such an adhesive layer because it is a structure formed on the forgery prevention target itself.
（検証方法が異なる場合）
比較例１は、セラミック材料からなる多層構造から生じるユニークな色調により真贋を判別することが可能であるとしている。
比較例２は、偽造防止マーキングに反射した光のスペクトルを規定のスペクトルと比較することで真贋を判別するとしている。
一方、本発明は、基材面からの構造色及び／又は回折光を抑制することで内部からの構造色及び／又は回折光が視認又は検知されうることで真贋を判別する。また、視認又は検知された情報を被照合用の情報と検証することで真贋を判別する。
(When the verification method is different)
In Comparative Example 1, authenticity can be determined by a unique color tone generated from a multilayer structure made of ceramic materials.
In Comparative Example 2, authenticity is determined by comparing the spectrum of light reflected by the anti-counterfeit marking with a prescribed spectrum.
On the other hand, according to the present invention, since the structural color and / or diffracted light from the inside can be visually recognized or detected by suppressing the structural color and / or diffracted light from the substrate surface, the authenticity is determined. Further, authenticity is determined by verifying visually or detected information with information to be verified.
（レーザ光のフルエンスの変化による基材面周期構造の発色比較）
延伸ＰＥＴシートに、パルスＹＡＧレーザ第４高調波（波長２６６ｎｍ）のパルス１発を照射した。この照射したフルエンスは、６、１１、２２ｍＪ／ｃｍ２であった。また、パルスＹＡＧレーザの仕様は、パルス幅が５ｎｓであった。
その結果、６ｍＪ／ｃｍ２のときは、透明性のある構造色発色が観察された。
また、１１ｍＪ／ｃｍ２、そして２２ｍＪ／ｃｍ２と増大するにつれて、半透明で白濁した発色が観察された。
(Comparison of coloring of the periodic structure of the substrate surface by changing the fluence of laser light)
The stretched PET sheet was irradiated with one pulse of a pulse YAG laser fourth harmonic (wavelength 266 nm). The irradiated fluences were 6, 11, and 22 mJ / cm 2 . The specification of the pulse YAG laser was that the pulse width was 5 ns.
As a result, transparent structural color development was observed at 6 mJ / cm 2 .
Further, 11mJ / cm 2, and as it increases the 22 mJ / cm 2, coloring was cloudy translucent were observed.
次に、延伸ＰＥＴシートの全面にわたって、パルスＹＡＧレーザ第４高調波（波長２６６ｎｍ）のパルスを各点に１パルスずつ照射した。この照射したフルエンスは、５ｍＪ／ｃｍ２と、２０ｍＪ／ｃｍ２であった。また、パルスＹＡＧレーザの仕様は、パルス幅が５ｎｓであった。
その結果、加飾したＰＥＴシートが得られた。この加飾ＰＥＴシートの観察像を図２２（ａ１），（ａ２），（ｂ１），（ｂ２），（ｃ１），（ｃ２）に示す。同図（ａ１）〜（ｂ２）は、白色の型枠に収めた加飾ＰＥＴシートに、上記条件のレーザ光を照射し、黒地台紙（一部、絵柄付き）を背景に撮影したものである。そして、同図（ａ１）及び（ａ２）は、未発色角度における目視観察像、同図（ｂ１）及び（ｂ２）は、発色角度における目視観察像である。さらに、同図（ａ１）及び（ｂ１）は、レーザ光のフルエンスが５ｍＪ／ｃｍ２（低フルエンス）の場合、同図（ａ２）及び（ｂ２）は、レーザ光のフルエンスが２０ｍＪ／ｃｍ２（高フルエンス）の場合である。また、同図（ｃ１）及び（ｃ２）は、ＳＥＭ観察像である。
Next, a pulse YAG laser fourth harmonic (wavelength 266 nm) was irradiated to each point by one pulse over the entire surface of the stretched PET sheet. Fluence this irradiation, a 5 mJ / cm 2, was 20 mJ / cm 2. The specification of the pulse YAG laser was that the pulse width was 5 ns.
As a result, a decorated PET sheet was obtained. Observation images of this decorative PET sheet are shown in FIGS. 22 (a1), (a2), (b1), (b2), (c1), and (c2). FIGS. (A1) to (b2) are photographs obtained by irradiating a decorative PET sheet housed in a white mold with the laser beam under the above conditions and against a black background (partially with a pattern). . And (a1) and (a2) in the figure are visual observation images at an uncolored angle, and (b1) and (b2) in the figure are visual observation images at a coloration angle. Further, FIG. (A1) and (b1), if the fluence of the laser beam is 5 mJ / cm 2 (low fluence), FIG (a2) and (b2), the fluence of the laser beam is 20 mJ / cm 2 ( High fluence). Also, (c1) and (c2) in the figure are SEM observation images.
同図（ａ１）〜（ｂ２）に示すように、５ｍＪ／ｃｍ２（低フルエンス）のときは、透明性のある構造色発色が観察された。一方、２０ｍＪ／ｃｍ２（高フルエンス）のときは、半透明で白濁した発色が観察された。つまり、フルエンスを変化させることで、構造色発色の視認性を変化させることが可能となる。
このように、フルエンスを変化させることにより周期構造発色の視認性が異なるのは、同図（ｃ１），（ｃ２）に示すように、形成される周期構造がフルエンスにより異なるからである。
例えば、低フルエンスのときは、同図（ｃ１）に示すように、周期構造の凹部（ドット）が縦横に整然と形成されている。これに対し、高フルエンスのとき、同図（ｃ２）に示すように、各ドットの形状が乱れている。この乱れが、ホワイトノイズとなって背景光を遮ることから、構造色発色の視認性が高まるものと考えられる。
As shown in (a1) to (b2) of the figure, transparent structural color development was observed at 5 mJ / cm 2 (low fluence). On the other hand, at 20 mJ / cm 2 (high fluence), a translucent and cloudy color was observed. That is, by changing the fluence, the visibility of the structural color development can be changed.
The reason why the visibility of the periodic structure coloring is changed by changing the fluence as described above is because the formed periodic structure is different depending on the fluence, as shown in (c1) and (c2) of FIG.
For example, when the fluence is low, the concave portions (dots) of the periodic structure are regularly and vertically formed as shown in FIG. On the other hand, when the fluence is high, the shape of each dot is disturbed as shown in FIG. This disturbance is considered to increase the visibility of structural color development because it becomes white noise and blocks background light.
以上説明したように、本実施形態の構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法によれば、構造体そのものに形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を用いて、対象物の真贋を判定することができる。また、周期構造は構造体そのものに形成されているため、それを取り出して他の対象物に転用するといった行為が行えなくなる。このため、従来のホログラムシールのように剥がして偽造品に貼付・再利用し、真正品として市場に流通させるといった行為を阻止できる。
また、一種類の基材に周期構造が形成されるため、複数種類の材料を組み合わせて複雑な構造を形成する必要がない。このため、材料構成を簡易にでき、材料コストの上昇を回避できる。
さらに、周期構造は光の照射により形成可能なため、高価な形成装置を導入しなくてもよく、低コストで形成できる。
As described above, according to the structure of the present embodiment, the structure forming method, the structure forming apparatus, the structure color and / or diffracted light reading method, and the authentication method, the structure is formed on the structure itself. The authenticity of the object can be determined using the structural color and / or diffracted light of the periodic structure. Further, since the periodic structure is formed in the structure itself, it is impossible to take an action of taking it out and diverting it to another object. For this reason, it is possible to prevent the act of peeling off like a conventional hologram seal, pasting and reusing it on a counterfeit product, and distributing it to the market as a genuine product.
In addition, since the periodic structure is formed on one type of base material, it is not necessary to form a complicated structure by combining a plurality of types of materials. For this reason, a material structure can be simplified and an increase in material cost can be avoided.
Furthermore, since the periodic structure can be formed by light irradiation, it is not necessary to introduce an expensive forming apparatus and can be formed at low cost.
また、光の照射により非接触で周期構造を形成するため、平面だけでなく、曲面や凹凸面にも、ホログラムを作製できる。
さらに、保護層を形成することにより、基材面周期構造又は反対面の損傷を防止して、発色性を維持できる。また、反射層を形成することにより、微細周期構造体からの回折光を増大させるなどして、発色性を向上できる。
加えて、レーザフルエンスを変化させることにより、構造色発色の視認性が変化するため、従来のホログラムと比べて発色の視認性を高めることができる。
Further, since the periodic structure is formed in a non-contact manner by light irradiation, a hologram can be produced not only on a flat surface but also on a curved surface or an uneven surface.
Furthermore, by forming a protective layer, damage to the substrate surface periodic structure or the opposite surface can be prevented, and color development can be maintained. Further, by forming the reflective layer, the color developability can be improved by increasing the diffracted light from the fine periodic structure.
In addition, since the visibility of structural color development changes by changing the laser fluence, the visibility of color development can be improved compared to conventional holograms.
また、基材に空隙部界面周期構造と基材面周期構造とを形成し、基材面周期構造に機能材を接触させることで、その基材面周期構造による構造色の発現を抑制して、空隙部界面周期構造により発現した構造色を読み取り可能とする。このように、機能材を接触させるだけで空隙部界面周期構造による構造色を読み取り可能とするため、一般消費者であっても容易に対象物の真贋を判定することができる。 In addition, by forming the void interface periodic structure and the substrate surface periodic structure on the substrate, and contacting the functional material with the substrate surface periodic structure, the expression of the structural color due to the substrate surface periodic structure is suppressed. The structural color expressed by the gap interface periodic structure can be read. In this manner, since the structural color due to the gap interface periodic structure can be read simply by bringing the functional material into contact, even a general consumer can easily determine the authenticity of the object.
以上、本発明の構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。 The preferred embodiments of the structure, the structure forming method, the structure forming apparatus, the structure color and / or the diffracted light reading method, and the authenticity determination method of the present invention have been described above, but the structure according to the present invention, The structure forming method, the structure forming apparatus, the structure color and / or diffracted light reading method, and the authenticity determining method are not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention. It goes without saying that it is possible.
例えば、上述した実施形態では、基材の一つの面にのみ基材面周期構造を形成していたが、一つの面に限るものではなく、二以上の面、例えば、板材の場合の表裏両面、立体形状の場合の二以上の面に形成することもできる。
また、上述の実施形態では、本発明の用途として偽造防止マーキングを挙げたが、これに限るものではなく、例えば、上記読み取り方法を利用して内部マーキングが現出する効果を活かした装飾などをその用途することができる。
For example, in the above-described embodiment, the base material surface periodic structure is formed only on one surface of the base material, but is not limited to one surface, and two or more surfaces, for example, both front and back surfaces in the case of a plate material It can also be formed on two or more surfaces in the case of a three-dimensional shape.
Further, in the above-described embodiment, the forgery prevention marking is given as an application of the present invention. However, the present invention is not limited to this. For example, a decoration that takes advantage of the effect that the internal marking appears using the above-described reading method. It can be used for that purpose.
本発明は、構造体や、この構造体を利用した対象物の真贋判定に関する発明であるため、その構造体を用いた物品、真贋判定を必要とする商品などに利用可能である。 Since the present invention relates to a structure and an authenticity determination of an object using the structure, the present invention can be used for an article using the structure, a product that requires authentication.
１０ 構造体
１１ 基材
１２ 空隙部
１３ 空隙部界面周期構造
１４ 基材面
１５ 基材面周期構造
１６ 保護層
２０ 透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置
２１ レーザ発振器
２３ 透過型回折光学素子
２５ マスク
３０ マイクロレンズアレイを用いた構造体形成装置
３５ マイクロレンズアレイ
３６ マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Structure 11 Base material 12 Cavity part 13 Cavity part interface periodic structure 14 Base material surface 15 Base material surface periodic structure 16 Protective layer 20 Structure formation apparatus using a transmission type diffractive optical element 21 Laser oscillator 23 Transmission type diffractive optical element 25 Mask 30 Structure forming apparatus using micro lens array 35 Micro lens array 36 Mask
Claims (12)
前記空隙部の界面に形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を隠蔽する位置に、前記基材の表面における周期構造が形成された
ことを特徴とする構造体。 While enclosing a void portion having a periodic structure that causes light diffraction at the interface, and having a periodic structure that causes light diffraction on a part or all of the surface of the substrate ,
A structure in which a periodic structure on the surface of the base material is formed at a position for concealing the structural color and / or diffracted light by the periodic structure formed at the interface of the gap .
ことを特徴とする請求項１記載の構造体。 The structure according to claim 1, wherein the periodic structure formed at the interface of the void and / or the periodic structure formed on the surface of the substrate has a regular arrangement that expresses a structural color. body.
ことを特徴とする請求項１又は２記載の構造体。 The structure according to claim 1 or 2, further comprising a protective layer and / or a reflective layer on an upper surface and / or a lower surface of the base material on which the periodic structure is formed.
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の構造体。The structure according to any one of claims 1 to 3.
ことを特徴とする請求項４記載の構造体。The structure according to claim 4.
前記光とは異なる波長の光を前記基材に照射することで、前記基材の表面において、前記空隙部の界面に形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を隠蔽する位置に、周期構造を形成したBy irradiating the base material with light having a wavelength different from that of the light, on the surface of the base material, at a position to conceal the structural color and / or diffracted light due to the periodic structure formed at the interface of the gap. Formed periodic structure
ことを特徴とする構造体の形成方法。A structure forming method characterized by the above.
ことを特徴とする請求項６記載の構造体の形成方法。The method of forming a structure according to claim 6.
ことを特徴とする請求項６記載の構造体の形成方法。The method of forming a structure according to claim 6.
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の構造体の形成方法。The method for forming a structure according to any one of claims 6 to 8, wherein:
前記基材の内部に、光回折を起こす周期構造を界面に有する空隙部を形成するとともに、前記基材の表面に、光回折を起こす周期構造を形成するように、照射パルス数及び／又はレーザ出力を調整するレーザ発振器と、The number of irradiation pulses and / or laser so as to form a gap having a periodic structure causing optical diffraction at the interface inside the base material and forming a periodic structure causing optical diffraction on the surface of the base material. A laser oscillator for adjusting the output;
このレーザ発振器から出力されたレーザ光を前記基材に照射する光学系とを備え、An optical system for irradiating the base material with laser light output from the laser oscillator;
この光学系は、前記空隙部が形成された前記基材の表面において、前記空隙部の界面に形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を隠蔽する位置に、前記レーザ光を照射して周期構造を形成するThe optical system irradiates the laser beam at a position where the structural color and / or diffracted light by the periodic structure formed at the interface of the gap is concealed on the surface of the base material on which the gap is formed. To form a periodic structure
ことを特徴とする構造体形成装置。A structure forming apparatus.
ことを特徴とする構造色及び／又は回折光読み取り方法。A structural color and / or diffracted light reading method.
ことを特徴とする真贋判定方法。A method for authenticity determination.
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