(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズの表面を有するシートにエネルギー光線を照射してシート内に複数の画像を形成することを含む方法であって、
エネルギー光線の中心は前記シートの表面法線からずれており、シート内に形成される少なくとも１つの画像は部分的に完全な画像であり、かつ前記画像は前記シートの異なるマイクロレンズに関連しており、
前記マイクロレンズは、シート内で形成される画像から、シートの表面に対して浮いているように見える１つ又はそれ以上の合成画像を生成するために、シート内の複数の位置に光を送る屈折性表面を有し、そして
前記シートの照射は、
エネルギー光線の中心が第１の角度でシートの表面法線からはずれるように、エネルギー光線を配置するための、最終対物レンズと最終対物レンズの後に置いたフレネルレンズとを含む光学縦列を介して、シートをエネルギー光線で照射することにより、複数の合成画像の最初の１つに関連する１つ又はそれ以上の画像を形成するためにシートを照射ことと；
エネルギー光線の中心が第２の角度でシートの表面法線からはずれるように、エネルギー光線を配置するために構成された光学縦列を介して、シートをエネルギー光線で照射することにより、複数の合成画像の第２の１つに関連する１つ又はそれ以上の画像を形成するためにシートを照射することとを含んでなる、方法。
【請求項２】
シートにエネルギー光線を照射してシート内に複数の画像を形成するマイクロレンズの表面を有する材料層を含むシートであって、
エネルギー光線の中心は前記シートの表面法線からずれており、
前記シート内に形成される少なくとも１つの画像は部分的に完全な画像であり、かつ前記画像はシートの異なるマイクロレンズに関連しており、
前記マイクロレンズは、シート内で形成される画像から、シートの表面に対して浮いているように見える１つ又はそれ以上の合成画像を生成するために、シート内の複数の位置に光を送る屈折性表面を有し、そして
前記シート内に形成される複数の画像は、前記マイクロレンズに複数の合成画像を生成させ、合成画像のそれぞれは異なる視角範囲から見える、シート。
【請求項３】
シートに画像形成して合成画像を生成するための光学アセンブリーであって、
シートにエネルギー光線を照射してシート内に複数の画像を形成するマイクロレンズの表面を有する材料層を含むシートであって、
エネルギー光線の中心は前記シートの表面法線からずれており、
前記シート内に形成される少なくとも１つの画像は部分的に完全な画像であり、かつ前記画像はシートの異なるマイクロレンズに関連しており、
前記マイクロレンズは、シート内で形成される画像から、シートの表面に対して浮いているように見える１つ又はそれ以上の合成画像を生成するために、シート内の複数の位置に光を送る屈折性表面を有し、そして
前記シート内に形成される複数の画像は、前記マイクロレンズに複数の合成画像を生成し、合成画像のそれぞれは異なる視角範囲から見える、シートと、
レーザー光線を前記エネルギー光線として送るための光ファイバーケーブルと、
複数の異なる角度で複数の焦点にレーザー光線を向けるための複数の光学対物レンズ（ここで複数の焦点は１つの位置に存在する）とを含み、そして
前記シートの照射は、
エネルギー光線の中心が第１の角度でシートの表面法線からはずれるように、エネルギー光線を配置するための、最終対物レンズと最終対物レンズの後に置いたフレネルレンズとを含む光学縦列を介して、シートをエネルギー光線で照射することにより、複数の合成画像の最初の１つに関連する１つ又はそれ以上の画像を形成するためにシートを照射ことと；
エネルギー光線の中心が第２の角度でシートの表面法線からはずれるように、エネルギー光線を配置するために構成された光学縦列を介して、シートをエネルギー光線で照射することにより、複数の合成画像の第２の１つに関連する１つ又はそれ以上の画像を形成するためにシートを照射することとを含んでなる光学アセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートに対して空中に浮いているように観察者に認識され、かつ合成画像の遠近が見る角度により変化する、１つ又はそれ以上の合成画像を与えるシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフィック画像又は他のマークを有するシート材料は広く使用されており、特に物品又は文書が真正であることを証明するための標識物として使用されている。例えば米国特許第3,154,872号、3,801,183号、4,082,426号、及び4,099,838号に記載されているようなシートは、車両のナンバープレートの認証ステッカーとして、及び運転免許証、官庁の文書、カセットテープ、トランプカード、飲料容器などの安全保護フィルムなどとして使用されている。他の用途には、パトカー、消防車、他の緊急車両などの確認目的、及び広告宣伝ディスプレイ、ブランドを強調するための特有のラベルなどのグラフィックス用途がある。
【０００３】
画像シートの別の型は米国特許第4,200,875号（Galanos）に開示されている。Galanosは、マスク又はパターンを通してシートにレーザーを照射することにより画像が形成される「露出レンズ型の高ゲイン再帰反射シート」の使用を開示している。このシートは、一部が結合剤層に埋め込まれ一部が結合剤層上に露出している複数の透明のガラス微小球を含み、複数の各微小球の埋め込まれた表面には金属反射層が被覆されている。結合剤層は、画像が形成される時シートにぶつかる迷光を最小にすると言われているカーボンブラックを含有している。レーザー光のエネルギーは、結合剤層に埋め込まれたマイクロレンズの焦点効果によりさらに集中される。
【０００４】
Galanosの再帰反射シートで形成される画像は、シートにレーザーが照射された角度と同じ角度からシートを見る時にのみ観察することができる。言い換えればこれは、画像は非常に限定された観察角度でのみ見えることを意味する。このため及び他の理由により、このようなシートのいくつかの性質を改良することが望まれている。
【０００５】
すでに1908年にGabriel Lippmanは、１つ又はそれ以上の感光層を有するレンズ状媒体においてある場面の真の３次元画像を形成する方法を発明した。積分写真法と呼ばれるこの方法はまた、De Montebello, "Processing and Display of Three-Dimensional Data II" in Proceedings of SPIE, SanDiego, 1984中にも記載されている。Lippmanの方法では、写真乾板はきちんと並んだレンズ（「小型レンズ（lenslet）」）の列を介して露出しており、その結果、各小型レンズの列は、再現されている場面のミニ画像（小型レンズが占めるシートの地点から見える）を写真乾板上の感光層に移送する。写真乾板が現像された後、小型レンズ列を介して乾板上の合成画像を見ている観察者は、写真を撮った場面の３次元画像を見る。この画像は、使用される感光材料により白黒でもカラーでもよい。
【０００６】
乾板の露光中に小型レンズにより形成される画像は、各ミニ画像が１回のみ反転を受けているため、形成される３次元画像は反影画像である。すなわち画像の認識された深さは反転しており、対象は「裏返し」である。画像を修正するために２つの光学的反転が必要なため、これは大きな欠点である。これらの方法は複雑であり、同じ対物レンズの複数の画像を記録するために、１つのカメラもしくは複数のカメラ又は複数のレンズのカメラを用いて複数回の露光が必要であり、１つの３次元画像を与えるために複数の画像を極めて正確に記録する必要がある。さらに、従来のカメラに依存する方法は、カメラの前に実際の対象の存在が必要である。これが、仮想対象（存在する印象を与えるが実際には存在しない対象）の３次元画像を形成するのに、この方法をさらに不適切なものにしている。積分写真法のさらなる欠点は、見える実際の画像を生成するためには、合成画像に対して、見る側から光を照射しなければならないことである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シートの上又は下に浮いているように見える１つ又はそれ以上の合成画像（composite image）を有するマイクロレンズシートを提供する。これらの浮いている合成画像を便宜上浮き画像と呼び、これらの浮き画像は、シートの上又は下に位置するように見える（２次元画像又は３次元画像として）か、又はシートの上、その面の中、及び下に現れる３次元画像として現れることができる。浮き画像はまた、ある高さ又は深さから別の高さ又は深さに連続的に移動するように見えてもよい。浮き画像は白黒でもカラーでもよく、観察者とともに動くように見える。浮き画像は観察者が肉眼で見ることができる。「浮き画像（floating image）」という用語は、用語「仮想画像」と同義に使用されてもよい。
【０００８】
浮き画像は、放射線源を用いて、例えば光学系列（トレイン）を介して、シートに光を照射することによりシート内で形成され得る。マイクロレンズシートに衝突する入射光のエネルギーは、個々のマイクロレンズによりシート内の領域に集束される。この集束されたエネルギーは、層を修飾して、光線とマイクロレンズとの相互作用に依存する複数の個々の画像、存在、形、及び外観を与える。例えば光線は、シート内の各マイクロレンズに関連する個々の画像を形成する。マイクロレンズは、シート内の複数の位置に光を送り、個々の画像から１つ又はそれ以上の合成画像を生成する屈折性表面を有する。
【０００９】
マイクロレンズシートの浮き画像は、マイクロレンズシート内に形成される画像により提示される（見える）複数の合成画像を含んでよい。合成画像はそれぞれ異なる視角範囲に関連し、従って合成画像はシートの異なる視角から見えてよい。ある実施態様において、シート内に形成される画像により異なる合成画像が提示され、これらの異なる合成画像は異なる視角範囲を有してもよい。この例では、シートに対して異なる視角に位置する２人の観察者は、シートから異なる合成画像を見ることができる。別の実施態様では、複数の視角範囲にわたって同じ合成画像が形成されてもよい。ある場合には、視角範囲が重複して、より大きな連続的視角範囲を与えてもよい。その結果合成画像は、本来可能なものよりはるかに大きな視角範囲から見ることができる。
【００１０】
上記したような合成画像を有する本発明のシートは、機密文書、パスポート、証明カード、金銭取引カード（例えばクレジットカード）、ナンバープレートなどの不正防止画像のような種々の用途に使用され得る。このシートはまた、工業的用途、例えば自動車への用途にも使用され得る。
【００１１】
ある実施態様において１つの方法は、マイクロレンズの表面を有するシートにエネルギー光線を照射してシート内に複数の画像を形成することを含む方法であって、エネルギー光線の中心はシートの表面法線からずれており、シート内に形成される少なくとも１つの画像は部分的に完全な画像であり、かつ画像はシートの異なるマイクロレンズに関連している。マイクロレンズは、シート内で形成される画像から、シートの表面に対して浮いているように見える１つ又はそれ以上の合成画像を生成するために、シート内の位置に光を送る屈折性表面を有する。
【００１２】
別の実施態様においてシートは、シート内で複数の画像を形成するマイクロレンズの表面を有する材料の層を含み、ここでシート内に形成される少なくとも１つの画像は部分的に完全な画像であり、画像はシートの異なるマイクロレンズに関連しており、マイクロレンズは、シート内の複数の位置に光を送って、シート内で形成される画像から、シートの表面に対して浮いているように見える１つ又はそれ以上の合成画像を生成する屈折性表面を有する。
【００１３】
さらに別の実施態様においてシステムは、基板に画像形成するための光学アセンブリーを具備した６軸ロボットアーム（６軸ロボットアームは６自由度内の動きを与える）と、光学アセンブリーを介して基板に対して放射線源を配置するように６軸ロボットアームを制御するためのコントローラーとを含む。
【００１４】
さらに別の実施態様においてシステムは、基板に画像形成するためのエネルギー光線を生成するように放射線源を制御するガルバノメーターに制御される複数の鏡と、エネルギー光線を集束させるための対物レンズを有する光学系列と、光学系列に対してエネルギー光線を配置させるようにガルバノメータを制御するためのコントローラーとを含んでなるガルバノスキャナを含む。
【００１５】
別の実施態様において、シートに画像形成して合成画像を生成するための光学アセンブリーは、レーザー光線を与えるための光ファイバーケーブルと、複数の異なる角度で複数の焦点にレーザー光線を向けるための複数の光学的対物レンズ（複数の焦点が１つの位置に存在する）とを含む。
【００１６】
本発明の１つ又はそれ以上の実施態様の詳細は、添付図面とその説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、明細書と図面、及び特許請求の範囲から明らかであろう。
本発明は、添付図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】「レンズが露出した」マイクロレンズシートの拡大断面図である。
【図２】「レンズが露出した」マイクロレンズシートの拡大断面図である。
【図３】平凸ベースシートを含むマイクロレンズシートの拡大断面図である。
【図４】微小球から構成されたマイクロレンズシートに衝突する発散エネルギーの模式グラフである。
【図５】個々の微小球に隣接する材料層に記録される試料画像を示すマイクロレンズシートの一部の平面図であり、記録された画像が合成画像の完全な複製から部分的複製の範囲にあることをさらに示す。
【図６】本発明に従ってシートの上に浮いているように見える合成画像を与えるように画像形成されたアルミニウム膜からできた放射線感受性材料層を有するマイクロレンズシートの光学顕微鏡写真である。
【図７】本発明に従ってシートの下に浮いているように見える合成画像を与えるように画像形成されたアルミニウム膜からできた放射線感受性材料層を有するマイクロレンズシートの光学顕微鏡写真である。
【図８】マイクロレンズシートの上に浮いているように見える合成画像の形成の幾何光学的表示模式図である。
【図９】反射光でシートを見ると、本発明のシートの上に浮いているように見える合成画像を有するシートの模式図である。
【図１０】透過光でシートを見ると、本発明のシートの上に浮いているように見える合成画像を有するシートの模式図である。
【図１１】マイクロレンズシートの下に浮いているように見える合成画像の形成の幾何光学的表示模式図である。
【図１２】反射光でシートを見ると、本発明のシートの下に浮いているように見える合成画像を有するシートの模式図である。
【図１３】透過光でシートを見ると、本発明のシートの下に浮いているように見える合成画像を有するシートの模式図である。
【図１４】本発明の合成画像を形成するのに使用される発散エネルギーを生成するための光学系列の模式図である。
【図１５】本発明の合成画像を形成するのに使用される発散エネルギーを生成するための第２の光学系列の模式図である。
【図１６】本発明の合成画像を形成するのに使用される発散エネルギーを生成するための第３の光学系列の模式図である。
【図１７Ａ】シートに浮き画像を書き込むための光学系列の例を示すブロック図である。
【図１７Ｂ】シートに浮き画像を書き込むための光学系列の例を示すブロック図である。
【図１８】基板に書き込むためのレーザー光線を集束させる光学アセンブリーの例を示すブロック図である。
【図１９】光学系の一部を含む光学要素の整列を示すブロック図である。
【図２０】浮き画像を書き込むための６軸ロボットアームの例を使用するように形成されたシステム示すブロック図である。
【図２１Ａ】３つのレーザー光線をそれぞれ集束させる３つの対物レンズを含む対物レンズアセンブリーの例の側面図を示すブロック図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａの対物レンズアセンブリーの３つのレンズ口径の平面図を示すブロック図である。
【図２２Ａ】本明細書に記載の方法に従って書き込まれる浮き画像の視角円錐の例を示すブロック図である。
【図２２Ｂ】本明細書に記載の方法に従って書き込まれる浮き画像の視角円錐の例を示すブロック図である。
【図２２Ｃ】本明細書に記載の方法に従って書き込まれる浮き画像の視角円錐の例を示すブロック図である。
【図２３】入射光線をチャネルに分割するためのビームスプリッターを示すブロック図である。
【図２４】入射光線を複数の光線に回折させる光回折格子を含む光線分割システムの例を示すブロック図である。
【図２５】レーザー光線を、各光ファイバーケーブルに集束される複数の光線に分割するための光線分割システムの例を示すブロック図である。
【図２６】入射レーザー光線を、複数のチャネル用の複数の光線に分割するために一対のガルバノ鏡を使用する光線分割システムの例を示すブロック図である。
【図２７】入射レーザー光線を複数のチャネルに分割する音響光学（AO）モジュレーターを使用する光線分割システムの例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のマイクロレンズシートは、シートの上、シートの面の中、及び／又はシートの下につるされているか又は浮いているように見える、いくつかのマイクロレンズに関連する個々の画像により提供される合成画像を提供する。
【００１９】
本発明を完全に説明するために、マイクロレンズシートを以下のパートＩに説明し、次にこのようなシートの材料層（好ましくは放射線感受性材料層）をパートIIで説明し、放射線源をパートIIIで、そして画像形成法をパートIVで説明する。本発明の種々の実施態様をさらに説明するために、いくつかの例が与えられる。
【００２０】
Ｉ．マイクロレンズシート
本発明の画像を形成できるマイクロレンズシートは、マイクロレンズ層の片側に隣接して配置された材料の層（好ましくは放射線感受性材料又はコーティング、後述）を有するマイクロレンズの１つ又はそれ以上の不連続層を含む。例えば図１は、結合剤層１４中に部分的に埋め込まれた透明微小球の単層１２を含む「露出レンズ」型のマイクロレンズシート（これは典型的にはポリマー材料である）を示す。微小球は、材料層に画像形成するために使用される放射線の波長ならびに合成画像が見られる光の波長の両方に対して透明である。材料層１６は各微小球の後部表面に配置され、記載の実施態様では、典型的に微小球１２のそれぞれのほんの一部の表面にのみ接触している。この型のシートは、米国特許第2,326,634号に詳述され、現在Scotchlite 8910シリーズの反射布という名前で3M社から入手できる。
【００２１】
図２は、別の適した型のマイクロレンズシートを示す。このマイクロレンズシート２０は、マイクロレンズ２２が透明の保護膜２４中に埋め込まれた「埋め込みレンズ」型のマイクロレンズシート（これは典型的にはポリマー材料である）である。材料層２６は、透明のスペーサー層２８の背面の微小球の後に配置され、これもまた典型的にはポリマー材料である。この型のシートは、米国特許第3,801,183号に詳述され、現在Scotchlite 3290シリーズのEngineerグレードの反射布という名前で3M社から入手できる。別の適した型のマイクロレンズシートは封入レンズシートと呼ばれ、その例は米国特許第5,064,272号に記載され、現在Scotchlite 3870シリーズのHigh Intensityグレードの反射布という名前で3M社から入手できる。
【００２２】
図３は、別の適した型のマイクロレンズシートを示す。このシートは、第１及び第２の広い面を有する透明の平凸のもしくは非球面のベースシート３０を含み、第２の面３２は実質的に平面であり、第１の面は実質的に半球面のもしくは半非球面のマイクロレンズ３４のアレイを有する。マイクロレンズの形状及びベースシートの厚さは、アレイに入射する平行光がほぼ第２の面で集束されるように選択される。材料層３６は第２の面上に提供される。この種のシートは、例えば米国特許第5,254,390号に記載され、現在2600シリーズの3M Secure Card receptorという名前で3M社から入手できる。
【００２３】
シートのマイクロレンズは、好ましくは画像形成が起きるように画像形成屈折性表面を有する。一般にこれは、湾曲したマイクロレンズ表面により提供される。湾曲した表面にはマイクロレンズは均一な屈折率を有することが好ましい。勾配屈折率（GRIN）を与える他の有用な材料は、光を屈折させるのに必ずしも湾曲表面を必要としない。マイクロレンズ表面は好ましくは本質的に球形であるが、非球形表面も許容される。マイクロレンズは円筒形又は球形のような任意の対称性を有してもよいが、実際の画像は屈折性表面により形成される。マイクロレンズ自体は、丸い平凸型小型レンズ、丸い二重凸面小型レンズ、ロッド、微小球、ビーズ、又は円筒形レンズのような不連続な型でもよい。マイクロレンズが形成され得る材料には、ガラス、ポリマー、無機材、結晶、半導体、及びこれらと他の材料の組合せがある。不連続ではないマイクロレンズ要素も使用され得る。すなわち、折り曲げ又はエンボス加工（画像形成的特徴を有する繰り返し性プロフィールを生成するように、シートの表面の形が改変される）から形成されるマイクロレンズを使用することもできる。
【００２４】
紫外線、可視光線、及び赤外線の波長にわたって1.5〜3.0の均一な屈折率を有するマイクロレンズが最も有用である。適切なマイクロレンズ材料は、可視光線の吸収が最小であり、かつ放射線感受性層で画像形成するのにエネルギー源が使用される実施態様では、材料はまたエネルギー源の吸収が最小でなければならない。マイクロレンズが不連続でも折り曲げ型でも、そしてマイクロレンズが形成される材料に無関係に、マイクロレンズの屈折力は好ましくは、屈折性表面への入射光がマイクロレンズの反対側で屈折し集束するようなものである。さらに詳しくは光は、マイクロレンズの裏面又はマイクロレンズに隣接する材料上で集束される。材料層が放射線感受性である実施態様では、マイクロレンズは好ましくは、その層上の適切な位置で縮小された実像を形成する。約100〜800倍の画像縮小は、良好な分解能を有する画像を形成するのに特に有用である。マイクロレンズシートの前面に入射するエネルギーが、好ましくは放射線感受性である材料層で集束されるように、必要な集束条件を提供するためのマイクロレンズの構築は、前に本節で参照した米国特許に記載されている。
【００２５】
15マイクロメートル〜275マイクロメートルの範囲の直径を有する微小球が好ましいが、他のサイズの微小球を使用してもよい。比較的短い距離で微小球層から離れているように見える合成画像のための前記範囲の小さい方の直径を有する微小球を使用して、及びより長い距離で微小球層から離れているように見える合成画像のためのより大きな微小球を使用して、良好な合成画像解像度を得ることができる。微小球について記載したものに比較可能な、小型レンズ寸法を有する平凸型、円筒形、球形、又は非球形マイクロレンズのような他のマイクロレンズは、同様の光学的結果を与えることが予測できる。
【００２６】
II．材料の層
上記したように材料の層は、マイクロレンズに隣接して提供される。材料の層は、上記したいくつかのマイクロレンズシートのように反射性が高いか、又は反射性が低い。材料の反射性が高い時、シートは米国特許第2,326,634号に記載のような再帰反射性を有してもよい。反射光又は透過光下で観察者が見る時、複数のマイクロレンズに関連する材料中で形成される個々の画像は、シートの上、その面の中、及び／又はシートの下に浮いているように見える、他の方法も使用されるが、そのような画像を提供するための好適な方法は、材料層として放射線感受性材料を提供し、放射線を使用して所望の方法でこの材料を改変して画像を提供することである。すなわち本発明はこれらに限定されるものではないが、マイクロレンズに隣接する材料層の残りの議論は、主に放射線感受性材料層のところで提供される。
【００２７】
本発明に有用な放射線感受性材料には、金属、ポリマー、及び半導体材料ならびにこれらの組合せのコーティングや膜がある。本発明を参照して使用されるとき、材料があるレベルの可視又は他の放射線に露光された時、露光された材料の外観が変化して、放射線に露光されなかった材料とのコントラストを与えるなら、その材料は「放射線感受性」である。従ってこうして作成された画像は、構成の変化、材料の除去もしくはアブレーション、相変化、又は放射線感受性コーティングの重合の結果ということができる。一部の放射線感受性金属膜材料の例には、アルミニウム、銀、銅、金、チタン、亜鉛、錫、クロム、バナジウム、タンタル、及びこれらの金属の合金がある。これらの金属は典型的には、金属の本来の色と放射線露光後の金属の修飾された色との差によるコントラストを与える。上記したようにこの画像はまた、アブレーション、又は材料の光学的修飾により画像が与えられるまで材料を加熱する放射線によっても与えられる。例えば米国特許第4,743,526号は、色の変化を与えるための金属合金の加熱を記載する。
【００２８】
金属合金以外に、金属酸化物や金属亜酸化物を放射線感受性媒体として使用することができる。このクラスの材料には、アルミニウム、鉄、銅、錫、及びクロムから生成される酸化物化合物がある。非金属材料、例えば、亜硫化亜鉛、セレン化亜鉛、二酸化ケイ素、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、及びケイ素も、本発明に有用な色又はコントラストを与えることができる。
【００２９】
多層の薄膜材料もまた、ユニークな放射線感受性材料を提供するのに使用することができる。これらの多層材料は、カラー物質又は造影剤の出現又は除去によりコントラスト変化を与えるように構成することができる。構成の例には、放射線の特異的波長により（例えば色の変化により）画像形成されるように設計される光学的スタック又は調整空洞がある。１つの具体例は米国特許第3,801,183号に記載されており、これは誘電体鏡として氷晶石／亜硫化亜鉛（Na3AlF6/ZnS）の使用を開示する。他の例は、クロム／ポリマー（例えばプラズマ重合ブタジエン）／二酸化ケイ素／アルミニウムからなる光学的スタックであり、ここで層の厚さはクロムが4nm、ポリマーが20nm〜60nm、二酸化ケイ素が20nm〜60nm、そしてアルミニウムが80nm〜100nmの範囲であり、個々の層の厚さは、可視スペクトル中の特異的カラー反射性を与えるように選択される。前述の単層薄膜のいずれかを用いて、薄膜調整空洞を使用できるであろう。例えば、厚さ約4nmのクロムの調整空洞と約100nm〜300nmの二酸化ケイ素層について、二酸化ケイ素層の厚さは放射線の特異的波長に応答してカラー化画像を与えるように調整される。
【００３０】
本発明に有用な放射線感受性材料にはまた、熱変色性材料がある。「熱変色性（サーモクロミック）」とは、温度変化に暴露されると色が変化する物質である。本発明に有用な熱変色性材料の例は、米国特許第4,424,990号に記載され、炭酸銅、硝酸銅とチオ尿素、炭酸銅とイオウ含有化合物（例えば、チオール、チオエーテル、スルホキシド、及びスルホン）がある。他の適当な熱変色性化合物の例は、米国特許第4,121,011号に記載され、ホウ素、アルミニウム、ビスマスの水和硫酸塩及び硝酸塩、及びホウ素、鉄、リンの水和酸化物がある。
【００３１】
放射線源を使用しても材料層が画像形成されない場合、材料層は特に必要ではないが放射線感受性でもよい。しかし製造の容易さから放射線感受性材料が好ましく、適切な放射線源も好ましくは使用される。
【００３２】
III．放射線源
上記したように、マイクロレンズに隣接する材料層の上に画像パターンを与える好適な方法は、放射線源を使用して放射線感受性材料に画像形成することである。本発明の方法において、所望の強度と波長を有する放射線を与える任意のエネルギー源が使用できる。200nm〜11マイクロメートルの波長を有する放射線を与えることができる装置が特に好ましい。本発明に有用な高ピーク出力放射線源の例には、エキシマーフラッシュランプ、受動的Ｑスイッチマイクロチップレーザー、Ｑスイッチネオジミウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Nd:YAGと略記される）、ネオジミウムドープイットリウムリチウムフルオリド（Nd:YLFと略記される）、及びチタンドープサファイア（Ti:サファイアと略記される）レーザーがある。これらの高ピーク出力源は、アブレーション（材料の除去）により又は多光子吸収プロセスで、画像を形成する放射線感受性材料を用いると最も有用である。有用な非放射線源の他の例には、低ピーク出力を与える装置、例えばレーザーダイオード、イオンレーザー、非Ｑスイッチ固体レーザー、金属蒸気レーザー、ガスレーザー、アークランプ、及び高出力蛍光灯源がある。これらの線源は、放射線感受性媒体が非アブレーション法により画像形成される時、特に有用である。
【００３３】
すべての有用な放射線源について、放射線源からのエネルギーはマイクロレンズシート材料に向かい、高度に発散したエネルギー光線を与えるように制御される。電磁スペクトルの紫外線、可視光線、及び赤外線部分のエネルギー源について、光は適切な光学要素（この例は図１４、図１５、図１６に示され、以下で詳述される）により制御される。ある実施態様において光学要素のこの整列（一般に光学系列と呼ばれる）の要件は、光学系列が所望の角度でマイクロレンズ従って材料層を照射するように、適切な発散もしくは広がりでシート材料に光を向けることである。本発明の合成画像は好ましくは、0.3より大きいか又は0.3に等しい開口数（最大発散光線の半角度のサインとして定義される）を有する光拡散素子を使用して得られる。より大きな開口数を有する光拡散素子は、画像のより大きな視角及びより大きな見かけの移動範囲を有する合成画像を生成する。
【００３４】
IV．画像形成法
本発明の画像形成法の例は、レーザーからの平行光をレンズを介してマイクロレンズシートに向けることからなる。後述するように浮き画像を有するシートを形成するためには、光は高開口数（NA）を有する発散レンズを介して送って高発散光の円錐を生成させる。高NAレンズは0.3又はそれ以上のNAを有するレンズである。微小球の放射線感受性コーティングは、光の円錐の軸（光軸）がマイクロレンズシートの平面に対して垂直になるように、レンズから離して配置される。
【００３５】
各マイクロレンズは光軸に対してユニークな位置を占めるため、各マイクロレンズに衝突する光は、他の各マイクロレンズに入射する光に対してユニークな入射角度を有する。すなわち光は各マイクロレンズにより材料層のユニークな位置に送られ、ユニークな画像を生成する。さらに正確には単一の光パルスが材料層上に単一の画像形成ドットを生成し、従って各マイクロレンズに隣接する画像を与えるために、複数の画像形成ドットからその画像を作成するのに光の複数のパルスが使用される。各パルスについて光軸は、以前のパルスの光軸の位置に対して新しい位置に配置される。マイクロレンズに対する光軸の位置のこれらの連続的変化は、各マイクロレンズ上の入射角度の対応する変化を引き起こし、従ってそのパルスにより材料層で作成される画像形成ドットの位置の変化を引き起こす。その結果、微小球の裏側に集束される入射光は、放射線感受性層中に選択されたパターンを画像形成する。各微小球の位置は各光軸に対してユニークであるため、各微小球について放射線感受性材料中で形成される画像は、他の各微小球に関連する画像とは異なるであろう。
【００３６】
浮き合成画像を形成するための別の方法は、レンズアレイを使用し高度分散光を生成してマイクロレンズ材料に画像形成する。レンズアレイは、平面構造で配置された高開口数を有する複数の小レンズからなる。光源によりアレイに光を照射すると、アレイは高度分散光の複数の円錐を生成し、各円錐はアレイ中の対応するレンズに集まる。アレイの物理的大きさは、合成画像の最大の横方向サイズが入るように選択される。アレイの大きさのために、レンズにより形成されるエネルギーの個々の円錐は、個々のレンズが光パルスを受けている時あたかもアレイのすべての点に連続的に配置されるように、マイクロレンズ材料を露光する。どのレンズが入射光を受けるかの選択は、反射マスクの使用により行われる。このマスクは、露光されるべき合成画像の部分に対応する透過領域と、画像が露光されない反射領域とを有する。レンズアレイの横方向の大きさのために、複数の光パルスを使用して画像を描く必要は無い。
【００３７】
入射エネルギーによりマスクを完全に照射することにより、エネルギー通過を可能にするマスクの部分は高度分散光の多くの個々の円錐を形成して、あたかも画像が単一のレンズにより描かれたように浮き画像を描くであろう。その結果、マイクロレンズシートで全合成画像を形成するには、単一の光パルスのみが有ればよい。あるいは反射マスクの代わりに光線位置決めシステム（例えば、ガルバノメータxyスキャナ）を使用してレンズアレイを局所的に照射して、アレイ上に合成画像を描くことができる。この方法ではエネルギーが空間的に局在化されるため、ある時点ではアレイ中の数個の小型レンズのみが照射される。照射される小型レンズは、マイクロレンズ材料を露光してシート中に合成画像を形成するのに必要な高度分散光の円錐を与えるであろう。
【００３８】
レンズアレイ自体は、分離した小型レンズから形成されるか又はエッチング法により形成されて、一体となったレンズアレイを生成することができる。レンズに適した材料は、入射エネルギーの波長で非吸収性のものである。アレイ中の個々のレンズは好ましくは、0.3より大きい開口数と、30マイクロメートルより大きく10mm未満の直径を有する。これらのアレイは、レンズ材料に内部傷害を引き起こし得る逆反射の作用を低下させる反射防止コーティングを有してもよい。さらに実質的に負の焦点距離とレンズアレイに等しい大きさを有する単一のレンズもまた、アレイを離れる光の発散を増加するのに使用される。一体化アレイ中の個々の小型レンズの形は、高開口数を有し、約60％を超える曲線因子を与えるように選択される。
【００３９】
図４は、マイクロレンズシートに衝突する発散エネルギーの模式グラフである。各マイクロレンズは異なる距離から入射エネルギーを「見る」ため、画像Ｉが形成される材料層の部分は各マイクロレンズで異なる。すなわち各マイクロレンズに関連する材料層でユニークな画像が形成される。
【００４０】
画像形成後、拡大された対象のサイズにより、各微小球の背後の放射線感受性材料中に対物レンズの完全な又は部分的画像が存在するであろう。微小球の背後の画像として実際の対象が再現される程度は、微小球に入射するエネルギー密度に依存する。拡大された対象の部分は、マイクロレンズの領域から充分に遠く、これらの微小球に入射するエネルギーは、材料を修飾するのに必要な照射レベルより低いエネルギー密度を有する。さらに、固定NAレンズを用いて画像形成する時、空間的に拡大された画像について、シートの必ずしもすべての部分が、拡大された対象のすべての部分の入射放射線に露光されることはない。その結果、対象のこれらの部分は、放射線感受性媒体中で修飾されず、微小球の背後には対象の部分的画像のみが現れる。図５は、個々の微小球に隣接する材料層で形成される試料画像を示すマイクロレンズシートの一部の透視図であり、記録された画像が合成画像の完全な複製から部分的複製の範囲にあることを示す。図６と図７は、本発明に従って画像形成された、放射線感受性層がアルミニウム層であるマイクロレンズの光学顕微鏡写真である。そこに示すように一部の画像は完全であるが、一部は部分的である。
【００４１】
これらの合成画像はまた、多くの画像（部分的なものと完全なもの、すべては実際の対象の異なる遠近を有する）の集計結果であると見なすことができる。この多くのユニークな画像は、ミニレンズのアレイ（そのすべては、異なる地点からの対象又は画像を「見ている」）を介して形成される。個々のミニレンズの後に、画像の形と画像形成エネルギー源を受ける方向に依存する画像の透視図が、材料層中に形成される。しかし、必ずしもレンズが見るすべてが放射線感受性材料中に記録されるわけではない。放射線感受性材料を修飾するのに充分なエネルギーを有するレンズにより見える画像又は対象の部分のみが記録されるのである。
【００４２】
画像形成されるべき「対象（object）」は、「対象」のアウトラインを描くことにより又はマスクを使用して、強い光源を用いて形成される。合成的側面を有するように記録された画像について、対象からの光は広い角度範囲にわたって光を照射するはずである。対象から放射される光が対象の一点に由来し、広い角度範囲にわたって光を照射している時、すべての光線は（一点のみからであるが）対象について情報を運搬しているが、この情報は光線の透視角度からである。光線が運搬するように対象について比較的完全な情報を得るためには、光は対象を構成する点の集合から広い角度範囲にわたって光を照射しなければならない。本発明において対象から出る光線の角度範囲は、対象とマイクロレンズ材料との間に配置される光学要素により制御される。これらの光学要素は、合成画像を生成するのに必要な最適角度範囲を与えるように選択される。光学要素の最適な選択は、円錐の頂点が対象の位置で終わる光の円錐を与える。最適な円錐角度は、約40°より大きい。
【００４３】
対象はミニレンズにより縮小され、対象からの光はミニレンズの裏面に対してエネルギー感受性コーティング上に集束される。レンズの背面の集束されたスポット又は画像の実際の位置は、対象から発生する入射光線の方向に依存する。対象上の点から出る光の各円錐は、ミニレンズの一部を照射し、充分なエネルギーで光を照射されたミニレンズのみが、対象の点の永久的な画像を記録する。
【００４４】
本発明の種々の合成画像の形成を説明するために、幾何工学が使用されるであろう。上記したように、後述の画像形成法は、本発明の好適な（しかし排他的ではない）実施態様である。
【００４５】
Ａ．シート上に浮かぶ合成画像を形成すること
図８では、入射エネルギー100（この例では光）は光拡散器101に向けられて、光源中の不均一な部分を均一化する。拡散された光100aは光コリメーター102により捕捉され平行化され、また、光コリメーター１０２は均一に分泌した光100bを発散レンズ105aに向ける。発散レンズから、光線100cはマイクロレンズシート106に向けて発散される。
【００４６】
マイクロレンズシート106に衝突する光線のエネルギーは、個々のマイクロレンズ111により材料層（実施態様中では放射線感受性コーティング112）上に集束される。この集束されたエネルギーは放射線感受性コーティング112を修飾して画像を与え、そのサイズ、形、外観は、光線と放射線感受性コーティングとの相互作用に依存する。
【００４７】
発散光100cはレンズを通して後側に拡大されると発散レンズの焦点108aで交差するため、図８に示す配置は、観察者には後述するようにシートの上に浮いているように見える合成画像を有するシートを与えるであろう。言い換えると、仮想の「画像光線」が材料層から各微小球を介してそして発散レンズを介して逆に輪郭をたどると、これらは108aで会い、ここに合成画像が現れる。
【００４８】
Ｂ．シートの上に浮かぶ合成画像を見ること
合成画像を有するシートは、観察者と同じ側から（反射光）又は観察者とはシートの反対側から（透過光）、又は両方から、シートに衝突する光を使用して見られ得る。図９は、反射光で見ると観察者Ａの肉眼にはシートの上に浮いているように見える合成画像の略図である。肉眼は正常な視力を有するように補正されるが、それ以外は、例えば拡大又は特殊なビューワーの助けを借りることはない。画像形成シートが反射光（これは平行光でも分散光でもよい）で照射されると、光線がぶつかる材料層により決定される方法で、光線は画像形成シートから反射される。定義すると、材料層中に形成される画像は、材料層の非画像形成部分とは異なるように見え、従って画像を認識することができる。
【００４９】
例えば光L1は、材料層から観察者に向けて反射される。しかし材料層は光L2をその画像形成部分から、逆に観察者に向けて充分には又は全く反射されない。すなわち観察者は108aで光線の欠如を検出し、その集計が108aでシートの上に浮いているように見える合成画像を生成する。簡単に説明すると光は、画像形成部分以外の全シートから反射され、これは108aで比較的暗い合成画像が現れることを意味する。
【００５０】
また非画像形成材料が入射光を吸収又は透過し、画像形成材料が入射光をそれぞれ反射するか又は部分的に吸収して、合成画像を与えるのに必要なコントラスト作用を与えることも可能である。こうした状況で合成画像は、シートの残りの部分（これは比較的暗く現れる）と比較して比較的明るい合成画像として現れる。焦点108aで画像を生成するのは実際の光であり光の欠如ではないため、この合成画像は「実像」と呼ばれる。必要に応じてこれらの可能性の種々の組合せを選択することができる。
【００５１】
図１０に示すように、いくつかの画像形成シートはまた透過光により見ることができる。例えば材料層の画像部分が半透明であり非画像形成部分が半透明ではない時、ほとんどの光L3は材料層により吸収されるか又は反射され、一方透過光L4は材料層の画像形成部分を通過し、マイクロレンズにより焦点108aに向けられる。合成画像は焦点で明瞭であり、これはこの例ではシートの残りの部分より明るく現れる。焦点108aで画像を生成するのは実際の光であり、光の欠如ではないため、この合成画像は「実像」と呼ばれる。
【００５２】
あるいは、材料層の画像形成部分が半透明ではなく非画像形成部分が半透明である時は、画像領域の透過光の欠如は、シートの残りの部分より暗く現れる合成画像を与える。
【００５３】
Ｃ．シートの下に浮かぶ合成画像を作成すること
観察者からシートの反対側に浮いているように見える合成画像も与えられ得る。シートの下に浮いているこの浮き画像は、図８に示す発散レンズ105の代わりに収束レンズを使用して作成することができる。図１１では、入射エネルギー100（この例では光）は拡散器101に向けられて、光源中の不均一部分を均一化する。次に拡散光100aは集められ、コリメーター102により平行化され、これは光100bを収束レンズ105bに向ける、収束レンズから光線100dがマイクロレンズシート106（これは、収束レンズと収束レンズの焦点108bとの間に置かれる）に入射される。
【００５４】
マイクロレンズシート106に衝突する光線のエネルギーは、個々のマイクロレンズ111により材料層（この実施態様では放射線感受性コーティング112）上に集束される。この集束されたエネルギーは放射線感受性コーティング112を修飾して、そのサイズ、形、外観が、光線と放射線感受性コーティングとの相互作用に依存する画像を与える。図１１に示す配置は、シートを通して拡大されると収束光10dcは発散レンズの焦点108bで交差するため、後述するように観察者にはシートの下に浮いているように見える合成画像を有するシートを与えるであろう。言い換えると、仮想の「画像光線」が収束レンズ105bから各微小球を介してそして各マイクロレンズに関連する材料層中の画像を介してで描かれると、これらは108bで会い、ここに合成画像が現れるであろう。
【００５５】
Ｄ．シートの下に浮かぶ合成画像を見ること
シートの下に浮いているように見える合成画像を有するシートは、反射光、透過光、又はこの両方でも見ることができる。図１２は、反射光で見るとシートの下に浮いているように見える合成画像の略図である。例えば光L5は、観察者に向けて後に材料層から反射される。しかし材料層は、光L6をその画像形成部分からは充分には又は全く観察者に向けて後に反射しない。すなわち観察者は、108aで光線の欠如を検出し、その集計が108bでシートの下に浮いているように見える合成画像を生成する。簡単に説明すると光は、画像形成部分以外の全シートから反射され、これは108bで比較的暗い合成画像が現れることを意味する。
【００５６】
また、非画像形成材料が入射光を吸収又は透過し、画像形成材料が入射光を反射するか又は部分的に吸収して、合成画像を与えるのに必要なコントラスト作用を与えることも可能である。こうした状況で合成画像は、シートの残りの部分（これは比較的暗く現れる）と比較して比較的明るい合成画像として現れる。必要に応じてこれらの可能性の種々の組合せを選択することができる。
【００５７】
図１３に示すように、いくつかの画像形成シートはまた透過光により見ることができる。例えば材料層の画像形成部分が半透明であり非画像形成部分が半透明ではない時、ほとんどの光L7は材料層により吸収されるか又は反射され、一方透過光L8は材料層の画像形成部分を通過するであろう。後への入射光の方向への「画像光線」と本明細書で呼ぶ光線の拡大は、108bで合成画像を形成する。合成画像は焦点で明瞭であり、これはこの例ではシートの残りの部分より明るく現れる。
【００５８】
あるいは、材料層の画像形成部分が半透明ではないが、材料層の残りの部分が半透明である時は、画像領域中の透過光の欠如は、シートの残りの部分より暗く現れる合成画像を与えるであろう。
【００５９】
Ｅ．合成画像
本発明の原理に従って作成される合成画像は、２次元（これらは長さと幅を有し、シートの下、その面の中、及び／又はシートの上に浮いているように見えることを意味する）で現れるか、又は３次元（これらは長さ、幅、高さを有することを意味する）で現れる。３次元の合成画像は、シートの下又は上にのみ、又は必要に応じてシートの下、その面の中、及び／又はシートの上に現れてもよい。「シートの面の中」という用語は、一般にシートを平らに置いた時のシートの平面を意味する。すなわち、平らでないシートもまた、本明細書に記載のように、少なくとも一部は本明細書の「シートの面の中」のようである合成画像を有することができる。
【００６０】
３次元の合成画像は単一の焦点では現れず、連続した焦点を有する画像の合成として現れ、焦点はシートの片側からもしくはシートを通過して、反対側の点までにわたる。これは、好ましくは複数の焦点で材料層を画像形成させるために、シート又はエネルギー源を互いに連続的に動かすことにより（複数の異なるレンズを与えるよりも）行われる。得られる空間的に複雑な画像は基本的に多くの個別のドットからなる。この画像は、シートの平面に対して３つのデカルト座標のいずれかへの空間的拡大を有することができる。
【００６１】
別の種類の作用では、合成画像がマイクロレンズ化シートの領域中に動く（ここで合成画像は消失する）ように形成することができる。この種の画像は、マイクロレンズ材料の部分について画像形成光を部分的に阻止するためにマイクロレンズ化材料と接触するように不透明マスクを置くことを追加して、浮揚例と同様の方法で形成される。このような画像を見ると、画像は、画像形成光が接触マスクにより低下するか又は排除される領域中を動くように作成することができる。この画像はこの領域で「消える」ように見える。
【００６２】
本発明に従って形成される合成画像は非常に広範囲の視角を有することができ、これは観察者が、合成画像をシートの面と視角軸との間の広範囲の角度で見ることができることを意味する。約70〜80マイクロメートルの平均直径を有するガラス微小球の単層からなるマイクロレンズシートで、かつ開口数が0.64のマイクロレンズシートを使用して非球面レンズを使用する時、形成される合成画像は、円錐視野内（その中央軸は入射エネルギーの光軸により決定される）で視覚可能である。周囲光下では、こうして形成された合成画像は約80〜90°の全角度の円錐にわたって視角可能である。発散の小さい又は低NAの画像形成レンズを使用すると、より小さい半角度円錐を形成することができる。
【００６３】
本発明の方法により形成される画像はまた、限定された視角を有するように構築することができる。すなわち画像は、特定の方向から又はその方向の小さい角度変動から見る場合のみ見られる。そのような画像は、レンズの一部のみがレーザー光により照射されるように最終的非球面レンズに入射する光が調整されることを除いて、以下の実施例１に記載の方法と同様に形成される。入射エネルギーによるレンズの部分的充填は、マイクロレンズ化シートに入射する発散光の限定された円錐を生成する。アルミニウム被覆マイクロレンズシートについて合成画像は、薄い灰色の背景に濃い灰色の画像として、限定された視野円錐内にのみ現れる。この画像はマイクロレンズシートに対して浮いているように見える。
【実施例】
【００６４】
本発明は以下の例によりさらに説明され、いくつかの図面を参照する。
【００６５】
実施例１
本例は、アルミニウム材料層を有する埋め込みレンズシートと、シートの上に浮いているように見える合成画像とを記載する。図１４に記載の種類の光学系列（トレイン）を使用して、浮き画像を形成した。光学系列は、その基本的な波長の1.06マイクロメートルでＱスイッチモードで作動するSpectra Physics Quanta-Ray（商標）DCR-2(10)Nd:YAGレーザー300からなる。このレーザーのパルス幅は典型的には10〜30nsである。レーザーに従ってエネルギーは、99％反射回転鏡302、すりガラス拡散器304、5X光線拡大望遠鏡309、及び開口数0.64で焦点距離39.0mmの非球面レンズ308により向きを変えた。非球面レンズ308からの光はXYZステージ310の方向に向きを変えた。ステージは３つの直線ステージからなり、Aerotech Inc.（Pittsburgh, Pennsylvania）からATS50060という名前で入手できる。１つの直線ステージを使用して、非球面焦点とマイクロレンズシート間の軸（ｚ軸）に沿って非球面レンズを動かし、他の２つのステージは、光軸に対して２つの互いに直交する水平軸でシートを動かすことを可能にした。
【００６６】
レーザー光をすりガラス拡散器304に向けて、熱レンズ化作用により引き起こされる光線の不均一性を排除した。拡散器に直接隣接して、5X光線拡大望遠鏡306は拡散器からの発散光を平行化し、光線を拡大して非球面レンズ308を充填した。
【００６７】
この例では非球面レンズをXYZステージのXY面の上に置いて、レンズの焦点がマイクロレンズシート312の上方1cmになるようにした。機械的マスクを有するGentec, Inc.（Saint-Fey, Quebec, Canada）からED500として入手できる開口部を具備したエネルギー計を使用して、シート面でのエネルギー密度を制御した。レーザー出力を調整して、非球面レンズの焦点から1cmのところでエネルギー計の照射領域にわたって１平方センチメートル当たり約8ミリジュール（8mJ/cm2）を得た。厚さ80nmのアルミニウム放射線感受性層を有する埋め込みレンズシート312の試料をXYZステージ310に取り付けて、アルミニウム被覆側が非球面レンズ308に向かないようにした。
【００６８】
Aerotech, Inc.（Pittsburgh, Pennsylvania）からU21という名前で入手できるコントローラーは、XYZステージ312の動きに必要な制御シグナルとレーザー300のパルシング用の制御電圧とを与えた。ステージは、画像を作成するのに必要なx-y-z座標情報、移動コマンド、及びレーザー発射コマンドを備えたコントローラーにCADファイルを取り込むことにより動かした。X、Y、及びZステージの動きをレーザーのパルシングと調和させて、マイクロレンズ化材料上の空間で画像を描くことにより、任意の複雑な合成画像を形成した。ステージの速度は、レーザーパルス率10Hzについて50.8cm/分に調整した。これにより、マイクロレンズに隣接するアルミニウム層に連続的な合成線が形成された。
【００６９】
マイクロレンズ化シートを周囲光で見ると、画像は薄い灰色の背景に対して濃い灰色であった。焦点とビーズシート表面との一定の1cm間隔について、得られた画像は平面の合成画像であり、シートの約1cm上に浮いているように見えた。さらに合成画像は、観察者の視点に対して比較的大きな動きを示し、観察者は視角に依存して合成画像の異なる部分を容易に見ることができた。
【００７０】
実施例２
本例では、透明鏡放射線感受性層を有する露出レンズシート構成を使用して、マイクロレンズシートの下に浮いているように見える合成画像を形成した。この例でも、実施例１で使用した光学系列を使用した。マイクロレンズ化シートは、レンズがマイクロレンズシートにほとんど接触するように、非球面レンズ308に対して配置した。レーザー出力は、非球面レンズの真下で約14mJ/cm2になるように調整した。露出レンズシートは、米国特許第3,801,183号に記載のように部分的に埋め込まれた微小球からなり、微小球の片側に硫化亜鉛（ZnS）誘電体鏡蒸気が沈着されていた。ZnS層の名目上の厚さは60nmであった。実施例１と同様に、シートを50.8cm/分で動かしてレーザーを10Hzで作動させ、マイクロレンズ化シート中に連続的合成画像を形成した。ステージシステムにより「球状」パターン（４つの円弧を有する円）を描いた。
【００７１】
周囲光で、白色／黄色の背景に対して暗い画像として球が現れた。暗い合成画像は、シートの約39mm下に浮いているように見えた。合成画像の位置は非球面レンズの焦点の位置に対応し、この例ではレンズの後約39mmに対応した。
【００７２】
実施例３
本例は、単一の非球面レンズの代わりにレンズアレイを使用する、アルミニウム放射線感受性層を有する露出レンズシート中の合成画像の形成を記載する。図１５に示す種類の光学系列を使用して、浮き合成画像を形成した。光学系列は、Ｑスイッチレーザー300、99％反射鏡302、光学拡散器304、及び光線拡大望遠鏡306から構成された。本例で使用した光学系列のこれらの成分は、実施例１に記載したものと同じである。また本例の光学系列には、２次元レンズアレイ407、反射鏡409、及び負の両凹レンズ411が含まれた。レーザー光に暴露されるマイクロレンズ化材料412の領域に一致して反射鏡409の領域は透明であり、一方マスクの残りの表面は不透明又は反射性であった。
【００７３】
レンズアレイ407は、MEMS Optical, LLC（Huntsville, Alabama）から3038という名前で入手できる石英ガラス反射マイクロレンズから構成された。この閉鎖充填球面レンズアレイを、直径75mmで焦点距離が−150mmである負の両凹レンズ411とほとんど接触するように置いた。厚さ80mmのアルミニウム放射線感受性層を有する露出レンズシート412を、負の両凹レンズ411の25mm以内に置いた。マイクロレンズ化材料を、マイクロレンズアレイと負の両凹レンズの合計光学経路の焦点距離から約1cmに置いた。レーザーからの出力を、マイクロレンズ化シートの露出レンズシートで約4mJ/cm2になるように調整した。単一のレーザーパルスを活性化して全画像を露光した。
【００７４】
得られた画像形成マイクロレンズ化シートは、周囲光で見ると、シートの約1cm上に浮いているように見える画像が現れた。この画像は、薄い灰色の背景に対して濃い灰色で現れた。
【００７５】
実施例４
本例では、散乱源から反射させて発散光源を得た。散乱反射器は、直径約5mmのセラミクスビーズから構成された。この例では、図１６に記載された種類の散乱反射器を使用した。これは、実施例１に記載のものと類似のＱスイッチNd:YAGレーザー500、そして次に入射レーザー光線のサイズを直径約1mmに縮小する望遠鏡502から構成された。次に光を、直角から大きくずれた角度でセラミクスビーズ504に衝突させて、マイクロレンズ化シート512に面したセラミクスビーズ504の半球の約４分の１を照射した。これは、赤外線カメラで散乱放射線を見ることにより確認した。
【００７６】
セラミクスビーズ504を、約25mmの距離でXYステージ510の上に配置した。レーザーからの入射光を試料ステージと平行になるように調整した。80mmのアルミニウム放射線感受性層を有する埋め込みレンズシート512をXYステージ510に固定し、コントローラーによりステージとレーザーとに制御シグナルを与えた。レーザー出力をマイクロレンズシートの表面で約8mJ/cm2になるように調整した。セラミクスビーズ504の放射線を調整して、マイクロレンズ化シート512の表面への最も均一な光暴露を得た。XYステージ510をレーザーパルシング10Hzで50.8cm/分に動かした。ステージを用いて複合画像を描き、マイクロレンズ化シートをセラミクス反射器からの分散放射線に露光した。
【００７７】
周囲光で合成画像はシートの約25mm上に浮いており、薄い灰色の背景に対して濃い灰色で現れた。この画像は、観察者の観察位置に対して大きな動きを有した。透過光下で、明るい合成画像はシートの上約25mmに浮かんでいた。
【００７８】
実施例５
本例では埋め込みレンズシートの材料層は、可視スペクトル中の特定の色について調整された多層光学スタックから構成された。マイクロレンズ化ベースシートの片側に、真空蒸着法とプラズマ重合により薄膜層を沈着させて、クロム／プラズマ重合ブタジエン／二酸化ケイ素／アルミニウム（クロム層は埋め込みレンズに隣接する）からなる層シーケンスを得た。個々の材料の厚さは、可視スペクトルの赤、緑、及び青部分の色が得られるように調整した。表１は、調製した個々の材料の特異的厚さを示す。
【００７９】
【表１】
0005543341.tif 000002
【００８０】
次に被覆マイクロレンズベースシートを、積層材料と接触している多層を有する裏材に積層した。マイクロレンズシートの裏材を除去して、埋め込みレンズの前表面を上記表に示す色に暴露した。
【００８１】
実施例１に記載された光学系列を使用して、本例の試料を画像形成した。本例では非球面の焦点をマイクロレンズシートの1cm上に配置した。レーザー出力をマイクロレンズシートの表面で約5mJ/cm2になるように調整した。照射領域で多層スタックの光学的性質を変化させた。球状パターンを描いて、実施例１に記載の方法と同様にして、多層スタック中の画像を得た。
【００８２】
周囲光で照射領域は、マイクロレンズ化シートの背景色に対して淡黄色〜橙色で現れた。すべての合成画像は、シートの上に浮かんで、観察者に対して動いているように見えた。
【００８３】
実施例６
本例は、着色合成画像を作成するための放射線感受性層として第２の種類の多層調整スタックを記載する。光学スタックは、埋め込みレンズシートからなるマイクロレンズ化ベースシート上に調製した。マイクロレンズベースシートの片側に真空蒸着法により薄膜層を沈着させて、以下の表２に示すように、クロム／氷晶石／アルミニウム（Cr/Na3AlF6/Al）、クロム／二酸化ケイ素／アルミニウム（Cr/SiO2/Al）、又はクロム／フッ化マグネシウム／アルミニウム（Cr/MgF2/Al）からなる層シーケンスを得た。誘電体材料、SiO2、Na3AlF6、及びMgF2の厚さを調整して、可視スペクトルの種々の色を得た。表２は、種々の試料で調製した個々の材料の特定の厚さを示す。
【００８４】
【表２】
0005543341.tif 000003
【００８５】
次に被覆マイクロレンズベースシートを積層して、多層が積層材料と接触しているようにした。次にマイクロレンズシートの裏材を除去して、埋め込みレンズの前表面を上記表に示す色に暴露した。
【００８６】
実施例１に記載された光学系列を使用して、これらの試料を画像形成した。本例では非球面レンズ位置を試料とほとんど接触するように配置して、シートの下に浮いているように見える合成画像を得た。レーザーエネルギーを調整して、表２に示すように各多層スタックの光学的性質を永久に変化させるエネルギー密度を得た。実施例１に記載した方法と同様にして、この材料中の画像のためにアルファベット文字「SAMPLE」を描いた。周囲光で合成画像は、マイクロレンズ化シートの背景の色に対して白色／黄色の輪郭で黒く現れた。すべての合成画像は、シートの下約39mmに浮かんで、シートを見る観察者に対して動いているように見えた。
【００８７】
実施例７
本例では、50原子百分率の銀と50原子百分率の亜鉛の相変化合金（Ag50Zn50）と、放射線感受性層としてクロムと二酸化ケイ素からなる調整結合剤層スタックとを使用して、埋め込みレンズシートでカラー合成画像を形成した。相変化合金は照射により除去されず、調整結合剤層は、可視電磁スペクトルの青部分でのスペクトル反射を増強させる。実施例５のマイクロレンズ化ベースシート上に多層スタックの薄膜層を沈着するのに使用した方法と類似の方法で、封入レンズシートのスペーサー層に放射線感受性層を沈着させた。まず、クロムと二酸化ケイ素層を、それぞれ40nmと260nmの厚さになるように、ポリマースペーサー層上に沈着させた。次に厚さ80nmのAg50Zn50合金を二酸化ケイ素層上にスパッタリング沈着させた。次に試料を積層しはがして、マイクロレンズシートの透明部分を露出させた。
【００８８】
周囲（反射）光下で見るとシートは青紫色に見えた。実施例１と同様の光学系列を使用して、Ag50Zn50放射線感受性層を画像形成させた。Ｑスイッチレーザーの代わりに、波長1.06umで作動するNd:YAGレーザーをエネルギー源として使用した。パルス幅は、光学系列中の音響光学モジュレーターを使用して制御した。図１４に示した種類の光学系列を通して、一次回折光線を送った。封入レンズシートの試料をXYZステージに固定した。音響光学モジュレーターへのレーザー出力は、マイクロレンズ化材料で810mWの出力が得られるように調整した。音響光学モジュレーターは、100マイクロ秒パルス幅でパルシングする20Hzを得るように設定した。実施例１に記載したような正の非球面レンズを、マイクロレンズ化材料の表面の上12mmに置いた。レーザー照射で放射線感受性層を露出させながら、XYZステージで画像を描いた。
【００８９】
周囲光でシートを見ると、画像形成領域は薄い青色で、マイクロレンズシートの上約12mmに浮いているように見えた。
【００９０】
実施例８
本例では、銅放射線感受性層を有する折り返しレンズ構造をマイクロレンズシートとして使用した。米国特許第5,254,390号に記載された種類の折り返しシートをマイクロレンズシートとして使用した。銅の放射線感受性層を厚さ80nmになるように、シートの平らな表面に真空蒸着した。微小折り返しマイクロレンズ化材料を、実施例１に記載のような光学系列からのレーザー放射線に露光した。焦点がマイクロレンズ化材料の表面から6.5mm離れるように、非球面レンズを置いた。レーザー出力を、シートの表面で約7mJ/cm2になるように調整した。XYZステージを50.8cm/分で動かしながら、レーザーは10Hzでパルシングように設定した。試料の上に「球状」パターン（４つの円弧を有する円）を描いた。
【００９１】
周囲光でシートを見ると、放射線感受性層の銅色の背景に対して、浮いている球の白色の画像が見えた。この合成画像は、シートの上約6mmに浮いているように見えた。
【００９２】
実施例９
本例は、平面的合成画像とシートの下に浮いているように見える合成画像との組合せを記載する。厚さ80nmのアルミニウム放射線感受性層を有する露出レンズマイクロレンズシートを、実施例１に記載のような光学的構成を使用して画像形成した。マイクロレンズシートとほとんど接触するように非球面レンズを置き、レーザー出力を試料の表面で4mJ/cm2になるように調整した。コントローラーをプログラムしてアルファベット文字「SAMPLE」を描いた。オープンシートの上に吸収マスクを置いた。このマスクは、通常の複写機を用いて透明シートの上にアルファベット文字「３Ｍ」の列を印刷して形成した。アルファベット文字は放射線を吸収し、周りの領域はレーザー光を透過させた。吸収マスクで露光されたレンズシートを、マスク位置の上に「SAMPLE」文字が浮かぶようにした。
【００９３】
周囲光で見ると、文字「SAMPLE」はシートの下約39mmに浮いているように見え、露光されなかった文字「3M」はシートの面の中にあるように見えた。「3M」の文字は、「SAMPLE」の文字からの黒い文字に対してのみ観察できた。
【００９４】
実施例１０
本例は、複雑な３次元画像を有するシートを記載する。本例では厚さ80nmのアルミニウム放射線感受性層を有する埋め込みレンズマイクロレンズシートを使用した。実施例１で使用した光学系列を使用した。マイクロレンズ化シートをXYZ平行移動ステージのXY面に取り付け、非球面レンズをz軸に取り付けた。非球面レンズはNAが0.64で焦点距離は39mmであった。コントローラーをプログラムして、立方体対角線（立方体の２つの相対する角間の距離）の長さが5cmの等軸立方体を描いた。コントローラーでプログラムした立方体の相対的位置と向きは、合成立方体画像の一端をシートの表面の約5mm上に配置し、合成立方体画像の他端をシートの表面の約5.5mm上に配置した。立方体画像は、立方体の角が観察者に最も近づくようにした。
【００９５】
等軸立方体を描く間、レーザーからのパルス当たりのエネルギーは、発散レンズとシート間の間隔に無関係に試料表面で8mJ/cm2の一定のエネルギー密度が得られるように制御した。レーザーは10Hzで運転し、X、Y、及びZステージは50.8cm/分の速度で動かした。コントローラーによりマイクロレンズ化シートの上の空間に等軸立方体の画像を連続的に描いた。
【００９６】
周囲光で見ると、等軸立方体合成画像は、表面上から5mm〜5.5cmの間に浮かんで、薄い灰色の背景に対して濃い灰色に見えた。さらに観察者が見る距離を変えると、等軸立方体はマイクロレンズシートの上の空間で回転するように見えて、異なる視角では見えなかった立方体の側面を露出させた。
【００９７】
実施例１１
本例は、消えるように形成することができる浮き画像を記載する。すなわち合成画像は視角を変えることにより、視界から消えるか又は再出現するようにできる。厚さ80nmのアルミニウム放射線感受性層を有する埋め込みレンズレンズシートを使用した。実施例１で使用した光学系列を使用して画像を形成し、シートからの非球面レンズの距離を、マイクロレンズ化シートの上1cmに焦点を置くように調整した。コントローラーをプログラムして、「球状」パターン（４つの円弧を有する円）を形成し、レーザー出力は試料表面で8mJ/cm2が得られるように調整した。試料自体には、光透過性テープの四角い部分に埋め込みレンズシートの表面に取り付けた。球の画像形成中、レーザーによる画像形成される領域の部分が光透過性テープにカバーされる部分と重複するようにテープの四角部分を配置した。
【００９８】
画像形成シートを周囲光で見ると、シートの上1cmに浮かんで、薄い灰色の背景に対して濃い灰色の画像として浮かんだ球状パターンが観察された。視角を変えることにより、「球」は光透過性テープで遮蔽された領域の中又は外に移動した。球が遮蔽領域内に移動すると、その領域の球の部分が消える。球が遮蔽領域から外に移動すると、その領域の球の部分が再出現した。遮蔽領域に入ると合成画像は徐々に消えるのみでなく、ちょうどこの領域内に入ると完全に消えた。
【００９９】
本発明の合成画像を含有する画像形成シートは独特であり、通常の装置で複製することはできない。合成画像は、特にパスポート、認識バッジ、預金通帳、認識グラフィクス、及び提携カードなどの用途のシートで形成される。証明の必要な書類は、認識、認証、及び拡張のための積層シート上で形成されるこれらの画像を有することができる。従来の結合手段（例えば、接着剤有り又は無しの積層）が使用される。貴重品（例えば、箱入電子製品、コンパクトディスク、運転免許証、権利書類、パスポート、又はブランド製品）の提供者は、本発明の多層膜を製品に応用し、顧客に価値ある真正品であることを受け入れるように指示するだけでよい。これらの保護が必要な製品については、合成画像を含むシートをこれらの構成に含めることにより、又はそのようなシートを製品に貼付させることにより、これらの魅力が増大するであろう。合成画像は、広告、ナンバープレート、及びユニークな画像の視覚的表示が好ましい無数の他の用途の表示材料として使用される。デザインの一部として合成画像を取り入れれば、大きな対象（例えば、標識、看板、又はセミトレーラー）の広告や情報はより大きな注意を引くであろう。
【０１００】
合成画像を有するシートは、周囲光、透過光、又は逆反射光（逆反射シートの場合）でも、非常に強い視覚効果がある。この視覚効果は、画像形成シートが貼付される物品の外観を向上させる装飾として使用できる。このような貼付はファッションやスタイルのセンスを向上させ、デザイナーロゴ又はブランドを劇的に提示できるであろう。装飾用に想定されるシートの用途には、普段着、スポーツ衣料、デザイナー衣料、上着、はきもの類、帽子（キャップ、ハット）、手袋などがある。同様にファッションアクセサリーは、装飾、外観、又はブランド証明用に画像形成シートを利用できるであろう。そのようなアクセサリーには、財布、札入れ、書類かばん、リュックサック、ウエストバッグ、コンピューターケース、旅行カバン、ノートなどがある。画像形成シートのさらなる装飾用途は、一般に装飾画像、ブランド、又はロゴで装飾される種々のものに及ぶ。例としては、本、家庭用器具、電子製品、ハードウェア、車両、スポーツ器具、収集品、芸術品などがある。
【０１０１】
装飾画像形成シートが再帰反射性である時、ファッショ又はブランド意識を安全性や個人的保護と組合せることができる。衣服やアクセサリーへの再帰反射製品の貼付は公知であり、低輝度状態での着用者の視認性や見栄えを増大させる。このような再帰反射貼付が合成画像シートを取り込むと、周囲光、透過光、又は逆反射光下で顕著な視覚効果が達成できる。安全性と保護的衣類やアクセサリーの領域での想定される用途には、職業安全衣料、例えばチョッキ、制服、消防士の衣類、はきもの類、ベルト、および安全帽；スポーツ器具や衣類、例えばランイング装備、ハキモノ類、救命胴衣、保護ヘルメット、及び制服；子供用の安全衣類などがある。
【０１０２】
上記物品への画像形成シートの貼付は、米国特許第5,691,846号（Benson, Jr.ら）、5,738,746号（Billingsleyら）、5,770,124号（Mareckiら）、及び5,837,347号（Marecki）（これらの選択は基板材料の性質に依存する）に記載されているような公知の方法により行うことができる。布基材の場合は、シートはダイカット又はプロッターカットでもよく、裁縫、熱溶融性接着剤、メカニカルファスナー、無線周波数溶接、又は超音波溶接により貼付できるであろう。耐久消費財の場合は、感圧接着剤が好適な貼付法であろう。
【０１０３】
ある場合にはシートを基材又は物品に貼付した後に画像を形成することが最適である。これは、特別画像又はユニーク画像が所望の場合に特に有用であろう。例えば、手工芸品、図画、抽象デザイン、写真などはコンピューターで形成されるか、又はデジタル的にコンピューターに移され、シート、すでに基材又は物品に貼付されている画像形成されていないシート上に画像形成される。次にコンピューターは上記したように、画像生成装置を指令する。同じシートに複数の合成画像を形成してもよく、これらの合成画像は同じかまたは異なってもよい。合成画像はまた他の通常の画像（例えば、印刷画像、ホログラム、アイソグラム、回折格子、キネグラム、写真など）とともに使用してもよい。シートを物品又は対象に貼付する前又は後に、シートに画像を形成してもよい。
【０１０４】
異なる視角範囲を有する合成画像
上記したようにマイクロレンズシートから見える合成画像は、観察者の視点に対して比較的大きな移動を示し、従って観察者は視角により合成画像の異なる面を容易に見ることができる。さらに上記したように観察者が視点を変えると、合成画像の姿はマイクロレンズシート上の空間で回転し、別の視角では以前は隠れていた合成画像の異なる部分が露出される。
【０１０５】
上記したようにマイクロレンズシートは、マイクロレンズシート内に形成された画像から複数の異なる合成画像を提示するように構成することができる。さらに異なる合成画像は、異なる合成画像がシートの異なる視角から見えるようにそれぞれ異なる視角範囲に関連付けられる。ある実施態様においてマイクロレンズシートは２つまたはそれ以上の異なる合成画像を提示でき、それぞれは異なる視角範囲で見ることができる。本例では、異なる視角に位置する二人の観察者が、シートにより提示される異なる合成画像を見ることができる。別の実施態様においてシートは、複数の視角範囲にわたって同じ合成画像を提示するように画像形成することができる。ある場合には視角範囲は重複して、より大きな連続的視角範囲を提供してもよい。その結果、本来可能なはるかに大きな視角範囲から合成画像を見ることができる。以下の説明は、マイクロレンズシートに画像形成し、こうして形成される合成画像の視角範囲を制御するのに応用できる技術を示す。さらにこの技術は、シートの連続的ウェブを加工するのに適した高速でマイクロレンズシートを正確に画像形成するのに応用できる。
【０１０６】
図１７Ａと図１７Ｂは、ガルバノスキャナにより高開口数（NA）レンズを用いて浮き画像を書き込むように、マイクロレンズシート（示していない）内で浮き画像を形成するための光学系列600の例を示すブロック図である。
【０１０７】
図１７Ａと図１７Ｂは、第１の時点で第１の位置にそして第２の時点で第２の位置に、シートに画像形成する光学系列を示す。例えば図１７Ａと図１７Ｂは、光学系列600がマイクロレンズシートに画像形成して１つの浮き画像を生成する間の２つの時点を示す。すなわち図１７Ａは第１の位置605Aでレンズアレイ606にぶつかるエネルギー光線604を示し、図１７Ｂは第２の位置605Bでレンズアレイ606にぶつかるエネルギー光線604を示す。
【０１０８】
リレー画像形成として本明細書に記載の方法は、ガルバノスキャナ602を使用して高リニア速度（例えば200mm/秒を超える）で浮き画像を書き込む。ガルバノスキャナ602は固定放射線源601（例えばレーザー）からエネルギー光線を受け取り、これは高速移動鏡のセットに向けられて高速で画像を書き込む。速度が遅いとシートの不要な過剰露光が起きるため、高速での浮き画像の書き込みが好ましい。マイクロレンズシート（図１７Ａ、図１７Ｂでは示していない）の面の上に浮いているか及び／又は下に沈むように現れる模様を含む浮き画像を書き込むのに、リレー画像形成が使用される。マイクロレンズシートの面の上、下、又は上と下の両方の浮き高さの連続的変化を示す模様を含む領域を有する浮き画像を書き込むのにも、リレー画像形成が使用される。
【０１０９】
リレー画像形成方は、レンズアレイ606中の高開口数（NA）レンズ（小型レンズ）の領域を照射するためのガルバノスキャナ602とともに、強力な放射線源601（例えばレーザー）を使用する。高NAレンズは、0.3又はそれ以上のNAを有するレンズである。放射線源は例えば、セクションIIIで上記した任意の放射線源である。別の例として放射線源は、ネオジミウムドープレーザー、ネオジミウムドープガラス（Nd:ガラス）、ネオジミウムドープイットリウムオルトバナデート（Nd:YVO4）、ネオジミウムドープガドリニウムオルトバナデート、又は他のネオジミウムドープレーザーでもよい。
【０１１０】
図１７Ａと図１７Ｂに示すように、レンズアレイ606内中の照射された小型レンズは、光を集束させて高度分散光の円錐アレイを生成する（各円錐はアレイ中の対応する小型レンズに集中する）。レンズアレイからの光の分散円錐は、対物レンズ608を含む順応性リレー光学システムにより集められ、レンズ化基板（すなわち、マイクロレンズシート（示していない））から制御された距離で再集束される。こうして放射線源により照射されたレンズアレイ606により生成される発散光円錐の見かけの位置は、順応性リレー光学システムの焦点610A（図１７Ａ）、610B（図１７Ｂ）のように見える。本明細書において光学系列600は、焦点610Aをマイクロレンズシートの前、後、又は同じ面に配置するように構成される。発散光は、マイクロレンズシートそして次に浮き画像を書き込むのに使用される。「浮き画像を書き込む」という用語は本明細書において、「浮き画像を形成する」と同義に使用される。
【０１１１】
この方法で書き込まれる浮き画像のパターンは、入射光によりレンズアレイ606が照射されるレンズにより決定される。例えば得られる浮き画像（すなわち合成画像）に対応するパターンの輪郭をたどることにより、レンズアレイ606中の所望のレンズを局所的に照射するために、レンズアレイ606の表面周りでレーザー光線604を移動させるのにガルバノスキャナ602が使用される。この方法では、ある時点ではレンズアレイ606中のほんの数個のレンズしか照射されない。図１７Ａは、発散光円錐が第１の焦点位置610Aに集束するように、レンズアレイ606の第１の部分を照射するためのレーザー光線604を配置させるガルバノスキャナ601を示す。図１７Ｂは、発散光円錐が第２の焦点位置610Bに集束するように、レンズアレイ606の第２の部分を照射するためのレーザー光線604を配置させるガルバノスキャナ601を示す。光を照射されたレンズは、リレー光学系により画像形成される発散光の円錐を提供して、浮き画像の各画素を生成する。ある場合には、マイクロレンズシートは対物レンズ608と焦点610A、610Bとの間に配置される。他の例では、マイクロレンズシートは、焦点位置610A、610Bを超えて配置される。マイクロレンズシートに衝突する光線のエネルギーは、シート内の位置に（例えば、マイクロレンズの層に隣接して配置される放射線感受性材料層に）配置されるように、又はマイクロレンズ自体の層内に配置されるように、個々のマイクロレンズにより集束されてシート内に配置される。各マイクロレンズは異なる視点から入ってくるエネルギーを「見る」ため、その上又は中で画像が生成されるシート部分は各マイクロレンズについて異なる。すなわち各マイクロレンズに関連して材料層内にユニークな画像が形成され、それぞれのユニークな画像は仮想画像の異なる部分的又は実質的に完全な画像である。
【０１１２】
上記したように浮き画像（すなわち合成画像）は、部分的及び完全な多くの画像（すべては実際の対象の異なる視点からの図である）の集計結果と見なされる。ミニレンズのアレイ（そのすべては、異なる視点から対象又は画像を「見る」）を介して多くのユニークな画像が形成される。個々のミニ画像の後に、画像の図が、画像の形と画像形成エネルギー源を受ける方向とに依存してシート内に形成される。
【０１１３】
このスキャニング工程中に、コントロールシステムが使用されて、マイクロレンズシートの面中の位置の関数として、マイクロレンズシートに対して順応性リレー光学系の焦点の位置を同期的に変化させ、浮き高さ又は沈み深さの連続的変化を有する模様を含む１つ又はそれ以上の合成画像が形成される。
【０１１４】
上記したように別の例では、レンズアレイ中のどのレンズが入射光により照射されるかを決定することはまた、レンズアレイ上に置かれたマスクにより行われる。マスクは、光源に露光されるマイクロレンズシートの部分に対応する透明領域、および露光されないマイクロレンズシートの部分に対応する反射領域とを含む。高強度光源からの光でマスクを有するレンズアレイを照射することにより、マイクロレンズシート中に浮き画像が形成される。マスク中の透明領域のパターンに対応するレンズアレイにより形成される発散光円錐の画像は、浮き画像を書き込むためのマイクロレンズシートに対して所望の浮き深さ位置に、リレー光学系により移動される。
【０１１５】
さらに別の例では、レンズアレイ606と対物レンズ608との間にマイクロレンズシートが置かれる。この場合レンズアレイ606中のレンズは高NAレンズであり、上記したようにレーザー光線604により照射される。レンズアレイ606の照射されたレンズは、マイクロレンズシートに画像形成するための発散光の円錐を生成し、仮想画像の異なる部分的又は実質的に完全な画像を形成する。このスキャニング工程中、マイクロレンズシートの面中の位置の関数として、マイクロレンズシートに対してレンズアレイ中のレンズの焦点位置の位置を同期的に変化させ、浮き高さの連続的変化を有する模様を含む１つ又はそれ以上の合成画像を生成するのに、制御系が使用される。
【０１１６】
図１８は、基板に書き込むためにレーザー光線を集束させる光学アセンブリー612を示すブロック図である。光学アセンブリー612はレーザー「ペン」と呼ばれる。レーザーエネルギーは光ファイバーケーブル614を介して光学アセンブリー612に送られ、光学アセンブリー612のハウジング615のカラーで入る。図１８の例では、次にレーザーエネルギーは90度曲げられた後、光学アセンブリー612のキャップ616内に存在するコリメーティングレンズ（示していない）と集束レンズとを通過する。集束レンズは焦点位置618でレーザーエネルギーを集束して基板に書き込む。
【０１１７】
図１９は、本明細書に記載の方法に従う光学系の部分を含む光学要素620の配置を示すブロック図である。例えば光学要素620の配置は、図１８の光学アセンブリーのような光学アセンブリー内に含有される光学系の一部でもよい。あるいは光学要素620の配置の一部又はすべては、マイクロレンズシートに光線を与えるための放射線源に対して外部にある光学系の一部でもよい。
【０１１８】
図１９に示すように、光学系列の最終対物レンズ624の後にフレネルレンズ 622の部分を置くことは、マイクロレンズ（示していない）が画像形成されることを可能にし、従って浮き画像は、マイクロレンズシートの表面法線から相殺されるあらかじめ決められた視角で見える。すなわちマイクロレンズシートに画像形成するための光線の中心は、マイクロレンズシートの表面に対して垂直ではなく、視角は表面法線に対して非対称である。
【０１１９】
光学要素620の配置がその一部を含む光学系はまた、放射線626が最終対物レンズ624に達する前に放射線を変化させる光学系の光学要素（示していない）を照射する放射線源625を含む。最終対物レンズ624とフレネルレンズ622は、レーザー光線626を焦点位置628で集束させる。
【０１２０】
フレネルレンズ622を使用するこの方法は、マイクロレンズシートの表面の片側からある角度で浮き画像を見えるが、表面の別の側からは同じ角度で見えないようにする。さらに複数の浮き画像が、異なるオフセット角を有するマイクロレンズシートに書き込まれる。例えばシートが画像形成され車のダッシュボードに適用されると、第１の浮き画像は車の運転者にのみ見えて、第２の浮き画像が車の助手にのみ見えるようになる。この方法に従って異なる視角を有する複数の浮き画像を書き込むには、フレネルレンズ622を回転すること、マイクロレンズシートを回転すること、又はフレネルレンズ622をスイッチ操作することが、異なる視角で書き込むための異なるフレネルレンズとともに必要である。
【０１２１】
基板の表面法線からの異なる視角オフセットで浮き画像を書き込むための別の方法は、例えば６軸ロボットアームのような高速の微調整ロボット機構を利用する。図２０は、浮き画像を書き込むための６軸ロボットアーム632に連結した一例としてのコントローラー635を含むシステム620を示すブロック図である。６軸ロボットアーム632は、角度αとθで示されるアプローチベクターと組合せてx、y、z運動を与えて、特定の視角で画像を生成する。図２０に示すように、光学アセンブリー634は６軸ロボットアーム632に取り付けられる。コントローラー635はソフトウェア命令の形で制御プログラムを実行して、ロボットアーム632の動きを制御する一連の運動コマンドを出力して、ロボットアームの一端に固定した１つ又はそれ以上の光源をマイクロレンズシートに対して配置及び配向させる。すなわちコントローラー635はロボットアーム632の位置と向きを制御して、マイクロレンズシートを正確に画像形成して浮き画像を生成する。
【０１２２】
例えば、エネルギー光線の中心がマイクロレンズシートの表面法線からはずれるようにロボットアーム632を制御してマイクロレンズシートに画像形成することにより、システム630は、表面法線からはずれた１つの視角円錐内でのみ見える浮き画像を書き込むのに使用される。あるいは、複数の視角円錐を有する浮き画像を書き込むのにシステム630を使用してもよい。例えばシステム630はロボットアーム632を制御して複数の視角円錐で同じ浮き画像を書き込み、複数の視角から同じ浮き画像を観察することを可能にする。システム630は、重複する視角円錐を有する複数の浮き画像を書き込み、こうして大きな連続的視角を与える。６軸ロボットアーム632は、マイクロレンズシートの面の上、下、又は上と下の両方に浮き高さの連続的変化を示す模様を含む領域を有する浮き画像を書き込むのに使用される。
【０１２３】
複数の視角円錐による浮き画像の同時書き込みは、単一の光学アセンブリー（例えば単一のレーザーペン）に複数の光学的対物レンズを組合せることにより行われる。図２１Ａは、それぞれ３つのレーザー光線644A〜644Cを集束させる３つの対物レンズ642A〜642C（「対物レンズ642」）を含む対物レンズアセンブリー640の側面図を示すブロック図である。図２１Ｂは、対物レンズアセンブリー640の３つのレンズ口径の平面図を示すブロック図である。
【０１２４】
対物レンズアセンブリー640は、各光線644の焦点位置648が同じ位置になるように、単一のレーザーペン（例えば図１９の光学アセンブリー）に取り付けられる。図２１Ａと図２１Ｂに示すように、対物レンズアセンブリー640は、明瞭な視角円錐を有するマイクロレンズシートに浮き画像を書き込むのに使用される。これは、ｘ方向に視角をθallまで有効に上昇させるが、浮き画像が見える個々の視角円錐間には、視角θall内に小さなギャップがある。対物レンズ642A、642B、及び642Cは、同じ浮き画像を書き込むように制御されるか、又は異なる浮き画像を書き込んでもよい。異なる浮き画像を書き込む場合は、個々の浮き画像は、対物レンズ642の各１つに対応する視角θallの部分のみで見える。
【０１２５】
ある実施態様において、対物レンズアセンブリー640を取り付けられたレーザーペンは図２０の６軸ロボットアーム630に固定されるか又は他の方法で取り付けられる。対物レンズアセンブリー640は単なる例であり、他の数の対物レンズ（例えば２つまたはそれ以上）を単一のレーザーペン内に取り付けてもよい。
【０１２６】
レーザー光線644A〜644Cは３つの別々の光ファイバー経路により与えられるか、又は単一の光ファイバー経路から分割される。
【０１２７】
図２２Ａ〜図２２Ｃは、本明細書に記載の方法に従って書き込まれる浮き画像の視角円錐の例を示すブロック図である。図２２Ａは、シートの表面法線からずれている単一の視野角円錐650を有する単語「3M」の単一の浮き画像651を示す。すなわち観察者は、視角円錐650内の角内でシートを見る時のみ「3M」浮き画像651が見える。図２２Ｂは、それぞれシートの表面法線からずれている異なる視角円錐654A、652B（「視角円錐652」）を有する単語「3M」の２つの重複浮き画像653を示す。すなわち観察者は、視角円錐652Aと652B内のいずれかの角内でシートを見る時のみ「3M」浮き画像653が見える。放射線源光線のそれぞれの焦点は、同じ経路の輪郭をたどるが異なる入射角度であるという点で、浮き画像は重複している。すなわち浮き画像のそれぞれは、シート内のマイクロレンズの共通のサブセットに関連する画像により形成される。
【０１２８】
図２２Ｃは、異なる視角円錐654A、654B（「視角円錐654」）を有する２つの浮き画像655A〜655B（「浮き画像655」）を示す。浮き画像655Aは数字「３」の画像であり、浮き画像655Bは文字「Ｍ」の画像である。浮き画像655Aは視角円錐655A内でのみ観察者に見え、浮き画像655Bは視角円錐655B内でのみ観察者に見える。すなわち浮き画像655Aはシートの左側の角度でのみ見え、シートの右側の同じ角度では見えない。同様に浮き画像655Bはシートの右側の角度でのみ見え、シートの左側の同じ角度では見えない。
【０１２９】
ある実施態様において浮き画像651、653、655は、図１９について上記したように、フレネルレンズを含む光学要素の配置を使用して書き込まれる。この実施態様ではフレネルレンズは回転されるかスイッチ制御されて、異なる視角円錐652、654を有する浮き画像653と655を生成する。別の実施態様では浮き画像651、653、655は、、図２１Ａで記載したように複数対物レンズレーザーペンを具備した図２０の６軸ロボットアーム632を有するシステム630を使用して書き込まれる。この実施態様では図２１Ｂの複数の浮き画像653と、浮き画像655A、655Bは同時に書き込まれる。
【０１３０】
同時画像書き込みのために単一レーザーの単一の光線を複数の光線経路に分割する種々の方法が使用される。例えばビームスプリッターを使用してレーザー光線を複数のチャネルに分割する。図２３は、入射光線675をチャネル680Aと680Bに分割するためのビームスプリッター670を示すブロック図である。例えばビームスプリッター670は、入射光線675を入射光線675を２つのチャネルに等しく分割する50/50ビームスプリッターでもよい。入射光線675はランダム偏光でもよい。このようなビームスプリッターは、マイケルソン干渉計に基づくシステムに取り込んでもよい。
【０１３１】
別の例として光線は、入射光を複数の光線に回折する格子パターンを使用する光回折格子、ホログラフィー光学要素、又は位相マスクに基づいて分割される。図２４は、入射光線700を複数の光線705A〜705C（「光線705」）に回折させる光回折格子695を含む光線分割システム690の例を示すブロック図である。光回折格子695はホログラフィー光学要素又は位相マスクでもよい。入射光線700は平行光線でもよい。図２４に示すように、光回折格子695は入射光線700を、等しい角度間隔の３つの光線705に分割する。光線705はテレセントリックレンズ710により、ファイバーアレイ上に取り付けられた光ファイバー715A〜715Bにそれぞれ連結する３つの等しい間隔の焦点位置に集束される。ファイバーとテレセントリックレンズの焦点距離との間隔の比率は、光回折格子695の回折角度である。
【０１３２】
光回折格子695は、格子ピッチが10〜60ミクロンであり、入射光線700を0.02λ波面誤差で３つの光線705（0、+1、及び-1回折次数）に分割する。回折角度θは以下の式に従って計算される：
sinθ＝Nλ/X
（式中、Nは回折次数、λは波長、Xはピッチである）。各次数に回折されるエネルギーの比率は1:1:1になるように設計される。
【０１３３】
光線分割システム690はまた、エネルギーを不等量で各次数に分割するのに使用される。入射光線700を３つの光線705に分割するとして示されているが、光線分割システム690は入射光線700をこれより多くの又は少ない光線に分割するのに使用してもよい。例えば光線分割システム690は入射光線700を５、７、又は９つの光線に分割するのに使用してもよい。
【０１３４】
さらなる例として、単一の光線が振動鏡を使用して分割され、レーザー光線を分割し、分割された光線のそれぞれが光ファイバーケーブルに集束される。図２５は、レーザー光線722を、各光ファイバーケーブル724A〜724Cに集束される複数の光線に分割するための光線分割システム720の例を示すブロック図である。光線分割システム720は振動鏡726を使用して光線722を分割する。振動鏡726は一定速度（例えば400Hz）で振動する。振動鏡726の角度は、レーザー光線722のレーザーパルスの発射が光線が送られるチャネルに一致するように同期される。振動鏡726からのレーザー光線722の反射は、プリズム728A〜728Cの１つにより取り上げられる。図２５の例では、反射は732Bにより取り上げられる。次に光線は光線拡大レンズ730Bと光線集束レンズ732Bにより成形される。光線分割後、光線集束レンズ732Bは、光ファイバーケーブル724Bの入り口に光線を集束させる。光線拡大レンズ730A〜730Cの１つと光線集束レンズ732A〜732Cの対応する１つとの距離は、光ファイバーケーブル724A〜724Cの各１つの入り口に集束されるレーザー光線の開口数（NA）を制御するために調整される。光線分割システム720はまた、連続的波参照レーザー734を含み、これは振動鏡726により反射され、光検出器（PD）736により取り上げられる。光検出器736からのパルス出力は、振動鏡726の同期のための参照を提供する。
【０１３５】
別の例として単一光線は、ガルバノ鏡システムを使用して分割されて、１つのレーザー光線を反射して複数の光線チャネルにする。図２６は、入射レーザー光線744を複数のチャネル用の複数の光線に分割するために、一対のガルバノ鏡742Aと742B（「ガルバノ鏡742」）を使用する光線分割システム740の例を示すブロック図である。２つのガルバノ鏡742を使用することは、レーザー光線744を２次元アレイにスキャンすることを可能にする。別の実施態様において、２つより多いか又は少ないガルバノ鏡742が使用される。システム740は、ガルバノ鏡742の角度位置を調節するエンコ−ダーを有するガルバノ鏡742を使用する。ガルバノ鏡742の角度位置は、入射レーザー光線744の発射と同期され、カプリングレンズ748A〜748C及び光ファイバーケーブル746A〜746Cの物理的位置と同期される。システム740は、レーザー光線744を特定のチャネルに正確に向けるためにガルバノスキャナ（示していない）を使用する。レーザー光線744は、レーザーエネルギーの不連続なパルスの流れを含むパルス化レーザー光線でもよい。システム740は、ガルバノ鏡742が不連続パルスと同期されるように制御する。例えばシステム740はガルバノ鏡742を制御して、各パルス間の位置を変えて光線を異なる光学経路に導く。ガルバノスキャナのスキャニング速度は、20〜40Hzのオーダーであり、これは１ミリ秒当たり約１度に対応する。
【０１３６】
さらに別の例として、光線を分割するのに音響光学モジュレーターが使用される。図２７は、入射レーザー光線754を複数のチャネルに分割する音響光学（AO）モジュレーター752を使用する光線分割システム750の例を示すブロック図である。AOモジュレーター752は、音響格子が結晶に適用されると、入射レーザー光線754を偏向させる。例えばNEOS AOモジュレーターN35110-3-350-Iモデルは結晶石英から製造され、スイッチ速度100ns/mm×入射光線直径を有する。偏向角は6.8mradである。迅速かつ「小」角度スイッチングができるため、AOモジュレーター752はレーザー光線754を１つ又はそれ以上のチャネル756A、756Bに又はその逆にスイッチ切り替えするのに使用される。AOモジュレーター752は、光線754を１次格子回折又は１次及び２次の両方の格子回折に偏向するように最適化される。AOモジュレーター752がオンの時、光はまだ「オフ」チャネル（すなわち回折が無い音響光学モジュレーター752がオフ又は０次の時に使用される光線経路）に洩れる。従ってAOモジュレーター752が活性（１次回折）の時、光線経路を使用して画像形成を行い、AOモジュレーター752が緩和（０次回折）の時、光線経路を使用して光線を停止又は切ることが好ましい。すなわち１次回折チャネルが、光線754をオープニングチャネルにスイッチするのに好ましいチャネルであり、０次回折チャネルは光線ダンパーに連結される。
【０１３７】
さらなる例として、単一光線は反射端を有する回転多角形を使用して分割される。あるいは単一光線はポッケルス（Pockels）セルを使用して分割されて、偏光の入射光線を２つのチャネルにスイッチ切り替えする。この方法を使用することは、１MHzの速度でスイッチングすることを可能にし、これは所望のチャネルをランダムな順序で選択することを可能にする。これは、チャネルがその空間的位置に基づいて連続的アクセスされることを必要とする振動鏡、ガルバノ鏡システム、又は回転多角形とは異なる。
【０１３８】
上記の方法に従って画像形成されるシートは、安全性、自動車、ブランド認証、ブランド向上、及び消費者装飾用途を含む多くの用途で使用される。例えばシートの浮き画像は半透明上層として浮き透かしのために使用され、印刷された情報が見える安定な特徴を与える。シートは非常に薄く（＜1mm）形成され、これは機密文書、パスポート、運転免許証、通貨、紙幣、認証カード、権利、個人バッジ、購入証明物、本物証明書、会社カード、金銭取引カード（例えばクレジットカード）、証明書、ブランド及び資産保護標識、登録タグ、納税印紙、ゲーム用チップ、ナンバープレート、自動車コンソール、装飾用標識、署名、認証ステッカー、又は他の品目へのシートの組み込みを可能にする。
【０１３９】
開示した実施態様の種々の改良と組合せが当業者には明らかであろうが、これらの改良は添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれるものである。
【図１】
0005543341.tif 000004
【図２】
0005543341.tif 000005
【図３】
0005543341.tif 000006
【図４】
0005543341.tif 000007
【図５】
0005543341.tif 000008
【図６】
0005543341.tif 000009
【図７】
0005543341.tif 000010
【図８】
0005543341.tif 000011
【図９】
0005543341.tif 000012
【図１０】
0005543341.tif 000013
【図１１】
0005543341.tif 000014
【図１２】
0005543341.tif 000015
【図１３】
0005543341.tif 000016
【図１４】
0005543341.tif 000017
【図１５】
0005543341.tif 000018
【図１６】
0005543341.tif 000019
【図１７Ａ】
0005543341.tif 000020
【図１７Ｂ】
0005543341.tif 000021
【図１８】
0005543341.tif 000022
【図１９】
0005543341.tif 000023
【図２０】
0005543341.tif 000024
【図２１Ａ】
0005543341.tif 000025
【図２１Ｂ】
0005543341.tif 000026
【図２２Ａ】
0005543341.tif 000027
【図２２Ｂ】
0005543341.tif 000028
【図２２Ｃ】
0005543341.tif 000029
【図２３】
0005543341.tif 000030
【図２４】
0005543341.tif 000031
【図２５】
0005543341.tif 000032
【図２６】
0005543341.tif 000033
【図２７】
0005543341.tif 000034