(57)【要約】  エンボスシリンダ上に設けられたポリマー被覆の表面にドットマトリックス状のホログラフィーパターンを直接書込むためのレーザーアブレーション加工が開示される。所望のホログラフィーパターンが、干渉する少なくとも２本のレーザービームによってエンボスシリンダのポリマー被覆に１画素ずつアブレーション加工される。直接書込むレーザーアブレーション技術によれば、エンボスシリンダの表面に形成されるホログラフィーパターンのサイズの制限、大きなシムを形成するために小さな画像を組み合わせる必要性、複数のシムを使用する必要性がなくなる。と言うのは、大型のエンボスシリンダに、様々な大きな像を形成するために、１画素直接アブレーション加工できるからである。更に、レーザーアブレーションによって直接書込むために、これに限定されないが一体成形や塗布を含めた様々な方法によってポリマー被覆をエンボスシリンダ上に配設してもよい。
2007512575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体をエンボス加工する方法において、
外表面を備えたポリマー層を有した基体を準備し、
少なくとも２本のレーザービームを前記ポリマー層上へ導き、該レーザービームを所定の挟角および方位角を以て干渉させて、干渉レーザービームを前記外表面の第１の位置に照射し、干渉レーザービームによって前記外表面に第１の所定寸法の第１の画素を形成し、
干渉レーザービームによって、前記ポリマー層の外表面をアブレーション加工して、第１の所定寸法、ピッチおよび方向の第１回折格子を形成し、
前記ポリマー層の外表面上の第２の位置に干渉レーザービームを照射し、前記外表面上に第２の寸法の第２の画素を形成し、
干渉レーザービームによって、前記ポリマー層の外表面をアブレーション加工して、第２の所定寸法、ピッチおよび方向の第２回折格子を形成することを含んで成る基体のエンボス加工方法。
【請求項２】
前記基体の準備は、ローラを準備することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記外表面の第２の位置に干渉レーザービームを照射することは、前記基体の回転、直線または回転および直線動作によって行われる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基体がローラである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記外表面の第２の位置に干渉レーザービームを照射することは、前記干渉レーザービームを移動することによって行われる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマー層は、エポキシ成形樹脂、アクリル化エポキシ、アクリル化アクリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはポリカーボネートによって形成されている請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも２本のレーザービームは、パルスレーザービームである請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のピッチの第２の回折格子を形成することは、干渉レーザービーム間の挟角を変更することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の方向の第２の回折格子を形成することは、干渉レーザービーム間の方位角を変更することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の位置は前記第２の位置と同位置である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
複数の画素を具備したホログラフィーパターンを継目無しベース上に直接書込む方法において、
外表面を備えた継目無しベースを準備し、
所定の挟角および方位角で前記外表面上で干渉する第１と第２のレーザービームを準備し、
前記干渉する第１と第２のレーザービームによって前記外表面をアブレーション加工して、前記外表面に複数の回折格子を形成することを含み、
前記複数の回折格子は前記複数の画素に対応し、各回折格子は、前記外表面をアブレーション加工する前記干渉レーザービームの挟角と方位角とにより決定されるピッチと方向とを有し、
前記複数の画素がホログラフィーパターンに対応しているホログラフィー書き込み方法。
【請求項１２】
前記第１と第２の干渉レーザービームは、共通のレーザー源を有した光学システムによって準備される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記継目無しベースの準備は、エンボスベースまたはマスターベースを準備することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記外表面をアブレーション加工することによって、複数の回折格子を形成することは、前記継目無しベースを第１と第２の干渉レーザービームに対して直線的に移動する或いは回転動作させることを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記外表面をアブレーション加工することによって、複数の回折格子を形成することは、前記第１と第２の干渉レーザービームを継目無しベースに対して移動することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１と第２の干渉レーザービームの断面積を制御することによって、各画素の寸法を確定することを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１と第２の干渉レーザービームの準備は、パルスレーザービームを準備することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ポリマー層は、エポキシ成形樹脂、アクリル化エポキシ、アクリル化アクリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはポリカーボネートによって形成されている請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記継目無しベースを前記第１と第２の干渉レーザービームに対して移動するための、位置制御装置とコンピュータとを準備することを更に含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
表面上にホログラフィーパターンを途切れなく形成する方法において、
第１と第２のレーザービームの干渉の角度を決定すると共に、該干渉の角度を変更するための構成要素を有した光学システムを準備し、
前記表面上に前記第１と第２のレーザービームを照射して複数の回折格子から成るホログラフィーパターンを以て１画素ずつパターンを形成し、それによって、各回折格子のピッチが前記干渉の角度によって形成される複数の回折格子に対応した複数の画素を形成することを含むホログラフィーパターン形成方法。
【請求項２１】
前記干渉の角度を変更するための構成要素を用いて、種々のピッチを有した複数の回折格子をエンボス加工するようにした請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１と第２のレーザービームの方位角を変更する手段を準備することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記方位角を変更して、種々の方向を有した複数の回折格子をエンボス加工するようにした請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
シリンダまたはエンボスベルトに前記パターンを形成するようにした請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記パターンの形成は、コンピュータにより制御される請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記表面がポリマーの表面である請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
レーザーによりアブレーション加工可能な外表面を有した継目無し基体をホログラフィーのアブレーション加工するためのシステムにおいて、
所定の挟角および方位角で干渉する少なくとも２本のレーザービームを準備するための手段を具備した光学システムと、
前記外層と前記２本のレーザービームとの相対動作を制御して、前記外層上の所定の画素位置を選択するための位置制御手段と、
前記２本のレーザービームが前記外層上の所定画素において干渉可能な前記光学システムからの距離を以て前記継目無し基体を固定するための支持手段と、
前記継目無し基体と前記２本のレーザービームとを相対移動させるための手段とを具備するアブレーション加工システム。
【請求項２８】
前記挟角および方位角を変更する手段を更に具備する請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記移動させるための手段が、１画素づつ前記継目無し基体と２本のレーザービームとを相対的に移動し、各位置で予め決められた画素の各々に回折格子をアブレーション加工するようにしたことを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記２本のレーザービーム間の挟角を変更するために少なくとも１つのガルボスキャナを更に具備する請求項２７に記載のシステム。
【請求項３１】
前記継目無し基体は、エンボスローラまたはベルトである請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記ポリマー層は、エポキシ成形樹脂、アクリル化エポキシ、アクリル化アクリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはポリカーボネートによって形成されている請求項２７に記載のシステム。
【請求項３３】
前記移動するための手段が前記継目無し基体を移動する請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
前記移動するための手段が前記２本のレーザービームを移動する請求項２９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体外表面をレーザーによるアブレーション法を用いた継目無しのホログラムパターンエンボス基体の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的変化装置(OVD)で用いられるホログラフィー像は、通常、キャリア材料(carrier material)に所望のホログラフィーパターンをエンボス加工することにより製造される。先ず、フォトレジストと称される感光材料の表面上で２本以上のレーザービームを光学に干渉させることによって、前記フォトレジストに所望のパターンを形成する必要がある。感光材料に写真パターン(photographic pattern)が形成されると、それは現像され、次いで、金属化され、めっきタンクに入れられる。めっきタンクでは、ホログラフィーパターンを含む「グランドマザー」シム(grandmother shim)が電気鋳造される。このシムは、最終的なホログラフィーパターンを薄いプラスチックフィルムのような最終的な基体またはキャリアにエンボス加工するためにローラまたはシリンダに取付けられる「マザー」シムや「ドーター」シムを電気鋳造するために用いられる。基体は、通常、薄いプラスチックフィルムが用いられる。このプラスチックフィルムは、ローラの間を通過して熱と圧力とを用いて、前記シムから該プラスチックフィルムにホログラフィーパターンがエンボス加工される。ここで、本明細書では「シリンダ」および「ローラ」との語は、互換性があるように用いられる。或いは、材料上に所望のホログラフィーパターンを直接書込むために、干渉するレーザービームを用いて前記材料をアブレーション加工し、ドットマトリックス状のホログラフィーパターンを形成することができる。この直接書込方法は、所定の周波数および方向の画素サイズの干渉パターンまたは回折格子を形成するために、材料をアブレーション加工することを含む。
【０００３】
シムがエンボスシリンダ上に巻き付けられると、シムの端部にはシリンダの長手方向に継目が形成される。この継目は、ホログラフィーパターンを途切れさせ、エンボス加工中にシリンダが回転すると、キャリア上のエンボス加工されたホログラフィー像が途切れる。エンボス加工された最終製品にシムラインを無くすことは通常非常に難しく、このシムラインは連続するホログラフィーパターンで特に目立つ。こうしたシリンダ上の継目は望ましくないので、継目無しのエンボスシリンダまたは半継目無しのエンボスシリンダを製造するための幾つかの方法が提案されてきた。
【０００４】
継目無しパターンまたは半継目無しパターンを形成するための周知の方法の１つは、ドットマトリックスまたは回折フォイルデザインを転写または重ね合わせることにより、シリンダ表面に形成されたホログラフィーパターンのシリコーンゴムの型を準備することを含む。例えば特許文献１には、全レリーフ像を担持したマスターローラを製造するためのエンボス機械用ローラの製造方法が記載されており、反転レリーフ像を形成するために中空の中間型をマスターローラの周囲に鋳造し、次いで、中間型を取り外し、それを用い手比較的柔軟な弾性材料から成る円筒状の外層の外表面を形成する。この方法は、ブランクローラを所望のレリーフを有した一層硬い型に、前記ローラの外表面に像をエンボス加工するのに十分な圧力を以て押しつけ回転し、これをローラ上に所望の数の像または明らかな全ての像が出現するまで、回転操作を繰り返すことによって、エンボス機械用のローラを形成する。回転操作の間に歪まないようにローラが支持されていれば、ローラ上にエンボス加工された像にはライン状の継目が目立たなくなっている。
【０００５】
継目の無い最終的なパターンを形成するためにエンボスローラを用いた継目無し印刷マスターの製造方法が特許文献２に記載されている。陽画マスターセクションの表面に硬化可能な材料が塗布される。次いで、陽画マスターセクションがエンボスロールに押圧され、硬化可能な材料が、固まった状態で養生される。次いで、陽画マスターが取外され、エンボスロールに取着されている陰画マスター領域が露出される。この工程は、陽画マスターセクションの原盤を用いて、或いは、異なる陽画マスターセクションを用いて繰り返すことができる。得られたロールは、該ロールに取着された継目の目立たない陰画マスターを有している。
【０００６】
望ましくない継目の効果を低減した基体をエンボス加工するために使用可能な円筒状またはベルト式のエンボス工具が特許文献３に開示されている。ウェブ状の材料に連続的にエンボス加工するために使用可能な概ね円筒状の画像転写工具またはエンボス工具が、エンボス可能な材料から成る継目の無い被覆または層をシリンダの外表面に適合するように配置することによって形成される。剛体のシリンダによって支持されたエンボス可能な材料の露出した表面の全体に亘って所望のパターンが型押しされる。次いで、電気鋳造パターンの全体に亘ってニッケルまたは強化層を電着することによって型押しされたパターンの電気鋳造がなされる。シリンダが取外され、エンボス層、電気鋳造されたパターンおよび強化層から成る円筒状のパターンキャリアが残る。次いで、めっきマンドレルの内部にある、第１の電気鋳造の上に金属を電着することによって、第２の電気鋳造がなされる。第２の電気鋳造は、めっき複合材料から取外され、ウェブ状の材料を連続的にエンボス加工するために使用可能となる。上述した方法は、硬化した表面に複製すべき像またはパターンを型押しするための工具を含んでいる。型押し工具は、エンボス加工された像またはパターンの硬化した型押し表面を有している。型押し表面の曲率半径は、複製すべき像またはパターンを転写するように、型押しすべき円筒表面の曲率半径に合致している。
【０００７】
特許文献４に記載された方法は、エンボス可能な材料から成る層を従前に設けた或いは該層により被覆された円筒面を開示している。エンボス可能な材料は、準備された状態のパターンを受け入れ、こうしたパターンを通常の状態で保持する。所望のパターンがエンボス可能な層に押圧され、型が完成する。硬化させる段階が必要な場合は、型の使用に先立って硬化させる。エンボス可能な材料から成る層は、スタンプからパターンを受け入れるための準備として硬化され、型にパターンを固定するためには冷却工程で十分である。次いで、型および型のパターンの耐久性を高めるために、保護層または強化層を設けることができる。この型は、マイクロエンボス材料から成る層を備えた円筒面を有した円筒形状となる。このシリンダは、シリンダにめっきされる銀層を受け取るために準備（清掃およびエッチング）される。この銀層は、次いで、シリンダの円筒面の半径に合致した半径を有した凹面状の型押し面を受け入れる準備として加熱される。マイクロエンボス加工の準備として、パターンを担持した型もまた加熱される。型の円筒面上の純銀層のパターンをマイクロエンボス加工する際、パターンを担持する型またはスタンプが回転および直線位置決めされる。
【０００８】
特許文献５は、電子ビーム、イオンビームおよび／またはレーザービームのようなエネルギ源を使用して、パターンを移動する基体に連続的にエッチングする方法を記載している。フォトレジストのような中間層を使用することなく、アブレーション加工によって基体にパターンが直接かつ連続的にエッチングされる。
【０００９】
【特許文献１】国際特許出願公開第ＷＯ９１／０１２２５号明細書
【特許文献２】米国特許第５４８３８９０号明細書
【特許文献３】米国特許第４９２３６７２号明細書
【特許文献４】米国特許第５３２７８２５号明細書
【特許文献５】米国特許第６３８８７８０号明細書
【特許文献６】米国特許第６２２２１５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記方法は、しばしばローラまたはエンボスシリンダにエンボス加工できるホログラフィーパターンの数が限定される。更に、重ね合わせ法(overlapping method)、型押し法(stamping method)または継ぎ当て法(patching method)では、僅かに目に見えるシムまたは継ぎ当てラインが残り、或いは、パターンが途切れたりエンボスシリンダ上に重畳したりすることが主な理由となって、こうした方法では完全に継目無しの構成や、或いは、継目無しの虹色ホログラフィーパターンを得ることができない。従って、種々の構成、寸法の様々なホログラフィーパターンをキャリア材料に継目無くエンボス加工するために使用可能な継目無しエンボスシリンダの製造方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、エンボスシリンダ上に設けられた被覆の表面にドットマトリックス状のホログラフィーパターンを直接書込むためにレーザーアブレーション加工を用いて、上記要求に応える。本発明の好ましい実施形態では、上記被覆はポリマーから成る。少なくとも２本の干渉するレーザービームを１画素ずつエンボスシリンダのポリマー被覆の上に導くことによって、所望のホログラフィーパターンが、被覆または基体の表面にアブレーション加工される。レーザーアブレーションによる直接書込技術によれば、エンボスシリンダ表面に形成されるホログラフィーパターンの大きさの制限、大型のシムを形成するために小さな像を組み合わせる必要性、および、複数のシムを使用する必要性がなくなる。と言うのは、大型のエンボスシリンダに、様々な大きな像を形成するために、１画素づつ直接アブレーション加工できるからである。更に、レーザーアブレーションによって直接書込むために、これに限定されないが一体成形や塗布を含めた様々な方法によってポリマー被覆をエンボスシリンダ上に配設してもよい。
【００１２】
本発明の１つの実施形態に依れば、マスターシリンダが２本以上の干渉レーザービームによって露光されアブレーション加工される。シリンダ表面は、該マスターシリンダの表面および周囲を横断して１画素ずつ干渉ビームにより露光される。各ホログラフィーパターンはシリンダ表面上の複数の画素より成る。２本の干渉レーザービームを用いた直接書込アブレーション加工によって、ホログラフィーパターンの画素の各々が形成され、各画素は、特定のピッチおよび方向を有した回折格子を具備している。該方法によって形成された各画素の位置および構造は、コンピュータおよび位置決め装置によって制御される。ある画素から回折され観察者によって目視される光の色は、その画素に関連した回折格子の高精度に変更可能なピッチにより決定される。観察者が当該画素から回折された光を目視する方向は、回折格子の方向により決定され、該回折格子の方向もまた高精度に変更可能となっている。特定画素に関連した回折格子のピッチおよび方向は、シリンダ表面上に画素を形成するレーザーアブレーション光学システムによって制御される。
【００１３】
本発明の方法は、また、シムを用いることなくホログラフィーパターンを直接書込むのに適した、継目無し鋳造シリンダを提供するために用いられる。この方法によれば、後に硬化される光学的に透明な層が金属製のマスターシリンダに被覆される。シリコーンゴムのような一層弾力のある材料より成る第１の付加層が前記光学的に透明な層の上に被覆される。シリコーンゴムのような弾力のある材料より成る第２の層が、構造的に弾性力のあるシリコーンゴムを溝付きのマンドレルに均一に塗布することによって形成され、成形スリーブの外表面が形成される。シリコーンで塗布されたマスターシリンダおよび成形スリーブは、次いで、成形チューブ内に配置され、その後、更に、シリコーンゴムが成形チューブ内に供給されてマスター成形スリーブが形成される。次いで、この型は、最大強度を得るように硬化される。成形スリーブが完成すると、該スリーブは第２の成形チューブ内に挿入され、僅かに寸法の小さなエンボスシリンダが第２の成形チューブ内に挿入され、エンボスシリンダと成形スリーブとの間に円筒状の空間が形成される。樹脂のような成形ポリマーが、次いで、前記空間内に供給され硬化される。次いで、エンボスシリンダが取出され、前記型は再使用可能である。エンボスシリンダの表面には、以下に詳述する、１画素ずつ直接書込む継目無しホログラフィーパターンによってレーザーアブレーション加工がなされている。
【００１４】
１画素ずつ直接書込むレーザーアブレーション加工のためのシリンダを準備する他の方法は、エンボスシリンダよりも僅かに大きな直径を有し高度に磨かれた円筒状の型を製造し、エンボスシリンダを前記型内に挿入し、樹脂のような液体ポリマーを前記エンボスシリンダと前記型との間の空間に供給することを含む。次いで、ポリマーが硬化され、被覆されたエンボスシリンダが型から抜去される。被覆されたシリンダの取出を容易にするために、型の内面に離型剤を塗布することができる。前記型それ自体は、製造および被覆されたエンボスシリンダからの取外を容易にするために、複数の部品から形成するようにでき、そして、エンボスシリンダには、既にホログラフィーパターンが１画素ずつレーザーアブレーション加工がなされている。
【００１５】
或いは、リングシステムまたはブレードシステムによって、或いは、ローラシステムを適用することによって、エンボスシリンダに液体を塗布してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１には、本発明の継目無し基体の具体例の一部１０が示されており、複数の画素（１１〜１８）内の干渉レーザービームによりアブレーション加工された回折格子を拡大して示している。特に、図１には、異なるピッチ（格子のピッチは隣接する頂間または谷底間の距離にて定義することができる）および、ある所定方向に対する頂または谷底の方向が異なっている回折格子が示されている。各画素内の回折格子は、画素１１に関して図２に示すように、２本のレーザービーム１９、２０を継目無し基体の表面上で干渉させることにより形成される。所定周期（ピッチ）ｄのレーザー強度の複数の周期的な極大値と極小値によって特徴づけられる干渉パターンを形成する。周期ｄは、回折の方程式ｄ＝λ／２sinθで定義される。レーザー強度の極大値は、図３に示すように、基体６０の材料を除去可能なエネルギを有している。最良のブレーション加工のために、基体６０は、好ましくは、レーザーによるアブレーションに特に適した材料から成る外層により塗布される。特に、外層は、ポリマー層、例えばエポキシ成形樹脂、アクリル化エポキシ、アクリル化アクリル、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはポリカーボネートとすることができる。図３に示すように、異なる波長の光から成る白色光２１が、回折格子２５に入射する。回折の方程式によれば、低い波長の光は大きな角度で回折格子を回折し（図３の赤色光２４）、波長の一層短い光は一層小さな角度で回折する（図３の紫色光２２および中間波長の光２３）。画素１１で見える角度に応じて、観察者は特定の色の光を見ることとなる。
【００１７】
継目無し基体を１画素づつアブレーション加工するための光学システムが、本発明の譲受人であるイリノイツールワークス社に譲渡された特許文献６に開示されており、その開示内容の全体を本願と一体をなすものとして参照する。特に、図４の実施形態による光学システムは、コリメータレンズ３５、３９と、プリズム３６、４０と、集光レンズシステム４２とを具備し、集光レンズシステムは、レーザービーム５４、５５をシリンダ６３の基体４４上へ導き、画素４３上で干渉させる。ガルボスキャナ(Galboscanner)１７、１８が、２本のビームの各々を検知する。破線で示す半円は、２本のビームが、ガルボスキャナ１７、１８により方向を転換したときの、該ビームの軌跡または光路沿いの種々の位置を示している。より詳細には、適当な電気制御信号をＸ、Ｙガルバノメータ１７に印加することにより、ビーム３４は、軌跡４５上の所望の点でコリメータレンズ３５を通過するよう方向を転換することができる。他方、ビーム３８は、軌跡４６上の所望の点でコリメータレンズ３９を通過するよう方向を転換することができる。２つのＸ、Ｙガルバノメータ１７間の補完関係のために、双方のガルバノメータに印加される転換制御電気信号が同一である場合にのみ、軌跡４５、４６上の点は鏡像配置となる。このようにして方向転換されたビームの各々は、直近のプリズム（一方のビームがプリズム３６、そして他方のビームがプリズム４０）へ向けて伝播する。これらのビームは、図３において参照番号５０、５１により指示されている。
【００１８】
レンズ３５、３９の平行化特性(collimating nature)のために、これらのビーム５０、５１は、コリメータレンズ３５、３９通過時の鏡像関係と同じ鏡像関係を維持する。２つのプリズム３６、４０の各々は、ビーム５０、５１の各々を向きを変える作用をなす。これらのプリズムから射出されるビームは、図３において、参照番号３７、４１により指示されている。
【００１９】
集光レンズシステム４２に到達すると、ビーム３７、４１は、印加された電気制御信号に応答するガルバノメータ１７、１８によって、従前にビーム３４、３８に与えられた振れに応じて半円形の軌跡上の種々の点に再び位置することができる。
【００２０】
然しながら半円形の軌跡４５、４６は、横方向に拡がる平行平面内にあり、かつ、同じ方向に湾曲している。これに対して、半円形の軌跡４７、４８は、共通平面内にあり、反対方向に湾曲している。実際上、上述した光学要素を慎重に構成、調節することによって、半円形の軌跡４７、４８は、１つの完全な円の２つの半円となるように十分に接近させることができる。
【００２１】
同じ制御信号がＸ、Ｙガルバノメータ１７、１８に印加された場合を再び考えると、ビーム３７、４１は、２つの軌跡４７、４８上の直径を挟んで反対側で集光レンズシステム４２に到達する。更に、ビーム３７、４１の方位位置(azimuth location)が各軌跡４７、４８に沿って変位するようにガルバノメータ１７、１８のための制御信号が変更されても、こうした変化が等しければ、この直径を挟んで反対側となる関係は維持される。
【００２２】
ビーム３７、４１は、集光レンズシステム４２を通過して、画素位置４３に収斂するビーム５４、５５となる。この画素は、ビーム５４、５５の収斂が始まる軌跡４７、４８上の方位位置によって決定されるホログラフィー方向(holographic direction)を有する。
【００２３】
ビーム３７、４１が集光レンズシステム４２に到達する軌跡４７、４８上の位置は、Ｘ、Ｙガルバノメータ１７、１８に印加される電気制御信号を適切に調節するという簡単な方向によって、任意に変更することができる。
【００２４】
画素の配色(pixel coloration)に関しては、Ｘ、Ｙガルバノメータ１７、１８への電気制御信号の値を適切に調節することによって、半円形の軌跡４７、４８の半径を任意に変更可能であることは明らかであろう。次いで、こうした変更によって、画素位置４３に到達するビーム５４、５５の間の挟角が変化し、当該画素のホログラフィー配色(holographic coloration)も変化する。こうして、本発明によれば、静止していない要素として２つのＸ、Ｙガルバノメータ１７、１８の慣性の小さな鏡のみを用いて、これらの画素パラメータの双方を完全に制御可能となる。
【００２５】
本発明によるホログラフィー効果が損なわれることを防止するために、出会ったビームの焦点が、集光レンズシステム４２とこれらのビームにより画素領域を形成すべき表面４４との間の最適距離が意図せず小さく変化することによって生ずるずれることを防止することが望ましい。こうした変化は、機体の表面の単純な不整から生じうる。従って、上記距離を維持するための手段を好ましく設ける。これは、表面４４に配置され距離の変化を検知する「フォロア(follower)」と、補償態様でレンズシステム４２を表面４４に接近、離反動作させるための手段とから形成することができる。
【００２６】
本発明により画素４３を形成するために用いたのと同様に、画素を１つづつ形成するために、表面４４は、十分な出力を有し所望の画素位置で表面４４に照射する２本の干渉レーザービームによってアブレーション加工される。
【００２７】
図４には、本発明の方法を実施するための極めて特定された光学システムが示されているが、２本の干渉レーザービームを用いて表面４４をアブレーション加工することによって、表面４４に１画素づつ回折格子を形成するために、異なる構成の様々な光学システムを採用することができる。例えば、１本のレーザービームを１つのレーザー源によって発生させる場合には、表面４４上で干渉する２本のビームを出力するためのシステムおよび方法によって、前記表面をアブレーション加工し、画素内に回折格子を形成するために、２本の干渉ビームを作らなければならない。回折の方程式に従い、元の１本のレーザービームから複数の回折ビームを生成するために回折格子を用いることができる。ここで回折の方程式はｄ＝ｍλ／sinθであり、ｍは回折次数に対応した整数である。表面４４上で干渉させて所望の画素内に回折格子をアブレーション加工するために、少なくとも２本の回折ビームを用いることができる。光ファイバーシステムを用いて、１または複数のレーザービームを光ファイバー内に結合し、少なくとも２本のレーザービームを光学システムを通して伝播させて表面４４上で干渉させることができる。
【００２８】
図７に示すように、１つのレーザー源から少なくとも１本のレーザービームを受け、２本のレーザービームを出力し、表面４４上に収斂させて該表面をアブレーション加工し、画素位置に回折格子を形成する光学システムは、本発明の１画素づつ直接書込む技術に適しており、また、計画されている。図７では、干渉レーザービームは、基体上で干渉する第１と第２のビームとして示されている。干渉レーザービームによって、１画素ずつ複数の回折格子をアブレーション加工して、基体の外表面に所望のホログラフィーパターンを形成するために、干渉レーザービームは、基体表面に沿ってアブレーション加工すべき次の画素位置へ移動しなければならない。同一画素内に異なる２つの回折格子を形成することもでき、そしてそれは、干渉レーザービーム間の挟角（図４においてβにより指示されている）を変更したり、方位角（図４においてαで指示されている）を変更したり、挟角および方位角の双方を変更したり、或いは、３本以上のレーザービームを同一画素内で干渉させることによって達成可能である。
【００２９】
既にアブレーション加工された第１の画素とは異なる、第２の画素内で２本の干渉レーザービームを収斂させるために、基体表面上で該第２の画素が何処にあるかを検知するために、位置制御装置が用いられる。その検知結果に従い、２本のレーザービームおよび基体表面を相対移動させて、第２の画素で２本のビームを干渉させ、第２の画素内に第２の回折格子をアブレーション加工するために、移動手段が採用される。こうした相対移動を行うために、（構成によって光学システムと共に或いは光学システムとは別に）レーザービームまたは基体を（直線、回転または直線および回転）動作させる、或いは、ビームと基体の各々を全て関連させて動作させることができ、その結果、２本の干渉ビームを第２の画素上に収斂させるようにする。図７には、ビームの直線動作または回転動作が、水平方向の破線の矢印および回転矢印で示されており、直線および回転動作を重ね合わせて、干渉ビームを移動させることもできる。同様に、基体の動作は、基体の回転または直線変位によって、或いは、直線および回転動作の重ね合わせによって行うことができる。
【００３０】
図７を参照すると、ホログラフィーのために継目無し基体をアブレーション加工するためのシステムが示されており、レーザーによりアブレーション加工することのできる外層が設けられている。該システムは、所定の挟角および方位角（図７には示されていない）で干渉する第１と第２のレーザービームのような少なくとも２本のレーザービームを提供するための手段を具備する光学システムを有している。前記外層と２本のレーザービームの相対動作を制御するための位置制御手段によって、外層上の所定の画素位置を選択可能となる。図７には、また、外層上の所定の画素において２本のレーザービームが干渉可能な前記光学手段からの所定距離に継目無し基体を固定する支持手段が図示されている。継目無し基体および２本のレーザービームを相対的に移動するための手段は、干渉ビームが外層に照射して異なる画素をアブレーション加工するように、干渉レーザービームまたは継目無し基体若しくは双方を相対移動させる。
【００３１】
図５に示すホログラフィー回折パターン６１を形成するのに必要なだけ、第１の画素から第２の画素へというように、１画素ずつ継目無し基体６０の表面４４上で少なくとも２本のレーザービームを干渉させることにより、継目無し基体を記録するためのフォトレジスト材料を使用し、その後電気鋳造を使用し、エンボスシリンダの周囲に巻き付ける最終的なシムとするために、複数のシムの生成を経ることなく、所望のホログラフィー方向パターン６１を継目無し基体６０に直接書込むことが可能となる。図５に示すように、継目無し基体はローラまたはシリンダとすることができ、或いは、図６に示すように、継目無し基体は、その表面４４にホログラフィーパターン６１を直接書込んだ継目無しベルトとすることができる。ベルトを用いた場合、ホログラフィーパターンをエンボス加工することのできるフィルムまたは他のタイプのキャリア材料にエンボス加工するために２つのローラ６２、６４を用いることができる。
【００３２】
本発明の方法によれば、ポリマー層で被覆した基体のエンボス加工は、少なくとも２本のレーザービームをポリマー層上へ導き、所定の挟角および方位角で該レーザービームを干渉させることを含む。干渉レーザービームは、ポリマー層の外表面の第１の位置に照射され、第１の所定寸法の第１の画素が形成される。第１の画素で干渉するレーザービームによって、ポリマー層の外表面がアブレーション加工され、第１の回折格子が形成される。形成された回折格子は、レーザービーム、ビームが干渉する挟角、および、ビームが表面をアブレーション加工する方位角の寸法特性によって、第１の所定寸法、ピッチおよび方向を有することとなる。次いで、干渉レーザービームは、第２の位置でポリマー層の外表面に照射され、該外表面に第２の所定寸法の第２の画素が形成される。干渉ビームはポリマー層の外表面をアブレーション加工して、第２の所定寸法、ピッチ、方向の第２の回折格子が形成される。画素の寸法は、ビームの断面形状や大きさといった特性を変更することによって制御可能である。ビームの特性を変える１つの方法は適当なアパチャーを用いることである。所望のホログラフィーパターンをポリマー層にアブレーション加工するために、干渉レーザービームは、第１の画素から最終画素まで移動可能である。
【００３３】
１画素ずつホログラフィーパターンを形成する基体は、ローラ状または適当な他の形状とすることができる。干渉して外層をアブレーション加工するレーザービームは、パルス状のレーザービームとすることができる。また、本発明によれば、複数対の干渉ビームを生成する複数の光学システムを用いて、同時に複数の位置で基体の外層をアブレーション加工して、継目無し基体の１画素ずつの書き込みの効率と速度を高めるようにでき、そしてそれによれば、大きなサイズのホログラフィーパターンを製造する必要があるときの、工程を本質的に改善する。また、本発明のシステムおよび方法によってホログラフィーパターンを直接書込む基体は、キャリア上にパターンをエンボス加工するために用いられるエンボスシリンダのようなエンボスベースとしたり、或いは、エンボスツールを製造するために用い等得るマスターベースとすることができる。
【００３４】
ここに記載する発明が開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を逸脱することなく、本発明の修正が可能であることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】画素を備えた継目無し基体の一部を示す拡大平面図である。
【図２】画素のレーザーアブレーション加工を示す略図である。
【図３】アブレーション加工された回折格子を示す略図である。
【図４】直接書込システムとともに示す継目無し基体の略図である。
【図５】１画素ずつアブレーション加工された基体により被覆されたローラの一部を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示す図である。
【図７】本発明のシステムを示す略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    基体
１１    画素
１２    画素
１３    画素
１４    画素
１５    画素
１６    画素
１７    ガルボスキャナ
１８    ガルボスキャナ
３４    ビーム
３５    コリメータレンズ
３６    プリズム
３８    ビーム
３９    コリメータレンズ
４０    プリズム
４２    集光レンズシステム
４３    画素４３
４４    基体４４
４５    軌跡
４６    軌跡
５４    レーザービーム
５５    レーザービーム
６３    シリンダ
５０    ビーム
５１    ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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