【手続補正書】
【提出日】平成21年7月21日(2009.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェムト秒レーザを被照射体に照射して、前記被照射体の内部に多階調画像を形成する
方法であって、
フェムト秒レーザの集光距離を所定距離に設定し、前記被照射体を前記フェムト秒レー
ザの照射方向と垂直な方向に相対移動して、被照射体内部の前記フェムト秒レーザの集光
位置に着色層を形成する第１のステップと、
前記フェムト秒レーザの集光距離を以前のステップで未だ設定されていない距離に設定
し、前記被照射体を前記フェムト秒レーザの照射方向と垂直な方向に相対移動して、被照
射体内部の前記フェムト秒レーザの集光位置に、以前のステップで形成された着色層と少
なくとも一部が重なる着色層を形成する第２のステップと、
を備え、前記第２のステップの処理を１または複数回行うことを特徴とする多階調画像形
成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の多階調画像形成方法であって、前記フェムト秒レーザの集光位置に、
前記着色層を形成するためのカラーセンタを生成することを特徴とする多階調画像形成方
法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多階調画像形成方法であって、前記フェムト秒レーザの波長
を紫外線の波長の２倍に設定することを特徴とする多階調画像形成方法。
【請求項４】
請求項１に記載の多階調画像形成方法であって、前記被照射体が銀を含有するガラスで
あることを特徴とする多階調画像形成方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】レーザマーキングによる多階調画像形成方法
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、レーザを用いてガラス等に濃淡を有する多階調画像を形成する方法に関し、特に、高精細な多階調画像の形成を可能にするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
レーザマーキングは、装飾用途や製品管理、偽造防止など幅広い分野での応用が期待されている。しかし、レーザマーキングでは、濃淡を持つ多階調の着色画像を形成することが難しく、それが応用範囲を狭めている。
前述した、ガラスに紫外レーザを照射して着色図形を描く方法では、紫外レーザの強度を変えて色の濃淡を表すことは可能であるが、この場合は、ドットの大きさを変えて擬似的に階調を再現する“ハーフトーン”と同様の手法によるため、高精細な多階調画像を得ることができない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、こうした従来の状況を考慮して創案したものであり、高精細な多階調画像を形成することができるレーザマーキングによる多階調画像形成方法を提供することを目的としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、フェムト秒レーザを被照射体に照射して、被照射体の内部に多階調画像を形成する方法であり、フェムト秒レーザの集光距離を所定距離に設定し、被照射体をフェムト秒レーザの照射方向と垂直な方向に相対移動して、被照射体内部のフェムト秒レーザの集光位置に着色層を形成する第１のステップと、フェムト秒レーザの集光距離を以前のステップで未だ設定されていない距離に設定し、被照射体をフェムト秒レーザの照射方向と垂直な方向に相対移動して、被照射体内部のフェムト秒レーザの集光位置に、以前のステップで形成された着色層と少なくとも一部が重なる着色層を形成する第２のステップとを備え、前記第２のステップの処理を１または複数回行うことにより多階調画像を形成するものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明の多階調画像形成方法では、フェムト秒レーザの集光位置に、着色層を形成するためのカラーセンタを生成することが好ましい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明の多階調画像形成方法では、フェムト秒レーザの波長を紫外線の波長の２倍に設定することが好ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本発明の多階調画像形成方法では、被照射体として銀を含有するガラスを用いることができる。
銀を含有するガラスに対して、前述する多階調画像の形成方法を適用すると、色の濃淡の変化と共に、色の変化を出現させることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明では、ガラス等の被照射体の内部に、高精細な多階調画像を形成することが可能であり、ガラス内部に写真などの画像を忠実に再現することができる。
また、この画像は、被照射体を加熱し、あるいは紫外線を再照射すれば消去することができ、書き換えが可能である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における多階調画像形成方法に用いるフェムト秒レーザ装置を示している。
この装置は、フェムト秒レーザを出力するレーザ出力装置１０と、λ／２板１１と、入射光が同一光路を通って反射することを防止するＧｌａｎレーザープリズム１２と、光量を調節するＮＤフィルタ１３と、シャッター１４と、ミラー１５、１６と、撮影用のＣＣＤカメラ１９と、カメラ位置に焦点を合わせるレンズ１８と、可視光のＢＲＧ成分を分岐するディクロイックミラー１７と、レーザを集光する集光レンズ２０と、試料３０を載置した状態でＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動できる自動３軸ステージ２１と、シャッター１４及び自動３軸ステージ２１を制御するコントローラ２２とを備えている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
ここでは、レーザ出力装置１０に、パルス幅２００ｆｓ、繰り返し周波数（ｆ）＝１ｋＨｚのフェムト秒レーザを出力する装置を使用している。シャッター１４は、レーザ光用の精密シャッター（１０ｍｓ分解能）を使用している。集光レンズ２０は、焦点距離８ｍｍ（Ｎ．Ａ．＝０．５）のレンズを使用している。また、自動３軸ステージ２１は、エアー静圧３軸リニアステージを用いている。コントローラ２２は、試料３０の所望箇所にレーザ照射ができるようにシャッター１４及び自動３軸ステージ２１を制御する。
また、試料３０には、厚み１．０ｍｍのソーダ石灰ガラスを使用し、この試料３０にフェムト秒レーザ装置を用いて多階調画像を形成した。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図２は、試料３０に形成した多階調画像を模式的に示している。この多階調画像は、レイヤー１からレイヤー５までの５層の着色層から成り、試料３０の表面から見ると、重なった層の数が多い箇所では色が濃く、重なった層の数が少ない箇所では色が薄く見える。
この多階調画像は、次のように形成する。
フェムト秒レーザ装置は、レーザ出力を１０ｍＷ、レーザ波長（λ）を７７５ｎｍ（可視域）に設定する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図３は、実際に試料３０に形成された多階調画像を示している。この画像は、茶色に着色されており、濃淡を有している。分光光度計（島津製作所社製、ＵＶ−３１５０）を用いて、波長５３２ｎｍの光が発色部を透過する透過率について測定したところ、レイヤー１のみのときが８９％、レイヤー１、２のときが８２％、レイヤー１、２、３のときが７８％、レイヤー１、２、３、４のときが６９％、そして、レイヤー１、２、３、４、５のときが６３％であった。
この測定結果から、層の重なりが多いほど透過率が小さくなり、色が濃くなっていくことが確かめられた。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
この多階調着色画像は、試料３０を５５０℃で６０分加熱すると消失する。また、紫外線ランプを用いて着色画像を照射した場合にも、画像が消失する現象を確認した。なお、フェムト秒レーザを同一箇所に幾ら照射しても着色画像は変化しない。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
なお、色の濃さが異なる複数枚の画像の生成は、取り込んだ画像におけるコントラストを認識して、階調の異なる複数の画像に分ける画像処理ソフトを使用して行う。また、得られた各画像を描画するためにコントローラ２２に搭載するＮＣプログラムやガルバノミラー制御プログラムは、ＣＡＭソフトを使用して自動作成する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、図５は、建物のデジタル写真をグレースケール化して９層のレイヤーに分解し、ガラス内部に、各レイヤーの着色層を重ね合わせて形成した例を示している。このように階調を増やすことでさらに高精細な多階調画像を得ることができる。
これらの多階調画像も、試料３０を５５０℃で６０分加熱したり、紫外線ランプを照射したりすれば消失する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、銀を含有するガラス内に多階調着色画像を形成する方法について説明する。
前記非特許文献２では、銀を含有するソーダ石灰ガラスを加熱すると黄色に着色することが報告されている。
金属微粒子は、表面プラズモンによって発色することが知られており、中でも銀の微粒子は、粒子径に応じて複数の色を現すことが知られている。図６に示す表は、銀の粒子径と透過色との関係を示している。
図６の関係から、黄色に着色した銀含有ガラスは、粒子径１０ｎｍの銀粒子がガラス中に分散していると考えられる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
第２の実施形態の多階調着色画像形成方法では、銀を含有するソーダ石灰ガラスに対して、第１の実施形態の方法と同様に、レーザ出力１０ｍＷ、走査速度１ｍｍ／ｓ、ピッチ幅１０μｍに設定してフェムト秒レーザを照射し、ガラス中の焦点位置に銀粒子を凝集させてレイヤー１の着色層を形成する。
次に、焦点位置を１００μｍ上げて、同様の走査でレイヤー２の着色層を形成し、さらに、焦点位置を１００μｍずつ上げながら、レイヤー３、レイヤー４及びレイヤー５の着色層を形成する。
こうして着色層の重なりを増やすことで、多階調の着色画像を得ることができる。５層の着色層が重なった箇所では橙色に発色した。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
発色メカニズムの解明は今後の課題であるが、銀を含有するガラスにフェムト秒レーザを照射して多階調画像を形成する本発明の方法は、色の濃淡の変化と共に、色の変化を齎しており、濃淡を加えたフルカラーマーキングの可能性を示している。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態における多階調画像形成方法で用いるフェムト秒レーザ装置の構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態における方法で形成した多階調画像を模式的に示す図
【図３】本発明の第１の実施形態における方法で形成した多階調画像を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態における方法で形成した絵画の多階調画像を示す図
【図５】本発明の第１の実施形態における方法で形成した写真の多階調画像を示す図
【図６】銀の粒子径と透過色との関係を示す表
【図７】本発明の第２の実施形態における方法で形成した多階調画像の色度を示す色度図
【図８】カラーセンタの生成を説明する化学式