(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子をベース基材上に積層された溶融層に重ね合わせ、その互いに重ね合わされた前記溶融層と前記光回折構造とに対して、前記回折格子の一部に照射範囲が制限されるようにエネルギー線を照射し、そのエネルギー線に基づく熱によって前記照射範囲の溶融層を溶融させ、前記照射範囲を前記溶融層上で所定の形状を描くように移動させることにより、前記回折格子を順次転写して、前記所定の形状を前記溶融層上に描く行程と、ホログラム像を生じさせる干渉縞が凹凸の形で施された被複製領域を有するホログラム原版を前記溶融層に重ね合わせ、その互いに重ね合わされた前記溶融層と前記ホログラム原版とに対して、前記被複製領域の一部に照射範囲が制限されるようにエネルギー線を照射し、そのエネルギー線に基づく熱によって前記照射範囲の溶融層を溶融させ、前記照射範囲を前記干渉縞をなぞるように移動させることにより、前記干渉縞を順次前記溶融層へ転写する行程とを含む光回折構造製造方法であって、
前記所定の形状を描く行程は、
二光束以上のレーザー光による干渉縞が等間隔に結像する第１の位置にて前記二光束のレーザー光による干渉縞が第１の乾板に撮影されることにより作成された第１の回折格子によって第１の所定の形状を前記溶融層上に描く第１の描画工程と、
前記第１の位置から水平方向にずらした第２の位置にて、前記二光束以上のレーザー光による干渉縞が第２の乾板に撮影されることにより作成された第２の回折格子によって第２の所定の形状を前記溶融層上に描く第２の描画工程と、
を有することを特徴とする光回折構造製造方法。
【請求項２】
前記エネルギー線は、光エネルギーとして前記回折格子側から照射され、前記溶融層には前記光エネルギーから熱エネルギーへの変換効率を高める物質が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の光回折構造製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子やホログラム等の回折構造を含む光回折構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム像の持つ立体感と回折格子の持つ明るさ及び明解さを加え合わせた光回折構造を作製する方法として、乾板にマスクパターンを介してホログラム及び回折格子を露光して現像することにより、回折格子とホログラム像を生じさせる干渉縞が混在した１つの光回折構造を得る技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、近年、電子線によって回折格子の格子パターンや計算機によってシュミレートされたホログラムの干渉縞を直接描画して製造する方法が知られている（特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−９９４７５
【特許文献２】特開平６−３３７３１５
【特許文献３】特開平１１−２４５３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したホログラム像を生じさせる干渉縞と回折格子が混在した光回折構造の製造方法では、露光作業を繰り返し行わねばならず、更に現像プロセスが必要となり、製造プロセスが繁雑で手間と時間がかかる。また、上述した電子線による製造方法は、装置が大掛かりで計算も極めて繁雑となり、製造のためのコストと時間が非常にかかり、例えば１００ｃｍ２以上の大規模な光回折構造の製造が困難となる。
【０００６】
そこで、本発明は、製造プロセスにおいてコストや手間がかからない光回折構造の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の方法により上述した課題を解決する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明による光回折構造製造方法は、回折格子（３２）をベース基材上に積層された溶融層に重ね合わせ、その互いに重ね合わされた前記溶融層と前記光回折構造とに対して、前記回折格子の一部に照射範囲（Ｗ２）が制限されるようにエネルギー線（Ｌ）を照射し、そのエネルギー線に基づく熱によって前記照射範囲の溶融層を溶融させ、前記照射範囲を前記溶融層上で所定の形状（３３）を描くように移動させることにより、前記回折格子を順次転写して、前記所定の形状を前記溶融層上に描く行程と、ホログラム像を生じさせる干渉縞が凹凸の形で施された被複製領域を有するホログラム原版を前記溶融層に重ね合わせ、その互いに重ね合わされた前記溶融層と前記ホログラム原版とに対して、前記被複製領域の一部に照射範囲が制限されるようにエネルギー線を照射し、そのエネルギー線に基づく熱によって前記照射範囲の溶融層を溶融させ、前記照射範囲を前記干渉縞をなぞるように移動させることにより、前記干渉縞を順次前記溶融層へ転写する行程とを含む光回折構造製造方法であって、前記所定の形状を描く行程は、二光束以上のレーザー光による干渉縞が等間隔に結像する第１の位置にて前記二光束のレーザー光による干渉縞が第１の乾板に撮影されることにより作成された第１の回折格子によって第１の所定の形状を前記溶融層上に描く第１の描画工程と、前記第１の位置から水平方向にずらした第２の位置にて、前記二光束以上のレーザー光による干渉縞が第２の乾板に撮影されることにより作成された第２の回折格子によって第２の所定の形状を前記溶融層上に描く第２の描画工程とを有する。
【００１５】
本発明による描画工程においては、エネルギー線の照射範囲が回折格子の一部に制限されているので、加熱される範囲もその範囲に制限され、この加熱によって溶融する溶融層の範囲もその照射範囲によって制限される。照射範囲に対応する範囲の回折格子が溶融層へ転写される。この照射範囲を所定の形状を描くように移動させることにより、回折格子を所定の形状として溶融層に転写することができる。
【００１６】
重ね合わされた光回折構造と溶融層に対して照射するエネルギー線を移動させるだけなので、複雑で大掛かりな装置やシステムも不要である。更に、照射するエネルギー線の照射範囲は回折格子の一部であり、かつその照射範囲は移動するため、溶融層が単位時間当たりに保持する熱量を小さく制限できる。従って、照射範囲として一度加熱された箇所であっても、照射範囲から外れると保持されていた熱量はすぐに発散され、その範囲の温度は、冷却設備を設けるまでもなく、溶融された溶融層が硬化する程度にまで下がる。「エネルギー線」とは、いわゆる熱線のようにエネルギー線自体が熱を有するもの及びエネルギー線自体は熱を有しないものいずれも含む。従って、「エネルギー線に基づく熱」とは、エネルギー線自体が有する熱による熱と、エネルギー線の照射位置にて起こる反応、例えば電子の活性化や化学反応により生じる熱とを含む。また、互いに重ね合わされた溶融層と光回折構造とに対して、エネルギー線を照射する態様には、溶融層側から照射する態様と回折格子側から照射する態様とを含む。
【００１８】
前記エネルギー線は、光エネルギーとして前記ホログラム原版側から照射され、前記溶融層には前記光エネルギーから熱エネルギーへの変換効率を高める物質が含まれていてもよい。上述したホログラム複製方法における場合と同様の理由により、ベース基材やベース基材に積層される各層とエネルギー線の透過性を考慮する必要がなく、エネルギー線に基づく熱による温度の上昇性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、回折格子の一部にエネルギー線を照射することにより、製造プロセスにおいてコスト及び手間がかからない光回折構造の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明を実施するための一形態において使用される光回折構造製造装置を示している。この光回折構造製造装置では、エネルギー線としての赤外線レーザーＬを照射するレーザー照射装置１、ホログラム原版などを保持するためのドラム装置２、及びレーザー照射装置１を移動させる移動装置３が、上記装置のそれぞれの動作を制御する制御装置４とドライバ５、６、７を介して接続されている。
【００２２】
ドラム装置２は、円柱形のドラム２ａとそのドラム２ａを軸２ｂの周りに方向Ａに回転させるモータ２ｃとを備えている。このドラム２ａの外周面の一面には微小な穴が無数に設けられ、ドラム２ａの内部の空気が不図示の吸引ポンプによって吸引されることにより、ドラム２ａの内部に負圧を生じさせて、ドラム２ａの表面にホログラム原版１０及びホログラム形成用フィルム１１を吸着させることができる。ホログラム原版１０及びホログラム形成用フィルム１１の各構成については後述する。
【００２３】
移動装置３は、移動部３ａと移動部３ａをレール３ｂによってドラム２ａの軸方向と平行、すなわち矢印Ｂ方向に移動させるモータ３ｃとを備えている。移動部３ａ上にレーザー照射装置１が設置されているため、移動部３ａの移動に伴って、レーザー照射装置１をドラム２ａの側面に対して平行移動させることができる。
【００２４】
レーザー照射装置１は、ドラム２ａの側面に吸着されたホログラム原版１０へ向かって赤外線レーザーＬを照射する。ホログラム原版１０における赤外線レーザーＬの照射範囲は、上述した移動装置３によるレーザー照射装置１の平行移動、及びドラム２ａの回転によって移動することができる。
【００２５】
制御装置４は、ＣＰＵ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の各種周辺回路を有するコンピュータとして構成され、上述したレーザー照射装置１、ドラム装置２及び移動装置３の動作を、予めインストールされているプログラムによって制御する。従って、レーザー照射装置１によってホログラム原版１０に対して照射される赤外線レーザーＬの照射範囲の移動は、この制御装置４によって制御される。
【００２６】
次に、ホログラム原版１０及びホログラム形成用フィルム１１の構成について図２を用いて説明する。図２は、本形態にて使用するホログラム原版１０及びホログラム形成用フィルム１１がドラム２ａの外周上に重ね合わされた様子を示す図である。図２に示すように、ホログラム原版１０は、干渉縞が凹凸の形で施されたホログラム層２０とポリエチレンテレフタレート製のベース基材層２１とを備えている。
【００２７】
ホログラム原版１０は、従来既知の方法によって作成することができる。ホログラム層２０に用いられるホログラムは、材料表面の凹凸によりホログラムの情報を記録できるタイプのもので、熱可塑性樹脂を使用してホログラムを複製する従来の方法にて使用されるホログラムならばよい。具体的には、フレネルホログラム、フーリエ変換ホログラム、クラウンホーフアーホログラムなどの原理のもの、及び、それらの原理を利用したイメージホログラム、ホログラフィックスステレオグラム、ホログラフィック回折格子などが用いられる。なお、ホログラム原版１０に代えて、凹凸のパターンが単に一様に施された回折格子を用いても良く、この場合は、回折格子の格子パターンがホログラム形成用フィルム１１へ転写される。
【００２８】
一方、ホログラム形成用フィルム１１は、ポリエチレンテレフタレート製のベース基材層２２上にプライマー層２３及び溶融層２４が積層されて構成されている。溶融層２４は、ワックス、熱可塑性樹脂、及び赤外線レーザーＬが有する光エネルギーから熱エネルギーへの変換効率を高める物質としての高熱変換材料で構成される。溶融層２４を構成する熱可塑性樹脂やワックスは、常温で固体状であるものであればよい。プライマー層２３はベース基材層２２と溶融層２４とを接着させるためのプライマーとして機能する。
【００２９】
ホログラム層２０の凹凸の形状が、赤外線レーザーＬによって溶融層２４へ転写される原理を図３を用いて説明する。図３において、ホログラム原版１０及びホログラム形成用フィルム１１は、上述したようにドラム２ａの外周上に吸着されている。赤外線レーザーＬは、矢印Ｃ方向へ移動しながら、ホログラム原版１０のベース基材層２１側から、互いに重ね合わされたホログラム原版１０及びホログラム形成用フィルム１１へ照射される。溶融層２４では、赤外線レーザーＬの有する熱によってその照射範囲Ｗ１の溶融層２４が加熱される。照射範囲Ｗ１の溶融層２４の温度が融点に達すると、その部分の溶融層２４が溶融し、照射範囲Ｗ１のホログラム層２０の干渉縞が溶融層２４へ転写される。次に、赤外線レーザーＬは照射範囲Ｗ２へ移動する。図３は、照射範囲Ｗ１の干渉縞が溶融層２４へ転写し、赤外線レーザーＬが照射範囲Ｗ２へ移動した様子を示す。
【００３０】
赤外線レーザーＬの照射範囲が移動すると、転写された範囲Ｗ１の溶融層２４の温度は冷却工程を特に設けるまでもなく下がり、硬化する。一方、新しい照射範囲Ｗ２の溶融層２４が加熱され、溶融層２４の融点に達するとその範囲Ｗ２の干渉縞が溶融層２４へ転写する。以下、同様にして、赤外線レーザーＬが照射された範囲の干渉縞が溶融層２４へ次々と転写される。
【００３１】
次に、図４（ａ）〜（ｂ）及び図５（ａ）〜（ｂ）を用いて、本発明による光回折構造の製造方法について具体的に説明する。図５（ｂ）は、ホログラム像３０を生じさせる干渉縞に、回折格子によって描かれた所定の形状としての描画像３３が組み合わされた光回折構造を示す。以下、この光回折構造を本発明によって製造する方法について説明する。本発明による光回折構造の製造方法は、ホログラムの複製工程と回折格子の描画工程とからなる。この２つの工程の順序は問わない。本形態では、複製工程を先に行い、描画工程を後に行う。
【００３２】
まず、複製工程について説明する。図４（ａ）はホログラム形成用フィルム１１へ複製されるホログラム像３０を生じさせる干渉縞が施されたホログラム原版１０である。本形態における被複製領域は、ホログラム原版１０に施された干渉縞すべての範囲である。まず、ホログラム形成用フィルム１１を光回折構造製造装置（図１）のドラム２ａの外周面に貼り付け、次にその上からホログラム原版１０を重ねる。上述したようにドラム２ａ内部に負圧が生じるため、ドラム２ａの内部の気圧が外部の気圧よりも低くなり、ドラム２ａ上で重ね合わされたホログラム形成用フィルム１１及びホログラム原版１０はドラム２ａの外周面に吸着される。なお、図４（ｂ）においては、ホログラム原版１０の大きさがホログラム形成用フィルム１１よりも小さいが、ホログラム形成用フィルム１１は、ホログラム原版１０の複製対象である被複製領域がホログラム形成用フィルム１１に転写可能な大きさであればよい。
【００３３】
次に、図４（ｂ）に示すように、赤外線レーザーＬをホログラム原版１０の干渉縞をなぞるように、ホログラム原版１０に照射していく。この動作は、制御装置４に読み込まれるプログラムによって赤外線レーザーＬの照射位置が制御される、すなわちドラム装置２及び移動装置３の動作が制御されることによって実現する。この照射位置の移動に伴い、ホログラム像３０を生じさせる干渉縞がホログラム形成用フィルム１１の溶融層２４上へ転写される。このように、すでにホログラム像３０が形成されているホログラム原版１０を赤外線レーザーＬによって簡単に転写することができるので、複雑なホログラム像３０であっても、簡単に短時間で複製することができる。
【００３４】
次に、描画工程について説明する。ホログラム像３０が転写されたホログラム形成用フィルム１１に、ホログラム原版１０に代えて回折格子３２を重ね合わせる。回折格子３２は、一定の凹凸パターンが一様に施されたものである。本形態では、ホログラム原版１０と同様の層構造を有し、ホログラム層２０に該当する層には一定の凹凸パターンが一様に施されている回折格子３２を使用する。次に、赤外線レーザーＬの照射開始位置を描画３３の描きたい場所に設定し、制御装置４に描く像の指示を制御装置４に対して与えると、制御装置４に読み込まれたプログラムによってドラム装置２及び移動装置３の動作が制御されて照射位置が移動する。また、赤外線レーザーＬの照射のオン／オフを繰り返すことにより、描画像３３を描いていく。図５（ａ）に、赤外線レーザーＬによって描画像３３が描かれていく様子を示す。なお、描画工程において転写される回折格子の凹凸パターンは厳密にはホログラムではないが、複製工程で使用されるホログラム形成用フィルム１１をそのまま使用する。
【００３５】
上述した複製工程及び描画工程によって、図５（ｂ）に示すように、ホログラム形成用フィルム１１上にホログラム像３０と描画像３３とを組み合わせた光解析構造を製造することができる。従って、例えば、ホログラム像３０を社章とし、描画像３３を社員の顔としたホログラム合成社員章の製造や、ホログラム像３０を背景とし、描画像３３を人の顔とすれば、立体的な背景を背にしたホログラム合成写真の製造を容易に作成することができる。
【００３６】
また、回折格子３２の干渉縞の結像位置と奥行き方向に異なる位置に干渉縞が結像する更なる回折格子３２を用意し、この更なる回折格子３２の干渉縞を溶融層２４に転写することにより、奥行き感を有する光回折構造を製造する方法について説明する。更なる回折格子３２は、例えば、回折格子を２光束以上のレーザー光の干渉縞によって作成する場合、通常はこの干渉縞が結像する位置（以下、「結像位置」という。）に被撮影体である乾板を設置して当該乾板を撮影するが、この結像位置から水平方向にずらした位置（例えば、結像位置から水平方向に−４ｍｍ、−２ｍｍ、＋２ｍｍ、＋４ｍｍずらした位置）にて当該乾板を撮影することによって得られる。
【００３７】
例えば、更なる回折格子３２を結像位置から−４ｍｍの位置に乾板を設置することによって作成し、上述した描画工程において回折格子３２によって第１の所定の形状としての描画像３３を描いた手順と同様の手順によって、更なる回折格子３２によって描画像３３の背景となるような第２の所定の形状をホログラム形成用フィルム１１上に描く。これにより、ホログラム像３０を社章とし、上記通常の作成方法にて作成された回折格子３２によって描かれた描画像３３を社員の顔とした場合に、社員の顔と背景とに見せかけ上の距離差ができ、製造された光回折構造において立体的な画像表現が可能となる。
【００３８】
本発明は上述した形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。例えば、上記形態においては、エネルギー線として赤外線レーザーＬを使用したが、電子線やＸ線を使用してもよい。かかる場合は、電子線や紫外線によって熱が発生する溶融層２４を有するホログラム形成用フィルム１１を適宜使用する。また、赤外線レーザーＬや電子線等の照射範囲の移動の速さは、ホログラム原版１０やホログラム形成用フィルム１１の構成素材及び照射範囲の大きさに基づいて、冷却工程を特に設けなくてもホログラムや回折格子を転写できる速さを適宜設定すればよい。
【００３９】
ホログラム原版１０のベース基材層２１及びホログラム形成用フィルム１１のベース基材層２２には、上述したポリエチレンテレフタレートの他、本発明を実施できる限りあらゆる材料が用いられ得る。各層を構成する物質の混合比は、構成する物質によって本発明を実施できる限り適宜変更可能である。また、本形態では、ホログラム原版１０とホログラム形成用フィルム１１をドラム２ａの内部に負圧を生じさせることによって重ね合わせたが、互いに重ね合わされたホログラム原版１０及びホログラム形成用フィルム１１の両側から加圧してもよい。また、ホログラム原版１０や回折格子３２をＲ、Ｇ、Ｂの各色ごとに用意し、各々について複製してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明を実施するための一形態において使用される光回折構造製造装置を示す図。
【図２】図２は、図１の形態にて使用するホログラム原版及びホログラム形成用フィルムが重ね合わされた様子を示す図。
【図３】図３は、図２に示すホログラム原版及びホログラム形成用フィルムへ赤外線レーザーが照射される様子を示す図。
【図４】（ａ）は、図１の形態にて使用するホログラム原版の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すホログラム原版へ赤外線レーザーが照射される様子を示す図。
【図５】（ａ）は、赤外線レーザーによって所定の形状が描画される様子を示す図であり、（ｂ）は、図１に示す形態にて製造された光回折構造の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１      レーザー照射装置
２      ドラム装置
４      制御装置
１０    ホログラム原版
１１    ホログラム形成用フィルム
３０    ホログラム像
３２    回折格子、又は更なる回折格子
３３    描画像
【図１】
0004318996.tif 000002
【図２】
0004318996.tif 000003
【図３】
0004318996.tif 000004
【図４】
0004318996.tif 000005
【図５】
0004318996.tif 000006