JP2004534270A - 浮いて見える複合画像を有するマイクロレンズシート - Google Patents

Abstract

シートの上側もしくは下側または両側に浮く複合画像を備えたマイクロレンズシートを開示する。複合画像は、二次元であっても三次元であってもよい。マイクロレンズに隣接した放射線感受性材料層への放射線の適用などにより、そのような画像化シートを提供する方法をも開示する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートに対して空間に保持されているように観察者により知覚される１つ以上の複合画像を提供するシートに関する。この複合画像の見え方は、観察角度に伴って変化する。
【背景技術】
【０００２】
グラフィック画像または他の標記を有するシート材料は、とくに物品または書類を認証するためのラベルとして、広く使用されてきた。たとえば、米国特許第３，１５４，８７２号、同第３，８０１，１８３号、同第４，０８２，４２６号、および同第４，０９９，８３８号に記載されているようなシートは、乗物のライセンスプレートの認定ステッカーとして、また運転免許証、公文書、テープカセット、遊戯カード、飲料容器などのセキュリティフィルムとして使用されてきた。他の用途としては、パトカー、消防自動車、または他の緊急車両に取付けるときのような識別目的で使用したり、広告宣伝用の表示に使用したり、ブランドを強調する示差的ラベルとして使用したりするグラフィックス用途が挙げられる。
【０００３】
画像化シートの他の形態は、米国特許第４，２００，８７５号（ガラノス（Ｇａｌａｎｏｓ））に開示されている。ガラノス（Ｇａｌａｎｏｓ）は、マスクまたはパターンを介してシートにレーザー照射を行うことにより画像が形成される「露出レンズ型のとくに高利得の再帰反射シート」の使用を開示している。そのシートは、バインダー層中に部分的に埋め込まれかつバインダー層上に部分的に露出した複数の透明ガラスマイクロスフェアを含み、複数のマイクロスフェアのそれぞれの埋め込まれた表面上には金属反射層がコーティングされている。バインダー層は、カーボンブラックを含有しており、それは画像化される間シートに当たるいかなる迷光をも最小限に抑えると言われている。レーザービームのエネルギーは、バインダー層中に埋め込まれたマイクロレンズの収束作用によりさらに集中化される。
【０００４】
ガラノス（Ｇａｌａｎｏｓ）の再帰反射シート中に形成された画像は、シートに向けられたレーザー照射の角度と同一の角度からシートを見た場合にかぎり、見ることができる。そのことは、別の観点からいえば、非常に限られた観察角度で画像が見えるにすぎないことを意味する。そうした理由および他の理由により、そのようなシートの特定の性質を改良することが望まれている。
【０００５】
１９０８年という早い時期に、ガブリエル・リップマン（Ｇａｂｒｉｅｌ Ｌｉｐｐｍａｎ）は、１層以上の感光層を有するレンチキュラー媒体中に情景の真の三次元画像を生成する方法を発明した。インテグラルフォトグラフィーとして知られるそのプロセスは、デ・モンテベロ（Ｄｅ Ｍｏｎｔｅｂｅｌｌｏ）著，”三次元データの処理および表示ＩＩ（Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｄａｔａ ＩＩ）”，ＳＰＩＥ会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ），サンディエゴ（Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ），１９８４年に記載されている。リップマン（Ｌｉｐｐｍａｎ）の方法では、レンズ（または「レンズレット（小型レンズ）」）のアレイを介して写真乾板を露光する。その際、再生される情景のミニチュア画像が、アレイのそれぞれのレンズレットによって、そのレンズレットにより占有されたシートの点から眺めたとおりに、写真乾板上の感光層に伝送されるようにする。写真乾板を現像した後、レンズレットアレイを介してプレート上の複合画像を見た観察者には、撮影された情景の三次元表示が見える。使用する感光材料に依存して、画像を黒白またはカラーにすることが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
乾板の露光時にレンズレットにより形成される画像は、それぞれのミニチュア画像を１回だけ反転させたものなので、生成される三次元表示はシュードスコピック（ｐｓｅｕｄｏｓｃｏｐｉｃ）である。すなわち、画像の知覚深度が逆になり、結果として、被写体は「裏返し」に見える。この画像を補正するには光学的反転を２回行う必要があるので、このことは大きな欠点になる。これらの方法は、同一の被写体の複数の映像を記録するために１台のカメラもしくは複数台のカメラまたはマルチレンズカメラを用いて多重露光する必要があるので複雑であり、しかも単一の三次元画像を提供するために複数の画像をきわめて正確に位置決めすることが必要とされる。さらに、従来のカメラに依存する方法では、いずれも、実際の被写体をカメラの前に置くことが必要とされる。そのうえ、このことが原因で、その方法は、仮想的な被写体（実際には存在しないが結果的には存在する被写体を意味する）の三次元画像を生成させるのにあまり適していない。インテグラルフォトグラフィーのさらなる欠点は、観察しうる実像を形成するために観察側から複合画像に投光しなければならないことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シートの上側または下側に保持されているように見える複合画像を備えたマイクロレンズシートを提供する。便宜上、これらの保持画像をフローティング画像と呼ぶ。また、これらの保持画像は、シートの上側もしくは下側に位置するものであってもよいし（二次元もしくは三次元のいずれかの画像として）、シートの上側、平面内、および下側に見える三次元画像であってもよい。画像は、黒白であってもカラーであってもよく、観察者と共に移動して見えるようにすることが可能である。いくつかのホログラフィックシートとは異なり、本発明の画像化シートは、それ自体の複製を生成するために使用することはできない。このほか、観察者は、フローティング画像を肉眼で観察することができる。
【０００８】
記載されているような複合画像を備えた本発明のシートは、さまざまな用途に使用することが可能である。たとえば、確認および認証のために、パスポート、ＩＤバッジ、銀行券、イベント入場券、アフィニティーカード、製品識別フォーマット、および宣伝広告における改竄防止保証画像として、ブランドのフローティング画像もしくはシンキング画像またはフローティング・シンキング画像を提供するブランド強調画像として、パトカー、消防自動車、または他の緊急車両の標章のようなグラフィックス用途における識別表示画像として、掲示板、夜間標識、伝達媒体、および自動車計器盤表示のようなグラフィックス用途における情報表示画像として、衣服およびファッションアクセサリーの装飾用として、再帰反射安全衣および安全具として、ならびに名刺、品質表示票、工芸品、靴、および瓶詰品のような製品上で複合画像を用いて斬新さを強調するために、使用することが可能である。
【０００９】
本発明はさらに、記載の複合画像を含有する画像化シートを形成する新規な手段を提供する。一実施形態では、単一の複合画像を形成する。２つ以上の複合画像さらにはシートの上側および下側の両方に存在するように見える複合画像を形成する実施形態をも開示する。従来型の印刷画像と本発明により形成される複合画像との組合せから他の実施形態を構成することも可能である。
【００１０】
ここで、添付の図面を参照しながら本発明について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
好ましい実施形態の説明
本発明のマイクロレンズシートは、いくつかのマイクロレンズに関連づけられた個別の画像により提供される複合画像を提供する。この複合画像は、シートの上側、平面内、および／または下側に保持されているようにまたは浮いているように見える。
【００１２】
本発明全体を説明するために、以下の第Ｉ部でマイクロレンズシートについて説明し、続いて、第ＩＩ部でそ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）について、第ＩＩＩ部で放射線源について、そして第ＩＶ部で画像化処理について説明する。本発明の種々の実施形態についてさらに説明するために、いくつかの実施例をも提供する。
【００１３】
Ｉ．マイクロレンズシート
本発明に係る画像を形成しうるマイクロレンズシートは、１層以上の不連続マイクロレンズ層を備え、この１層または複数層のマイクロレンズ層の一方の面に隣接して層状材料（好ましくは、以下に記載されているような放射線感受性材料またはコーティング）が配置される。たとえば、図１は、典型的には高分子材料であるバインダー層１４中に部分的に埋め込まれた透明マイクロスフェア１２の単層を備えた「露出レンズ」型のマイクロレンズシート１０を示している。マイクロスフェアは、層状材料を画像化するのに使用しうる放射線の波長および複合画像を見るのに使用される光の波長の両方に対して透過性である。層状材料１６は、それぞれのマイクロスフェアの背面に配置され、図示された実施形態では、典型的にはそれぞれのマイクロスフェア１２の表面の一部分だけに接触する。この型のシートは、米国特許第２，３２６，６３４号にさらに詳細に記載されており、スコッチライト８９１０シリーズ反射布（Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ ８９１０ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｆａｂｒｉｃ）という商品名で３Ｍから現在入手可能である。
【００１４】
図２は、他の好適な型のマイクロレンズシートを示している。このマイクロレンズシート２０は、典型的には高分子材料である透明保護オーバーコート２４中にマイクロスフェアレンズ２２が埋め込まれている「埋込レンズ」型のシートである。マイクロスフェアの後方にありかつ典型的には高分子材料である透明スペーサー層２８の背後に、層状材料２６が配置されている。この型のシートは、米国特許第３，８０１，１８３号にさらに詳細に記載されており、スコッチライト３２９０シリーズエンジニアグレード再帰反射シート（Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ ３２９０ ｓｅｒｉｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｇｒａｄｅ ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｈｅｅｔｉｎｇ）という商品名で３Ｍから現在入手可能である。他の好適な型のマイクロレンズシートは、米国特許第５，０６４，２７２号に具体例が記載されているカプセル化レンズシートと呼ばれるものであり、スコッチライト３８７０シリーズハイインテンシティグレード再帰反射シート（Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ ３８７０ ｓｅｒｉｅｓ Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｇｒａｄｅ ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｈｅｅｔｉｎｇ）という商品名で３Ｍから現在入手可能である。
【００１５】
図３は、さらに他の好適な型のマイクロレンズシートを示している。このシートは、第１および第２の広面を有する透明な平凸状または非球状ベースシート２０を備え、第２の面３２は、実質的に平面状であり、第１の面は、実質的に半楕円体状または半非楕円体状マイクロレンズ３４のアレイを有する。マイクロレンズの形状およ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の面で結像するように選択される。層状材料３６は、第２の面上に配設される。この種のシートは、たとえば、米国特許第５，２５４，３９０号に記載されており、２６００シリーズ３Ｍセキュアカードレセプター（２６００ ｓｅｒｉｅｓ ３Ｍ Ｓｅｃｕｒｅ Ｃａｒｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ）という商品名で３Ｍから現在入手可能である。
【００１６】
シートのマイクロレンズは、好ましくは、画像形成が行われるように画像形成屈折表面を有し、一般的には、これは湾曲マイクロレンズ表面により提供される。湾曲表面の場合、マイクロレンズは、好ましくは、均一な屈折率を有するであろう。勾配屈折率（ＧＲＩＮ）を提供する他の有用な材料は、必ずしも光を屈折するための湾曲表面を必要とするとは限らないであろう。マイクロレンズ表面は、好ましくは、本質的に球状であるが、非球状表面も許容しうる。マイクロレンズは、屈折表面により実像が形成されるかぎり、円筒または球のような任意の対称性を有するものであってよい。マイクロレンズ自体は、丸形平凸レンズレット、丸形両凸レンズレット、ロッド、マイクロスフェア、ビーズ、または円筒状レンズレットのような個別の形態をとりうる。マイクロレンズを形成することのできる材料としては、ガラス、ポリマー、鉱物、水晶、半導体、およびこれらと他の材料との組合せが挙げられる。非個別マイクロレンズ素子を使用することも可能である。したがって、複製プロセスまたはエンボス加工プロセス（この場合、シートの表面は、画像化特性を有する反復プロフィルを生成するように形状が改変される）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。
【００１７】
可視および赤外の波長にわたり１．５と３．０の間の均一な屈折率を有するマイクロレンズは、最も有用である。好適なマイクロレンズ材料は、可視光の最小限の吸収を有するものであろう。また、エネルギー源を用いて放射線感受性層を画像化する実施形態では、材料はさらに、エネルギー源の最小限の吸収を呈するものでなければならない。マイクロレンズの屈折能は、マイクロレンズが個別のものか複製されたものかにかかわらず、またマイクロレンズを作製する材料に関係なく、好ましくは、屈折表面に入射した光が屈折してマイクロレンズの反対側に結像するという要件を満たす。より特定的には、光は、マイクロレンズの背面またはマイクロレンズに隣接した材料に結像するであろう。層状材料が放射線感受性である実施形態では、マイクロレンズは、好ましくは、その層の適切な位置に縮小された実像を形成する。良好な解像度を有する画像を形成するうえで、画像を約１／１００〜１／８００に縮小することがとくに有用である。マイクロレンズシートの前面に入射したエネルギーを好ましくは放射線感受性である層状材料に結像させるのに必要な集束条件を提供するマイクロレンズシートの構築については、この節の初めに参照した米国特許に記載されている。
【００１８】
１５マイクロメートルから２７５マイクロメートルまでの範囲の直径を有するマイクロスフェアが好ましいが、他のサイズのマイクロスフェアを使用することも可能である。複合画像の良好な解像度は、マイクロスフェア層から比較的短い距離だけ離れて位置するように見える複合画像の場合には上述した範囲の下限の直径を有するマイクロスフェアを使用することにより、またマイクロスフェア層からより離れて位置するように見える複合画像の場合にはより大きいマイクロスフェアを使用することにより、得ることができる。マイクロスフェアについて述べた寸法と同等のレンズレット寸法を有する平凸状、円筒状、球状、または非球状マイクロレンズのような他のマイクロレンズは、類似の光学的結果を生じると予想されうる。
【００１９】
ＩＩ．層状材料
先に述べたように、材料層は、マイクロレンズに隣接して配設される。材料層は、先に記載したいくつかのマイクロレンズシートのときと同じように高反射性であってもよいし、低反射率を有するものであってもよい。材料が高反射性である場合、シートは、米国特許第２，３２６，６３４号に記載されているように再帰反射性を有しうる。複数のマイクロレンズに関連づけられて材料中に形成された個別の画像は、反射光下または透過光下で観察者が見たときに、シートの上側、平面内、および／または下側に保持されているようにまたは浮いているように見える複合画像を提供する。そのような画像を提供する好ましい方法は、層状材料として放射線感受性材料を提供し放射線を用いてその材料を所望の様式で変化させることにより画像を提供する方法であるが、他の方法を用いることも可能である。したがって、マイクロレンズに隣接した層状材料に関する残りの考察は、大部分は放射線感受性層状材料に関連して行うことにする。ただし、本発明は、それにより限定されるものではない。
【００２０】
本発明に有用な放射線感受性材料としては、金属材料、高分子材料、および半導電性材料ならびにこれらの混合物のコーティングおよび皮膜が挙げられる。本発明に関連して使用される材料は、所与のレベルの可視線または他の放射線に暴露したときに、暴露された材料の外観が変化してその放射線に暴露されなかった材料とコントラストをなす場合、「放射線感受性」である。したがって、それにより生成される画像は、組成変化、材料の除去もしくはアブレーション、相変化、または放射線感受性コーティングの重合の結果でありうる。いくつかの放射線感受性金属皮膜材料の例としては、アルミニウム、銀、銅、金、チタン、亜鉛、スズ、クロム、バナジウム、タンタル、およびこれらの金属の合金が挙げられる。これらの金属は、典型的には、金属のもとの色と放射線に暴露した後の金属の改変された色との差に基づいてコントラストを呈する。先に述べたように、アブレーションによって画像を提供してもよいし、材料の光学的改変により画像が提供されるまで材料を放射線加熱することによって画像を提供してもよい。たとえば、米国特許第４，７４３，５２６号には、金属合金を加熱して色変化を提供することについての記載がある。
【００２１】
金属合金のほかに、放射線感受性媒質として金属酸化物および金属亜酸化物を使用することができる。このクラスの材料としては、アルミニウム、鉄、銅、スズ、およびクロムから形成される酸化物化合物が挙げられる。硫化亜鉛、セレン化亜鉛、二酸化ケイ素、インジウムスズ酸化物、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、およびシリコンのような非金属材料により、本発明に有用な色またはコントラストを提供することもできる。
【００２２】
ユニークな放射線感受性材料を提供すべく、多層薄膜材料を使用することもできる。着色剤またはコントラスト剤の出現または除去によりコントラスト変化を提供するように、これらの多層材料を構成することができる。代表的な構築体としては、特定の波長の放射線により画像化されるように（たとえば、色の変化により）設計された光学スタックまたは同調キャビティーが挙げられる。具体例の１つが、米国特許第３，８０１，１８３号に記載されている。この特許には、誘電体ミラーとしてのクリオライト／硫化亜鉛（Ｎａ₃ＡｌＦ₆／ＺｎＳ）の使用が開示されている。他の例は、クロム／ポリマー（たとえば、プラズマ重合ブタジエン）／二酸化ケイ素／アルミニウムで構成された光学スタックである。これらの層の厚さは、クロムが４ｎｍ、ポリマーが２０ｎｍと６０ｎｍの間、二酸化ケイ素が２０ｎｍと６０ｎｍの間、アルミニウムが８０ｎｍと１００ｎｍの間の範囲にあり、個々の層の厚さは、可視スペクトルにおいて特定のカラー反射率を提供するように選択される。先に論じた単一層薄膜のいずれかを備えた薄膜同調キャビティーを使用することが可能である。たとえば、厚さ約４ｎｍのクロム層と約１００ｎｍと３００ｎｍの間の二酸化ケイ素層とを備えた同調キャビティーを使用することが可能である。この二酸化ケイ素層の厚さは、特定の波長の放射線に応答して着色画像を提供するように調整される。
【００２３】
本発明に有用な放射線感受性材料には、サーモクロミック材料も包含される。「サーモクロミック」とは、温度変化を受けたときに色が変化する材料を指す。本発明に有用なサーモクロミック材料の例は、米国特許第４，４２４，９９０号に記載されており、たとえば、炭酸銅、チオウレアを有する硝酸銅、ならびにチオール、チオエーテル、スルホキシド、およびスルホンのような硫黄含有化合物を有する炭酸銅が挙げられる。他の好適なサーモクロミック化合物の例は、米国特許第４，１２１，０１１号に記載されており、たとえば、ホウ素、アルミニウム、およびビスマスの水和硫酸塩および窒化物、ならびにホウ素、鉄、およびリンの酸化物および水和酸化物が挙げられる。
【００２４】
当然のことながら、放射源を用いて材料層を画像化しない場合でも、層状材料は、放射線感受性であってもよいが、それが必要とされるわけではない。しかしながら、製造を容易にするうえで放射線感受性材料が好ましく、したがって、好ましくは好適な放射源を使用する。
【００２５】
ＩＩＩ．放射線源
先に述べたように、マイクロレンズに隣接した層状材料上に画像パターンを提供する好ましい方法は、放射線源を用いて放射線感受性材料を画像化する方法である。所望の強度および波長の放射線を提供するエネルギー源はいずれも、本発明の本方法で使用することができる。２００ｎｍと１１μｍの間の波長を有する放射線を提供することのできるデバイスは、とくに好ましいと考えられる。本発明に有用な高ピークパワー放射線源の例としては、エキシマーフラッシュランプ、パッシブＱスイッチマイクロチップレーザー、さらにはＱスイッチネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧと略記する）レーザー、ネオジムドープイットリウムリチウムフルオリド（Ｎｄ：ＹＬＦと略記する）レーザー、およびチタンドープサファイア（Ｔｉ：サファイアと略記する）レーザーが挙げられる。これらの高ピークパワー源は、アブレーション（すなわち、材料の除去）プロセスまたは多光子吸収プロセスにより画像を形成する放射線感受性材料を用いる場合に最も有用である。有用な放射線源の他の例としては、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、および高パワー白熱光源のような低ピークパワーを与えるデバイスが挙げられる。これらの供給源は、放射線感受性媒質を非アブレーティブ法により画像化する場合にとくに有用である。
【００２６】
有用な放射線源のいずれについても、放射線源からのエネルギーをマイクロレンズシート材料の方向に誘導し、高発散エネルギービームを与えるように制御する。電磁スペクトルの紫外部分、可視部分、および赤外部分のエネルギー源については、適切な光学素子により光を制御する。その例を図１４、１５、および１６に示し、以下でさらに詳細に説明する。一実施形態では、この構成の光学素子（一般に、光学列と呼ばれる）には、所望の角度でマイクロレンズに投光するように、つまり所望の角度で層状材料に投光するように、適切な発散または広がりをもたせて光学列により光をシート材料の方向に誘導するという要件が課せられる。好ましくは、０．３よりも大きいかまたはそれに等しい開口数（最大発散光線の角度の半分の正弦として定義される）を有する光拡張デバイスを用いて、本発明の複合画像を得る。より大きい開口数を有する光拡張デバイスを用いれば、より大きい観察角度およびより大きい見掛けの画像移動範囲を有する複合画像が得られる。
【００２７】
ＩＶ．画像化プロセス
本発明に係る代表的な画像化プロセスは、レーザーからの平行光をレンズに通してマイクロレンズシートの方向に誘導することからなる。以下でさらに説明するように、フローティング画像を有するシートを作製するために、大きい開口数（ＮＡ）を有する発散レンズに光を通して高発散光円錐を生成させる。大きいＮＡのレンズとは、０．３に等しいかまたはそれよりも大きいＮＡを有するレンズである。光円錐の軸（光軸）がマイクロレンズシートの平面に垂直になるように、マイクロスフェアの放射線感受性コーティング面をレンズから遠い位置に配置する。
【００２８】
個々のマイクロレンズは光軸に対してユニークな位置を占有するので、それぞれのマイクロレンズに当たる光は、他のそれぞれの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を有するであろう。したがって、光は、それぞれのマイクロレンズにより透過されて材料層上のユニークな位置に送られ、ユニークな画像を生成するであろう。より詳細には、単一の光パルスは、層状材料上に単一の画像化ドットだけを生成するので、それぞれのマイクロレンズに隣接した画像を提供するために、複数の光パルスを用いて複数の画像化ドットからその画像を形成する。それぞれのパルスの光軸を、前のパルスのときの光軸の位置に対して新しい位置に配置する。こうして光軸の位置をマイクロレンズに対して逐次的に変化させると、それに対応してそれぞれのマイクロレンズへの入射角が変化し、したがって、そのパルスにより層状材料中に形成される画像化ドットの位置も変化する。その結果として、マイクロスフェアの背面に結像する入射光により、放射線感受性層中に所定のパターンが画像化される。それぞれのマイクロスフェアの位置はすべての光軸に対してユニークなので、それぞれのマイクロスフェアについて放射線感受性材料中に形成される画像は、他のマイクロスフェアのいずれに関連づけられる画像とも異なるであろう。
【００２９】
フローティング複合画像を形成する他の方法では、レンズアレイを用いて高発散光を生成することにより、マイクロレンズ化材料を画像化する。レンズアレイは、平面幾何学的に配置されたいずれも大きい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投光したとき、アレイは、複数の高発散光円錐を生成し、個々の円錐は、アレイ中のその対応するレンズの中央に配置されるであろう。アレイの物理的寸法は、複合画像の横方向の最大サイズを収容するように選択される。アレイのサイズに依拠して、光パルスを受け取る間、あたかも個別のレンズがアレイのすべての点に逐次的に配置されるかのごとく、レンズレットにより形成された個別のエネルギー円錐は、マイクロレンズ化材料に暴露されるであろう。どのレンズで入射光を受け取るかの選択は、反射マスクを用いて行われる。このマスクは、暴露すべき複合画像部分に対応する透明領域と、画像を暴露してはならない反射領域と、を有するであろう。レンズアレイが横方向に延在するので、画像全体をトレースするのに複数の光パルスを使用する必要はない。
【００３０】
入射エネルギーをマスク全体に照射することにより、エネルギーを通過させうるマスク部分は、あたかも画像全体が単レンズによりトレースされるたかのごとく、フローティング画像を描く多くの個別の高発散光円錐を形成するであろう。その結果として、マイクロレンズシート中に全複合画像を形成するのに、単一の光パルスだけが必要であるにすぎない。他の選択肢として、反射マスクの代わりにガルボメトリック（ｇａｌｖｏｍｅｔｒｉｃ）ｘｙスキャナーのようなビーム位置決め装置を用いて、局所的にレンズアレイに投光し、アレイ上の複合画像をトレースすることができる。この方法を用いるとエネルギーが空間的に局在化されるので、アレイ中のごく少数のレンズレットだけが任意の所与の時刻に投光される。投光されたレンズレットは、マイクロレンズ化材料に暴露するのに必要な高発散光円錐を提供することにより、シート中に複合画像を形成するであろう。
【００３１】
レンズアレイ自体は、個別のレンズレットから作製するかまたはモノリシックレンズアレイを形成するエッチングプロセスにより作製することができる。レンズに好適な材料は、入射エネルギーの波長において非吸収性の材料である。アレイ中の個々のレンズは、好ましくは、０．３よりも大きい開口数および３０マイクロメートルよりも大きいが１０ｍｍよりも小さい直径を有する。これらのアレイは、レンズ材料に対して内部損傷を引き起こす可能性のある背面反射の影響を低減させるために、反射防止コーティングを有していてもよい。このほか、アレイを離れる光の発散を増大させるために、負の有効焦点距離およびレンズアレイと等価な寸法を有する単レンズも使用してもよい。モノリシックアレイ中の個々のレンズレットの形状は、大きい開口数を有しかつ約６０％を超える大きい充填率を提供するように選択される。
【００３２】
図４は、マイクロレンズシートに当たる発散エネルギーの概略図形表示である。表面上または内部に画像Ｉが形成される材料層の部分は、マイクロレンズごとに異なる。なぜなら、それぞれのマイクロレンズは、異なる観察点で入射エネルギーを「受ける」からである。したがって、それぞれのマイクロレンズに関連づけられた層状材料中にユニークな画像が形成される。
【００３３】
画像化後、延在する被写体のサイズに依存して、被写体の全部または一部分の画像が、それぞれのマイクロスフェアの背後にある放射線感受性材料の中に存在するであろう。実際の被写体がマイクロスフェアの背後に画像として再生される度合は、マイクロスフェアに入射するエネルギー密度に依存する。延在する被写体の部分は、それらのマイクロスフェアに入射するエネルギーが、その材料を改変するのに必要な放射線のレベルよりも低いエネルギー密度を有するマイクロレンズの領域から十分に遠く離れているであろう。さらに、空間的に延在する画像の場合、固定されたＮＡレンズを用いて画像を形成するとき、延在する被写体のすべての部分について、シートのすべての部分が入射放射線に暴露されるとは限らないであろう。その結果として、被写体のそれらの部分は、放射線感受性媒質中で改変されず、被写体の部分的画像だけがマイクロスフェアの背後に現れるであろう。図５は、個別のマイクロスフェアに隣接する放射線感受性層中に形成されたサンプル画像を示すとともに記録画像が複合画像の完全な複製から部分的な複製までに及ぶことをさらに示すマイクロレンズシートの断面の斜視図である。図６および７は、本発明に従って画像化されたマイクロレンズシートの光学顕微鏡写真である。この放射線感受性層は、アルミニウム層である。そこに示されているように、画像のいくつかは完全であり、他のものは部分的である。
【００３４】
これらの複合画像は、いずれも実際の被写体のさまざまな鳥瞰像を有する多くの画像（部分的画像および全体的画像の両方）をまとめた結果であると考えることができる。ミニチュアレンズのアレイを介して多くのユニークな画像が形成される。それらはいずれも、被写体または画像を異なる観察地点から「見た」ときのものである。個々のミニチュアレンズの背後に、画像の形状および画像化エネルギー源を受ける方向に依存する画像の鳥瞰像が層状材料中に生成される。しかしながら、レンズから見えるすべてが放射線感受性材料中に記録されるとは限らない。レンズから見える画像または被写体のうち、放射線感受性材料を改変するのに十分なエネルギーを有する部分だけが記録されるであろう。
【００３５】
画像化される「被写体」は、強い光源を用いて「被写体」のアウトラインをトレースすることによりまたはマスクを使用することにより形成される。このようにして記録される画像に複合的様相をもたせるために、被写体からの光は、広範な角度範囲にわたり放射されるものでなければならない。被写体から放射される光が被写体の単一点から出て広範な角度範囲にわたり放射される場合、光線はすべて、被写体に関する情報を所有しており、その情報は光線の角度から眺めたときの情報であるが、その単一点から得られる情報だけである。ここで、光線が所有する被写体に関する情報を相対的に完全なものとするために、被写体を構成する点の集まりから広範な角度範囲にわたり光を放射させなければならない点を考慮されたい。本発明では、被写体から送られる光線の角度範囲を、被写体とマイクロレンズ材料の間に配置された光学素子により制御する。これらの光学素子は、複合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。光学素子の最良の選択が行われれば、円錐の頂点が被写体の位置で終端する光円錐が得られる。最適な円錐角は、約４０度よりも大きい。
【００３６】
被写体は、ミニチュアレンズにより縮小され、被写体からの光は、ミニチュアレンズの背面に当接するエネルギー感受性コーティング上に結像される。レンズの背面に結像されるスポットまたは画像の実際の位置は、被写体を起点とする入射光線の方向に依存する。被写体上の点から送られるそれぞれの光円錐は、一部のミニチュアレンズに投光され、十分なエネルギーで投光されたミニチュアレンズだけが、被写体のその点の永久画像を記録するであろう。
【００３７】
幾何光学を用いて本発明に係る種々の複合画像の形成について説明する。先に述べたように、以下に記載の画像化プロセスが本発明の好ましい実施形態であるが、他の実施形態を除外するものではない。
【００３８】
Ａ．シートの上側に浮く複合画像の形成
図８について説明する。ここでは、入射エネルギー１００（この例では光）を光ディフューザー１０１上に誘導して光源の不均一をすべて均一化させる。拡散散乱光１００ａを捕捉して光コリメーター１０２により平行光線にする。この光コリメーター１０２は、均一に分配された光１００ｂを発散レンズ１０５ａの方向に誘導する。発散レンズからの光線１００ｃは、マイクロレンズシート１０６の方向に発散する。
【００３９】
マイクロレンズシート１０６に当たる光線のエネルギーは、個々のマイクロレンズ１１１により層状材料（図示された実施形態では放射線感受性コーティング１１２）上に結像される。この結像されたエネルギーは、放射線感受性コーティング１１２を改変して画像を形成する。この画像のサイズ、形状、および外観は、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。
【００４０】
図８に示される構成では、以下に記載されているように観察者が見るとシートの上側に浮いて見える複合画像を備えたシートが提供されるであろう。なぜなら、発散光線１００ｃは、レンズを通って後方に延長すると、発散レンズの焦点１０８ａで交差するからである。別の言い方をすれば、層状材料からマイクロスフェアのそれぞれを通りさらに発散レンズを通って戻るように仮想的「画像光線」をトレースした場合、画像光線は、複合画像が現れる１０８ａで出会うであろう。
【００４１】
Ｂ．シートの上側に浮く複合画像の観察
観察者と同じ側（反射光）もしくは観察者から見てシートの反対側（透過光）または両側からシートに当たる光を用いて、複合画像を有するシートを観察することが可能である。図９は、反射光下で観察者Ａの肉眼で見たときにシートの上側に浮いて見える複合画像の概略図である。正視になるように肉眼を補正してもよいが、たとえば、拡大したり特別なビューワーを用いたりするような補助は行わないものとする。画像化シートを反射光（平行光であっても拡散光であってもよい）で照明した場合、光線は、光線が当たる層状材料により決定される様式で画像化シートから反射されて戻ってくる。当然のことながら、層状材料中に形成された画像は、層状材料の非画像化部分と異なって見えるので、画像を知覚することができる。
【００４２】
たとえば、光Ｌ１は、材料層により反射されて観察者の方向に戻りうる。しかしながら、層状材料は、その画像化部分から光Ｌ２を反射させて観察者の方向に十分にまたは完全に戻すことはできない。したがって、観察者は、１０８ａで光線の不在を検出しうる。それが合わさると、シートの上側に浮いて見える複合画像が１０８ａに形成される。要するに、光は、画像化部分以外の全シートから反射されうる。このことは、相対的に暗い複合画像が１０８ａに現れることを意味する。
【００４３】
また、非画像化材料が入射光を吸収または透過し、画像化材料が入射光をそれぞれ反射または部分吸収して、複合画像を提供するのに必要なコントラスト効果を提供することも可能である。それらの状況下では、複合画像は、相対的に暗く見えるシートの残りの部分と比較して相対的に明るい複合画像として現れであろう。この複合画像は、光の不在ではなく、焦点１０８ａに画像を形成する実際の光であるので、「実像」と呼んでもよい。所望に従って、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。
【００４４】
特定の画像化シートは、図１０に示されるように、透過光によりを観察することもできる。たとえば、層状材料の画像化部分が半透明でありかつ非画像化部分が半透明でない場合、ほとんどの光Ｌ３は、層状材料により吸収または反射され、一方、透過光Ｌ４は、層状材料の画像化部分を通過して、マイクロレンズにより焦点１０８ａの方向に誘導されるであろう。複合画像は、焦点に現れるであろう。この例では、焦点は、シートの残りの部分よりも明るく見えるであろう。この複合画像は、光の不在ではなく、焦点１０８ａに画像を形成する実際の光であるので、「実像」と呼んでもよい。
【００４５】
他の選択肢として、層状材料の画像化部分が半透明でなくかつ層状材料の残りの部分が半透明である場合、画像の領域に透過光が不在であるため、シートの残りの部分よりも暗く見える複合画像が提供されるであろう。
【００４６】
Ｃ．シートの下側に浮く複合画像の形成
観察者から見てシートの反対側に保持されているように見える複合画像も提供することも可能である。シートの下側に浮くこのフローティング画像は、図８に示される発散レンズ１０５の代わりに収束レンズを用いて形成することができる。図１１について説明する。ここでは、入射エネルギー１００（この例では光）をディフューザー１０１上に誘導して光源の不均一をすべて均一化させる。次に、拡散光１００ａを集めてコリメーター１０２で平行光線にする。このコリメーター１０２は、光１００ｂを集束レンズ１０５ｂの方向に誘導する。集束レンズからの光線１００ｄは、収束レンズと収束レンズの焦点１０８ｂとの間に配置されたマイクロレンズシート１０６に入射する。
【００４７】
マイクロレンズシート１０６に当たる光線のエネルギーは、個々のマイクロレンズ１１１により層状材料（図示された実施形態では放射線感受性コーティング１１２）上に結像される。この結像されたエネルギーは、放射線感受性コーティング１１２を改変して画像を形成する。この画像のサイズ、形状、および外観は、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。図１１に示される構成では、以下に記載されているように観察者が見るとシートの下側に浮いて見える複合画像を備えたシートが提供されるであろう。なぜなら、収束光線１００ｄは、レンズを通って延長すると、集束レンズの焦点１０８ｂで交差するからである。別の言い方をすれば、集束レンズ１０５ｂからマイクロスフェアのそれぞれを通りさらにそれぞれのマイクロレンズに関連づけられた層状材料中の画像を通るように仮想的「画像光線」をトレースした場合、画像光線は、複合画像が現れる１０８ｂで出会うであろう。
【００４８】
Ｄ．シートの下側に浮く複合画像の観察
シートの下側に浮いて見える複合画像を有するシートは、反射光、透過光、またはその両方で観察することができる。図１２は、反射光下で見たときにシートの下側に浮いて見える複合画像の概略図である。たとえば、光Ｌ５は、層状材料により反射されて観察者の方向に戻りうる。しかしながら、層状材料は、その画像化部分から光Ｌ６を反射させて観察者の方向に十分にまたは完全に戻すことはできない。したがって、観察者は、１０８ｂで光線の不在を検出しうる。それが合わさると、シートの下側に浮いて見える複合画像が１０８ｂに形成される。要するに、光は、画像化部分以外の全シートから反射されうる。このことは、相対的に暗い複合画像が１０８ｂに現れることを意味する。
【００４９】
また、非画像化材料が入射光を吸収または透過し、画像化材料が入射光をそれぞれ反射または部分吸収して、複合画像を提供するのに必要なコントラスト効果を提供することも可能である。それらの状況下では、複合画像は、相対的に暗く見えるシートの残りの部分と比較して相対的に明るい複合画像として現れであろう。所望に従って、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。
【００５０】
特定の画像化シートは、図１３に示されるように、透過光によりを観察することもできる。たとえば、層状材料の画像化部分が半透明でありかつ非画像化部分が半透明でない場合、ほとんどの光Ｌ７は、層状材料により吸収または反射され、一方、透過光Ｌ８は、層状材料の画像化部分を通過するであろう。入射光の方向に戻るそれらの光線（本明細書中では「画像光線」と呼ぶ）を延長すると、複合画像が１０８ｂに形成される。複合画像は、焦点に現れるであろう。この例では、焦点は、シートの残りの部分よりも明るく見えるであろう。
【００５１】
他の選択肢として、層状材料の画像化部分が半透明でなくかつ層状材料の残りの部分が半透明である場合、画像の領域に透過光が不在であるため、シートの残りの部分よりも暗く見える複合画像が提供されるであろう。
【００５２】
Ｅ．複雑な画像
本発明の原理に従って作製される複合画像は、二次元（長さおよび幅を有することを意味する）で出現させかつシートの下側または平面内または上側に出現させることが可能であり、三次元（長さ、幅、および高さを有することを意味する）で出現させることも可能である。三次元の複合画像は、所望に応じて、シートの下側もしくは上側だけに出現させたり、シートの下側、平面内、および上側の任意の組合せ位置に出現させたりすることが可能である。「シートの平面内」という用語は、ごく一般的に、シートをフラットに置いたときのシートの平面を指す。すなわち、フラットでないシートであっても、少なくとも部分的に「シートの平面内」に存在するように見える複合画像を有することができる。本明細書中では、その表現はこのように使用される。
【００５３】
三次元の複合画像は、単一の焦点に出現するのではなく、連続した焦点を有する画像の複合体として出現し、焦点は、シートの一方の端から他方の端までまたはシートの一方の端からシートを貫通して他方の端までに延在する。これは、好ましくは、複数の焦点で材料層が画像化されるように、（複数の異なるレンズを提供するのではなく）シートまたはエネルギー源のいずれかを相対的に逐次移動させることにより達成される。得られる空間的に複雑な画像は、本質的に多くの個別ドットからなる。この画像は、シートの平面に対する３つのデカルト座標のいずれに対しても空間的に延在させることができる。
【００５４】
他のタイプの効果では、消失するマイクロレンズ化シートの領域中に複合画像を移動させことができる。このタイプの画像は、マイクロレンズ化材料の一部分に対して画像化光を部分的にブロックするように不透明マスクをマイクロレンズ化材料に接触させて配置する処理を加えてレビテーション例と同じような方法で形成される。そのような画像を観察するとき、コンタクトマスクにより画像化光が低減または除去された領域中に画像を移動させることができる。画像は、その領域で「消失する」ように見える。
【００５５】
本発明に従って形成される複合画像は、非常に広い観察角度を有しうる。このことは、観察者が、シートの平面と観察軸とがなす広範な角度にわたり複合画像を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マイクロスフェアの単層で構成されたマイクロレンズシート中に形成された複合画像は、０．６４の開口数を有する非球面レンズを使用したとき、中心軸が入射エネルギーの光軸により決定される円錐形の観察視野内で見ることができる。アンビエント照明下では、そのように形成された複合画像は、全角約８０〜９０度の円錐にわたり観察可能である。より少ない発散またはより小さいＮＡを有する画像化レンズを利用すれば、より小さい半角の円錐を形成することができる。
【００５６】
本発明の方法により形成される画像は、限定された観察角度をもたせて構築することができる。いいかえれば、特定の方向またはその方向からわずかに角度がずれた方向から観察したときだけ画像が見える。そのような画像は、レーザー放射線によりレンズの一部分だけが投光されるように最終非球面レンズに入射する光を調整すること以外は以下の実施例１に記載の方法と同じようにして形成される。入射エネルギーでレンズを部分的に満たすようにすれば、マイクロレンズ化シートに入射する発散光の制限された円錐が得られる。アルミニウム被覆マイクロレンズシートの場合、複合画像は、限定された観察円錐内だけに明るいグレイのバックグラウンド上にダークグレイの画像として出現する。画像は、マイクロレンズシートに対して浮くように見える。
【実施例】
【００５７】
以下の実施例により本発明についてさらに説明する。便宜上、図のいくつかを参照しうる。
【００５８】
実施例１
この実施例では、アルミニウム層状材料とシートの上側に浮いて見える複合画像とを備えた埋込レンズシートついて説明する。図１４に示されるタイプの光学列を用いて、フローティング画像を形成した。光学列は、１．０６マイクロメートルの基本波長においてＱスイッチモードで動作するスペクトラ・フィジックス・クオンタ・レイ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｑｕａｎｔａ−Ｒａｙ）^TM ＤＣＲ−２（１０）Ｎｄ：ＹＡＧレーザー３００からなるものであった。このレーザーのパルス幅は、典型的には、１０〜３０ｎｓである。レーザーを出た後、９９％反射鏡３０２、摺りガラスディフューザー３０４、５倍ビーム拡大望遠鏡３０６、ならびに開口数０．６４および焦点距離３９．０ｍｍを有する非球面レンズ３０８により、エネルギーを再誘導した。非球面レンズ３０８からの光を、ＸＹＺステージ３１０の方向に誘導した。ステージは、３つの線形ステージで構成されたものであり、ＡＴＳ５００６０という商品名でペンシルバニア州ピッツバーグのエアロテック・インコーポレーテッド（Ａｅｒｏｔｅｃｈ Ｉｎｃ．ｏｆ Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）から入手可能である。１つの線形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の間の軸（ｚ軸）に沿って非球面レンズを移動させ、他の２つのステージにより光軸に対して互に直交する２つの水平軸でシートを移動させた。
【００５９】
熱レンズ効果により引き起こされるビームの不均一を完全に除去するために、レーザー光を摺りガラスディフューザー３０４の方向に誘導した。ディフューザーのすぐ近くに隣接する５倍ビーム拡大望遠鏡３０６により、ディフューザーからの発散光を平行光にし光ビームを拡大し、非球面レンズ３０８に充填した。
【００６０】
この実施例では、レンズの焦点がマイクロレンズシート３１２の１ｃｍ上に位置するように、ＸＹＺステージのＸＹ平面の上方に非球面レンズを配置した。ＥＤ５００という商品名でカナダ国ケベック州サン・フェイのゲンテック・インコーポレーテッド（Ｇｅｎｔｅｃ，Ｉｎｃ．，ｏｆ Ｓａｉｎｔ−Ｆｅｙ，Ｑｕｅｂｅｃ，Ｃａｎａｄａ）から入手可能な開口エネルギーメーターを用いて、シートの平面におけるエネルギー密度を制御した。非球面レンズの焦点から１ｃｍの位置でエネルギーメーターの投光領域全体にわたり約８ミリジュール毎平方センチメートル（８ｍＪ／ｃｍ²）となるように、レーザー出力を調整した。アルミニウム被覆面が非球面レンズ３０８から対向分離されるように、厚さ８０ｎｍのアルミニウム放射線感受性層を備えた埋込レンズシートのサンプル３１２をＸＹＺステージ３１０に固定した。
【００６１】
Ｕ２１という商品名でペンシルバニア州ピッツバーグのエアロテック・インコーポレーテッド（Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）から入手可能なコントローラーにより、ＸＹＺステージ３１２の移動に必要な制御信号とレーザー３００のパルス化のための制御電圧とを提供した。画像を形成するのに必要なｘ−ｙ−ｚ座標情報、移動コマンド、およびレーザー発射コマンドを有するＣＡＤファイルをコントローラーにインポートすることにより、ステージを移動させた。レーザーをパルス化してマイクロレンズ化材料から所定の離間距離で上方に配置された画像をトレースしながら、Ｘ、Ｙ、およびＺステージの移動を調整することにより、任意の複雑な複合画像を形成した。１０Ｈｚのレーザーパルス速度に対して、ステージ速度を５０．８センチメートル／分に調整した。これにより、マイクロレンズに隣接したアルミニウム層中に連続的複合ラインを形成した。
【００６２】
マイクロレンズ化シートを周囲光で観察したとき、画像は、明るいグレイのバックグラウンドに対してダークグレイであった。焦点とビーズ化シートの表面との間隔を１ｃｍに固定したとき、得られた画像は、シートの約１ｃｍ上方に浮いて見える平面状複合画像であった。さらに、観察者の観察点に対して合理的な大きさの移動を呈したので、観察者は、観察角度に応じて複合画像のさまざまな様相を容易に観察することができた。
【００６３】
実施例２
この実施例では、透明ミラー放射線感受性層を備えた露出レンズシート構築体を用いて、マイクロレンズシートの下側に浮いて見える複合画像を形成した。実施例１で使用した光学列をこの実施例でも使用した。レンズがマイクロレンズシートにほぼ接するように、非球面レンズ３０８に対してマイクロレンズ化シートを配置した。非球面レンズの真下で約１４ｍＪ／ｃｍ²が達成されるようにレーザー出力を調整した。露出レンズシートは、米国特許第３，８０１，１８３号に記載されているような部分的に埋め込まれたマイクロスフェアからなり、マイクロスフェアの一方の面に硫化亜鉛（ＺｎＳ）誘電体ミラーが蒸着されたものであった。ＺｎＳ層の厚さは、公称６０ｎｍであった。実施例１のときと同じように、５０．８ｃｍ／分でシートを移動させながら、レーザーを１０Ｈｚで動作させ、マイクロレンズ化シート中に連続的複合ラインを形成した。ステージシステムにより「球体」パターン（４つの円弧を有する円）をトレースした。
【００６４】
アンビエント照明下で、球体は、白色／黄色バックグラウンドに対して暗色の画像として出現した。暗色の複合画像は、シートの約３９ｍｍ下側に浮いて見えた。複合画像の位置は、非球面レンズの焦点の位置に対応した。この実施例では、レンズの後方約３９ｍｍの位置に対応した。
【００６５】
実施例３
この実施例では、単一の非球面レンズの代わりにレンズアレイを用いて、アルミニウム放射線感受性層を備えた露出レンズシート中に複合画像を形成することについて説明する。図１５中で示されるタイプの光学列を用いて、フローティング複合画像を形成した。光学列は、Ｑスイッチレーザー３００、９９％反射ミラー３０２、光ディフューザー３０４、およびビーム拡大望遠鏡３０６からなるものであった。この実施例で使用した光学列のこれらの素子は、実施例１に記載のものと同等である。この実施例の光学列には、二次元レンズアレイ４０７、反射マスク４０９、および負の両凹レンズ４１１も含まれていた。レーザー放射線に暴露すべきマイクロレンズ化材料４１２の領域と一致させるように、反射マスク４０９の領域は透明であったが、マスクの残りの表面は不透明または反射性であった。
【００６６】
レンズアレイ４０７は、３０３８という商品名でアラバマ州ハンツビルのＭＥＭＳオプティカルＬＬＣ（ＭＥＭＳ Ｏｐｔｉｃａｌ，ＬＬＣ ｏｆ Ｈｕｎｔｓｖｉｌｌｅ，Ａｌａｂａｍａ）から入手可能な溶融シリカ屈折マイクロレンズアレイからなるものであった。この稠密充填球面レンズアレイを、直径７５ｍｍおよび負の焦点距離１５０ｍｍを有する負の両凹レンズ４１１にほとんど接触させて配置した。厚さ８０ｎｍのアルミニウム放射線感受性層を備えた露出レンズシート４１２を、負の両凹レンズ４１１から２５ｍｍ以内に配置した。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との組み合わされた光路の焦点距離から約１ｃｍの位置に配置した。マイクロレンズ化シートの露出レンズの表面で約４ｍＪ／ｃｍ²が得られるようにレーザーからの出力を調整した。単一のレーザーパルスを起動して全画像を暴露した。
【００６７】
得られた画像化マイクロレンズ化シートを周囲光で観察したところ、画像がシートの約１ｃｍ上側に浮いて見えることがわかった。画像は、明るいグレイのバックグラウンドに対してダークグレイに見えた。
【００６８】
実施例４
この実施例では、散乱源からの反射により発散光源を得た。散乱リフレクターは、直径約５ｍｍのセラミックビーズからなるものであった。図１６に示されるタイプの光学列をこの実施例で使用された。それは、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と、それに続いて、入射レーザービームのサイズを直径約１ｍｍに減少させる望遠鏡５０２と、からなるものであった。次に、マイクロレンズシート５１２に対向するセラミックビーズ５０４の半球の約１／４に投光するように、法線から十分に離れた角度でセラミックビーズ５０４に光を当てた。赤外線カメラを介して散乱線を観察することにより、これを確認した。
【００６９】
ＸＹステージ５１０の上方約２５ｍｍの位置にセラミックビーズ５０４を配置した。レーザーからの入射光をサンプルステージに平行になるように調整した。８０ｎｍアルミニウム放射線感受性層を備えた埋込レンズシート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およびレーザーに対する制御信号を提供した。マイクロレンズシートの表面で約８ｍＪ／ｃｍ²が得られるように、レーザー出力を調整した。マイクロレンズ化シート５１２の表面に最も均一な露光が行われるように、セラミックビーズ５０４の投光を調整した。１０Ｈｚでレーザーをパルス化しながら、ＸＹステージ５１０を５０．８ｃｍ／分で移動させた。セラミックリフレクターからの散乱線にマイクロレンズ化シートを暴露しながら、ステージを用いて複雑な画像全体をトレースした。
【００７０】
周囲光で、複合画像は、シートの約２５ｍｍ上側に浮き、明るいグレイのバックグラウンドに対してダークグレイに見えた。観察者の観察位置に対して、画像は大きく移動した。透過光下で、輝く複合画像がシートの約２５ｍｍ上側に浮いた。
【００７１】
実施例５
この実施例では、埋込レンズシートの層状材料は、多層光学スタックからなり、可視スペクトルの特定の色に同調させたものであった。マイクロレンズ化ベースシートの一方の面上に、真空蒸発およびプラズマ重合により薄膜層を堆積させ、クロム層を埋込レンズに隣接させて、クロム／プラズマ重合ブタジエン／二酸化ケイ素／アルミニウムからなる層シーケンスを得た。可視スペクトルの赤色部分、緑色部分、および青色部分の色が得られるように、個々の材料の厚さを調整した。調製した個々の材料の特定の厚さを表１に提供する。
【００７２】
【表１】

【００７３】
次に、多層をラミネート材料に接触させた状態で、被覆マイクロレンズベースシートをバッキングにラミネートした。次に、マイクロレンズシートのライナーを除去して、上記の表により与えられた色を有する埋込レンズの前面を露出させた。
【００７４】
実施例１に記載したような光学列を使用して、この実施例のサンプルを画像化した。この実施例では、非球体の焦点をマイクロレンズシートの上方１ｃｍの位置に配置した。マイクロレンズシートの表面で５ｍＪ／ｃｍ²のエネルギー密度が得られるように、レーザー出力を調整した。投光領域において多層スタックの光学的性質を改変した。球体パターンをトレースすることにより、実施例１に記載したのと同じような方法で多層スタック中に画像を提供した。
【００７５】
アンビエント照明で、投光領域は、マイクロレンズ化シートのバックグラウンド色に対して淡黄色〜橙色に見えた。複合画像はすべて、シートの上側に浮き、観察者に対して移動して見えた。
【００７６】
実施例６
この実施例では、着色複合画像を形成するための放射線感受性層として第２のタイプの多層同調スタックについて説明する。埋込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光学スタックを作製した。マイクロレンズ化ベースシートの一方の面上に、以下の表２に示されるように、真空蒸発により薄膜層を堆積させることにより、クロム／クリオライト／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）、またはクロム／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。可視スペクトルのさまざまな色が得られるように、誘電体材料ＳｉＯ₂、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、およびＭｇＦ₂の厚さを調整した。種々のサンプルで調製した個別の材料の特定の厚さを表２に示す。
【００７７】
【表２】

【００７８】
次に、多層をラミネート材料に接触させた状態で、被覆マイクロレンズベースシートをバッキングにラミネートした。次に、マイクロレンズシートのライナーを除去して、上記の表により与えられた色を有する埋込レンズの前面を露出させた。
【００７９】
実施例１に記載したような光学列を使用して、これらのサンプルを画像化した。この実施例では、最後の非球面レンズの位置をサンプルにほとんど接触するように決定し、シートの下側に浮いて見える複合画像を提供した。表２に示されるようにそれぞれの多層スタックの光学的性質を永久的に改変するエネルギー密度が得られるように、レーザーエネルギーを調整した。実施例１に記載したのと同じような方法で、英数字「ＳＡＭＰＬＥ」をトレースしてこの材料中の画像を得た。アンビエント照明で、複合画像は、マイクロレンズ化シートのバックグラウンド色に対して白色／黄色アウトラインを有し暗色に見えた。複合画像はすべて、シートの約３９ｍｍ下側に浮き、シートを見る観察者に対して移動して見えた。
【００８０】
実施例７
この実施例では、５０原子パーセントの銀と５０原子パーセントの亜鉛とからなる相変化合金（Ａｇ₅₀Ｚｎ₅₀）および放射線感受性層としてクロムと二酸化ケイ素とからなる同調二層スタックを用いて、カラー複合画像を形成した。相変化合金は、放射線を適用しても除去されなかったが、同調二層スタックは、可視電磁スペクトルの青色部分のスペクトル反射率を増大させる。実施例５でマイクロレンズ化ベースシートに多層スタックの薄膜層を堆積させるのに使用したのと同じような方法で、密閉レンズシートのスペーサー層上に放射線感受性層を堆積させた。最初に、クロム層および二酸化ケイ素層を、それぞれ、４０ｎｍおよび２６０ｎｍの厚さになるように高分子スペーサー層上に真空蒸着した。次に、厚さ８０ｎｍのＡｇ₅₀Ｚｎ₅₀合金層を二酸化ケイ素層上にスパッター堆積させた。次に、サンプルをラミネートし、そして剥離してマイクロレンズシートの透明部分を露出させた。
【００８１】
周囲光（反射光）下で観察したところ、シートは、菫色〜青色に見えた。実施例１と同じような光学列を用いて、Ａｇ₅₀Ｚｎ₅₀放射線感受性層を画像化した。Ｑスイッチレーザーの代わりに、１．０６μｍの波長で動作する連続波Ｎｄ：ＹＡＧレーザーをエネルギー源として使用した。光学列中で音響光学モジュレーターを使用することにより、パルス幅を制御した。図１４に示されるタイプの光学列に一次回折ビームを送った。密閉レンズシートのサンプルをＸＹＺステージに固定した。マイクロレンズ化材料で８１０ｍＷのパワーを与えるように、音響光学モジュレーターへのレーザーパワーを調整した。１００マイクロ秒のパルス幅での２０Ｈｚのパルス化が達成されるように、音響光学モジュレーターを設定した。実施例１記載されている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１２ｍｍ上方に配置した。レーザー放射線を放射線感受性層に暴露しながら、ＸＹＺステージを用いて画像をトレースした。
【００８２】
アンビエント照明でシートを観察したところ、画像化領域は、淡青色に見え、マイクロレンズシートの約１２ｍｍ上方に浮いて見えた。
【００８３】
実施例８
この実施例では、銅放射線感受性層を備えた複製レンズ構造体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号に記載されているタイプの複製シートをマイクロレンズシートとして使用した。８０ｎｍの厚さになるように銅の放射線感受性層をシートのフラット表面上に真空蒸発させた。実施例１に記載されているような光学列からのレーザー放射線にマイクロ複製マイクロレンズ化材料を暴露された。マイクロレンズ化材料の表面から６．５ｍｍ離れた位置に焦点がくるように、最後の非球面レンズを配置した。シートの表面で約７ｍＪ／ｃｍ²を与えるように、レーザー出力を調整した。１０Ｈｚでパルス化するようにレーザーを設定し、一方、５０．８ｃｍ／分の速度でＸＹＺステージを移動させた。「球体」パターン（４つの円弧を有する円）はサンプルの上方でトレースした。
【００８４】
アンビエント照明でシートを観察したところ、フローティング球体の帯白色画像が放射線感受性層の銅色に対比して見ることが可能であった。この複合画像は、シートの約６ｍｍ上方に浮いて見えた。
【００８５】
実施例９
この実施例では、平面状複合画像とシートの下側に浮いて見える複合画像との組合せについて説明する。実施例１に記載されている光学的構成を用いて、厚さ８０ｎｍのアルミニウム放射線感受性層を備えた露出レンズ型マイクロレンズシートを画像化した。マイクロレンズシートにほとんど接触させた状態で非球面レンズを配置し、サンプル表面で４ｍＪ／ｃｍ²が生成されるようにレーザー出力を調整した。英数字「ＳＡＭＰＬＥ」をトレースするようにコントローラーをプログラムした。吸収性マスクを開放シートの上に配置した。このマスクは、従来の写真複写機により透過シート上に英数字「３Ｍ」のロウを印刷することにより作製したものである。英数字は放射線を吸収し、一方、周辺領域はレーザー放射線を透過した。「ＳＡＭＰＬＥ」という文字がマスク位置の上側を覆うような形態になるように、この吸収マスクを備えた露出レンズシートを配置した。
【００８６】
アンビエント照明で観察したところ、文字「ＳＡＭＰＬＥ」は、シートの約３９ｍｍ下側に浮いて見え、一方、非暴露文字「３Ｍ」は、シートの平面内に出現した。「３Ｍ」という文字は、「ＳＡＭＰＬＥ」という文字の暗色文字に対比して観察できるにすぎなかった。
【００８７】
実施例１０
この実施例では、複雑な三次元画像を備えたシートについて説明する。厚さ８０ｎｍのアルミニウム放射線感受性層を備えた埋込レンズ型マイクロレンズシートをこの実施例で使用した。実施例１で使用した光学列を使用した。マイクロレンズ化シートをＸＹＺ並進ステージのＸＹ平面に取付け、一方、非球面レンズをｚ軸に取付けた。非球面レンズは、０．６４のＮＡおよび３９ｍｍの焦点距離を有するものであった。５ｃｍの立方体対角長（立方体の２つの対向頂点間距離）を有する等長立方体のアウトラインをトレースするようにコントローラーをプログラムした。コントローラーにプログラムした立方体の相対位置および向きは、複合立方体画像の一方の端部をシートの表面の約５ｍｍ上側に配置し、複合立方体画像の他方の端部をその表面の５．５ｃｍ上方に配置するというものであった。立方体の１頂点が観察者に最も近づく位置にくるように、立方体画像の向きを決定した。
【００８８】
等長立方体をトレースする間、発散レンズとシートとの間隔に関係なくサンプル表面で８ｍＪ／ｃｍ²の一定エネルギー密度を生成するように、レーザーからの１パルスあたりのエネルギーを制御した。レーザーは、１０Ｈｚで動作させ、Ｘ、Ｙ、およびＺステージは、５０．８ｃｍ／分の速度で移動させた。マイクロレンズ化シートから上側に所定の離間距離で等長立方体の画像をコントローラーにより連続的にトレースした。
【００８９】
アンビエント照明で観察したところ、等長複合立方体画像は、明るいグレイのバックグラウンドに対比してダークグレイに見え、表面の５ｍｍ〜５．５ｃｍ上側に浮いて見えた。さらに、観察者が各自の観察位置を変化させると、等長立方体は、マイクロレンズシートの上側に所定の離間距離で回転して見え、異なる観察角度ではそれまで覆い隠されていた立方体の面が現れた。
【００９０】
実施例１１
この実施例では、消失させることのできるフローティング画像について説明する。すなわち、観察角度を変化させることにより、複合画像を観察しうる状態から消失させたり、再び出現させて観察しうる状態に戻したりすることができる。厚さ８０ｎｍのアルミニウム放射線感受性層を備えた埋込レンズシートを使用した。実施例１のものと同じような光学列を用いて画像を形成し、マイクロレンズ化シートの１ｃｍ上側に焦点が位置するようにシートからの非球面レンズの距離を調整した。「球体」パターン（４つの円弧を有する円）を作製するようにコントローラーをプログラムし、サンプル表面で８ｍＪ／ｃｍ²を提供するようにレーザー出力を調整した。サンプル自体を対象にして、半透明テープの正方形切片を埋込レンズシートの表面に取付けた。球体の画像化時、レーザーにより画像化される領域の一部分が半透明テープにより覆われる領域と重なるように、テープの正方形切片を配置した。
【００９１】
周囲光下で画像化シートを観察したところ、フローティング球体パターンは、明るいグレイのバックグラウンドに対比してダークグレイの画像としてシートの１ｃｍ上側に浮いて観察された。観察角度を変えることにより、「球体」は、半透明テープによりマスキングされた領域中に入ったりその領域から出たりした。球体がマスク領域中に入ると、その領域中の球体の部分は消失する。球体がマスク領域から出ると、その領域中の球体の部分は再び出現した。複合画像は、マスク領域中に進入したときに、徐々に消えてなくなったのではなく、ちょうどその領域中に進入したときに完全に消失した。
【００９２】
本発明の複合画像を含有する画像化シートは、示差的であり、通常の装置を用いて複製することは不可能である。複合画像は、パスポート、識別バッジ、銀行券、識別グラフィックス、およびアフィニティーカードのような用途にとくに向いているシートの形態をとることができる。確認を必要とする書類は、識別、認証、および増強に供されるラミネートシート上に形成されたこれらの画像を有することができる。ラミネーションのような従来の接合手段は、接着剤を用いた場合にも用いない場合にも、使用することが可能である。箱詰めされたエレクトロニクス製品、コンパクトディスク、運転免許証、権利証書、パスポート、またはブランド製品のような価値のある物品の供給者は、本発明の多層フィルムを単に製品に適用し、そのようなラベルの付いた価値のある供給源の明らかな物品であることが結果としてその顧客にわかるように教示することが可能である。これらの保護を必要とする製品の場合、複合画像を含有するシートをそれらの構築体に組み込むことにより、またはそのようなシートを製品に接着させることにより、それらの要件は強調ことが可能である。複合画像は、広告、ライセンスプレート、およびユニークな画像の視覚的描写が望まれる他の多くの用途で、ディスプレイ材料として使用することが可能である。複合画像がデザインの一部分として含まれていれば、標識、広告掲示板、またはセミトレーラーのような大きい対象物上の広告または情報は、かなり人目を引くことであろう。
【００９３】
周囲光であっても、透過光であっても、再帰反射シートの場合の再帰反射光であっても、複合画像を備えたシートは、非常に強い視覚的効果を有する。この視覚的効果は、画像化シートが取付けられる物品の外観を良くするための装飾として使用することができる。そのようなアタッチメントを用いれば、ファッションまたはスタイルに対する向上したセンスを示したり、非常に劇的な方法でロゴまたはブランドをデザイナーに提示したりすることが可能である。装飾に適すると考えられるシートの用途としては、普段着、スポーツ着、デザイナーフランド着、外衣、履物、縁なし帽子、縁のある帽子、手袋などのような衣服への適用が挙げられる。同様に、ファッションアクセサリーでも、装飾、外観、またはブランド識別のための画像化シートを利用することが可能である。そのようなアクセサリーとしては、小銭入れ、札入れ、ブリーフケース、バックパック、ファニーパック（ウエストポーチ）、コンピューターケース、旅行用鞄、筆記帳などが挙げられる。画像化シートのさらなる装飾用途は、装飾用画像、ブランド、またはロゴで一般に飾られるさまざまな対象物にまで及びうる。例としては、本、器具、電子部品、ハードウェア、乗物、スポーツ用品、収集物、美術品などが挙げられる。
【００９４】
装飾用画像化シートが再帰反射性である場合、ファッションまたはブランド認知を、安全および身辺警護と組み合わせることができる。衣服およびアクセサリーに取付けられる再帰反射性アタッチメントは周知であり、弱光条件で着用者の可視性および誘目性を増大させる。そのような再帰反射性アタッチメントに複合画像化シートを組み入れた場合、周囲光、透過光、または再帰反射光で、著しい視覚的効果を達成することができる。安全衣および防護衣ならびにアクセサリーの分野で適すると考えられる用途としては、職業用安全衣、たとえば、チョッキ、制服、消防衣、履物、ベルト、および硬質帽子；スポーツ具およびスポーツ着、たとえば、ランニング着、履物、救命胴衣、保護ヘルメット、および制服；幼児用の安全衣；などが挙げられる。
【００９５】
米国特許第５，６９１，８４６号（ベンソン，Ｊｒ．（Ｂｅｎｓｏｎ，Ｊｒ．）ら）、同第５，７３８，７４６号（ビリングスレイ（Ｂｉｌｌｉｎｇｓｌｅｙ）ら）、同第５，７７０，１２４号（マレッキー（Ｍａｒｅｃｋｉ）ら）、および同第５，８３７，３４７号（マレッキー（Ｍａｒｅｃｋｉ））に教示されるように、上述した物品への画像化シートの取付けは、周知の方法により達成することができる。その選択は、基材材料の性質に依存する。布基材の場合、シートをダイカットまたはプロッターカットして、縫着、ホットメルト接着剤、メカニカルファスナー、高周波溶接、または超音波溶接により取付けることが可能である。耐久財の場合、感圧接着剤が好ましい接着手段であろう。
【００９６】
シートを基材または物品に取付けた後、最も良好に画像が形成される場合もある。これは、特注の画像またはユニークな画像が望まれるとき、とくに有用であろう。たとえば、アートワーク、描画、抽象的デザイン、写真などは、コンピューター生成またはコンピューターへのディジタル導入を行って、シート上に、基材または物品にあらかじめ取付けられた画像化されていないシート上に、画像化することが可能である。次に、先に述べたように、コンピューターにより画像生成装置に指令を送ることができよう。同一シート上に複数の複合画像を形成することが可能であり、それらの複合画像は、同一であっても異なっていてもよい。複合画像はまた、印刷画像、ホログラム、等値線、回折格子図、キネグラム、写真などのような他の従来の画像と一緒に使用することも可能である。シートを物品または対象物に適用する前または適用した後、シートに画像を形成することも可能である。
【００９７】
開示された実施形態の種々の変更および組合せは、当業者には自明なものであろう。また、それらの変更は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲内に包含されるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】「露出レンズ」型マイクロレンズシートの拡大断面図である。
【図２】「埋込レンズ」型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備えたマイクロレンズシートの拡大断面図である。
【図４】マイクロスフェアから構成されたマイクロレンズシートに当たる発散エネルギーの図形表示である。
【図５】個別のマイクロスフェアに隣接する材料層中に記録されたサンプル画像を示すとともに記録画像が複合画像の完全な複製から部分的な複製までに及ぶことをさらに示すマイクロレンズシートの断面の平面図である。
【図６】本発明に係るシートの上側に浮いて見える複合画像を提供するように画像化されたアルミニウム皮膜製の放射線感受性材料層を備えたマイクロレンズシートの光学顕微鏡写真である。
【図７】本発明に係るシートの下側に浮いて見える複合画像を提供するように画像化されたアルミニウム皮膜製の放射線感受性材料層を備えた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側に浮いて見える複合画像の形成を示す幾何光学的表示である。
【図９】反射光でシートを見たときに本発明のシートの上側に浮いて見える複合画像を備えたシートの概略図である。
【図１０】透過光でシートを見たときに本発明のシートの上側に浮いて見える複合画像を備えたシートの概略図である。
【図１１】観察時にマイクロレンズシートの下側に浮いて見える複合画像の形成を示す幾何光学的表示である。
【図１２】反射光でシートを見たときに本発明のシートの下側に浮いて見える複合画像を備えたシートの概略図である。
【図１３】透過光でシートを見たときに本発明のシートの下側に浮いて見える複合画像を備えたシートの概略図である。
【図１４】本発明の複合画像の形成に使用される発散エネルギーを生成するための光学列を示す図である。
【図１５】本発明の複合画像の形成に使用される発散エネルギーを生成するための第２の光学列を示す図である。
【図１６】本発明の複合画像の形成に使用される発散エネルギーを生成するための第３の光学列を示す図である。

Claims (13)

1. シートであって、
   ａ．第１および第２の面を有する少なくとも１つの層状マイクロレンズと、
   ｂ．該マイクロレンズの前記第１の面に隣接して配置された層状材料と、
   ｃ．複数の該マイクロレンズのそれぞれに関連づけられて該材料中に形成されるとともに、該材料とコントラストをなす少なくとも部分的に完全な画像と、
   ｄ．該画像のそれぞれにより提供され、肉眼で見ると前記シートの上側もしくは下側、または両側に浮いて見える複合画像と、
   を備える、シート。
2. 前記複合画像が、反射光下で、前記シートの上側に浮いて、前記シートの下側に浮いて、または前記シートの平面内に浮いて見える、請求項１に記載のシート。
3. 前記複合画像が、透過光で、前記シートの上側に浮いて、前記シートの下側に浮いて、または前記シートの平面内に浮いて見える、請求項１に記載のシート。
4. 観察位置が前記シートに対して変化するのに伴って、前記複合画像が前記シートに対して移動して見える、請求項１に記載のシート。
5. 前記シートを見る角度が変化したときに、前記複合画像が消失して再び出現する、請求項１に記載のシート。
6. ２つ以上の複合画像を備える、請求項１に記載のシート。
7. 放射線感受性材料が、フッ化ナトリウムアルミニウム、酸化チタン、オキシ塩化ビスマス、または炭酸鉛から選択される、請求項１に記載のシート。
8. 乗物のライセンスプレートに適用される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシート。
9. 銀行券および他の有価証券に適用される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシート。
10. ファッション衣に適用される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシート。
11. 安全衣に適用される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシート。
12. アクセサリーに適用される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシート。
13. 前記アクセサリーが、小銭入れ、札入れ、ブリーフケース、バックパック、ファニーパック、コンピューターケース、旅行用鞄、筆記帳から選択される、請求項１２のいずれか１項に記載のシート。