JP4755196B2 - 製造製品にバイナリーホログラムを印刷する方法およびバイナリーホログラムが印刷された光学レンズ - Google Patents

Description

本発明は、バイナリーホログラムを製造製品（例えば光学レンズ）に印刷する方法に関する。また、本発明は、バイナリーホログラムが印刷された光学レンズにも関する。

ホログラムは、周知の２次元光学物体である。ホログラムは、ソースイメージに基づいており、ソースイメージによる光反射型の位相記録であるといってよい。ホログラムは、適切な光ビームで照射されると、ソースイメージに対応する再生画像を生成する。

バイナリーホログラムは、ピクセルからなるデジタルホログラムであり、各ピクセルが、２進数から選択される振幅値に関連している。

特に製品の信用証明を提供するために、ホログラムが製造製品に印刷されることは周知である。これによって、例えば、偽造を素早く検出することが可能となるため、クレジットカードや紙幣に用いられる。実際、ホログラムの生成及び印刷のために必要な技術的手段によって再生するのが困難であるため、ホログラムは信用証明する要素として用いられる。

しかし、ホログラム印刷は、一般に高価であるため、製造製品のコストの増大を招く。その結果、ホログラムは多くの製品に用いることができないため、市場価格は著しく限定される。それは、例えば、光学レンズ、特に眼に装着するように設計される眼科用レンズと呼ばれる光学レンズに対して言える。眼用レンズの場合、前記ホログラムを凸側又は凹側に印刷できる。

従って、本発明の目的は、ホログラムを製造製品に印刷する方法であって、安価な方法を提供することである。

従って、本発明は、バイナリーホログラムを製造製品の受け面に印刷する方法であって、前記受け面が金属層で覆われ、ａ）ソースイメージに基づいてバイナリーホログラムを生成するステップと、ｂ）スタンピング面上の前記ホログラムに対応するパターンを有するスタンプを作製するステップと、ｃ）前記マスキング溶液で前記スタンピング面に塗布するステップと、ｄ）前記マスキング溶液が前記パターンに沿って前記受け面上に転写するように、前記受け面に対して前記スタンピング面が押圧されるステップと、ｅ）前記金属層の部分が、前記マスキング溶液で覆われていない場合にエッチングされるように、前記受け面とエッチング剤を接触させるステップと、を含む方法を提案する。

したがって、本発明によるホログラム印字方法は、「ミクロ接触印刷」と呼ばれている印刷方法を用いる。かかる方法は周知であり、前記方法のステップｂからステップｅに対応する。ミクロ接触印刷方法は、サブミクロン単位の精度の印刷の実施に適している。従って、ミクロ接触印刷方法は、良質な再生画像を得るホログラフィ要件に適合している。実際、ミクロ接触印刷方法を用いて印刷されるホログラムの精度は、０．１のμｍ（マイクロメートル）より優れている。さらにまた、ミクロ接触印刷によって生成されるホログラムは、安価であり、多量生産スループットに適応している。しかしながら、本発明によって印刷されるホログラムは、スタンプの利用できない場合、画像の再生が極めて困難となりうる。従って、このホログラムは、製品の信用証明する要素として用いることができる。ホログラムを偽造する難しさは、製造製品に印刷されるホログラムパターンが複雑になるという事実に起因する。ホログラムパターンが正しくない場合、すなわち、元のパターンと異なるピクセルやディテールが含まれる場合、再生画像は歪む、或いは、不鮮明となる。

本発明による方法のステップａ）は、計算手段を用いることにより原価高を引き起こすことなく、効率的に実施できる。実際、ソフトウェアは現存し、複雑なソースイメージでさえ、バイナリ計算機創成ホログラムを素早く生成することができる。かかるホログラム生成方法には、長いステップや高価なステップは含まれない。

好都合には、再生画像が、受け面に照射されるレーザー光線によって製造製品に印刷されるホログラムが照明する際に目視できるように、ホログラムは設計される。この場合、再生画像は、容易に目視できる。かかるホログラムは、安価な機器（例えば現在利用可能なレーザーペン）を必要とするのみである。さらにまた、ホログラムの照明が、ホログラムとレーザーとの間の任意の距離によって実施でき、極めて簡単な操作によって再生画像を目視することができる。別の実施形態において、特定のレンズの構成は、所与の距離で画像の解像度を最適化するために、レーザー経路に導入することができる。

ホログラムは、互いに近接するホログラムピクセルを含み、各ホログラムピクセルが、０．２〜４．０μｍ^２からなる表面を有する。好ましくは、ホログラムは、再生画像が良質となるように、多くのピクセル（例えば１００００個以上のホログラムピクセル）を含む。

金属層は、再生画像が受け面に照射される照明ビームの反射モードで目視できるように設計される。或いは、製造製品が透明である場合、ホログラムは、再生画像が照明ビームの透過モードで目視できるように設計される。例えば、かかるホログラムは、光学レンズに適用される。

また、本発明は、前記レンズの表面に印刷されるバイナリーホログラムを有する光学レンズを提供する。それは、特に、眼に装着するのに適したレンズである。ホログラムによってレンズの通常使用を妨げられることを少なくするため、ホログラムは、レンズの外縁付近で印刷することができる。

特に、ホログラムは、上記の方法を用いて印刷される。実際、低コストかつ高スループットのために、かかる印字方法は、光学レンズといった製造製品に適している。さらにまた、必要な生産設備は、光学レンズの既存の加工流通の構造に容易に統合することができる。

光学レンズは、少なくとも１つの擬似球面を有する場合がある。本発明のフレームにおいて、擬似球面とは、すなわち段差や隙間がない、凸面又は凹面の連続面のことをいう。また、球面は、２つの直交する２方向に沿った表面の湾曲半径が等しい特殊の場合である。従って、本願明細書で用いる擬似球面という表現は、球面の場合を含む。例えば、米国特許第５，８１７，２４２号に開示される改良したミクロ接触印刷方法を用いると、バイナリーホログラムが擬似球形のレンズの表面に印刷される。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下の図面を参照して本願明細書に記載される非限定的な実施方法から明らかとなる。

これらの図において、同じ参照番号は、類似の要素又は機能を有する要素を示す。さらに、明確化のため、表示する要素の寸法は、実際の要素の寸法に対応しないものとする。

図１によれば、ホログラム印字方法は、ソースイメージを生成することによって開始する（ステップ１０）。従って、フォトグラフィーに基づく方法、スキャンによる印刷用紙の取得などの様々な方法が用いられる。好適な実施形態によれば、ソースイメージは、コンピュータで生成される。従って、ソースイメージは、ソースイメージのピクセルにそれぞれ関連する光束値を含む二次元配列に記録される。このように、物理的な支持体は、ソースイメージ（例えば紙シート又は表示板）には必要とされない。ソースイメージには、例えば、記号又は一群の英数字などの捺印ロゴを含めてもよい。

次に、ソースイメージに基づいて、バイナリーホログラムを計算する（ステップ２０）。現在、様々なプログラムを利用可能であり、計算を実行してホログラムを別の二次元配列で定義する。この別の配列は、ホログラムピクセルに振幅値をそれぞれ結びつける。各振幅値は、１組の２進数で選択される。これらの２進数は、０及び１又は−１及び＋１でもよく、使用するプログラム又はプログラムのコンフィグレーションパラメータに依存する。再生画像の品質を上げる必要がある場合、印刷される基板の特定の形状や性質を考慮して計算することができる。更に、印刷される基板が光学能を示す場合、レーザ照射下で画像の再生を最適化するために、計算ステップへの影響を考慮することもできる。

バイナリーホログラムに対応するパターンによって、スタンプが製造される（ステップ３０）。図２は、かかるスタンプを例示する。スタンプは、２層のエラストマー積層（それぞれ１０１及び１０２）を含み、剛体１０３に固定される。本体１０３は、任意の形状安定な材料（例えば金属、ガラス又は硬質プラスチック）であってよい。層１０２は層１０１より厚く、両方の層は弾性材料で作製されている。例えば、層１０１及び１０２の厚さは、それぞれ０．５ｍｍ及び２ｍｍである。層１０２は、下面で剛体１０３に固定され、上面で層１０１に固定される。層１０１の上面は、バイナリーホログラムに対応するパターンＰが印刷される。したがって、表面１００の部分は、ホログラムピクセルにそれぞれ対応し、各ホログラムピクセルのバイナリの振幅値に関連する高さレベルを有する。このように、表面１００の２点の高さは、例えば、１μｍの差となるように定義される。表面１００は、スタンプのスタンピング面を形成する。様々な方法はスタンプを製造するために用いてもよく、それらの方法は、公知であり、本願明細書には記載していない。これらの方法の中で、フォトリソグラフィーに基づく方法が、正確なホログラムパターンを有するスタンプを提供するため、好ましい。

スタンプは、眼科用レンズにパターンを印刷するために用いられる。レンズは、任意の材料で作製してもよく、有機物質（例えばポリエチレン系又はアクリレート系の材料）が含まれる。材料は、まず最初に金属層で被覆される。金属は、金、銀、パラジウム、プラチナ、アルミニウム又は銅であってよい。例えば、金属層の厚さは、約３０ｎｍ（ナノメートル）であってよい。蒸発又はスパッタリングとしての公知の方法は、レンズの受け面上へ金属層を蒸着するために用いることができる。眼科用レンズの受け面の直径は、８０ｍｍ（ミリメートル）であってよく、例えば、曲率半径が５５ｍｍより大きい凸面であってよい。

初めに、インクは、直接塗布、インクタンクへのディッピング及びインクスプレーを含む任意の公知の方法によって、スタンピング面１００上へ転写する（図１のステップ４０）。スタンピング面１００上の過剰量のインクは、スタンピング面に濾過した空気又は窒素を吹き付けることによって除去される。

次に、スタンピング面１００は、インクがパターンＰに対応する位置で金属層に蒸着されるように、レンズの受け面に対して押圧される（ステップ５０）。このスタンピング操作において、スタンピング面１００は、スタンプ層１０１及び１０２の変形によって湾曲したレンズの受け面を収容する。実際、層１０２は、層１０１の柔軟な後部支持体として作用する。このために、層１０２は十分に柔軟でなければならないが、パターンＰが、印刷中に受ける変形能力が最小となるように、層１０１は十分に硬い必要がある。より単純な実施形態において、パターン安定性があまり厳しく要求されない場合、層１０１及び１０２は、同一材料の１層に減らすことができる。例えば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社から提供されるＳｙｌｇａｒｄ（登録商標）１８４という名の商品を用いてもよい。

インクは、金属層をエッチングから保護するように設計される。好ましくは、インクは、自己集合分子単層を前記金属層上に形成するように設計される。かかるインクは、高比重の蒸着されたインク層のため、エッチングから保護するのに極めて効率的である。インクは、層の金属材料に結合する官能基を有する分子を含む。各分子の残基（例えば長鎖炭化水素）は、隣接分子と相互作用して、エッチング剤が浸透しない高密度構造を形成する。例えば、ヘキサデカンチオール（Ｃ１６Ｈ３４Ｓ）系のインク（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈから提供される）は、レンズの受け面に蒸着され金層に適している。

スタンプがレンズから除去された後、インクがスタンピング操作において蒸着されていない受け面の位置で、金属層がエッチングされるようにレンズの受け面１００はエッチング剤に接触する（図１のステップ６０）。金属層の材料により、公知のウェットエッチング法を用いてもよい。特に、４０ｍモル／リットルの硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ_３）３）及び６０ｍモル／リットルのチオ尿素（ＣＨ_４Ｎ_２Ｓ）を含有する溶液が、大気温度で金層にエッチングするのに適している。また、エッチング溶液として、ｐＨ調整したシアン化物溶液を用いることもできる。エッチング後、金属層部分は、パターンＰに従って、インクがスタンプによって蒸着されている受け面の位置にのみ残存する。

図３ａ及び３ｂは、レンズに印刷されるバイナリーホログラム３の一部を表す。レンズを１で示し、図３ｂは、図３ａの矢印で示す面におけるレンズの横断面図である。ホログラム３は、ピクセルマトリックス（例えば４００×４００ピクセル）からなる。例えば、各ピクセルは、辺長が１μｍの正方形であってよい。従って、ホログラム３は、小拡散反射した０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形のとして出現する。各ホログラムピクセルは、金属層４の残存部分又はレンズ１の非被覆部分５に対応する。残留する金属部分４の厚さを、ｅで示す。その厚さは、金属層の最初の厚さに等しい。一般のホログラム原理によれば、図３ａのホログラムの縦に配列される金属部分４は、ソースイメージが垂直方向より水平方向に対して平行な構造を有することを示す。

図４ａ及び４ｂの各々は、眼鏡用のブランク１を表す。公知の方法において、眼鏡２は、ブランクに描画される輪郭に従って、ブランクの周辺部分を除去して得られる。輪郭を破線で示す。ホログラム３は、輪郭（図４ａ）の内側又は輪郭（図４ｂ）の外側のブランク１に印刷されてもよい。ホログラムを最終的に眼鏡上に残存させる場合、ホログラム３は輪郭の内側で印刷されるのに適している。従って、例えば、ホログラムの内容を確認することによって、眼鏡を認証することができる。

図５は、ホログラムの内容を確認する再生ステップを例示する。眼鏡２は、制限出力の、例えば赤色のレーザーペン１１０を用いて照射される。レーザー光線１１１は、ホログラム３上に照射される。任意の照明距離は、レーザーペン１１０とホログラム３との間で調整できる。レーザー光線１１１はホログラム３によって回折され、２本の透過ビーム１１２及び１１３に分離する。各透過ビーム１１２、１１３は、再生画像、つまり、１１５及び１１６（どちらもソースイメージに対応する）をそれぞれ生成する。再生画像１１５及び１１６は、ホログラム３から、例えば２０〜５０ｃｍ（センチメートル）の距離をもって離れた位置に形成される。各再生画像は、対応する透過ビーム１１２、１１３の経路上のスクリーン１１４を調整することによって出現させることができる。照明ビームがレーザー型であることから、任意の物体をスクリーンとして使用できる。再生されたソースイメージ１１５、１１６は、数センチメートルであるため、イメージソースの内容が明確に出現し、数人が同時に目視することができる。再生画像１１５及び１１６は例えば逆の回折次数（例えば＋１及び−１）に対応してもよいことから、再生画像１１５及び１１６は鏡像関係にある。図５の例証目的のため、ソースイメージには、文字「ａ」を含むものとする。ソースイメージが、文字「ａ」の代わりにレンズを認証する捺印要素を含んでもよい。

透明なハードコート６（図３ｂ）は、レンズ１の表面のホログラム上に被覆されてもよい。かかるハードコートは、再生画像１１５、１１６の可視性の変形又は減少に起因する傷又は汚れからホログラムを保護する。かかるハードコートは、重合可能な被覆剤であってよい。本発明の好ましい実施形態によれば、ホログラムは、製造製品の受け面において多元的に印刷される。レーザー光線１１１の断面積が約１ｍｍ^２であるため、いくつかのホログラムプリントは同時に照射されてもよい。従って、各ホログラムプリントが、再生画像の生成に関与するため、照射されたホログラムプリント数にほぼ比例して明るく発光する。レンズ１上の複数のホログラムプリント３のいくつかは、互いに近接していることが好都合である。従って、再生画像１１５及び１１６のコントラストは増大する。

ホログラムに対応するパターンＰは、ステップｂ）のスタンプのスタンピング面１００で多元的に再生されてもよい。つまり、レンズの受け面のホログラムプリント３の位置は、ステップｄ）の実行時に、スタンピング面１００のパターン位置によって求められ、スタンピング面全体が受け面に対して押圧される。したがって、本発明を実施するのに必要な時間は、実施されるホログラムプリントの数に実質的に依存しない。

レンズの受け面の位置が任意に選択され、ホログラムプリントによって受け面上に直接目視できるマクロパターンのピクセルがそれぞれ形成される。図６及びその拡大図は、かかる実施形態を例示する。例示される実施例において、ホログラムプリント３は、数ミリメートルの大きさの別の文字「ａ」を形成するために、レンズに印刷される。したがって、レンズの受け面上のソースイメージと前記マクロパターンは関係ないが、受け面にマクロパターン自体はソースイメージと類似している。

本発明によるバイナリーホログラムを印字する方法には、以下の多数の効果がある。−方法は、光学レンズの透過性の要件に適合する。−方法は、光学レンズの美的要件に適合する。−ソースイメージにおいて含まれる捺印要素は、画像再生操作を実行することによって、容易に目視できる。かかる操作は、単純的、迅速的及びコストがかからない操作である。−画像再生操作においてレンズ面との接触を必要としないため、レンズを傷つけるリスクは減少する。

最終的には、再生画像の少なくとも１つが、ソースイメージにポジティブ又はネガティブに対応するように、ホログラムは、レンズに印刷されてもよい。これは、再生画像の明点として、或いは、再生画像の暗点としてのソースイメージの明点のレンダリングに依存する。

さらにまた、詳細に記載されている本発明が、特定の用途に対応するために適合又は変更されてもよいことは明らかである。例えば、記載されている実現方法によって直接得られる方法において、パターンは、ポジティブ印刷してもよく、或いは、ネガティブ印刷されてもよい。

特に、本発明は、「ポジティブミクロ接触印刷」という技術（例えばＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖｏｌｕｍｅ １２４， ｐａｇｅ ３８３４ （２００２）の「Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ」の記事に記載）を用いることによって、直接的に実施される。

また、本発明は、「無電解析出」という技術（例えばＰａｔｔｅｒｎｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｐｐｅｒ ｂｙ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｐａｌｌａｄｉｕｍ （ＩＩ） ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ ｏｎ Ｔｉｔａｎｉｕｍ−ｃｏｖｅｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ， Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｖｏｌｕｍｅ １６， ｐａｇｅ ６３６７ （２０００）の記事に記載）を用いることによって、実施される。

本発明によるホログラムの印刷方法の主なステップ図である。 本発明によるホログラムの印刷に適したスタンプの透視図である。 本発明によって印刷されるバイナリーホログラムの拡大図である。 本発明によって印刷されるバイナリーホログラムの拡大図である。 本発明によって印刷されるホログラムを有する眼科用レンズのブランクを示す。 本発明によって印刷されるホログラムを有する眼科用レンズのブランクを示す。 本発明によって印刷されるホログラムのための再生ステップを例示する。 本発明の改良例によって印刷したホログラムを有する眼科用レンズを示す。

Claims (20)

1. バイナリーホログラムを製造製品の金属層で覆われた受け面の複数の位置にプリントする方法であって、
   ａ）ソースイメージ（１０，２０）に基づいてバイナリーホログラムを生成するステップと、
   ｂ）スタンピング面（１００）上の前記ホログラムに対応するパターン（Ｐ）を有するスタンプを作製するステップと、
   ｃ）マスキング溶液（４０）を前記スタンピング面（１００）に塗布するステップと、
   ｄ）前記マスキング溶液が、平面状又は曲線状である前記パターン（Ｐ）に対応する前記受け面（５０）上に転写するように、前記受け面に対して前記スタンピング面が押圧されるステップと、
   ｅ）前記金属層の部分が、前記マスキング溶液で覆われていない場合にエッチングされるように、前記受け面とエッチング剤（６０）を接触させるステップとを含み、
   前記ステップｂ）において、前記ホログラムに対応する前記パターン（Ｐ）が、前記スタンピング面１００の複数の位置に複製され、
   前記受け面のホログラムプリント（３）の前記複数の位置は、前記ステップｄ）の実行時に、前記スタンピング面全体が前記受け面に対して押圧されるように、前記スタンピング面のパターン位置によって決定される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記バイナリホログラムが、計算機を用いて生成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ホログラムが、前記受け面に照射されるレーザー光線によって前記製造製品にプリントされた前記ホログラムを照明する際に、前記ソースイメージに対応する再生画像を目視できるように設計される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記受け面の位置が選択され、ホログラムプリントによって受け面上に直接目視できるマクロパターンのピクセルがそれぞれ形成される、請求項１〜３に記載の方法。
5. 前記マクロパターンが、前記ソースイメージに対応する前記再生画像の少なくとも１つに類似している、請求項４に記載の方法。
6. 前記ホログラム（３）が、互いに近接するホログラムピクセルを含み、前記各ホログラムピクセルが、０．２〜２５．０μｍ２からなる表面を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ホログラム（３）が、互いに近接するホログラムピクセルを含み、前記各ホログラムピクセルが、０．２〜４．０μｍ２からなる表面を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ホログラム（３）が、１００００個以上のピクセルを含む、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記金属層が、再生画像を前記受け面に照射される照明ビームの反射モードで目視可能に設計される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記マスキング溶液が、自己集合分子単層を前記金属層上に形成するように設計される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記受け面が擬似球面である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記製造製品が、光学レンズ（１，２）である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記光学レンズ（１，２）が、眼科用レンズである、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ホログラム（３）が、前記レンズ（１，２）の外縁付近でプリントされる、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記ホログラム（３）が、前記受け面に照射される光ビームの透過モードで再生画像（１１５，１１６）を目視できるように設計される、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. レンズの表面に、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法を用いてプリントされたバイナリーホログラム（３）を有する光学レンズ（１，２）。
17. 眼に装着するに適した請求項１６に記載の光学レンズ。
18. 前記レンズの表面が擬似球形である、請求項１６又は１７に記載の光学レンズ。
19. 前記ソースイメージが、前記レンズを認証するための捺印要素を含む、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の光学レンズ。
20. 前記ホログラム（３）状の前記表面に配置される透明なハードコート（６）を更に含む、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の光学レンズ。

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