JP4794324B2 - 空間的に変化する周期を有するドットマトリックス・ホログラム - Google Patents

Description

本発明は、包装のために回折格子を用い、ホログラフィ画像を生成することに関し、具体的には、そのような回折格子の色の質を改善することに関する。

回折デバイスは、包装紙ためのグラフィック・デザイン、パッケージ・カバー、製品が本物であることを証明するためのラベル、及び他の多くの用途に用いられる。これらのデバイスは、光を色鮮やかなパターンに回折する。これらの回折デバイスすなわち格子は、２本のレーザビームの干渉を記録することによって形成されることが多い。包装産業で用いられる最も一般的なパターンの１つは、実際には、互いに対して９０度で配向された２つの線形干渉パターンを重ね合わせることによって作られる、いわゆるレインボー・ホログラムである。米国特許第４，５６８，１４１号及び米国特許第５，０３２，００３号に記載されるもののような、より複雑なパターンは、様々な角度をもつ小さい回折ユニットで構成されている。しかしながら、各回折ユニット内の周期は一定であり、これを各回折ユニットについて修正し、所望の効果を生じさせることができる。各ユニット内の周期がそのユニットの色を定め、多数のユニットが所望のパターンを構成する。例えば、回折ユニットから角度θで赤色を観察したい場合、以下の方程式によって、該回折ユニット内の格子周期を求めなければならない。

ここで、λ_rは赤色の波長であり、Ｔ_rは回折ユニットについての対応する周期である。

フォトレジスト記録材料上にこれらの回折ユニットを記録する際に、該材料の非線形特性により、同じ格子構造から多数の回折（第２高調波又は低調波）が生じる。その結果、回折ユニットの光効率が低減される。回折パターンが反射面上にエンボス加工されるため、回折色の減少により、パターンが白っぽく、色鮮やかでないように見えるようになる。

本発明は、フォトレジスト記録材料の非線形性の影響を減少させ、鮮明な色を有する回折デバイスを生成できる回折ユニットを提供し、記録方法を説明する。本発明の方法を用いて記録された交差格子デバイスも説明される。回折パターン(diffractive pattern)には、多数のユニットが設けられ、該ユニットのうちの少なくとも１つの中の回折の周期が空間的に変化する。空間的に変化する周期が、材料の非線形特性又はユニット間の隙間のような他の影響を相殺して、高調波を減少させ、色を改善させ得ることが見出された。

図１Ａは、一定の周期Ｔを有する２つの回折ユニット１０及び１２を示す。組み合わせられた２つのユニットが、単純なパターン１４を形成する。これらのユニットは、狭い隙間１６によって分離されている。この隙間は、記録プロセスの際の、これらの構造の配置距離に対する周期構造のサイズのばらつきの結果生じることが多い。周期構造を横切るレーザビームの強さは、

に比例し、ここで、Ｔは格子周期である。このビーム・プロファイルが、Ｓｈｉｐｌｅｙ社のフォトレジストのような感光材料で被覆されたプレートに曝される。現像後、フォトレジスト・プレートの表面プロファイルは、方程式（１）に示されるものと同じ変化を示す。この表面レリーフ・プロファイルは、後にニッケルシムに転写され、続いて、該シムを用いて、反射膜上にレリーフ・パターンをエンボス加工する。膜が光に照射されるときに、レリーフ・パターンが光路又は光位相を修正する。膜から反射した後の光の波面は、ｅ^iφ(x)に比例し、ここでφ（ｘ）は、Ｉ（ｘ）に比例する。

図１Ｂに示されるように、膜からの回折パターンは、１より大きい回折次数を含む。１次回折波１８は、周期Ｔの結果生じるものであり、２次回折２０は、記録の非線形性質に起因する、周期Ｔの第２高調波である。回折ユニット間の隙間により、１次回折に接近して回折次数が生成されることも多い。これらの全ての回折次数が、１次回折の効率を低減させ、回折による色のスペクトルを薄暗くし、コントラストを低くする。

図２Ａは、空間的に変化する周期を有する２つの回折ユニット２２及び２４を示す。これらは、包装の一部の上に単純なパターン２６を形成する。各ユニットの左側の周期が右側の周期より大きいことが明らかである。このような空間的に変化する回折ユニットを形成するためのビーム・プロファイルが、

であり、ここで、ａは空間的な周期変化の変化量を制御するパラメータである。
この種の回折ユニットを有する膜の回折パターンが、図２Ｂに示される。見られるように、２次回折２８は、１次回折３０に対して低減されている。

図３Ａは、レーザビームにより照射されるときの、一定の周期構造からの２つの２次元の回折を示す。中央のビーム３２は、ゼロ次であり、両側のビーム３４及び３６は、それぞれ＋１次及び−１次回折である。回折ビームの形状は円形である。
図３Ｂは、空間的に変化する回折ユニットによる回折パターンを示す。ゼロ次３８の形状は、依然として円形である。しかしながら、＋１次及び−１次回折４０及び４２の形状は楕円形である。

図４Ａは、多数の回折ユニット４６からなる一方向の格子構造を示す。各回折ユニットは、幅Ｗ及び長さＬを有する。各回折構造内の周期は、空間的に変化する周期を有する。
図４Ｂは、図４Ａに示されるような２つの一方向の格子構造を、同じ感光層上に重ね、多数のユニット５０を生成することによって形成される交差格子構造４８を示す。この構造は、４５度ずつ隔てられた８方向に光を回折させることができる。

一実施形態においては、幅Ｗ及び長さＬを有するユニット又はセルの場合、格子セル内の空間周波数の変化△ｆ（ライン／ｍｍ）は、１／Ｗ（ライン／ｍｍ）又は１／Ｌ（ライン／ｍｍ）よりも大きい。言い換えれば、格子セルが大きい程、空間周波数の変化が小さくなる。一実施形態においては、空間周波数は、ユニット又は格子セルの一方の側から他方の側まで線形に変化する。

本発明の新規な概念の範囲から逸脱することなく、修正及びや変更を行い得ることが理解されるであろう。例えば、イーグル・パターン(pattern of eagle)を形成する湾曲したユニットのような不規則な形状のユニットで、パターンを構成してもよい。代替的に、２方向より多い方向の回折パターンを含ませることもできる。空間的に変化する回折パターンは、一部のユニット又は全てのユニット内にあってもよく、一部の方向又は全ての方向内にあってもよい。本発明の回折パターンは、複数のプロセス及び装置のいずれかによって生成することができる。回折パターンを形成するための装置の例が、米国特許第６，７７５，０３７号に述べられており、この特許の開示は、引用によりここに組み入れられる。したがって、前記の記載は、制限ではなく、上記の特許請求の範囲に述べられる本発明の範囲の例証となるように意図される。

一定周期の回折ユニットを有する従来技術の回折パターンの図である。 図１Ａの従来技術の回折パターンのスペクトルの図である。 本発明による、空間的に変化する周期をもつ回折ユニットを有する、基板上の回折パターンの図である。 図２Ａの回折パターンのスペクトルの線図である。 一定周期の格子の従来技術の２次元スペクトルの図である。 本発明による、空間的に変化する格子の２次元スペクトルの図である。 空間的に変化する周期を有する矩形格子からなる線形格子の図である。 空間的に変化する周期を有する矩形格子からなる交差格子の図である。

符号の説明

１０、１２、２２、２４、４６、５０：回折ユニット
１４、２６：回折パターン
１６：隙間
１８、２０、２８、３０：回折次数
２８、３０：回折次光
３２、３４、３６、３８、４０、４２：ビーム
４８：交差格子構造
５０：ユニット

Claims (8)

1. 製造物品であって、
   支持体上の空間的に変化する表面パターンを備え、
   前記パターンは複数の回折ユニットを含み、
   前記回折ユニットの少なくとも１つが、空間的に変化する周期を有し、前記空間的に変化する格子周期は、
   

   

   に比例し、ここで、Ｉ ₁ は前記パターンを描くために使用される光の強度であり、ｘは前記回折ユニットの周期的構造を横切る方向の位置であり、Ｔは名目上の周期であり、「ａ」は、空間的に変化する格子周期の変化量を制御する非０の定数パラメータであることを特徴とする物品。
2. 前記パターンが一方向の回折パターンであることを特徴とする請求項１に記載の物品。
3. 前記パターンが二方向の回折パターンであることを特徴とする請求項１に記載の物品。
4. 前記少なくとも１つのユニットが二方向の回折パターンを有し、前記回折パターンの少なくとも１つが、該ユニット内で空間的に変化することを特徴とする請求項３に記載の物品。
5. 様々なサイズの多数のユニットを含み、前記ユニットのうちの大きいユニットは、該大きいユニット内の回折パターンの周期の変化が、小さいユニットよりも小さくなることを特徴とする請求項１に記載の物品。
6. 物品の製造方法であって、
   支持体上に光学的に変化する表面パターンを形成し、
   複数の回折ユニットを有する前記パターンを形成し、
   前記回折ユニットのうちの少なくとも１つ内の回折パターンの周期を空間的に変化させ、
   前記ユニットの少なくとも１つが、空間的に変化する格子周期を有し、前記空間的に変化する格子周期は、
   

   

   に比例し、ここで、Ｉ ₁ は前記パターンを描くために使用される光の強度であり、ｘは前記回折ユニットの周期的構造を横切る方向の位置であり、Ｔは名目上の周期であり、「ａ」は、空間的に変化する格子周期の変化量を制御する非０の定数パラメータであることを特徴とする方法。
7. 製造物品であって、
   支持体上の光学的に変化する表面パターンを備え、
   前記パターンは、交差格子構造内に複数の回折ユニットを含み、
   前記ユニットの少なくとも１つが、空間的に変化する格子周期を有し、前記空間的に変化する格子周期は、
   

   

   に比例し、ここで、Ｉ ₁ は前記パターンを描くために使用される光の強度であり、ｘは前記回折ユニットの周期的構造を横切る方向の位置であり、Ｔは名目上の周期であり、「ａ」は、空間的に変化する格子周期の変化量を制御する非０の定数パラメータであり、
   前記回折ユニットの少なくとも１つが、レーザビームによる照射に応答して、０次回折ビームとは異なる形状を有する１次回折ビームを生成することを特徴とする物品。
8. 前記０次ビームは、形状が円形であり、前記１次ビームは、形状が楕円形であることを特徴とする請求項６に記載の方法。

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