JP5907104B2 - 構造体、構造体の形成方法及び構造体形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、回折・干渉などの光学現象を用いた光制御機能を有するレーザマーキングを施した構造体、この構造体の形成方法、その構造体を形成する構造体形成装置、その構造体で発現する構造色及び／又は回折光の読み取り方法、及び、その構造体を用いた真贋判定方法に関し、特に、構造色を発現するとともに、偽造防止用マーキングの不正な再利用を防ぐことができ、しかも真贋の検証方法が容易な、偽造防止効果を有するレーザマーキングが施された構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法に関する。

商取引においてその商品が真正品であることは、取引秩序を維持し消費者を保護する観点から厳守すべきものである。ところが、複製・模倣した偽造品を流通させて真正品に便乗し、不正に利益を得ようとする行為は後を絶たない。偽造品が流通するようになると、真正品の製造者の収益が下がるばかりでなく、粗悪な偽造品によって消費者から不信を抱かれるようになる。すると、企業イメージの低減、言い換えるとブランド力の損失に繋がる。

偽造品による被害を防ぐために、対象物に真正品と偽造品とを識別するための処置を施すことがよく行なわれている。その処置の一つに偽造防止マーキングがある。これには、偽造困難なものを真正品の証明として対象物に取り付けるものがあり、その一例として、レリーフ型ホログラムからなる画像が形成されたホログラムシールがある（例えば、特許文献１、２参照。）。
ホログラムシールの作製には高度な光学設計技術が必要とされるうえ、複雑な材料構成と高価な原版などが必要とされるため、偽造を困難とさせている。その困難性による偽造防止効果と、独特な色調により一瞥で識別できることや貼るだけで良いという取扱いの良さから広く利用されている。

特開平６−０５９６１２号公報 特許第３５４６９７５号公報

しかしながら、ホログラムシールは、既存の対象物からは比較的容易に剥がすことができ、また他の対象物に貼付して再利用することが可能という欠点があった。ホログラムシールは、貼られていることで真正品を意味するので、剥離した本物のシールを偽造品に貼り付けてしまうと、それが偽造品であることを識別できなくなる。

これに対し、特許文献２に開示のホログラムシールは、シール内層に剥離層を設け、故意に剥がしたときにシール自体が破壊される構造としてある。これにより、剥離後の再利用を阻止できる。ところが、そのために材料構成や製造技術が複雑になるうえ、コストアップにつながる欠点があった。

また、ホログラムシールが精巧に模倣された場合、貼られたホログラムシールが本物であるという検証を行なうには、微小な部位を比較することになり、消費者が容易に行なう訳にはいかなかった。

本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、剥離による再利用を不可能にし、またそれ自体が本物であることを容易に検証することを可能とする構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法の提供を目的とする。

この目的を達成するため、本発明の構造体は、光回折を起こす周期構造を界面に有する空隙部を基材に内包するとともに、基材の表面の一部又は全部に光回折を起こす周期構造を有した構成としてある。

構造体をこのような構成とすると、構造体そのものに周期構造が形成されているため、これを剥離して他に再利用するという行為が不可能となる。このため、ホログラムシールのように既存の対象品から剥がし偽造品に貼付し真正品として流通させるといった行為を阻止できる。
また、空隙部の界面や基材の表面に周期構造を形成した構造とするため、材料構成が簡易となり、コストアップを回避できる。

さらに、空隙部の界面や基材の表面に構造色を発現する周期構造が形成されているため、それら周期構造によりそれぞれ構造色が発現する。そして、基材表面に形成された周期構造による構造色の発現を抑制することで、空隙部の界面に形成された周期構造により発現した構造色を読み取ることができるため、消費者であっても、容易に、対象物の真贋を判定できる。

また、本発明の構造体は、空隙部の界面に形成された周期構造（空隙部界面周期構造）、及び／又は、基材の表面に形成された周期構造（基材面周期構造）が、構造色を発現する規則的配列を有する構造とすることができる。
構造体をこのような構成とすれば、空隙部界面周期構造や基材面周期構造が規則的配列にもとづき構造色を発現できる。

また、本発明の構造体は、周期構造が形成された基材の上面及び／又は下面に、保護層及び／又は反射層を形成できる。
構造体をこのような構成とすると、保護層により、基材面周期構造の損傷を防止でき、ひいては、対象物の真贋判定機能の低下を阻止できる。また、反射層により、発色性を向上できる。

また、本発明の構造体は、空隙部の界面に形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を隠蔽する位置に、基材の表面における周期構造を形成することができる。
構造体をこのような構成とすれば、基材面周期構造にもとづく構造色の発現を抑制することで、それまで隠蔽されていた構造色（空隙部界面周期構造により発現した構造色）を読み取ることができる。

また、本発明の構造体は、空隙部の界面の周期構造、及び／又は、基材の表面の周期構造が、光の照射により形成することができる。
構造体をこのような構成とすると、空隙部界面周期構造や基材面周期構造を、比較的簡易な製造技術により形成でき、コストアップを抑えることができる。

また、本発明の構造体は、周期的強度分布を発生させながら光を照射することで形成できる。
このようにすれば、周期的強度分布が発生することで、空隙部界面周期構造や基材面周期構造を形成できる。

また、本発明の構造体は、基材の表面の一部又は全部に光回折を起こす周期構造を有しており、その周期構造が光の照射により形成されている。
構造体をこのような構成とすると、基材（例えば、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＥＮ）材）の表面に、虹色加飾を施すことができ、これにより、ホログラム加飾に代わる新規の加飾技術を提供できる。
また、構造体そのものに周期構造が形成されているため、これを剥離して他に再利用するという行為が不可能となる。このため、ホログラムシールのように既存の対象品から剥がし偽造品に貼付し真正品として流通させるといった行為を阻止できる。
さらに、基材表面に直接にホログラムを作製できるので、ホログラム転写層など他の材料を必要としない。これにより、コストアップを回避できる。

また、本発明の構造体は、周期構造が、構造色を発現する規則的配列を有している。
構造体をこのような構成とすれば、構造色の発現により、基材表面への虹色加飾が可能となる。

また、本発明の構造体は、周期構造が形成された基材の上面及び／又は下面に、保護層及び／又は反射層を有している。
構造体をこのような構成とすると、保護層により、基材面周期構造又は反対面の損傷を防止して、発色性を維持できる。また、反射層により、微細周期構造体からの回折光を増大させるなどして、発色性を向上できる。

また、本発明の構造体は、周期構造が、周期的強度分布を発生させた光の照射により形成されたものである。
構造体をこのような構成とすると、周期的強度分布が発生することで、基材面周期構造を形成できる。

また、本発明の構造体は、周期構造が、基材に対して、当該基材が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射することにより形成されたものである。
構造体をこのような構成とすれば、基材の表面に周期構造を形成できる。

また、本発明の構造体の形成方法は、基材に光を照射することで、基材の内部に空隙部を生じさせ、この空隙部の界面に周期構造を形成し、その光とは異なる波長の光を基材に照射することで、基材の表面の一部又は全部に周期構造を形成する方法とすることができる。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、空隙部界面周期構造や基材面周期構造を、簡易な方法で形成できる。

また、本発明の構造体の形成方法は、基材が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光と、不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光とを、基材に対して同時照射する方法とすることができる。
構造体の形成方法をこのような方法とすれば、基材が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射することで空隙部界面周期構造を形成でき、不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射することで基材面周期構造を形成できる。そして、それら光を同時に照射することで、別々に照射した場合に比べて構造体の製造時間を短縮できる。

また、本発明の構造体の形成方法は、基材が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射した後に、基材が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、空隙部界面周期構造を確実に形成し、その後に、基材面周期構造を形成することができる。

また、本発明の構造体の形成方法は、周期的な強度分布を発生させるように、構造体形成装置が基材に光を照射する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、空隙部の界面や基材の表面に周期構造を形成できる。

また、本発明の構造体の形成方法は、光を照射することで、基材の表面の一部又は全部に周期構造を形成する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすれば、光を照射するという簡易な方法で、基材面周期構造を形成できる。
また、その方法が光の照射であるため、非接触での形成が可能となる。これにより、既に形成された対象物に後加工でホログラムを作製することができる。例としてＰＥＴボトルでは、ブロー成形後や充填後に、そのＰＥＴボトルへの後加飾が可能となる。
さらに、対象物が曲面形状であっても基材面周期構造の形成が可能である（多少の凹凸があってもよい）。しかも、版型が不要であり、デザインの自由度を高めることができる。また、リアルタイム加工が可能である。

また、本発明の構造体の形成方法は、周期的強度分布を有する光を照射することで、基材の表面に光回折を起こす周期構造を形成する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、基材の表面に周期構造を形成できる。

また、本発明の構造体の形成方法は、構造色を発現する規則的配列を有する周期構造を、基材の表面に形成する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすれば、構造色の発現により、基材表面への虹色加飾が可能となる。

また、本発明の構造体の形成方法は、光が、ナノ秒レーザ光又はピコ秒レーザ光である方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、低廉で照射光学系の調整が簡易であるレーザ装置を用いてホログラムを作製できる。

また、本発明の構造体の形成方法は、基材が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射する方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすれば、不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射することで基材面周期構造を形成できる。

また、本発明の構造体の形成方法は、照射するレーザフルエンスを変化させることで、構造色発色の視認性を変化させる方法としてある。
構造体の形成方法をこのような方法とすると、レーザフルエンスの変化により構造色発色の視認性が変化するため、従来のホログラムと比べて発色の視認性を高めることができる。
発色の視認性が異なるのは、照射するフルエンスが小さいときは周期構造がきれいに形成されるため透明性のある発色となり、フルエンスが大きいときは周期構造が乱れて形成されるため半透明で白濁した発色となるからである。半透明な白濁が背景光を遮ることにより、従来のホログラムと比べて構造色発色を視認しやすくしている。
なお、フルエンスとは、１レーザパルスの単位照射面積あたりのエネルギーを示す値をいう。

また、本発明の構造体形成装置は、基材に光照射する構造体形成装置であって、基材の内部に、光回折を起こす周期構造を界面に有する空隙部を形成するとともに、基材の表面に、光回折を起こす周期構造を形成するように、照射パルス数及び／又はレーザ出力を調整するレーザ発振器を備えた構成としてある。

構造体形成装置をこのような構成とすると、レーザ発振器において照射パルス数やレーザ出力を調整することにより、光回折を起こす周期構造を界面に有する空隙部を基材の内部に形成でき、さらに、光回折を起こす周期構造を基材の表面に形成できる。

また、本発明の構造体形成装置は、基材に光照射する構造体形成装置であって、基材の表面に、光回折を起こす周期構造を形成するように、照射パルス数及び／又はレーザ出力を調整するレーザ発振器を備えた構成としてある。
構造体形成装置をこのような構成とすると、レーザ発振器において照射パルス数やレーザ出力を調整することにより、光回折を起こす周期構造を基材の表面に形成できる。

また、本発明の構造色及び／又は回折光読み取り方法は、上記の構造体に、基材と同じ又は近似な屈折率を有する機能材を接触させて、基材の表面の周期構造による構造色及び／又は回折光を抑制し、基材内部の空隙部界面周期構造による構造色及び／又は回折光を読み取る方法としてある。
読み取り方法をこのような方法とすると、機能材を接触させるという簡単な方法で、それまで隠蔽されていた、空隙部界面周期構造による構造色や回折光を読み取ることができる。

また、本発明の真贋判定方法は、上記の構造体に、この構造体の基材と同じ又は近似な屈折率を有する機能材を接触させて、基材の表面の周期構造による構造色及び／又は回折光を抑制し、基材内部の空隙部界面周期構造による構造色及び／又は回折光を読み取り、この読み取った構造色及び／又は回折光と被照合用の構造色及び／又は回折光とを比較し、これらが一致したときは、構造体を有する物が真正品であると判定する方法とすることができる。

真贋判定方法をこのような方法とすれば、読み取られた構造色又は回折光にもとづいて、簡易な方法で、対象物の真贋を判定できる。
例えば、読み取られた構造色で描かれた形状が星型であって、被照合用の構造色で描かれた形状が同じ星型であった場合は、その構造体を有する物が真正品であると判定できる。一方、読み取られた構造色で描かれた形状と被照合用の構造色で描かれた形状とが異なる場合は、その構造体を有する物が偽造品であると判定できる。また、空隙部がもともと形成されていないために、機能材を接触させても構造色が読み取れない場合も偽造品であると判定できる。

以上のように、本発明によれば、構造体そのものに空隙部界面周期構造や基材面周期構造が形成されるため、これらを剥離して再利用することが不可能となる。このため、偽造防止用シールのような偽造品への転用による被害を防止できる。
また、基材の内部には空隙部界面周期構造が形成され、その基材の表面には基材面周期構造が形成されて、各周期構造が構造色を発現するため、基材面周期構造による構造色により、空隙部界面周期構造による構造色を隠蔽することができる。

さらに、基材面周期構造に機能材を接触させて構造色の発現を抑制することで、空隙部界面周期構造による構造色で描かれた形状を読み取ることができる。そして、この読み取った形状と被照合用の形状とを比較することで、対象物の真贋を判定できる。したがって、基材面周期構造に機能材を接触させるといった簡易な方法により、消費者であっても容易に構造体を有する物の真贋を判定できる。

本実施形態の構造体の構造を模式的に表した断面図である。 空隙部が形成された構造体の断面を示す模式図である。 空隙部が形成された構造体の外観を示す斜視画像である。 図２ｂを模式的に示した外観斜視図である。 構造体を上方（図２ｃのＡ方向）から見たときの空隙部の拡大顕微鏡像である。 構造体を側方（図２ｃのＢ方向）から見たときの空隙部の拡大顕微鏡像である。 基材面周期構造が形成された構造体の断面を示す模式図である。 基材面周期構造が形成された構造体の外観を示す斜視画像である。 基材面周期構造を拡大して示したＡＦＭ像である。 ブラッグの法則を説明するための回折格子の配列図である。 保護層が形成された構造体の構造を模式的に表した断面図である。 保護層が形成された構造体の他の構造を模式的に表した断面図である。 反射層が形成された構造体の構造を模式的に表した断面図である。 反射層が形成された構造体の他の構造を模式的に表した断面図である。 保護層及び反射層が形成された構造体の構造を模式的に表した断面図である。 透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置の構成を示す概略図である。 透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置のうち干渉光学系の構成を示す模式的斜視図である。 基材に照射される光の干渉領域を示す図である。 マイクロレンズアレイを用いた構造体形成装置の構成を示す概略図である。 マイクロレンズアレイを用いた構造体形成装置のうち干渉光学系の構成を示す模式的斜視図である。 周期的光強度分布での光照射を示す図である。 基材の透過スペクトル及び所定の波長の光照射で形成される周期構造を示す図である。 周期的光強度分布を生成する方法を示す図であって、（ａ）は、入射光と界面反射光との干渉によって周期的光強度分布を発生させる方法を示す図、（ｂ）は、周期的な光強度分布を有する単光束の光を照射する方法を示す図、（ｃ）は、多光束干渉により周期的な光強度分布を発生させる方法を示す図である。 透過型回折光学素子を用いたときの、周期構造パターンの形成方法を示す図である。 マイクロレンズアレイを用いたときの、周期構造パターンの形成方法を示す図である。 光回折が生じる様子を示した模式図である。 本実施形態の構造体を用いた真贋判定方法を説明するための図であって、（ａ１）及び（ａ２）は、基材面周期構造が形成されたときに発現する構造色を示す図、（ｂ１）及び（ｂ２）は、空隙部界面周期構造が形成されたときに発現する構造色を示す図、（ｃ１）及び（ｃ２）は、基材面周期構造及び空隙部界面周期構造が形成されたときに発現する構造色を示す図、（ｄ１）及び（ｄ２）は、基材面周期構造に機能材が接触したときに発現する構造色を示す図である。 レーザフルエンスを変化させたときの加飾ＰＥＴシートの観察像を示す図である。

以下、本発明に係る構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

［構造体］
まず、本発明の構造体の実施形態について、図１〜図３ｃを参照して説明する。
図１は、本実施形態の構造体の構造を模式的に表した断面図である。
図２ａ〜図２ｅは、構造体のベースとなる基材の内部に形成された空隙部を示す図であって、図２ａは、空隙部が形成された構造体の断面を示す模式図、図２ｂは、空隙部が形成された構造体の外観を示す斜視画像、図２ｃは、図２ｂを模式的に示した外観斜視図、図２ｄは、構造体を上方（図２ｃのＡ方向）から見たときの空隙部の拡大顕微鏡像、図２ｅは、構造体を側方（図２ｃのＢ方向）から見たときの空隙部の拡大顕微鏡像である。
図３ａ〜図３ｃは、構造体の表面（基材面）に形成された周期構造（基材面周期構造）を示す図であって、図３ａは、基材面周期構造が形成された構造体の断面を示す模式図、図３ｂは、基材面周期構造が形成された構造体の外観を示す斜視画像、図３ｃは、基材面周期構造を拡大して示したＡＦＭ像である。

（空隙部、空隙部界面周期構造）
図１及び図２ａ〜図２ｅに示すように、構造体１０の基材１１の内部には、空隙部１２が形成してある。
図２ａに示すように、一つの空隙部１２は、ほぼ銅鑼形の形状をなし、直径は長いもので４０μｍ程度となっている。
この空隙部１２は、銅鑼形の径方向が構造体１０の面方向とほぼ平行し、銅鑼形の厚み方向が構造体１０の厚み方向とほぼ平行して形成される。

空隙部１２の界面には、図１及び図２ａ〜図２ｅに示すように、光回折を起こす周期構造（空隙部界面周期構造１３）が形成してある。そして、その周期構造１３が、構造色を発現する規則的配列を有している。
ここで、周期構造とは、所定の形状がほぼ一定の周期（間隔）で複数形成された構造をいう。本実施形態の空隙部界面周期構造１３においては、図２ａ，図２ｄに示すように、一つの空隙部１２の界面に凹部と凸部がほぼ等間隔で縦横に複数形成されている。この周期構造１３は、空隙部１２の界面全体にわたって形成されている。このため、空隙部１２の界面の断面（凸部の頂点を通る断面）は、図２ａに示すように波型となる。このように、空隙部１２の界面の凹部と凸部の間隔が可視光波長に近いことから構造色を発現する。
なお、周期構造１３の波型の１周期（隣り合う凸部の各頂点間の距離）は、１．５μｍ〜２.０μｍ程度となっている。

また、周期構造に光が入射すると、回折が起こるが、このとき、どの波長が最も強く（光エネルギーが多く）回折するかは、格子周期との比により異なる。一般に、回折は、格子周期に対する光波長の比がおよそ１以下のときに強くなる。
本発明でいう「構造色を発現する規則的配列」とは、格子周期が可視光波長（約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に近いときのことであり、およそ２．０μｍ以下のことである。このとき、可視光が強く回折するので、構造色が観察される。

この空隙部１２は、図２ｂ，図２ｃに示すように、構造体１０のうち光が照射された部分に形成される。
その照射範囲内（同一の面内）では、空隙部１２が複数形成される。
それら複数の空隙部１２は、光の照射範囲内で、横方向にランダムな位置にそれぞれ形成され、しかも、光の照射面からそれぞれ異なる深さのところに形成される。

ここで、同一の面内であって表面からの深さが異なる個々の空隙部１２は、図４に示すように、回折格子としてはたらき、光の入射角度や観察する角度によって、構造体１０は異なる色で発色する（以降、個々の空隙部１２が同一面内で存在する面を回折面という）。
異なる深さ、つまり多層に回折面が存在すると、それぞれの回折面で回折が起こる。このとき、各面からの回折光の位相が揃わないと発色は弱くなるが、位相が揃うと発色は強くなる。具体的には、以下のブラッグ反射式（式１）に則った波長の光で発色が強くなる。

ｍλ＝２Ｄ（ｎ２−ｓｉｎ２θ）１／２ ・・・（式１）

この式１において、ｍは回折次数、λは波長、Ｄは回折面の間隔、ｎは物質の屈折率、θは試料面の法線角度を０°とする観察角度を表す。
回折面が式１に従った間隔で存在する構造体１０の形成が可能となれば、式１を満たす特定の波長の光のみで発色する構造体１０となる。さらに、回折面が増加すると、回折光強度が増すことになるので、発色はより強くなる。
このように、ブラッグの法則に従って発色を起こすものとして、３次元的に周期構造が形成されたフォトニック結晶が知られている。

なお、図２ｂの斜視画像や図２ｄ及び図２ｅの顕微観察像は、構造体１０としてＰＥＴ３×３延伸シートを用いたものである。ただし、構造体１０は、これに限るものではなく、光の照射により内部に空隙部１２が形成される物質であればよい。

（基材面周期構造）
また、図１及び図３ａ〜図３ｃに示すように、構造体１０の基材１１の表面（基材面１４）には、光回折を起こす周期構造（基材面周期構造１５）が形成してある。そして、その周期構造１５が、構造色を発現する規則的配列を有している。なお、ここでいう「構造色を発現する規則的配列」とは、格子周期が可視光波長（約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に近いときのことをいう。
ここで、周期構造の定義は、上述の通りであるが、本実施形態の基材面周期構造１５においては、図３ａ及び図３ｃに示すように、凹部や凸部が基材面１４に沿ってほぼ等間隔に複数形成されている。この周期構造１５は、基材面１４の全体にわたって形成されている。このため、基材面１４の断面（凸部の頂点を通る断面）は、図３ａに示すように波型となる。そして、基材面１４の凸部の間隔が、可視光波長に近いことから構造色を発現する。
なお、基材面周期構造１５の波型の１周期（隣り合う凸部の各頂点間の距離）は、約１.０μｍ程度となっている。

また、基材面周期構造１５は、基材面１４のうち光が照射された部分に形成される。このため、基材面１４の全面に周期構造を形成するには、図３ｂに示すように、基材面１４の面積に応じて光を複数箇所に隙間を空けずに照射するのが望ましい。

なお、図３ｂ及び図３ｃの画像は、構造体１０としてＰＥＴ３×３延伸シートを用いたものである。ただし、構造体１０は、これに限るものではなく、光の照射により基材面周期構造１５が形成される物質であればよい。

このように、本実施形態の構造体１０は、微細周期構造を界面に有する空隙部１２を基材１１に内包し、さらに、基材面１４に微細周期構造を有する構造としてある。そして、それぞれの周期構造１３，１５から回折・干渉等の光学現象による構造色を発現させることで、マーキングをなす。
ここで、マーキングとは、構造色及び／又は回折光を発現する部位が一様に形成された領域、又は、構造色及び／又は回折光を発現する部位を適切に配置することにより描かれた図形もしくは文字などを指す。
これら空隙部界面周期構造１３及び基材面周期構造１５を基材自体に形成することで、これらを剥離して他の対象物に貼付するなどの再利用ができなくなるとともに、それら周期構造１３，１５の消去や改ざんが不可能となる。

なお、構造体１０は、図３ａに示すように、空隙部１２は形成されておらず、基材面周期構造１５のみ形成されたものとすることができる。
この構造体１０においても、基材面１４に微細周期構造を有しているため、この周期構造１５から回折・干渉等の光学現象による構造色を発現させることで、マーキングをなす。
しかも、基材面周期構造１５を基材自体に形成することで、これを剥離して他の対象物に貼付するなどの再利用ができなくなるとともに、基材面周期構造１５の消去や改ざんが不可能となる。

（基材）
基材１１とは、構造体１０のベースとなる部材をいう。
基材１１には、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂などの高分子化合物、ＢＫ７、石英などの光学ガラスやソーダガラスなどを材料として用いることができる。また、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）などのポリエステル化合物等を材料として用いることもできる。
なお、基材１１は、上述の材料に限るものではなく、従来公知の任意好適な材料を用いることができる。ただし、光の照射により空隙部１２，空隙部界面周期構造１３，基材面周期構造１５が形成されることを要する。

（保護層及び反射層）
構造体１０には、図５に示すように、周期構造１５の形成面に保護層１６ａを設けることができる。
保護層１６ａは、基材面周期構造１５が外傷を受けるなどして構造色が発現しなくなるのを防止して、発色性を維持するための保護膜である。
この保護層１６ａは、例えば、アクリルアミノ、ポリエステルアミノ、ポリエステルアクリルアミノなどにより形成できる。

また、同図に示すように、周期構造１５が形成された面とは反対の面に保護層１６ｂを設けることができる。
保護層１６ｂは、反対面が外傷を受けるのを防止する。反対面が傷つき粗くなると、光の散乱が起きるため、この反対面から周期構造１３及び周期構造１５に入射する光が減少し、それぞれの発色性が低下する。また、反対面側から観察した場合、周期構造１３及び周期構造１５からの光が反射面の外傷により遮られてしまうので、それぞれの発色性を損なうことになる。そこで、保護層１６ｂを形成することにより、外傷を防止して、発色性を維持できる。
なお、保護層１６ａ，１６ｂは、図６に示すように、基材面周期構造１５は形成されているものの空隙部界面周期構造１３が形成されていない構造体１０に形成することもできる。
また、保護層１６ａと保護層１６ｂは、両方とも形成することができ、また、一方のみ形成することもできる。

構造体１０には、図７に示すように、周期構造１５の形成面に反射層１７ａを設けることができる。
反射層１７ａは、周期構造１５からの反射光を増大し、形成面側から観察する場合は周期構造１５からの発色を、反対面から観察する場合は周期構造１３、１５からの発色を、より目立ち易く（発色性を向上）するための薄膜である。
この反射層１７ａは、例えば、反射型ホログラムであればアルミ蒸着層により、透明型ホログラムであればＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの透明薄膜により形成できる。

また、同図に示すように、周期構造１５が形成された面とは反対の面に反射層１７ｂを設けることができる。
反射層１７ｂは、周期構造１５の形成面及び周期構造１３を通過して基材１１と反射層１７ｂとの界面で反射し再び周期構造１３及び周期構造１５に入射し外部へ通過する光を増やすことができる。これにより、反射層１７ｂは、発色性を増大できる。
なお、反射層１７ａ，１７ｂは、図８に示すように、基材面周期構造１５は形成されているものの空隙部界面周期構造１３が形成されていない構造体１０に形成することもできる。
また、反射層１７ａと反射層１７ｂは、両方とも形成することができ、また、一方のみ形成することもできる。

さらに、構造体１０には、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、保護層１６と反射層１７の両方を形成することができる。
例えば、図９（ａ）に示すように、基材面周期構造１５が形成された面に反射層１７ａを形成し、さらに、この反射層１７ａの表面に保護層１６ａを形成することができる。
また、図９（ｂ）に示すように、基材面周期構造１５が形成された面に反射層１７ａを形成し、さらに、この反射層１７ａの表面に保護層１６ａを形成し、基材面周期構造１５が形成された面とは反対の面に保護層１６ｂを形成することができる。

さらに、図９（ｃ）に示すように、基材面周期構造１５が形成された面に保護層１６ａを形成し、基材面周期構造１５が形成された面とは反対の面に反射層１７ｂを形成することができる。
また、図９（ｄ）に示すように、基材面周期構造１５が形成された面に保護層１６ａを形成し、基材面周期構造１５が形成された面とは反対の面に反射層１７ｂを形成し、さらに、この反射層１７ｂの表面に保護層１６ｂを形成することができる。

これら図９（ａ）〜（ｄ）に示す構造体１０においても、保護層１６により発色性を維持でき、反射層１７により発色性を向上できる。
なお、図９（ａ）〜（ｄ）においては、基材面周期構造１５と空隙部界面周期構造１３の両方が形成された構造体１０について示したが、これに限るものではなく、基材面周期構造１５は形成されているものの空隙部界面周期構造１３が形成されていない構造体１０においても、保護層１６及び反射層１７の両方を形成することができる。

［構造体形成装置］
次に、構造体形成装置について説明する。構造体形成装置には、透過型回折光学素子を用いたものと、マイクロレンズアレイを用いたものとがある。

（透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置）
まず、透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置について、図１０〜図１２を参照して説明する。
図１０は、該構造体形成装置の構成を示す概略図、図１１は、該構造体形成装置のうち干渉光学系の構成を示す模式的斜視図、図１２は、基材（構造体）周辺で光束が交差し干渉して高強度域を形成する様子を示す図である。

透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置２０は、基材１１（構造体１０）に空隙部界面周期構造１３や基材面周期構造１５を形成するための装置であって、図１０、図１１に示すように、レーザ発振器２１と、ミラー２２と、透過型回折光学素子２３と、凸レンズ２４と、マスク２５と、凸レンズ２６とを備えている。

ここで、レーザ発振器２１は、レーザを出力する装置であって、空隙部界面周期構造１３を形成する場合は、例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザなどのナノ秒レーザ又はピコ秒レーザ、または、Ｔｉ：サファイアレーザなどのフェムト秒レーザを用いることができる。これらパルスレーザは、数Ｈｚ〜数十ｋＨｚの繰り返し周波数を有するが、この繰り返し周期の間蓄えられたエネルギーを数ｆｓ〜数十ｎｓという極めて短い時間幅で放出する。そのため、少ない入力エネルギーから高いピークパワーを効率的に得ることができる。

また、基材１１の内部に周期構造１３を形成するためには、レーザ光を５発から２０発程度照射すればよく、所要時間は数秒程度である。これにより、高速生産が可能となり、構造色を発現する製品を低コストで製造できる。しかも、繰り返し周波数の大きい光源を用いることで、さらなる時間短縮を図ることができる。

このレーザ発振器２１は、照射パルス数を調整する機能を有している。また、レーザ発振器２１は、レーザの出力を調整することで、エネルギー密度（フルエンス：１パルスの照射面積あたりのエネルギー）をコントロールすることもできる。
なお、エネルギー密度のコントロールは、レーザ発振器２１におけるレーザ出力の調整の他、例えば、レーザ出力が同じで照射ビーム径を変化させることによっても実現できる。
また、被照射材内部への周期構造の形成のためには、照射する光が材料内部へ進入する必要がある。照射光が極表面で吸収されないよう、被照射材において適度な透過率を有する波長の光を用いることが望ましい。

また、基材面周期構造１５を形成する場合は、ナノ秒レーザやピコ秒レーザを用いることができる。多くのレーザ加工（例えば、マーキングや穴開け，切断など）において、ナノ秒レーザとピコ秒レーザを用いた場合、熱ダレなどの熱的な加工性を示す。しかし、フェムト秒レーザを用いた場合は異なり、非熱的な加工性を示す。このことから、ナノ秒およびピコ秒レーザを用いた場合でないと、後述する微細周期構造の凹部（ドット）の形状をフルエンスにより異ならせることができない。なお、パルス幅は特には１ｎｓ〜１００ｎｓが適している。

ミラー２２は、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光を反射する。なお、図１０において、ミラー２２は、２つ備えられているが、２つに限るものではなく、任意の数備えることができる。
透過型回折光学素子２３は、表面に微細な凹部又は凸部が周期的に刻まれているために回折を起こす、透過型の光学素子であって、レーザ光を複数の光束に分割する。
凸レンズ２４は、例えば、焦点距離が２００ｍｍの合成石英平凸レンズを用いることができ、この場合は透過型回折光学素子２３から２００ｍｍの位置に置かれる。そして、凸レンズ２４は、透過型回折光学素子２３で分割された複数の光束を通す。

マスク２５は、凸レンズ２４を通過した光束が焦点を結ぶ位置に置かれ、複数の光束のうち干渉に不必要な光束を遮り、必要な光束のみを通過させる。
凸レンズ２６は、例えば、焦点距離が１００ｍｍの合成石英平凸レンズを用いることができ、マスク２５を通過した光束を集光し、光束を交差させ干渉させる。この干渉した領域は、図１２に示すように高強度域の分布となり、この領域で基材１１に照射する。

ここで、干渉縞の周期ｄは、次式で示すことができる。
ｄ＝λ／（２ｓｉｎ（θ／２）） ・・・（式２）
λ：光波長、θ：光束の交差角度

なお、透過型回折光学素子２３によるレーザの分割とマスク２５による光束の選択との関係については、後記の「周期構造パターンの形成方法」における「（透過型回折光学素子を用いた周期構造パターンの形成方法）」において説明する。

（マイクロレンズアレイを用いた構造体形成装置）
次に、マイクロレンズアレイを用いた構造体形成装置について、図１３、図１４を参照して説明する。
図１３は、該構造体形成装置の構成を示す概略図、図１４は、該構造体形成装置のうち干渉光学系の構成を示す模式的斜視図である。

図１３、図１４に示すように、構造体形成装置３０は、レーザ発振器３１と、ミラー３２と、凹レンズ３３と、凸レンズ３４と、マイクロレンズアレイ３５と、マスク３６と、凸レンズ３７とを備えている。
ここで、レーザ発振器３１は、図１０に示した構造体形成装置２０におけるレーザ発振器２１と同様の機能を有している。
ミラー３２は、レーザ発振器３１から出力されたレーザ光を反射する。なお、図１３において、ミラー３２は、２つ備えられているが、２つに限るものではなく、任意の数備えることができる。

凹レンズ３３は、レーザビーム径を拡大する。凸レンズ３４は、拡大されたレーザビーム径を所望の径にする。
マイクロレンズアレイ３５は、微小な凸レンズが碁盤目状に並んだ構造の光学素子であって、レーザを多数の光束に分割する。
マスク３６は、分割された光束のうちのいくつかを選択する。凸レンズ３７は、マスク３６で選択された光束を集める。
なお、マイクロレンズアレイ３５によるレーザの分割とマスク３６による光束の選択との関係については、後記の「周期構造パターンの形成方法」における「（マイクロレンズアレイを用いた周期構造パターンの形成方法）」において説明する。

［構造体の形成方法］
次に、本実施形態の構造体の形成方法について、図１５，図１６を参照して説明する。
図１５は、周期的強度分布を有した光を基材に照射することを示す図、図１６は、照射される光の波長とその照射により形成される周期構造との関係を示す図である。
図１５に示すように、周期的強度分布を有した光１を基材１１に照射することで、周期構造１３を界面に有する空隙部１２を基材１１の内部に形成する。このとき、微細周期構造１３は、周期的強度分布と同じ周期で形成される。
一方、周期的強度分布を有した光２を基材１１に照射することで、基材面１４に周期構造１５を形成する。このとき、微細周期構造１５は、周期的強度分布と同じ周期で形成される。

ここで、光１とは、基材１１が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光、光２とは、基材１１が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光である。これは、すなわち、構造体１０を形成する方法として、基材１１の光学的特性が光波長により異なることを利用している。
基材１１は特定の波長に対して、透過率が７０％以上の透明性、透過率が１０％以上７０％未満の半透明性、透過率が１０％未満の不透明性のいずれかの性質を示す。ある波長に対して基材１１が透明性を示す場合、光は基材内部まで進入する。一方、不透明性を示す場合、光は基材の表面近傍にしか進入しない。
具体的には、図１６に示すように、基材１１が透明性を示す波長領域に含まれる波長としておよそ３３０ｎｍ以上（例えば３５５ｎｍ）の光を照射して空隙部１２及び空隙部界面周期構造１３を形成し、基材１１が不透明性を示す波長領域に含まれる波長としておよそ３１０ｎｍ以下（例えば２６６ｎｍ）の光を照射して基材面周期構造１５を形成する。

ここで、基材１１に不透明性を示す波長のレーザ光を、干渉領域で照射すると、基材１１の表面に周期的な光強度分布が励起し、高強度部（図１２の高強度域）でレーザアブレーションが発生する。
レーザアブレーションとは、レーザ光を物質に照射したとき、その物質が分子クラスターとなって表面から飛散する現象をいう。
このレーザアブレーションが発生することで、基材面周期構造１５が形成される。

基材１１が透明性を示す波長の光と不透明性を示す光との照射に、順序は無い。ただし、好ましくは、先に透明性を示す波長の光を照射し、次に不透明性を示す波長の光を照射する順序が良い。
これは、基材面周期構造１５が形成されていると、空隙部界面周期構造１３を形成する際に周期的光強度分布が乱れてしまい、整った周期構造が形成されず、ゆえに構造色発色が低減するのを避けるためである。
また、透明性を示す波長の光と不透明性を示す波長の光との同時照射でもよい。このとき、構造体の形成時間の短縮が図れる。

周期的強度分布を有した光照射は、周期的に開口を有するマスクを用いた平行光線による照射、または、複数の平行光線を交差させた干渉領域での照射によって実施できる。

基材面周期構造１５を形成するためにはパルスレーザ光を１発程度、空隙部界面周期構造１３を形成するためにはパルスレーザ光を５〜２０発程度照射すればよく、所要時間は数秒程度である。しかも、パルス繰り返し周波数の大きいレーザ光源を用いることで、さらなる時間短縮を図ることができる。

基材面周期構造１５を形成する方法は、上記の他に例えば、ＬＩＰＳ（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）がある。
これは、レーザ照射により物質表面に自発的に周期的強度分布を発生し、自己組織的に形成される微細周期構造である。また、周期構造を有する型を、加熱して基材に押し付けるか加熱した基材に押し付けることで型形状を転写するホットスタンプがある。

上述のＬＩＰＳについては、次の非特許文献に開示されている。
非特許文献：Ｓｙｌｖａｉｎ Ｌａｚａｒｅ著「Ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ．」Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ６９（１９９３）３１−３７ Ｎｏｒｔｈ Ｈｏｌｌａｎｄ

なお、空隙部１２や空隙部界面周期構造１３を形成する場合の周期的光強度分布の生成方法としては、例えば、以下の３つの方法がある。
第一の方法として、図１７（ａ）に示すように、入射光と界面反射光との干渉によって、周期的光強度分布を発生させる方法がある。
第二の方法として、同図（ｂ）に示すように、周期的な光強度分布を有する単光束の光を照射する方法がある。
第三の方法として、同図（ｃ）に示すように、多光束干渉により周期的な光強度分布を発生させる方法がある。
これら周期的強度分布を有した光照射は、周期的に開口を有するマスクを用いた平行光線による照射、または、複数の光束を交差させた干渉領域で照射することで実現できる。

［周期構造パターンの形成方法］
次に、光制御素子として機能させたときの周期構造パターンの形成方法について、図１８、図１９を参照して説明する。
周期構造に光を入射すると、周期性がある方向に回折光があらわれる。
光制御素子とは、回折光のパターン（方向、角度、波長）を制御する素子のことである。この制御は、周期構造のパターン（周期軸数、周期方向、格子周期）によって行なう。これにより、回折を利用した一種のバーコードとして、光情報（回折パターン）を記録することができる。
構造体の周期構造のパターンは、光照射する周期的強度分布と同じパターンになる。つまり、周期的強度分布のパターンを異ならすことで、多様なパターンの周期構造を形成することができる。
周期的強度分布パターンの変化は、開口を有するマスクを用いて平行光線を照射する場合は開口の位置により、複数の光束を公差させた干渉領域で照射する場合は光束の数、交差方向、公差角度、波長により制御できる。
なお、前者の場合、マスクに入射した平行光線は、開口部分の光のみがマスクを通過し、その後直進して対象物に入射する。よって、マスクの開口の位置と同一の周期的強度分布パターンになる。

干渉領域で照射する場合に、１つの光束を分割することで複数の光束を得る方法として、透過型回折光学素子を用いる方法と、マイクロレンズアレイを用いる方法とがある。
以下、それぞれについて説明する。

（透過型回折光学素子を用いた周期構造パターンの形成方法）
透過型回折光学素子を用いる方法は、レーザ光束を透過型回折光学素子に入射し、回折により、直進する光束と回折する光束に分割する。なお、回折する光束は周期がある方向にあらわれる。
透過型回折光学素子による光束の分割と、マスクの開口との関係から、形成される周期構造パターンは、図１８（ａ），（ｂ）のようになる。
ここで、同図（ａ）に示すように、透過型回折光学素子によりレーザが３×３の光束に分割され、それらのうち対角に位置する１対の光束がマスクの開口に対応して通過したとき、斜め縞の周期構造パターンが形成される。
また、同図（ｂ）に示すように、対角に位置する２対の光束がマスクの開口に対応して通過したとき、ドット状の周期構造パターンが形成される。
このように、透過型回折光学素子の分割パターンとマスクの開口パターンとの組み合わせにより、周期構造パターンが異なる。これにより、回折を利用した一種のバーコードとして、光情報を記録することができる。

（マイクロレンズアレイを用いた周期構造パターンの形成方法）
マイクロレンズアレイを用いる方法は、例えるなら、ところてん突きでところてんを押し出すように、レーザ光束をマイクロレンズアレイに入射することで、碁盤目状に複数の光束に分割する方法である。
例えば、マイクロレンズアレイによる光束の分割と、マスクの開口との関係から、空隙部界面周期構造１３や基材面周期構造１５として記録される周期構造パターンは、図１９（ａ）〜（ｃ）のようになる。
ここで、同図（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイによりレーザが３６（６×６）の光束に分割され、それらのうち縦２−横２に位置する光束と、縦５−横５に位置する光束がマスクの開口に対応して通過したとき、斜め縞の周期構造パターンが記録される。このときの周期軸数は１、周期方向は縞の１本が伸びる方向に対して垂直方向となる。

また、例えば、同図（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイによりレーザが２５（５×５）の光束に分割され、それらのうち縦２−横２、縦２−横４、縦４−横２、縦４−横４にそれぞれ位置する光束がマスクの開口に対応して通過したとき、ドットの細かい周期構造パターンが記録される。このときの周期軸数は４、周期方向は一つの凹部を中心として上下左右斜めの８方向となる。

さらに、例えば、同図（ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイによりレーザが２５（５×５）の光束に分割され、それらのうち縦２−横２、縦２−横４、縦３−横３、縦４−横２、縦４−横４にそれぞれ位置する光束がマスクの開口に対応して通過したとき、ドットのやや粗い周期構造パターンが記録される。このときの周期軸数は４、周期方向は一つの凹部を中心として上下左右斜めの８方向となる。

このように、マイクロレンズアレイの分割パターンとマスクの開口パターンとの組み合わせにより、周期構造パターンが異なってくる。これにより、回折を利用した一種のバーコードとして、光情報を記録することができる。

［マーキングの読み取り方法］
次に、マーキングの読み取り方法について、説明する。
ここでは、まず、「構造色又は回折光の読み取り方法」について説明し、次いで、「構造体を用いた真贋判定方法」について説明する。

（構造色又は回折光の読み取り方法）
図２０に示すように、１次元的周期構造（例：すだれ状）または２次元的周期構造（例：格子状）をもつ面に光が入射すると異なる波長毎に異なる角度に分かれる（分散する）現象を、回折という。「回折光」とは、これら回折した全ての波長の光のことである。なお、０次光とは、回折せずに残った光のことである。
光源に自然光（例えば、太陽光）を用いた場合、紫外域、可視域、赤外域の光が異なる角度に回折する。このときさらに、（他の波長域でも同様だが）可視域の回折光は波長（色）毎に異なる角度に回折する（つまり、分光される）ので、可視域の回折光を視認する位置により異なる色彩が見える。本発明の「構造色」とは、可視域の回折光のこと、また可視域の回折光により認識する色彩のことをいう。
なお、可視域とは、ヒトが視認可能な光の波長域であり、波長約４００〜７００ｎｍである。それ以下の波長域を紫外域、それ以上を赤外域といい、ヒトは視認できない。

ある波長の光が回折する角度βは、波長λ、入射角度α、周期構造の周期ｄを用いて次式から求められる。
ｄ（sinα±sinβ）＝ｍλ ・・・（式３）
ここで、ｍは回折次数をあらわす。

例えば、レーザ光線のような単波長のスポット光をマーキングに入射すると、特定の角度だけにスポット状の回折光が現れる。また、マーキングを含む面に一様に単波長の光を照射すると、マーキング部位のみで回折が起こり、特定の角度だけにマーキングと同じ形状で回折光があらわれる。
なお、マーキングとは、回折を起こす部位が一様に形成された領域、又は、回折を起こす部位を適切に配置することにより描かれた図形もしくは文字などを指す。

このことから、「回折光を読み取る」または「構造色を読み取る」こととは、次のいずれかの方法である。
ｉ．既知の単波長の光を特定の角度で入射したとき、既知の格子周期を用いて式３から求められる回折角度において回折光を検知すること
ii．既知の単波長の光を特定の角度で入射したとき、回折光を検知する角度を測定すること
iii．既知の格子周期を用いて式３から求められる回折角度において回折光を検知しうる、既知の単波長の光を入射する角度を測定すること
iv．複数の波長を含む光を特定の角度で入射したとき、既知の格子周期を用いて式３から求められる回折角度において特定波長の回折光を検知すること
ｖ．複数の波長を含む光を特定の角度で入射したとき、特定波長の回折光を検知する角度を測定すること
vi．既知の格子周期を用いて式３から求められる回折角度において特定波長の回折光を検知しうる、複数の波長を含む光を入射する角度を測定すること
上記における回折光は、スポット光を入射した場合は、スポット状、マーキングを含む面に一様な光を入射した場合はマーキングと同じ形状である。

ここで、「回折光を読み取る」ことと「構造色を読み取る」こととの相違は、次の通りである。
「回折光を読み取る」こととは、紫外域、可視域、赤外域のいずれかの回折光を対象にしたときの上記方法をいう。一方、「構造色を読み取る」こととは、可視域の回折光を対象にしたときの上記方法をいう。
また、「回折光を読み取る」場合、可視域の回折光は受光器（検出器）の他、ヒトの目で検知するが、紫外域または赤外域の回折光は受光器で検知する。一方、「構造色を読み取る」場合は、受光器でもヒトの目でも検知できる。

「読み取る」ことによる回折光の検知の有無、あるいは測定角度により、用いた周期構造の格子周期の値が既知のものであるのか、そうでないのかが判定できる。
なお、マーキングを含む面に自然光を入射し、視認する角度で異なる色彩となるマーキングの形状を観察することは、上記方法のiv.に相当する。

「構造体を用いた真贋判定」とは、判定対象である構造体と被照合用の構造体との基材面に機能材を接触させ、両方の空隙部界面周期構造における「回折光を読み取る」あるいは「構造色を読み取る」ことを行い、その結果（検知の有無、測定角度）を照合することである。結果が一致したときは、構造体を有する判定対象は真正品であると判定する。一方、結果が一致しないときは、偽造品であると判定する。

［構造体を用いた真贋判定方法］
図２１（ａ１），（ａ２）に示すように、構造体１０の基材面１４の全体に基材面周期構造１５が形成されている場合には、その基材面１４の全体に、基材面周期構造１５による構造色が発現する。
一方、同図（ｂ１），（ｂ２）に示すように、構造体１０の基材面１４の一部である星型の範囲内で基材内部に空隙部界面周期構造１３が複数形成されている場合には、その星型の範囲で空隙部界面周期構造１３による構造色が発現する。

これらを組み合わせ、基材面周期構造１５と空隙部界面周期構造１３の両方を同一の基材１１に形成した場合には、同図（ｃ１），（ｃ２）に示すように、基材面周期構造１５による構造色だけが視認でき、空隙部界面周期構造１３による構造色は隠蔽される。これは、基材面周期構造１５による構造色と空隙部界面周期構造１３による構造色との両方が発現しているものの、基材面周期構造１５による構造色発色が強く、空隙部界面周期構造１３による構造色発色が弱いために、ヒトの目では、両方が発現しているとき、相対的に十分に強い発色の方しか認識できないからである。なお、回折光の場合でも、受光器をヒトの目と同じように、弱い光は検知せず、強い光を検知するように設定すれば、同じことが言える。

ここで、同図（ｄ２）に示すように、基材１１と同じまたは近似な屈折率を有する機能材を基材面１４に接触させる。これにより、基材面周期構造１５による構造色の発現が抑制され、同図（ｄ１）に示すように、空隙部界面周期構造１３により発現した構造色であるマーキングが視認できるようになる。
このように、機能材を接触させたときに、マーキングが現れるか否かによって、または、現れたマーキングの図形や文字等が所望の図形や文字等と一致するか否かを判定することによって、容易に対象物の真贋を検証できる。

ところで、上述の構造色の抑制は、接する二つの媒質の屈折率差を小さくすると界面での反射率が減少することを利用している。これは、反射率の減少により反射光量が低減し、その結果、周期構造からの回折光量（構造色）が低減するためである。

機能材とは、基材面に接触または密着させると基材面周期構造の細部まで覆い、かつ、基材面に接する面と反対側は滑らかな面となるものである。滑らかな面は、微視的に見て平らであれば良く、巨視的に見れば平面でも曲面でも良い。
機能材には、例えば、水、グリセリン等の油やベンゼン、アセトン、イソプロピルアルコール、キシレン、トルエン、エチルアルコール、メチルアルコール等の有機溶剤などの液体と、シール体などが有する接着体または粘着体などの固体がある。ただし、これらに限るものではない。

なお、上記読み取り方法の適用は、本発明の構造体に限るものではない。例えば、複数の層を有する構造体の外表面と層界面にレリーフ型ホログラムが形成された多重ホログラム構造体にも適用できる。
また、図２１（ａ１），（ａ２）においては、基材面１４の全体に周期構造を形成しているが、全体に限るものではなく、例えば、空隙部界面周期構造１３が形成された範囲を覆う程度の範囲で形成するようにしてもよい。つまり、基材面周期構造１５による構造色が発現することで、空隙部界面周期構造１３により発現した構造色による図形や文字などが判別不可能になればよい。
さらに、空隙部界面周期構造１３によるマーキングは、図２１（ｂ１）に示した星型に限るものではなく、例えば、図形、記号、文字など任意の形状で形成できる。

さらに、図５に示すように保護層１６を有した構造体１０の場合は、以下の方法で対象物の真贋を判定する。
保護層１６が設けられていると、上述のマーキング読み取り方法は実施できない。そこで、内部のマーキングを隠蔽しないように、基材面１４と基材内部に異なるマーキングを施す。このとき、見る向きや角度により異なるマーキングが現出する。異なるマーキングが現れるか否か、または、現れる図形や文字によって、真贋の検証を行なう。
または、保護層１６を必要に応じて取り除くことで、上述のマーキング読み取り方法を実施する。例えば、保護層１６が、最外面に貼付された剥離可能なシール状のもの、摩擦により剥離する膜などがある。

［構造体形成の実施例］
次に、構造体形成の実施例について説明する。
（実施例１）
Ｑ−スイッチパルスＹＡＧレーザの光束を、透過型回折光学素子を通過させることで複数の光束に分割する。各々の光束を、回折光学素子から２００ｍｍの距離に置かれた焦点距離２００ｍｍの合成石英平凸レンズに通過させる。通過した光束が焦点を結ぶ位置において、マスクにより干渉に不必要な光束を遮り、必要な光束のみを通過させる。通過した光束を焦点距離１００ｍｍの合成石英平凸レンズを用いて集光し、光束を交差させ干渉させる。干渉した領域で２軸延伸したＰＥＴシートに照射した。先にレーザ波長３５５ｎｍ（ＰＥＴシート透過率８３％）において照射した。

次に、同波長２６６ｎｍ（同透過率０．３％）に切り換え、照射した。回折光学素子の２次元格子周期は６μｍである。パルスＹＡＧレーザの仕様は、パルス幅５ｎｓ、繰り返し周波数１０Ｈｚである。レーザ波長３５５ｎｍのとき、照射した平均光パワーは１．３５Ｗであり、照射面積は４．５ｍｍφであるので、単位面積あたりの光パワー密度は１Ｗ／ｃｍ^２となった。
このとき２５発照射した結果、延伸ＰＥＴシート内部に空隙部が生じ、その界面に１．５μｍ周期の２次元周期構造が形成された。この構造による構造色が観察された。

同様に、レーザ波長２６６ｎｍのとき、照射した平均光パワーは２４０ｍＷであり、照射面積は４．５ｍｍφであるので、単位面積あたりの光パワー密度は１７９ｍＷ／ｃｍ^２となった。
このとき１発照射した結果、延伸ＰＥＴシート外面に、１μｍ周期の２次元周期構造が形成された。この構造による構造色が観察された。

（実施例２）
実施例１と同様にして、レーザ波長２６６ｎｍのみ２軸延伸したＰＥＴシートに照射した。形成された２次元周期構造により構造色が観察された。
この周期構造に、延伸ＰＥＴシートの屈折率１．６４と近似な屈折率１．５１８であるエステル油（ＣＡＳ−Ｎｒ：１９５３７１−１０−９）を塗布すると、構造色は観察されなくなり、もとの透明な延伸ＰＥＴシートのように観察されるようになった。

（比較例との対比）
真贋の検証機能を有する偽造防止マーキングとして、特許第２７９７９４４号「透明ホログラムシール」（以下、「比較例１」という。）と、特表２００４−５３８５８６「オブジェクトの偽造防止マーキングおよびそのマーキングの識別方法」（以下、「比較例２」という。）がある。
ここで、各比較例と本実施形態の構造体とを比較し、相違点を明確にする。

（構造が異なる場合）
比較例１は、ホログラム層面に低屈折率と高屈折率のセラミック材料からなる多層構造を有している。比較例２は、ホログラフィー効果を生じさせる構造を有する層と１００ｎｍ以下の金属クラスターが分散している層とを有している。
一方、本発明では、基材（層）の内部と外部に構造色（ホログラフィー効果）を生じさせる微細周期構造を有する単層構造である。
各比較例では、両者とも、偽造防止の対象に貼付するための構造体であるので、接着層を有するシール形式である。
一方、本発明では、偽造防止の対象自体に形成する構造体であるので、そのような接着層を有していない。

（検証方法が異なる場合）
比較例１は、セラミック材料からなる多層構造から生じるユニークな色調により真贋を判別することが可能であるとしている。
比較例２は、偽造防止マーキングに反射した光のスペクトルを規定のスペクトルと比較することで真贋を判別するとしている。
一方、本発明は、基材面からの構造色及び／又は回折光を抑制することで内部からの構造色及び／又は回折光が視認又は検知されうることで真贋を判別する。また、視認又は検知された情報を被照合用の情報と検証することで真贋を判別する。

（レーザ光のフルエンスの変化による基材面周期構造の発色比較）
延伸ＰＥＴシートに、パルスＹＡＧレーザ第４高調波（波長２６６ｎｍ）のパルス１発を照射した。この照射したフルエンスは、６、１１、２２ｍＪ／ｃｍ^２であった。また、パルスＹＡＧレーザの仕様は、パルス幅が５ｎｓであった。
その結果、６ｍＪ／ｃｍ^２のときは、透明性のある構造色発色が観察された。
また、１１ｍＪ／ｃｍ^２、そして２２ｍＪ／ｃｍ^２と増大するにつれて、半透明で白濁した発色が観察された。

次に、延伸ＰＥＴシートの全面にわたって、パルスＹＡＧレーザ第４高調波（波長２６６ｎｍ）のパルスを各点に１パルスずつ照射した。この照射したフルエンスは、５ｍＪ／ｃｍ^２と、２０ｍＪ／ｃｍ^２であった。また、パルスＹＡＧレーザの仕様は、パルス幅が５ｎｓであった。
その結果、加飾したＰＥＴシートが得られた。この加飾ＰＥＴシートの観察像を図２２（ａ１），（ａ２），（ｂ１），（ｂ２），（ｃ１），（ｃ２）に示す。同図（ａ１）〜（ｂ２）は、白色の型枠に収めた加飾ＰＥＴシートに、上記条件のレーザ光を照射し、黒地台紙（一部、絵柄付き）を背景に撮影したものである。そして、同図（ａ１）及び（ａ２）は、未発色角度における目視観察像、同図（ｂ１）及び（ｂ２）は、発色角度における目視観察像である。さらに、同図（ａ１）及び（ｂ１）は、レーザ光のフルエンスが５ｍＪ／ｃｍ^２（低フルエンス）の場合、同図（ａ２）及び（ｂ２）は、レーザ光のフルエンスが２０ｍＪ／ｃｍ^２（高フルエンス）の場合である。また、同図（ｃ１）及び（ｃ２）は、ＳＥＭ観察像である。

同図（ａ１）〜（ｂ２）に示すように、５ｍＪ／ｃｍ^２（低フルエンス）のときは、透明性のある構造色発色が観察された。一方、２０ｍＪ／ｃｍ^２（高フルエンス）のときは、半透明で白濁した発色が観察された。つまり、フルエンスを変化させることで、構造色発色の視認性を変化させることが可能となる。
このように、フルエンスを変化させることにより周期構造発色の視認性が異なるのは、同図（ｃ１），（ｃ２）に示すように、形成される周期構造がフルエンスにより異なるからである。
例えば、低フルエンスのときは、同図（ｃ１）に示すように、周期構造の凹部（ドット）が縦横に整然と形成されている。これに対し、高フルエンスのとき、同図（ｃ２）に示すように、各ドットの形状が乱れている。この乱れが、ホワイトノイズとなって背景光を遮ることから、構造色発色の視認性が高まるものと考えられる。

以上説明したように、本実施形態の構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法によれば、構造体そのものに形成された周期構造による構造色及び／又は回折光を用いて、対象物の真贋を判定することができる。また、周期構造は構造体そのものに形成されているため、それを取り出して他の対象物に転用するといった行為が行えなくなる。このため、従来のホログラムシールのように剥がして偽造品に貼付・再利用し、真正品として市場に流通させるといった行為を阻止できる。
また、一種類の基材に周期構造が形成されるため、複数種類の材料を組み合わせて複雑な構造を形成する必要がない。このため、材料構成を簡易にでき、材料コストの上昇を回避できる。
さらに、周期構造は光の照射により形成可能なため、高価な形成装置を導入しなくてもよく、低コストで形成できる。

また、光の照射により非接触で周期構造を形成するため、平面だけでなく、曲面や凹凸面にも、ホログラムを作製できる。
さらに、保護層を形成することにより、基材面周期構造又は反対面の損傷を防止して、発色性を維持できる。また、反射層を形成することにより、微細周期構造体からの回折光を増大させるなどして、発色性を向上できる。
加えて、レーザフルエンスを変化させることにより、構造色発色の視認性が変化するため、従来のホログラムと比べて発色の視認性を高めることができる。

また、基材に空隙部界面周期構造と基材面周期構造とを形成し、基材面周期構造に機能材を接触させることで、その基材面周期構造による構造色の発現を抑制して、空隙部界面周期構造により発現した構造色を読み取り可能とする。このように、機能材を接触させるだけで空隙部界面周期構造による構造色を読み取り可能とするため、一般消費者であっても容易に対象物の真贋を判定することができる。

以上、本発明の構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

例えば、上述した実施形態では、基材の一つの面にのみ基材面周期構造を形成していたが、一つの面に限るものではなく、二以上の面、例えば、板材の場合の表裏両面、立体形状の場合の二以上の面に形成することもできる。
また、上述の実施形態では、本発明の用途として偽造防止マーキングを挙げたが、これに限るものではなく、例えば、上記読み取り方法を利用して内部マーキングが現出する効果を活かした装飾などをその用途することができる。

本発明は、構造体や、この構造体を利用した対象物の真贋判定に関する発明であるため、その構造体を用いた物品、真贋判定を必要とする商品などに利用可能である。

１０ 構造体
１１ 基材
１２ 空隙部
１３ 空隙部界面周期構造
１４ 基材面
１５ 基材面周期構造
１６ 保護層
２０ 透過型回折光学素子を用いた構造体形成装置
２１ レーザ発振器
２３ 透過型回折光学素子
２５ マスク
３０ マイクロレンズアレイを用いた構造体形成装置
３５ マイクロレンズアレイ
３６ マスク

Claims (4)

1. 基材にレーザ光を照射することで、光回折を起こすとともに構造色を発現する規則的配列を有する周期構造を、前記基材の表面の一部又は全部に形成し、
   前記周期構造が乱れて形成されるように前記レーザ光のレーザフルエンスを高くすることによって、前記構造色を半透明で白濁して発色させる
   ことを特徴とする構造体の形成方法。
2. 前記基材に照射される光が、周期的強度分布を有する光である
   ことを特徴とする請求項１記載の構造体の形成方法。
3. 前記基材に照射される光が、ナノ秒レーザ光又はピコ秒レーザ光である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の構造体の形成方法。
4. 前記基材に対して、当該基材が不透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を照射する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の構造体の形成方法。