JPH07325213A - 光パターン発生体ならびにそれを作る装置および方法 - Google Patents

光パターン発生体ならびにそれを作る装置および方法

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JPH07325213A
JPH07325213A JP27277594A JP27277594A JPH07325213A JP H07325213 A JPH07325213 A JP H07325213A JP 27277594 A JP27277594 A JP 27277594A JP 27277594 A JP27277594 A JP 27277594A JP H07325213 A JPH07325213 A JP H07325213A
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layer
transparent plate
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infrared
laser
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JP27277594A
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Richard W Hutton
ダブリュ． ハットン リチャード
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Hutchinson Aerospace and Industry Inc
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Barry Wright Corp
Vari Lite Inc
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    • F21W2131/40—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use
    • F21W2131/406—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use for theatres, stages or film studios

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光パターン発生体を容易に作る。 【構成】 光パターン発生体１０は透明板１２とこれに
結合された反射層１４を有している。反射層１４は赤外
線放射を吸収し、パターンの形状の光ビームの通過を許
容すべく所望のパターンが除去される。光パターン発生
体を作る方法は、透明基体上に反射物質の層を形成し、
所望のパターンを創出すべくレーザーによって層の一部
を除去することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ステージ照明器具、詳
しくはステージ照明器具による画像の投影およびこのよ
うな器具で使用するための、透明基体上の光パターン発
生体、およびこの光パターン発生体を作成する方法およ
び装置に関する。
【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たる米国特許出願第０８／１４７，４９６号（１
９９３年１１月５日出願）の明細書の記載に基づくもの
であって、当該米国特許出願の番号を参照することによ
って当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の
一部分を構成するものとする。
【０００３】
【従来の技術】ステージ照明システムの重要な特徴は、
ステージ照明器具により画像を投影することである。画
像は典型的には光パターン発生体、すなわちゴーボーに
光を通し、それにより形成される画像を投影することで
作成される。典型的なゴーボーは金属シートでできてお
り、その金属シートはシートから切断された画像を有
し、光ビームを通過させる開口部を形成している。ゴー
ボーは、それ故、ある部分では光ビームを遮断し、他の
部分では光ビームを通過させる光用のステンシルとして
動作する。光パターンを作製するための典型的な形態で
は、光プロジェクタの焦点面に位置する投影ゲートの中
にゴーボーを配置する構成を採っている。光プロジェク
タは、光源、反射器（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）、すなわ
ち、光線を焦点面に結像させる反射器、および一つ以上
のレンズ、すなわち、焦点面に形成される画像を投影す
るためのレンズを有している。
【０００４】従来のゴーボーには画像を生成する上での
制約がある。ゴーボーの全ての金属要素は支持されなけ
ればならないので、デザイン上では望ましくない支持部
材がしばしば含まれてしまう。例として、完全な円形デ
ザインは生成することは不可能である。なぜなら、支持
部材が外部から延長して内部の金属を支持しなければな
らないからである。
【０００５】多くの従来のゴーボーは金属シートから打
ち抜かれ、それは多量に生産するときには非常に安価な
ものとなる。ゴーボーはステージ照明に使用される強い
光の中に直接に搭載され、薄赤色になるほど高温にな
る。光ビームにより生じる強い熱は金属ゴーボーに吸収
され、それを軟化し、反らせ、それ故、所望の画像にゆ
がみを生じせしめる。あるゴーボーは光ステンシルの金
属部分を外部から支持する非常に薄い結合リンク（ｃｏ
ｎｎｅｃｔｉｎｇ ｌｉｎｋｓ）を含んでいる。しかし
ながら、これらの薄い結合リンクは、ビームの熱から特
にダメージを受けやすく、ある環境の下では完全に燃え
てしまうので、画像はゆがみ、ゴーボーは破壊される。
【０００６】耐熱のゴーボーを作成しようとする試みに
おいては、ステンレス鋼のような熱抵抗性のある材料
で、レーザービームを使用して所望の画像を切り出して
ゴーボーが作られていた。しかしながら、このような材
料で作成されたゴーボーでさえも、寿命が比較的短く、
頻繁な交換を必要としている。レーザー切断プロセス
は、打ち抜きで出来るよりもより複雑な画像を生成する
事ができるけれど、これらの画像は、通常、多数の非常
に薄い結合リンクおよび光ビームの強い熱の中で破壊さ
れる微細部分により特徴づけられている。
【０００７】アルミニウムゴーボーおよびステンレス鋼
のゴーボーを作製するのに用いられるレーザー切断プロ
セスは、炭酸ガスレーザーを利用する。それは、１０．
６マイクロメータの波長を持ち、典型的なビーム直径は
１２−１５ミリメータすなわち、約０．５インチであ
る。そのようなプロセスではマスクを通してレーザービ
ームを未処理の金属ゴーボーに照射する。マスクはレー
ザーの波長（１０．６μｍ）を反射し、所望の画像の形
状に形成された開口を有さなければならない。金は、こ
のレーザー波長を反射させるのに好ましい材料として頻
繁に利用される。金は比較的高価な材料なので、比較的
多数の同一ゴーボーが作成されるとき、そのコストが正
当なものとされる。
【０００８】第２のプロセスは、レーザービームを一つ
以上のレンズを通し直径が小さくなるよう焦点合わせを
し、それから移動可能な支持テーブルに搭載された未処
理のゴーボー上にそのビームを照射することである。支
持テーブルは２軸方向に移動可能であって、未処理のゴ
ーボーを移動するように制御されるので、レーザビーム
は所望の画像を切断する。このプロセスは、少量のゴー
ボーを制作する場合には上記マスクプロセスよりもより
経済的であるが、しかし、このプロセスは比較的に時間
がかかる。１０．６マイクロメータのレーザービームを
通過させ結像させるのに適したレンズは、セレン化亜鉛
（ZnSe)(ほとんどの可視光線を透過させるが黄色) 、あ
るいは、砒化ガリウム（GaAs),または、ゲルマニウム(G
e)（可視光に対しては不透明）のような外国産で高価な
材料でできている。
【０００９】どのレーザ切断プロセスを使用しても、そ
の結果得られる単純なデザイン以外の全ての金属ゴーボ
ーは、金属パターンの内部部材を支持するための望まし
くない結合リンクを含んでしまう。金属ゴーボーもまた
高出力舞台照明装置の強力な熱に耐えるためには、特別
に使用される金属に依存する最小限の厚さを必要とす
る。ゴーボーの厚さは投影する画像の鮮明さ（crispnes
s)に制約を与える。それは厚いゴーボーにより形成する
画像よりも薄いゴーボーにより形成する画像の方が結像
が容易であるからである。さらに、金属ゴーボーは支持
するのに十分な材料強度をもたらすために、打ち抜きあ
るいはレーザ切断のゴーボーのいずれかで得られる微細
部材の解像度に制約を与える、結合リンクおよび他の微
細部材の対応する最小幅を必要とする。
【００１０】ネオジム：イットリウム−アルミニウム−
ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザーは、特性波長が
１．０６マイクロメータで典型的なビーム径が０．００
１インチ以下で、炭酸ガスレーザーで切断可能な、どの
金属をも切断することができる。しかしながら、極め
て、スピードが遅い。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、１．０
６マイクロメータで非金属材料について低エネルギ吸収
率であるが故に、非金属材料には滅多に使用されない。
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、ガラスないしは水晶囲繞体内
の金属を窓に害を与えないで処理するために有利に使用
される。
【００１１】より最近、ゴーボーは、耐熱ガラスのよう
な透明板の表面に結合されたアルミニウムのような光反
射材料の１つの層として製造されている。光反射層は画
像形状の開口部を持つ。光ビームのある部分は開口部を
通り、画像形状を持つビームを作り出す。反射層は開口
部を通過しないビームの部分を反射させる。このタイプ
のガラスゴーボーは、舞台照明用ビームの強い熱に対し
て非常に耐熱性があり、望ましくない支持部材、すなわ
ち、結合リンクのない画像を作成し、反射層の全部分が
透明基板によって支えられている。ガラスゴーボーは比
較的高価で時間を消費するプロセスによって製作され
る。そのプロセスは米国特許４，７７９，１７６号に記
載されている。
【００１２】上述の特許に記載されているように、ポジ
ティブなフォトレジスト材料の層が、大きく、薄いシー
ト状の透明ガラスの上に所望の画像形状に堆積される。
それから、アルミニウムの薄い層がガラスおよびフォト
レジスト層の上に堆積される。アルミニウム層上に堆積
された多層の絶縁コーティングは「ブラックミラー」を
形成する。それは可視光を吸収する反射しない面であ
る。ガラスシートおよび種々のコーティングはアセトン
にさらされる。アセトンはフォトレジストを溶解し、ガ
ラス上で影響を与えることなくフォトレジストの直ぐ上
の全ての材料層をリフトする。アセトンのエッチングプ
ロセスは、所望の画像形状の開口部を堆積された層を通
して作成する。このプロセスは、１枚のシート上に多数
のガラスゴーボーを作製するために使用され、それは書
き込まれ、個々のゴーボーに分割すべく壊される。
【００１３】上述のプロセスは、フォトレジスト層の堆
積を促進するために、その中に形成された所望の画像を
有する光マスクを必要とする。また、仕上げられたゴー
ボーの製作のためにはかなりのリードタイムを必要とす
る。それにより、そのプロセスは注文の少量生産よりも
比較的大量の生産に適している。結像ビームの炭酸ガス
レーザーは、上述したように少量の金属ゴーボーを安価
に製造するときに用いられるけれども、ガラスゴーボー
上でレーザービームを使用する方法で比較できる方法は
これまでに採用されていない。それは、炭酸ガスレーザ
ーの波長は、可視光に対して透明な材料によって簡単に
吸収され、透明基体を溶触し、ひび割れを生じせしめ、
さもなくば破壊するからである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る従来の問題を解決した光パターン発生体、およびそれ
を安価に作る装置および方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】このような目
的を達成するために、本発明の一形態は、光ビーム内に
画像を作り出すための光パターン発生体を備える。この
発生体は光ビーム内に置かれる透明板を含んでいる。光
反射層がこの板の表面に結合され、反射層は画像の形状
である開口を有している。好ましい実施の形態では、反
射層は、可視光に対しては高い反射性で、８５０ないし
２０００ｎｍの範囲の近赤外線放射のある波長には吸収
性であるということが特徴である。光ビームの一部は反
射層内の開口を通過し、画像の形状を有するビームを作
り出す。反射層は、開口を通過しない光ビームの部分を
反射する役割をなす。
【００１６】本発明の他の形態は、光パターン発生体を
作る装置を備えている。この装置は、汎用コンピュー
タ、レーザーマーキングシステムおよび可動支持テーブ
ルを含んでいる。汎用コンピュータは、レーザーマーキ
ングシステムとインターフェースするホストコンピュー
タとして働く。可動支持機構は、複数の未処理ゴーボー
の一つを、レーザーマーキングシステムがそれに画像を
書き込むべく所定位置に連続的に置く。レーザーマーキ
ングシステムは、結合された反射層を有する透明板に画
像を書き込む。この画像は、ホストコンピュータインタ
ーフェースで選ばれレーザーマーキングシステムのコン
トロールユニットにロードされた、ディジタルのコンピ
ュータデータに依存している。レーザービームは非常に
細いビーム径、および近赤外領域の特性波長を有してい
る。未処理ゴーボーの反射層は、レーザービームのエネ
ルギに対し吸収性があり、所望の画像形状の開口を残し
つつ、透明板から除去される。
【００１７】本発明の他の形態は、光パターン発生体を
作成する方法を備える。この方法は、透明板に可視光は
反射し近赤外線放射のある波長を吸収する反射物質の層
を結合し、ある赤外波長で非常に小さなビーム径を有す
るレーザービームを発生し、このレーザービームを透明
板に向け、透明板の表面に亘りレーザービームを操り、
ビームのエネルギが反射層のある領域から反射物質を除
去することを許容し、反射層のレーザービームによって
影響される領域を制御すべくレーザービームをオンーオ
フ切換るステップを含んでいる。
【００１８】本発明のさらなる形態は、カラーの光パタ
ーン発生体を備え、かつ、赤外線吸収物質の層を有して
いる透明板を含み、この吸収層の上に施された二色性の
フィルタ物質の層を備えている。カラーフィルタ物質の
フィールド内に所望の画像形状の開口を作り出すべく、
吸収層とその上のフィルタ物質とのある領域を除去する
ために赤外線レーザービームが用いられる。
【００１９】本発明の他の形態は、多色光パターン発生
体を備えている。この発生体は、透明基体の片側または
両側に赤外線吸収層によって分離された複数の二色性フ
ィルタ層を有している。異なる層に異なる形状の開口を
作るべく一つ以上の吸収層およびその上のフィルタ物質
を除去するために赤外線レーザービームが用いられる。
多色光パターン発生体は、別のカラーフィルタ装置の使
用を必要とすることなく、二色以上の画像を投射する。
【００２０】
【実施例】以下、図面を参照して本実施例を詳細に説明
する。
【００２１】図１を参照するに、演芸用の照明的応用に
適する光パターン発生体、すなわちゴーボー（gobo）を
作製するのに用いられ得る未処理の光パターン発生体１
０が示されている。上記未処理光パターン発生体は、透
明板１２を含み、この透明板１２はその一面に結合した
反射層１４を有する。上記層は、上記板１２の一表面１
１に結合された強化アルミニウムからなる層状の積重ね
を含む。反射層１４は、図２における反射率対波長のグ
ラフに示されているように、４００〜７００ナノメータ
ー（ｎｍ）の範囲内の可視光を反射し、かつ、８５０ｎ
ｍ〜２μｍの範囲内の近赤外線放射を吸収する。しかし
ながら、上記反射および吸収の範囲は、本発明の範囲か
ら離れることなしに、変化され得る。上記透明板は、ニ
ューヨーク州コーニングのコーニング社により製造され
た７０５９ガラス、またはドイツ国マインツ（Mainz ）
市のシュットガラスワーク（Achott Glasswerke ）社に
より製造されたテンパックスガラス（Tempax glass）な
どの低熱膨張係数のガラス製であることが望ましいが、
また低温度での適用のための透明なプラスチック材料製
であってもよい。上記近赤外線の範囲で作動する狭直径
レーザービームの適用によって上記透明板から除去され
るべくデザインされた上記反射層１４は、上記波長の放
射光を吸収するが、一方、可視光には高い反射能があ
る。
【００２２】好ましい実施例では、反射層１４は、可視
光の反射率が高く、１．０６マイクロメータでの赤外線
放射の吸収性を有すると共に、高温で安定な層を製造す
るために真空堆積法により結合された強化アルミニウム
の４層の積重ねであることが好ましい。クロミウムから
なる反射層は、また可視光に対する良好な反射性、近赤
外線放射の吸収性、および低温から中間温度での安定性
を得るのに利用され得る。インコネル（ニッケル８０
％、クロミウム１４％、鉄６％からなる高温・腐食に強
い合金の商品名）からなる反射層は、その材料が不透明
でないとはいえ、可視光に対するかなりの反射性を得る
のに利用され得る。インコネルはよく除去され得るが、
相対的に低い温度においてのみ安定である。誘電性のコ
ールドミラーは良好な反射特性を有し、多色ゴーボーを
作製するのに用いられ得る。
【００２３】さて、図３、図４および図５を参照する
に、レーザーマーキングシステム２０は、レーザーヘッ
ド２２と、偏向ミラーアッセンブリ２４と、分離可能な
制御パネルユニット２７を有する制御ユニット２６と、
および水供給ユニット２８とを含む。このタイプのレー
ザーマーキングシステムはより詳細には図４および図５
に示されている。その一端に取り付けられた偏向ミラー
アッセンブリ２４を有する上記レーザーヘッド２２は、
作業テーブル３０によって支持されている。可動支持機
構３２は、偏向ミラーアッセンブリ２４に近接した作業
テーブル３０の一端に取り付けられている。上記支持機
構３２は、保護殻体３４によって囲繞されている。上記
保護殻体３４は出入ドア３５と保護窓３６とを含む。出
入ドア３５は、この出入ドア３５が開放されたときに上
記レーザービームを消す安全連結ネットワークに連結さ
れている。上記保護窓は上記保護殻体３４内での上記レ
ーザーマーキング動作を視覚的にモニタするための安全
な方法を提供する。
【００２４】汎用コンピュータ３８が制御ユニット２６
に接続し、かつ、上記レーザーマーキング動作を制御す
るためのデジタルコンピュータデータ源を提供する。コ
ンピュータ３８のシリアルデータポートは、上記コンピ
ュータから上記制御ユニットに、画像制御ファイルを送
るため、制御ユニット２６のシリアルデータポートに接
続している。上記コンピュータ上で走る適当なプログラ
ムは、所望の画像を表すデジタルデータファイルを、上
記レーザーマーキングシステムの要求に従う画像制御フ
ァイルに変換する。画像はコンピュータ上で作成され得
ると共に、上記レーザーマーキングシステムでの使用の
ために変換された上記画像ファイルまたはどこか他のコ
ンピュータ上で創出された画像は、あるネットワークま
たはフロッピーディスク駆動装置を介して上記コンピュ
ータ３８にロードされ、その後変換され得る。代わり
に、上記制御ユニット２６は、適切に変換された画像制
御ファイルをロードおよび／または記憶するためのフロ
ッピーディスク駆動装置を含む。
【００２５】支持機構３２は、９０度の円弧にわたり主
面４２を回転するように動作可能な回転割出し器４０を
含む。ステッパーモータ４４は上記主面に直交するよう
に取り付けられている。上記ステッパーモータは上記モ
ータのハウジングを越えて延出するシャフト４５を含
む。作動中、複数の未処理ゴーボーがホイール（色相
環）４６の周辺に取り付けられる。上記ゴーボーホイー
ル４６はシャフト４５の端部に取り付けられている。レ
ーザーヘッド２２により発生されたレーザービームが偏
向ミラーアッセンブリ２４の動作により上記未処理ゴー
ボーの表面を走査し得る位置に複数の未処理ゴーボー１
０の一つが配置されるように、上記主面４２は水平に配
置される。上記システムは、以下に詳細に記述される方
法により未処理ゴーボー上に画像を描き、上記ステッパ
ーモータは他の画像を書くための位置に他の未処理ゴー
ボーを回転させるために、上記制御ユニットにより励磁
される。
【００２６】上記処理を開始するために、画像制御ファ
イルは上記制御ユニットにロードされ、操作者は制御パ
ネル２７上に配された制御装置を動作する。その後、レ
ーザーマーキングシステムはゴーボーホイール上に取り
付けられた複数の未処理ゴーボー上に画像を一度に一つ
ずつ次々に記す。その順序は上記ホイール上に取り付け
られた各未処理ゴーボー上に画像を書くために制御され
得る。代わりに、上記順序は上記ホイール上に取り付け
られた選択されたゴーボー上に画像を書くために制御さ
れ得る。上記順序は上記ホイール上に取り付けられた各
ゴーボー上に異なる画像を書くために制御され得る。代
わりに、上記同一の画像は上記ホイール上に取り付けら
れたゴーボーのうち一つ以上または全部に書かれ得る。
【００２７】上記画像が上記ゴーボー上に書かれた後
に、回転割出し器４０は、図５に示すように、上記ゴー
ボーホイールの端部を上記レーザービームに呈するため
に90度回転される。上記マーキングシステムは、その後
に、複数のゴーボーの各端部上に識別用のバーコードを
書き、次々に各ゴーボーを上記レーザービームに呈する
ように上記ステッパーモータを回転させる。
【００２８】上記処理の終了時に、操作者が上記出入ド
アを開け、上記モータシャフトから上記ゴーボーホイー
ルを取り外す。上記操作者は、その後に、取り付けられ
た未処理ゴーボーを有する新しいホイールを取り付け、
同一または異なる順序で上記処理を繰り返してもよい。
【００２９】図６を参照するに、上記レーザーヘッド２
２は、Ｑ−スイッチされたネオジム：イットリウム−ア
ルミニウム−ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）産業用レーザ
ーユニットを含む。このユニットは近赤外線範囲の波
長、特に１．０６マイクロメーターで、０．００１イン
チのビーム径を有するレーザービームを発生するもので
ある。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、ガラスやプラスチック
が１．０６マイクロメーター波長光を透過させ、かつ、
ビーム径が極めて小さいという理由から他のレーザーか
ら選別されている。あるＮｄ：ＹＡＧレーザーでは、ビ
ーム径を０．００１インチに増すために追加のレンズを
必要とする。対照的に、金属のレーザーマーキングに幅
広く利用されている二酸化炭素レーザーは、中赤外線の
範囲の遠い方の端部における１０．６マイクロメーター
の波長を有し、かつ約１／２インチのビーム径を有す
る。１０．６マイクロメーターにおける二酸化炭素レー
ザーは、ガラスまたはプラスチックを溶蝕または破壊
し、透明基体を画像投射するのに不適切なものにする。
１／２インチのビーム径のビームは、レーザービームの
部分を遮蔽するためにマスクを用いることを要し、上記
マスクの製造は、本発明が解決するのと同一の問題を示
す。
【００３０】Ｎｄ：ＹＡＧレーザーユニット２２は、レ
ーザの強度をＯＮ状態とＯＦＦ状態との間に調節するＱ
−スイッチ１４６を有している。ＯＮ状態での前記ビー
ムの出力は、前記コントロールユニット２６内に配置さ
れ、該コントロールユニット２６によりコントロールさ
れる前記レーザー出力供給器によって、決定される。前
記Ｑ−スイッチ１４６は、レーザーキャビティ内の結晶
であり、レーザービームのような光共振器（optical re
sonator ）のＱ値（figure）を迅速に変化させるために
用いられる。該Ｑ−スイッチ結晶１４６は、レーザーロ
ッド１４０と一次ミラー１４４との間に配置されてい
る。２次ミラー１４２はレーザーユニット２２の出口１
４８の近傍に配置されている。通常の運転では、レーザ
ロッド１４０が励起され、光線がミラー１４２と１４４
間のロッド共振長さを伝搬して特性波長を有するコヒー
レント光のビーム１５０を形成する。結晶１４６が無線
周波数範囲の高周波電流により励起されると、レーザー
ビーム１５０はその通常の経路から１次ミラー１４４へ
屈折され、該ビームは効率よく消光されてＯＦＦ状態を
実現する。該結晶が非励起化されると、レーザービーム
は通常の０Ｎ状態運転に復帰される。ビーム１５０は、
レーザユニット２２から出射し、偏向ミラーアッセンブ
リ２４内に収納されているＸ−Ｙ偏向ミラー１５２およ
び１５４へ伝搬する。該ビーム１５０はミラー１５２お
よび１５４によってフラットフィールドレンズ１５３を
通り未処理ゴーボー１０に向けられる。該ビーム１５０
は難なく透明板１２を通過し、反射コーティング１４の
一部を焼き取る。ミラー１５２および１５４は、未処理
ゴーボー１０を横切ってビーム１５０を操り、反射コー
ティング１４の所定部分を融解除去して、所望の画像形
状の開口部を形成する。レーザーユニット２２のＯＮ−
ＯＦＦ状態は、Ｑ−スイッチ１４６の動作によって調節
され、反射コーティングのビームによって融解除去され
る領域をコントロールする。
【００３１】他の好適なレーザーとしては、１．０４７
ないし１．０５３μｍのＮｄ：ＹＬＦ、１．０６μｍの
Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、１．０８μｍのＮｄ：ＹＡＰ、２．
０６μｍのＨｏ：ＹＬＦ、２．１μｍのＨｏ：ＹＡＧ、
および２．０２μｍのＴｍ：ＹＡＧが含まれる。Ｎｄ：
ＹＡＧレーザーは、入手のしやすさと、その物理特性の
ゆえに、選ばれ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、金属切断用
として大変に普及しているために選ばれる。
【００３２】画像は、二つの走査技術の一つを用いて、
前述のレーザ融解除去法によって、未処理ゴーボーに描
かれる。ベクトル−走査技術は、まず画像の輪郭線を描
き、次に、該画像の内部領域を書き込む。レーザービー
ムは該ビームが当たった所は常に反射コーティングを焼
き去るので、前記輪郭線および内部領域は、所望の画像
の形状の開口部となる。代表的なベクトル−走査像を図
７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図７（ａ）にはかな
り詳しい画像が示されている。図７（ｂ）には、従来技
術の金属ゴーボーの特徴である連結リンクのいかなるも
のもない完全なリングパターンが示されている。図７
（ｃ）には、格子の上に重ねられた円が示されている。
ベクトル−走査画像は、未処理ゴーボー上に、像の複雑
度に対応して、２ないし１５秒内で、描くことができ
る。
【００３３】ラスター−走査技術は、一度に一ライン
で、未処理ゴーボーの全表面を走査し、レーザーユニッ
トのＯＮ−ＯＦＦ状態を調節して反射層の所定領域を融
解除去し、“ピクセル化された（pixellated）”すなわ
ち“ビットマップ化された（bit-mapped）”画像を作り
出す。写真は、前記ラスター−走査技術を用いたガラス
ゴーボーとして再生される。代表的なラスター−走査画
像は、図８（ａ）および（ｂ）に示されている。図８
（ａ）には人の似姿が示されている。図８（ｂ）には、
建築構造物の描写が示されている。該レーザーマーキン
グシステムは、描かれるべき画像の開口部が存在しない
未処理ゴーボーの所定の領域をスキップするようにプロ
グラムすることができ、それによって、ビームが消光さ
れるであろう大きな領域を走査しないことにより、処理
時間を短縮する。したがって、ラスター走査画像は、未
処理ゴーボー上に、画像の複雑度に対応して１ないし２
分で、描くことができる。
【００３４】該レーザーマーキングシステムで用いられ
るＸ−Ｙ偏向ミラー１５２、１５４は、集束ビーム二酸
化炭素レーザー切断装置とともに用いられるＸ−Ｙテー
ブルより、より小さく、より軽く、したがって、より速
く、より短い時間で画像の描写が可能になる。このよう
なＸ−Ｙ走査ミラーを動かすために用いられるガルバノ
メータは、一般的に、ステップ当たり０．００００２５
インチ動き、さらに、ステッピングの動きが知覚されな
いほどに速く駆動される；というよりは、むしろ、滑ら
かで、速い書き込み動作が、非常に高い精度および正確
さで行われる。
【００３５】本発明の他の形態によれば、図９に示すよ
うな未処理カラーゴーボー６０があり、このゴーボー６
０は、透明板１２から構成されており、この透明板１２
はその上に堆積されている二色性フィルター物質６２の
多層誘電体コーティングを有している。二色性フィルタ
ーは、白色光源から二つの色を本質的に分離する干渉原
理によって、働くもので、一方の色は透過され、他方の
色は、透過される色の補色であり、反射される。前記二
色性フィルターを透過する色は、該フィルターの層に用
いられる材料（物質）のタイプ、それらの屈折率、各層
の厚み、層の数、および該フィルターに当たる白色光の
入射角とに依存する。このタイプの二色性フィルター
は、米国特許第４，８００，４７４号に記載されている
ような照明装置用の色相環（color wheel ）アッセンブ
リに用いられ、この特許における説明は、本明細書の記
載の一部を構成するものとする。
【００３６】６０のような未処理カラーゴーボーは、色
相環４６（図５）の周辺に取り付けることができ、レー
ザマーキングシステム２０内にロードすることができ
る。前述のプロセスを用いて、レーザビーム１５０は、
所望の像の形状を持つ開口部がコーティング６２に形成
されるように二色性フィルターコーティングを焼き去る
ことにより、未処理カラーゴーボー上に像を描く。
【００３７】図１０（ａ）には、未処理二色ゴーボー７
０が示されており、このゴーボー７０は、透明板１２、
第１の二色性フィルターコーティング６２、可視透明酸
化物層６４、および第２の二色性フィルターコーティン
グ６６から構成されている。コーティング６２および６
６は、互いに他のコーティングと異なった色を透過させ
るような異なった特性を有している。透明酸化物層６４
は、可視光に透明で、さらに近赤外線放射を吸収するよ
うに設定されている。未処理二色ゴーボーは、ホイール
４６の周辺に取り付けることができ、レーザーマーキン
グシステム２０内にロードすることができる。前述のプ
ロセスを用いて、レーザユニット２２は、低出力レーザ
ビーム１５０を発生し、前記未処理二色ゴーボー上に画
像を描く、すなわち、該レーザは、図１０（ｂ）に示す
ように、前記未処理二色ゴーボーのフィルター層６６を
焼き去り、酸化物層６４に吸収されて、その結果、所望
の像の形状の開口部が前記コーティング６６に形成され
る。コーティング６２は、もとのままの完全な、着色像
を、維持する。これにより、所望の画像が、コーティン
グ６２の特性に依存した所定の色を持って投影され、両
コーティング６２および６４の特性に依存した背景色の
フィールド内に表れるように、二色ゴーボーは形成され
る。
【００３８】図１１（ａ）には、未処理三色ゴーボー７
０が示されており、このゴーボー７０は、透明板１２、
該透明板の第１の表面に堆積され、可視光に透明で、さ
らに近赤外領域のエネルギーを吸収する、インジウム錫
酸化物（ＩＴＯ）のような第１の透明酸化物層６１、こ
の第１の透明酸化物層の上に堆積されている第１の二色
性フィルターコーティング６２、このコーティング上に
堆積されている第２の酸化物層６４、この酸化物層６４
の上に堆積されている第２のフィルターコーティング６
６、前記透明板１２の第１の表面の反対側の第２の表面
上に堆積されている第３の酸化物層６３、およびこの酸
化物層６３の上に堆積されている第３の二色性フィルタ
ーコーティング６８とから構成されている。未処理の三
色ゴーボーは、ホイール４６の周辺に取り付けることが
でき、レーザーマーキングシステム２０内にロードする
ことができる。前述のプロセスを用いて、レーザユニッ
ト２２は、低出力レーザビーム１５０を発生し、図１１
（ｂ）に示すように、前記未処理三色ゴーボー上に像を
描く、すなわち、前記のフィルター層６６のみを焼き去
り、その結果、所望の画像の形状の開口部が前記コーテ
ィング６６に形成される。酸化物層６４は、フィルター
層６２が焼き去られないようにレーザービームを遮蔽
し、レーザービームが層６２に到達する前にビームのエ
ネルギーを吸収するために、設けられる。コーティング
６２は、その場に、完全な着色画像を維持するか、コー
ティング６８が画像を着色するように、その場から焼き
去られる。コーティング６２および６６の透過により着
色されるように、レーザービーム１５０が、コーティン
グ６４の選択された領域を焼き去って、該ゴーボーの他
の表面に像を描くために、ホイールは向きを変えること
ができる。他の部分では、コーティング６８は、もとの
ままの完全な状態を維持し、コーティング６２またはコ
ーティング６６のいずれかと共同して該画像を着色す
る。これにより、所望の画像が、コーティング６２、６
６、および６８の特性に依存した所定の色を持って投影
されるように、三色ゴーボーは形成される。
【００３９】図１２（ａ）には、未処理コールドミラー
ゴーボー９０が示されており、このゴーボー９０は、そ
の上に多層誘電体コーティング９１、９２、９３、およ
び９４が堆積されている透明板１２から構成されてい
る。コールドミラーは可視光の全波長を反射する。前述
のように、非常に低い出力のレーザービームは、多層透
過を用い、図１２（ｂ）に示すように、選択された波長
の光線が透過するように前記コールドミラー層の一つま
たはそれ以上を焼き去って、前記ゴーボー上に画像を描
く。得られる画像の色は、コーティングの特性と、該コ
ーティングの焼き去られる程度とに依存する。
【００４０】本発明のさらなる実施例では、光パターン
発生体が、着色画像を黒色の背景上に発生することがで
きる。このような光パターン発生体は、図１３にその断
面図が示されている。このような光パターン発生体は、
透明基板２００の片側上にその背面に透明酸化物層２０
４を有する反射層２０２を持っており、さらに他側上に
カラーフィルター層２０６を有する。
【００４１】このような光パターン発生体を製造するに
は、前述の方法により、レーザーで層２０４に開口部を
焼き通し、レーザーは層２０２で止められる。したがっ
て、得られた開口部は、黒色背景上に着色光ステンシル
（stencil ）をもたらす。
【００４２】いくつかの実施例の図示および説明を行っ
たが、本発明は、この開示の実施例に限定されるもので
なく、本発明の範囲を逸脱しない限り、多くの再配列、
変形および置換が可能であることは、理解されるであろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態による未処理の光パターン
発生体の断面図である。
【図２】アルミニウムコーティングの出力スペクトル応
答曲線を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の形態によるレーザーマーキング
システムのブロック図である。
【図４】図３のシステムの構成部品を詳細に示すブロッ
ク図である。
【図５】図３のシステムの構成部品を詳細に示すブロッ
ク図である。
【図６】本発明の第３の形態により反射物質のレーザー
除去を図解する光パターン発生体の断面図である。
【図７】光パターン発生体の平面図であり、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は典型的なベクトル走査画像を示す。
【図８】光パターン発生体の平面図であり、（ａ）、
（ｂ）は典型的なラスタ走査画像を示す。
【図９】一色光パターン発生体の断面図である。
【図１０】（ａ）は二色光パターン発生体の断面図であ
り、（ｂ）は本発明による二色光パターン発生体のレー
ザー除去の断面図である。
【図１１】（ａ）は三色光パターン発生体の断面図であ
り、（ｂ）は本発明による三色光パターン発生体のレー
ザー除去の断面図である。
【図１２】（ａ）はコールドミラー光パターン発生体の
断面図であり、（ｂ）はコールドミラー光パターン発生
体のレーザー除去の断面図である。
【図１３】黒色背景上にカラー化された光パターンを発
生する光パターン発生体を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 光パターン発生体 １２ 透明板 １４ 反射層 ２０ レーザーマーキングシステム ２２ レーザーヘッド ２４ 偏向ミラーアッセンブリ ２６ コントロールユニット ３０ 作業テーブル ３２ 可動支持機構 ３８ 汎用コンピュータ ４０ 回転割り出し器

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透明板と、 前記透明板に結合された層であって、可視光に対しては
    反射性で、近赤外線放射には吸収性であり、画像の形状
    の開口を有する反射層とを備え、 開口の形状を有するビームを作り出すべく、向けられた
    光ビームの一部を反射層の開口を通過させ、開口を通過
    しない光ビームの部分を反射するようにしたことを特徴
    とする光パターン発生体。
  2. 【請求項２】 透明板上に所望の画像を交換するための
    ディジタルデータ命令を作り出すコンピュータと、 前記命令によって制御可能で、近赤外線領域内に特性波
    長を有するレーザービームを発生するレーザーと、 前記ビームの経路内に配置され、前記ビームによってパ
    ターンが形成される、結合された層を有する透明板を保
    持する支持体と、を備えたことを特徴とする光パターン
    発生体を作る装置。
  3. 【請求項３】 前記支持体は可動で複数の透明板を支持
    し、前記可動支持体は前記透明板をその各々にパターン
    を形成すべく前記ビームの経路内に連続的に移動するこ
    とを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記レーザービームは小さい径を有する
    ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記層はレーザーのエネルギを吸収し、
    可視スペクトル内の光を反射するものであることを特徴
    とする請求項２に記載の装置。
  6. 【請求項６】 透明板に可視光を反射しある近赤外線波
    長の光を吸収する反射物質の層を結合し、 レーザービームを透明板に向け、 透明板の選択された領域から反射物質を除去すべく透明
    板表面に亘りレーザービームを導くステップを備えるこ
    とを特徴とする光パターン発生体を作る方法。
  7. 【請求項７】 透明板に赤外線吸収物質の層を施し、 吸収層に二色性フィルタ物質の層を施し、 所望の形状の開口を作り出すべく赤外線レーザービーム
    でもって、吸収およびフィルタ物質の選択された領域を
    除去するステップを備えることを特徴とするカラー化光
    パターン発生体を作る方法。
  8. 【請求項８】 さらに、前記二色性フィルタ層の上に第
    ２の赤外線吸収層を施し、および前記第２の赤外線吸収
    物質層の上に第２の二色性フィルタ物質の層を施し、 前記第２の吸収およびフィルタ物質の選択された領域を
    赤外線レーザービームで除去するステップを備えている
    ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 透明板と、 前記透明板の表面上の赤外線吸収物質の層と、 前記赤外線吸収物質上の二色性フィルタ物質の層であっ
    て、光ビームからカラーのフィールド内に開口に対応す
    るパターンの発生を許容すべく所望の形状の前記開口を
    有する吸収およびフィルタ物質の層とを備えたことを特
    徴とするカラー光パターン発生体。
  10. 【請求項１０】 さらに、前記二色性フィルタ層上の第
    ２の赤外線吸収層と、 前記赤外線吸収層上の第２の二色性フィルタ層とを備
    え、 前記第２の吸収およびフィルタ層は第２の開口を有して
    いることを特徴とする請求項９に記載のカラー光パター
    ン発生体。
  11. 【請求項１１】 さらに、前記透明板の他の表面上の第
    ３の赤外線吸収層と、 前記第３の赤外線吸収層上の第３の二色性フィルタ層と
    を備え、 前記第３の吸収およびフィルタ層は第３の開口を有して
    いることを特徴とする請求項１０に記載のカラー光パタ
    ーン発生体。
  12. 【請求項１２】 透明板と、 前記透明板の表面上の二色性フィルタの第１の層であっ
    て、カラーフィルタ物質のフィールド内にデザインされ
    た画像形状の開口を有する第１の二色性フィルタ層とを
    備えたことを特徴とするカラー光パターン発生体。
  13. 【請求項１３】 さらに、前記第１の二色性フィルタ層
    に施された第２の二色性フィルタ層を備えることを特徴
    とする請求項１２に記載のカラー光パターン発生体。
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