KR100248070B1 - 빔을 이용한 이미지 인쇄방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 빔의 간섭에 의해 얻어진 회절격자를 이용함으로써 다중 인쇄된 이미지의 해상도를 아날로그 수준 이상으로 실현할 수 있고, 두 빔이 화소의 평면좌표에 따라 움직이게 하여 이미지를 인쇄함으로써 이미지의 촬영시간을 현저히 감소시킬 수 있는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법에 관한 것이다.

본 발명의 인쇄 방법은, 간섭성이 양호한 두 빔의 투사각도를 퍼스널 컴퓨터로부터 생성된 이미지 데이터에 의해 조절하도록 두 개의 갈바노미터 스캐너를 구동하고, 상기 갈바노미터 스캐너를 통과한 빔을 두 개의 렌즈 포커싱수단에 의해 감광재가 도포된 기판의 소정 좌표에 집광하여 집광된 두 빔의 간섭에 의해 얻어진 회절격자를 화소단위로 만들어 이미지를 인쇄하는 것을 특징으로 한다.

Description

빔을 이용한 이미지 인쇄 방법

본 발명은 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 간섭성이 좋은 두 빔의 간섭에 의해 얻어진 회절격자(간섭무늬)를 이용하여 이미지를 인쇄하는 방법에 관한 것이다.

간섭성이 좋은 두 빔이 만나게 되면 그 입사각도에 따라 간격이 다른 회절격자를 얻을 수 있으며, 이렇게 하여 얻어진 회절격자는 기계적인 가공에 의해 얻어진 회절격자에 비하여 매우 미세한 선폭을 가지며, 이 선폭의 크기는 사용하는 광원의 파장에 따라 달라지며 보통 파장의 차수와 같은 크기를 가지게 된다.

상기와 같은 광 빔(light beam)의 간섭에 의하여 얻어진 이미지는 고해상도의 컬러 복사기로 복사가 불가능하고, 기존의 홀로그램 인쇄방식에 비하여 시야각이 매우 넓으며, 다중 이미지를 동일 평면에 표현할 수 있을 뿐만 아니라, 매우 동적인 이미지를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

상기와 같은 장점으로 인하여 광 빔의 간섭에 의한 이미지 인쇄방식은 복사방지 인쇄에 매우 유용하게 이용될 수 있으며, 이에 따라 외국의 경우에는 지폐, 운전면허증, 신분증 등과 같은 위조방지가 필요한 인쇄물에 적용되고 있는 실정이다.

이와 유사한 방법을 이용한 선행기술로는 대한민국 특허공개 제91-10090호 공보에 개시된 블레이즈드 홀로그램의 제조방법이 있다.

상기의 종래기술을 도 1을 참조하여 설명하면, 레이저 빔 발생수단(1)으로부터 발생되는 레이저 빔을 빔 엑스팬더(beam expander; 12)를 통과시켜 직경이 큰 평행 광으로 변환시킨 후, 빔 스플리터(beam splitter; 13)에 의하여 2개의 빔속(beam flux; A,B)으로 분할한다. 상기 분할된 빔속(A)은 집광렌즈(14)에서 집광된 후, 유리기판(16)상에 도포된 감광재인 포토레지스트(17)에 조사되고, 상기 분할된 또 다른 빔속(B)은 반사경(18)에 의하여 각도가 변환된 다음 집광렌즈(14')에서 집광되어 원추렌즈(15)를 통과하여 상기 포토레지스트(17)에 조사되도록 되어 있다.

상기와 같은 종래기술은 포토레지스트(17)상에 포토마스크(도시하지 않음)를 설치하여, 포토마스크(17)의 문양을 포토레지스트(16)에 감광시키는 방법에 의하여 블레이즈드 홀로그램을 인쇄하고자 하는 것으로, 이와 같은 방법으로는 다중 이미지를 동일의 평면상에 인쇄할 수 없다는 문제가 있다.

또, 종래의 기술로서 전자빔을 이용하여 리소그라피하는 방법이 있으나, 이러한 방법은 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 드는 문제가 있다. 그리고, 또 다른 기술로서 스테핑모터를 이용하여 기판이 위치한 스테이지를 구동하여 이미지를 인쇄하는 방법이 있으나, 셔터의 개폐시간 및 스테이지의 안정화 시간으로 인하여 시간이 매우 오래 걸리며, 또한 해상도에도 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 간섭성이 좋은 두 빔의 간섭에 의해 얻어진 회절격자를 이용함으로써 다중 인쇄된 이미지의 해상도를 아날로그 수준 이상으로 실현할 수 있는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명에 따른 다른 목적은 두 빔이 화소의 평면좌표에 따라 움직이게 하여 이미지를 인쇄함으로써 이미지의 촬영시간을 현저히 감소시킬 수 있는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래의 이미지 정보의 인쇄방법에 관한 개념도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔을 이용한 이미지 인쇄방법의 개념도

도 3은 도 2에 도시한 갈바노미터와 렌즈 포커싱수단의 개념도

도 4는 본 발명에 따른 이미지 인쇄 방법을 이용하여 기판에 촬영된 이미지의 관측 상태도

도 5는 렌즈와 기판의 관계를 설명하기 위한 개념도

도 6은 기판에 촬영된 화소를 도시한 확대도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 광발생수단 2 : 빔 스플리터

3,3' : 갈바노미터 4,4' : 렌즈 포커싱수단

5 : 감광재 6 : 퍼스널 컴퓨터 인터페이스

P : 기판

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법은, 간섭성이 양호한 두 빔의 투사각도를 퍼스널 컴퓨터로부터 생성된 이미지 데이터에 의해 조절하도록 두 개의 갈바노미터 스캐너를 구동하고, 상기 갈바노미터 스캐너를 통과한 빔을 두 개의 렌즈 포커싱수단에 의해 평면 기판의 소정 좌표에 집광하여 집광된 두 빔의 간섭에 의해 얻어진 회절격자를 화소단위로 만들어 이미지를 인쇄하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일시시예에 따른 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법에 대해 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔을 이용한 이미지 인쇄방법의 개념도이다.

동 도면에서, 도면부호 1은 예를 들면 레이저 등과 같이 간섭성이 우수한 광 을 발생시키는 광발생수단이고, 7은 상기 광발생수단(1)으로부터 발생된 광에 대해 소정의 광속(light flux)만이 통과하도록 마스킹된 원판 셔터이며, 2는 상기 셔터(7)를 통과하여 입사되는 광 빔을 2개의 제1광 빔(A)와 제2광 빔(B)으로 분할하는 빔 스플리터이다.

그리고, 도면부호 6은 도시하지 않은 퍼스널 컴퓨터에서 변조되어 출력되는 인쇄하고자 하는 이미지정보에 대한 이미지변조신호를 출력하는 퍼스널 컴퓨터 인터페이스이고, 3은 상기 퍼스널 컴퓨터 인터페이스(6)로부터의 이미지변조정보에 따라 상기 빔 스플리터(2)를 통과한 제1광 빔(A)의 반사각도를 변화시키는 제1갈바노미터(Galvanometer)이며, 4는 상기 제1갈바노미터(3)에 의해 반사된 제1광 빔을 정해진 소정 굴절각에 의해 기판(P)상에 도포된 감광재(5)의 소정 부위에 집광하는 제1렌즈 포커싱수단이다.

또한, 도면부호 3'는 상기 퍼스널 컴퓨터 인터페이스(6)로부터의 이미지변조정보에 따라 상기 빔 스플리터(2)를 통과한 제2광 빔(B)의 반사각도를 변화시키는 제2갈바노미터이며, 4'는 상기 갈바노미터(3')에 의해 반사된 제2광 빔을 정해진 소정 굴절각에 의해 상기 감광재(5)상의 상기 집광되는 제1광 빔과 동일 부위에 집광하는 제2렌즈 포커싱수단이다.

상기 감광재(5)상에 집광되는 빔의 크기는 수㎛까지 가능하며 인쇄하고자 하는 이미지의 해상도에 따라 다르게 할 수 있다. 상기 집광되는 두 빔은 포토레지스트, DCG(Di Chromated Gelatin), 포토폴리머(Photopolymer) 등과 같은 감광재(5)가 도포된 기판(P)상에 적당한 에너지를 주게 되어, 두 빔의 간섭형태가 기록되어 회절격자 형식의 화소가 기록된다.

도 3은 도 2에 도시한 갈바노미터와 렌스 포커싱수단의 개념도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 광 빔(S)은 갈바노미터(G)에 내장되어 있는 한쌍의 미러(M,M')에 의하여 그 각도가 변화되면서 반사되어 렌즈 포커싱수단(L)의 정해져 있는 굴절각에 의하여 감광재(5)가 도포된 기판(P)의 일정 부위에 집광되어 그 부분을 감광시키게 되는 것이다.

여기서, 갈바노미터(G)는 퍼스널 컴퓨터에서 변조된 이미지변조신호가 퍼스널 컴퓨터 인터페이스(6)를 통해 서보 모터(SM,SM')에 인가됨에 따라 이 서보 모터(SM,SM')에 의해 미러(M,M')를 움직여 평면 기판(P)에 도포된 감광재(5)상의 소망하는 좌표에 빔이 도달하도록 빔의 각도를 조정하는 기능을 한다. 즉, 갈바노미터(G)는 두 미러(M,M')의 각을 서보 모터(SM,SM')에 인가되는 미미지변조신호에 따른 위치에 맞게 미세조정함으로써 빔이 소망하는 평면 좌표에 도달하게 한다.

상기한 바와 같이 퍼스널 컴퓨터에 의하여 변조된 데이터는 원래 이미지의 레드, 그린, 블루의 분판된 색정보를 화소단위로 디지털화 한 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이 인쇄물의 제작후 관측시의 관측각도별로 분판되어 있다.

따라서, 하나의 색채분판을 촬영한 다음에 다른 색채를 촬영하고자 할 때 잠시동안 셔터(7)가 닫히며, 이때 제1렌즈 포커싱수단(4)이 평행이동하여 제2렌즈 포커싱수단(4')과 각도를 조절하여 색채를 조절하게 된다.

상기 렌즈 포커싱수단의 각도조절은 다음의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 얻을 수 있다.

d(sinθ₂- sinθ₁) = λ_L

d(sinθ_L- sinθ_V) = λ_C

상기 수학식 1 및 수학식 2에서 d는 회절격자의 골과 골 또는 산과 산 사이의 간격을 의미하고, λ_L는 기판(P)에 입사되는 광 빔의 파장을 의미하며, θ₁및 θ₂는 도 2에 도시한 바와 같이 기판(P)에 입사되는 광 빔이 기판(P)에 수직한 축과 이루는 입사각으로, 이들 각도(θ₁,θ₂)에 따라 소정 간격(d)을 갖는 회절격자가 생성된다. 그리고, θ_L은 본 발명에 의해 제작된 인쇄물을 관측할 때 도 4에 도시한 바와 같이 백색광의 투사각도이고, θ_V는 상기 인쇄물에 의해 반사되어 관측되는 관측각도이며, λ_C는 관측시 투사각도(θ_L)와 관측각도(θ_V)를 고정하면 그 각도에서 관측되는 색상의 파장이다.

상기한 원리를 이용하여 색의 3요소인 레드, 그린, 블루에 상응하는 제1광 빔의 입사각(θ₂)을 각각 구할 수 있으며, 이렇게 하여 얻어진 제1광 빔의 입사각(θ₂)별로 도 2에 도시한 제1렌즈 포커싱수단(4)이 평행이동되도록 구동하여 인쇄함으로써 관측시 천연색의 관측이 가능한 인쇄물을 얻을 수 있게 된다.

그리고, 화소와 화소사이의 휴지기에는 도 2에 도시한 셔터(7)를 상기 갈바노미터와 동기화시켜 셔터(7)가 닫히도록 조작한다.

또한, 제1렌즈 포커싱수단(4) 및 제2렌즈 포커싱수단(4')에 의해 각각 기판(P)에 집광되는 광 빔의 좌표는 동일한 위치에 있어야 하므로, 퍼스널 컴퓨터에 의해 퍼스널 컴퓨터 인터페이스(6)를 통해서 각각 제1갈바노미터(3)와 제2갈바노미터(3')에 인가되는 이미지변조신호에 포함된 좌표신호를 보정해주어야 한다. 즉, 보정되지 않은 상태로 제1 및 제2갈바노미터(3,3')에 좌표신호를 인가할 경우, 제1 및 제2갈바노미터(3,3')는 각각 현재 자신의 위치를 기준으로 좌표신호에 따라 입사 광 빔(A,B)를 각각 소정 각도만큼 반사각도를 변화시키게 되고, 이에 따라 제1 및 제2렌즈 포커싱수단(4,4')에 의해 각각 집광되는 빔 스폿의 위치는 서로 상기 렌즈 포커싱수단(4,4')사이의 거리(D_Lens)만큼 이격되게 된다.

따라서, 상기 제1갈바노미터(3)에 인가되는 이미지변조신호는 제2갈바노미터(3')에 인가되는 이미지정보를 2개의 렌즈 포커싱수단(4,4')사이의 거리만큼 평행이동시켜 줌으로써 구할 수 있으며, 이들 렌즈 포커싱수단(4,4')사이의 거리를 D_Lens라고 하면 인쇄되는 화소정보의 좌표는 하기의 수학식 3과 같이 성립될 수 있다.

상기 수학식 3에서 X₄및 Y₄는 제1갈바노미터(3) 및 제1렌스 포커싱수단(4)을 통과한 제1광 빔에 의해 투사되는 기판(P)상의 빔 스폿의 X 및 Y축 좌표를 의미하고, X₃및 Y₃은 제2갈바노미터(3') 및 제2렌스 포커싱수단(4')을 통과한 제2광 빔에 의해 투사되는 기판(P)상의 빔 스폿의 X 및 Y축 좌표를 의미한다.

상기 수학식 3으로부터 얻어진 좌표에 따라 이미지의 다중 인쇄를 하기 위해서는 두 렌즈 포커싱수단의 거리를 수평이동시키고, 감광재가 도포된 기판을 회전시키거나 또는 두 렌즈 포커싱수단을 회전시켜 촬영하여, 관측시 보이는 각도를 다르게 하여 줌으로써 인쇄된 이미지로부터 동적인 효과를 얻을 수 있으며, 동시에 여러 각도의 이미지를 동일 평면상에 기록할 수 있게 된다.

이때, 두 렌즈 포커싱수단을 회전시키거나 도 5에 도시한 바와 같이 기판(P)을 회전할 경우 그 회전각도에 따라 기판(P)에 촬영된 간섭무늬와 기판(P)이 이루는 각도가 달라지게 되고, 이에 따라 이를 백색광에서 관찰할 경우 회절되는 빔의 각도가 달라져 보이게 된다. 기판의 회전각도별 기판에 촬영된 화소의 상세한 모습은 도 6에 도시한 바와 같이 되고, 동 도면에서 직선으로 표시된 부위가 회절격자의 산에 해당하며, 기판의 회전각도에 따라 산의 방향이 달라짐을 알 수 있다.

이때, 기판 또는 렌즈 포커싱수단의 회전에 따라 퍼스널 컴퓨터에서 출력되는 이미지변조데이터의 좌표신호도 보정을 해주어야만 하고, 이와 같은 보정은 하기의 수학식 4에 의하여 도 5와 같은 좌표계를 설정하여 보정할 필요가 있다. 즉, 상기 좌표보정은 기판 또는 렌즈 포커싱수단이 회전하였으므로 회전전의 기판 좌표와 일치시켜야 올바른 이미지가 기판상에 재생되게 된다.

상기 수학식 4에서 X_ro및 Y_ro는 보정된 X 및 Y좌표, X_ori및 Y_ori는 보정전의 X 및 Y좌표, θ는 기판 또는 렌즈 포커싱수단의 회전각도를 의미한다.

도 5와 같은 구조에서 두 빔이 기판의 다른 좌표의 화소로 옮겨갈 경우에 생성되는 회절격자의 간격이 달라지게 되므로 렌즈 포커싱수단과 기판의 거리를 30㎝이상 떨어지게 하면 백색광의 재생시 거의 동일한 색으로 보이게 되어 품질상에는 아무런 문제가 없게 된다.

〈실시예 1〉

광 빔은 100mA의 빔 파워를 갖는 458nm의 단일 파장이며 빔 스폿 사이즈가 100㎛인 아르곤(Ar) 레이저를 이용하고, 셔터(7)는 지름 7cm인 글라스 원판의 반경 3cm인 지점에 폭 100㎛, 길이 1㎜로 패턴이 형성된 마스크를 15000rpm의 속도로 회전하도록 구성하며, 렌즈 포커싱수단(4,4')에 의해 감광재로서 포토레지스트가 도포된 기판(P)에 집광되는 화소 사이즈가 12㎛가 되도록 하고, 렌즈 포커싱수단(4)의 각도를 32。로 하고 좌표를 (0,+18.7,30)cm로 설정하며, 렌즈 포커싱수단(4')의 각도를 10。로 하고 좌표를 (0,-5.3,30)cm로 설정하고, 화소당 노광시간 및 화소당 휴지시간을 2㎲로 하여 1평방 인치에 400만개의 화소를 단색(블루) 촬영하였다.

상기의 촬영결과, 400만개의 화소를 촬영하는데 16초가 소요되었으며, 해상도는 2000dpi이고 회절효율이 28%인 1인치 정방형 회절격자를 얻을 수 있었다. 여기서, 회절격자의 골과 골 또는 산과 산의 간격(d)는 d = 458㎚±δ으로 얻을 수 있었다.

〈실시예 2〉

상기 실시예 1과 동일한 조건으로 실시하되, 다만 렌즈 포커싱수단(4)의 각도를 레드(650∼670㎚)와 그린(500-520㎚)에 맞게 설정한 후 컴퓨터 그래픽으로부터 얻어진 이미지를 색 분판하고 이를 변조하여 갈바노미터(3)에 인가함으로써 각 분판별 이미지를 촬영하였다. 이때, 각 분판별 휴지시간을 약 15초[셔터(7)의 오프시간과 렌즈 포커싱수단(4)의 이동시간 및 안정화시간을 포함]로 설정하였다. 그리고, 1화소의 색채분판된 레드, 그린, 블루를 하나의 화소로 할 경우 1평방 인치에 400만개의 화소를 컬러 촬영하였다.

상기 촬영결과, 총 촬영시간이 80초 소요되었으며, 레드, 그린, 블루 화소로 이루어진 천연색 이미지를 얻을 수 있었고, 이때의 해상도는 레드, 그린, 블루를 하나의 화소로 볼 경우 670dpi로 나타났다.

〈실시예 3〉

상기 실시예 2와 동일한 조건으로 실시하되, 해상도를 높이기 위하여 빔의 크기를 3㎛로 조정하고 빔의 강도를 6.3mW로 줄여 촬영한 결과, 총 촬영시간은 470초가 소요되었으며, 해상도가 2000dpi인 이미지를 얻을 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 두 빔의 간섭에 의해 얻어진 회절격자 형태로 1평방 인치내에 400만개 이상의 회절격자를 화소단위로 인쇄함으로써 다중 인쇄된 이미지의 해상도를 아날로그 수준의 고해상도인 2000dpi이상으로 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 종래 방식과 같이 기판이 위치한 스테이지를 움직여서 이미지를 촬영하는 것이 아니라, 스테이지를 고정하고 두 빔이 기판상에서 화소의 평면좌표에 따라 움직이게 하여 기판상에 이미지를 인쇄함으로써, 종래와 같이 스테이지를 움직이는 시간을 제거하여 화소의 촬영시간을 단축할 수 있으며, 이에 따라 이미지의 전체 인쇄시간을 단축할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 간섭성이 양호한 두 빔의 투사각도를 퍼스널 컴퓨터로부터 생성된 이미지 데이터에 의해 조절하도록 두 개의 갈바노미터 스캐너를 구동하고, 상기 갈바노미터 스캐너를 통과한 빔을 두 개의 렌즈 포커싱수단에 의해 감광재가 도포된 기판의 소정 좌표에 집광하여 집광된 두 빔의 간섭에 의해 얻어진 회절격자를 화소단위로 만들어 이미지를 인쇄하는 것을 특징으로 하는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 두 개의 빔은 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 두 개의 갈바노미터에 전달되는 이미지 데이터의 관계는 하기의 수학식 5를 만족하는 수평이동되는 렌즈 포커싱수단의 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법.

   (여기서, X₄및 Y₄는 하나의 갈바노미터 및 하나의 렌스 포커싱수단을 통과한 광 빔에 의해 투사되는 평면상의 빔 스폿의 X 및 Y축 좌표를 의미하고, X₃및 Y₃은 다른 갈바노미터 및 다른 렌스 포커싱수단을 통과한 광 빔에 의해 투사되는 평면상의 빔 스폿의 X 및 Y축 좌표를 의미한다.)
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 개의 렌즈 포커싱수단중 어느 한 렌즈 포커싱수단을 평행이동하여 그 렌즈 포커싱수단에 의해 집광되어 상기 기판에 투사되는 빔의 투사각을 가변시켜 화소의 색채를 조절하는 것을 특징으로 하는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 두 개의 렌즈 포커싱수단 또는 상기 기판을 회전시키고, 상기 회전에 따라 상기 기판에 투사되는 빔 스폿의 좌표는 하기의 수학식 6을 만족하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법.

   (여기서, X_ro및 Y_ro는 보정된 X 및 Y좌표, X_ori및 Y_ori는 보정전의 X 및 Y좌표, θ는 기판 또는 렌즈 포커싱수단의 회전각도를 의미한다.)
6. 제1항 내지 제3항 및 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판과 상기 렌즈 포커싱수단 사이의 거리가 30cm이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 기판과 상기 렌즈 포커싱수단 사이의 거리가 30cm이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 감광재는 포토레지스트, DCG, 포토폴리머중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 빔을 이용한 이미지 인쇄 방법.