WO2020162449A1 - 光学構造体およびアーティファクト低減方法 - Google Patents

光学構造体およびアーティファクト低減方法 Download PDF

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WO2020162449A1
WO2020162449A1 PCT/JP2020/004105 JP2020004105W WO2020162449A1 WO 2020162449 A1 WO2020162449 A1 WO 2020162449A1 JP 2020004105 W JP2020004105 W JP 2020004105W WO 2020162449 A1 WO2020162449 A1 WO 2020162449A1
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cells
cell
optical structure
pleated
shift amount
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PCT/JP2020/004105
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一成 三井
光一 篠田
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凸版印刷株式会社
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1861—Reflection gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an optical structure that imparts decorativeness and security to an object, and a method for reducing artifacts in the optical structure.
  • FIG. 6 is a side view showing an example of a convex lens.
  • the power of the lens can be increased by changing the thickness t of the convex lens 20.
  • a Fresnel lens is used instead of a simple lens structure like the convex lens 20.
  • FIG. 7 is a side view showing an example of the Fresnel lens.
  • the Fresnel lens 30 can obtain the optical function realized by the curved surface structure by changing the angle or pitch of the pleated structure on the lens surface. Therefore, it is not necessary to increase the thickness t as much as the simple convex lens 20.
  • the Fresnel lens has the following problems.
  • FIG. 8 is a plan view of a Fresnel lens having a side surface shape as illustrated in FIG.
  • FIG. 9 is a plan view showing an example of an optical structure in which a Fresnel lens is approximated by a linear shape.
  • Fresnel lenses have multiple concentric structures. This structure has a low degree of freedom in design and has low workability. Therefore, as shown in FIG. 9A, by approximating the curved surface on the plane of the Fresnel lens 30 illustrated in FIG. 8 with a linear structure, the degree of freedom in design is increased and the workability is improved. You can
  • the optical structure 10 can be composed of a plurality of square cells 14 of equal size, which are regularly arranged squarely on the xy plane.
  • the ridge line 12 corresponding to the peak p of the unevenness illustrated in FIG. 7 is linearly arranged.
  • the optical structure 10 can be divided by the cells 14, and the structure inside the cells 14 can be made into a linear shape to approximate a curved structure.
  • the curved line structure is approximated by a linear shape, an approximation error occurs, and as a result, the linear shapes are not continuous between the cells 14, and the pleated structure is discontinuous at the boundary 16 of the adjacent cells 14. There is a place that becomes. If the size of the cell 14 is minimized, the approximation error is minimized, but the small cell 14 becomes difficult to process, and the too small cell 14 is not practical.
  • FIG. 9B is a partially enlarged view of FIG. 9A.
  • FIG. 9C which is another partially enlarged view of FIG.
  • an optical structure and an artifact reducing method capable of reducing an artifact without causing a change in optical characteristics even when a curved surface is simulated by a linear shape.
  • the embodiment of the present invention has the following aspects.
  • a first aspect of the present invention is an optical structure in which cells having a plurality of pleat structures are regularly arranged in contact with each other on an embossed surface, and a method for reducing artifacts in the optical structure. ..
  • the pleated structure has a plurality of slopes that are parallel to each other, and the pleated structure has a linear ridge line formed by the ends of the slope face, and each ridge line is parallel to a straight line that approximates a smooth curve.
  • the depth of the pleated structure of the adjacent cells is uniform, the interval of the ridge lines in the cells continuously changes between the adjacent cells, and the slope groups of each aligned cell are changed by the reflected light of the slopes.
  • the appearance of a smooth curved surface is displayed, and the distance of the ridgeline closest to the reference point among the ridgelines in the cell from a predetermined reference point of each cell has an artificial fluctuation.
  • the artificial fluctuation has a ridge line determined by a random number in any one of the plurality of cells. It is realized by shifting the amount of shift in parallel.
  • a third aspect of the present invention is the optical structure and the method for reducing artifacts according to the second aspect of the present invention, wherein the shift amount is a pseudo random number in a range not greater than a distance between adjacent ridge lines in the same cell. Calculated.
  • the shift amount is calculated for each cell.
  • a fifth aspect of the present invention is, in the optical structure and the method for reducing artifacts according to the second or third aspect of the present invention, such that cells separated by a predetermined distance on the embossed surface belong to the same group, A plurality of cells are grouped, and the shift amount is calculated for each group.
  • the predetermined distance is an isolation distance that does not recognize the shading due to repetition of the grouped cells as an artifact.
  • the seventh aspect of the present invention is the optical structure and the artifact reducing method according to the sixth aspect of the present invention, wherein the isolation distance is 10 cm or more.
  • An eighth aspect of the present invention is an optical structure in which cells having a plurality of pleated structures are regularly arranged in contact with each other on an embossed surface, and the pleated structure has a plurality of parallel inclined surfaces.
  • the pleated structure has a straight ridge formed by the end of the slope, each ridge is parallel to a straight line that approximates a smooth curve, and the angle of the slope in a cell is continuous between adjacent cells.
  • the sloping surface group of each cell that has been changed and aligned displays a smooth curved surface appearance due to the reflected light of the sloping surface, and has cells having different ridge line interval depths between the cells.
  • the depth of the pleat structure between each cell may differ.
  • it can be combined with the first aspect of the present invention, thereby suppressing artifacts and iridescent coloration, and it is easy to obtain a good appearance.
  • the distance of the ridgeline closest to the reference point among the ridgelines in the cell from the predetermined reference point of each cell is an artificial fluctuation, even if correlated. Good or uncorrelated.
  • an optical structure and an artifact reducing method capable of reducing an artifact without causing a change in optical characteristics even when a curved shape is simulated by a straight shape. it can.
  • FIG. 1 is a cell plan view for explaining an artifact reducing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is another cell plan view for explaining the artifact reducing method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the spatial frequency of an artifact and its visibility.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the concept of a square area in which a plurality of cells are combined in order to reduce the amount of calculation for calculating the shift amount.
  • FIG. 5 is a diagram comparing optical structures before and after application of the artifact reduction method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view showing an example of a convex lens.
  • FIG. 7 is a side view showing an example of the Fresnel lens.
  • FIG. 8 is a plan view of a Fresnel lens having a side surface shape as illustrated in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a plan view showing an example of an optical structure in which a Fresnel
  • the embodiments of the present disclosure are a group of embodiments based on a single unique invention from the background. Further, each aspect of the present disclosure is a side of a group of embodiments based on a single invention.
  • Each configuration of the present disclosure may have each aspect of the present disclosure.
  • the features of the present disclosure are combinable to provide each configuration. Therefore, the features of the present disclosure, the configurations of the present disclosure, the aspects of the present disclosure, and the embodiments of the present disclosure can be combined, and the combination has a synergistic function, Can have a positive effect.
  • the optical structure 10 is configured, for example, by arranging cells 14 having a plurality of pleat structures on an embossed surface in regular contact with each other.
  • Each cell 14 can tightly tile the cell 14 without a gap between adjacent cells 14.
  • periodicity is generally generated.
  • the tiling can be a square array or a hexagonal array.
  • a pleated structure is provided on the surface of each cell 14, as illustrated in FIG. 7.
  • the pleated structure has a plurality of slopes parallel to each other, and the pleated structure has a slope edge, that is, a straight ridge line 12 formed by the peak p of unevenness has a linear shape approximate to a curved shape as shown in FIG. Has become.
  • each ridge 12 is parallel to a curve that approximates a smooth curve, and the pleated structure is linear.
  • the pleated structure has a pitch of 5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and the height of the peak p, that is, the depth of the pleated structure can be 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the depth of the pleated structure of the adjacent cells 14 can be made uniform, and the interval between the ridge lines 12 in the cells 14 continuously changes between the adjacent cells 14.
  • the cross-sectional shape of the pleated structure can be a saw shape having an inclined surface and a rise surface.
  • the inclination angle of the inclined surface can be 60° or less.
  • the radius of curvature of the saw-shaped apex is 0.1 to 0.5 ⁇ m.
  • the surface roughness of the inclined surface is 1.0 to 20 nm.
  • An atomic force microscope or the like is used as a method for measuring the surface roughness.
  • the unit of the surface roughness can be Ra.
  • the pleated structure can have a triangular prism shape with an inclined surface and a rise surface.
  • the direction of the pleated structure that is, the direction of the saw-shaped inclined surface
  • each inclined surface of the pleated structure can approximate the inclination of a continuous curved surface.
  • the approximate continuous curved surface can be a surface that is at least locally differentiable.
  • Each inclined surface of the pleated structure can be a first derivative of a curved surface.
  • the normal vector of the pleated structure and the local normal vector corresponding to the pleated structure of the curved surface that approximates it can be the same.
  • the normal vector of the inclined surface of the cell 14 can be inside the normal vector of the inclined surface of the surrounding cells adjacent to the cell.
  • the normal vector of the inclined surface of the cell 14 when the normal vector of the inclined surface of the cell 14 is represented by the addition of the normal vectors of the inclined surfaces of the neighboring cells adjacent to the cell, the normal vector of the inclined surfaces of the neighboring cells adjacent to the cell.
  • Vector coefficients can be positive.
  • the inclination angle of the inclined surface of the cell 14 can be set to the middle of the inclination angle of the inclined surfaces of the cells on both sides adjacent to each other.
  • the surface that is analytically connected to the inclined surface of the pleated structure can be an approximate continuous curved surface. That is, the inclination of the inclined surface of the pleat structure can be made similar to the inclination of the spherical surface, as shown in FIG. As described above, when the pleat structure in the cell 14 has a linear shape, the optical function based on the normal vector of the inclined surface of the pleat structure does not depend on the size of the pleat structure or the position of arrangement in the cell 14. Can be expressed.
  • the slanted surface group of each aligned cell 14 displays a smooth curved appearance by the reflected light from the slanted surface, so that the pleated structure has a linear shape as shown in FIG.
  • the optical structure it is possible to realize the same optical characteristics as those of the optical structure configured with a continuous curved surface as shown in FIG. That is, the optical characteristics of the continuous curved surface can be reproduced in a pseudo manner by the inclined surface of the linear pleat structure in the cell 14 in which the optical structure 10 is arranged. In other words, the optical characteristics of a continuous curved surface can be approximated by the linear pleated structure in the cells 14 in which the optical structure 10 is arranged.
  • the size of each cell 14 can be 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less. If it is 10 ⁇ m or more, scattering is unlikely to occur. Further, when the size of each cell 14 is 500 ⁇ m or less, it is difficult for the naked eye to visually recognize it. Further, the size of each cell 14 can be 10 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less. When the size of each cell 14 is 150 ⁇ m or less, jaggies are unlikely to occur.
  • the size of the cell 14 may be the length of one side of the cell 14.
  • the cells may have the same size or different sizes. Also, the cells can be arranged periodically. The periodic arrangement makes it easy to arrange the cells adjacent to each other and maximize the reflected light on the inclined surface. The periodic arrangement can be a lattice array. Further, the cell size may be different for each motif or for each segment within the motif. In this case, it is easy to form a delicate motif.
  • the optical structure 10 can be divided by the cells 14, and the structure inside the cells 14 can be made into a linear shape to approximate a curved structure.
  • an approximation error occurs, and as a result, there is a place where the pleated structures are discontinuous between the adjacent cells 14.
  • the boundary 16 of the adjacent cells 14 there is a part where the pleat structure becomes discontinuous. If the size of the cell 14 is minimized, the approximation error is minimized, but the small cell 14 becomes difficult to process, and the too small cell 14 is not practical.
  • FIG. 9(b) which is a partially enlarged view of FIG. 9(a)
  • FIG. 9C which is another partially enlarged view of FIG. 9A
  • the scattered light may be an artifact that can be visually recognized by the naked eye due to the scattering caused by the deviation of the linear pleated structure.
  • the artifacts are noise instead of the ideal optical characteristics of the optical structure 10. Therefore, if an artifact occurs, the optical characteristics will deteriorate.
  • the linear pleat structure in the cell 14 is shifted in parallel in the cell 14 by the shift amount.
  • This can be realized, for example, by making the distance of the ridgeline closest to the reference point among the ridgelines 12 in the cell 14 from the reference point, which is the center of each cell 14, have an artificial fluctuation.
  • the interval between the ridge lines in each cell may have an artificial fluctuation.
  • the depth of the pleats between adjacent cells may also have fluctuation depending on the interval between the ridges.
  • the distance between the ridgelines and the pleat depth between the cells have randomness. At this time, the average depth can be made uniform within the motif.
  • FIG. 1 and 2 are cell plan views for explaining an artifact reducing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A illustrates a portion where the linear pleated structure becomes discontinuous at the boundary 16 between the adjacent cells 14.
  • FIG. 1A it is explained that the cells having a large amount of deviation A of the pleat structure between cells 14 are dense.
  • FIG. 2A illustrates a portion where the linear pleat structure is continuous at the boundary 16 of the adjacent cells 14.
  • FIG. 1B shows a state in which the linear pleat structure in the cell 14 is changed from the state illustrated in FIG. 1A to an artificial fluctuation amount in the cell 14 in a range of a space s or less between adjacent ridge lines. Describes the state of shifting in parallel.
  • the straight pleated ridgeline 12 (#1a) and the straight pleated ridgeline 12 (#1b) are as shown by arrows in the figure, It is shifted in parallel to the ridge line 12 (#1a') and the ridge line 12 (#1b') by a shift amount within a range of an interval s between adjacent ridge lines or less. That is, as artificial fluctuation, the position where the linear pleated structure is provided is shifted in parallel.
  • FIG. 1C is a diagram illustrating a ridge line after the shift.
  • the pleated structure is discontinuous at the boundary 16 of the cell 14. There are multiple boundaries. Then, if a plurality of boundaries having similar displacement amounts of the ridge line 12 of the discontinuous pleat structure at the boundaries 16 of the cells 14 are densely present on the plane, an artifact may occur.
  • FIG. 1A there is a case where the ridgeline 12 is discontinuous at the boundary 16 of the adjacent cells 14, but as shown in FIG.
  • FIG. 16 when the ridge line 12 is continuous, when the artificial fluctuation is realized by shifting the ridge line 12 in parallel by the shift amount as described above, before the shift, that is, the artificial fluctuation is realized.
  • FIG. 2(a) exemplifying a ridge line before the shift
  • FIG. 2(b) showing a parallel shift of the ridge line
  • FIG. 2(c) demonstrating the ridge line after the shift, as shown in FIG.
  • the ridgeline 12 becomes discontinuous at the boundary 16 of the adjacent cells 14.
  • the artifact occurs because the boundaries 16 of the cells 14 in which the dislocation amounts of the discontinuous ridgelines 12 at the boundaries 16 of the adjacent cells 14 are similar to each other are densely present on the plane, and therefore, FIG.
  • the ridge lines 12 are discontinuous at the boundary 16 of the adjacent cells 14, the parallel shift amount is made in the same cell 14 within the range of the interval s between the adjacent ridge lines 12 or less. Due to the artificial fluctuations that are performed in step 2, the boundaries 16 of the cells 14 having the same displacement amount of the discontinuous ridge lines 12 at the boundaries 16 of the adjacent cells 14 are not densely arranged on the plane, so that the occurrence of the artifact can be prevented.
  • the ridge lines 12 in the cells 14 are shifted in parallel in the cells 14 within the range of the interval s between the adjacent ridge lines 12 by a shift amount to realize the artificial fluctuation. Since the deviation amount of the ridgeline 12 having the discontinuous pleated structure at the boundary 16 of the above is dissimilar and is dispersed at the plurality of adjacent boundaries 16, the artifact can be reduced.
  • the shift amount is in a range equal to or smaller than the interval s between the adjacent ridge lines 12, and thus it is possible to calculate using a random number so that the maximum value becomes the interval s.
  • a pseudo random number can be used instead of a perfect random number.
  • Pseudo-random numbers are preferably equi-frequency, uncorrelated, and long-period.
  • pseudo-random numbers can be used instead of perfect random numbers to calculate the shift amount.
  • the linear congruential method, the linear feedback shift register, and the Mersenne Twister method can be applied to generate pseudo-random numbers.
  • Figure 3 is a conceptual diagram showing the spatial frequency of an artifact and its visibility, where the horizontal axis represents the discontinuity period and the vertical axis represents the visibility of the artifact. This depends on the spatial frequency characteristic of the contrast of light and shade of the human eye.
  • FIG. 3 shows that, for example, as shown in FIG. 1(a), a frequency component with a gray scale of several mm to several cm is most observable, and thus the artifact is most conspicuous. Further, FIG. 3 shows that the visibility of the artifacts gradually decreases when the discontinuity period becomes larger than several mm to several cm. For example, when the period of discontinuity is several tens of cm, even if a plurality of boundaries having similar displacement amounts of the ridge lines 12 of the discontinuous pleats structure are densely formed at the boundaries 16 of the adjacent cells 14, the artifacts are generated. Are less visible. Further, when the cycle of the artifact becomes several mm or less, the artifact becomes lower than the resolution of the human eye, so that the artifact is not resolved and becomes invisible.
  • the size of the cell 14 is several mm or less, and particularly preferably 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less. In this case, there are about 200 to 10,000 cells 14 in 10 cm. Therefore, if the period of the pseudo-random number is 10,000 or more, it is unlikely that the light and shade that causes an artifact will occur. Pseudo-random numbers having a period of 10,000 or more are known, and in the embodiment of the present invention, such random numbers can be used for the shift amount.
  • the shift amount can be a unique value for each cell 14. This is because, in all the cells 14, if the ridge lines 12 are shifted in parallel by the same shift amount, a plurality of boundaries having similar displacement amounts of the ridge lines 12 of the pleat structure may be dense and may cause an artifact.
  • the ridge lines 12 can be shifted in parallel in each cell 14 by a shift amount determined by a pseudo-random number within a range of the interval s between the adjacent ridge lines 12 or less. .. From the above viewpoint, the adjacent cells 14 are required to shift the ridge lines 12 in parallel with different shift amounts.
  • calculating the shift amount for all cells 14 is concerned about the time required for the calculation. For example, when the size of the optical structure 10 is small and the number of the cells 14 is small, it may not be so affected. However, when the size of the optical structure 10 is large and the number of the cells 14 is large, a large amount may occur. Calculation time will be required.
  • the calculation amount can be reduced by using the principle described above with reference to FIG.
  • the pleated structure artifacts between the cells 14 due to the discontinuity of the ridges 12 between the cells 14 are easily visible on the embossed surface of the optical structure 10 for a period of up to several tens of cm, but are separated by several tens of cm or more.
  • the sequence of numbers used for the shift amount may have a long period such that the cells 14 are separated by several tens of centimeters and have the same pattern.
  • the calculation result can be reduced by diverting the calculation result. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the concept of a square area in which a plurality of cells are combined in order to reduce the calculation amount for calculating the shift amount.
  • the shift amount is calculated for each cell 14 (g11), (g12),... (g1n) in the square area B (#1) 10 cm or more on one side, and the other square area is calculated.
  • the shift amount calculated for the cell 14 at the corresponding position in the square area B(#1) can be used.
  • the shift amount calculated for the cell 14 (g11) in the square area B (#1) is the cell 14 (g21) in the square area B (#2) and the cell 14 in the square area B (#3).
  • the shift amount calculated for the cell 14 (g12) in 1) is the cell 14 (g22) in the square area B (#2), the cell 14 (g32) in the square area B (#3), and the square area B.
  • the cells 14 (g42) in (#4) can be used for the cells 14 (gm2) in the square area B (#m).
  • each cell 14 is separated from each other by a distance such as 10 cm that is not clearly recognized by the naked eye, such as the cell 14 (g11), the cell 14 (g21), the cell 14 (g31), The cells 14 (g41),...,
  • the cells 14 (gm1) are grouped so that the cells 14 (gm1) belong to the same group (for example, the “first group”), and only one shift is performed for each group. If the amount is calculated, artifacts are not observed and the amount of calculation can be reduced. Also, the same shift amount can be applied to different motifs.
  • the pleat structure in the cell 14 is arranged by shifting in parallel by the shift amount calculated for each cell 14. By doing so, the artifacts can be reduced without changing the optical characteristics.
  • the shift amount for each cell 14 is preferably a random number such as a pseudo-random number and is determined for each cell 14. However, by considering the range in which humans can recognize the artifacts, the shift amount only needs to be calculated for only some representative cells 14, so that the calculation amount can be reduced.
  • FIG. 5 is a diagram comparing optical structures before and after application of the artifact reduction method according to the embodiment of the present invention.
  • the structural microscope plane photograph 17A is an example of a front view of the optical structure 10A before application of the artifact reducing method according to the embodiment of the present invention.
  • the optical structure 10A includes a boundary in which the deviation amount of the ridge line 12 of the discontinuous pleat structure at the boundary 16 of the cell 14 is small and a cell 14 in the partial perspective view 18b.
  • the boundary 16 has a large amount of deviation of the ridgeline 12 having a discontinuous pleated structure.
  • artifact C is generated in the optical structure 10A due to scattering at the discontinuous boundary of the ridgeline 12 at the boundary 16 of the cell 14, as shown in the external view photograph 19A.
  • the structural microscope plane photograph 17B is a front view of the optical structure 10B in which the artifact reducing method according to the embodiment of the present invention is applied to the optical structure 10A.
  • Exterior photograph 19B is a photograph of such an optical structure 10B. It can be seen in the appearance photograph 19B that the artifacts observed in the appearance photograph 19A have disappeared.
  • the curved surface described is spherical, but may be a parabolic surface or a curved surface expressed by a polynomial. That is, an elliptical surface, a hyperboloidal surface, a quartic surface, and the like. Also, not only convex curved surfaces. It may be a concave curved surface. Also, a combination of a convex curved surface and a concave curved surface may be used. Further, the contour line at which the height is zero may have a curved outer shape. It may also be a motif of letters or symbols.
  • an embossed layer including a flat surface and an embossed surface is formed.
  • a method of forming an embossed layer having an embossed surface including irregularities is a method of producing an original plate corresponding to the shape of the embossed surface and then covering the stamp surface of the original plate with the embossed layer to reproduce the uneven shape of the original plate. May be That is, by embossing the stamp surface of the original plate on the embossed layer of the optical structure 10, the embossed surface can be formed on the embossed layer.
  • the original plate When manufacturing the original plate, first, apply a photosensitive resist to one surface of the plate-shaped substrate. After that, the photosensitive resist is irradiated with a beam to expose a part of the photosensitive resist. Next, the photosensitive resist is developed. Then, a metal stamper is formed from the developed photosensitive resist by electroplating or the like. Using a metal stamper as a master, an original plate having a stamp surface corresponding to the shape of the embossed surface 11R is formed. The metal stamper can also be formed by cutting a metal plate.
  • the embossing layer may be a multilayer.
  • the embossing layer When the embossing layer is multi-layered, it can be composed of a thermoplastic resin peeling layer and a cured resin forming layer.
  • the release layer can releasably hold the embossed layer on the carrier.
  • the formation layer can be embossed with an uneven shape.
  • the material for forming the embossed layer can be resin.
  • the resin of the forming material can be a thermoplastic resin or a cured resin.
  • Various resins include poly(meth)acrylic resin, polyurethane resin, fluorine resin, silicone resin, polyimide resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, methacrylic resin, cyclic polyolefin resin, Polystyrene-based resin, polycarbonate-based resin, polyester-based resin, polyamide-based resin, polyamide-imide-based resin, and cellulose-based resin can be used.
  • the polystyrene resin may be an acrylonitrile-(poly)styrene copolymer (AS resin), an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), or the like.
  • the material for forming the embossed layer may be only one of these resins, or may be a mixture or composite of two or more resins.
  • the resin becomes a thermoplastic resin when no curing agent is added.
  • a cured resin can be obtained by adding a curing agent.
  • the thickness of the embossed layer can be 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the material for forming the embossed layer may further include an additive.
  • the additive may be at least one of a curing agent, a plasticizer, a dispersant, various leveling agents, an ultraviolet absorber, an antioxidant, a viscosity modifier, a lubricant, a light stabilizer and the like.
  • the reflective layer may be formed so as to follow the embossed surface of the embossed layer.
  • the reflective layer can be formed by deposition.
  • the method of forming the reflective layer may be either physical vapor deposition or chemical vapor deposition. Physical vapor deposition may be vacuum deposition, sputtering, ion plating, ion cluster beam, and the like.
  • the chemical vapor deposition may be plasma chemical vapor deposition, thermochemical vapor deposition, photochemical vapor deposition, or the like.
  • the thickness of the reflective layer can be 10 nm or more and 300 nm or less.
  • the reflective layer can also be translucent or concealable.
  • the translucent reflective layer can be a dielectric layer.
  • the hiding reflective layer can be a metal layer.
  • the material for forming the dielectric layer can be a metal compound or silicon oxide.
  • the metal compound can be a metal sulfide, a metal oxide, a metal fluoride, or a metal nitride.
  • the metal sulfide can be zinc sulfide or the like.
  • the metal oxide can be titanium oxide or the like.
  • the metal fluoride can be magnesium fluoride, calcium fluoride, or the like.
  • the metal nitride can be aluminum nitride or the like.
  • the metal of the reflective layer can be aluminum, silver, copper, nickel, titanium, gold.
  • vacuum deposition and ion plating are preferable because they have higher productivity than other manufacturing methods and can form a high-quality reflective layer.
  • the film formation conditions in the physical vapor deposition method and the chemical vapor deposition method can be selected according to the material for forming the reflective layer.
  • An adhesive layer may be formed on the surface of the reflective layer opposite to the surface in contact with the embossing layer. At this time, an adhesive layer having a thickness that fills the unevenness of the laminate of the embossing layer and the reflecting layer is formed. Then, the adherend is placed on the surface of the adhesive layer opposite to the surface in contact with the reflective layer. The adherend and the embossing layer are adhered by the adhesive layer. Thereby, an optical structure can be obtained.
  • the terms “part”, “element”, “pixel”, “cell”, “segment”, “unit”, “display body”, and “article” used in this disclosure are physical entities. Physical existence can refer to a physical form or a spatial form surrounded by a substance.
  • the physical entity can be a structure.
  • the structure can have a specific function.
  • the combination of structures having a specific function can exhibit a synergistic effect by combining the respective functions of the structures.
  • the position of the ridgeline in the cell is shifted in parallel within a range equal to or less than the interval between the adjacent ridgelines by a shift amount determined by a random number such as a pseudo-random number, so that the same ridgeline position is obtained.
  • Optical properties can be achieved with different physical configurations. Such a technique can be applied to a technical field in which the forgery prevention property is improved by making the pattern complicated.

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Abstract

エンボス面上に複数のプリーツ構造からなるセルが規則的に互いに接して整列されてなる光学構造体であって、プリーツ構造は互いに平行な複数の斜面を有し、プリーツ構造は斜面端部によって形成される直線状の稜線を有し、各稜線は、滑らかな曲線を近似した直線と平行であり、隣接するセルのプリーツ構造の深さは均一であり、セル内の稜線の間隔は隣接するセル間で連続的に変化し、整列された各セルの斜面群は、斜面の反射光により滑らかな曲面の外観を表示し、各セルの所定の基準点からのセル内の各稜線のうち最も基準点に近い稜線の距離は人工のゆらぎを有する。

Description

光学構造体およびアーティファクト低減方法
　本発明の実施形態は、対象に装飾性やセキュリティ性を付与する光学構造体と、該光学構造体におけるアーティファクト低減方法に関する。
　図６は、凸レンズの一例を示す側面図である。
　図６に例示するように、曲面構造を有する凸レンズ２０のような光学構造体は、凸レンズ２０の厚みｔを変えることによって、レンズのパワーを大きくできる。
　したがって、レンズのパワーを大きくすると、厚みｔは増大する。
　しかしながら、厚みｔを増やすことは、材料コストの増加につながる。例えば、１０倍の厚みの凸レンズを製作するためには、１０倍の量の樹脂が必要となる。そのため、材料コストが１０倍に増加する。
　したがって、曲面構造によって実現される凸レンズ２０のような単純なレンズ構造では、その効果と材料コストがトレードオフになる。
　このトレードオフを解消するために、凸レンズ２０のような単純なレンズ構造の代わりに、フレネルレンズが使用される。
　図７は、フレネルレンズの一例を示す側面図である。
　図７で説明されるような側面形状により、フレネルレンズ３０は、レンズ表面のプリーツ構造の角度やピッチを変化させることによって、曲面構造によって実現される光学機能を得ることができる。したがって、単純な凸レンズ２０ほど厚みｔを増加させる必要はない。
　このように、フレネルレンズ３０を適用することによって、凸レンズ２０と比べて、低コスト化、薄膜化、および軽量化を実現しつつ、凸レンズ２０と同等の光学特性を得ることができる。
　しかしながら、フレネルレンズには、以下のような問題がある。
　図８は、図７に例示されるような側面形状を有するフレネルレンズの平面図である。
　図９は、フレネルレンズを直線形状で近似した光学構造体の一例を示す平面図である。
　フレネルレンズでは、複数の同心円状の構造を有している。この構造は、設計の自由度が低く加工性も低い。そのため、図９（ａ）のように、図８に例示されるフレネルレンズ３０の平面上の曲面を、直線状の構造で近似することで、設計の自由度を高め、かつ加工性を高めることができる。
　このとき、光学構造体１０は、ｘｙ平面上に規則正しく正方配列された、等サイズの正方形状の複数のセル１４によって構成できる。
　セル１４内では、図７に例示される凹凸のピークｐに対応する稜線１２が、直線状に配置される。
　このように、光学構造体１０をセル１４で分割し、セル１４内の構造を、直線形状とし、曲線の構造を近似することができる。しかし、曲線の構造を直線形状で近似した場合、近似誤差が生じ、その結果、セル１４間では、直線形状同士が連続とならず、隣接するセル１４の境界１６において、プリーツ構造が不連続になる箇所が存在する。なお、セル１４のサイズを極小化すれば、その近似誤差は最小化するが、小さなセル１４は、加工が困難となり、小さすぎるセル１４は実用的ではない。
　このように光学構造体１０をセル１４で構成し、曲線の構造を、直線形状によって近似した場合には、近似誤差が生じ、図９（ａ）の部分拡大図である図９（ｂ）に示すように、隣接するセル１４の境界１６において、プリーツ構造が連続する箇所も存在するが、図９（ａ）の別の部分拡大図である図９（ｃ）に示すように、隣接するセル１４の境界１６において、プリーツ構造が不連続になる箇所が存在する。
　隣接するセル１４の境界１６において、プリーツ構造が不連続になる箇所では、光の散乱が生じる。その散乱の強度は、不連続となるプリーツ構造の稜線１２の境界でのズレ量が大きいほど強くなる傾向がある。そのズレ量は、場所によって異なる。また、そのズレ量は、近似する構造が、連続的な形状である場合、隣接するセル１４間で類似する。言い換えれば、ズレ量は、隣接するセル１４間で、段階的に変化する。そのため、ズレが大きい部分と、ズレが小さい部分が、密集する傾向がある。そのため、ズレが大きい部分は、散乱による光が強く、ズレが小さい部分は、散乱による光の強度が弱い。そのため、散乱の強弱によるアーティファクトが発生する。このアーティファクトは、類似する周期構造同士による双方の周期の周波数の差分のノイズが発生するモアレと類似した現象である。
　本発明の実施形態では、曲面を、直線形状で模擬する場合であっても、光学特性の変化をもたらすことなく、アーティファクトを低減することが可能な光学構造体およびアーティファクト低減方法を提供できる。
　上記の目的を達成するために、本発明の実施形態は、以下のような側面を有する。
　本発明の第１の側面は、エンボス面上に複数のプリーツ構造からなるセルが規則的に互いに接して整列されてなる光学構造体、および該光学構造体におけるアーティファクトを低減するための方法である。該光学構造体では、プリーツ構造は互いに平行な複数の斜面を有し、プリーツ構造は斜面端部によって形成される直線状の稜線を有し、各稜線は、滑らかな曲線を近似した直線と平行であり、隣接するセルのプリーツ構造の深さは均一であり、セル内の稜線の間隔は隣接するセル間で連続的に変化し、整列された各セルの斜面群は、斜面の反射光により滑らかな曲面の外観を表示し、各セルの所定の基準点からのセル内の前記各稜線のうち最も基準点に近い稜線の距離は人工のゆらぎを有する。
　本発明の第２の側面は、本発明の第１の側面の光学構造体およびアーティファクト低減方法において、人工のゆらぎは、稜線が、複数のセルのうちの何れかのセルにおいて、乱数によって決定されるシフト量、平行にシフトされることによって実現される。
　本発明の第３の側面は、本発明の第２の側面の光学構造体およびアーティファクト低減方法において、シフト量は、同一セル内において隣接する稜線間の間隔以下の範囲で、擬似乱数を用いて計算される。
　本発明の第４の側面は、本発明の第２または第３の側面の光学構造体およびアーティファクト低減方法において、シフト量は、セル毎に計算される。
　本発明の第５の側面は、本発明の第２または第３の側面の光学構造体およびアーティファクト低減方法において、エンボス面上において所定距離離れた各セル同士が、同一のグループに属するように、複数のセルがそれぞれグルーピングされ、シフト量は、グループ毎に計算される。
　本発明の第６の側面は、本発明の第５の側面の光学構造体およびアーティファクト低減方法において、所定距離は、グルーピングされたセルの繰り返しによる濃淡をアーティファクトとして認識しない隔離距離である。
　本発明の第７の側面は、本発明の第６の側面の光学構造体およびアーティファクト低減方法において、隔離距離は１０ｃｍ以上である。
　本発明の第８の側面は、エンボス面上に複数のプリーツ構造からなるセルが規則的に互いに接して整列されてなる光学構造体であって、プリーツ構造は互いに平行な複数の斜面を有し、プリーツ構造は斜面端部によって形成される直線状の稜線を有し、各稜線は、滑らかな曲線を近似した直線と平行であり、セル内の斜面の角度は隣接するセル間で連続的に変化し、整列された各セルの斜面群は、斜面の反射光により滑らかな曲面の外観を表示し、各セル間のプリーツ構造の稜線の間隔深さが異なるセルを有している。
　このような構成とすることで、プリーツ構造による虹色の発色を抑制できる。なお、このような構造とする際に、各セル間のプリーツ構造の深さが異なってもよい。また本発明の第１の側面と合せることもでき、それにより、アーティファクトや虹色の発色を抑えることで、良好な外観を得やすい。なお、各セル内のプリーツ構造の深さが異なると、各セルの所定の基準点からのセル内の前記各稜線のうち最も基準点に近い稜線の距離は人工のゆらぎは、相関してもよいし、非相関とすることもできる。
　本発明によれば、曲線形状を、直線形状で模擬する場合であっても、光学特性の変化をもたらすことなく、アーティファクトを低減することが可能な光学構造体およびアーティファクト低減方法を実現することができる。
図１は、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法を説明するためのセル平面図である。 図２は、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法を説明するための別のセル平面図である。 図３は、アーティファクトの空間周波数とその見え易さを示す概念図である。 図４は、シフト量を計算する計算量を低減するために、複数のセルがまとめられた正方領域の概念を説明するための図である。 図５は、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法の適用前および適用後の光学構造体を比較する図である。 図６は、凸レンズの一例を示す側面図である。 図７は、フレネルレンズの一例を示す側面図である。 図８は、図７に例示されるような側面形状を有するフレネルレンズの平面図である。 図９は、フレネルレンズを直線形状で模擬した光学構造体の一例を示す平面図である。
　以下に、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法が適用される光学構造体を、図面を参照して説明する。なお、本発明の実施形態は、発明の趣旨を説明するものであり、以下の本発明の実施形態の解釈を限定すべきものではない本発明の代表的なものであることを理解されたい。以下に説明する代表的な本発明の実施形態は、当業者であれば、その設計を適宜変更することが可能である。
　また、図面は説明的なものであり、それらに示される寸法は、例えば、各層の厚さや、その比率など、実際と異なることがあり、図面中の寸法比は、それらに示される比に限定されるものと解釈すべきではない。また、便宜上の理由がない限り、本発明の各実施形態における同様な構成については同一の符号を付して説明し、重複する説明は省略する。また、図面において、同様の部分には同一の符号を付している。
　本開示の実施形態は、背景からの独自の単一の発明を元とする一群の実施形態である。また、本開示の各側面は、単一の発明を元とした一群の実施形態の側面である。本開示の各構成は、本開示の各側面を有しうる。本開示の各特徴（feature）は組合せ可能であり、各構成をなせる。したがって、本開示の各特徴（feature）、本開示の各構成、本開示の各側面、本開示の各実施形態は、組合せることが可能であり、その組合せは相乗的機能を有し、相乗的な効果を発揮しうる。
　本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法が適用される光学構造体を、再び図９を用いて説明する。
　本発明の実施形態に係る光学構造体１０は、図９に例示されるように、例えばエンボス面上に複数のプリーツ構造からなるセル１４が規則的に互いに接して整列されて構成される。各セル１４は、隣接するセル１４との間の隙間なくセル１４を密にタイリングできる。これにより、セル１４とセル１４との間の隙間による光学効果の低下を防止できる。一方、セル１４を密にタイリングすると、一般に周期性が生じることが知られている。タイリングは、正方配列や、六方配列とできる。
　各セル１４の表面には、図７に例示されるように、プリーツ構造が設けられている。プリーツ構造は互いに平行な複数の斜面を有し、プリーツ構造は斜面端部、すなわち、凹凸のピークｐによって形成される直線状の稜線１２が、図８のような曲線形状に近似した直線状となっている。これによって、各稜線１２は、滑らかな曲線を近似した曲線と平行しており、プリーツ構造は、直線的である。プリーツ構造のピッチは、５μｍ以上、３０μｍ以下であり、ピークｐの高さ、すなわちプリーツ構造の深さは、１μｍ以上、１０μｍ以下とできる。隣接するセル１４のプリーツ構造の深さは均一とでき、セル１４内の稜線１２の間隔は、隣接するセル１４間で連続的に変化する。プリーツ構造の断面形状は、傾斜面と、ライズ面を有する鋸形状とできる。傾斜面の傾斜角は６０°以下とできる。また、鋸形状の頂点の曲率半径は、０．１～０．５μｍである。また傾斜面の表面粗さは、１．０～２０ｎｍである。表面粗さの測手方法としては、原子間力顕微鏡などを用いる。また、表面粗さの単位としてはＲａとできる。言い換えれば、プリーツ構造は、傾斜面と、ライズ面を備えた、三角柱形状とできる。
　また、図９において、セル１４内では、プリーツ構造の方向（すなわち、鋸形状の傾斜面の向き）や、プリーツ構造の各傾斜面は、連続的な曲面の傾斜を近似するようにできる。近似する連続的な曲面は、少なくとも局所的に微分可能な面とできる。プリーツ構造の各傾斜面は、曲面の一次微分とできる。つまり、プリーツ構造の法線ベクトルとその近似する曲面のプリーツ構造に対応する局所での法線ベクトルは、一致するものとできる。また、セル１４の傾斜面の法線ベクトルは、そのセルに隣接する周囲のセルの傾斜面の法線ベクトルの内側とできる。言い換えれば、セル１４の傾斜面の法線ベクトルを、そのセルに隣接する周囲のセルの傾斜面の法線ベクトルの加算で表したとき、そのセルに隣接する周囲のセルの傾斜面の法線ベクトルの係数は正とできる。また、セル１４の傾斜面の傾斜角度は、隣接する両側のセルの傾斜面の傾斜角度の中間とできる。
　また、プリーツ構造の傾斜面を解析接続した面は、近似した連続的な曲面とできる。つまり、プリーツ構造の傾斜面の傾きを、図８に示すように、球面の傾斜と同様にできる。このように、セル１４内の、プリーツ構造が線形な形状である場合、そのプリーツ構造の大きさやセル１４内での配置の位置によらず、プリーツ構造の傾斜面の法線ベクトルによる光学的機能を発現できる。
　これによって、整列された各セル１４の傾斜面群は、傾斜面の反射光により滑らかな曲面の外観を表示するようになるので、図９のように、プリーツ構造が線形な形状で構成された光学構造体であっても、図８のように連続的な曲面で構成された光学構造体と同様の光学特性を実現できる。つまり、光学構造体１０の配列されたセル１４内の線形なプリーツ構造の傾斜面により、連続的な曲面の光学特性を擬似的に再現できる。言い換えれば、光学構造体１０の配列されたセル１４内の線形な形状のプリーツ構造により、連続的な曲面の光学特性を近似できる。
　各セル１４のサイズは、１０μｍ以上、５００μｍ以下とできる。１０μｍ以上であれば散乱が生じにくい。また、各セル１４のサイズが５００μｍ以下では、肉眼で視認されにくい。さらに、各セル１４のサイズは、１０μｍ以上、１５０μｍ以下とできる。各セル１４のサイズが１５０μｍ以下の場合、ジャギーが生じにくい。セル１４のサイズはセル１４の一辺の長さとできる。各セルは、同一サイズでも良いし、ことなるサイズであってもよい。また、セルは周期的に配置とできる。周期的配置は、セルを隣接して配置しやすく、傾斜面の反射光を最大化しやすい。周期的配置は格子配列とすることができる。また、モチーフ毎、またはモチーフ内のセグメント毎にセルのサイズが異なってもよい。この場合、繊細なモチーフを形成しやすい。
　このように、光学構造体１０をセル１４で分割し、セル１４内の構造を、直線形状とし、曲線の構造を近似することができる。しかし、曲線の構造を直線形状で近似した場合、近似誤差が生じ、その結果、隣接するセル１４間では、プリーツ構造同士が不連続となる場所が生じる。この場合、隣接するセル１４の境界１６において、プリーツ構造が不連続になる箇所が存在する。なお、セル１４のサイズを極小化すれば、その近似誤差は最小化するが、小さなセル１４は、加工が困難となり、小さすぎるセル１４は実用的ではない。
　曲線形状を線形のプリズムによって近似した場合、図９（ａ）の部分拡大図である図９（ｂ）に示すように、隣接するセル１４の境界１６において、直線状のプリーツ構造が連続する箇所も存在するが、図９（ａ）の別の部分拡大図である図９（ｃ）に示すように、隣接するセル１４の直線状のプリーツ構造が不連続になる箇所も存在する。
　図９（ｃ）に示すように、隣接するセル１４の境界１６において、直線状のプリーツ構造の隣接するセル１４の境界１６での不連続となるプリーツ構造のズレが同様の境界が密集して存在すると、直線状のプリーツ構造のズレに起因する散乱により、散乱の光が肉眼で視認できるアーティファクトとなる場合がある。アーティファクトは、光学構造体１０の理想的な光学特性ではなくノイズとなる。そのため、アーティファクトが発生すると、光学特性が低下してしまう。
　そこで、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法では、セル１４における直線状のプリーツ構造を、該セル１４内において、シフト量だけ平行にシフトさせる。これは、例えば、各セル１４の中心である基準点からのセル１４内の各稜線１２のうち最も基準点に近い稜線の距離が、人工のゆらぎを有するようにすることによって実現できる。また、各セル内での稜線の間隔が人工のゆらぎを有してもよい。このとき稜線の間隔に応じて隣接するセル間のプリーツの深さもゆらぎを有してもよい。言いかえれば、稜線の間隔やセル間のプリーツの深さは、ランダム性を有する。このときモチーフ内では、平均の深さは均一とすることができる。このようにすることで、成形性と、アーティスト低減を両立しやすい。さらに、各セル１４の所定の基準点からのセル１４内の各稜線１２のうち最も基準点に近い稜線の距離と、各セル内での稜線の距離の双方が人工のゆらぎを有してもよい。なお、セル内のプリーツは、異なる深さであっても良い。
　図１および図２は、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法を説明するためのセル平面図である。
　図１（ａ）は、図９（ｃ）と同様に、隣接するセル１４の境界１６において、直線状のプリーツ構造が不連続になる箇所を説明している。図１（ａ）では、セル１４間でのプリーツ構造のズレ量Ａが多い箇所が密集していることが説明されている。
　図２（ａ）は、図９（ｂ）と同様に、隣接するセル１４の境界１６において、直線状のプリーツ構造が連続する箇所を説明している。
　図１（ｂ）は、図１（ａ）に説明される状態から、セル１４における直線状のプリーツ構造を、該セル１４内において、隣接する稜線間の間隔ｓ以下の範囲の人工のゆらぎ量で、平行にシフトさせた状態を説明している。
　図１（ｂ）では、セル１４（＃１）において、直線状のプリーツ構造の稜線１２（＃１ａ）および直線状のプリーツ構造の稜線１２（＃１ｂ）が、図中矢印に示すように、隣接する稜線間の間隔ｓ以下の範囲のシフト量で、稜線１２（＃１ａ’）および稜線１２（＃１ｂ’）へそれぞれ平行にシフトされている。つまり、人工のゆらぎとして、直線状のプリーツ構造の設けられた位置が平行にシフトされている。セル１４（＃２）において、稜線１２（＃２ａ）および稜線１２（＃２ｂ）も同様に、図中矢印に示すように、稜線１２（＃２ａ’）および稜線１２（＃２ｂ’）へそれぞれ平行にシフトされている。セル１４（＃３）およびセル１４（＃４）でも、同様に、稜線１２（＃３）および稜線１２（＃４）が、シフト量、稜線１２（＃３’）および稜線１２（＃４’）へと平行にシフトされている。図１（ｃ）は、シフト後の稜線を説明する図である。
　稜線１２をシフト量に応じて平行にシフトする前の光学構造体、すなわち、人工のゆらぎがない光学構造体は、図１（ａ）のように、セル１４の境界１６においてプリーツ構造が不連続となる境界が複数存在する。そして、セル１４の境界１６における不連続なプリーツ構造の稜線１２のズレ量が同様な複数の境界が、平面上に密集して存在すれば、アーティファクトが発生する可能性がある。
　しかしながら、隣接する稜線間の間隔ｓ以下の範囲のシフト量で、稜線１２を平行にシフトさせることによって、人工のゆらぎが実現された後は、図１（ｃ）に示すように、セル１４の境界１６における不連続なプリーツ構造の稜線１２のズレ量Ｂが同様な複数の境界が密集せず、分散される。そのため、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、直線状のプリーツ構造のズレ量Ｂの分布が均質化され、そのズレ量Ｂに応じた散乱が均一化するため、アーティファクトの発生が低下する。
　ところで、図１（ａ）では、隣接するセル１４の境界１６において、稜線１２が不連続になる箇所が存在する場合であったが、図２（ａ）のように、隣接するセル１４の境界１６において、稜線１２が連続的となる場合、上述したように稜線１２を、シフト量、平行にシフトさせることによって人工のゆらぎが実現された場合、シフト前の、すなわち、人工のゆらぎが実現される前の稜線を例示する図２（ａ）から、稜線の平行なシフトを示す図２（ｂ）、およびシフト後の稜線を例示する図２（ｃ）に示すように、シフト後、すなわち、人工のゆらぎが実現された後、隣接するセル１４の境界１６において、稜線１２が不連続になってしまう。
　しかしながら、アーティファクトは、隣接するセル１４の境界１６における不連続な稜線１２のズレ量が同様なセル１４の境界１６が、平面上に密集して存在することによって発生するので、図２（ｃ）に示すように、隣接するセル１４の境界１６において、稜線１２が不連続になっても、同一のセル１４内で、隣接する稜線１２間の間隔ｓ以下の範囲でなされる、平行なシフト量でなされる人工のゆらぎにより、隣接するセル１４の境界１６での不連続な稜線１２のズレ量が同様なセル１４の境界１６が、平面上で密集しないため、アーティファクトの発生を防止できる。
　なお、図２（ｃ）のように、稜線１２をシフト量、平行にシフトさせることによって人工のゆらぎが実現されても、プリーツ構造のピッチや向きは変わらないため、プリーツ構造の光学特性は変わらない。
　このように、セル１４内の稜線１２を、該セル１４内において、隣接する稜線１２間の間隔ｓ以下の範囲で、シフト量、平行にシフトさせて人工のゆらぎを実現することによって、セル１４の境界１６における不連続なプリーツ構造の稜線１２のズレ量が隣接する複数の境界１６で類似せず、分散されるので、アーティファクトを低減できる。
　次に、シフト量の決定方法について説明する。
　前述したように、シフト量は、隣接する稜線１２間の間隔ｓ以下の範囲であるので、最大値が間隔ｓとなるように、乱数を用いて計算することができる。ただし、一般的にコンピュータによって、完全な乱数、すなわち、完全に周期性なく数値を出力することは困難である。そのため、完全な乱数に代えて、疑似乱数を使用することができる。疑似乱数は、等頻度、無相関、及び長周期であることが好ましい。この等頻度、無相関、及び長周期が担保されることで、効果的にアーティファクトの発生を抑制できる。また、等頻度性、無相関性、及び長周期性は、当業者が適切に定めることができる。擬似乱数でも、周期性はあるものの、アーティファクトの発生を考慮すべき対象となるセルの数よりも、周期を十分に長くすることができる。そのため、ズレ量の周期性に起因する濃淡が現れる可能性を低くできる。したがって、シフト量を計算するために、完全な乱数に代えて、擬似乱数を使用できる。擬似乱数を発生するためには、線形合同法、線形帰還シフトレジスタ、およびメルセンヌ・ツイスタ法を適用することができる。
　なお、アーティファクトの発生を考慮すべき領域の大きさについて、図３を用いて説明する。
　図３は、アーティファクトの空間周波数とその見え易さを示す概念図であり、横軸が不連続性の周期を表し、縦軸がアーティファクトの見え易さを表す。これは、人間の目の濃淡のコントラストの空間周波数特性に依存する。
　図３は、例えば図１（ａ）に説明するように、数ｍｍ～数ｃｍの濃淡の周波数成分は、最も観察され易く、従ってアーティファクトが最も目立つことを示している。また、図３によれば、不連続性の周期が数ｍｍ～数ｃｍよりも大きくなった場合、アーティファクトの見え易さは、徐々に減少することを示している。例えば、不連続性の周期が数十ｃｍの場合、仮に、隣接するセル１４の境界１６において、不連続となるプリーツ構造の稜線１２のズレ量が同様の複数の境界が密集しても、アーティファクトは視認されにくくなる。また、アーティファクトの周期が、数ｍｍ以下となると、アーティファクトは人間の目の解像度を下回ってくるため、アーティファクトが解像されず、視認されなくなっていく。
　本発明の実施形態では、セル１４のサイズは、数ｍｍ以下であり、特に１０μｍ以上、５００μｍ以下が好適である。この場合、１０ｃｍの中に、セル１４は、約２００～１０，０００個存在する。したがって、擬似乱数の周期が１０，０００以上であればアーティファクトを発生させるような濃淡が発生する可能性は低い。擬似乱数は、周期が１０，０００以上のものが知られており、本発明の実施形態では、シフト量に、このような乱数を使用することができる。
　シフト量は、セル１４毎に固有の値とすることができる。なぜなら、すべてのセル１４において、稜線１２を同じシフト量、平行にシフトさせた場合、プリーツ構造の稜線１２のズレ量が類似した複数の境界が密集し、アーティファクトの発生原因となり得るからである。
　アーティファクトの発生原因となり得るパターンが形成されないよう、セル１４毎に、隣接する稜線１２間の間隔ｓ以下の範囲で、擬似乱数により決定されたシフト量で、稜線１２を平行にシフトさせることができる。また、上記観点からは、隣接するセル１４では、異なるシフト量で、稜線１２を平行にシフトさせることが要求される。
　しかしながら、すべてのセル１４に対して、シフト量を計算することは、計算に要する時間が懸念される。例えば、光学構造体１０のサイズが小さく、セル１４の数が少ない場合には、さほど影響ないかもしれないが、光学構造体１０のサイズが大きく、セル１４の数が多い場合には、多大な計算時間を要することになる。
　このような場合、以下に説明するように、図３を用いて前述した原理を利用して、計算量を低減することが可能である。
　すなわち、図３のように、隣接するセル１４の境界１６における構造の不連続な稜線１２のズレ量の分布の周期が数ｃｍよりも大きくなった場合、アーティファクトの見え易さは、徐々に減少し、アーティファクトの周期が数十ｃｍになれば、隣接するセル１４の境界１６において、不連続となるプリーツ構造の稜線１２のズレ量が同様の複数の境界が密集して存在している場合でも、アーティファクトが観察され難くなる。
　そのため、セル１４間の稜線１２の不連続性によるセル１４間でのプリーツ構造のアーティファクトは、光学構造体１０のエンボス面において、数十ｃｍまでの周期は視認されやすいが、数十ｃｍ以上離れたセル１４については、同じシフト量で、稜線１２を平行にシフトさせても、視認し難い。そのため、シフト量に用いる数列は、セル１４が数十ｃｍ離れているところで、同じパターンとなるような長い周期を有していてもよい。これにより計算結果を流用することによって、計算量を低減できる。これを図４で説明する。
　図４は、シフト量を計算する計算量を低減するために、複数のセルがまとめられた正方領域の概念を説明するための図である。
　図４に示すように、一辺１０ｃｍ以上離れた正方領域Ｂ（＃１）内の各セル１４（ｇ１１）、（ｇ１２）、・・・（ｇ１ｎ）について、シフト量を計算し、他の正方領域Ｂ（＃２）～Ｂ（＃ｍ）内の各セル１４については、正方領域Ｂ（＃１）内の対応する位置におけるセル１４について計算されたシフト量を使用することができる。
　例えば、正方領域Ｂ（＃１）内のセル１４（ｇ１１）について計算されたシフト量は、正方領域Ｂ（＃２）内のセル１４（ｇ２１）、正方領域Ｂ（＃３）内のセル１４（ｇ３１）、正方領域Ｂ（＃４）内のセル１４（ｇ４１）、・・・・正方領域Ｂ（＃ｍ）内のセル１４（ｇｍ１）にも利用され、同様に、正方領域Ｂ（＃１）内のセル１４（ｇ１２）について計算されたシフト量は、正方領域Ｂ（＃２）内のセル１４（ｇ２２）、正方領域Ｂ（＃３）内のセル１４（ｇ３２）、正方領域Ｂ（＃４）内のセル１４（ｇ４２）、・・・・正方領域Ｂ（＃ｍ）内のセル１４（ｇｍ２）にも利用されるようにできる。
　このように、１０ｃｍのような、肉眼で、濃淡の差を明確に認識しない距離以上に離れた各セル１４同士（例えば、セル１４（ｇ１１）、セル１４（ｇ２１）、セル１４（ｇ３１）、セル１４（ｇ４１）、・・・セル１４（ｇｍ１）同士）が、同一のグループ（例えば、「第１グループ」）に属するように、複数のセル１４をそれぞれグルーピングし、グループについて１つだけシフト量を計算するようにすれば、アーティファクトが観察されず、かつ、計算量の低減を図れる。また、同様に異なるモチーフでも同じシフト量を適用できる。
　上述したように、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法が適用された光学構造体１０によれば、セル１４内のプリーツ構造を、セル１４毎に計算されたシフト量、平行にシフトさせ配置することによって、光学特性を変化させることなく、アーティファクトを低減することができる。
　セル１４毎のシフト量は、擬似乱数のような乱数で、セル１４毎に決定することが望ましい。しかしながら、人間がアーティファクトを認識できる範囲を考慮することによって、代表的ないくつかのセル１４のみについてシフト量を計算すればよくなるので、計算量を低減することも可能となる。
　このような本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法による効果を、図５を用いて例示する。
　図５は、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法の適用前および適用後の光学構造体を比較する図である。
　構造顕微鏡平面写真１７Ａは、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法の適用前の光学構造体１０Ａを正面から撮影した一例である。
　光学構造体１０Ａは、部分斜視図１８ａに例示するように、セル１４の境界１６における不連続なプリーツ構造の稜線１２のズレ量が小さい境界と、部分斜視図１８ｂに例示するように、セル１４の境界１６における不連続なプリーツ構造の稜線１２のズレ量が大きい境界とを含んでいる。これによって、光学構造体１０Ａには、外観写真１９Ａに示されているように、セル１４の境界１６における稜線１２の不連続な境界での散乱によりアーティファクトＣが発生する。
　一方、構造顕微鏡平面写真１７Ｂは、光学構造体１０Ａに対して、本発明の実施形態に係るアーティファクト低減方法を適用した光学構造体１０Ｂを、正面から撮影したものである。
　構造顕微鏡平面写真１７Ｂに示されるように、光学構造体１０Ｂは、セル１４内の稜線１２の位置が、セル１４毎に計算されたシフト量、平行にシフトされているので、セル１４の境界１６におけるプリーツ構造の稜線１２のズレ量が、全体的に均質化されている。
　外観写真１９Ｂは、このような光学構造体１０Ｂを撮影したものである。外観写真１９Ｂには、外観写真１９Ａで観察されたアーティファクトが消滅していることが分かる。
　このように、本発明の実施形態によれば、曲面を、線形のプリーツ構造で模擬する場合であっても、光学特性の変化をもたらすことなく、アーティファクトを低減することが可能となる。説明した曲面は球形状であるが、放物面や多項式で表現される曲面でもよい。すなわち、楕円面、双曲面、４次曲面などである。また、凸状の曲面だけではなく。凹状の曲面でもよい。また、凸状の曲面と、凹状の曲面との組合せでもよい。また、高さがゼロとなる等高線が、曲面の外形でもよい。また、文字やシンボルのモチーフとなっていてもよい。
　［光学構造体の製造方法］
　なお、以下では、光学構造体１０がエンボス層に加えて、反射層、粘着層、および、キャリアを備える光学構造体１０の製造方法を説明する。
　光学構造体１０を製造するときには、まず、平坦面よびエンボス面を含むエンボス層を形成する。凹凸を含むエンボス面を有したエンボス層を形成する方法は、エンボス面の形状に対応する原版を製造した後に、原版のスタンプ面をエンボス層で覆うことによって、原版が有する凹凸形状を複製する方法であってよい。つまり、原版のスタンプ面を、光学構造体１０のエンボス層にエンボスすることで、エンボス層にエンボス面を形成できる。
　原版を製造するときには、まず、平板状を有した基板の一方の面に感光性レジストを塗布する。その後、感光性レジストにビームを照射して感光性レジストの一部を露光する。次に、感光性レジストを現像する。そして、電気めっきなどによって、金属製のスタンパを現像後の感光性レジストから形成する。金属製のスタンパを母型として、エンボス面１１Ｒの形状に対応するスタンプ面を有した原版を形成する。なお、金属製のスタンパは、金属板を切削加工することで形成することもできる。
　エンボス層は、多層でもよい。エンボス層が多層の場合、熱可塑樹脂の剥離層と硬化樹脂の形成層の構成とできる。剥離層は、キャリア上にエンボス層を剥離可能に保持できる。形成層には、凹凸形状をエンボスで形成できる。
　エンボス層の形成材料は、樹脂とできる。形成材料の樹脂は、熱可塑樹脂や硬化樹脂とできる。各種の樹脂は、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、および、セルロース系樹脂などを用いることができる。ポリスチレン系樹脂は、アクリロニトリル－（ポリ）スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）などであってよい。なお、エンボス層の形成材料は、これらの樹脂のうち１つの樹脂のみであってもよいし、２つ以上の樹脂の混合または複合であってもよい。樹脂は、硬化剤を添加しない場合は熱可塑樹脂となる。また、一方で、硬化剤を添加することで硬化樹脂とできる。エンボス層の厚みは、１μｍ以上、２０μｍ以下とできる。
　エンボス層の形成材料は、さらに添加剤を含んでもよい。添加剤は、硬化剤、可塑剤、分散剤、各種レベリング剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、粘性改質剤、潤滑剤、光安定化剤などの少なくとも１つであってよい。
　また、エンボス層のエンボス面に追従するように反射層を形成してもよい。反射層は堆積により形成できる。反射層を形成する工程において、反射層を形成する方法が、物理気相成長および化学気相成長のいずれかであってよい。物理気相成長は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、イオンクラスタービームなどであってよい。化学気相成長には、プラズマ化学気相成長、熱化学気相成長、光化学気相成長などであってよい。反射層の厚みは、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下とできる。また反射層は、透光性または隠蔽性とできる。透光性の反射層は、誘電体層とできる。隠蔽性の反射層は、金属層とできる。誘電体層の形成材料は、金属化合物または酸化ケイ素できる。金属化合物は、金属硫化物、金属酸化物、金属フッ化物、窒化金属とできる。金属硫化物は、硫化亜鉛などとできる。金属酸化物は、酸化チタンなどとできる。金属フッ化物は、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムなどとできる。窒化金属は、窒化アルミニウムなどとできる。反射層の金属は、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、チタン、金とできる。
　これらの方法の中でも、真空蒸着およびイオンプレーティングは、他の製法よりも生産性が高い点、および、良質な反射層を形成することができる点で好ましい。なお、物理気相成長法および化学気相成長における成膜条件は、反射層の形成材料に応じて選択することができる。
　反射層のなかで、エンボス層に接する面とは反対側の面に粘着層を形成してもよい。このとき、エンボス層と反射層との積層体が有する凹凸を埋めるような厚みを有する粘着層を形成する。そして、粘着層のなかで、反射層に接する面とは反対側の面に被着体を重ねる。被着体とエンボス層とが、粘着層によって接着される。これにより、光学構造体を得ることができる。
　以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本開示の範囲は、図示され記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含むことができる。更に、本開示の範囲は、請求項により画される発明の特徴（feature）に限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴（feature）、その特徴（feature）のあらゆる組み合わせも含む。
　本開示で用いられる「部分」、「要素」、「画素」、「セル」、「セグメント」「単位」「表示体」、「物品」という用語は、物理的存在である。物理的存在は、物質的形態または、物質に囲まれた空間的形態を指すことができる。物理的存在は、構造体とできる。構造体は、特定の機能を有するものとできる。特定の機能を有した構造体の組合せは、各構造体の各機能の組合せにより相乗的効果を発現できる。
　本開示および特に添付の特許請求の範囲内で使用される用語（例えば、添付の特許請求の範囲の本文）は、一般的に、「オープンな」用語として意図される（例えば、「有する」という用語は、「少なくとも有する」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「含むがそれに限定されない」などと解釈されるべきである。
　また、用語、構成、特徴(feature)、側面、実施形態を解釈する場合、必要に応じて図面を参照すべきである。図面により、直接的かつ一義的に導き出せる事項は、テキストと同等に、補正の根拠となるべきである。
　さらに、特定の数の導入された請求項の記載が意図される場合、そのような意図は、請求項に明示的に記載され、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しない。例えば、理解を助けるために、以下の添付の特許請求の範囲は、「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」の導入句の使用を含み、請求の列挙を導入することができる。しかしながら、そのような語句の使用は、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」によるクレーム記載の導入が、そのようなクレームを含む特定のクレームを、そのような記載を１つだけ含む実施形態に限定することを意味すると解釈されるべきではない。「１つ以上」または「少なくとも１つ」の冒頭の語句および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」）は、少なくとも「少なくとも」を意味すると解釈されるべきである。「１つ」または「１つ以上」）。請求項の記述を導入するために使用される明確な記事の使用についても同様である。
　本発明の実施形態によれば、セル内の稜線の位置を、隣接する稜線の間隔以下の範囲で、擬似乱数のような乱数により決定されたシフト量で、平行にシフトさせることによって、同一の光学特性を、異なる物理的構成によって実現することができる。このような技術は、パターンの複雑化によって偽造防止性を向上させる技術分野に応用することが可能である。

Claims (15)

  1. 　エンボス面上に複数のプリーツ構造からなるセルが規則的に互いに接して整列されてなる光学構造体であって、
    　前記プリーツ構造は互いに平行な複数の斜面を有し、前記プリーツ構造は斜面端部によって形成される直線状の稜線を有し、前記各稜線は、滑らかな曲線を近似した直線と平行であり、隣接するセルのプリーツ構造の深さは均一であり、セル内の稜線の間隔は隣接するセル間で連続的に変化し、整列された各セルの斜面群は、前記斜面の反射光により滑らかな曲面の外観を表示し、各セルの所定の基準点からの前記セル内の前記各稜線のうち最も前記基準点に近い稜線の距離は人工のゆらぎを有することを特徴とする、光学構造体。
  2. 　前記人工のゆらぎは、前記稜線が、前記複数のセルのうちの何れかのセルにおいて、乱数によって決定されるシフト量、平行にシフトされることによって実現されることを特徴とする、請求項１に記載の光学構造体。
  3. 　前記シフト量は、同一セル内において隣接する稜線間の間隔以下の範囲で、擬似乱数を用いて計算されることを特徴とする、請求項２に記載の光学構造体。
  4. 　前記シフト量は、前記セル毎に計算されることを特徴とする、請求項２または３に記載の光学構造体。
  5. 　前記エンボス面上において所定距離離れた各セル同士が、同一のグループに属するように、前記複数のセルがそれぞれグルーピングされ、
    　前記シフト量は、前記グループ毎に計算されることを特徴とする、請求項２または３に記載の光学構造体。
  6. 　前記所定距離は、グルーピングされたセルの繰り返しによる濃淡をアーティファクトとして認識しない隔離距離であることを特徴とする、請求項５に記載の光学構造体。
  7. 　前記隔離距離は１０ｃｍ以上であることを特徴とする、請求項６に記載の光学構造体。
  8. 　エンボス面上に複数のプリーツ構造からなるセルが規則的に互いに接して整列されてなる光学構造体であって、
    　前記プリーツ構造は互いに平行な複数の斜面を有し、前記プリーツ構造は斜面端部によって形成される直線状の稜線を有し、前記各稜線は、滑らかな曲線を近似した直線と平行であり、セル内の斜面の角度は隣接するセル間で連続的に変化し、整列された各セルの斜面群は、前記斜面の反射光により滑らかな曲面の外観を表示し、各セル間のプリーツ構造の稜線の間隔深さが異なるセルを有していることを特徴とする、光学構造体。
  9. 　エンボス面上に複数のプリーツ構造からなるセルが規則的に互いに接して整列されてなる光学構造体におけるアーティファクトを低減するための方法であって、
    　前記光学構造体では、
    　　前記プリーツ構造は互いに平行な複数の斜面を有し、前記プリーツ構造は斜面端部によって形成される直線状の稜線を有し、前記各稜線は、滑らかな曲線を近似した直線と平行であり、隣接するセルのプリーツ構造の深さは均一であり、セル内の稜線の間隔は隣接するセル間で連続的に変化し、整列された各セルの斜面群は、前記斜面の反射光により滑らかな曲面の外観を表示し、各セルの所定の基準点からの前記セル内の前記各稜線のうち最も前記基準点に近い稜線の距離は人工のゆらぎを有することを特徴とする、アーティファクト低減方法。
  10. 　前記人工のゆらぎは、前記稜線が、前記複数のセルのうちの何れかのセルにおいて、乱数によって決定されるシフト量、平行にシフトされることによって実現されることを特徴とする、請求項９に記載のアーティファクト低減方法。
  11. 　前記シフト量は、同一セル内において隣接する稜線間の間隔以下の範囲内で、擬似乱数を用いて計算されることを特徴とする、請求項１０に記載のアーティファクト低減方法。
  12. 　前記シフト量は、前記セル毎に計算されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のアーティファクト低減方法。
  13. 　前記エンボス面上において所定距離離れた各セル同士が、同一のグループに属するように、前記複数のセルをそれぞれグルーピングし、
    　前記シフト量を、前記グループ毎に計算することを特徴とする、請求項１０または１１に記載のアーティファクト低減方法。
  14. 　前記所定距離を、グルーピングされたセルの繰り返しによる濃淡をアーティファクトとして認識しない隔離距離としたことを特徴とする、請求項１３に記載のアーティファクト低減方法。
  15. 　前記隔離距離を１０ｃｍ（センチメートル）としたことを特徴とする、請求項１４に記載のアーティファクト低減方法。
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