JP2008129041A - ホログラム素子の製造方法、ホログラム素子製造装置、および金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 より早くまた多量にホログラム素子を製造するための方法、装置、金型を提供する。
【解決手段】ホログラム用の加工パターンの形成された金型、ホログラム素子用の素子材料、金型搭載手段と素子材料設置手段と移動させる移動ステージ手段と加熱手段と押圧手段とを有する転写装置、を用意し加工の準備を行なう準備工程と、金型を転写装置の金型搭載手段に搭載する金型搭載工程と、素子材料を転写装置の所定の設定位置に設定する素子材料設定工程と、素子材料設定工程で設定位置に設定された素子材料または金型搭載工程で搭載された金型を移動ステージ手段によって転写可能な位置へ位置決めする位置決め工程と、所定の温度に加熱する過熱工程と、位置決工程で位置決めされた金型を素子材料へ押圧手段により押圧転写する押圧転写工程と、を備えて構成した。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ホログラム素子の製造方法、ホログラム素子製造装置、および金型に関する。

ホログラム素子は、製造が微細な加工を伴い精密な製品であることから、容易に製造されないこともあり、ある製品の真贋識別をはじめとして種々の目的で使用されている。しかし精密な加工を伴うため、製造が困難であり、より簡単に製造する方法が求められていた。

このようなホログラムの製造方法としては、レーザー光を使用する方法、あるいは電子ビームを使用する方法および印刷技術を用いる方法が知られている。例えば、レーザー光を使用するホログラムの製造方法の一例として特開平６−０７１０７号公報がある。

特開平６−０７１０７号公報

しかしながら上述の特許文献の方法であるレーザー光を使用する方法では光学系を必要とするため、多量のホログラム素子を製造するには困難であって、よりいっそう早く、多量にホログラム素子を製造するための方法が求められており、そのことが課題となっていた。

この発明は、従来の方法よりもより簡単に、よりいっそう早く、多量にホログラム素子を製造する方法、ホログラム素子製造装置、およびホログラム素子製造用の金型を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、この発明のフォログラム素子の製造方法は、ホログラム用の加工パターンの形成された金型、ホログラム素子用の素子材料、前記金型を搭載する金型搭載手段と前記素子材料を設置する素子材料設置手段と前記金型手段もしくは前記素子材料と移動させる移動ステージ手段と前記金型および素子材料を過熱する加熱手段および押圧手段とを有する転写装置、を用意し加工の準備を行なう準備工程と、前記金型を前記転写装置の金型搭載手段に搭載する金型搭載工程と、前記素子材料を前記転写装置の所定の設定位置に設定する素子材料設定工程と、前記素子材料設定工程で設定位置に設定された前記素子材料または前記金型搭載工程で搭載された金型を、転写装置の移動ステージ手段によってホログラム加工パターンの転写可能な位置へ位置決めする位置決め工程と、前記金型と前記素子材料とを前記加熱手段により所定の温度に加熱する過熱工程と、前記位置決工程で位置決めされた前記金型を、ホログラム素子用の前記素子材料へ前記押圧手段により押圧転写する押圧転写工程と、を備えて構成し、前記金型に形成されたホログラム用のパターンをホログラム素子用の前記素子材料へ押圧転写すること、を特徴として構成した。

なお、上記目的を達成するため、この発明による前記金型には、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を使用し、ホログラム用の前記加工パターンを加工することが好ましい。

また、上記目的を達成するため、この発明のホログラム素子製造装置は、ホログラム用の加工パターンの形成された金型と、前記金型を搭載する金型搭載手段と、前記素子材料を設置する素子材料設置手段と、前記金型搭載手段もしくは前記素子材料設置手段を移動させる移動ステージ手段と、前記金型および素子材料を過熱する加熱手段と、前記金型と前記素子材料とを押し当てて前記金型のホログラムパターンを転写する押圧手段と、を備えて構成した。

さらに、上記目的を達成するため、この発明による金型は、ホログラム素子用の素子材料を用いてホログラム素子を転写製造するホログラム素子製造において使用される金型であって、前記金型は、ホログラム素子を製造するためのホログラムパターンを有することを特徴とする金型とした。

この発明においては、ホログラム用のパターンの形成された金型（なお、本願発明では、金属製の金型に限らず、成形および転写用の型を意味することとする。）を使用して転写装置によりホログラム素子を製造したので、従来より早く、多量にホログラム素子が製造できる。

なおホログラム素子用の材料をＦＩＢ装置を使用して加工することにより、ホログラムを転写するために用いられるホログラムパターンを有する金型も容易に製造でき、大量生産の道も拓くことができる。

以下図1ないし図４によりこの発明の一実施形態例について説明する。図1は、この実施形態例において使用されるホログラム素子を製造する製造装置としての転写装置に関する概念的な装置構成を示す図である。また、図２は、この実施形態例のホログラム素子の製造方法における特徴的な工程を図示したものである。図１において、転写装置１０は、金型１１、この金型を搭載する金型搭載プレート１３、金型をホログラム素子用の材料素子１２に押圧する押圧部１７、素子材料を
移動させる移動ステージ１５、および加熱部１６等により構成される。また、図２に示すように、この発明の実施形態例のホログラム素子の製造工程は、準備工程ＳＴ１、金型搭載工程ＳＴ２、素子材料設置工程ＳＴ３、位置決め工程ＳＴ４、加熱工程ＳＴ５、および押圧転写工程ＳＴ６の各製造工程を有している。以下これらの装置、並びに工程を図１、図２を使用して説明する。

（準備工程ＳＴ１）
図２における準備工程ＳＴ１では、ホログラム加工パターンが加工された金型１１と、ホログラム用の素子材料である樹脂プレート（例えばアクリル製のプレート）１２がまず用意される。また、また転写装置１０が用意される。図１に示すように、この転写装置１０は、金型１１を搭載する金型搭載用の金型搭載部１３と、樹脂プレート１２が設置されるパレット１４と、素子材料を移動する移動ステージ１５、および金型および樹脂プレートを加熱する過熱ヒータ１６と、金型１１を樹脂プレートへ押圧するモータ駆動の押圧部１７を備えており、稼動のため必要な運転の準備がなされる。

（金型搭載工程ＳＴ２）
さらに、金型搭載工程ＳＴ２においては、ホログラム加工パターンが加工された金型が前述の転写装置１０の金型搭載部１３へ搭載される。

（素子材料設置工程ＳＴ３）
また、素子材料設置工程ＳＴ３では、樹脂プレート１２が転写装置１０のパレット１４へ設置される。このパレット１４は、図１に示すようにＸ軸およびＹ軸に構成された移動ステージ装置１６の上に載っている。この移動ステージ１６は、Ｘ−Ｙ直交座標系の駆動手段を用いてＸ−Ｙ平面上を移動でき位置決めするための構成を有している。。

（位置決め工程ＳＴ４）
位置決め工程ＳＴ４では、樹脂プレート１２の設置されたパレット１４を移動ステージ１６により、移動することにより金型に対応した転写可能な位置に移動する。

（押圧転写工程ＳＴ６）
押圧転写工程ＳＴ６では、転写装置１０に用意された電気モータおよび稼動機構により駆動される所定の押圧可能な押圧部１７を用いて、金型１１がホログラム素子用の樹脂材料１２へ押し付けられ、金型に加工されたホログラム加工パターンは、樹脂材料１２へ転写され、ホログラム素子が製造される。

次に図３により、ホログラム用の加工パターンを有するこの実施形態例において使用される金型１６の製作について述べる。 図２は、金型１６が製作に必要な概念的な装置構成を示したものであって、ホログラムに使用される原画５１がまず決定されて用意され、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）装置２０に入力される。

このＰＣ装置２０には、スキャナー２１の他、キーボード２２、モニタ表示２３、通信装置２４などの入出力のための装置、オペレーティングシステム（ＯＳ）用のプログラム４１、入出力のための装置を制御する入出力用ソフトウエア４２、およびデータ変換を制御するソフトウエアである変換ソフトウェア４３、その他の種々のソフトウェアや各種データを記憶するメモリ２６、さらに、これらを制御するＣＰＵ２７、などを有している。

この原画５１は、ＰＣ装置２０に用意されたスキャナ２１を使用してスキャンされ、ＰＣ装置２０へホログラム用の画像データ４６として取り入れられる。さらにこのＰＣ装置にセットされたホログラム加工用データへの変換ソフトウエア４３により、加工用データフォーマット（例えば、ビットマップパターンデータ：ＢＰＤ ）へ変換され、加工用データ４７が作成される。この加工用データ４７は、ＯＮ／ＯＦＦのバイナリーデータであって、加工される金型のフォログラム用の加工形状に対応している。このデータのＯＮ部分は、イオンビームを照射され、ＯＦＦ部分は、イオンビームの照射がブランキングされて、全体として凹凸の溝が刻まれた形状に加工される。（なお、このようなホログラムパターンのＯＮ／ＯＦＦデータは、凹凸が逆転されてもホログラムとして同様な機能を発揮できるため、データは、ＯＮ／ＯＦＦが反転されても同様な機能を発揮できる。）

変換された加工用データ４７は、ＰＣ装置２０の通信装置２４を経由して、ＦＩＢ装置３０の通信部３４に接続されてＦＩＢ装置３０で受信される。つまり、ＰＣ装置２０の通信部２４とＦＩＢ装置の通信部３４との間で、加工に必要な加工情報について、送受信することになる。

ＦＩＢ装置３０は、内蔵の制御装置３７の制御する通信部３８から受信した必要な加工用データを用いて、イオン源３１からイオンビーム３２を発生して金型１８へ照射して、加工する。この加工は、いわるスパッタ加工の一種であって、加工のためのイオンビームの照射については、加速電圧２０−４０ＫＶの値での照射が好都合である。さらに、イオンビームは、加工され、除去られる素子材料の量の関係で、数度の繰り返し照射がなされる。ここで加速電圧２０ＫＶの低電圧のときは、ビーム形状が比較的大きなビーム径（例えば１マイクロメートル程度）形状になり、比較的にビーム照射による汚染が少なくなる。また、より高電圧である加速電圧４０ＫＶのときは、ビーム形状が比較的にシャープ（例えば５００ナノメートル程度）になるが、一方ではビームによる汚染が激しくなっていく。従って種々の加工には、繰り返し照射する加工効率等も考えて、２０−４０ＫＶの範囲の加速電圧範囲が好ましく、このような値の電圧が使用される加速電圧の範囲となる。

またイオンビームの走査は、ＰＣ装置２０からの加工データ、加速電圧の指定データ、その他の必要なデータを使用して、ＦＩＢ装置３０の内蔵のイオンビーム制御装置３７を用い、プランキング電極（ＢＬＫ）３３および走査電極（ＳＣＡＮ）３４を制御して行なうことになる。

上述したように、ホログラム用の加工データがＰＣ装置２０からＦＩＢ装置３０へ送られ、ＦＩＢ装置３０は、受け取った加工の条件を内部に設定し、ビーム照射条件が決定され、金型１８を加工して金型を材料に応じて数度の繰り返し照射がなされ、ホログラム加工パターンを有する金型１１が得られる。この金型１１（繰り返すが、本願では、金属製の金型に限らず、成形・転写用の型を意味する）に、同一の画像を複数加工し、転写装置３０によりホログラム素子用の素子材料に多数転写することにより、早く、かつ多量に、ホログラム素子が得られる。また、素子材料をパレットに多数設定し、移動ステージ装置らよりつぎづぎ移動して、それぞれの転写するようにしても、同様に、早く多量のホログラム素子が得られる。

次に本発明の実施例を図4を使用して説明する。図4の実施例では、原画像として、文字の「東」という漢字を含む画像を使用した。また、金型の材料として、ガラス状カーボンを使用した。また素子材料としては、ＣＯＰ(シクロオレフィンポリマー)を使用した。またＦＩＢ装置は、日立製作所製のＦＢ−２１００型ＦＩＢ装置を、また転写装置として東芝機械製のＳＴ−５０型転写装置を使用した。また、ＦＩＢ装置には、加速電圧 ４０ＫＶ、装置の押圧はおよそ２ＫＮであった。
図３（ａ）は、転写装置で金型から転写され、製造された５００マイクロメートル四方のホログラム素子の一部をさらに拡大したＳＩＭ画像である。この画像では、転写された凹凸の溝の幅が略５００ナノメートルであることが観測される。図３（ｂ）は、製造されたホログラム素子を使用し、波長６５０ナノメータのレーザー光を照射したホログラム再生画像を示したものであり、原画像と同じ漢字「東」を含む再生画像が黒色の板の上に薄く浮き上がって表示されていることを示している。左の白色の部分は直進したレーザー光の
光によるものである。

この発明は上述の実施形態例に限定されるものではなく、種々の形態を用いることができる。例えば前述した実施形態例では、素子材料が移動ステージにより移動した方法を示したが、金型が移動するよう構成した装置を用いても良い。また、ホログラム素子用の素子材料は、光の透過を生ずる樹脂のものならば良く、またアクリルのほか、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）でも良く、ＣＯＰの場合は、光の透過性が比較的良い。またホログラム素子の製造装置としての転写装置における加熱部には、ヒータを使用した方法を示したが、他の加熱方法例えば、ハロゲンランプなどの光による熱源、電磁波などを使用しても良い。加圧部には、電気モータによる加圧方法を示したが、液圧を使用した方法でも良い。また移動ステージ手段についも、回転式電気モータに限らずリニアモータタイプ、電磁歪素子タイプ、液圧の移動ステージの移動タイプを使用しても良い。また、金型は、ホログラムパターンをイオンビームのほか、電子ビームなどの荷電粒子またはナノメートル単位で精密に位置決め可能な超精密工作機械などを用いて切削加工しても良い。

この発明は、以上の実施形態例に詳細に述べた方法、装置および金型を使用して、従来の方法より比較的早く、多量にホログラム素子を製造することを希望する産業に適用できる。

この発明の方法に使用されるホログラム素子製造装置としての転写装置の概念的構成図 この発明の方法の工程を説明する図。 この発明に使用される金型を製作する工程を説明する図。 この発明の実施例で製造された金型のＳＩＭ画像、製造されたホログラム素子のＳＩＭ画像、同素子を使用して再現した再現画像を示す図。

符号の説明

１０ 転写装置
１１ 金型
１２ 素子材料（アクリルプレート）
１３ 金型搭載プレート
１４ 素子材料設置用のパレット
１５ 移動ステージ
１６ 加熱ヒータ
２０ パーソナルコンピュータ
２１ スキャナ
２２ キーボード
２３ 表示用モニタ
２４ 通信部
２６ メモリ
３０ ＦＩＢ装置
３２ ブランキング電極
３３ 走査電極
３４ 通信部
３４ 制御装置
４１ ＯＳ
４２ 入出力制御プログラム
４３ 変換プログラム
４６ 原画像データ
４７ 加工データ

Claims (9)

1. ホログラム素子の製造方法であって、その方法は、
   ホログラム用の加工パターンの形成された金型、ホログラム素子用の素子材料、前記金型を搭載する金型搭載手段と前記素子材料を設置する素子材料設置手段と前記金型手段もしくは前記素子材料を移動させる移動ステージ手段と前記金型および素子材料を過熱する加熱手段と押圧手段とを有する転写装置、を用意して加工の準備を行なう準備工程と、
   前記金型を前記転写装置の前記金型搭載手段に搭載する金型搭載工程と、
   前記素子材料を前記転写装置の所定の設定位置に設定する素子材料設定工程と
   前記素子材料設定工程で設定位置に設定された前記素子材料または前記金型搭載工程で搭載された金型を、前記転写装置の前記移動ステージ手段によってホログラム加工パターンの転写可能な位置へ位置決めする位置決め工程と、
   前記金型と前記素子材料とを前記加熱手段により所定の温度に加熱する過熱工程と、
   前記位置決工程で位置決めされた前記金型を、ホログラム素子用の前記素子材料へ前記押圧手段により押圧転写する押圧転写工程と、
   を備えて構成し、前記金型に形成されたホログラム用のパターンをホログラム素子用の前記素子材料へ押圧転写すること、を特徴とするホログラム素子の製造方法。
2. 特許請求項１項記載のホログラム素子の製造方法において、
   前記金型には、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を使用し、ホログラム用の前記加工パターンを加工すること、を特徴とするホログラム素子の製造方法。
3. 特許請求項２項記載のホログラム素子の製造方法において、前記ＦＩＢ装置により前記金型に加工されるホログラム用の前記加工パターンは、スキャナーを有するコンピュータ装置により、ホログラム用の原画像をスキャンし、所定のデータ変換ソフトウエアを使用し加工用データへ変換すること、を特徴とするホログラム素子の製造方法。
4. 特許請求項２項ないし請求項３項記載のホログラム素子の製造方法において、前記金型は、ガラス状カーボンであること、を特徴とする請求項２に記載のフォログラム素子の製造方法。
5. 特許請求項１項ないし請求項４項記載のフォログラム素子の製造方法において、ホログラム素子用の前記素子材料は、熱可塑性樹脂としたこと、を特徴とするホログラム素子の製造方法。
6. 特許請求項２項ないし請求項５項記載のホログラム素子の製造方法において、前記ＦＩＢ装置のイオ名ビームの加速電圧を、２０−４０ＫＶとし、繰り返し照射することを特徴とするホログラム素子の製造方法。
7. ホログラム素子用の素子材料を用いてホログラム素子を製造するホログラム素子製造装置において、前記ホログラム素子製造装置は、
   ホログラム用の加工パターンの形成された金型と、
   前記金型を搭載する金型搭載手段と、
   前記素子材料を設置する素子材料設置手段と、
   前記金型搭載手段もしくは前記素子材料設置手段を移動させる移動ステージ手段と、
   前記金型および素子材料を過熱する加熱手段と、
   前記金型と前記素子材料とを押し当てて前記金型のホログラムパターンを転写する押圧手段と、
   を備えて構成したことを特徴とするホログラム素子製造装置
8. ホログラム素子用の素子材料を用いてホログラム素子を転写製造するホログラム素子製造において使用される金型であって、前記金型は、ホログラム素子を製造するためのホログラムパターンを有することを特徴とする金型。
9. 請求項８の前期金型に加工された前記ホログラムパターンは、荷電粒子ビームまたは、工作機械によって加工されたことを特徴とする金型。

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