WO2007119773A1 - 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 - Google Patents

Abstract

　構造色を工業的に実用化する要件を満たしつつ、リサイクル性に優れた物質の加飾を可能とする。また、対象物が真正品であるか否かの検証を容易に行なうことができ、かつ、ホログラムシールのような剥離による再利用を不可能にする。 　光回折を起こす周期構造１３を界面に有する空隙部１２を基材１１の内部に形成するとともに、基材１１の表面の一部又は全部に光回折を起こす周期構造１５を形成する。それら空隙部界面周期構造１３と基材面周期構造１５は、構造色を発現する規則的配列を有している。そして、基材面周期構造１５に機能材を接触させることで、基材面周期構造１５による構造色の発現を抑制して、空隙部界面周期構造１３により発現する構造色を読み取り可能とする。

Description

明 細 書

構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び Z又は回折 光読み取り方法、及び、真贋判定方法

技術分野

[0001] 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構造体、この 構造体の形成方法、この形成方法を実行する構造体形成装置、その構造体で発現 する構造色及び Z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、物質内部に空隙部が形成されて、この空隙部の界面に形成さ れた周期構造により、構造色を発現するとともに、不正な再利用を防ぐことができ、し 力も真贋の検証方法が容易な、偽造防止効果を有するマーキングとなる構造体、構 造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び Z又は回折光読み取り方法、及び 、真贋判定方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、リサイクル性や環境適性の観点から、顔料物質を用いる化学的発色が受け 入れられなくなりつつある。そこで、微細構造形成により光の回折 '干渉などの現象を 用いて発色する構造色が、それに替わる技術として重要となって 、る。

この構造色の原因としては、例えば、薄膜干渉、多層膜干渉、光の散乱現象、回折 格子、フォトニック結晶などが挙げられる。

[0003] こうした構造色を人工的に発現するのは困難であり、工業的に実用化された例はま だ少ない。

この少数の事例のうちの一つとして、例えば、光照射により微細周期構造を形成し 、構造色を発現する方法が提案されている。

[0004] その光照射により微細周期構造を形成する方法には、例えば、 LIPS (Laser Ind uced Periodic Structures)がある（例えば、非特許文献 1参照。）。これは、レー ザ照射により物質表面に自己組織的に形成される微細周期構造である。

また、他の例として、例えば、フェムト秒レーザでガラス内部に回折格子を書き込む 技術が開示されている (例えば、非特許文献 2参照。 )₀ 非特許文献 1 : Sylvain Lazare著「Large scale excimer laser production of submicron periodic structures on polymer surface.」 Applied Surfac e Science 69(1993)31—37 North-Holland

非特許文献 2 :レーザ協会誌 第 30卷 第 2号 細野秀雄、河村賢一著「フェムト秒レ 一ザと透明物質との相互作用：シングルパルス干渉による透明物質への周期ナノ構 造の加工」 レーザ協会、 2005年 5月、 p. 7— 12

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかしながら、構造色を工業的に実用化する要件には、発色を損なう原因となる傷 つきや汚れへの耐性をもつこと、発色効率が高いこと、低コストで製造できることの 3 点が挙げられ、これらを満たすことは容易でな 、。

例えば、非特許文献 1に開示の技術は、微細周期構造を物質の表面に生成するも のであるが、この表面に形成された周期構造は、光回折、しいては発色性を弱める 原因となる傷つきや汚れへの耐性がな 、と 、う問題があった。

[0006] これに対し、非特許文献 2に開示の技術は、ガラスの内部に回折格子を書き込むた め、傷つき等の耐性の問題は生じない。ところが、レーザの照射一回につき一箇所に しか形成できないことから、広範囲を加飾したい場合には非常に時間がかかり、生産

'性に問題があった。

[0007] ところで、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 者を保護する観点力 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力りでなぐ粗悪な偽造品 によって消費者力 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。

[0008] 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力もなる画像が形成されたホログラムシールがあ る（例えば、特開平 6— 059612号公報、特許第 3546975号公報参照。；)。

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 、の良さから広く利用されて 、る。

[0009] し力しながら、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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、構造色を工業的に実用化 する要件を満たすとともに、微細周期構造を高速で形成可能にして生産性の向上を 図ることができ、さらに、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 Z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。

課題を解決するための手段

[0013] 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が界面に 形成された空隙部を基材内部に有する構成としてある。

構造体をこのような構成とすると、構造色を工業的に実用化する要件を満たすこと ができる。

例えば、微細周期構造が物質内部に形成されるため、傷つきや汚れへの耐性をも たせることができる。また、 3次元的に周期構造が形成されることで、発色効率を高め ることができる。さらに、レーザ光を数発照射するなど光照射を短時間行うだけで、広 い範囲に複数の空隙部を形成することができるため、高速生産が可能となって、低コ ストで製造できる。このように、構造色を工業的に実用化する要件を満たすことができ る。

[0014] さらに、発色原理が、空隙部の界面に形成された微細周期構造 (空隙部界面周期 構造）によるものであって、顔料や染料のような化学的発色によるものではない。この ため、溶融すれば容易に消色することができる。したがって、リサイクル性に優れたプ ラスチック容器等の加飾技術として貢献し得る。

[0015] また、本発明の構造体は、基材内部の空隙部界面周期構造が、構造色を発現する 規則的配列を有した構成とすることができる。

構造体をこのような構成とすれば、周期構造が有する規則的配列により構造色を発 現させることができる。これにより、従来に無力ゝつた新規な加飾技術を提案できる。

[0016] また、本発明の構造体は、複数の空隙部を、基材の表面からそれぞれ異なる深さ のところに形成する構成とすることができる。

構造体をこのような構成とすると、複数の空隙部のそれぞれが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異なる色で発色させることができる。 すなわち、複数の空隙部は、光の照射された範囲内で、ランダムな位置に、かつ、 それぞれ異なる深さのところで複数発生する。このため、照射範囲全体として 3次元 的に周期構造が形成されて (3次元周期構造)、発色性を劇的に向上させることがで きる。

[0017] また、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。

[0018] 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 つ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。

[0019] 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。

[0020] また、本発明の構造体は、基材の表面に形成された周期構造 (基材面周期構造） 力 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。

[0021] また、本発明の構造体は、基材の表面に形成された周期構造を保護する保護層を 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。

[0022] 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 Z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。

[0023] また、本発明の構造体は、空隙部の界面の周期構造、及び Z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。

[0024] 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。

[0025] また、本発明の構造体の形成方法は、構造体形成装置を用いて基材に光照射し、 基材の内部に空隙部を生じさせ、空隙部の界面に周期構造を形成する構成とするこ とがでさる。

構造体の形成方法をこのような方法とすれば、物質に光を照射することで、光回折 を起こす周期構造を界面に有した空隙部をその物質内部に形成することができる。こ れにより、工業的に実用化する要件を満たした構造色を実現できる。

[0026] 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、基材に対して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ると、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る。

[0027] また、本発明の構造体の形成方法は、空隙部を形成した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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 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、周期的な光強度分布を発生させるこ とで、空隙部の界面や基材の表面に周期構造を形成できる。

[0031] また、本発明の構造体形成装置は、基材に光を照射する構造体形成装置であって

、基材の内部に形成される空隙部の界面に光回折を起こす周期構造が形成されるよ うに、照射パルス数及び Z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 することができる。

構造体形成装置をこのような構成とすれば、適したフルエンスや照射パルス数に調 整して、界面に周期構造を有した空隙部を物質内部に形成することができる。これに より、工業的に実用化する要件を満たした構造色を実現できる。

[0032] また、本発明の構造体形成装置は、レーザ発振器が、基材の内部に空隙部を形成 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 Z又はレーザ出力を調整する構成としてある。

[0033] 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!ヽて照射パルス数や 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。

[0034] また、本発明の構造色及び Z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 Z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 Z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!、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 とがでさる。

[0035] 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 Z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 Z 又は回折光を読み取り、この読み取った構造色及び Z又は回折光と被照合用の構 造色及び Z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。

[0036] 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 、場合も偽造品であると判定できる。

発明の効果

[0037] 以上のように、本発明によれば、工業的に実用化する要件を満たした構造色を実 現できる。

しカゝも、リサイクル性に優れたプラスチック容器等の加飾技術として貢献し得る。

[0038] また、基材そのものに空隙部界面周期構造や基材面周期構造を形成することで、 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。

[0039] 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。

図面の簡単な説明 [図 1]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]空隙部が形成された構造体の断面を示す模式図である。

[図 2b]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 2c]図 2bを模式的に示した外観斜視図である。

[図 2d]構造体を上方（図 2cの A方向）力も見たときの空隙部の拡大顕微鏡像である。

[図 2e]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]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。

[図 3b]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。

[図 3c]基材面周期構造を拡大して示した AFM像である。

[図 4]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。

[図 5]本実施形態の構造体の他の構造を模式的に表した断面図である。

[図 6]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。

[図 7]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。

[図 8]基材に照射される光の干渉領域を示す図である。

[図 9]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。

[図 10]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。

[図 11]周期的光強度分布での光照射を示す図である。

[図 12]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。

[図 13]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。

[図 14]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。

[図 15]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。

[図 16]光回折が生じる様子を示した模式図である。

[図 17]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、 ( al)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、 (b 1)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 、（cl)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、（dl)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。

[図 18]YAG— THG (355nm) , 247nj/cm², 30shotsの条件下で、試料 30に PE

T INJシートを用いたときの空隙部 12の形成状態を示す図である。

[図 19]YAG— SHG (532nm) , 500mj/cm², lOshotsの条件下で、試料 30に PE

T延伸シートを用いたときの空隙部 12の形成状態を示す図である。

[図 20]本発明の空隙部と比較例の空洞部についての平面観察像及び断面模式図を 示す図表である。

[図 21]本発明と比較例についての試料及び透過率の比較を示す図表である。

[図 22]本発明の実施例におけるレーザ光照射条件と、比較例でのレーザ光照射条 件との比較を示すグラフである。

符号の説明

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

発明を実施するための最良の形態

[0042] 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 Z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。

なお、本実施形態において「加飾」とは、包装体に有彩色の着色を施すことや、特 定の波長域の光が包装体内部に透過しないように遮断すること等を含めた意味であ る。

[0043] [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。

[0044] (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 40 μ m程度となって!/ヽる。

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。

[0045] 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!/ヽる。

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. δ μ ηι

〜2.0 μ m程度となって!/ヽる。

[0046] 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 、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 40

0nm〜700nm)に近いときのことであり、およそ 2. 0 m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。

[0047] 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、し力も、光の照射面力 それぞれ異なる深さのところに形成される。

[0048] ここで、同一の面内であって表面力も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、各面力も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。

[0049] m λ = 2D (n2 - sin2 θ ) 1/2 · · · (式 1)

[0050] 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、 η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。

[0051] 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

X 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ぐ 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ょ 、。

[0052] (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 1 1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 400ηπ！〜 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 1 5においては、図 3a及び図 3cに示すように、凹部ゃ凸部が基材面 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の凸部の間隔力 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

1.0 m程度となっている。

[0053] 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。

[0054] なお、図 3b及び図 3cの画像は、構造体 10として PET3 X 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ぐ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。

[0055] 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 Z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 Z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。

[0056] (基材）

基材 11とは、構造体 10のベースとなる部材を 、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 、ナイロン榭脂、アクリル榭脂、塩化ビュル榭脂、フエノール榭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 ルイ匕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ぐ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。

[0057] (保護層）

構造体 10には、図 5に示すように、保護層 16を設けることができる。

保護層 16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 のを防止するための保護膜である。

この保護層 16は、例えば、アクリルアミ入ポリエステルアミ入ポリエステルアクリル ァミノなどにより形成できる。

[0058] [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。

[0059] (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 6〜図 8を参照 して説明する。

図 6は、該構造体形成装置の構成を示す概略図、図 7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 8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。

[0060] 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 6、図 7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。

[0061] 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、例えば、 Q—スィッチ 発振をする YAGレーザ、 YVOレーザ、 YLFレーザ、 Ti:サファイアレーザなどのフ

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ェムト秒レーザなど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力 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。

[0062] 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 程度照射すればよぐ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。し力も、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。

[0063] 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!/、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ノ 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つても実 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 、。

[0064] 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 6にお いて、ミラー 22は、 2つ備えられている力 2つに限るものではなぐ任意の数備えるこ とがでさる。

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。

[0065] 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 8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。

[0066] ここで、干渉縞の周期 dは、次式で示すことができる。

d= l / (2sin ( 0 /2) ) · · · (式 2) λ：光波長、 Θ：光束の交差角度

[0067] 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。

[0068] (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 9、図 10を参照し て説明する。

図 9は、該構造体形成装置の構成を示す概略図、図 10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。

[0069] 図 9、図 10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 6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 9にお いて、ミラー 32は、 2つ備えられている力 2つに限るものではなぐ任意の数備えるこ とがでさる。

[0070] 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 3 6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!、て説明する。

[0071] [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 11,図 12を参照して説明す る。

図 11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 12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 11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。

[0072] 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カゝ進入しない。

具体的には、図 12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。

[0073] 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。

[0074] 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。

[0075] 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ぐ 所要時間は数秒程度である。し力も、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さる。

[0076] 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 Indue ed Periodic structures)力め 。

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 材に押し付ける力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。

[0077] 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： Jsylvam Lazare奢「Large scale excimer laser production of submicron periodic structures on polymer surface.」 Applied Surf ace Science 69 (1993) 31— 37 North Holland

[0078] 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 13 (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。

[0079] [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 14、図 15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。

[0080] 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。

[0081] (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 14 (a) , このようになる。

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 X 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。

[0082] (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 15 (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 X 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

[0083] 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 X 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; ί! ^立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。

[0084] 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 X 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。

[0085] 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 一コードとして、光情報を記録することができる。

[0086] [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。

[0087] (構造色又は回折光の読み取り方法）

図 16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。

[0088] ある波長の光が回折する角度 βは、波長 λ、入射角度 ex、周期構造の周期 dを用 いて次式から求められる。

d (sin a ± sin j8 ) =πι λ …(式 3)

ここで、 mは回折次数をあらわす。

[0089] 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。

[0090] このこと力 、「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 、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 、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 、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。

[0091] 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。 [0092] 「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力、そうでな 、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 一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。

[0093] 「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。

[0094] [構造体を用いた真贋判定方法]

図 17 (al) , (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 1 5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（bl) , (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。

[0095] 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（cl) , (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ぐ空隙部 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力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。

[0096] 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（dl)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力否かを 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。

[0097] 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、周期構造力もの回折光量 (構造色）が低減するためである。

[0098] 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 、、 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ぐ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。

[0099] 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!/、。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 17 (al) , (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 力 全体に限るものではなぐ例えば、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ょ 、。

さらに、空隙部界面周期構造 13によるマーキングは、図 17 (bl)に示した星型に限 るものではなぐ例えば、図形、記号、文字など任意の形状で形成できる。

[0100] 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力、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。

[0101] [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—スィッチパルス 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。

[0102] 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 6 μ m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. 5mm φであるので、単位面積あたりの光パワー密度は 1WZ cm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. 5 μ m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。

[0103] 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. 5mm φであるので、単位面積あたりの光パワー密度は 179mWZcm²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、 1 μ m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。

[0104] なお、実施例 1の条件下で空隙部 12を形成すると、図 2d、図 2eに示すような顕微 観察像を得ることができる。ただし、空隙部 12を形成する条件は、上述の実施例 1に 限るものではない。

例えば、 YAG— THG (355nm) , 247mj/cm², 30shotsの条件下で、試料 30 に PET— INJシートを用いたときの空隙部 12は、図 18に示すような形状で形成され た。

また、 YAG— SHG (532nm) , 500mj/cm², lOshotsの条件下で、試料 30に P ET延伸シートを用いたときの空隙部 12は、図 19に示すように形状で形成された。

[0105] (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であるェ 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。

[0106] [比較例との対比]

次に、本実施形態の構造体と比較例との対比について、図 20〜図 22を参照して 説明する。

[0107] (空隙部と空洞部との対比）

物質内部に微小な空洞部を複数形成して発色させる技術として特開 2004— 3593 44号公報「プラスチック包装体及びその加飾方法」（以下、「比較例 1」という。）がある ここで、その比較例 1と本実施形態の構造体とを比較して、相違点を明確にする。

[0108] (1)形成される構造が相違する。

比較例 1では、発熱により気化することで形成される空洞部が、周期的な光強度分 布にしたがって配列する。

一方、本発明では、レーザ光と物質との光化学反応によって空隙部が形成され、そ の界面に周期的な光強度分布にしたがって周期構造が形成される。空隙部は、周期 的に形成されなくてもよい。

[0109] これら比較例 1の空洞部と本発明の空隙部との各構造を、図 20に示す。 同図に示すように、比較例 1の空洞部は、それぞれがほぼ球形に形成され、多数の 空洞部の配置が周期的配列構造をなして加飾を可能としている。

これに対し、本発明（実施例）の空隙部は、その界面に周期構造が形成され、この 周期構造が構造色を発現する規則的配列を有して加飾を可能としている。

[0110] (2)試料が相違する。

比較例 1ではレーザ光照射による発熱を利用するので、光エネルギーを効率良く熱 エネルギーに変換するための光吸収発熱剤を混練している。

これに対し、本発明では特殊な添加剤は必要としな 、。

これら試料の相違を、図 21に示す。同図に示すように、比較例 1においては、光吸 収発熱剤混練 PET射出成形シート（1. 5mm厚）を試料として用い、波長 355nmで 透過率は 0%である。このとき、光は物質内部に進入しており、指数減衰した結果、 透過率 0%となる。これに対し、本発明（実施例）においては、 2軸延伸 PETシート（1 50 μ m厚）を試料として用い、透過率は 83%である。

[0111] (3)形成原理が相違する。

比較例 1は、レーザ光照射による発熱を利用した方法である。これに対し、本発明 は、レーザ光の照射により構造体を形成するもので、発熱は利用しない。

ここで、本発明でのレーザ光照射条件の実施例と、比較例 1として特開 2004— 35 9344号公報の背景技術に記載の第三実施形態での条件を図 22に示す。同図にお いて、横軸はフルエンス（1パルスの照射面積あたりの光エネルギー）、縦軸は照射 パルス数を示す。

[0112] 同図中、〇印は、本発明の構造体に空隙部 11が形成される条件、 X印は、空隙部 11が未形成の条件、♦印は、比較例 1で空洞部が形成される条件をそれぞれ示す。 同図に示すように、本発明の形成方法は、比較例 1より少ない照射パルス数を特徴 とすることがわかる。これは、形成に発熱を利用するのではないためである。

また、本発明の形成方法は、比較例 1よりフルエンスが少ないことがわかる。

[0113] (本実施形態の構造体と従来の偽造防止マーキングとの対比）

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 2」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 3」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。

[0114] (構造が異なる場合）

比較例 2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力 なる多層構 造を有している。比較例 3は、ホログラフィー効果を生じさせる構造を有する層と 100 nm以下の金属クラスターが分散して 、る層とを有して 、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。

[0115] (検証方法が異なる場合）

比較例 2は、セラミック材料力 なる多層構造力 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 、る。

比較例 3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!/ヽる。

一方、本発明は、基材面からの構造色及び Z又は回折光を抑制することで内部か らの構造色及び Z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。

[0116] 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 Z又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法によれば、周期的 強度分布を有する光を被照射材に照射することで、被照射材内部に空隙部を生じ、 空隙部の界面に照射光の周期的強度分布と一致する周期構造を形成させることが できる。

これにより、発色性を弱める原因となる傷つきや汚れへの耐性を有することができ、 また、 3次元的に形成することで発色的が劇的に向上することができ、さらに、形成時 間を短縮することで、生産性を高めることができる。このように、構造色を工業的に実 用化する要件を満たしつつ、リサイクル性に優れた物質の加飾を可能とする。

[0117] また、本発明の構造体は、顔料や染料のような化学的発色による着色剤を使用して いないため、化学物質の使用量を低減することができることから、環境負荷の小さい 物質である。

さらに、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り加飾を施し ているため、リサイクル時の加熱、混練 (再ペレット化）によって、容易に消色すること ができる。したがって、容器として使用しているときは加飾がされているものの、再処 理後においては無色 ·透明となるので、リサイクル性が非常によい。

しかも、化学的発色と異なり、深色と光沢を有する鮮ゃ力な色調を得ることができる ため、加飾効果による商品の差別ィ匕にも有効である。

[0118] また、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 Z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!/、るため、それを取り出して他の対象物に転用すると 、つた行為が行えなく 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。

さらに、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。

し力も、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。

[0119] 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。

[0120] 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 Z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 1S 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 Z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 るものではなぐ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

[0121] 例えば、上述した実施形態では、試料として PETを用いた力 この PETは、例えば 、容器，カップ，バウチ，トレイ，チューブ容器等の包装体の材料として適用できる。こ の場合、本発明は、リサイクル性に優れたプラスチック容器の加飾技術として提供さ れる。

また、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ぐ二以上の面、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。

さらに、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ぐ例えば、上記読み取り方法を利用して内部マーキングが 現出する効果を活力した装飾などをその用途することができる。

産業上の利用可能性

[0122] 本発明は、構造色の発現を工業的に実現するための発明であるため、加飾を要す る物質が使用される分野に利用可能である。

Claims

請求の範囲

[I] 光回折を起こす周期構造が界面に形成された空隙部を基材内部に有する

ことを特徴とする構造体。

[2] 前記空隙部界面の周期構造が、構造色を発現する規則的配列を有した

ことを特徴とする請求項 1記載の構造体。

[3] 複数の前記空隙部が、前記基材の表面力 それぞれ異なる深さのところに形成され た

ことを特徴とする請求項 1又は 2記載の構造体。

[4] 前記基材の表面の一部又は全部に光回折を起こす周期構造が形成された

ことを特徴とする請求項 1〜3のいずれかに構造体。

[5] 前記基材の表面に形成された周期構造が、構造色を発現する規則的配列を有した ことを特徴とする請求項 4記載の構造体。

[6] 前記基材の表面に形成された周期構造を保護する保護層を有した

ことを特徴とする請求項 4又は 5記載の構造体。

[7] 前記空隙部の界面に形成された周期構造による構造色及び Z又は回折光を隠蔽す る位置に、前記基材の表面における周期構造が形成された

ことを特徴とする請求項 4〜6のいずれかに記載の構造体。

[8] 前記空隙部の界面の周期構造、及び Z又は、前記基材の表面の周期構造が、光の 照射により形成された

ことを特徴とする請求項 4〜7のいずれかに記載の構造体。

[9] 前記空隙部の界面の周期構造、及び Z又は、前記基材の表面の周期構造が、周期 的強度分布を発生させた前記光の照射により形成された

ことを特徴とする請求項 8記載の構造体。

[10] 構造体形成装置を用いて基材に光照射し、前記基材の内部に空隙部を生じさせ、 前記空隙部の界面に周期構造を形成する

ことを特徴とする構造体の形成方法。

[II] 前記基材が透明性を示す波長領域に含まれる波長の光を、前記基材に対して照射 する ことを特徴とする請求項 10記載の構造体の形成方法。

[12] 前記基材に光照射することで、前記基材内部に空隙部を生じさせ、この空隙部界面 に周期構造を形成し、前記光とは異なる波長の光を前記基材に照射することで、前 記基材の表面の一部又は全部に周期構造を形成する

ことを特徴とする構造体の形成方法。

[13] 前記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、前記基材に対して同時照射する

ことを特徴とする請求項 12記載の構造体の形成方法。

[14] 前記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、前記基材 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 12に記載の構造体の形成方法。

[15] 周期的な強度分布を発生させるように、前記構造体形成装置が前記基材に光を照 射する

ことを特徴とする請求項 10〜 14のいずれかに記載の構造体の形成方法。

[16] 基材に光照射する構造体形成装置であって、

前記基材の内部に形成される空隙部の界面に光回折を起こす周期構造が形成さ れるように、照射パルス数及び Z又はレーザ出力を調整するレーザ発振器を備えた ことを特徴とする構造体形成装置。

[17] 前記レーザ発振器が、

前記基材の内部に前記空隙部を形成するとともに、前記基材の表面に、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 Z又はレーザ出力を調整する ことを特徴とする請求項 16記載の構造体形成装置。

[18] 請求項 4〜請求項 9のいずれかに記載の構造体に、前記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、前記基材の表面の周期構造による構造色及び Z 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 Z又は回 折光を読み取る

ことを特徴とする構造色及び Z又は回折光読み取り方法。

[19] 請求項 4〜請求項 9のいずれかに記載の構造体に、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、前記基材の表面の周期構造による構造 色及び Z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 Z又は回折光を読み取り、この読み取った構造色及び Z又は回折光と被照合用の 構造色及び Z又は回折光とを比較し、これらが一致したときは、前記構造体を有する 物が真正品であると判定する

ことを特徴とする真贋判定方法。