JP4290077B2 - カラー画像の形成方法及びカラー画像 - Google Patents

Description

本発明は、複数の回折格子を利用するカラー画像の形成方法とカラー画像に関する。

三原色（ＲＧＢ）のそれぞれに対応する回折格子を組み合わせてカラー画像を形成する方法は既に知られている（例えば、特許文献１参照）。また、１つの画素において表現すべき色を、特定方向にて観察されるスペクトルが互いに異なる複数の回折格子の組み合わせによって表現するカラー画像の形成方法も既に知られている（例えば、特許文献２参照）。

米国特許第８１７、５６９号明細書 米国特許第４、７８８、１１６号明細書

しかし、上述の文献によるカラー画像は、三原色の回折格子のそれぞれを表示すべき色に関係なく一様に回折格子専用スクリーンを形成後、マスクをかけて所望の色を表現するものである。従って、回折格子の形成後に最終的なカラー画像を得るまでにマスク専用スクリーンやマスク作成工程を必要とし、更に、マスク専用スクリーンを作成した後にも回折格子専用スクリーンとの位置合わせに関する問題もある。また、三原色に対応する各回折格子は撮影によってカラー画像形成用に組み合わされるため、カラー画像の形成に時間及び手間がかかる。

そこで、本発明は、従来とは異なる方法によって複数の回折格子を使用したカラー画像の形成方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の方法により上述した課題を解決する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明のカラー画像形成方法は、所定のカラー画像を構成する複数の画素（Ｐ）のそれぞれにおいて表現すべき色を、特定方向にて観察されるスペクトルが互いに異なる複数の回折格子（ＧＲ、ＧＧ、ＧＢ）の組み合わせによって表現するカラー画像（１）の形成方法であって、前記各画素を前記複数の回折格子と等しい数の分割領域（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に分割し、前記複数の回折格子のそれぞれを前記複数の分割領域のそれぞれに１対１に割り付け、前記各画素においてその画素の表現すべき色に応じて、前記各回折格子が割り付けられた分割領域に対する前記各回折格子の面積率を変化させて、前記各回折格子を前記割り付けられた分割領域に形成することにより、上記の課題を解決する。

本発明のカラー画像形成方法によれば、特定方向にて観察されるスペクトルが互いに異なる複数の回折格子のそれぞれについて、各回折格子が形成される分割領域に対する面積率を表現すべき色に応じて変化させることにより、異なる色を表現する。従って、特定方向に関して、画素毎に異なる色が複数の回折格子のスペクトルによって得られ、各画素において表現すべき色が表現されたカラー画像が得られる。複数の回折格子の種類をフルカラーが表示できるように選択すれば、特定方向から観察した場合にフルカラーのホログラム画像を得ることができる。

また、使用する複数の回折格子は三原色に対応するものに限らない。三原色以上の数の回折格子を組み合わせることにより、より色再現範囲を広げることが可能になる。また、回折格子の色は純度の高い色を表現することができるので、従来の印刷方式の色再現範囲を遥かに超えた、例えば４８０ｎｍ付近の青緑や５１０ｎｍ付近の深い緑などの、美しい色を再現することが可能である。

尚、「スペクトル」とは、光が複数の波長（色）に分光された状態をいい、例えば、複数の回折格子として、特定方向に関して、赤の波長が観察される回折格子、緑の波長が観察される回折格子、及び青の波長が観察される回折格子をそれぞれ分割領域に割り当てた場合、その特定方向に関して、これらの色を加法混色法によって組み合わせて得られる色を表現することができる。

本発明のカラー画像形成方法においては、前記複数の回折格子のそれぞれのパターンが形成された複数の回折格子原版（１０−１、１０−２、１０―３）のそれぞれについて、その回折格子原版を前記カラー画像を形成すべき被転写体（１１）と重ね合わせ、その重ね合わせ部分にエネルギー線（Ｌ）を照射し、その熱に基づいて前記被転写体の表面を溶融させることにより前記パターンを前記被転写体へ転写し、前記パターンが前記被転写体における前記回折格子に割り付けられた分割領域に該当する位置に転写されるように、前記エネルギー線を移動させ、前記分割領域に該当する位置に前記回折格子を順次形成してもよい。

エネルギー線によって照射される範囲は小さく、冷めやすい。従って、特別な冷却装置を用意することなく、かつ、冷却工程を大幅に短縮でき、複数の回折格子を用いたカラー画像の描画速度の向上を図ることができる。また、エネルギー線の制御をコンピュータ等のプログラムによって行うことにより、複数のカラー画像の描画精度や解像度の向上も図ることができる。尚、「エネルギー線」とは、いわゆる熱線のようにエネルギー線自体が熱を有するもの及びエネルギー線自体は熱を有しないものいずれも含む。例えばレーザーや電子線、マイクロ波等を含む。従って、「エネルギー線に基づく熱」とは、エネルギー線自体が有する熱による熱と、エネルギー線の照射位置にて起こる反応、例えば電子の活性化や化学反応により生じる熱とを含む。

被転写体の表面に、例えばエネルギー線に基づく熱によって溶融される材料で構成された溶融層を設け、溶融層と回折格子原版とを重ねあわせることにより、エネルギー線に基づく熱によって溶融された部分に重ね合わされた回折格子原版のパターンを転写することができる。また、重ね合わされた被転写体と各回折格子原版とに対して、エネルギー線を照射する態様には、被転写体側から照射する態様と回折格子原版側から照射する態様とを含む。各回折格子のパターン転写についてすべて同じエネルギー線を使用してもよいし、それぞれ異なるエネルギー線を使用してもよい。

本発明のカラー画像形成方法における前記複数の分割領域は、矩形の前記画素が垂直方向に等分された領域でもよい。これにより、同じ回折格子が割り当てられた分割領域を垂直方向に連続させることができ、各分割領域についてその分割領域に割り当てられた回折格子を垂直方向に連続して形成することができる。従って、回折格子を形成する際のエネルギー線の制御が容易になる。

また、前記表現すべき色に応じて前記複数の分割領域のそれぞれにおいて形成される回折格子の面積率が変化する方向が同じであってもよい。これにより、表示すべき色に応じて各分割領域に形成される回折格子の面積率を変化させる際のエネルギー線の制御が容易となる。

本発明のカラー画像は、１つの画素（Ｐ）において表現すべき色が、特定方向にて観察されるスペクトルが互いに異なる複数の回折格子（ＧＲ、ＧＧ、ＧＢ）の組み合わせによって表現されるカラー画像（１）であって、前記画素は複数の分割領域（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に分割され、その複数の分割領域のそれぞれには前記複数の回折格子のそれぞれが形成され、前記各分割領域において、その分割領域に形成される前記回折格子のその分割領域に対する面積率が、前記表現すべき色に応じて異なることにより上記の課題を解決する。

本発明のカラー画像によれば、上述したように、各画素において表現すべき色が特定方向に関して常に表現されるカラー画像が得られる。また、複数の回折格子をフルカラーが表示できるように選択すれば、特定方向から観察した場合にフルカラーのホログラム画像を得ることができる。「複数の回折格子」及び「スペクトル」の解釈は上述した通りである。

以上説明したように、本発明によれば、各分割領域において、表現すべき色に応じて、その分割領域に形成される回折格子のその分割領域に対する面積率が変化するように、その回折格子をその分割領域に形成することにより、従来とは異なる方法によって複数の回折格子を使用したカラー画像の形成方法を提供することができる。

図１は、本発明の一形態におけるカラー画像の１画素Ｐを示す拡大図である。画素Ｐは垂直方向Ａに３等分された３つの分割領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを有する。各分割領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃには特定方向において互いに異なるスペクトルが観察される回折格子がそれぞれ形成されている。従って、特定方向に関して加法混色法によって得られる色を表現することができる。以下、光の分光によって得られる各波長（色）を「スペクトル」という。本形態では、特定方向に関して分割領域Ｄａに赤のスペクトルＲを観察できる回折格子ＧＲが形成され、分割領域Ｄｂに緑のスペクトルＧを観察できる回折格子ＧＧが形成され、分割領域Ｄｃに青のスペクトルＢを観察できる回折格子ＧＢが形成されている。以下、赤、緑、青を合わせて「ＲＧＢ」、又は「ＲＧＢ色」という時がある。

以下、分割領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを特に区別する必要のない時は単に分割領域Ｄといい、回折格子ＧＲ、ＧＧ、ＧＢを特に区別する必要のない時は単に回折格子Ｇという。尚、図１には説明の便宜上、分割領域Ｄの境界線が示されているが、実際には形成されない。カラー画像を構成するすべての画素Ｐにおいて上述の３つの分割領域Ｄが設けられている。以下、各分割領域Ｄに形成されている回折格子Ｇについて説明する。

各分割領域Ｄには、所定の面積率で回折格子Ｇがそれぞれ形成されている。各画素Ｐが表現すべき色に応じて各分割領域Ｄに形成されている回折格子Ｇの面積率は異なる。面積率とは、分割領域Ｄに対してその分割領域Ｄに形成されている回折格子Ｇが占める割合である。各回折格子Ｇの形成方法については後述する。例えば、図２に示す画素Ｐと図１に示す画素Ｐとは各回折格子Ｇの面積率が異なり、従って、異なる色を表現する。尚、本形態では図２に示すように、各分割領域Ｄに形成される回折格子Ｇの面積は、面積率の変化に応じて垂直方向Ａに変化し、面積率が１に満たない分割領域Ｄには回折格子Ｇが形成されない不形成部Ｓが存在する。

本形態では、スペクトルＲは６５０ｎｍ、スペクトルＧは５４５ｎｍ、スペクトルＢは４５０ｎｍの各波長とし、各スペクトルＲ、Ｇ、Ｂを特定方向に観察できる回折格子Ｇの回折格子ピッチはそれぞれ１．３μｍ、１．１μｍ、０．９μｍとする。

図３に、上述の画素Ｐによって構成されるカラー画像１の概念図を示す。本形態のカラー画像１は、すべての画素Ｐに上述した分割領域Ｄを有するので、カラー画像１は分割領域Ｄによって垂直方向Ａに短冊状に分割される。即ち、カラー画像１は、垂直方向Ａに関して分割領域Ｄａが連続した短冊状の連続分割領域ＣＤａ、分割領域Ｄｂが連続した短冊状の連続分割領域ＣＤｂ、及び分割領域Ｄｃが連続した短冊状の連続分割領域ＣＤｃに分割される。

以下、連続分割領域ＣＤａ、ＣＤｂ、ＣＤｃを特に区別する必要のない時は単に連続分割領域ＣＤという。本形態では画素Ｐは辺の長さＷ１が６０μｍの正方形、分割領域Ｄの幅Ｗ２は２０μｍである。同じスペクトルに対応する連続分割領域ＣＤは、各連続分割領域ＣＤの中心位置の間隔Ｗ３が水平方向Ｂに６０μｍ毎に存在する。

尚、図３のカラー画像１には、説明の便宜上すべての連続分割領域ＣＤにおいて回折格子Ｇが連続して形成されて示されているが、実際には、画素Ｐが表現すべき色の面積率に従って形成されるので、画素Ｐ毎に上述した不形成部Ｓが存在する。従って、連続分割領域ＣＤは常に垂直方向Ａに連続して形成されるわけではない。実際のカラー画像１における連続分割領域ＣＤのようすを図４のカラー画像１の拡大図に示す。各ＲＧＢに対応する連続分割領域ＣＤが並び、各連続分割領域ＣＤでは回折格子Ｇが上述したように面積率に従って形成されるので、点描されたように見える。

次に、図３に示すカラー画像１の形成方法について説明する。本形態では、まず、オリジナルのカラー画像の各画素ＰをＲＧＢ色で表現する。例えば、既存のグラフィックソフトを使用してＲＧＢモードで表現すればよい。各ＲＧＢ色は０〜２５５段階の輝度値のいずれの輝度値に該当するかを判断する。予め作成された輝度値・面積率変換テーブルを参照することにより、各ＲＧＢ色の輝度値に応じた各回折格子Ｇの面積率を求める。輝度値・面積率変換テーブルとは、０〜２５５の各輝度値と各回折格子Ｇの面積率を１対１に対応付けたテーブルであり、予め計算や実験等によって作成する。

このようにして、各画素Ｐの回折格子Ｇ毎に求められた面積率に基づいて各回折格子Ｇを形成する方法について説明する。本形態では、図５に示すようにエネルギー線としてのレーザーＬを照射し、回折格子原版１０のパターンを被転写体１１上に転写することによりカラー画像１を被転写体１１上に形成する。まず、回折格子原版１０と被転写体１１とを、方向Ｒに回転するドラム１２の外周側面に真空吸着によって吸着させ、被転写体１１へ向かってレーザーＬを照射する。

ドラム１２が方向Ｒに回転することにより、レーザーＬを被転写体１１に対して垂直方向Ａにライン状に照射させることができる。このラインを以下「照射ライン」という。レーザーＬを描画方向として水平方向Ｂに移動することにより、被転写体１１上に所定のピッチで照射ラインを描画することができる。図５は３本目の照射ラインが照射されているようすを示す。レーザーＬの照射に関する制御はコンピュータによって行われる。本形態で使用する回折格子原版１０は、図６（ａ）に示す回折格子ＧＲの凹凸パターンが表面に形成された第１の回折格子原版１０−１、図６（ｂ）に示す回折格子ＧＧの凹凸パターンが表面に形成された第２の回折格子原版１０−２、及び図７に示す回折格子ＧＢの凹凸パターンが表面に形成された第３の回折格子原版１０―３である。以下、回折格子原版１０−１、１０−２、１０−３を特に区別しない時は単に回折格子原版１０という。

図８は被転写体１１と回折格子原版１０とが重ね合わされた部分を拡大した概略図である。被転写体１１は図８に示すように、基材層１１ａに溶融層１１ｂが積層されている。被転写体１１の溶融層１１ｂが回折格子原版１０のパターンを有する面と重ね合わされる。溶融層１１ｂはワックス、熱可逆性樹脂、及びレーザーＬが有する光エネルギーから熱エネルギーへの変換効率を高める高熱変換材料とで構成される。溶融層１１ｂを構成するワックスや熱可逆性樹脂は、常温では固体状で加熱により溶融するものであればよい。基材層１１ａは溶融層１１ｂの融度では溶融しない耐熱性を有すればよい。

レーザーＬの照射によって被転写体１１の溶融層１１ｂが融点まで加熱され溶融されると、溶融された部分に回折格子原版１０の凹凸パターンが転写される。レーザーＬが移動すると、その移動に伴って回折格子原版１０の凹凸パターンが溶融された溶融層１１ｂへ順次転写される。この要領で被転写体１１の溶融層１１ｂへ回折格子原版１０のパターンを転写する。回折格子原版１０のパターンが転写されることによって、回折格子Ｇが被転写体１１に形成される。従って、回折格子Ｇに割り付けられた分割領域Ｄに該当する位置にパターンが転写されるようにレーザーＬを照射すれば、その分割領域Ｄに回折格子Ｇを形成することができる。

以下、具体的に説明する。まず、第１の回折格子原版１０−１を上記の要領で被転写体１１と重ね合わせてドラム１２の外周側面に吸着させる。第１の回折格子原版１０−１のパターンが被転写体１１上において連続分割領域ＣＤａが形成されるべき部分のみに転写されるように、レーザーＬの照射位置を制御する。まず、レーザーＬの照射位置を連続分割領域ＣＤａの上端となるように移動させ、照射を開始すると共にドラムを方向Ｒに回転する。これにより、レーザーＬによって被転写体１１上に垂直方向Ａの照射ラインを描画することができる。この１つの照射ラインの幅が２０μｍになるようにレーザーＬの照射を制御することにより、幅２０μｍの連続分割領域ＣＤａとして、回折格子ＧＲを被転写体１１上に形成することができる。

また、レーザーＬの照射時間を制御することにより、垂直方向Ａに並ぶ複数の画素Ｐのそれぞれに不形成部Ｓを設けることができる。画素Ｐ毎に求められた面積率に応じて照射時間を制御し、不形成部Ｓに該当する箇所においては照射を停止すればよい。これにより、垂直方向Ａに面積率に応じた面積で第１の回折格子原版１０−１のパターンを被転写体１１に転写できる。即ち、被転写体１１上には、画素Ｐ毎に異なる面積率を有する回折格子ＧＲによって構成された連続分割領域ＣＤａが形成される。レーザーＬの照射時間に関する制御は、例えば、パルス発振レーザーの場合は、発振時間を制御すればよい。

レーザーＬによって１つの連続分割領域ＣＤａを形成後、水平方向Ｂに６０μｍ移動して同様の要領で水平方向Ｂに隣接する連続分割領域ＣＤａを形成する。以上のようにレーザーＬの照射を６０μｍ毎に行うことにより、第１の回折格子原版１０―１のパターンが転写された複数の連続分割領域ＣＤａ…ＣＤａが６０μｍ毎に幅２０μｍで被転写体１１上に形成される。尚、レーザーＬの照射強度、照射ピッチ及び移動速度は、溶融層１１ｂの構成材料及び第１の回折格子原版１０−１の構成材料に応じて適宜設定し、コンピュータで制御すればよい。本形態では、溶融層１１ｂへ０．２μｍの深さで第１の回折格子原版１０−１の凹凸パターンが刻み込まれるように制御する。

連続分割領域ＣＤａに関する転写の終了後、連続分割領域ＣＤｂ、ＣＤｃに関しても、第２の回折格子原版１０−２及び第３の回折格子１０−３の各パターンの転写を連続分割領域ＣＤａの場合と同様の方法で行う。これにより、図３に示すカラー画像１を被転写体１１上に得ることができる。尚、カラー画像１が形成された被転写体１１を更に原版として、上記の要領でレーザーＬによって被転写体１１に形成された凹凸パターンを他の被転写体へ転写すれば、簡易にカラー画像１を複製することができる。

本発明は上述した形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。例えば、各分割領域Ｄに形成される各回折格子Ｇは、面積が同じであれば垂直方向Ａに連続して形成せずに断続的に形成されてもよい。これはエネルギー線の照射時間の制御によって実現できる。また、図９に示すように、各分割領域Ｄに形成される各回折格子Ｇの面積は、面積率に応じて垂直方向Ａでなく水平方向Ｂに変化させてもよい。例えば、照射するレーザーＬの熱量を画素Ｐ毎に制御できる形成方式を採用すれば、被転写体１１上に描画される照射ラインの線幅を制御することにより面積率の変化を表現することができる。

また、本形態では画素Ｐを３つの分割領域Ｄに分割したが、画素Ｐにおける分割領域Ｄの数は２以上の複数であればよい。また、各分割領域Ｄに対応する色のスペクトルは赤、緑、及び青でなくてもよい。例えば、図１０に示すいわゆる色度図において、画素Ｐを分割領域Ｄに分割する数と等しい数の点をいずれかの場所に設定し、設定された各点の位置に対応するスペクトルを特定方向に対して発生させる回折格子Ｇを対応する分割領域Ｄに形成すればよい。

分割領域Ｄに形成される回折格子Ｇの面積率を変化させることによって、各点を結んだ範囲内の色を当該画素Ｐにて表現することができる。図１０は３点をそれぞれ６５０ｎｍ、４５０ｎｍ、５４５ｎｍに設定した場合、及び６５０ｎｍ、４５０ｎｍ、５１５ｎｍに設定した場合を示す。前者の場合は上述した形態において選択された３点であり、表現できる色の範囲は三角形１００内に存在する色である。これに対して後者の場合は表現できる色の範囲は三角形１１０内に存在する色である。

各ＲＧＢ色の輝度値は２５６階調に限らず、２５６以上でも以下でもよい。面積率は、輝度値・面積率変換テーブルを参照する方法の他、その都度計算によって求めてもよい。例えば、従来技術に基づいて表現すべき全ての色のそれぞれについて各回折格子のスペクトルの構成比を得、その構成比から複数の回折格子間で相対的に最大の面積が必要な回折格子の面積を１として、当該回折格子について他の全ての画素Ｐのそれぞれにおける面積を換算し、その換算された面積と構成比とに基づいて、全ての画素のそれぞれにおける他の回折格子の面積率を求めてもよい。

また、連続分割領域ＣＤにおける回折格子Ｇの形成は、上述した順序でなくてもよく、また、回折格子Ｇの種類毎にまとめて形成しなくてもよい。被転写体１１は、回折格子原版１０と重ね合わされる表面がレーザーＬによって溶融する材料で構成されていればよく、また、基材層１１ａと溶融層１１ｂとの間に他の層が設けられていてもよい。

本発明の一実施形態としての画素を示す図。 図１に示す画素と異なる面積率で回折格子が形成された画素を示す図。 本形態におけるカラー画像の概略図。 図３のカラー画像の一部の拡大図。 図３に示すカラー画像を被転写体に形成するようすを示す図。 （ａ）は第１の回折格子原版の表面を示す図であり、（ｂ）は第２の回折格子原版の表面を示す図。 第３の回折格子原版の表面を示す図。 回折格子原版と被転写体とを重ね合わせた部分の拡大概略図。 面積率の変化によって変化する回折格子の態様に関して他の例を示す図。 各分割領域に対応させるスペクトルに関して他の例を示す図。

符号の説明

１ カラー画像
ｐ 画素
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ 分割領域
ＧＲ、ＧＧ、ＧＢ 回折格子

Claims (5)

1. 所定のカラー画像を構成する複数の画素のそれぞれにおいて表現すべき色を、特定方向にて観察されるスペクトルが互いに異なる複数の回折格子の組み合わせによって表現するカラー画像の形成方法であって、
   前記各画素を前記複数の回折格子と等しい数の分割領域に分割し、前記複数の回折格子のそれぞれを前記複数の分割領域のそれぞれに１対１に割り付け、
   前記各画素においてその画素の表現すべき色に応じて、前記各回折格子が割り付けられた分割領域に対する前記各回折格子の面積率を変化させて、前記各回折格子を前記割り付けられた分割領域に形成する、ことを特徴とするカラー画像形成方法。
2. 前記複数の回折格子のそれぞれのパターンが形成された複数の回折格子原版のそれぞれについて、その回折格子原版を前記カラー画像を形成すべき被転写体と重ね合わせ、その重ね合わせ部分にエネルギー線を照射し、その熱に基づいて前記被転写体の表面を溶融させることにより前記パターンを前記被転写体へ転写し、前記パターンが前記被転写体における前記回折格子に割り付けられた分割領域に該当する位置に転写されるように、前記エネルギー線を移動させ、前記分割領域に該当する位置に前記回折格子を順次形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成方法。
3. 前記複数の分割領域は、矩形の前記画素が垂直方向に等分された領域であることを特徴とする請求項２に記載のカラー画像形成方法。
4. 前記表現すべき色に応じて前記複数の分割領域のそれぞれにおいて形成される回折格子の面積率が変化する方向が、同じであることを特徴とする請求項２又は３に記載のカラー画像形成方法。
5. １つの画素において表現すべき色が、特定方向にて観察されるスペクトルが互いに異なる複数の回折格子の組み合わせによって表現されるカラー画像であって、
   前記画素は複数の分割領域に分割され、その複数の分割領域のそれぞれには前記複数の回折格子のそれぞれが形成され、前記各分割領域において、その分割領域に形成される前記回折格子のその分割領域に対する面積率が、前記表現すべき色に応じて異なることを特徴とするカラー画像。

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