JPH0829609A

JPH0829609A - 回折格子パターンの作製方法

Info

Publication number: JPH0829609A
Application number: JP16681194A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Toda; 敏貴戸田; Susumu Takahashi; 進高橋; Fujiro Iwata; 藤郎岩田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1996-02-02
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3178251B2

Abstract

(57)【要約】【目的】回折格子パターンの新規な作製方法の提供。【構成】予め基板の表面に、所定の微細な回折格子から
なる複数個のセルを配設し、回折格子アレイを得た後、
作製するパターンのデータに基づいて、前記アレイ上の
回折格子セルのうち、不要となる部分を破壊することに
よって、必要となる部分の回折格子を残し、パターンを
表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の表面に微細な回
折格子（グレーティング）をセル（ドット）毎に配置す
ることにより形成される回折格子パターンに関する。

【０００２】

【従来の技術】基板の表面に、回折格子からなる複数の
微少なドットを所望に配置することにより、回折格子パ
ターンが形成されたディスプレイを得る方法として、以
下に挙げる手法が公知である。

【０００３】(1) ２光束干渉この種のディスプレイを作製する方法として、本出願人
による特開昭６０−１５６００４号公報に開示されてい
る方法がある。この方法は、２光束干渉法（レーザー等
の２本のコヒーレント光を、感光材料上で干渉させて、
干渉パターンを記録する方法）による微少な干渉縞（以
下、回折格子とする）を、そのピッチ・方向・光強度を
適宜変化させて、感光材料上にドット単位で次々と露光
するものである。

【０００４】(2) ＥＢ描画一方、電子ビーム露光装置を用い、かつコンピュータ制
御により、感光材料が載置されたＸ−Ｙステージを順次
移動させて、基板の表面に、干渉縞を直接描画し、回折
格子からなる複数の微少なドットを所望に配置する方法
も本出願人によって提案されている。その方法は、米国
特許５，０５８，９９２号に開示されている。

【０００５】(3) マスクによる遮蔽また、最近では、前記ディスプレイの新規な表示手段と
して、本出願人による特開平４−３１１９１６号公報に
開示されている方法がある。この方法は、予め基板の表
面に配置した複数個の回折格子セルからなる回折格子ア
レイを、所定形状の遮光手段（インキ、液晶等の空間変
調素子）によって、照明光の入射側（または回折光の出
射側）の回折格子を選択して部分的に遮蔽し、ある特定
のパターン表示（立体的な画像表示等）を行なうという
ものである。（図１参照）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記(3) の方法では、
回折格子アレイのうち、パターン表示に不要となる部分
の回折格子を隠蔽するにあたり、印刷インキ・または液
晶等の空間変調素子を用いるが、それぞれ以下に示す問
題を有している。

【０００７】例えば印刷インキによる遮蔽では、微細な
回折格子セルのみを遮蔽できるような、微細・複雑なパ
ターン形成を行なうのは、解像度の点で実現困難であ
り、パターン形成が実現できても、印刷の際、回折格子
セルとの位置合わせの上での問題が依然として残ること
となる。

【０００８】液晶等の空間変調素子を用いた遮蔽では、
空間変調素子の駆動機構や照明光源等の、パターン表示
のための各種機構が必要であり、ディスプレイ自体が大
がかりになる。

【０００９】本発明は、可変的なパターン表示ではな
く、固定的なパターン表示であって、パターン形成され
た物品（ディスプレイ）としては、簡便な構成であり、
例えばカード表面に貼付する偽造防止用シール向けとし
ても好適であり、しかも前記物品（ディスプレイ）の量
産にも適した回折格子パターンの作製方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、所定形状の
遮光手段によって回折格子を選択して部分的に遮蔽する
のではなく、その部分の回折格子を破壊することによ
り、所望のパターン表示を行なう。

【００１１】なお、本発明にて言う「破壊」とは、溶解
・機械的損傷などを包含し、回折格子を保存・維持した
まま遮蔽する行為を除くものとする。回折格子セルの不
要部分を選択的に破壊する状態（サーマルヘッドおよび
レーザービームを用いた場合について）を、図９に示
す。

【００１２】

【作用】本発明の方法によると、特開平４−３１１９１
６号公報に開示されている方法（回折格子アレイの回折
格子を選択して部分的に遮蔽し、ある特定のパターン表
示を行なう）と同様に、回折格子を選択的に露出させて
特定のパターン表示を行なうことが可能であるが、以下
に本発明による独自の作用を述べる。

【００１３】回折格子セルを遮蔽する方法に比べて、セ
ルを破壊する方法では、作製された回折格子パターン
は、遮蔽のための付加的な機構（印刷インキや液晶等）
が必要なく、簡便な構成であり、薄く軽量なので、種々
の用途への適用が容易である。特に、薄さが要求される
クレジット・カード等の表面に形成するセキュリティ向
けとして本構成は好適である。

【００１４】レーザービームを用いた特定領域を破壊す
る方法では、前述した位置合わせの問題はなく、レーザ
ービームを細く絞ってスキャンすることも自在なため、
パターン作製の解像度の点からも有効である。（請求項
１，６）

【００１５】サーマルヘッドを用いた特定領域を破壊す
る方法では、同様に、前述した位置合わせの問題はな
く、加熱と加圧を併用することで、不要部分を溶解（破
壊）できるだけでなく、溶解部の平面性を補償できるこ
ととなる。（請求項７）

【００１６】回折格子として曲線を平行移動したものを
用いると、各セルの回折光の出射範囲を水平方向に連続
にすることが可能であり、像の飛びのない立体的（３次
元的）なパターンを表現できる。（請求項２）

【００１７】回折格子は直線を平行移動したものであ
り、セルがドット状であるタイプのものは、前記した２
光束干渉によりセルを形成することができ、ＥＢ描画に
比べてパターンの作製が容易である。（請求項３）

【００１８】複数種の回折格子セルを１組としてセル・
グループとし、基板表面に同一のセル・グループを複数
配設することで回折格子アレイとした場合には、前記セ
ル・グループ１つ１つに特定のパターン表示をさせるこ
とになるが、セル・グループ毎に表示をさせる手段（セ
ルを破壊する機構）は変更する必要がないため、工程
(b) の処理が容易になる。また、セル毎ではなく、セル
・グループ毎に特定のパターン表示をさせることで、全
体として、適当に複雑化したパターン表示が可能となる
が、こうした用い方は、装飾画像の表示よりも特定コー
ドパターンの表示に対して好適である。（請求項４，1
0）

【００１９】破壊する回折格子セルの不要部分を、１セ
ルを単位とすることで、破壊部分の処理単位を一定の大
きさにでき、破壊処理装置が単純化され、前記処理が容
易となる。（請求項５）

【００２０】パターン作製の基準となる回折格子セル
を、エンボス複製によって設けることにより、感光材料
である基材に前記セルを（２光束干渉法やＥＢ描画によ
り）その都度形成するのと比べて、製造工程が飛躍的に
簡易化され、製造コストも低減されることとなる。（請
求項11）

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明に係る回折格
子パターンについて説明する。図２に示すように、ドッ
ト16を有するパターン15を観察者が観察すると仮定す
る。照明光91の入射角度をθ、回折格子18によって回折
した１次回折光92の方向をα、１次回折光92の波長をλ
とすると、図３に示すように回折格子18の方向Ωおよび
回折格子18のピッチｄ（空間周波数の逆数）は、以下の
ような式で求めることができる。なお、照明光91はＹ−
Ｚ平面上を通るとし、回折光はＸ−Ｚ平面上を通るとす
る。

【００２２】ｔａｎ（Ω）＝ｓｉｎ（α）／ｓｉｎ（θ）……………（１）ｄ＝λ／｛ｓｉｎ²（θ）＋ｓｉｎ²（α）｝^1/2……（２）

【００２３】上式を用いることにより、照明光91を任意
の方向に回折するための、前記回折格子18の方向Ωおよ
びピッチｄを求めることが可能になる。すなわち、照明
光91の入射角度θ、１次回折光92の方向α、１次回折光
92の波長λを与えれば、回折格子18の方向Ωおよびピッ
チｄを得ることができる。

【００２４】ここで、（２）式から正面に回折する（α
＝０）波長を求める。（このときの回折格子のピッチを
ｄ’とする） λ＝ｄ’・ｓｉｎ（θ）…………………………………………（３）この波長が回折する範囲の条件は、ｄ＝ｄ’・ｓｉｎ（θ）／｛ｓｉｎ²（θ）＋ｓｉｎ²（α）｝^1/2 ＝ｄ’・ｃｏｓ（Ω）……………………………………………（４）

【００２５】図４に示すように、回折格子が曲線をｙ軸
方向に等間隔で並べた構成の場合は、常に上式を満たし
ているため、回折光が水平方向に移動する視点では、常
に同じ色の波長を観察できるようになっている。図４の
ドットでは、ドットを構成する曲線が傾きΩ１からΩ２
まで変化しており、その曲線がピッチｄ’で並んでい
る。すなわち、回折光の水平方向での回折される範囲
が、グレーティングの存在する面の法線に対しての角度
α１からα２であるグレーティングのドットを得るため
には、ｔａｎ（Ω１）＝ｓｉｎ（α１）／ｓｉｎ（θ）……………（５）ｔａｎ（Ω２）＝ｓｉｎ（α２）／ｓｉｎ（θ）……………（６）ｄ’＝λ／ｓｉｎ（θ）………………………………………（７）となり、傾きΩ１からΩ２まで変化する曲線をピッチ
ｄ’で等間隔に並べたグレーティングを用いればよい。

【００２６】本発明では、このドットを構成している回
折格子の所定部分を破壊することにより、照明光を回折
する部分と回折しない部分とを生じさせて、所望のパタ
ーン表示を行なう。

【００２７】図４と同じ回折格子を有する回折格子セル
（グループ）を、セルＡ，Ｂ，Ｃに分け、本方法により
立体パターンを表示する場合について考える。（図５参
照）

【００２８】上述したように、セルＡは左方向に光を回
折し、セルＢは正面に光を回折し、セルＣは右方向に光
を回折する。

【００２９】ここで、セル数と同数（すなわち三枚）の
視差画像を準備し、物体を左方向から撮像した視差画像
を、セルＡを画素として表現し、同様に物体を正面から
撮像した視差画像を、セルＢを画素として表現し、右方
向から撮像した視差画像を、セルＣを画素として表現す
る。

【００３０】ここで実際には、各画素の値（ON,OFFの二
値）に従い、明るい画素（ON）は対応する位置の回折格
子を破壊せず、暗い画素（OFF,明るさ＝０）は対応する
位置の回折格子を破壊する。このようにして作製された
パターンは、左方向から観察した際には、物体を左方向
から撮像した画像が観察され、右方向から観察した際に
は、物体を右方向から撮像した画像が観察される。従っ
て、両眼視差による立体画像の観察が可能となる。

【００３１】この場合、各セルについて全体を破壊／非
破壊するのではなく、画素データ値（二値とは限らな
い）に基づいて、セルを破壊する面積比を適宜変更して
いけば、中間値の表現も可能となる。換言すれば、セル
をさらに細かく領域分割すれば良いことになる。

【００３２】＜実施例１…装飾画像のパターン表示＞図
１に示した回折格子セルを用いて、同図の遮光部に相当
するセルを破壊して、装飾画像を表示するディスプレイ
とした場合について説明する。（図６参照）

【００３３】この例では、左方向からは「Ｔ」、正面か
らは「Ｏ」、右方向からは「Ｐ」が観察できることにな
る。ここでは、説明の都合上、実存しない極端な物体で
の例について示したが、現実の物体では見る方向を移動
するに従って、観察される物体の画像はスムーズに変化
する。

【００３４】１セルについて、セルが３つある場合（表
示しようとするパターンの基になる視差画像が３枚）よ
りも、もっと多くのセル数（視差画像）とすることによ
って、観察者の左右の目に入る画像を異なったものにす
ることが容易になる。すなわち、観察者は、左右の目に
別々に視差のある画像を観察することになり、立体的な
画像を得ることができる。また、観察者の観察位置を水
平方向に移動した場合でも、他の方向から見た視差画像
が得られるため、自然な立体感を得ることができる。

【００３５】＜実施例２…特定コードのパターン表示＞
複数種の回折格子セルを１組としてセル・グループと
し、基板表面に同一のセル・グループを複数配設するこ
とで回折格子アレイとした場合についての実施例を説明
する。

【００３６】回折格子の方向・ピッチがそれぞれ異なる
回折格子セル１〜回折格子セル４を１組としてセル・グ
ループ（集合体）とし、同一の前記集合体を基板表面に
マトリクス状に多数配設し、回折格子アレイとする。
（図７参照）

【００３７】パターンの表示にあたっては、前記セル・
グループ１つ１つに特定のパターン表示をさせることに
なり、セル・グループ１つで２⁴＝16通りのパターン
（コード）が表示でき、アレイ全体では、セル・グルー
プ数×16通りのパターン（コード）が表示できることに
なる。

【００３８】この例では、カルラ・コードに相当する表
示パターンであるが、セルおよびセル・グループを設計
変更することで、バーコードやその他のパターン表示も
可能となる。

【００３９】本実施例では、セル・グループ毎にセルを
破壊する機構（および情報コードの読み取り機構）は変
更する必要がないため、処理が容易になる。また、セル
毎ではなく、セル・グループ毎に特定のパターン表示を
させることで、全体として、適当に複雑化したパターン
表示が可能となるが、さらに複雑化したパターン表示を
行なう場合には、セルまたはセル・グループとして、配
設がランダムな図８に示すようなアレイを用いることも
考えられる。図８のアレイからなるパターン（コード）
を読み取る際には、読み取りのための装置（特に、回折
光を検知するディテクターの配置）として、さらに複雑
化した構成のものが要求されることとなる。

【００４０】なお、何れの実施例においても、回折格子
パターンを量産する場合には、量産されたパターンの各
々に、個体識別のための個別情報（例えば、ナンバリン
グや識別コード）を付与しても良い。この場合、個別情
報として、共通情報と同様に回折格子パターンとして記
録する。

【００４１】

【発明の効果】パターン形成された物品（ディスプレ
イ）としては簡便な構成であり、像の飛びのないスムー
ズな立体画像をも自由に表現することが可能である。

【００４２】本発明によって得られたパターンは、簡便
な構成なため、例えばカード表面に貼付する偽造防止用
シール向けとしても好適であり、しかもパターンの量産
にも適した回折格子パターンの作製方法が提供された。

【００４３】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による回折格子パターンの作製方法を
概念的に示す説明図。

【図２】回折格子セルの観察方法の説明図。

【図３】回折格子セルの拡大図。

【図４】他例にかかる回折格子セルの拡大図。

【図５】回折格子セル（グループ）を、所定に領域分割
した説明図。

【図６】回折格子パターン（ディスプレイ）の観察状態
を示す説明図。

【図７】同一セル・グループからなる回折格子アレイを
示す説明図。

【図８】他例にかかる回折格子アレイを示す説明図。

【図９】回折格子セルの不要部分を破壊する状態を示す
説明図。

【符号の説明】

15…回折格子パターン 16…ドット 18…回折格子 91…照明光 92…１次回折光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微少な回折格子から構成される回折格子パ
ターンの作製にあたって、以下の工程を具備することを
特徴とする回折格子パターンの作製方法。 (a) 予め基板の表面に、所定の微細な回折格子からなる
複数個のセルを配設し、回折格子アレイを得る工程。 (b) 作製するパターンのデータに基づいて、前記アレイ
上の回折格子セルのうち、不要となる部分を破壊するこ
とによって、必要となる部分の回折格子を残す工程。
【請求項２】工程(a) にて配設する回折格子セルとし
て、前記セルを構成する回折格子が、曲線を平行移動し
た複数の縞の集まりからなる請求項１記載の回折格子パ
ターンの作製方法。
【請求項３】工程(a) にて配設する回折格子セルとし
て、前記セルを構成する回折格子が、直線を平行移動し
た複数の縞の集まりからなり、前記セルがドット状であ
る請求項１記載の回折格子パターンの作製方法。
【請求項４】工程(a) において、複数種の回折格子セル
を１組としてセル・グループとし、基板表面に同一のセ
ル・グループを複数配設する請求項１記載の回折格子パ
ターンの作製方法。
【請求項５】工程(b) にて破壊する回折格子セルの不要
部分を、１セルを単位とする請求項１記載の回折格子パ
ターンの作製方法。
【請求項６】工程(b) にて回折格子セルの不要部分を破
壊する手段として、高出力のレーザービームの選択的な
照射によることを特徴とする請求項１記載の回折格子パ
ターンの作製方法。
【請求項７】工程(b) にて回折格子セルの不要部分を破
壊する手段として、サーマルヘッドを用いた選択的な加
熱または／および圧力によることを特徴とする請求項１
記載の回折格子パターンの作製方法。
【請求項８】作製するパターンが装飾画像であり、ディ
スプレイとして利用される請求項１〜請求項７の何れか
に記載の回折格子パターンの作製方法。
【請求項９】作製するパターンが装飾画像であり、両眼
視差による立体画像を表示するディスプレイとして利用
される請求項２記載の回折格子パターンの作製方法。
【請求項１０】作製するパターンが特定コードであり、
情報記録媒体として利用される請求項１〜請求項７の何
れかに記載の回折格子パターンの作製方法。
【請求項１１】工程(a) の回折格子アレイを得る方法と
して、感光材料からなる基板の表面に、所定の微細な回
折格子からなる複数個のセルを、露光記録等により配設
したものをマスター・アレイとし、前記マスター・アレ
イから既知の手法により作製された複製用スタンパを用
いてエンボス複製することによる請求項１〜請求項１０
の何れかに記載の回折格子パターンの作製方法。