JP2001066407A - Diffraction grating pattern - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の表面に、回
折格子からなる微小なセル（ドット）を配置し、それら
の集まりによって表現されるパターン（以下、回折格子
パターンと称する）に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern (hereinafter, referred to as a diffraction grating pattern) in which minute cells (dots) made of a diffraction grating are arranged on the surface of a substrate, and are represented by a group of these cells.
【０００２】[0002]
【従来の技術】回折格子からなる微小なセル（以下、回
折格子セルと称する）が、基板の表面に複数配置されて
構成され、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，各
セルの並び方の少なくとも何れかが変化してなる回折格
子パターンが公知である。2. Description of the Related Art A plurality of minute cells (hereinafter referred to as "diffraction grating cells") composed of diffraction gratings are arranged on the surface of a substrate, and the spatial frequency of the diffraction grating, the direction of the diffraction grating, and the arrangement of each cell are determined. A diffraction grating pattern in which at least one of them is changed is known.
【０００３】２光束干渉法による回折格子パターンの作
製方法として、特開昭６０―１５６００４号公報が例示
される。この方法は、レーザー光の２光束干渉による微
小な干渉縞（回折格子）を、そのピッチ，方向，および
光強度を適宜に変化させて、感光性フィルムに次々と露
光するものである。As a method for producing a diffraction grating pattern by the two-beam interference method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-156004 is exemplified. In this method, fine interference fringes (diffraction gratings) due to two-beam interference of laser light are exposed to a photosensitive film one after another by appropriately changing the pitch, direction, and light intensity.
【０００４】一方、２光束干渉法ではなく、回折格子を
直接描画することによる回折格子パターンの作製方法も
公知であり、特開平２―７２３２０号公報や米国特許
５，０５８，９９２号が例示される。上記方法は、電子
ビーム露光装置を用い、コンピュータ制御で、基板が載
置されたステージを移動させて、基板の表面に回折格子
を直接描画し、回折格子からなる複数の微小なセルを順
次配置するものである。上記方法によれば、回折格子を
直接描画するため、格子間隔を任意に変えたり、直線に
限らず曲線の回折格子を形成できるなど、作製するパタ
ーンの自由度が飛躍的に向上する。[0004] On the other hand, a method of producing a diffraction grating pattern by directly drawing a diffraction grating instead of the two-beam interference method is also known, and examples thereof include JP-A-2-72320 and US Patent 5,058,992. You. The above method uses an electron beam exposure apparatus, moves a stage on which a substrate is mounted, directly draws a diffraction grating on the surface of the substrate under computer control, and sequentially arranges a plurality of minute cells composed of the diffraction grating. Is what you do. According to the above method, since the diffraction grating is directly drawn, the degree of freedom of the pattern to be produced is greatly improved, for example, the grating interval can be arbitrarily changed, and a diffraction grating having a curved line as well as a straight line can be formed.
【０００５】従来の回折格子パターンでは、画素である
セルの外形（輪郭を構成する形状）は矩形（典型的には
正方形）に近い形状の場合が多い。（図５参照）以後、
本明細書においては、単に矩形といった場合、矩形を構
成する各線分がそれぞれ水平・垂直方向に伸びているも
のとし、全ての線分が水平に対して傾斜を持つものは平
行四辺形に分類することにする。セルを矩形とする理由
は、デジタル画像データとの対応が容易となる，パター
ン上で画素が占める面積の有効利用（隙間なくセルを配
置でき、パターンを明るく表示できる）が実現される、
などが挙げられる。In a conventional diffraction grating pattern, the outer shape (shape forming a contour) of a cell as a pixel is often a shape close to a rectangle (typically a square). (See FIG. 5)
In the present specification, in the case of simply a rectangle, it is assumed that each line segment constituting the rectangle extends in the horizontal and vertical directions, and that all the line segments have an inclination with respect to the horizontal are classified into a parallelogram. I will. The reason for making the cells rectangular is that the correspondence with digital image data is facilitated, the effective use of the area occupied by the pixels on the pattern is realized (the cells can be arranged without gaps, and the pattern can be displayed brightly).
And the like.
【０００６】しかし、矩形のセルは、水平方向と垂直方
向の線分を外形の辺として有しているため、セル自身の
外形形状に起因する回折により、水平方向および垂直方
向に回折光が広がる現象がある。一般的に、エネルギー
が最も多く分配される回折光の次数は０次であるので、
上記の現象は、特に０次回折光（パターンを直進する透
過光や、パターンからの正反射光）に対して顕著に現れ
る。However, since a rectangular cell has horizontal and vertical line segments as sides of its outer shape, diffracted light spreads in the horizontal and vertical directions due to diffraction caused by the outer shape of the cell itself. There is a phenomenon. In general, the order of the diffracted light in which the energy is distributed most is 0 order,
The above phenomenon is particularly noticeable with respect to the zero-order diffracted light (transmitted light that travels straight through the pattern and light that is specularly reflected from the pattern).
【０００７】このとき、０次回折光の水平方向・垂直方
向への広がりは、１次回折光を主とするパターン（画
像）表示のための光成分と空間的に重なることが多い。
図６に示すように、回折格子セルから出射する１次回折
光の存在範囲内に、０次回折光の中心から水平方向・垂
直方向へ十字に伸びる回折成分のうち、垂直方向（同図
では、上）に伸びる回折成分が重なることである。At this time, the spread of the zero-order diffracted light in the horizontal and vertical directions often spatially overlaps with a light component for displaying a pattern (image) mainly composed of the first-order diffracted light.
As shown in FIG. 6, within the range of the first-order diffracted light exiting from the diffraction grating cell, of the diffraction components extending crosswise in the horizontal and vertical directions from the center of the zero-order diffracted light, the vertical direction (in FIG. ) Overlap with the diffractive components.
【０００８】特に、垂直方向に関しては、観察者がパタ
ーンの正面で表示画像を観察しようとする際に、０次回
折光の広がり成分と１次回折光とが重なり、１次回折光
のみを観察者の眼に入射させることは困難となる。１次
回折光がパターン（画像）を表示するのに寄与する必須
な光成分であるのに対し、０次回折光は光源からの光を
透過もしくは反射しただけの光成分であり、パターン
（画像）の表示には不必要なものである。従って、０次
回折光の広がりと１次回折光が重なることは、表示パタ
ーン（画像）上のノイズに帰結することになる。Particularly, in the vertical direction, when the observer tries to observe a display image in front of the pattern, the spread component of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light overlap, and only the 1st-order diffracted light is observed by the observer. It is difficult to make the light incident on While the first-order diffracted light is an essential light component that contributes to displaying a pattern (image), the 0th-order diffracted light is a light component that only transmits or reflects light from a light source, and It is unnecessary for display. Therefore, the overlap of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light results in noise on the display pattern (image).
【０００９】光源の大きさが十分大きい場合、０次回折
光の広がりは表示パターン（画像）全体を覆い、全体で
ノイズとなり、表示パターンのＳ／Ｎ比の低下を意味す
る。光源が比較的小さい場合には、０次回折光の広がり
は線状の領域に広がり、特に、垂直方向に広がる成分は
表示パターン上の白い縦線状の輝線（ノイズ）として観
察され、表示パターンの品質を著しく損う原因となる。
更に、一般的な観察条件下において、最も標準的な視点
となるパターンの正面付近でこのノイズが最も強くなる
ため、顕在化しやすく、問題となる。When the size of the light source is sufficiently large, the spread of the 0th-order diffracted light covers the entire display pattern (image) and becomes noise as a whole, which means a reduction in the S / N ratio of the display pattern. When the light source is relatively small, the spread of the 0th-order diffracted light spreads in a linear region. In particular, a component spreading in the vertical direction is observed as a white vertical bright line (noise) on the display pattern, and It causes the quality to be significantly impaired.
Furthermore, under general observation conditions, this noise is strongest in the vicinity of the front of the pattern that is the most standard viewpoint, so that the noise is likely to become obvious and poses a problem.
【００１０】さらに、上記の問題は、画素であるセルの
大きさが小さくなるほど０次回折光の広がりが大きくな
り、一層顕著に現れるため、小サイズのセル（画素）に
より高解像度なパターン（画像）を表示する上での妨げ
となる。[0010] Furthermore, the problem is that the smaller the size of the cell, the larger the spread of the 0th-order diffracted light and the more pronounced it becomes. Therefore, a high-resolution pattern (image) is obtained by a small-sized cell (pixel). Will hinder the display.
【００１１】回折格子パターンを構成するセルの形状を
任意とする提案も、本出願人によりなされており、特開
平３−１６４７８９号公報が例示されるが、前記公報に
係る提案では、セルの形状を任意とすることにより、パ
ターンの多彩な表現を目的としているが、セルの外形の
形状に起因する回折（当然、水平・垂直方向の０次回折
光の広がりについても）の発生については一切考慮され
ておらず、セルの外形を構成する線分の方向に係る記載
は見られない。A proposal has been made by the present applicant to make the shape of a cell constituting a diffraction grating pattern arbitrary, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-164789 is exemplified. The purpose of the present invention is to provide various expressions of the pattern by arbitrarily considering the occurrence of diffraction (of course, the spread of the 0th-order diffracted light in the horizontal and vertical directions) due to the outer shape of the cell. No description is found regarding the direction of a line segment constituting the outer shape of the cell.
【００１２】従来の回折格子パターンでは、画素である
セルの外形（輪郭を構成する形状）は矩形（典型的には
正方形）に近い形状の場合が多い。（図５参照）また、
多くの場合、セルの外形が矩形であることと関連して、
パターン上での表示面積を有効に利用するために、セル
の配置は水平・垂直方向に並んだマトリクス状になるこ
とが殆どであり、面積の利用率を低下させることなくセ
ルの配置を自由に設定することが難しい問題があった。In a conventional diffraction grating pattern, the outer shape (shape forming the outline) of a cell as a pixel is often a shape close to a rectangle (typically a square). (See FIG. 5)
Often associated with the rectangular shape of the cell,
In order to make effective use of the display area on the pattern, cells are usually arranged in a matrix arranged in horizontal and vertical directions, and the cells can be arranged freely without reducing the area utilization rate. There was a problem that was difficult to set.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、回折格子パ
ターンを構成するセルの外形を改良することによって、
主に表示パターン（画像）を形成する１次回折光に、セ
ルの外形に起因する０次回折光が広がって重なり、ノイ
ズとなることを防止することを目的とする。特に、小サ
イズのセル（画素）による高解像度なパターン（画像）
を表示する上でのノイズを解消することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to improve the outer shape of a cell constituting a diffraction grating pattern.
It is an object to prevent the 0th-order diffracted light caused by the outer shape of the cell from spreading and overlapping the first-order diffracted light that mainly forms a display pattern (image), thereby preventing noise. In particular, high-resolution patterns (images) using small-sized cells (pixels)
It is an object of the present invention to eliminate noise in displaying.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するためになされたものであり、回折格子から成る
セルを、画素として基板表面に複数配置することにより
形成される回折格子パターンにおいて、セルの外形を構
成する線分の方向とセルの内部の回折格子の方向が異な
ることにより、回折格子からの１次回折光の分布する領
域と、０次回折光に対してセルの外形に起因する回折光
の広がる領域とが重ならない構成であり、セルの内部を
構成する回折格子の空間周波数と方向が、観察される表
示画像の色や観察される方向に応じて設定されることを
特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve the above object, and has a diffraction grating pattern formed by arranging a plurality of cells each having a diffraction grating on a substrate surface as pixels. In this case, the direction of the line segment forming the outer shape of the cell and the direction of the diffraction grating inside the cell are different, so that the distribution of the first-order diffracted light from the diffraction grating and the 0th-order diffracted light are caused by the outer shape of the cell The area where the diffracted light spreads does not overlap, and the spatial frequency and direction of the diffraction grating that forms the inside of the cell are set according to the color of the observed display image and the observation direction. And
【００１５】特に、セルの外形を構成する線分として、
水平もしくは水平に近い方向の線分を含まないようにす
ることが、本発明の目的の上で有効である。In particular, as a line segment constituting the outer shape of the cell,
It is effective for the purpose of the present invention to exclude line segments in the horizontal or near-horizontal direction.
【００１６】＜作用＞回折格子セルの外形を構成する線
分として、内部の回折格子の方向と等しいもしくはそれ
に近い方向の線分を含まないようにすることにより、回
折格子からの１次回折光の分布する領域と、０次回折光
に対してセルの外形に起因する回折光の広がる領域とが
重ならないようになる。従って、本発明の回折格子パタ
ーンに光を入射すると、主として１次回折光によりパタ
ーン（画像）が表示でき、一方、０次回折光とその広が
りの光成分は、少なくともパターンの正面付近で１次回
折光と空間的に重なることはなく、ノイズの少ない鮮明
な画像を観察することが可能となる。<Operation> By eliminating the line segments constituting the outer shape of the diffraction grating cell that are equal to or close to the direction of the internal diffraction grating, the first-order diffracted light from the diffraction grating can be reduced. The distribution region and the region where the diffracted light due to the outer shape of the cell spreads for the 0th-order diffracted light do not overlap. Therefore, when light is incident on the diffraction grating pattern of the present invention, a pattern (image) can be displayed mainly by the first-order diffracted light, while the 0th-order diffracted light and the light component of its spread are at least near the front of the pattern. It is possible to observe a clear image with little noise without spatial overlap.
【００１７】この理由を、以下に詳細に説明する。回折
格子は、光が入射すると、０次回折光，±１次回折光，
±２次回折光，…などを出射する。The reason will be described in detail below. When the light is incident, the diffraction grating generates 0-order diffracted light, ± 1st-order diffracted light,
Emit ± 2 order diffracted light, etc.
【００１８】０次回折光は、透過光や正反射光であり、
通常、他の次数の回折光よりも高いエネルギーを持ち、
最も明るく見える。しかし、一般的な回折格子パターン
の観察条件では、入射する照明光は観察者の頭上にある
光源からの光であるので、０次回折光は、観察者の眼よ
りも下方に出射することが多い。The zero-order diffracted light is transmitted light or specularly reflected light.
It usually has higher energy than other orders of diffracted light,
Looks brightest. However, in a general diffraction grating pattern observation condition, the incident illumination light is light from a light source above the observer, so that the 0th-order diffracted light is emitted below the observer's eyes in many cases. .
【００１９】一方、１次回折光は、上記の条件下で、パ
ターンに対してほぼ垂直方向に出射するように設定され
ることが多く、観察者の眼に１次回折光を入射させるこ
とにより、パターンの正面付近でノイズの少ない良好な
画像を観察することになる。On the other hand, the first-order diffracted light is often set to be emitted in a direction substantially perpendicular to the pattern under the above-described conditions. A good image with little noise is observed near the front of the image.
【００２０】次に、セルの外形に起因する回折光につい
て考える。セルの外形による回折光は、主としてセルの
外形を構成する線分に垂直な方向に広がる。また、この
回折光の広がりは、セルを構成する回折格子による０次
回折光・１次回折光にそれぞれ同様に発生する。Next, consider the diffracted light caused by the outer shape of the cell. The diffracted light due to the outer shape of the cell mainly spreads in a direction perpendicular to the line segment constituting the outer shape of the cell. The spread of the diffracted light is similarly generated in the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light by the diffraction grating constituting the cell.
【００２１】従って、回折格子セルからの０次回折光・
１次回折光などは、本来の回折格子のみ（外形を規定す
る線分がない場合）の回折光よりも広がった分布を持つ
ことになる。一般的には、０次回折光のエネルギーが最
も大きいため、０次回折光の広がりが最も大きな問題と
なる。Therefore, the zero-order diffracted light from the diffraction grating cell
The first-order diffracted light and the like have a distribution that is wider than the diffracted light of the original diffraction grating alone (when there is no line segment that defines the outer shape). Generally, since the energy of the 0th-order diffracted light is the largest, the spread of the 0th-order diffracted light is the biggest problem.
【００２２】また、回折格子の空間周波数や方向に応じ
て、パターン全面からの１次回折光の分布が広がること
になるが、この１次回折光の分布と０次回折光の広がり
とが重ならないようにセルの外形を設定しておけば、１
次回折光によるパターン（画像）を観察できる任意の視
点から、ノイズの少ない良好な画像を観察することが可
能となる。The distribution of the first-order diffracted light from the entire surface of the pattern spreads in accordance with the spatial frequency and direction of the diffraction grating, and the distribution of the first-order diffracted light and the spread of the zero-order diffracted light do not overlap. If the cell outline is set, 1
From any viewpoint where a pattern (image) by the next-order diffracted light can be observed, a good image with little noise can be observed.
【００２３】ここで、セルの外形を平行四辺形（ただ
し、水平に近い線分は含まない）とすることにより、上
述のような効果を持つ回折格子セルを比較的容易に実現
できる（請求項３）。Here, by making the outer shape of the cell a parallelogram (however, not including a nearly horizontal line segment), a diffraction grating cell having the above-described effect can be realized relatively easily. 3).
【００２４】一方、セルの外形を５辺以上から成る多角
形とすることにより、０次回折光の広がり成分を多方向
に分散させることができ、視域の周辺部などにおいて、
０次回折光の広がりと１次回折光の分布とが重なる視点
が存在する場合でも、ノイズとなる光の強度を小さくす
ることができる（請求項４）。On the other hand, by making the outer shape of the cell a polygon having five or more sides, the spread component of the zero-order diffracted light can be dispersed in multiple directions.
Even when there is a viewpoint where the spread of the 0th-order diffracted light and the distribution of the 1st-order diffracted light overlap, the intensity of the light serving as noise can be reduced.
【００２５】また、セルの配置をマトリクス状にするこ
とで、通常のコンピュータ上の画像データとの親和性が
高くなり、本発明のパターンに表示する画像などのデザ
インが容易になる（請求項４）。一方、マトリクス状の
配置ではなく、比較的ランダムに配置することにより、
パターンの偽造・模造が困難になり、セキュリティ性を
付与することもできる。Further, by arranging the cells in a matrix, the affinity with image data on a normal computer is increased, and the design of an image or the like displayed in the pattern of the present invention is facilitated. ). On the other hand, by arranging relatively randomly instead of matrix arrangement,
Forgery / imitation of the pattern becomes difficult, and security can be imparted.
【００２６】また、セルの配置にあたり、セルの外形を
構成する線分に平行な方向にセルを並べて、表示体上に
隙間なくセルを並べることが可能であり、容易にパター
ンの面積を有効に利用でき、明るい表示画像が実現され
る。In arranging the cells, the cells can be arranged in a direction parallel to a line segment constituting the outer shape of the cell, and the cells can be arranged on the display without gaps, and the area of the pattern can be easily and effectively reduced. Available and bright display images are realized.
【００２７】さらに、セルのサイズが小さい場合（特
に、300 μｍ以下の場合）には、従来のような矩形のセ
ルでは０次回折光の広がり成分が強くなり、ノイズ成分
は大きな光強度を持って視域と重なってしまっていた
が、本発明では、これらのノイズ成分は視域と重ならな
いため、観察されるパターン（画像）におけるノイズ減
少の効果が一層顕著になる（請求項６）。セルのサイズ
を小さくすると、表示画像の解像度を高くすることがで
きるため、高解像度な画像を表示する場合にこの効果が
重要となる。Further, when the size of the cell is small (especially when the cell size is 300 μm or less), the spread component of the zero-order diffracted light in a rectangular cell as in the prior art becomes strong, and the noise component has a large light intensity. In the present invention, since these noise components do not overlap with the viewing zone, the effect of noise reduction in the observed pattern (image) becomes more remarkable in the present invention (claim 6). When the size of the cell is reduced, the resolution of the display image can be increased. Therefore, this effect is important when displaying a high-resolution image.
【００２８】[0028]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の回折格子パター
ンの一例を示す説明図である。本発明では、同図の左側
に拡大して示すような回折格子セルを画素としてパター
ン（画像）を構成している。FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a diffraction grating pattern according to the present invention. In the present invention, a pattern (image) is formed by using a diffraction grating cell as an enlarged pixel shown on the left side of FIG.
【００２９】このような回折格子パターンに適当な白色
光を入射し、観察者が適当な位置から観察するとき、パ
ターン上の回折格子からの１次回折光が観察者の眼に入
射し、１次回折光により任意のパターン（画像）を観察
できる。このとき、セル毎に、（主に）回折格子の空間
周波数によって、観察される色が決められ、回折格子の
方向によって、そのセルが光って見える方向（観察者の
視点）が決定される。When an appropriate white light is incident on such a diffraction grating pattern and the observer observes from an appropriate position, the first-order diffracted light from the diffraction grating on the pattern is incident on the observer's eyes and the first-order diffraction light is observed. An arbitrary pattern (image) can be observed by folding light. At this time, the observed color is determined for each cell by the (mainly) spatial frequency of the diffraction grating, and the direction in which the cell appears to shine (the observer's viewpoint) is determined by the direction of the diffraction grating.
【００３０】従って、パターン上の全てのセルの回折格
子の方向と空間周波数から、１次回折光の分布範囲が決
定される。この分布範囲内から観察者がパターンを観察
すると、１次回折光による表示画像が認識できることに
なる。一方、この分布範囲の外側には１次回折光は存在
せず、そこから観察しても表示画像は認識されない。す
なわち、この１次回折光の分布範囲が、パターンに対す
る視域である。Therefore, the distribution range of the first-order diffracted light is determined from the directions and the spatial frequencies of the diffraction gratings of all the cells on the pattern. When the observer observes the pattern from within this distribution range, the display image by the first-order diffracted light can be recognized. On the other hand, no first-order diffracted light exists outside this distribution range, and the displayed image is not recognized even when observed from there. That is, the distribution range of the first-order diffracted light is the viewing zone for the pattern.
【００３１】図２は、図１の回折格子セルを、さらに拡
大して示す説明図である。本発明では、セルの外形を規
定する各線分の角度（γ1 〜γ4 ）は、水平もしくは水
平に近い角度は含まないことが原則であり、０度もしく
は１８０度に近い値はとらない。FIG. 2 is an explanatory view showing the diffraction grating cell of FIG. 1 in a further enlarged manner. In the present invention, the angle (γ1 to γ4) of each line segment that defines the outer shape of the cell does not include a horizontal or nearly horizontal angle, and does not take a value close to 0 ° or 180 °.
【００３２】図３は、図１の回折格子パターン（反射型
パターン）に、光源からの照明光を入射して観察者が視
覚する状態を示す説明図である。同図では、パターンの
表示面の法線に対して、光源と対称な方向に０次回折光
が出射し、パターンの正面付近に１次回折光が分布し、
１次回折光の分布範囲に観察者の眼が位置すると、表示
画像を視覚できる。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which illumination light from a light source is incident on the diffraction grating pattern (reflection type pattern) in FIG. In the figure, the 0th-order diffracted light is emitted in a direction symmetric to the light source with respect to the normal to the display surface of the pattern, and the 1st-order diffracted light is distributed near the front of the pattern.
When the observer's eyes are located in the distribution range of the first-order diffracted light, the displayed image can be visually recognized.
【００３３】図４は、反射型の回折格子パターン（セ
ル）に、光源からの照明光を入射した場合の０次回折光
と１次回折光の出射方向を示す断面図である。図４で、
任意の波長に関して、回折格子による基本的な回折現象
は、以下の式で表される。 ｄ＝ｍλ／（sin α−sin β） ただし、ｄは着目した方向における格子間隔（空間周波
数の逆数），ｍは回折次数，λは照明光の波長，αは当
該方向における０次回折光（透過光や正反射光）の出射
角度，βは当該方向における１次回折光の出射角度であ
る。通常は、１次回折光（すなわち、ｍ＝１）の場合を
考える。０次回折光の出射角度は、照明光の入射角度と
同じ、もしくは符号が反転するだけである。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the emission directions of the 0th-order diffraction light and the 1st-order diffraction light when the illumination light from the light source is incident on the reflection type diffraction grating pattern (cell). In FIG.
For any wavelength, the basic diffraction phenomenon by a diffraction grating is expressed by the following equation. d = mλ / (sin α−sin β) where d is the lattice spacing (reciprocal of the spatial frequency) in the direction of interest, m is the diffraction order, λ is the wavelength of the illumination light, and α is the zero-order diffraction light (transmission) in that direction. Is the exit angle of the first-order diffracted light in the direction. Usually, the case of first-order diffracted light (that is, m = 1) is considered. The exit angle of the zero-order diffracted light is the same as the incident angle of the illumination light, or the sign is only inverted.
【００３４】一方、本発明で問題としているように、回
折格子セルからの回折光には、セルの外形に起因する回
折光の成分も含まれる。回折格子パターンにおける多く
の場合、画素であるセルは小さく、観察距離はそれに比
べて十分大きいため、セルの外形に起因する回折は、フ
ラウンホーファー回折として取り扱うことができる。フ
ラウンホーファー回折による回折光の広がりは、セルの
外形を構成する各線分に対して垂直な方向に強く現れ
る。On the other hand, as a problem in the present invention, the diffracted light from the diffraction grating cell includes a component of the diffracted light caused by the outer shape of the cell. In many cases in a diffraction grating pattern, a cell which is a pixel is small and an observation distance is sufficiently large, so that diffraction caused by the outer shape of the cell can be treated as Fraunhofer diffraction. The spread of the diffracted light by Fraunhofer diffraction strongly appears in a direction perpendicular to each line segment constituting the outer shape of the cell.
【００３５】図２に示すセルからは、各線分に対して、
それぞれ角度γ1 〜γ4 に垂直な方向に光が広がること
になるが、前記線分は、水平方向と垂直方向の線分を外
形の辺として有していないため、セル自身の外形形状に
起因する回折により、水平方向および垂直方向には回折
光が広がることがない。From the cell shown in FIG. 2, for each line segment,
Light spreads in the directions perpendicular to the angles γ1 to γ4, respectively, but the line segment does not have horizontal and vertical line segments as sides of the outer shape, and thus is caused by the outer shape of the cell itself. Due to the diffraction, the diffracted light does not spread in the horizontal and vertical directions.
【００３６】そのため、０次回折光の広がりは、１次回
折光を主とするパターン（画像）の表示のための光成分
と空間的に重なることがない。図７に示すように、回折
格子セルから出射する１次回折光の存在範囲内に、０次
回折光の中心から斜めに十字に伸びる回折成分は重なら
ず、観察者にはノイズの少ない表示画像が視覚される。Therefore, the spread of the zero-order diffracted light does not spatially overlap with the light component for displaying a pattern (image) mainly composed of the first-order diffracted light. As shown in FIG. 7, the diffraction components extending obliquely from the center of the zero-order diffracted light do not overlap within the existing range of the first-order diffracted light emitted from the diffraction grating cell, and a display image with less noise is provided to the observer. Visualized.
【００３７】図８は、本発明の回折格子パターンにおい
て、画素である回折格子セルを正方マトリクス状に並べ
た一例を示す説明図である。正方マトリクス状の配置で
は、通常のコンピュータ上の画像データを表示するのに
適している。この場合も、回折格子セルの外形が水平に
近い線分を含んでいなければ、上述のような十分な効果
が得られる。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example in which diffraction grating cells as pixels are arranged in a square matrix in the diffraction grating pattern of the present invention. A square matrix arrangement is suitable for displaying image data on a normal computer. Also in this case, if the outer shape of the diffraction grating cell does not include a nearly horizontal line segment, the above-described sufficient effect can be obtained.
【００３８】図９は、本発明の回折格子パターンにおい
て、画素である回折格子セルを正方マトリクス状ではな
い配置で並べた例である。正方マトリクス状ではない配
置とすることにより、回折格子パターンの偽造・模造が
困難になる。FIG. 9 shows an example in which, in the diffraction grating pattern of the present invention, diffraction grating cells as pixels are arranged in a non-square matrix. By using a non-square matrix arrangement, it becomes difficult to forge and imitate the diffraction grating pattern.
【００３９】また、同図では同時に、セルの外形の線分
に平行な方向にセルを並べることで、パターン上に隙間
をなくし、表示面積を有効に利用している。これによ
り、明るいパターン（画像）の表示が実現できる。ま
た、セル間の間隙を排除することは、同じ解像度のパタ
ーンを実現する場合でも、間隙がある場合に比べてセル
の外形が大きくできるため、セルの外形による回折の広
がりを抑えることが可能となる。これは、セルの大きさ
とセルの外形による広がりとが反比例の関係にあるため
である。Also, in the same figure, the cells are arranged in a direction parallel to the line segment of the outer shape of the cells, thereby eliminating gaps on the pattern and effectively using the display area. Thereby, a bright pattern (image) can be displayed. Eliminating the gaps between cells makes it possible to suppress the spread of diffraction due to the outer shape of the cell, because even if a pattern with the same resolution is realized, the outer shape of the cell can be made larger than when there is a gap. Become. This is because the size of the cell and the spread due to the outer shape of the cell are in inverse proportion.
【００４０】図１０は、図８・図９の菱形とは異なる形
状の回折格子セルの例と、それらを隙間なく並べる配置
（他のセルを点線の領域に配置する）について示す説明
図である。図１０(a) は、セルの外形として平行四辺形
（ただし、水平に近い線分は含まない）を用いることに
より、上述のような効果を持つ回折格子セルを比較的容
易に実現している。図１０(b) は、６辺から成る多角形
の例であり、辺を多くすることにより、回折光の広がり
成分を多方向に分散させることができ、視域の周辺部に
おいて、０次回折光の広がりと１次回折光の分布とが重
なる視点が存在する場合でも、観察されるノイズの強度
が小さくなる。FIG. 10 is an explanatory view showing an example of diffraction grating cells having a shape different from the rhombus of FIGS. 8 and 9, and an arrangement in which they are arranged without gaps (another cell is arranged in a dotted line area). . FIG. 10A shows that a diffraction grating cell having the above-described effects is relatively easily realized by using a parallelogram (however, a line segment near a horizontal line is not included) as the outer shape of the cell. . FIG. 10B is an example of a polygon having six sides. By increasing the number of sides, the spread component of the diffracted light can be dispersed in multiple directions. Even if there is a viewpoint where the spread of the light and the distribution of the first-order diffracted light overlap, the intensity of the observed noise is small.
【００４１】ここで、回折格子セルが観察者の眼の分解
能以下の大きさであれば、観察者は個々の回折格子セル
を認識できず、回折格子パターンとして高品位な像が観
察できる。具体的には、視力１．０の観察者が、パター
ンから１．０ｍほど離れて観察する場合、回折格子セル
の大きさは３００μｍ程度、同じ観察者が０．３ｍほど
離れて観察する場合、回折格子セルの大きさは１００μ
ｍ程度で観察者には個々の回折格子セルが分離できず、
十分な解像度が得られる。Here, if the size of the diffraction grating cell is smaller than the resolution of the observer's eyes, the observer cannot recognize the individual diffraction grating cells and can observe a high-quality image as a diffraction grating pattern. Specifically, when an observer with a visual acuity of 1.0 observes about 1.0 m away from the pattern, the size of the diffraction grating cell is about 300 μm, and when the same observer observes about 0.3 m away, The size of the diffraction grating cell is 100μ
m, the individual diffraction grating cells cannot be separated by the observer,
Sufficient resolution can be obtained.
【００４２】このように、セルのサイズが小さい場合、
従来の矩形のセルでは０次回折光の広がり成分が強くな
り、ノイズ成分（０次回折光の広がり）は大きな光強度
を持って視域と重なってしまっていたが、本発明による
パターンにおいてはこれらのノイズ成分は視域と重なら
ないため、観察される像におけるノイズ減少の効果が一
層顕著になる。Thus, when the cell size is small,
In the conventional rectangular cell, the spread component of the 0th-order diffracted light becomes strong, and the noise component (spread of the 0th-order diffracted light) overlaps the visual field with a large light intensity. Since the noise component does not overlap with the visual field, the effect of noise reduction in the observed image becomes more remarkable.
【００４３】以上、説明の簡便化のため、ノイズ成分と
しては、０次回折光の広がり成分を主として述べたが、
パターン（画像）を表示するために用いる回折光（主
に、１次回折光）の次数以外の全ての回折次数につい
て、同様の効果がある。As described above, for the sake of simplicity, the spread component of the zero-order diffracted light has been mainly described as the noise component.
Similar effects are obtained for all diffraction orders other than the order of the diffracted light (mainly the first-order diffracted light) used to display a pattern (image).
【００４４】また、以上の説明では、回折格子セルが平
行四辺形の場合，６辺から成る多角形の場合についての
み説明したが、これに限らず、任意の辺の数，任意の形
状の多角形の回折格子セルを用いても良い。In the above description, only the case where the diffraction grating cell is a parallelogram or a polygon having six sides has been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of arbitrary sides and the number of arbitrary shapes are large. A rectangular diffraction grating cell may be used.
【００４５】加えて、以上の説明では、回折格子セルの
サイズが一定の場合についてのみの説明であったが、セ
ルの大きさの変更などにより、濃淡を持ったパターン
（画像）を表示させることも可能である。In addition, in the above description, only the case where the size of the diffraction grating cell is constant is described. However, it is possible to display a pattern (image) having shading by changing the size of the cell. Is also possible.
【００４６】なお、本発明の回折格子パターンは、表面
レリーフ型に代表される位相型回折格子、濃度表現によ
る振幅型回折格子など、どのような種類の回折格子でも
適用される。The diffraction grating pattern of the present invention can be applied to any type of diffraction grating such as a phase diffraction grating typified by a surface relief type and an amplitude diffraction grating expressed by density.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明の如く、回折格子パターンを構成
するセルの外形を改良することによって、主に表示パタ
ーン（画像）を形成する１次回折光に、セルの外形に起
因する０次回折光が広がって重なり、ノイズとなること
が防止される。特に、小サイズのセル（画素）による高
解像度なパターン（画像）を表示する上でのノイズを解
消する上で、本発明は有効である。According to the present invention, by improving the outer shape of the cell constituting the diffraction grating pattern, the 0th-order diffracted light mainly due to the outer shape of the cell becomes the first-order diffracted light mainly forming the display pattern (image). Spreading and overlapping are prevented from becoming noise. In particular, the present invention is effective in eliminating noise in displaying a high-resolution pattern (image) using small-sized cells (pixels).
【００４８】[0048]
【図１】本発明の回折格子パターン（および、回折格子
セル）の一例を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a diffraction grating pattern (and a diffraction grating cell) of the present invention.
【図２】図１の回折格子セルを、さらに拡大して示す説
明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the diffraction grating cell of FIG. 1 in a further enlarged manner.
【図３】図１の回折格子パターン（反射型パターン）
に、光源からの照明光を入射して観察者が視覚する状態
を示す説明図。FIG. 3 shows the diffraction grating pattern (reflection pattern) shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which illumination light from a light source is incident on the image and an observer visually recognizes it.
【図４】反射型の回折格子パターン（セル）に、光源か
らの照明光を入射した場合の０次回折光と１次回折光の
出射方向を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing directions of emission of 0-order diffracted light and 1st-order diffracted light when illumination light from a light source is incident on a reflection type diffraction grating pattern (cell).
【図５】従来の回折格子パターン（および、回折格子セ
ル）の一例を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a conventional diffraction grating pattern (and a diffraction grating cell).
【図６】従来の回折格子パターン（セル）から出射する
回折光の分布を示す説明図であり、１次回折光の存在範
囲内に、０次回折光の中心から伸びる回折成分が重なる
状態を表す。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a distribution of diffracted light emitted from a conventional diffraction grating pattern (cell), and shows a state in which a diffraction component extending from the center of the 0th-order diffracted light overlaps the existing range of the 1st-order diffracted light.
【図７】本発明の回折格子パターン（セル）から出射す
る回折光の分布を示す説明図であり、１次回折光の存在
範囲内に、０次回折光の中心から伸びる回折成分が重な
らない状態を表す。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a distribution of diffracted light emitted from the diffraction grating pattern (cell) of the present invention, showing a state where diffraction components extending from the center of the 0th-order diffracted light do not overlap with the range of existence of the 1st-order diffracted light. Represent.
【図８】本発明の回折格子パターンにおいて、画素であ
る回折格子セルを正方マトリクス状に並べた一例を示す
説明図。FIG. 8 is an explanatory view showing an example in which diffraction grating cells as pixels are arranged in a square matrix in the diffraction grating pattern of the present invention.
【図９】本発明の回折格子パターンにおいて、画素であ
る回折格子セルを正方マトリクス状ではない配置で並べ
た例を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example in which diffraction grating cells as pixels are arranged in a non-square matrix in the diffraction grating pattern of the present invention.
【図１０】菱形でない形状の回折格子セルの例と、それ
らを隙間なく並べる配置について示す説明図であり、図
１０(a) は平行四辺形，図１０(b) は６辺から成る多角
形の例に係る説明図である。10 is an explanatory diagram showing an example of a diffraction grating cell having a shape other than a rhombus and an arrangement of arranging them without gaps. FIG. 10 (a) is a parallelogram, and FIG. 10 (b) is a polygon having six sides. It is explanatory drawing which concerns on the example of.
Claims (6)
表面に複数配置することにより形成される回折格子パタ
ーンにおいて、 セルの外形を構成する線分の方向とセルの内部の回折格
子の方向が異なることにより、回折格子からの１次回折
光の分布する領域と、０次回折光に対してセルの外形に
起因する回折光の広がる領域とが重ならない構成であ
り、 セルの内部を構成する回折格子の空間周波数と方向が、
観察される表示画像の色や観察される方向に応じて設定
されることを特徴とする回折格子パターン。In a diffraction grating pattern formed by arranging a plurality of cells each composed of a diffraction grating as a pixel on a substrate surface, a direction of a line segment forming an outer shape of the cell and a direction of a diffraction grating inside the cell are changed. Due to the difference, the region where the first-order diffracted light from the diffraction grating is distributed and the region where the diffracted light due to the outer shape of the cell spreads with respect to the zero-order diffracted light do not overlap, and the diffraction grating constituting the inside of the cell The spatial frequency and direction of
A diffraction grating pattern, which is set according to a color of a display image to be observed and a direction to be observed.
表面に複数配置することにより形成される回折格子パタ
ーンにおいて、 セルの外形を構成する線分として、水平もしくは水平に
近い方向の線分を含まないことを特徴とする請求項１記
載の回折格子パターン。2. A diffraction grating pattern formed by arranging a plurality of cells each having a diffraction grating as a pixel on a substrate surface, wherein a line segment in a horizontal or nearly horizontal direction is defined as a line segment constituting an outer shape of the cell. 2. The diffraction grating pattern according to claim 1, wherein the diffraction grating pattern is not included.
とする請求項１または２に記載の回折格子パターン。3. The diffraction grating pattern according to claim 1, wherein the outer shape of the cell is a parallelogram.
ることを特徴とする請求項１または２に記載の回折格子
パターン。4. The diffraction grating pattern according to claim 1, wherein the outer shape of the cell is a polygon having five or more sides.
んでマトリクス状に配置されていることを特徴とする請
求項１〜４の何れかに記載の回折格子パターン。5. The diffraction grating pattern according to claim 1, wherein cells are arranged in a matrix in the pattern in the horizontal and vertical directions.
を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の回折格子パ
ターン。6. The diffraction grating pattern according to claim 1, wherein the size of the cell is 300 μm or less.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP23747899A JP2001066407A (en) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | Diffraction grating pattern |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016505161A (en) * | 2012-06-26 | 2016-02-18 | オーファウデー キネグラム アーゲー | Security document with decorative elements and decorative elements |
| CN113281901A (en) * | 2021-06-07 | 2021-08-20 | 嘉兴驭光光电科技有限公司 | Method for designing diffractive optical element |
| WO2022059656A1 (en) * | 2020-09-15 | 2022-03-24 | 大日本印刷株式会社 | Optical film and display device |
-
1999
- 1999-08-24 JP JP23747899A patent/JP2001066407A/en active Pending
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