JP2001290016A

JP2001290016A - 回折格子パターンおよびその作製方法

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Publication number: JP2001290016A
Application number: JP2000103678A
Authority: JP
Inventors: Akira Nagano; 彰永野
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2001-10-19
Anticipated expiration: 2020-04-05
Also published as: JP3925035B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ドットマトリクスにより配置された
回折格子パターンにおいて、セルの外形がおよぼす設計
思想にない余計な回折、散乱を低減させ、ノイズ成分が
目立たなく、観察方向、観察領域(視域)が正しい回折格
子パターンおよびその製造方法を提供することを目的と
する。【解決手段】本発明の回折格子パターンは、基板表面に
セルを構成単位として複数の種類の回折格子が配置され
て形成され、前記回折格子の空間周波数、回折格子の角
度の少なくとも何れかが変化してなる回折格子パターン
において、異なる回折格子領域の境界が回折格子の配置
間隔である格子線のピッチ（空間周波数の逆数）よりも
細かい辺を持つことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の表面に、回
折格子を構成するための微小なセルを配置することによ
って表現されるパターンおよびその作製方法に関し、特
に、より解像度が高く、セルの外形による光の回折、散
乱の影響が少ないパターンとその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折格子によって構成されるパターン
は、通常の印刷技術では表現することのできない指向性
のある光沢を有することから、ディスプレイの用途や偽
造防止を目的としたセキュリティ商品に広く用いられて
おり、より注視効果が高く、偽造されにくいパターンを
作製することが求められている。

【０００３】このような要求に応じて、セル（ドット）
状の回折格子の集まりによって構成される回折格子パタ
ーンを有するディスプレイが公知である。尚、回折格子
を形成するための要素となるセルを、以降の説明では、
回折格子セルと称する。

【０００４】上記ディスプレイを作製する方法として
は、特開昭６０−１５６００４号公報に例示されるよう
な方法が公知である。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。

【０００５】一方、レーザーではなく電子ビーム露光装
置を用い、かつコンピュータ制御により、平面状の基板
が載置された、Ｘ−Ｙステージを移動させて、基板の表
面に、回折格子からなる複数の微小なドットを配置する
ことにより、回折格子パターンが形成されたディスプレ
イを作製する方法も提案されている。上記方法は、特開
平２−７２３２０号公報や米国特許５、０５８、９９２
号に開示されている。

【０００６】回折格子パターンのパラメータとして、（１）回折格子の空間周波数（格子線のピッチ）（２）回折格子の方向（格子線の方向）（３）回折格子の描画領域（回折格子セルの配置）の３つがあり、（１）に応じて、定点に対してその回折
格子セルが光って見える色が変化し、（２）に応じて、
その回折格子セルが光って見える方向が変化し、（３）
に応じて、表示パターン（絵柄）が決定される。

【０００７】尚、ディスプレイ（パターン）の構成単位
である「セル」および「ドット」は同義語として扱われ
るが、形状（輪郭）や大きさに制約を受けないニュアン
スのある用語「セル」、さらに製造物は「回折格子パタ
ーン」として、以後の説明を統一する。

【０００８】また、回折格子の空間周波数と格子線のピ
ッチは逆数の関係にあり、格子線のピッチが細かいほ
ど、空間周波数の値は大きくなる。

【０００９】ところで、このような回折格子パターン
は、画素単位でセルが定義されその内部に回折格子を構
成することで、任意の方向、色で光を回折させ像を知覚
させることから、セルのアウトラインとなる部分では強
制的に格子線の外形が切り取られることとなる。

【００１０】たとえば、斜辺をもつ回折格子が矩形のセ
ルのアウトラインにより切り取られた場合、アウトライ
ンでは本来斜辺により構成される回折格子にはありえな
い水平、垂直の外形が生成されることとなる。（図２参
照）図２では、セルのアウトラインを規定する線分が、
水平および垂直方向であり、それとは異なる格子縞を規
定する線分を「斜辺」と称した。

【００１１】セルの面積が大きい場合、このセルのアウ
トラインにより光が本来の方向とは異なる方向に回折、
散乱してしまい、回折格子パターンの像全体が白みを帯
びたり、設計と異なる色みになる恐れがある。

【００１２】一般に、従来のドットマトリクス状に配置
された回折格子パターンであっても肉眼ではセルの形状
が確認できないほど小さく、絵柄の面では問題とならな
い場合が多いが、光が回折現象を起こすような非常にミ
クロなレベルでは設計と異なる方向に回折や散乱が起こ
っており、品質を保証できていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ドットマトリクス単位
で回折格子を基板上に配置する回折格子パターンにとっ
て、セルの外形が生じさせる光の散乱がノイズ成分とな
ることは不可避であり、このノイズ成分は回折格子パタ
ーンのデザインによって変動するため定量的にとらえる
ことが困難であり、同じ回折格子パターンの作製方法を
用いたとしても使用されている回折格子の種類によりノ
イズ成分が少なく品質の高いものもあれば、ノイズ成分
を多量に含んだ品質の良くないパターンができることも
ある。

【００１４】本発明は、ドットマトリクスにより配置さ
れた回折格子パターンにおいて、セルの外形がおよぼす
設計思想にない余計な回折、散乱を低減させ、ノイズ成
分が目立たなく、観察方向、観察領域(視域)が正しい回
折格子パターンとその製造方法を提供することを目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、回折格子パタ
ーンにおいて、回折格子データを構成するためのセルの
大きさを格子線のピッチより小さくすることで、上記の
目的を達成する。

【００１６】請求項１の発明による回折格子パターン
は、基板表面にセルを構成単位として複数の種類の回折
格子が配置されて形成され、前記回折格子の空間周波
数、回折格子の角度の少なくとも何れかが変化してなる
回折格子パターンにおいて、異なる回折格子領域の境界
が回折格子の配置間隔である格子線のピッチ（空間周波
数の逆数）よりも細かい辺を持つことを特徴とする。

【００１７】請求項２の発明による回折格子パターン
は、請求項１記載の回折格子パターンにおいて回折格子
の空間周波数、角度の情報が同一であると見なせる領域
の内部では、回折格子を構成する格子線が連続で切断さ
れていないことを特徴とする。

【００１８】請求項３の発明による回折格子パターンの
作製方法は、基板表面にセルを構成単位として複数の種
類の回折格子が配置されて形成され、前記回折格子の空
間周波数、回折格子の角度の少なくとも何れかが変化し
てなる回折格子パターンの作製方法において、回折格子
データを派生させるための画像データをドットマトリク
ス状に構成する工程と、画像データの任意の画素及びそ
の画素に隣接する周辺の画素の色情報を比較する工程
と、同一の色として近似できる画素同士を併合し、新た
な外形を有する領域を作成する工程と、新たな領域毎に
色情報を決定する工程と、その色情報より回折格子デー
タを導出する工程と、基板上に回折格子を配置する工
程、からなることを特徴とする。

【００１９】請求項４の発明による回折格子パターンの
作製方法は、基板表面に複数の種類の回折格子が配置さ
れて構成され、前記回折格子の空間周波数、回折格子の
角度の少なくとも何れかが変化してなる回折格子パター
ンの作製方法において、回折格子データを派生させるた
めの画像データをドットマトリクス状に構成する工程
と、画像データの各画素をマトリクス状に併合し、新た
な外形を有する領域を作成する工程と、併合された画素
を構成するドットマトリクスの色情報を平均化し、新た
な領域の色情報を決定する工程と、その色情報より回折
格子データを導出する工程と、基板上に回折格子を配置
する工程、からなることを特徴とする。

【００２０】請求項５の発明による回折格子パターンの
作製方法は、請求項３または４記載の回折格子パターン
の作製方法において、回折格子データを派生させるため
の画像データが、数式などで定義された直線、曲線など
のドローデータから成る画像を作成する工程と、その画
像からドローデータの情報が欠落しない程度に十分細か
なドットマトリクスに変換した画像を作成する工程、に
より得られることを特徴とする。

【００２１】請求項６の発明による回折格子パターンの
作製方法は、請求項３または４記載の回折格子パターン
の作製方法において、回折格子データを派生させるため
の画像データが、ドットマトリクスで構成される画像を
より細かなドットマトリクスで構成される画像に変換す
る工程と、その画像の隣接する画素同士の情報より色情
報の平滑化処理（アンチエイリアシング処理）を行う工
程、により得られることを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照し詳細に説明する。図１は、基板上に配
置されたセルが格子線の外形より大きい従来の回折格子
パターンの一例である。このように複数個のセルにより
パターン上に絵柄、模様を配置した場合、肉眼で観察す
る限り、絵柄、模様のアウトラインは滑らかであるとみ
なすことができる。しかし図中拡大図のように、このよ
うな回折格子パターンではセルの外形がどのような形状
を成しているのかが認識でき、このセルの外形により切
り取られた格子線の外形部分により光が本来の設計方向
とは異なる方向に回折、散乱してしまい回折格子パター
ンの像全体が白みを帯びる原因となる。

【００２３】特に、図２のように、セルが矩形などの形
状で整然と配置されている場合、セルの外形で生じる回
折、散乱によるノイズ成分はセルの配置の周期性などを
原因として上下方向及び左右方向に強く現われる傾向が
あり、そのような方向から回折格子パターンを観察した
時に、本来見えてはいけない方向から何らかの回折光が
観察されてしまい問題となることが多い。一般に、この
ようなノイズ成分は回折格子のピッチよりも大きな間隔
でセルの外形部分のような設計と異なる角度をもつ形状
が存在するときに発生しやすく、回折格子のピッチより
も小さな間隔でそのような形状が配置されている場合は
光学的な振舞いは不定であり、ノイズ成分が強めあう現
象は起こらず認識されることはない。

【００２４】そこで、さらにセルを小さくし(元となる
デジタル画像の解像度を向上させ)、格子線のピッチよ
りもセルの大きさが小さくなった場合を考える。この場
合、セル１つが格子線の中に埋まってしまうか、セルが
まったく格子線の中に属さないか、格子線のアウトライ
ン上にセルが配置されるか、のいずれかのケースに当て
はまる。いずれのケースにおいても同一の種類のセルが
単体で存在してしまうと、格子線の形状とはまったく関
係のない、セルの外形に依存したパターンが生まれてし
まうため、格子線の外形を構成するのに十分な数の同一
セルの群があることが前提となるが、セルを格子線の外
形よりも十分に小さくすることで格子線のピッチよりも
細かく光学的に滑らかであるとみなすことのできる外形
を有する格子線を構成することが可能である（図３参
照）。

【００２５】このように複数のセルを群として取り扱い
各格子線を構成することで格子線のアウトラインが回折
格子のピッチよりも細かくなることが多いため光学的に
滑らかであると見なすことができる。

【００２６】この場合においても、格子線のアウトライ
ンで光の回折、散乱が生じているが、図３ではセルの辺
が回折格子のピッチよりも細かいことからセルの外形に
よらない回折、散乱が起きるため、総じてセルの外形に
依存した方向にノイズ成分が強く出る現象を抑制するこ
とが可能である。

【００２７】一般に回折格子パターン上に配置される回
折格子のピッチは２μｍ以下であることから、本発明の
効果を見込むためには、セルの大きさも最大で２μｍ以
下であることが望ましい。

【００２８】回折格子パターン上に描かれる絵柄、模様
は通常コンピュータ・グラフィックスによる画像や写
真、印刷物、手描きのデザインなどをスキャナなどの読
み取り装置によりデジタル化した画像を用いている。そ
れらの画像は画素がマトリクス状に配置されており、そ
れぞれが固有の色情報を持っている。それらの画素が回
折格子パターン上に描画される格子線よりも小さい場合
格子線を定義することが不可能である。そこで任意の画
素とその画素の周辺に配置されている画素を併合させ新
たな外形をもつ「領域」を定義し、回折格子として機能
するだけの面積を確保し、その内部に格子線を配置する
必要がある。この回折格子として機能するだけの面積を
もつ自由な外形をもつエリアを本稿では「領域」と称
し、その概念図を図４に示す。

【００２９】また、領域の生成方法の例を図５、６に示
す。図５は、隣接する画素の情報を比較し近似すること
が可能と判断された画素を併合し、１つの新たな領域を
生成する工程の概念図である。この場合、領域の外形は
自由な形状をなし、もととなる画素が十分に小さければ
領域のアウトラインは曲線と見なすことができる。この
生成方法は複雑な処理工程が必要であるが、近似の条件
を調整することで様々な精度のパターンを描画すること
が可能である。

【００３０】図６は、隣接する画素をマトリクス状に併
合し、その内部で１個ないしは複数個の新たな領域を生
成する工程の概念図である。この場合、マトリクス内に
は近似色だけではなく、さまざまな色をもつ画素が存在
することもあるため、マトリクスを適当な領域に分割
し、それぞれ領域内の画素の色を平均化し、新たな色を
定義する必要がある。この生成方法では、マトリクス毎
に処理を施すため比較的容易な処理工程で済み、且つ、
マトリクスの大きさを調整することで精度を変えること
ができる。

【００３１】また、コンピュータを用いて自動車や飛行
機などのボディのデザインや曲面、曲線を有する工業加
工物の設計にＣＡＥ(ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＥ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ)とよばれる手法が用いられてい
る（図７参照）。この手法で定義される曲線や曲面のデ
ータは一般にドローデータと呼称され、それは数式やベ
クトルなどで表現されており、ドットマトリクスによる
画像とは異なり、滑らかな形状をそのデータ中に保持し
ている。このようなドローデータより回折格子パターン
を生成する場合においても、本発明に基づきドローデー
タの情報を損ねない精度まで細かいドットマトリクスに
変換を行えば、従来通り、ドットマトリクスによる回折
格子を基板上に配置した回折格子パターンとして取り扱
うことができる。

【００３２】また、図８(ａ)のように荒い(画素数の少
ない)画像の各画素を再分割し、より細かな(画素数の多
い)画像を作る場合、そのままでは画素数は増加してい
るが、画像の解像度、品質の点では何も変化がないこと
になる。ここで、図８(ｂ)のように、隣接する画素のデ
ータを元にそれらの画素を混ぜ合わせたようなデータを
有する画素を間に配置する、コンピュータ・グラフィッ
クスの分野で用いられているアンチエイリアシングとい
う画像の平滑化手法を画像全体に適用すればもともとの
荒い画像では持ちえなかった解像度を実現する画像を擬
似的に作り出すことができ、図３で示した品質の高い回
折格子パターンを作製することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の回折格
子パターンは、セルの外形が格子線のピッチより小さく
なるまで各セルを十分に細かくしたことから、以下に示
す効果が期待できる。（１）セルの外形が認識できないほど細かいため、ス
キャナなどで読み取った対象物の情報や、ドローデータ
により定義された形状の情報が損なわれず、対象物のも
つイメージ(外観、雰囲気)を忠実に再現することが可能
であり、偽造品との差異も明確に表現することができ
る。（２）セルの外形上で生じる光の回折、散乱の方向がセ
ルの外形によらない方向に分散されるため、特定の方向
にノイズ成分が強く現れることを回避することができ
る。（３）請求項２にあるように、同一の回折格子情報をも
つセル群の内部全体で格子線を連続にすることで従来の
セル単位で回折格子を描画したパターンと比較し、より
原画イメージを忠実に再現し高彩度の色表現が可能であ
る。（４）ドットマトリクスのデータを元にした回折格子パ
ターンでありながら、回折格子レベルの拡大率で観察を
行っても、セル形状が認識されることがないため、製法
や元データの断定が困難である。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板上に配置されたセルが格子線の外形より大
きい従来の回折格子パターンの一例を示す概念図。

【図２】セルの外形部分で発生するノイズ成分をあらわ
す説明図。

【図３】図１に示した元となるデジタル画像の解像度を
向上させ、デザイン面だけでなく光の回折においても滑
らかな変化が見込める本発明による回折格子パターンの
一例を示す概念図。

【図４】本発明で定義した「領域」の概念を示す図。

【図５】領域の生成方法の一例を示す説明図。ここで
は、近似色をもつ画素を併合し自由形状を有する領域を
生成する。

【図６】領域の生成方法の一例を示す説明図。ここで
は、マトリクス状に画素を併合し領域を生成する。

【図７】ドローデータなどドットマトリクスとして定義
されない画像データに対しても本発明が適用可能であ
り、ドローデータ同等の精度で回折格子パターンを得る
ことができることを示す説明図。

【図８】解像度の低い画像をコンピュータ・グラフィッ
クス手法の一つであるアンチエイリアシング処理を施し
滑らかで解像度の高い画像に変換し、見た目の品質を向
上させるとともに回折格子での光の回折、散乱の影響を
も低減できることを示す説明図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面にセルを構成単位として複数の種
類の回折格子が配置されて形成され、前記回折格子の空
間周波数、回折格子の角度の少なくとも何れかが変化し
てなる回折格子パターンにおいて、異なる回折格子領域の境界が回折格子の配置間隔である
格子線のピッチ（空間周波数の逆数）よりも細かい辺を
持つことを特徴とする回折格子パターン。
【請求項２】請求項１記載の回折格子パターンにおい
て、回折格子の空間周波数、角度の情報が同一であると
見なせる領域の内部では、回折格子を構成する格子線が
連続で切断されていないことを特徴とする回折格子パタ
ーン。
【請求項３】基板表面にセルを構成単位として複数の種
類の回折格子が配置されて形成され、前記回折格子の空
間周波数、回折格子の角度の少なくとも何れかが変化し
てなる回折格子パターンの作製方法において、回折格子データを派生させるための画像データをドット
マトリクス状に構成する工程と、画像データの任意の画素及びその画素に隣接する周辺の
画素の色情報を比較する工程と、同一の色として近似で
きる画素同士を併合し、新たな外形を有する領域を作成
する工程と、新たな領域毎に色情報を決定する工程と、
その色情報より回折格子データを導出する工程と、基板
上に回折格子を配置する工程と、からなることを特徴と
した回折格子パターンの作製方法。
【請求項４】基板表面に複数の種類の回折格子が配置さ
れて構成され、前記回折格子の空間周波数、回折格子の
角度の少なくとも何れかが変化してなる回折格子パター
ンの作製方法において、回折格子データを派生させるための画像データをドット
マトリクス状に構成する工程と、画像データの各画素を
マトリクス状に併合し、新たな外形を有する領域を作成
する工程と、併合された画素を構成するドットマトリク
スの色情報を平均化し、新たな領域の色情報を決定する
工程と、その色情報より回折格子データを導出する工程
と、基板上に回折格子を配置する工程と、からなること
を特徴とした回折格子パターンの作製方法。
【請求項５】請求項３または４記載の回折格子パターン
の作製方法において、回折格子データを派生させるための画像データが、数式
などで定義された直線、曲線などのドローデータから成
る画像を作成する工程と、その画像からドローデータの
情報が欠落しない程度に十分細かなドットマトリクスに
変換した画像を作成する工程と、により得られることを
特徴とする回折格子パターンの作製方法。
【請求項６】請求項３または４記載の回折格子パターン
の作製方法において、回折格子データを派生させるための画像データが、ドッ
トマトリクスで構成される画像をより細かなドットマト
リクスで構成される画像に変換する工程と、その画像の
隣接する画素同士の情報より色情報の平滑化処理（アン
チエイリアシング処理）を行う工程と、により得られる
ことを特徴とする回折格子パターンの作製方法。