JP2830530B2 - 回折格子プロッター - Google Patents
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Description
の2光束干渉によって回折格子を作製する装置に係り、
特に任意の空間周波数を持った任意の方向の回折格子を
任意の位置に連続して作製し得るようにした回折格子プ
ロッターに関するものである。
レントな光源を用いて、これからのレーザービームを一
度2光束に分けたものを、再び感光材料上で同時に露光
すると、干渉縞が記録される。この干渉縞は、感光材料
に入射する2光束の角度の差によって、そのピッチ(空
間周波数の逆数)が変わり、その方向は2光束の入射す
る方向によって変わり、その記録される濃さは光強度に
よって変わる。すなわち、観察時には、干渉縞のピッチ
は見える色に、干渉縞の方向は見える方向に、干渉縞の
濃さは見える色の輝度にそれぞれ関係する。
折格子を形成して、回折格子パターンを有するディスプ
レイを作製する方法としては、例えば“特開昭60−1
56004号公報”、“特願昭63−222477号”
等が提案されてきている。
光ヘッドを用い、この回折格子露光ヘッドを移動するこ
とによって、2光束干渉による微小な干渉縞(以下、回
折格子と称する)を、そのピッチ、方向、および光強度
を変化させて、感光材料に対して次々と露光し、任意の
位置に任意の回折格子を作製する方法である。この方法
を用いることにより、平面状の感光材料と、その表面に
形成された回折格子パターンとからなるディスプレイが
得られる。そして、この回折格子パターンは、回折格子
により形成された複数の微小なドットから構成されてい
るため、各ドットがそれぞれの色にそれぞれの方向にそ
れぞれの強さで光って様々な模様が描かれる。
た画像データにしたがって、X−Yステージ上の乾板
(感光材料を塗布したガラス等からなる)の対応位置
に、回折格子からなるドットを作製していく方法であ
る。この方法を用いることにより、ほぼ完全に均一な回
折格子のパターンを有するディスプレイが得られる。
ては、次のような問題がある。すなわち、回折格子のピ
ッチ、方向、光強度を変化させる場合に、その都度回折
格子露光ヘッドの光学系を移動する必要がある。そし
て、このように光学系を固定させることができないこと
から、振動に対して弱く、外部からの振動の影響を受け
易い。従って、振動を十分に減衰させるために長い待ち
時間が必要となるばかりでなく、回折格子作製の安定性
も悪く、均一な(精度がよい)回折格子を作製すること
ができないという問題がある。
うな問題がある。すなわち、レーザービームをいくつか
に分岐し、その中の一つを選択することによって、作製
する回折格子の空間周波数を決めていることから、光の
利用効率が非常に低いというという問題がある。また、
分岐されるビームの数も、光学系の空間的な配置や光強
度が弱くなることから、3本程度が限界である。そのた
め、3種類程度の空間周波数を持った回折格子しか作製
することができない(回折格子の空間周波数が3種類程
度に限定されてしまっている)という問題がある。
作製方法においては、外部からの振動に対して強く、均
一な回折格子を作製することができず、さらに回折格子
の空間周波数が限定され、光の利用効率も低いという問
題があった。
に成されたもので、外部からの振動に対して強く、任意
の空間周波数を持った任意の方向の回折格子を任意の位
置に連続して均一に作製することが可能で、しかも光の
利用効率も極めて高い回折格子プロッターを提供するこ
とを目的とする。
めに本発明では、レーザー光を用い、その2光束干渉に
よって回折格子を作製する装置において、回折格子を形
成するための感光材料を塗布した乾板が載置され、当該
乾板を移動,回転させるX−Y−θステージと、レーザ
ービームを発生するレーザー光源と、レーザー光源から
のレーザービームを受け、その開閉によって露光,非露
光を行なうシャッターと、シャッターからのレーザービ
ームを2本のレーザービームに分岐する光分岐手段と、
光分岐手段からの一方のレーザービームを、参照ビーム
として乾板上に入射させる第1の光学系と、光分岐手段
からの他方のレーザービームを受けて反射させる、所定
方向に平行移動自在な移動ミラー、および当該移動ミラ
ーからの反射光を物体ビームとして乾板上に参照ビーム
と常に同一位置に入射させる結像手段からなる第2の光
学系と、読み取られた画像データに基づいて、X−Y−
θステージの移動,回転、シャッターの開閉、および移
動ミラーの移動位置をそれぞれ制御する制御手段とを備
えて構成し、参照ビームおよび物体ビームの双方のレー
ザービームを干渉させることにより、ホログラフィック
に回折格子を作製するようにしている。
うに、上記シャッターの開いている時間を制御すること
が好ましい。また、例えば請求項3に記載したように、
上記結像手段としては、少なくとも1個の結像レンズか
らなっていることが好ましい。さらに、例えば請求項4
に記載したように、結像手段として1個の結像レンズを
備え、当該結像レンズの焦点位置が乾板の表面上に存在
するように配置することが好ましい。
いては、読み取られた画像データに従って、回動ミラー
の回動角度を連続的に任意の値に制御することにより、
任意の空間周波数を持った回折格子を均一に作製するこ
とができる。また、読み取られた画像データの対応する
位置に、X−Y−θステージを移動,回転することによ
り、感光材料上の任意の位置に任意の方向の回折格子を
作製することができる。さらに、シャッターの開いてい
る時間を制御することにより、回折格子の深さを変化さ
せることができ、すなわち観察時のその回折格子のドッ
トの明るさを変化させることができる。一方、物体ビー
ムを、平行移動自在な移動ミラーおよび結像手段(レン
ズ)にて任意の角度とすることにより、2つに分岐した
レーザービームの全てを使用することができるため、光
の利用効率を著しく高めることができる。また、平行移
動自在な移動ミラーおよび結像手段(レンズ)のみから
光学系を構成していることにより、装置構成が極めて簡
単である。さらに、移動ミラーが所定方向に平行移動す
ることにより、光分岐手段からのレーザービームが移動
ミラーのどの位置で反射してもよいため、装置作製が容
易となる。さらにまた、移動ミラーの所定方向への平行
移動と結像手段との組み合わせにより、レーザービーム
の入射位置は一定で、入射角度を適宜変化させて、回折
格子の空間周波数を変えることができる。
ビーム、すなわち参照ビームとなるレーザービームと、
物体ビームとなるレーザービームとに分割し、X−Y−
θステージ上に載置された乾板の感光材料上の同位置
に、各々あらかじめ設定された角度で入射させて干渉さ
せ、さらにレーザービームをシャッターの開閉によって
露光または非露光を制御すると共に、X−Y−θステー
ジを相対的に移動させて、乾板の感光材料の表面に回折
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、回折格子を作製する場合に、参照ビームとなるレー
ザービームを、あらかじめ設定された角度(固定角度)
で乾板の感光材料上に入射させると共に、物体ビームと
なるレーザービームを、移動ミラーおよび結像手段によ
って、その入射角度を連続的に任意の値に制御(可変角
度)しながら、乾板の感光材料上に参照ビームと常に同
一位置に入射させる、すなわち参照ビームと物体ビーム
との相対角度を任意に可変して、双方のレーザービーム
を干渉させるものである。
のである。すなわち、入射光と回折光との関係は、図6
に示すような関係にある。また、回折格子作製時の物体
ビームの入射角度θと、観察時の観察できる角度βと、
その色(再成波長λ)との関係を式で表わすと、次式の
ようになる。 (1/λ)(sin α−sin β)=(1/λ0 )(sin α0 −sin θ) ただし、λは回折光の波長(観察される色)、αは照明
光の入射角、βは回折光の出射角(観察位置)、λ0 は
作製時のレーザービームの波長、α0 は参照ビームの入
射角、θは物体ビームの入射角である。
回折格子を白色光で照明すると、図8に示すように上記
式を満足して光が回折する。従って、物体ビームの入射
角θを連続的に任意の値に制御することによって、回折
光の出射角(観察位置)βを決めると、全く任意の色で
見えるドットからなる回折格子を作製できることにな
る。 λ=λ0 (sin α−sin β)/(sin α0 −sin θ) 別の言い方をすると、回折格子の空間周波数fは、 f=(sin α0 −sin θ)/λ0 で表わされる。従って、物体ビームの入射角θを連続的
に任意の値に制御することによって、任意の空間周波数
を持った回折格子を作製できることになる。
明の一実施例について、図面を参照して詳細に説明す
る。
子の作製方法を示す斜視図である。すなわち、図1に示
すように、2本のレーザービーム1,2を、感光材料が
塗布された乾板3上でドット状に交わらせると、ドット
4に回折格子5が生じる。この回折格子5のピッチは、
2本のレーザービーム1,2の交わる角度を変えること
により、変化させることが可能である。コンピュータの
指示に従って、X−Y−θステージ6を移動させなが
ら、この回折格子5のドット4を乾板3の感光材料面上
に形成する。
成するための回折格子プロッターの構成例を示す概要図
である。
ターは、回折格子を形成するための感光材料を塗布した
乾板3が載置され、この乾板3を移動,回転させるX−
Y−θステージ6と、レーザービームを発生するレーザ
ー光源7と、レーザー光源7からのレーザービームを受
け、その開閉によって露光,非露光を行なうシャッター
8と、シャッター8からのレーザービームを2本のレー
ザービームに分岐する光分岐手段であるハーフミラー9
と、ハーフミラー9からの一方のレーザービームを反射
させ、参照ビームとして乾板3上に入射させる2個の全
反射ミラー10,11からなる第1の光学系と、ハーフ
ミラー9からの他方のレーザービームを反射させる全反
射ミラー12、全反射ミラー12からの反射光を受けて
反射させる、所定方向(本例では、上下方向)に移動自
在な移動ミラー13、およびこの移動ミラー13からの
反射光を物体ビームとして乾板3上に参照ビームと常に
同一位置に入射させる結像手段である1個の結像レンズ
15からなる第2の光学系と、読み取られた画像データ
に基づいて、X−Y−θステージ6の移動,回転、シャ
ッター8の開閉、および移動ミラー13の移動位置をそ
れぞれ制御する制御手段であるコントローラ16とから
構成している。
が乾板3の感光材料の表面上に存在するように配置して
いる。さらに、上記参照ビームは、結像レンズ15の焦
点位置に入射するようにしている。
の回折格子プロッターの作用について説明する。
―から取り込んだ画像データを読取り、計算機で色情報
の分解や調整等から画像データを補正し、視域の設定や
観察の方向の設定等を含む回折格子パターンのデータ
(ドットデータ)を作る。
タの対応する位置、方向にX−Y−θステージ6を移動
させ、またこのデータにしたがった回折格子の空間周波
数を形成するように、移動ミラー13の移動位置を制御
し、さらにこのデータにしたがった回折格子の明るさと
なるようにシャッター8の開閉時間を制御して、感光材
料が塗布された乾板3上に露光を行なう。この段階で、
一つのドットに対して決定された色に対応した回折格子
の形成工程が完了する。
たかどうかを判定する。その結果、まだ露光が全てのデ
ータについて終了していなければ、上記の各処理を、全
データの露光が終了するまで繰り返して行ない、露光が
全てのデータについて終了した時点で終了する。このよ
うにして、複数ドット状の回折格子パターンを有するデ
ィスプレイが完成(感光材料現像後)する。
では、図5に示すように、乾板3上で2本のレーザービ
ーム(参照ビーム、物体ビーム)を交わらせ、その時に
できた回折格子5からなるドット4を記録し、ドット4
の集まりによって画像を作製する。
ー10,11を通って乾板3の感光材料面上に、あらか
じめ設定された角度αで入射される。また、物体ビーム
は、移動ミラー13によって結像レンズ15への入射位
置が任意に制御され、結像レンズ15を通って、θの入
射角度で乾板3の感光材料面上に、参照ビームの入射位
置と同位置(1点)に入射される。この場合、移動ミラ
ー13の移動位置の変化によって、物体ビームの感光材
料面への入射角度θが変わるが、移動ミラー13の移動
位置が変化しても、物体ビームの感光材料面上の入射位
置は変化せず、参照ビームが感光材料面上で正確に物体
ビームと交わり、そこに回折格子が形成される。これに
より、任意の空間周波数を持った回折格子が均一に作製
できる。
位置に、X−Y−θステージ6を移動,回転することに
より、感光材料上の任意の位置に任意の方向の回折格子
が作製できる。そして、これらの回折格子を自動的に作
製し、これによって画像を表現したディスプレイが作製
できる。
制御することにより、その回折格子の深さを変化させる
ことができる。これは、観察時のその回折格子のドット
の明るさを変化させることと等しい。
平行移動することにより、ハーフミラー9からのレーザ
ービームが移動ミラー13のどの位置で反射してもよ
く、装置の作製が容易となる。
ッターは、回折格子を形成するための感光材料を塗布し
た乾板3が載置され、この乾板3を移動,回転させるX
−Y−θステージ6と、レーザービームを発生するレー
ザー光源7と、レーザー光源7からのレーザービームを
受け、その開閉によって露光,非露光を行なうシャッタ
ー8と、シャッター8からのレーザービームを2本のレ
ーザービームに分岐する光分岐手段であるハーフミラー
9と、ハーフミラー9からの一方のレーザービームを反
射させ、参照ビームとして乾板3上に入射させる2個の
全反射ミラー10,11からなる第1の光学系と、ハー
フミラー9からの他方のレーザービームを反射させる全
反射ミラー12、全反射ミラー12からの反射光を受け
て反射させる、上下方向に平行移動自在な移動ミラー1
3、およびこの移動ミラー13からの反射光を物体ビー
ムとして乾板3上に参照ビームと常に同一位置に入射さ
せる結像手段である1個の結像レンズ15からなる第2
の光学系と、読み取られた画像データに基づいて、X−
Y−θステージ6の移動,回転、シャッター8の開閉、
および移動ミラー13の移動位置をそれぞれ制御する制
御手段であるコントローラ16とから構成し、参照ビー
ムおよび物体ビームの双方のレーザービームを干渉させ
ることにより、回析格子を作製するようにしたものであ
る。
のである。
向、光強度を変化させる場合に、その都度回折格子露光
ヘッドの光学系を移動しなければならないことから、外
部からの振動の影響を受け易く、均一な回折格子が得ら
れなかったのに対して、本実施例の回折格子プロッター
では、移動ミラー13の移動位置を連続的に任意の値に
制御することによって、物体ビームの入射角度を可変す
るようにしているため、外部からの振動に対して強く、
振動を減衰させるための待ち時間が不要となるばかりで
なく、回折格子作製の安定性が良くなり、ほぼ均一な
(精度がよい)回折格子を作製することが可能となる。
ま使用し、ハーフミラー等でレーザービームを分けてい
たことから、R,G,B等の3種類程度の回折格子しか
作製できなかったのに対して、本実施例の回折格子プロ
ッターでは、物体ビームの入射角度を連続的に任意の値
に可変するようにしているため、任意の空間周波数を持
った回折格子を連続して作製することが可能(回折格子
の空間周波数が3種類程度に限定されない)となる。
かに分岐し、その中の一つを選択することによって、作
製する回折格子の空間周波数を決めていることから、光
の利用効率が非常に低かったのに対して、本実施例の回
折格子プロッターでは、2つに分岐したレーザービーム
の全てを使用しているため、光の利用効率を著しく高め
ることが可能となる。
御しているため、回折格子の深さを変化、すなわち観察
時のその回折格子のドットの明るさを変化させることが
可能となる。
動することにより、ハーフミラー9からのレーザービー
ムが移動ミラー13のどの位置で反射しても構わないた
め、装置の作製が極めて容易となる。 (f)平行移動自在な移動ミラー13および結像手段で
あるレンズ15のみから光学系を構成していることによ
り、装置構成が極めて簡単である。(g)移動ミラーの所定方向への平行移動と結像手段と
の組み合わせにより、レーザービームの入射位置は一定
で、入射角度を適宜変化させて、回折格子の空間周波数
を変えることができる。
ものではなく、次のようにしても同様に実施することが
できるものである。
に、シャッター8の開いている時間を制御する場合につ
いて述べたが、これに限らず露光を行なう場合に、あら
かじめ設定した時間だけシャッター8を開くようにする
ことも可能である。
個の結像レンズ15を備え、この結像レンズ15の焦点
位置が乾板3の表面上に存在するように配置する場合に
ついて述べたが、これに限らず結像手段として2個以上
の複数個の結像レンズを備え、これらの結像レンズを、
移動ミラー13からの反射光を物体ビームとして乾板3
上に参照ビームと常に同一位置に入射させるように配置
することも可能である。
上下方向に平行移動させることにより、物体ビームの乾
板3上への入射角度を制御する場合について述べたが、
これに限らず例えばX−Y−θステージ6が縦置きタイ
プのものであるような場合には、移動ミラー13を水平
方向に平行移動させることにより、物体ビームの乾板3
上への入射角度を制御することも可能である。
上下方向に平行移動させることにより、物体ビームの乾
板3上への入射角度を制御する場合について述べたが、
これに限らず例えば移動ミラー13の配置角度を固定し
たままの状態で、移動ミラー13を水平方向に平行移動
させることにより、物体ビームの乾板3上への入射角度
を制御することも可能である。
折格子を形成するための感光材料を塗布した乾板が載置
され、当該乾板を移動,回転させるX−Y−θステージ
と、レーザービームを発生するレーザー光源と、レーザ
ー光源からのレーザービームを受け、その開閉によって
露光,非露光を行なうシャッターと、シャッターからの
レーザービームを2本のレーザービームに分岐する光分
岐手段と、光分岐手段からの一方のレーザービームを、
参照ビームとして乾板上に入射させる第1の光学系と、
光分岐手段からの他方のレーザービームを受けて反射さ
せる、所定方向に平行移動自在な移動ミラー、および当
該移動ミラーからの反射光を物体ビームとして乾板上に
参照ビームと常に同一位置に入射させる結像手段からな
る第2の光学系と、読み取られた画像データに基づい
て、X−Y−θステージの移動,回転、シャッターの開
閉、および移動ミラーの移動位置をそれぞれ制御する制
御手段とを備えて構成し、参照ビームおよび物体ビーム
の双方のレーザービームを干渉させることにより、回析
格子を作製するようにしたので、外部からの振動に対し
て強く、任意の空間周波数を持った任意の方向の回折格
子を任意の位置に連続して均一に作製することが可能
で、光の利用効率が極めて高く、かつ装置構成が簡単で
装置作製が容易であり、しかも必要に応じて回折格子の
大きさを可変することが可能な回折格子プロッターが提
供できる。
要を示す斜視図。
示す全体構成図。
図。
図。
を示す図。
回折格子、6…X−Y−θステージ、7…レーザー光
源、8…シャッター、9…ハーフミラー、10,11…
全反射ミラー、12…全反射ミラー、13…移動ミラ
ー、15…結像レンズ、16…コントローラ。
Claims (4)
- 【請求項1】 レーザー光を用い、その2光束干渉によ
って回折格子を作製する装置において、 回折格子を形成するための感光材料を塗布した乾板が載
置され、当該乾板を移動,回転させるX−Y−θステー
ジと、 レーザービームを発生するレーザー光源と、 前記レーザー光源からのレーザービームを受け、その開
閉によって露光,非露光を行なうシャッターと、 前記シャッターからのレーザービームを2本のレーザー
ビームに分岐する光分岐手段と、 前記光分岐手段からの一方のレーザービームを、参照ビ
ームとして乾板上に入射させる第1の光学系と、 前記光分岐手段からの他方のレーザービームを受けて反
射させる、所定方向に平行移動自在な移動ミラー、およ
び当該移動ミラーからの反射光を物体ビームとして乾板
上に参照ビームと常に同一位置に入射させる結像手段か
らなる第2の光学系と、 読み取られた画像データに基づいて、X−Y−θステー
ジの移動,回転、シャッターの開閉、および移動ミラー
の移動位置をそれぞれ制御する制御手段とを備えて構成
し、 前記参照ビームおよび物体ビームの双方のレーザービー
ムを干渉させることにより、ホログラフィックに回折格
子を作製するようにした ことを特徴とする回折格子プロ
ッター。 - 【請求項2】 前記シャッターの開いている時間を制御
するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の回折
格子プロッター。 - 【請求項3】 前記結像手段としては、少なくとも1個
の結像レンズからなることを特徴とする請求項1に記載
の回折格子プロッター。 - 【請求項4】 前記結像手段として1個の結像レンズを
備え、当該結像レンズの焦点位置が乾板の表面上に存在
するように配置するようにしたことを特徴とする請求項
1に記載の回折格子プロッター。
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JP2508387B2 (ja) * | 1989-10-16 | 1996-06-19 | 凸版印刷株式会社 | 回折格子パタ―ンを有するディスプレイの作製方法 |
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