JP2920971B2 - 回析格子パターンを良するディスプレイの作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は平面状の基板の表面に回折格子（グレーティ
ング）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
する方法に係り、特にほぼ完全に均一な回折格子を簡便
に作り得るようにした回折格子パターンを有するディス
プレイの作製方法に関するものである。

［従来の技術］ 一般的に、レーザー発振器のようなコヒーレントな光
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）
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。

このように、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すること
により、回折格子パターンを有するディスプレイを作製
する方法については、例えば“特開昭60-156004号公
報”に開示されている。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。また、光強度を一定にし、ドッ
トの大きさを変えて、観察時の輝度を変化させるような
方法もある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようなディスプレイの作製方法に
おいては、次のような問題がある。すなわち、レーザー
光をビームとしてそのまま利用しているため、各ドット
の中央部と周辺部とでは光強度が異なり、中央部が露光
オーバーになってしまう傾向があり、結果として均一な
回折格子を得ることができなかった。これは、レーザー
ビームの進行する方向と垂直な面で、ビームの中心が最
も強くなるガウス分布型をしていることに起因するもの
である。一方、光強度を一定にし、ドットの大きさを変
化させる方法では、光強度を適当に設定することによ
り、これを改善することはできるものの、やはりレーザ
ー光をビームとして利用しているため、完全に均一な回
折格子を作ることは不可能であった。

以上のように、従来の回折格子パターンを有するディ
スプレイの作製方法においては、完全に均一な回折格子
を簡便に作ることが不可能であるという問題があった。

本発明は上述のような問題を解決するために成された
もので、ほぼ完全に均一な回折格子を簡便に作ることが
可能な回折格子パターンを有するディスプレイの作製方
法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、 第１の発明では、レーザービームを、リファレンス光
となるレーザービームと、シグナル光となるレーザービ
ームとに分割し、Ｘ−Ｙステージ上に載置された感光材
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ステージを相対的に移動させて、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、回折格子パターンを有するディスプレイを作製する
方法において、シグナル光となるレーザービームを拡大
させた後に、空間変調要素により露光に用いる一部分の
みを選択的に透過させ、あらかじめ設定された角度で感
光材料上に集束させて入射させると共に、リファレンス
光となるレーザービームを、あらかじめ設定された角度
で感光材料上に入射させて、双方のレーザービームを干
渉させるようにしている。

また、第２の発明では、レーザービームを、リファレ
ンス光となるレーザービームと、シグナル光となるレー
ザービームとに分割し、Ｘ−Ｙステージ上に載置された
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ステージを相対的に移動させて、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、回折格子パターンを有するディスプレイを
作製する方法において、シグナル光となるレーザービー
ムを拡大させた後に、レーザービームの形状・強弱を変
える空間変調要素の制御によって露光に用いる対応する
一部分のみを選択的に透過させ、あらかじめ設定された
角度で感光材料上に集束させて入射させると共に、リフ
ァレンス光となるレーザービームを、あらかじめ設定さ
れた角度で感光材料上に入射させて、双方のレーザービ
ームを干渉させるようにしている。

［作用］ 従って、第１の発明による回折格子パターンを有する
ディスプレイの作製方法では、シグナル光となるレーザ
ービームを十分に拡大させて使用し、この拡大されたレ
ーザー光の露光に用いる一部分のみを空間変調要素によ
り選択的に透過させて描画に用い、回折格子パターンを
有するドットからなるディスプレイを作製することによ
り、ほぼ完全に均一な回折格子を簡便に作ることができ
る。

一方、第２の発明による回折格子パターンを有するデ
ィスプレイの作製方法では、同様にシグナル光となるレ
ーザービームを十分に拡大させて使用し、この拡大され
たレーザー光の露光に用いる対応する一部分のみを空間
変調要素の制御により選択的に透過させて描画に用い、
回折格子パターンを有するドットからなるディスプレイ
を作製することにより、ほぼ完全に均一な回折格子を簡
便に作ることができる。また、視点をある位置に設定す
ることにより、その位置ではフルカラーの模様を観察す
ることができる。さらに、レーザービームを十分に拡大
させて使用していることにより、観察時の一つ一つのド
ットとしては、視域の広い回折格子を作ることができ
る。

［実施例］ 本発明は、レーザービームを、リファレンス光となる
レーザービームと、シグナル光となるレーザービームと
に分割し、Ｘ−Ｙステージ上に載置された感光材料上の
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ステ
ージを相対的に移動させて、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
折格子パターンを有するディスプレイを作製するに際し
て、シグナル光となるレーザービームを十分に拡大させ
た後に、空間変調要素により露光に用いる一部分のみを
選択的に透過させ、あらかじめ設定された角度で感光材
料上に集束させて入射させると共に、リファレンス光と
なるレーザービームを、あらかじめ設定された角度で感
光材料上に入射させて、双方のレーザービームを干渉さ
せるか、 または、レーザービームを、リファレンス光となるレ
ーザービームと、シグナル光となるレーザービームとに
分割し、Ｘ−Ｙステージ上に載置された感光材料上の同
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ステー
ジを相対的に移動させて、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
格子パターンを有するディスプレイを作製するに際し
て、シグナル光となるレーザービームを十分に拡大させ
た後に、レーザービームの形状・強弱を変える空間変調
要素の制御によって露光に用いる対応する一部分のみを
選択的に透過させ、あらかじめ設定された角度で感光材
料上に集束させて入射させると共に、リファレンス光と
なるレーザービームを、あらかじめ設定された角度で感
光材料上に入射させて、双方のレーザービームを干渉さ
せる方法である。

以下、上記のような考え方に基づいた本発明の一実施
例について、図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、本実施例の２光束干渉による回折格子パタ
ーンを有するディスプレイを作製する方法を説明するた
めの斜視図である。すなわち、第１図に示すように、２
本のレーザービーム10,12を、感光材料が塗布された乾
板14上でドット状に交わらせると、ドット16に干渉縞18
が生じる。この干渉縞18の周期は、２本のレーザービー
ム10,12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ステージ20を移動させながら、この干渉縞18のドット
16を乾板14の感光材料面上に形成する。

第２図は、乾板14の感光材料面上にドットを形成する
ための光学系の構成例を示す図である。すなわち、第２
図において、レーザ発振器22より出力されたレーザビー
ムは、全反射ミラー24,ハーフミラー26,全反射ミラー28
により、リファレンス光となるレーザービームB4と、シ
グナル光となるレーザービームとに分割される。この
時、各々のレーザービームは、互いに等しい強度を持つ
ように設定される。そして、シグナル光となるレーザー
ビームは、レンズ32,34に入射して十分に拡大されて、B
1〜B3の範囲を有するレーザービームとなり、その後空
間変調要素であるマスク38によって一部分（B2）が選択
され、レンズ40、ミラー42を通って、あらかじめ設定さ
れた角度で乾板14の感光材料面上に集束させて入射され
る。

ここで、空間変調要素は、レーザービームの形状・強
弱を変える機能を有するもので、拡大されたレーザービ
ームをその制御によって露光に用いる対応する一部分の
みを選択的に透過させるためのものであり、本実施例で
はこの空間変調要素としてマスク38を用いている。

また、リファレンス光となるレーザービームB4は、全
反射ミラー44,46を通って乾板14の感光材料面上に、あ
らかじめ設定された角度で入射される。この場合、シグ
ナル光となるレーザービームと、リファレンス光となる
レーザビームB4とは、乾板14の感光材料面上の同位置
（１点）に集まるように調整されている。

一方、乾板14はＸ−Ｙステージ20上に載置されてお
り、コンピュータ制御により移動できるようになってい
る。また、リファレンス光となるレーザービームB4とシ
グナルとなるレーザービームは、乾板14に入射する直前
（別に、直前でなくともよい）でシャッター48を通過す
るようになっており、シャッター48の開閉によって露光
または非露光を制御する。

次に、第３図および第４図を用いて、本実施例の回折
格子パターンを有するディスプレイの作製方法について
説明する。

まず、最初に、画像入力手段であるスキャナーから取
り込んだ画像データを読取り（ステップＡ）、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（ステップＢ）。

次に、Ｘ−Ｙステージ20を原点に移動させ（ステップ
Ｃ）、この位置に対応するデータを計算機内で参照し、
露光を行なうかどうかを決定する（ステップD,E）。そ
して、露光を行なう場合には、データに従ってマスク38
を制御し、設定した時間だけシャッター48を開いて、感
光材料が塗布された乾板14上に露光を行なう（ステップ
F,G）。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。

次に、Ｘ−Ｙステージ20を移動させ、１データの露光
が全て終了したかどうかを判定する。（ステップH,
I）。その結果、まだ露光が全てのデータについて終了
していなければステップＤに戻り、ステップD,E,F,G,H,
I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、第５図に示すような複数ド
ット状の回折格子パターンを有したフルカラーのディス
プレイが完成する。そして、この感光材料が塗布された
乾板14の感光材料面上に形成された回折格子パターン
は、良く知られているエンボス法によって複製を行なう
ことができる。

なお、上述した空間変調要素であるマスク38として、
その例を２つ挙げておく。

第６図（ａ）は、表示用等に使用されるような液晶セ
ルを、マスクとして利用したものであり、表示のない部
分のみレーザー光が透過する。この方法では、瞬時に液
晶セルの表示を全く違うものに変えることができるた
め、幾つもの異なった画像を次々に露光したり、スキャ
ナーから取り込んだフルカラーの画像を表示するとき等
に、特に有効である。この方法でのマスク38の制御は、
液晶セルのどの部分を表示させるかということになる。

一方、第６図（ｂ）は、写真用等に使用されるような
フィルムをマスクとして利用したものであり、ポジを使
うとすれば、フィルム撮影時に光を当てた部分のみレー
ザー光が透過する。この方法では、光が透過するかしな
いかだけでなく、何パーセントの光を透過させるか、す
なわち露光量（あるいは観察時の輝度）の調節が自由に
できるという特徴を有する。この方法における制御とし
ては、フィルムのどの部分にレーザー光を当てるか（液
晶セルの例では表示を変えることに相当する）を決める
ため、フィルムの縦横、および回転の動きの制御が考え
られる。横一列にあらかじめ計算された図形を撮影した
横長のフイルムを、順次横に移動させながら露光を行な
えば、第６図（ａ）との場合と同様な効果を得ることも
可能である。

また、これらマスクの透過部の縦横の長さは、観察時
の視域に比例し、観察時の視点を定めた時には、マスク
上の縦方向の位置は観察される色に関係する。従って、
視点を定めたときには、どのような色のドットを作るこ
ともでき、フルカラーの画像を表現することもできる。
ただ、現実には、レンズの大きさ等の制約があるため、
それを補ってさらに多彩な回折格子を作るために、Ｘ−
Ｙステージ20には回転ステージを組み合わせて用いるこ
とが好ましい。尚、第６図の２つの例では、それぞれマ
スクの中央部に縦に３つのレーザー光透過部分がある
が、これらは従来におけるR,G,Bの各ビームに相当する
ものである。

第７図および第８図は、実際の例をそれぞれ示したも
のである。

第７図では、マスクとして穴の開いた板のようなもの
を想定した。縦一例に並んでいる２つの孔と、長方形の
穴が開いている単純なマスク38に、広げられた平行光の
レーザー光が入射し、レンズ40とミラー42を経て、感光
材料が塗布された乾板14の感光材料面上で干渉（焦束）
させる。そして、リファレンス光であるもう一方のレー
ザー光と干渉し、その干渉縞が乾板14の感光材料面上に
記録される。そして、この時に出来たドットを再生した
様子を、第８図に示している。

第８図（ａ）は、レーザー光のようなある特定の周波
数の光を、ドットに再生光として入射したときの視域を
斜線で示している。ドットの光る色は、再生光の波長で
ある。これ以外の角度から見ても、当該ドットは光らな
い。また、光の波長を変えれば、入射する角度は変わら
なくとも、視域の位置は縦方向にずれる。

第８図（ｂ）は、白色光（あらゆる波長が混じってい
る）の光源を用いて、ドットを再生したときの様子を示
している。この時、各視域はそれぞれ縦方向に広がる。
一つの視域について言えば、横方向に視点を動かしても
何も変わらず、視域の縁でドットが光らなくなつたり、
あるいは光り出したりと言う、第８図（ａ）の場合と同
様の効果しかない。しかし、縦方向に視点を動かすと、
ドットが光って見える見えないとは別に、ドットの光る
色が動かすにつれて変わっていくように見える。これ
は、波長が連続的な光を用いているため、ちょうど第８
図（ａ）の視域を連続的に少しずつずらしてつなげたよ
うなものである。

さらに、第８図（ｂ）の目が描いてある位置、すなわ
ち全ての視域が重なっている位置では、これらの視域を
当該位置で一つずつ見たときの色が重なって見える。そ
して、これを利用すると、再生光の位置、および観察の
視点を定めれば、そこに見える色からマスク38の穴の位
置、形を計算できるため、どのような色の再現でもでき
る。また、たくさんのドットについて、マスク38の位
置、形を計算し、それにしたがってマスク38を制御しな
がらドットを一つ一つ露光し、ドットを敷き詰めたディ
スプレイを作製すれば、前述のようにフルカラーの画像
が再現される。再現光の位置だけを決めたときには、視
点を動かしたときに見える画像がどう変わるかというこ
とも同様にして計算できるから、視点を動かすと画像が
変わるようなフルカラー・ディスプレイも、視域を自由
に変えられるため、この方法では可能である。

上述したように本実施例では、レーザー発振器22から
生ずるレーザービームを、リファレンス光となるレーザ
ービームと、シグナル光となるレーザービームとに分割
し、Ｘ−Ｙステージ20上に載置された感光材料を塗布し
た乾板14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48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ステージ20を相対的に移動させて、乾板14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、回折格子パターンを有するディ
スプレイを作製するに際して、シグナル光となるレーザ
ービームをレンズ32,34により十分拡大させて、B1〜B3
の範囲を有するレーザービームとした後に、レーザービ
ームの形状・強弱を変える空間変調要素であるマスク38
の制御によって、露光に用いる対応する一部分のみ（B
2）を選択的に透過させ、あらかじめ設定された角度で
乾板14の感光材料面上に集束させて入射させると共に、
リファレンス光となるレーザービームB4を、あらかじめ
設定された角度で乾板14の感光材料面上に入射させて、
双方のレーザービームを干渉させることにより、回折格
子パターンが形成されたディスプレイを得るようにした
ものである。

従って、次のような作用効果が得られるものである。

（ａ） 従来では、レーザービームをそのまま使用して
いたことから、完全に均一な回折格子が得られなかった
のに対して、本実施例の方法では、レーザー発振器22か
らのレーザービームを十分に拡大して使用し、その露光
に用いる一部分をマスク38で選択して描画し、回折格子
パターンを有するドットからなるディスプレイを作製す
るしているため、ほぼ完全に均一な回折格子を簡便に作
ることが可能となる。

（ｂ） 従来では、レーザービームをそのまま使用し、
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、本実施例の方法では、任意の色（波
長）の回折格子を作成する、すなわちフルカラー（広い
色範囲とするには、物体光と参照光の交叉角度を広くと
る必要があり、本実施例の方法が好適）の模様を観察す
ることが可能となる。

（ｃ） 従来では、レーザービームをそのまま使用して
いたことから、観察時の一つ一つのドットの視域が限定
され、ドットの視域が非常に狭いものしか作製できなか
ったのに対して、本実施例の方法では、レーザー発振器
22からのレーザービームを十分に広げて使用しているた
め、観察時の一つ一つのドットとしては、視域の広い回
折格子を作ることが可能となる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
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。

上記実施例では、露光を行なう場合に、データに従っ
て空間変調要素であるマスク38を制御し、かつあらかじ
め設定した時間だけシャッター48を開いて乾板14の感光
材料面上に露光を行なう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、空間変調要素であるマスク
38の制御を行なわず、あらかじめ設定した時間だけシャ
ッター48を開いて乾板14の感光材料面上に露光を行なう
ようにすることも可能である。

また、上記実施例では、Ｘ−Ｙステージ20を実際に移
動させた場合について述べたが、これに限らずＸ−Ｙス
テージ20を固定しておいて、ミラー42および全反射ミラ
ー46を動かすことにより、Ｘ−Ｙステージ20を相対的に
移動させるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、シグナル光とな
るレーザービームを拡大させた後に、空間変調要素によ
り露光に用いる一部分のみを選択的に透過させ、あらか
じめ設定された角度で感光材料上に集束させて入射させ
ると共に、リファレンス光となるレーザービームを、あ
らかじめ設定された角度で感光材料上に入射させて、双
方のレーザービームを干渉させるか、またはシグナル光
となるレーザービームを拡大させた後に、レーザービー
ムの形状・強弱を変える空間変調要素の制御によって露
光に用いる対応する一部分のみを選択的に透過させ、あ
らかじめ設定された角度で感光材料上に集束させて入射
させると共に、リファレンス光となるレーザービーム
を、あらかじめ設定された角度で感光材料上に入射させ
て、双方のレーザービームを干渉させるようにしたの
で、ほぼ完全に均一な回折格子を簡便に作ることがで
き、またフルカラーの模様を観察することができ、さら
にドットとして視域の広い回折格子を作ることが可能な
回折格子パターンを有するディスプレイの作製方法が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２光束干渉による回折格子パターンを
有するディスプレイの作製方法の一実施例を示す斜視
図、 第２図は同実施例における方法を実施するための光学系
の構成例を示す図、 第３図は同実施例における方法を説明するための概略
図、 第４図は同実施例における方法を説明するためのフロー
図、 第５図は同実施例において形成されたディスプレイの絵
柄を示す図、 第６図は同実施例において用いられるマスクの一例を示
す図、 第７図および第８図は同実施例における方法をより詳細
にそれぞれ説明するための図である。 10,12……レーザービーム、14……乾板、16……ドッ
ト、18……干渉縞、20……Ｘ−Ｙステージ、22……レー
ザー発振器、24,28,44,46……全反射ミラー、26……ハ
ーフミラー、30……コンピュータ、32,34,40……レン
ズ、38……マスク、42……ミラー、48……シャッター。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−267990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−166913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−78566（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−63902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−156004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−24771（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 5/18 G03H 1/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザービームを、リファレンス光となる
   レーザービームと、シグナル光となるレーザービームと
   に分割し、Ｘ−Ｙステージ上に載置された感光材料上の
   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、さらに前記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、前記Ｘ
   −Ｙステージを相対的に移動させて、前記感光材料の表
   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、回折格子パターンを有するディスプレイを作
   製する方法において、 前記シグナル光となるレーザービームを拡大させた後
   に、空間変調要素により露光に用いる一部分のみを選択
   的に透過させ、あらかじめ設定された角度で前記感光材
   料上に集束させて入射させると共に、前記リファレンス
   光となるレーザービームを、あらかじめ設定された角度
   で前記感光材料上に入射させて、双方のレーザービーム
   を干渉させるようにしたことを特徴とする回折格子パタ
   ーンを有するディスプレイの作製方法。
2. 【請求項２】レーザービームを、リファレンス光となる
   レーザービームと、シグナル光となるレーザービームと
   に分割し、Ｘ−Ｙステージ上に載置された感光材料上の
   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、さらに前記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、前記Ｘ
   −Ｙステージを相対的に移動させて、前記感光材料の表
   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、回折格子パターンを有するディスプレイを作
   製する方法において、 前記シグナル光となるレーザービームを拡大させた後
   に、レーザービームの形状・強弱を変える空間変調要素
   の制御によって露光に用いる対応する一部分のみを選択
   的に透過させ、あらかじめ設定された角度で前記感光材
   料上に集束させて入射させると共に、前記リファレンス
   光となるレーザービームを、あらかじめ設定された角度
   で前記感光材料上に入射させて、双方のレーザービーム
   を干渉させるようにしたことを特徴とする回折格子パタ
   ーンを有するディスプレイの作製方法。