JP3635116B2 - Diffraction grating recording medium - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は回折格子記録媒体に関し、特に、真正な物品であることを証明するためのセキュリティ用回折格子シールへの利用に適した回折格子記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
クレジットカード、預金通帳、金券などの偽造を防止するための手段として、ホログラムシールが利用されている。また、ビデオテープや高級腕時計などの商品についても、海賊版が出回るのを防止するために、ホログラムシールが利用されており、この他、装飾用、販売促進用といった目的にも、ホログラムシールが利用されている。このようなホログラムシールには、三次元立体像ではなく二次元の絵柄がモチーフとして用いられることが多い。
【0003】
ホログラムシールを作成する方法としては、レーザ光を用いて干渉縞を形成させる光学的なホログラム撮影方法が一般的である。すなわち、二次元の絵柄モチーフが描かれた原稿を用意し、2つに分岐させたレーザ光の一方をこの原稿に照射し、その反射光と分岐したもう一方のレーザ光とを干渉させてその干渉縞を感光材に記録するのである。こうしてホログラム原版が作成できたら、この原版を用いて、プレスの手法によりホログラムシールを量産することができる。
【0004】
ところが、最近では、コンピュータによる画像処理技術や、電子ビームによる描画技術が進歩したため、コンピュータによって用意した画像データに基づいて電子ビームを走査し、疑似的なホログラム原版を作成する方法が実用化されている。すなわち、媒体上に微細な回折格子を記録し、この回折格子によって二次元の絵柄のモチーフを表現するのである。たとえば、特開平6−337622号公報には、二次元の絵柄を複数の画素で表現し、多数の回折格子を配してなる画素パターンを個々の画素に割り付けることにより、回折格子記録媒体を形成する新規な方法が提案されている。また、特開平7−146637号公報には、このような回折格子記録媒体を量産するための効率的な作成方法が開示されており、特開平7−146635号公報には、階調をもった絵柄を表現するための改良点が開示され、特開平8−075912号公報には、色彩をもった絵柄を表現するための改良点が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した回折格子記録媒体では、同一平面上に、異なる複数のモチーフを表現する場合、格子線の配置角度が互いに異なる複数の画素パターンを各モチーフごとに用いることになる。たとえば、モチーフAを構成する画素には、格子線配置角度が45°の画素パターンを割り付け、モチーフBを構成する画素には、格子線配置角度が90°の画素パターンを割り付ければ、所定角度から観察したときにモチーフAのみが観察され、また別な角度から観察したときにはモチーフBのみが観察されるような回折格子記録媒体を作成することが可能になる。
【0006】
ただし、モチーフAとモチーフBとが平面上で重なる場合には、何らかの工夫が必要になる。そこで従来は、1つの画素を複数の副画素に分割し、各副画素ごとに画素パターンを割り付けるという手法を採っている。たとえば、1つの画素を2行2列からなる4つの副画素に分割し、左上と右下の副画素にはモチーフAのための画素パターンを割り付け、左下と右上の副画素にはモチーフBのための画素パターンを割り付けるようにすれば、モチーフAとモチーフBとが画素単位では重複することはあっても、副画素単位では重複することはなく、各副画素には、格子線配置角度が45°の画素パターンか格子線配置角度が90°の画素パターンのいずれか一方のみが割り付けられることになり、支障は生じなくなる。
【0007】
しかしながら、このように1つの画素を複数の副画素に分割して画素パターンを割り付け、複数のモチーフを重複記録する方法を採った回折格子記録媒体には、観察時に輝度および画質が低下するという問題がある。たとえば、上述のように4つの副画素に分割した場合、観察時には、1つの画素全体から回折光は得られず、モチーフAを観察したときには左上と右下の副画素からの回折光しか得られず、モチーフBを観察したときには左下と右上の副画素からの回折光しか得られなくなる。このため、各モチーフをそれぞれ単独で記録した場合に比べて、輝度が半分になってしまい、全体的に暗い画像しか得られない。また、画素の代わりに副画素を用いるために、画質も低下することになる。
【0008】
そこで本発明は、複数のモチーフを重ねて表現しても、輝度および画質が低下することのない回折格子記録媒体を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
【0015】
(1) 本発明の第1の態様は、回折格子により複数のモチーフを表現した回折格子記録媒体において、
所定の画素閉領域内に多数の格子線を配置してなる画素パターンを、格子線の配置角度を変えることにより複数定義し、これら複数の画素パターンを、互いに格子線の配置角度が近似する画素パターンを1グループとして複数のグループに分け、表現すべき複数のモチーフのそれぞれについて1グループを対応づけ、
異なるグループに所属する2つの画素パターンについて、それぞれに配置されている格子線を同一の画素閉領域内に重ねて配置することにより得られる多重画素パターンを定義し、
単一のモチーフのみを構成する画素には、そのモチーフに対応づけられたグループに所属する画素パターンを割り付け、2つのモチーフを構成する画素には、各モチーフに対応づけられた2つのグループにそれぞれ所属する画素パターンについて定義された多重画素パターンを割り付けるようにしたものである。
【0016】
(2) 本発明の第2の態様は、回折格子により複数のモチーフを表現した回折格子記録媒体において、
所定の画素閉領域内に多数の格子線を配置してなる画素パターンを、格子線の配置角度を変えることにより複数定義し、これら複数の画素パターンを、互いに格子線の配置角度が近似する画素パターンを1グループとして複数のグループに分け、表現すべき複数のモチーフのそれぞれについて1グループを対応づけ、
異なるグループに所属する2つの画素パターンについて、それぞれに配置されている格子線を同一の画素閉領域内に重ねて配置することにより得られる多重画素パターンを定義し、
単一のモチーフのみを構成する画素については、これを分割して得られる各副画素に、そのモチーフに対応づけられたグループに所属する画素パターンを割り付け、
複数のモチーフを構成する画素については、これを分割して得られる各副画素に、各モチーフに対応づけられたグループのそれぞれに所属する画素パターンもしくはその多重画素パターンを割り付け、各グループに関連した格子線配置角度で配置された格子線が少なくとも1つの副画素に現れるように構成したものである。
【0017】
(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1または第2の態様に係る回折格子記録媒体において、
ライン幅dLとスペース幅dSとの間に、dS≧2・dLなる関係が得られるような格子線を用いるようにしたものである。
(4) 本発明の第4の態様は、上述の第3の態様に係る回折格子記録媒体において、
格子線のライン部分が凸部、スペース部分が凹部をなすように構成したものである。
【0018】
(5) 本発明の第5の態様は、上述の第4の態様に係る回折格子記録媒体において、
所定の可視波長λに対して、dS>λなる式を満足するようなスペース幅dSをもった格子線を用いるようにしたものである。
(6) 本発明の第6の態様は、上述の第5の態様に係る回折格子記録媒体において、
記録媒体表面に立てた法線に対して所定の観察角度θを定義し、(dS+dL)・sinθ=λなる式を満足するようなライン幅dLおよびスペース幅dSをもった格子線を用いるようにしたものである。
【0019】
【作 用】
本発明の基本概念は、向きの異なる2種類の格子線を同一の閉領域内に記録した多重回折格子を用いて、複数のモチーフを多重記録する点にある。回折格子は、媒体の表面上に立体的な凹凸構造をもった多数の溝を形成してなるものであり、溝、すなわち格子線はいずれも平行に、単一の向きに形成するのがこれまでの既成概念であった。本願発明者は、向きの異なる2種類の格子線を重ねて記録した場合にも、それぞれの格子線について回折現象を起こさせることが可能であることを見出だしたのである。
【0020】
ただし、このような多重回折格子によって、実用可能な回折現象を起こさせるためには、特定の条件設定が必要になる。本願発明者の行った実験によれば、ライン幅dLとスペース幅dSとの間に、dS≧2・dLなる関係が得られるような格子線を用いれば、多重回折格子として機能する媒体が得られることが確認できた。しかも媒体上において、格子線のライン部分が凸部、スペース部分が凹部をなすように構成すると、実用上、より明るい多重回折格子が得られる。なお、人間を観察者とする多重回折格子の場合には、所定の可視波長λに対して、dS>λなる式を満足させるスペース幅dSが必要になる。これは、凹部を構成するスペース幅dSが可視波長λよりも大きいという条件を示すものであり、凹部に可視波長λの光を導入するために必要な条件となる。また、回折格子記録媒体を偽造防止用シールとして用いる場合、特定の観察角度が定まるのが一般的である。たとえば、クレジットカードのための偽造防止用シールとして用いるのであれば、クレジットカードの表面に立てた法線に対して30°程度手前に傾斜した角度を、一応の観察角度と定めるのが一般的である。本願発明者は、用途に応じた所定の観察角度θを定義し、所定の可視波長λに対して、(dS+dL)・sinθ=λなる式を満足するようなライン幅dLおよびスペース幅dSをもった格子線を用いるようにすると、その用途に最適な回折格子記録媒体を形成できることを確認した。(dS+dL)・sinθ=λなる式は、回折格子のピッチが(dS+dL)である場合のブラッグの式において、回折次数n=1とすることにより得られる式であり、最も明るい一次回折光を所定の観察角度において得るために必要な条件になる。
【0021】
このような多重回折格子を用いれば、互いに重なり合う複数のモチーフを同一平面上に表現する場合にも、従来のように副画素を用いる必要はなくなる。たとえば、モチーフAを格子線配置角度が45°の画素パターンによって表現し、モチーフBを格子線配置角度が90°の画素パターンによって表現する場合、モチーフAのみを構成する画素には、45°の画素パターンを割り付け、モチーフBのみを構成する画素には、90°の画素パターンを割り付ければよい。そして、モチーフA,Bの双方を構成する画素には、45°の向きに配置された格子線と90°の向きに配置された格子線とを重ねて記録した多重画素パターンを割り付けるようにすればよい。1つの画素を副画素に分割する必要はなくなるため、従来のように輝度や画質が低下するという問題は生じなくなる。
【0022】
多重画素パターンは、コンピュータを用いた演算により容易に発生させることができる。また、多重画素パターンを電子線で描画する場合には、格子線によって四辺を囲まれた四角形領域を描画するようにすれば、効率的な作業を行うことができる。
【0023】
【実施例】
以下、本発明を図示するいくつかの実施例に基づいて説明する。
【0024】
§1. 従来の回折格子記録媒体
はじめに、前述した特開平6−337622号公報などに開示されている従来の回折格子記録媒体の構成を簡単に説明しておく。まず、図1(a) に示すようなモチーフ(英文字の「A」を示す)を回折格子記録媒体上に表現する従来の方法について説明する。はじめに、図1(a) に示すモチーフに対応する画像データとして、図1(b) に示すようなモチーフ画素情報を用意する。ここに示す例では、7行7列に画素が配列されており、各画素は「0」または「1」のいずれかの画素値をもっており、いわゆる二値画像を示す情報となる。このような情報は、いわゆる「ラスター画像データ」と呼ばれている一般的な画像データであり、通常の作画装置によって作成することができる。あるいは、紙面上に描かれたデザイン画をスキャナ装置によって取り込むことにより、このようなモチーフ画素情報を用意してもかまわない。
【0025】
続いて、図2に示すように、ライン幅dLをもったラインLと、スペース幅dSをもったスペースSとを、閉領域V内に交互に配置してなる画素パターンを定義する。ラインLは、媒体上では格子線となる部分であり、幅dLの格子線が、互いに間隔dSだけ隔てて多数形成されることになる。このような回折格子のピッチpはp=dL+dSとなり、ラインL(格子線)は、いずれも同一の角度θをもって配置されている。ここで、閉領域Vは1つの画素を構成する領域であり、実際には非常に微小な要素になる。別言すれば、図1(a) ,(b) に示した7×7の配列における1つ1つの画素に相当した大きさのものになる。この例では、閉領域Vとして、縦×横が50μm×45μmの大きさの長方形を用いているが、たとえば50μm×50μmの大きさの正方形のものを用いてもよい。また、この閉領域V内に配置されるラインLの幅dLおよびスペースSの幅dSも光の波長に準じた微小な寸法をもったものであり、この例では、ライン幅dL=0.6μm、スペース幅dS=0.6μm、ピッチp=1.2μmである。
【0026】
要するに、ラインLは回折格子としての機能を果たすライン幅dLおよびピッチpで配置されている必要がある。ラインLの配置角度θは、所定の基準軸に対して設定された角度である。本明細書では、図示するような方向にX軸およびY軸をとったXY座標系を定義し、X軸を基準軸としてラインLの配置角度θを表わすことにする。もちろん、このような画素パターンは、コンピュータ内に画像データとして用意されることになる。 次に、図1(b) に示すようなモチーフ画素情報における各画素値に基づいて、図2に示すような画素パターンを所定の画素に対応づけ、各画素位置に、対応する画素パターンを配置する処理を行う。具体的には、図1(b) に示すモチーフ画素情報において、画素値が「1」である画素のそれぞれに図2の画素パターンを対応づける。画素値が「0」である画素には、画素パターンは対応づけられない。こうして対応づけられた画素位置に、それぞれ画素パターンを割り付けてゆく。いわば、図1(b) に示す配列を壁にたとえれば、この壁の中の「1」と描かれた各領域に、図2に示すようなタイルを1枚ずつ貼る作業を行うことになる。この結果、図3に示すような画像パターンが得られる。この画像パターンが最終的に回折格子記録媒体に記録されるパターンである。図1(a) に示すモチーフがそのまま表現されているが、1つ1つの画素は回折格子で構成されており、回折格子としての視覚的な効果が得られることになる。
【0027】
以上、画素単位で回折格子パターンを割り付ける基本的な例を説明したが、続いて、複数のモチーフを表現するための従来の手法を説明する。回折格子から得られる回折光は方向性を有するため、観察方向によっては観察できたりできなかったりする。したがって、たとえば、図4に示すように、格子線の配置角度が異なった画素パターンP1(格子線配置角度45°)とP2(格子線配置角度90°)とを同一媒体上に割り付ければ、ある観察角度からは画素パターンP1のみが観察され、別な観察角度からは画素パターンP2のみが観察されることになる。そこで、モチーフAを画素パターンP1によって表現し、モチーフBを画素パターンP2によって表現すれば、異なる2つのモチーフを同一平面上に表現することができ、しかも、ある観察角度からはモチーフAのみが観察され、別な観察角度からはモチーフBのみが観察されるような記録媒体を形成することが可能になる。これが、同一媒体上に異なる複数のモチーフを表現するための基本手法である。
【0028】
ところが、互いに画素が重なり合うような2つのモチーフを、同一媒体上に表現する場合には、何らかの工夫が必要になる。たとえば、図5(a) ,(b) に示すような2つのモチーフA,Bに対して、上述の基本手法をそのまま適用して作業を進めてみる。ここでは、モチーフAについては図4に示すパターンP1を対応させ、モチーフBについては図4に示すパターンP2を対応させるものとしよう。すると、モチーフAについては図6(a) に示すような対応関係情報R1が作成され、モチーフBについては図6(b) に示すような対応関係情報R2が作成される。ところが、この2つの対応関係情報R1,R2に基づいて、実際に画素パターンを割り付ける作業を行おうとすると、図6に実線で囲った画素について画素パターンの衝突が生じる。たとえば、2行4列目の画素について見ると、対応関係情報R1によれば画素パターンP1を割り付ける旨が示されているのに対し、対応関係情報R2によれば画素パターンP2を割り付ける旨が示されている。このため、実際にはどちらの画素パターンを割り付ければよいか判断できなくなる。
【0029】
そこで従来は、副画素という概念を導入することによって、この問題を解決している。たとえば、図5(a) ,(b) に示す7行7列の画素配列によって所定のモチーフが表現されている場合、個々の画素を2行2列の副画素に分割し、左上および右下の副画素によってモチーフAを表現し、左下および右上の副画素によってモチーフBを表現すれば、画素単位では両モチーフが重なっても、副画素単位では両モチーフが重なることはなくなる。図7(a) ,(b) は、このような副画素への画素パターン配置を示すものである。ここで、実線で囲まれた個々の矩形は画素であり、この画素を破線で示すように4分割して得られる小さな矩形が副画素である。図7(a) は、モチーフAを表現するために、モチーフAにおいて画素値が「1」である画素(図5(a) に黒で現されている画素)については、その画素内の左上および右下の副画素に格子線配置角度45°の画素パターンP1を割り付けた状態を示し、図7(b) は、モチーフBを表現するために、モチーフBにおいて画素値が「1」である画素(図5(b) に黒で現されている画素)については、その画素内の左下および右上の副画素に格子線配置角度90°の画素パターンP2を割り付けた状態を示す。図7(a) において画素パターンが割り付けられた副画素と、図7(b) において画素パターンが割り付けられた副画素とは、決して同じ位置にくることはないので、両者を重ねることにより、図8に示すような回折格子記録媒体を得ることができる。
【0030】
この図8に示す回折格子記録媒体内には、モチーフAとモチーフBとが重複して表現されていることになる。しかも、モチーフAを表現する副画素と、モチーフBを表現する副画素とでは、格子線の形成角度が異なるため、ある1つの方向から観察するとモチーフAが認識でき(図7(a) のようなパターンが認識できる)、別な方向から観察するとモチーフBが認識できる(図7(b) のようなパターンが認識できる)ようになっている。このような手法を用いれば、画素が重複する複数のモチーフについて、同一平面上に重複して表現することが可能になる。
【0031】
しかしながら、このような副画素を用いる手法には、輝度や画質が低下するという問題があることは既に述べたとおりである。たとえば、図3に示すように通常の画素によって表現されたモチーフAと、図7(a) に示すように副画素によって表現されたモチーフAとを比較してみれば、後者において回折光が得られる面積は前者の半分になっており、全体的に輝度が半分に低下してしまうことがわかる。更に、個々の画素の大きさを比較すれば、前者の画素に対し後者の画素は、大きさが1/4となり回折格子開口面が小さく輝度が更に低下することになる。個々の画素の大きさを小さくすることなしに、複数のモチーフを重複記録する手法として、特願平5−148681号明細書の図28の説明には、画素を間引く方法も開示されているが、画素を間引けば画質の劣化は避けられない。本発明は、従来のこのような問題を解決するための新規な手法を提供するものである。以下、本発明の手法を詳述する。
【0032】
§2. 本発明に係る回折格子記録媒体
ここでは、図5(a) ,(b) に示すような2つのモチーフA,Bを記録する場合を例にとりながら本発明に係る手法を説明する。本発明に係る手法では、図9に示すように、3種類の画素パターンを用意する。画素パターンP1,P2は、上述の§1で説明した従来の手法で用いた画素パターンと全く同じである。画素パターンP1(格子線配置角度45°)はモチーフAを表現するためのパターンであり、画素パターンP2(格子線配置角度90°)はモチーフBを表現するためのパターンである。本発明では、更に、多重画素パターンP12を用意する。この多重画素パターンP12は、画素パターンP1,P2を重ね合わせたパターンであり、画素パターンP1内に存在する配置角度45°の格子線と、画素パターンP2内に存在する配置角度90°の格子線との双方を配置したパターンである。このように、向きの異なる2種類の格子線を有する回折格子を、多重回折格子と呼ぶことにする。
【0033】
通常の照明環境下では、画素パターンP1が形成された回折格子記録媒体は、図9の下段に示す観察方向D1から観察した場合に明るく見え、画素パターンP2が形成された回折格子記録媒体は、図9の下段に示す観察方向D2から観察した場合に明るく見える。ところが、多重画素パターンP12は、その両方の性質を兼ねそなえており、観察方向D1,D2のいずれの方向から観察しても明るく見える。そこで、モチーフAのみを構成する画素については画素パターンP1を割り付け、モチーフBのみを構成する画素については画素パターンP2を割り付け、モチーフAとモチーフBとの双方を構成する画素については多重画素パターンP12を割り付けるようにすれば、副画素を用いることなしに、両パターンを表現することが可能である。
【0034】
具体的には、図5(a) ,(b) に示すようなモチーフA,Bの両方を表現するには、図10に示すような対応関係情報を用意し、この対応関係情報に基づいて、図9に示す3種類の画素パターンP1,P2,P12を割り付ければよい。図11は、このような割り付けを行って得られた回折格子記録媒体を示すものである。この回折格子記録媒体では、図5(a) に示すモチーフAにおいて黒く示された画素位置には、必ず角度45°の格子線が配置されており、図9に示す観察方向D1から観察すれば、モチーフAが観察されることになる。一方、図5(b) に示すモチーフBにおいて黒く示された画素位置には、必ず角度90°の格子線が配置されており、図9に示す観察方向D2から観察すれば、モチーフBが観察されることになる。
【0035】
このような多重回折格子を画素として用いる方法によれば、従来の副画素を用いる方法のような輝度や画質の低下という問題は解消される。たとえば、図3に示すように通常の画素によって表現されたモチーフAと、図11に示すように多重画素パターンを含む画素によって表現されたモチーフAとを比較すると、所定の観察角度において回折光が得られる面積は両者とも同じであり、また画素の形状は両者とも完全な矩形になる。したがって、理論的には、輝度や画質は両者全く同じになり、副画素を用いる方法のような問題は生じなくなる。ただ、実際には、前者に比べて後者の輝度は若干低下する。これは、図9に示す多重画素パターンP12を実際の記録媒体上に形成する場合、物理的な凹凸構造を形成する必要があるため、画素パターンP1,P2の双方を兼ねる理想的な多重回折格子を形成することが物理的に困難であるためである。この多重回折格子の物理的な構造については後に詳述するが、実際の多重回折格子においては、多重画素パターンP12を観察方向D1から観察したときに得られる輝度は、画素パターンP1を同じ観察方向D1から観察したときに得られる輝度よりも若干低下し、また、多重画素パターンP12を観察方向D2から観察したときに得られる輝度は、画素パターンP2を同じ観察方向D2から観察したときに得られる輝度よりも若干低下する。しかし従来のような副画素を用いる方法に比べれば、本発明に係る多重パターンを用いる方法の方が、十分な輝度が得られる。
【0036】
§3. 多重回折格子としての条件
本発明の基本概念は、向きの異なる2種類の格子線を同一の閉領域内に記録した多重回折格子を用いて、複数のモチーフを多重記録する点にある。しかし、このような多重回折格子によって、実用可能な回折現象を起こさせるためには、特定の条件設定が必要になる。本願発明者は、図12(a) に示すような格子線配置角度が0°の回折格子と、図12(b) に示すような格子線配置角度が90°の回折格子とを多重記録し、図13に示すような格子を試作してみたところ、どのような観察方向から観察しても、回折光は全く観察できなかった。図12(a) に示す回折格子も図12(b) に示す回折格子も、従来ごく一般的に用いられてきた標準的な回折格子である。すなわち、いずれの回折格子も、ラインLの幅dLとスペースSの幅dSとが等しく、dL:dS=1:1なる条件をもった回折格子である。
【0037】
このように、ごく標準的な「dL:dS=1:1」なる条件をもった2種類の回折格子を重ね合わせて得られた格子では回折現象が全く見られなかったが、本願発明者は、「dL:dS」なる比率を1:1から変えることにより、回折現象が生じることを見出だした。たとえば、「dL:dS=1:2」なる条件をもった2種類の回折格子を重ね合わせて得られた格子では、回折現象が生じる。すなわち、図14(a) に示すような格子線配置角度が0°の回折格子と、図14(b) に示すような格子線配置角度が90°の回折格子とを多重記録し、図15に示すような格子を試作してみたところ、縦方向(図14(a) に示す回折格子についての回折光が観察できる方向)および横方向(図14(b) に示す回折格子についての回折光が観察できる方向)のいずれから観察したときにも回折光が観察できた。ただ、この多重回折格子について観察された回折光の明るさは、もとの回折格子(図14(a) ,(b) に示す回折格子)について観察された回折光よりもやや暗くなる。
【0038】
多重回折格子を形成するための「dL:dS」なる比率に関する臨界条件を見出だすため、この比率を種々変えて実験を行ったところ、「dL:dS=1:2」なる条件が、発明者が認識する範囲内において、回折光を得るための臨界条件であることが確認できた。すなわち、ライン幅dLとスペース幅dSとの間に、
dS≧2・dL (基本条件)
なる関係が得られるような格子線をもった2種類の回折格子を重ね合わせれば、多重回折格子が得られることになる。もちろん、光の回折現象であるから、格子線のピッチp(p=dL+dS)が光の波長に近い長さを有する必要があることは言うまでもない。「dL:dS=1:2」なる条件が多重回折格子を形成するための臨界条件になる理由についての理論的な解析は、現段階ではなされていないが、この比率が1:2以上であり、ピッチpが回折を起こすピッチでありさえすれば、多重回折格子を形成することができると、本願発明者は考えている。極端な例を示せば、たとえ「dL:dS=1:無限大」であっても、ピッチpが回折を起こすピッチでありさえすれば、多重回折格子を形成することができると予想できる。もっとも、「1:無限大」という比率を実現するためには、ライン幅dL=0にする必要があり、現実的にはこのような多重回折格子を形成することは不可能である。ただ、実際の媒体上に形成されたラインLは、光の遮蔽物として機能すれば足り、ライン幅dLが0に限りなく近付いたとしても、ラインLが光を遮蔽する機能をもっていれば、本発明に係る多重回折格子を形成することは可能である。
【0039】
また、図15に示す多重回折格子のもとになった2種類の回折格子(図14(a) ,(b) に示す回折格子)は、互いにライン幅dLが等しく、また互いにスペース幅dSが等しい回折格子であるが、必ずしもこれらが等しい2種類の回折格子を用いる必要はない。それぞれの回折格子において、dS≧2・dL(基本条件)なる関係が得られていれば、互いに異なるライン幅dL,スペース幅dSをもった2種類の回折格子を重ね合わせても、多重回折格子を得ることは可能である。
【0040】
ところで、図15に示す多重回折格子は、白黒のパターンとして示されているが、実際に媒体上に形成される多重回折格子は、微細な凹凸構造をもった構造体になる。たとえば、図15に示す白黒のパターンにおいて、黒い部分(すなわち、ラインLの部分)を凸部、白い部分(ラインLによって四辺を囲まれた四角形のスペースSSの部分)を凹部とするような多重回折格子記録媒体80の側断面図を図16に示す。ここで、スペースSSの部分は窪み85を形成し、この窪み85に光が入射して回折現象が起こることになり、ラインLの部分はこの入射光に対する遮蔽壁86として機能することになる(前述したように、遮蔽壁86としての機能をもっていれば、理論的には厚みが0でもかまわない)。もっとも、この図16に示す凹凸構造とは逆に、図15に示す白黒のパターンにおいて、黒い部分を凹部、白い部分を凸部とするような回折格子記録媒体を作成しても、多重回折格子として機能する。しかしながら、実用上は、図16に示すように、
黒い部分(ライン部分)を凸部、
白い部分(スペース部分)を凹部とする (実用条件1)
のが好ましい。なぜなら、dS≧2・dLなる基本条件により、白い部分の幅dSの方が黒い部分の幅dLよりも2倍以上長くなるので、白い部分を凹部として窪み85を形成した方が、よりたくさんの光を窪み85内に取り込むことができ、よりたくさんの回折光を得ることができるようになるためである。
【0041】
また、図16に示す構造において、所定の波長λの光について回折現象を起こさせるためには、窪み85の幅、すなわち、スペース幅dSを波長λよりも大きくとる必要がある。スペース幅dSよりも波長が大きい光は、窪み85内に入り込むことができず回折されないためである。ただ、紫外域や赤外域の回折光は、人間が観察する回折格子記録媒体としては無用のものである。したがって、実用的な回折格子記録媒体としての条件としては、更に、
可視波長λについて dS>λ (実用条件2)
という条件が必要になる。
【0042】
ところで、回折格子記録媒体を偽造防止用シールとして用いる場合、特定の観察角度が定まるのが一般的である。通常は、図16に示すように、媒体80の表面に立てた法線に対して±45°の範囲内から観察するのが一般的である。たとえば、クレジットカードのための偽造防止用シールとして用いるのであれば、クレジットカードの表面に立てた法線に対して30°程度手前に傾斜した角度を、一応の観察角度と定めるのが一般的である。この観察角度は、クレジットカードを手にしたときの最も自然な観察角度とされている。
【0043】
このように、特定の観察角度を定めることができれば、回折格子記録媒体としてのより好ましい条件設定が可能である。たとえば、多重回折格子記録媒体80の上面に、垂直上方から光が入射し、この光が所定の観察角度θの方向に回折するための条件は、ブラッグの式
p・sinθ=nλ
により与えられる。ここで、pは回折格子のピッチであり、本発明の場合p=(dS+dL)である。また、θは上述したように観察角度(媒体表面に立てた法線とのなす角)であり、λは観察される光の波長、nは得られる回折光の次数(n=1,2,3,…)である。実用上は、最も明るい1次回折光を利用するのが好ましく、n=1とすることになる。したがって、上記ブラックの式より、実用的な多重回折格子記録媒体の条件式としては、
(dS+dL)・sinθ=λ (実用条件3)
なる式が得られる。
【0044】
結局、多重回折格子記録媒体を得るための基本条件と、これを実用化するために必要な実用条件をまとめると次のようになる。
<基本条件> dS≧2・dL
<実用条件1> ライン部分を凸部、スペース部分を凹部とする
<実用条件2> 可視波長λについて dS>λ
<実用条件3> (dS+dL)・sinθ=λ
本発明の具体的な実施例としては、
dL=0.4μm, dS=0.8μm (ピッチp=1.2μm)
θ=30° (sinθ=1/2)
λ=0.6μm (可視波長)
なる設定を行っている。この設定では、dS=2・dLであり基本条件を満足しており、また、dS>λであり実用条件2をも満足している。更に、(dS+dL)・sinθ=(0.4μm+0.8μm)・1/2=0.6μm=λとなり、実用条件3をも満足している。よって、上述の設定によれば、上記すべての条件を満足した実用的な多重回折格子記録媒体を作成することが可能である。
【0045】
§4. 多重回折格子パターンの描画方法
続いて、本発明に係る多重回折格子パターンを媒体上に形成する方法を説明する。図16に示すように、本発明に係る多重回折格子記録媒体80は、表面に凹凸構造をもった媒体である。このような媒体を作成する場合、まず、凹凸構造が逆転した原版を作成し、この原版を用いたプレス加工により媒体を大量生産するのが一般的である。原版を作成するには、原版構成層上にレジスト層を形成し、このレジスト層を図15に示すようなパターンにパターニングした後、原版構成層の露出部をエッチングすることになる。ただ、一般に回折格子のパターンは、ライン幅dL,スペース幅dSともにサブミクロンオーダの微細パターンであるため、レジスト層に対する露光をフォトマスクを用いて行うことは困難である。そのため、通常は電子ビームを用いてレジスト層を直接露光する方法が採られている。
【0046】
本発明に係る多重回折格子の原版を作成する場合も、従来の一般的な回折格子原版を作成する場合と同様に、電子ビームを用いてレジスト層の露光を行っている。従来は、図14(a) あるいは(b) に示すような画像データに基づいて電子ビームを走査し、レジスト層上に図示するような白黒パターンを形成していた。すなわち、ラインLに相当する黒い領域にビームを照射して露光部とするのである。したがって、本発明では、図15に示すような画像データに基づいて電子ビームを走査し、レジスト層上に白黒パターンを形成すればよい。
【0047】
しかしながら、現在市販されている電子ビーム描画装置では、四角形の図形データの集合として描画対象を指定する方式を採るのが一般的である。別言すれば、一般的な電子ビーム描画装置は、与えられた4つの頂点座標値に基いて、この4つの頂点を結ぶ四角形内の領域に電子ビームを走査する機能しかもっていない。このような電子ビーム描画装置を用いて、図14(a) あるいは(b) に示すような通常の回折格子パターンを描画することは容易である。すなわち、1本1本のラインLは、幅dLをもった非常に細長い四角形であるため、その4つの頂点座標値を電子ビーム描画装置に与えれば、これを描画することができる。ところが、図15に示すような本発明に係る多重回折格子パターンを描画するためには、少し工夫が必要である。一般的な電子ビーム描画装置によって描画させるためには、この多重回折格子パターンをいくつかの四角形に分けてやる必要がある。
【0048】
1つの方法としては、この図15に示すパターンを、図14(a) のパターンと図14(b) のパターンとに分ける方法が考えられる。すなわち、図14(a) に示すパターンを描画した後に、図14(b) に示すパターンを重ねて描画すれば、図15に示すパターンが得られることになる。しかしながら、この方法では、図17(a) にハッチングを施して示したように、2本のラインLの交差領域CCにおいて、二重描画が行われることになり好ましくない。すなわち、この交差領域CCに対応するレジスト層には、電子ビームが2回照射されることになり、通常のラインLの部分に比べて露光量が2倍になるのである。このため、レジスト層を現像したときに、通常のラインLの部分と、交差領域CCの部分とに差が生じてしまうことになる。このような差を生じさせないために、図17(b) に示すように、交差部分において一方のラインLを分断し、それぞれ重なり合うことのない多数の四角形を定義し、各四角形ごとに露光する方法を採ることもできる。しかしながら、このような方法では、隣接する四角形間距離が非常に小さくなるため、レジスト層に対する露光/現像というプロセスを行う上で支障が生じやすい。
【0049】
そこで本実施例では、次のような方法により、電子ビーム描画を行っている。すなわち、図15に示す多重回折格子パターンの白黒を反転させ、図18に示すようなネガパターンを形成するのである。このネガパターンでは、ラインLの部分が白、四角形のスペースSSの部分が黒で現されている。そして、電子ビームによって、この黒で現されている四角形のスペースSSの領域を描画させるのである。スペースSSの部分はいずれも四角形であり、電子ビーム描画装置には、この四角形の4つの頂点座標値を与えるだけで容易に描画を行うことができる。
【0050】
なお、このような白黒反転処理は、パターンが二値ラスター画像データとして表現されている場合には、「1」と「0」とを入れ換えるだけの処理ですむ。しかしながら、データ量を削減するためには、パターンはベクトルデータとして表現するのが好ましい。この場合は次のような処理を行えばよい。まず、図14(a) ,(b) に示すパターンを、格子線間のスペース領域(図の白い領域)の輪郭線を四角形で表現した二次元図形データ(ベクトルデータ)としてそれぞれ用意する。そしてこれら2つの二次元図形データ間で論理演算を行い、各四角形の交差領域を新たな四角形(図15の白い領域もしくは図18の黒い領域)で表現した二次元図形データを得るようにすればよい。
【0051】
ところで、図17に示すパターンの代わりに、図18に示すネガパターンを用いる場合には、レジスト層として、電子ビームによる露光部分が現像によって残るネガ型レジストを用いる必要がある。以下、このようなネガ型レジストを用いて原版を作成するプロセスを、図19〜図23の側断面図を参照しながら、各段階ごとに順を追って説明する。
【0052】
まず、図19に示すように、基板1の上に原版構成層2を形成し、その上にネガ型のレジスト層3を形成する。この実施例では、基板1としてガラス基板を用い、原版構成層2として金属層(たとえば、銅)を用いている。続いて、図18に示すようなネガパターンに基いて電子ビームを走査し、図に黒で示されている四角形のスペースSSの領域のみを露光する。これにより、図20に示すように、レジスト層3上には露光部3aと非露光部3bとが形成されることになる。露光部3aは図18における黒い領域に相当する部分であり、非露光部3bは図18における白い領域に相当する部分である。続いて、レジストに対する現像を行うと、ネガ型のレジストであるため、非露光部3bが溶出して除去され、図21に示すように、露光部3aのみが残ることになる。そこで、この残存した露光部3aをマスクとして用い、原版構成層2に対するエッチングを行う。すると、図22に示すように、原版構成層2の露出部がエッチング除去され、四角形のスペースSSに相当する領域にだけ、残存層2aおよび露光部3aが残ることになる。回折格子記録媒体をプレスの手法により大量生産する場合は、この図22に示す構造体をそのまま原版60として用いることができる。もちろん、このあと、レジスト(露光部3a)を剥離除去して、図23に示す構造体を原版60として用いてもよい。このような原版60は、四角形のスペースSSの部分が凸状をなす原版である。したがって、この原版を用いてプレス工程を行えば、図16に示すような多重回折格子記録媒体が作成できる。
【0053】
ところで、§2において既に述べたように、本発明では、図9に示すような種々の画素パターンを所定の画素位置に割り付けることにより、モチーフを表現することになる。図9では、説明の便宜上、各画素パターンP1,P2,P12を、所定の画素領域内に所定角度でラインLを引いて示しているが、実際には、これらのラインLあるいはスペースSはいずれも四角形になる。図24は、図9に示す3種類の画素パターンP1,P2,P12が、四角形のラインLおよびスペースSによって構成されている点を強調して示した図である。この例では、前述した基本条件を満足させるために、ライン幅dLとスペース幅dSとの比dL:dS=1:2に設定している。具体的な寸法値としては、この実施例では、dL=0.4μm,dS=0.8μmであり、1画素の大きさは45μm×50μmあるいは50μm×50μm程度であるから、1つの画素領域にはより多数のラインLおよびスペースSが形成されていることになる。
【0054】
前述したように、電子ビーム描画装置に与える描画指示としては、四角形の4頂点座標値を用いるのが一般的である。しかも、一般的に用いられている電子ビーム描画装置では、図のようにXY二次元座標系を定義した場合に、二辺がX軸に平行になるような平行四辺形あるいは二辺がY軸に平行になるような平行四辺形を描画させると、非常に効率良い描画作業を行うことが可能になり、描画時間も短縮されるという性質がある。そこで、本実施例では、スペースS,SSを構成する部分を、上述したいずれかの平行四辺形で表現し、その4頂点の座標値を電子ビーム描画装置に与えるようにして、効率的な描画を可能にしている。
【0055】
たとえば、画素パターンP1では、図の平行四辺形ABCDの4頂点座標値を電子ビーム描画装置に与え、図に斜線ハッチングを施して示したスペースSの領域を描画するようにしている。厳密に言えば、図にドットによるハッチングを施して示した領域Tも、本来描画すべき領域であるが、二辺がX軸に平行な平行四辺形ABCDが、電子ビーム描画装置に与えられる描画領域となるようにするため、領域Tは描画領域からは除外した。このように、輪郭近傍の一部の領域については、描画対象から除外し、二辺がX軸に平行な平行四辺形によってのみ、画素パターンP1の描画領域を定義するようにしたため、非常に効率的な描画が可能になる。
【0056】
また、画素パターンP2では、図の平行四辺形ABCD(実際は長方形)の4頂点座標値を電子ビーム描画装置に与え、図に斜線ハッチングを施して示したスペースSの領域を描画するようにしている。このように、格子線配置角度が90°あるいは0°の場合は、スペースSの領域がすべて長方形になるため、描画対象から除外する領域を設ける必要はない。
【0057】
一方、多重パターンP12では、図の平行四辺形ABCDの4頂点座標値を電子ビーム描画装置に与え、図に斜線ハッチングを施して示した四角形のスペースSSの領域を描画するようにしている。この場合、図に斜線ハッチングを施して示した四角形のスペースSSは、二辺がY軸に平行な平行四辺形になるため、やはり効率的な描画が可能になる。なお、輪郭近傍の変則的な形をしたスペースTT(図にドットによるハッチングを施して示す)も、本来描画すべき領域であるが、描画効率を低下させる要因になるため描画対象からは除外した。
【0058】
なお、図24では、スペースT,TTの領域が強調して描かれているが、実際には、これらの領域は輪郭近傍のほんの一部の領域であるため、描画対象から除外しても、実用上は何ら支障は生じない。
【0059】
§5. 本発明に係る回折格子記録媒体の作成装置
続いて、上述した回折格子記録媒体を効率良く作成するための装置の一例を示しておく。図25は、本発明に係る回折格子記録媒体の作成装置の一実施例を示すブロック図である。ここで、モチーフ画像データ入力装置10は、図5に示すようなモチーフについての画像データを、ワークステーション20に入力するための装置である。たとえば、紙面上に描かれたモチーフの絵柄に基づいてモチーフ画像データを入力するのであれば、このモチーフ画像データ入力装置10としてはスキャナ装置を用いればよい。あるいは、コンピュータを用いたグラフィックソフトウエアで描いた絵柄に基づいてモチーフ画像データを入力するのであれば、たとえば、フロッピディスクドライブ装置をこのモチーフ画像データ入力装置10として用いればよい。
【0060】
ワークステーション20は、入力したモチーフの各画素に、所定の画素パターンを割り付ける処理を行ったり、あるいは2つの画素パターンを重ね合わせて多重画素パターンを作成する処理を行ったりするためのプログラムを搭載したコンピュータであり、キーボードやマウスなどの入力機器およびディスプレイやプリンタなどの出力機器が接続されている。また、記憶装置30は、このワークステーション20に接続されたフロッピディスクドライブ装置やハードディスクドライブ装置などの外部記憶装置である。この記憶装置30内には、面付指示データ、割付指示データ、画素パターンデータ、多重画素パターンデータが保存される。これらの各データの内容については後述する。
【0061】
一方、フォーマット変換装置40は、ワークステーション20から与えられる面付指示データ、割付指示データ、画素パターンデータ、多重画素パターンデータを、電子ビーム描画装置50が要求するフォーマットに適合した描画データに変換する機能をもった装置である。フォーマット変換されたデータは、描画データとして電子ビーム描画装置50に与えられる。§4で述べたように、この描画データは、描画領域を構成する四角形の4頂点の座標値の集合である。こうして、電子ビーム描画装置50によってレジスト層上への描画が行われ、回折格子記録原版60が作成される。プレス装置70は、この回折格子記録原版70を用いて、フィルム上に回折格子パターンをプレスする装置であり、このプレス加工により、回折格子記録媒体80が大量生産されることになる。
【0062】
この装置では、回折格子パターンを形成する種々の画像データが、階層構造をもったデータとして取り扱われる。まず、モチーフ画像データ入力装置10から入力されたモチーフは、ワークステーション20内において、必要に応じて複数の領域に分割される。たとえば、図26に示すように、モチーフが描かれた領域が4つの領域A1〜A4に分割されたものとしよう。このとき、各領域をどの位置に面付けすればよいかを示す面付指示データが作成される。この例では、各領域の左下隅の位置を面付指示データとして用いている。すなわち、領域A1〜A4は左下隅が、それぞれ点Q1〜Q4の位置にくるように面付けされることになる。また、この実施例では、本来のモチーフが表示された領域A1〜A4の他に、位置合わせなどの工程に必要な位置情報U(いわゆるトンボ)を表示したアクセサリ領域A0を定義している。アクセサリ領域A0には、この他、製造番号などを記述することができ、要するに後の工程に必要な工程管理情報を記録しておくことができる。
【0063】
こうして領域分割を行った後、各領域ごとに、割付指示データを作成する処理が行われる。たとえば、領域A1内に、図5に示すような2つのモチーフA,Bを割り付ける場合、図10に示すような対応関係情報が割付指示データとして用意されることになる。また、記憶装置30内には、図9に示すような画素パターンP1,P2および多重画素パターンP12が用意される。ここで、画素パターンP1,P2については、予め記憶装置30内に用意しておくと便利であるが、多重画素パターンP12については、必要に応じて演算により発生させることができる。
【0064】
ここで、割付指示データと画素パターンデータとの関係を考えてみる。画素パターンデータは、図9に示すように、1つの画素を構成するパターンを示すデータであり、割付指示データは、図10に示す対応関係情報のように、各画素位置にどの画素パターンを割り付けるかを指示するデータである。したがって、画素パターンデータを割付指示データの下位階層のデータと考えれば、最終的に回折格子記録媒体上に形成される描画データは、下の階層の画素パターンデータと上の階層の割付指示データとによって表現されることになる。更に、図26に示すような領域分割を行ったことを考えると、最終的に回折格子記録媒体上に形成される描画データは、図27に示すように、上位階層の面付指示データ、中位階層の各割付指示データ、下位階層の各画素パターンデータ、によって表現されることがわかる。
【0065】
このように、階層構造をもった表現を行えば、全領域に実際の格子線のパターンデータを展開した場合に比べ、データ量をかなり低減させることができる。たとえば、1画素には多数の格子線が形成されるため、この1画素についてのデータはかなりの量になるが、階層構造をもった表現を行えば、下位階層のデータとして、画素パターンデータを画素パターンの数だけ用意すれば足りる。
【0066】
こうしてワークステーション20において、上位階層の面付指示データ、中位階層の割付指示データ、下位階層の画素パターンデータ、の3種類の階層データが作成され、記憶装置30内にそれぞれ独立して保存される。しかも、フォーマット変換装置40に対しても、これらの各階層データは、階層構造をもったまま別個に与えられ、フォーマット変換装置40が出力する描画データも、階層構造をもったままのデータとなる。現在普及している電子ビーム描画装置50は、通常、このような階層構造をもった描画データに基づく描画処理を行うことができる。したがって、電子ビーム描画装置50にデータを受け渡すまで、画像データを階層構造をもったデータとして取り扱うことができ、効率良いデータ処理が可能になる。
【0067】
§6. 1つのモチーフについて複数の画素パターンを用いる実施例
これまで述べた実施例は、1つのモチーフについて1つの画素パターンを用いる例であった。すなわち、図5(a) に示すモチーフAについては図9に示す画素パターンP1を用い、図5(b) に示すモチーフBについては図9に示す画素パターンP2を用い、両パターンが重なった部分の画素にだけ図9に示す画素パターンP12を用いていた。しかしながら、1つのモチーフについて複数の画素パターンを用いることも可能である。たとえば、図28に示す例では、モチーフAについて3種類の画素パターンP1,P2,P3を用い、モチーフBについて3種類の画素パターンP4,P5,P6を用いている。この図28に示す6種類の画素パターンP1〜P6は、いずれも格子線の配置角度が少しずつ異なっている。ただ、これら6種類の画素パターンは、互いに格子線の配置角度が近似する2つのグループに分類することが可能である。すなわち、第1のグループは、格子線配置角度が45°付近に設定された画素パターンP1〜P3であり、これらはモチーフAについて用いられる。一方、第2のグループは、格子線配置角度が90°付近に設定された画素パターンP4〜P6であり、これらはモチーフBについて用いられる。
【0068】
45°と90°のように、格子線配置角度が極端に異なる画素パターンは、所定の方向から観察したときに同時に観察されることはない。ところが、±5°程度の角度差しかもたない互いに格子線配置角度が近似した画素パターン(たとえば、図28に示す画素パターンP1〜P3)は、所定の方向から観察したときにも同時に観察されうる。ただ、互いに明るさが若干異なることになる。特開平7−146635号公報には、このような性質を利用して、階調をもったモチーフを表現する手法が開示されている。たとえば、モチーフAを構成する画素の画素値として、前述の例では、「0」または「1」の二値しか定義していなかったが、0〜255で表わされる8ビットの画素値を定義しておき、画素値0〜100の画素については画素パターンP1を割り当て、画素値101〜200の画素については画素パターンP2を割り当て、画素値201〜255の画素については画素パターンP3を割り当てるようにすれば、階調をもったモチーフを表現することが可能になる。モチーフBについても同様に、画素値に応じて3種類の画素パターンP4〜P6のうちのいずれかを割り当てればよい。
【0069】
このように、モチーフAについては画素パターンP1〜P3のいずれかを割り当て、モチーフBについては画素パターンP4〜P6のいずれかを割り当てるようにする方法に本発明を適用するのであれば、両モチーフの双方を構成する画素については、それぞれの画素パターンを重ね合わせた多重画素パターンを割り当てるようにすればよい。たとえば、モチーフAの画素としては画素パターンP1を、モチーフBの画素としては画素パターンP5を、それぞれ重ねて割り当てる必要がある画素位置には、画素パターンP1とP5とを重ねて得られる多重画素パターンを割り当てればよい。
【0070】
図28に示す例の場合、モチーフAのための画素パターンP1〜P3と、モチーフBのための画素パターンP4〜P6との組み合わせによって得られる多重画素パターンは、P14(P1とP4の組み合わせの意味),P15,P16,P24,P25,P26,P34,P35,P36の9通りあることになる。したがって、この9通りの多重画素パターンを用意しておけば、本発明を適用することが可能になる。もっとも、この9通りの多重画素パターンは、もとの画素パターンP1〜P6の画像データに基いて演算により随時発生させることができるので、予めすべての多重画素パターンを用意しておく必要はなく、必要に応じてその都度演算によって発生させればよい。
【0071】
§7. 3つ以上のモチーフを記録する実施例
これまで述べた実施例は、モチーフAとモチーフBという2つのモチーフを重ねて記録する例であった。ここでは、3つ以上のモチーフを重ねて記録する実施例を述べる。いま、図29に示すように、モチーフAについては画素パターンP1(格子線配置角度0°)を用い、モチーフBについては画素パターンP2(格子線配置角度45°)を用い、モチーフCについては画素パターンP3(格子線配置角度90°)を用い、3種類のモチーフA,B,Cを回折格子記録媒体上に記録する場合を考える。格子線配置角度が、0°,45°,90°のように極端に異なる画素パターンは、所定方向から観察した場合に同時に観察されることはないので、観察方向に応じて、それぞれモチーフA,B,Cが別個に観察されることになる。
【0072】
本発明の基本原理は、複数のモチーフを構成する画素については、多重回折格子を割り付けるという点にある。そこで、このような3つのモチーフを記録する場合には、図29の下段に示すように、二重回折格子P12,P23,P13と、三重回折格子P123と、を用意しておき、モチーフA,Bの双方を構成する画素には二重回折格子P12を割り付け、モチーフB,Cの双方を構成する画素には二重回折格子P23を割り付け、モチーフA,Cの双方を構成する画素には二重回折格子P13を割り付け、更に、3つのモチーフA,B,Cのすべてを構成する画素には三重回折格子P123を割り付けるようにすればよい。
【0073】
これを具体的なモチーフについて見てみよう。いま、図30(a) ,(b) ,(c) に示すような3種類のモチーフA,B,Cを1枚の回折格子記録媒体上に重ねて記録することを考える。この場合、図30(d) に示すような対応関係情報が得られる。この対応関係情報の各画素内には、その画素が構成するモチーフ名がアルファベットで示されている。ここで、単一のアルファベット「A」,「B」,「C」が記された画素には、図29に示す画素パターンP1,P2,P3をそれぞれ割り付ければよい。また、2つのアルファベット「AB」,「BC」,「CA」が記された画素には、図29に示す二重画素パターンP12,P23,P13をそれぞれ割り付ければよい。更に、3つのアルファベット「ABC」が記された画素(図では実線で囲ってある)には、図29に示す三重画素パターンP123を割り付ければよい。
【0074】
このように、二重,三重,四重,…といった多重回折格子を用いれば、理論的には、複数のモチーフをいくつでも重ねて記録することが可能である。しかしながら、このような方法により3つ以上のモチーフを重ねて記録する手法は、実用上適用できない。なぜなら、多重画素パターンP12,P23,P13のような二重回折格子は、§3で述べた条件を満足させることにより実現可能であるが、多重画素パターンP123のような三重回折格子あるいは四重以上の回折格子を実現することは非常に困難である。実際のところ、三重回折格子P123を試作してみたが、実用上十分な回折光はいずれの観察方向からも得ることはできなかった。もちろん、特定の条件設定を行えば、実用的な三重回折格子P123を作成できる可能性は否定できないが、現時点では、そのような条件は見出だされていない。
【0075】
そこで、本願発明者は、二重回折格子と副画素とを併用することにより、3つ以上のモチーフを重ねて記録する新規な方法を考え出した。まず、図30に示すモチーフを構成する各画素をそれぞれ4分割し、2行2列に配列された副画素を定義する。そして、図30(d) に示す対応関係情報の各画素内に記されたアルファベットに基いて、図31に示すように、各副画素内に画素パターンP1,P2,P3あるいは多重パターンP12,P23,P13を割り付けるのである。たとえば、単一のアルファベット「A」が記された画素については、これを4分割した各副画素のいずれにも、画素パターンP1を割り付ければよい。同様に、単一のアルファベット「B」が記された画素については、これを4分割した各副画素のいずれにも、画素パターンP2を割り付け,単一のアルファベット「C」が記された画素については、これを4分割した各副画素のいずれにも、画素パターンP3を割り付ければよい。
【0076】
また、2つのアルファベット「AB」が記された画素については、これを4分割した各副画素のうちの、たとえば左上と右下の副画素に画素パターンP1を割り付け、左下と右上の副画素に画素パターンP2を割り付ける。あるいは、4分割した各画素のいずれにも多重画素パターンP12を割り付ける。輝度を向上させる上では、後者の割り付けを行うのが好ましい。2つのアルファベット「BC」が記された画素および「CA」が記された画素についての割り付けも全く同様である。
【0077】
更に、3つのアルファベット「ABC」が記された画素については、これを4分割した各副画素のうちの、たとえば左上と右下の副画素に多重画素パターンP13を割り付け、左下と右上の副画素に多重画素パターンP12を割り付けるのである。あるいは、多重画素パターンP12とP13とを組み合わせて割り付けてもよいし、多重画素パターンP13とP23とを組み合わせて割り付けてもよい。もちろん副画素のどの位置にどの多重画素パターンを割り付けてもかまわない。このような割り付けを行えば、3つのアルファベット「ABC」が記された画素内には、画素の全領域ではないにせよ、必ず配置角度が0°の格子線と、配置角度が45°の格子線と、配置角度が90°の格子線との3つの格子線が存在することになり、画素パターンP1,P2,P3の3つを兼ねることができる。
【0078】
4つのモチーフを重ねて記録する場合にも、同様の手法が利用できる。すなわち、4つのモチーフA,B,C,Dのうち、2つまたは3つのモチーフが重なった画素については、図31に示すような割り付けを行えばよいし、4つのモチーフのすべてが重なった画素については、たとえば、図32に示すように、4分割した各副画素に、多重パターンP12(モチーフAについての画素パターンとモチーフBについての画素パターンとを重ねることによって得られるパターン)と、多重パターンP34(モチーフCについての画素パターンとモチーフDについての画素パターンとを重ねることによって得られるパターン)とを割り付けるようにすればよい。
【0079】
要するに、1つの画素を複数の副画素に分割し、その画素が構成するモチーフに対応づけられた画素パターンの格子線配置角度で配置された格子線が少なくとも1つの副画素に現れるように、各副画素に画素パターンあるいは多重画素パターンを割り付けるようにすれば、3つ以上のモチーフを重ねて記録することが可能になる。もちろん、この手法は、§6で述べたように、1つのモチーフについて複数の画素パターンを用いる実施例にも適用可能である。
【0080】
以上、本発明を図示するいくつかの実施例に基いて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。
【0081】
【発明の効果】
以上のとおり本発明に係る回折格子記録媒体によれば、多重回折格子により複数のモチーフを表現するようにしたため、複数のモチーフを重ねて表現しても、輝度および画質が低下することのない回折格子記録媒体が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る回折格子記録媒体のモチーフとして用いられているパターンおよび画素情報の一例を示す図である。
【図2】本発明に係る回折格子記録媒体に用いられる画素パターンの一例を示す図である。
【図3】図1に示すモチーフと図2に示す画素パターンとを用いて作成された回折格子記録媒体を示す図である。
【図4】図5に示す2つのモチーフについてそれぞれ用いられる画素パターンの一例を示す図である。
【図5】本発明に係る回折格子記録媒体に重複して記録される2つのモチーフの例を示す図である。
【図6】図5に示す2つのモチーフと、図4に示す2つの画素パターンとの対応関係を定義する対応関係情報を示す図である。
【図7】図5に示す2つのモチーフを、それぞれ副画素によって表現した状態を示す図である。
【図8】図7に示す2つのモチーフを重ねて配置することにより作成される回折格子記録媒体を示す図である。
【図9】図5に示す2つのモチーフについてそれぞれ用いられる画素パターンP1,P2、およびこれを重ねることにより得られる多重画素パターンP12の一例を示す図である。
【図10】図5に示す2つのモチーフと、図9に示す3つのパターンとの対応関係を定義する対応関係情報を示す図である。
【図11】図10に示す対応関係情報に基いて、各パターンを割り付けることによって作成される回折格子記録媒体を示す図である。
【図12】ライン幅dLとスペース幅dSとの比率が1:1である2種類の回折格子パターンを示す図である。
【図13】図12に示す2種類の回折格子パターンを重ねることにより得られる多重回折格子パターンを示す図である。
【図14】ライン幅dLとスペース幅dSとの比率が1:2である2種類の回折格子パターンを示す図である。
【図15】図14に示す2種類の回折格子パターンを重ねることにより得られる多重回折格子パターンを示す図である。
【図16】図15に示す多重回折格子パターンをもった回折格子記録媒体の構造を示す側断面図である。
【図17】図15に示す多重回折格子パターンの描画方法の一例を示す図である。
【図18】図15に示す多重回折格子パターンのネガパターンを示す図である。
【図19】本発明に係る回折格子記録媒体を大量生産するために用いる原版の製造プロセスの初期段階を示す側断面図である。
【図20】図19に示す状態において、レジスト層3に対して描画を行った状態を示す側断面図である。
【図21】図20に示す状態において、レジスト層を現像した状態を示す側断面図である。
【図22】図21に示す状態において、原版構成層2に対するエッチングを行った状態を示す側断面図である。
【図23】図22に示す状態から、残存レジストを剥離除去し、原版の製造を完了した状態を示す側断面図である。
【図24】本発明に係る回折格子パターンおよび多重回折格子パターンを、電子線で描画するための手法を示す平面図である。
【図25】本発明に係る回折格子記録媒体を作成する装置構成の一例を示すブロック図である。
【図26】図25に示す装置において利用される面付指示データを説明するための図である。
【図27】図25に示す装置によって取り扱われるデータの階層構造を示す図である。
【図28】1つのモチーフについて複数の画素パターンを用いる実施例を示す図である。
【図29】3つのモチーフを重ねて記録する際に用いる画素パターンおよび多重画素パターンを示す図である。
【図30】図29に示す画素パターンおよび多重画素パターンを用いて表現される3つのモチーフと、画素の対応関係とを示す図である。
【図31】副画素を用いて、3つのモチーフを重ねて記録する実施例を示す図である。
【図32】副画素を用いて、4つのモチーフを重ねて記録する実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…基板
2…原版構成層
3…レジスト層
3a…露光部
3b…非露光部
10…モチーフ画像データ入力装置
20…ワークステーション
30…記憶装置
40…データフォーマット変換装置
50…電子ビーム描画装置
60…回折格子記録原版
70…プレス装置
80…多重回折格子記録媒体
85…窪み
86…遮蔽壁
A,B,C…モチーフ
CC…交差領域
D1,D2…観察方向
L…格子線のライン
P1〜P6…画素パターン
P12,P13,P23,P123…多重画素パターン
R1,R2…対応関係情報
S…格子線のスペース
SS…四角形のスペース
T…描画対象から除外されたスペース
TT…描画対象から除外されたスペース
U…トンボマーク(位置情報)
V…格子線を配置する閉領域
X,Y…座標軸
dL…格子線のライン幅
dS…格子線のスペース幅
p…格子線のピッチ
θ…格子線の配置角度
[0001]
[Industrial application fields]
  The present inventionRegarding diffraction grating recording mediaEspecially suitable for use in security diffraction grating seals to prove authenticityThe present invention relates to a diffraction grating recording medium.
[0002]
[Prior art]
Hologram stickers are used as means for preventing counterfeiting of credit cards, bankbooks, cash vouchers, and the like. In addition, hologram stickers are also used for products such as videotapes and luxury watches to prevent pirated copies from circulating. In addition, hologram stickers are also used for decoration and sales promotion purposes. ing. Such a hologram seal often uses a two-dimensional pattern as a motif instead of a three-dimensional stereoscopic image.
[0003]
As a method for creating a hologram seal, an optical hologram photographing method in which interference fringes are formed using laser light is generally used. That is, prepare a manuscript with a two-dimensional pattern motif, irradiate this manuscript with one of the two branched laser beams, and cause the reflected beam to interfere with the other branched laser beam. Interference fringes are recorded on the photosensitive material. Once the hologram master is prepared in this way, the hologram seal can be mass-produced by a pressing method using this master.
[0004]
  However, recently, since image processing technology by a computer and drawing technology by an electron beam have advanced, a method of creating a pseudo hologram master by scanning an electron beam based on image data prepared by a computer has been put into practical use. Yes. That is, a fine diffraction grating is recorded on the medium, and a two-dimensional pattern motif is expressed by the diffraction grating. For example,JP-A-6-337622Proposed a new method of forming a diffraction grating recording medium by expressing a two-dimensional pattern with a plurality of pixels and assigning a pixel pattern formed by arranging a number of diffraction gratings to each pixel. . Also,JP-A-7-146537Discloses an efficient production method for mass-producing such a diffraction grating recording medium,JP-A-7-146635Has disclosed improvements to express a pattern with gradation,JP-A-8-075912Discloses an improved point for expressing a picture having a color.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the diffraction grating recording medium described above, when a plurality of different motifs are expressed on the same plane, a plurality of pixel patterns having different grid line arrangement angles are used for each motif. For example, a pixel pattern having a grid line arrangement angle of 45 ° is assigned to the pixels constituting the motif A, and a pixel pattern having a grid line arrangement angle of 90 ° is assigned to the pixels constituting the motif B. It is possible to create a diffraction grating recording medium in which only the motif A is observed when observed from the above, and only the motif B is observed when observed from another angle.
[0006]
However, when the motif A and the motif B overlap on a plane, some device is required. Therefore, conventionally, a method of dividing one pixel into a plurality of sub-pixels and assigning a pixel pattern to each sub-pixel is employed. For example, one pixel is divided into four sub-pixels each consisting of 2 rows and 2 columns, the pixel pattern for motif A is assigned to the upper left and lower right sub pixels, and the motif B is assigned to the lower left and upper right sub pixels. If the pixel pattern is assigned, the motif A and the motif B may overlap in pixel units, but do not overlap in sub-pixel units, and each sub-pixel has a grid line arrangement angle. Only one of the 45 ° pixel pattern and the pixel pattern with the grid line arrangement angle of 90 ° is assigned, and no trouble occurs.
[0007]
However, in the diffraction grating recording medium that employs a method in which one pixel is divided into a plurality of sub-pixels and a pixel pattern is assigned and a plurality of motifs are recorded in duplicate, the luminance and image quality are reduced during observation. There is. For example, when divided into four sub-pixels as described above, diffracted light is not obtained from the entire pixel during observation, and only diffracted light from the upper left and lower right sub-pixels is obtained when observing motif A. First, when the motif B is observed, only diffracted light from the lower left and upper right subpixels can be obtained. For this reason, compared to the case where each motif is recorded individually, the luminance is halved, and only a dark image as a whole can be obtained. In addition, since the sub-pixel is used instead of the pixel, the image quality is also lowered.
[0008]
  Therefore, the present invention does not reduce luminance and image quality even when a plurality of motifs are superimposed.Diffraction grating recording mediumThe purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
[0015]
  (1) First aspect of the present inventionIs a diffraction grating recording medium in which a plurality of motifs are represented by a diffraction grating.
  Pixels in which a large number of grid lines are arranged in a predetermined pixel closed region are defined by changing the grid line arrangement angle, and these pixel patterns are pixels whose grid line arrangement angles approximate each other. Divide the pattern into multiple groups and associate one group for each of the multiple motifs to be expressed.
  For two pixel patterns belonging to different groups, a multiple pixel pattern obtained by arranging the grid lines arranged in each group in the same pixel closed region is defined,
  A pixel pattern belonging to a group associated with the motif is assigned to a pixel constituting only a single motif, and two pixels associated with each motif are assigned to pixels constituting two motifs. A multiple pixel pattern defined for the pixel pattern to which it belongs is assigned.
[0016]
  (2) Second aspect of the present inventionIs a diffraction grating recording medium in which a plurality of motifs are represented by a diffraction grating.
  Pixels in which a large number of grid lines are arranged in a predetermined pixel closed region are defined by changing the grid line arrangement angle, and these pixel patterns are pixels whose grid line arrangement angles approximate each other. Divide the pattern into multiple groups and associate one group for each of the multiple motifs to be expressed.
  For two pixel patterns belonging to different groups, a multiple pixel pattern obtained by arranging the grid lines arranged in each group in the same pixel closed region is defined,
  For pixels that make up only a single motif, assign a pixel pattern belonging to the group associated with that motif to each sub-pixel obtained by dividing this,
  For pixels that make up multiple motifs, each subpixel obtained by dividing this motif is assigned a pixel pattern belonging to each of the groups associated with each motif or its multiple pixel pattern, and related to each group. The grid lines arranged at the grid line arrangement angle are configured to appear in at least one sub-pixel.
[0017]
  (3) According to a third aspect of the present invention, in the diffraction grating recording medium according to the first or second aspect described above,
  A lattice line is used between the line width dL and the space width dS so as to obtain a relationship of dS ≧ 2 · dL.
  (Four) According to a fourth aspect of the present invention, in the diffraction grating recording medium according to the third aspect described above,
The grid line is configured such that the line portion forms a convex portion and the space portion forms a concave portion.
[0018]
  (Five) According to a fifth aspect of the present invention, in the diffraction grating recording medium according to the fourth aspect described above,
For a predetermined visible wavelength λ, a lattice line having a space width dS that satisfies the expression dS> λ is used.
  (6) According to a sixth aspect of the present invention, in the diffraction grating recording medium according to the fifth aspect described above,
A predetermined observation angle θ is defined with respect to a normal line standing on the surface of the recording medium, and lattice lines having a line width dL and a space width dS that satisfy the expression (dS + dL) · sin θ = λ are used. It is a thing.
[0019]
[Operation]
The basic concept of the present invention is to multiplex-record a plurality of motifs using a multiple diffraction grating in which two types of grating lines having different directions are recorded in the same closed region. A diffraction grating is formed by forming a large number of grooves having a three-dimensional uneven structure on the surface of a medium. The grooves, that is, the grating lines are all formed in parallel and in a single direction. It was an existing concept. The inventor of the present application has found that even when two types of grid lines having different directions are recorded in an overlapping manner, a diffraction phenomenon can be caused for each grid line.
[0020]
However, in order to cause a practical diffraction phenomenon with such a multiple diffraction grating, specific conditions must be set. According to experiments conducted by the inventors of the present application, a medium that functions as a multiple diffraction grating can be obtained by using a grating line that provides a relationship of dS ≧ 2 · dL between the line width dL and the space width dS. It was confirmed that In addition, if the line portion of the grating line is formed as a convex portion and the space portion is formed as a concave portion on the medium, a brighter multiple diffraction grating can be obtained practically. In the case of a multiple diffraction grating having a human observer, a space width dS that satisfies the expression dS> λ is required for a predetermined visible wavelength λ. This indicates a condition that the space width dS constituting the concave portion is larger than the visible wavelength λ, and is a necessary condition for introducing the light having the visible wavelength λ into the concave portion. In addition, when the diffraction grating recording medium is used as a forgery prevention seal, a specific observation angle is generally determined. For example, when used as an anti-counterfeit seal for a credit card, it is common to define an angle inclined about 30 ° to the normal line standing on the surface of the credit card as a temporary observation angle. is there. The inventor of the present application defines a predetermined observation angle θ according to the application, and has a line width dL and a space width dS satisfying the expression (dS + dL) · sin θ = λ for a predetermined visible wavelength λ. It was confirmed that a diffraction grating recording medium optimum for the intended use can be formed by using a grating line. The equation (dS + dL) · sin θ = λ is an equation obtained by setting the diffraction order n = 1 in the Bragg equation when the pitch of the diffraction grating is (dS + dL). This is a necessary condition for obtaining at the observation angle.
[0021]
If such a multiple diffraction grating is used, it is not necessary to use a sub-pixel as in the prior art even when a plurality of overlapping motifs are expressed on the same plane. For example, when the motif A is expressed by a pixel pattern having a grid line arrangement angle of 45 ° and the motif B is expressed by a pixel pattern having a grid line arrangement angle of 90 °, the pixels constituting only the motif A have 45 ° A pixel pattern is allocated, and a 90 ° pixel pattern may be allocated to the pixels constituting only the motif B. The pixels constituting both the motifs A and B are assigned a multiple pixel pattern in which the lattice lines arranged in the 45 ° direction and the lattice lines arranged in the 90 ° direction are overlapped and recorded. That's fine. Since it is not necessary to divide one pixel into sub-pixels, there is no problem that the luminance and image quality are lowered as in the prior art.
[0022]
The multiple pixel pattern can be easily generated by calculation using a computer. In addition, when drawing a multiple pixel pattern with an electron beam, efficient work can be performed by drawing a quadrangular region surrounded on four sides by grid lines.
[0023]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on some embodiments illustrated in the drawings.
[0024]
  §1. Conventional diffraction grating recording medium
  First of all,JP-A-6-337622The configuration of the conventional diffraction grating recording medium disclosed in the above will be briefly described. First, a conventional method for expressing a motif (showing the English letter “A”) as shown in FIG. 1A on a diffraction grating recording medium will be described. First, as pixel data corresponding to the motif shown in FIG. 1A, motif pixel information as shown in FIG. 1B is prepared. In the example shown here, pixels are arranged in 7 rows and 7 columns, and each pixel has a pixel value of “0” or “1”, which is information indicating a so-called binary image. Such information is general image data called so-called “raster image data”, and can be created by a normal drawing device. Alternatively, such motif pixel information may be prepared by capturing a design image drawn on a paper surface with a scanner device.
[0025]
Subsequently, as shown in FIG. 2, a pixel pattern is defined in which lines L having a line width dL and spaces S having a space width dS are alternately arranged in the closed region V. The line L is a portion that becomes a lattice line on the medium, and a large number of lattice lines having a width dL are formed at a distance dS from each other. The pitch p of such a diffraction grating is p = dL + dS, and the lines L (grating lines) are all arranged with the same angle θ. Here, the closed region V is a region constituting one pixel, and actually becomes a very small element. In other words, the size corresponds to each pixel in the 7 × 7 array shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). In this example, as the closed region V, a rectangle having a size of 50 μm × 45 μm in length × width is used, but a square having a size of 50 μm × 50 μm may be used, for example. In addition, the width dL of the line L and the width dS of the space S arranged in the closed region V also have minute dimensions according to the wavelength of light. In this example, the line width dL = 0.6 μm. The space width dS = 0.6 μm and the pitch p = 1.2 μm.
[0026]
In short, the lines L need to be arranged with a line width dL and a pitch p that function as a diffraction grating. The arrangement angle θ of the line L is an angle set with respect to a predetermined reference axis. In the present specification, an XY coordinate system having the X axis and the Y axis in the direction shown in the figure is defined, and the arrangement angle θ of the line L is expressed with the X axis as a reference axis. Of course, such a pixel pattern is prepared as image data in the computer. Next, based on each pixel value in the motif pixel information as shown in FIG. 1B, the pixel pattern as shown in FIG. 2 is associated with a predetermined pixel, and the corresponding pixel pattern is arranged at each pixel position. Perform the process. Specifically, in the motif pixel information shown in FIG. 1B, the pixel pattern shown in FIG. 2 is associated with each pixel having a pixel value “1”. A pixel pattern is not associated with a pixel having a pixel value “0”. A pixel pattern is assigned to each pixel position thus associated. In other words, if the arrangement shown in FIG. 1 (b) is compared to a wall, a tile as shown in FIG. 2 is applied to each area labeled “1” in the wall. . As a result, an image pattern as shown in FIG. 3 is obtained. This image pattern is a pattern finally recorded on the diffraction grating recording medium. Although the motif shown in FIG. 1A is expressed as it is, each pixel is formed of a diffraction grating, and a visual effect as a diffraction grating can be obtained.
[0027]
The basic example of assigning the diffraction grating pattern in units of pixels has been described above. Next, a conventional method for expressing a plurality of motifs will be described. Since the diffracted light obtained from the diffraction grating has directionality, it may or may not be observed depending on the observation direction. Therefore, for example, as shown in FIG. 4, if pixel patterns P1 (lattice line arrangement angle 45 °) and P2 (lattice line arrangement angle 90 °) having different grid line arrangement angles are allocated on the same medium, Only the pixel pattern P1 is observed from a certain observation angle, and only the pixel pattern P2 is observed from another observation angle. Therefore, if motif A is represented by pixel pattern P1 and motif B is represented by pixel pattern P2, two different motifs can be represented on the same plane, and only motif A is observed from a certain observation angle. Thus, it becomes possible to form a recording medium in which only the motif B is observed from another observation angle. This is a basic method for expressing a plurality of different motifs on the same medium.
[0028]
However, when two motifs in which pixels overlap each other are expressed on the same medium, some device is required. For example, the above basic method is applied as it is to two motifs A and B as shown in FIGS. Here, it is assumed that the pattern A shown in FIG. 4 corresponds to the motif A, and the pattern P2 shown in FIG. 4 corresponds to the motif B. Then, correspondence information R1 as shown in FIG. 6 (a) is created for motif A, and correspondence information R2 as shown in FIG. 6 (b) is created for motif B. However, if an attempt is made to actually assign a pixel pattern based on the two correspondence information R1 and R2, pixel pattern collision occurs with respect to the pixels surrounded by a solid line in FIG. For example, looking at the pixel in the second row and the fourth column, the correspondence information R1 indicates that the pixel pattern P1 is assigned, whereas the correspondence information R2 indicates that the pixel pattern P2 is assigned. Has been. For this reason, it is impossible to determine which pixel pattern should actually be allocated.
[0029]
Therefore, conventionally, this problem is solved by introducing the concept of sub-pixels. For example, when a predetermined motif is represented by the pixel arrangement of 7 rows and 7 columns shown in FIGS. 5A and 5B, each pixel is divided into 2 rows and 2 columns of sub-pixels, and the upper left and lower right. If the motif A is expressed by the sub-pixels and the motif B is expressed by the lower-left and upper-right sub-pixels, both motifs will not overlap in the sub-pixel unit even if both motifs overlap in the pixel unit. FIGS. 7A and 7B show pixel pattern arrangements for such sub-pixels. Here, each rectangle surrounded by a solid line is a pixel, and a small rectangle obtained by dividing this pixel into four as shown by a broken line is a sub-pixel. In FIG. 7A, in order to express the motif A, the pixel whose pixel value is “1” in the motif A (the pixel shown in black in FIG. 5A) is the upper left in the pixel. FIG. 7B shows a state in which the pixel pattern P1 having a grid line arrangement angle of 45 ° is assigned to the lower right sub-pixel. FIG. 7B shows the pixel value “1” in the motif B in order to express the motif B. A pixel (a pixel shown in black in FIG. 5B) shows a state in which a pixel pattern P2 having a grid line arrangement angle of 90 ° is assigned to the lower left and upper right subpixels in the pixel. The sub-pixel to which the pixel pattern is assigned in FIG. 7 (a) and the sub-pixel to which the pixel pattern is assigned in FIG. 7 (b) never come to the same position. A diffraction grating recording medium as shown in FIG. 8 can be obtained.
[0030]
In the diffraction grating recording medium shown in FIG. 8, the motif A and the motif B are expressed in an overlapping manner. Moreover, since the subpixels representing motif A and the subpixels representing motif B have different grid line formation angles, motif A can be recognized when observed from a certain direction (as shown in FIG. 7 (a)). The motif B can be recognized when observed from another direction (a pattern as shown in FIG. 7B can be recognized). By using such a method, it is possible to express a plurality of motifs with overlapping pixels on the same plane.
[0031]
However, as described above, such a method using sub-pixels has a problem that luminance and image quality are lowered. For example, if the motif A expressed by a normal pixel as shown in FIG. 3 is compared with the motif A expressed by a sub-pixel as shown in FIG. 7A, diffracted light is obtained in the latter. The area obtained is half that of the former, and it can be seen that the overall luminance is reduced to half. Further, when comparing the sizes of the individual pixels, the size of the latter pixel is 1/4 with respect to the former pixel, and the diffraction grating aperture surface is small and the luminance is further lowered. As a method for recording a plurality of motifs in an overlapping manner without reducing the size of each pixel, the description of FIG. 28 of Japanese Patent Application No. 5-148681 also discloses a method of thinning out pixels. If the pixels are thinned out, deterioration of the image quality is inevitable. The present invention provides a novel technique for solving such a conventional problem. Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail.
[0032]
§2. Diffraction grating recording medium according to the present invention
Here, the method according to the present invention will be described by taking as an example the case of recording two motifs A and B as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). In the method according to the present invention, three types of pixel patterns are prepared as shown in FIG. The pixel patterns P1 and P2 are exactly the same as the pixel patterns used in the conventional method described in section 1 above. The pixel pattern P1 (lattice line arrangement angle 45 °) is a pattern for expressing the motif A, and the pixel pattern P2 (lattice line arrangement angle 90 °) is a pattern for expressing the motif B. In the present invention, a multiple pixel pattern P12 is further prepared. The multiple pixel pattern P12 is a pattern in which the pixel patterns P1 and P2 are overlapped. A grid line having an arrangement angle of 45 ° existing in the pixel pattern P1 and a grid line having an arrangement angle of 90 ° existing in the pixel pattern P2. And a pattern in which both are arranged. In this way, a diffraction grating having two types of grating lines having different directions is referred to as a multiple diffraction grating.
[0033]
Under a normal illumination environment, the diffraction grating recording medium on which the pixel pattern P1 is formed looks bright when observed from the observation direction D1 shown in the lower part of FIG. 9, and the diffraction grating recording medium on which the pixel pattern P2 is formed is It looks bright when observed from the observation direction D2 shown in the lower part of FIG. However, the multiple pixel pattern P12 has both of these properties, and looks bright even when observed from either of the observation directions D1 and D2. Therefore, the pixel pattern P1 is assigned to the pixels constituting only the motif A, the pixel pattern P2 is assigned to the pixels constituting only the motif B, and the multiple pixel pattern P12 is assigned to the pixels constituting both the motif A and the motif B. If both are assigned, both patterns can be expressed without using sub-pixels.
[0034]
Specifically, in order to express both motifs A and B as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), correspondence information as shown in FIG. 10 is prepared and based on the correspondence information. The three types of pixel patterns P1, P2, and P12 shown in FIG. FIG. 11 shows a diffraction grating recording medium obtained by performing such assignment. In this diffraction grating recording medium, a grid line with an angle of 45 ° is always arranged at the pixel position shown in black in the motif A shown in FIG. 5A, and if observed from the observation direction D1 shown in FIG. Motif A will be observed. On the other hand, at the pixel position shown in black in the motif B shown in FIG. 5 (b), a grid line with an angle of 90 ° is always arranged, and if observed from the observation direction D2 shown in FIG. Will be.
[0035]
According to the method using such a multiple diffraction grating as a pixel, the problem of deterioration in luminance and image quality as in the conventional method using a sub-pixel is solved. For example, when the motif A expressed by a normal pixel as shown in FIG. 3 is compared with the motif A expressed by a pixel including a multiple pixel pattern as shown in FIG. 11, the diffracted light is detected at a predetermined observation angle. The obtained area is the same for both, and the shape of the pixel is a complete rectangle. Therefore, theoretically, the brightness and the image quality are the same, and problems such as a method using subpixels do not occur. In practice, however, the luminance of the latter is slightly lower than that of the former. This is because, when the multiple pixel pattern P12 shown in FIG. 9 is formed on an actual recording medium, it is necessary to form a physical concavo-convex structure. Therefore, an ideal multiple diffraction grating that serves as both the pixel patterns P1 and P2 is used. This is because it is physically difficult to form. The physical structure of the multiple diffraction grating will be described in detail later. In an actual multiple diffraction grating, the luminance obtained when the multiple pixel pattern P12 is observed from the observation direction D1 is the same as the observation direction of the pixel pattern P1. The luminance is slightly lower than the luminance obtained when observed from D1, and the luminance obtained when observing the multiple pixel pattern P12 from the observation direction D2 is obtained when the pixel pattern P2 is observed from the same observation direction D2. It is slightly lower than the brightness. However, compared with the conventional method using sub-pixels, the method using the multiple pattern according to the present invention can provide sufficient luminance.
[0036]
§3. Conditions for multiple diffraction gratings
The basic concept of the present invention is to multiplex-record a plurality of motifs using a multiple diffraction grating in which two types of grating lines having different directions are recorded in the same closed region. However, in order to cause a practical diffraction phenomenon with such a multiple diffraction grating, specific conditions must be set. The inventor of the present application performs multiplex recording of a diffraction grating having a grating line arrangement angle of 0 ° as shown in FIG. 12 (a) and a diffraction grating having a grating line arrangement angle of 90 ° as shown in FIG. 12 (b). As a result of trial manufacture of a grating as shown in FIG. 13, diffracted light could not be observed at all from any observation direction. The diffraction grating shown in FIG. 12 (a) and the diffraction grating shown in FIG. 12 (b) are both standard diffraction gratings that have been generally used. That is, all the diffraction gratings are diffraction gratings having a condition that the width dL of the line L is equal to the width dS of the space S and dL: dS = 1: 1.
[0037]
As described above, no diffraction phenomenon was observed in the grating obtained by superimposing two kinds of diffraction gratings having a very standard condition of “dL: dS = 1: 1”. It was found that the diffraction phenomenon occurs by changing the ratio of “dL: dS” from 1: 1. For example, a diffraction phenomenon occurs in a grating obtained by superposing two types of diffraction gratings having a condition of “dL: dS = 1: 2”. That is, a diffraction grating having a grating line arrangement angle of 0 ° as shown in FIG. 14A and a diffraction grating having a grating line arrangement angle of 90 ° as shown in FIG. When a prototype as shown in FIG. 14 was made, a longitudinal direction (a direction in which the diffracted light with respect to the diffraction grating shown in FIG. 14A can be observed) and a lateral direction (a diffracted light with respect to the diffraction grating shown in FIG. 14B) were obtained. The diffracted light could be observed when observed from any direction. However, the brightness of the diffracted light observed for this multiple diffraction grating is slightly darker than the diffracted light observed for the original diffraction grating (the diffraction grating shown in FIGS. 14A and 14B).
[0038]
In order to find the critical condition regarding the ratio “dL: dS” for forming the multiple diffraction grating, an experiment was conducted by changing this ratio variously. As a result, the condition “dL: dS = 1: 2” was found. It was confirmed that it was a critical condition for obtaining diffracted light within the range recognized by a person. That is, between the line width dL and the space width dS,
dS ≧ 2 · dL (Basic conditions)
Multiple diffraction gratings can be obtained by superimposing two types of diffraction gratings having grating lines that can obtain the following relationship. Of course, since this is a light diffraction phenomenon, it is needless to say that the pitch p (p = dL + dS) of the lattice lines needs to have a length close to the wavelength of the light. A theoretical analysis of why the condition “dL: dS = 1: 2” becomes a critical condition for forming a multiple diffraction grating has not been made at this stage, but this ratio is 1: 2 or more. The inventors of the present application believe that a multiple diffraction grating can be formed as long as the pitch p is a pitch that causes diffraction. As an extreme example, even if “dL: dS = 1: infinity”, it can be expected that a multiple diffraction grating can be formed as long as the pitch p is a pitch causing diffraction. However, in order to realize the ratio of “1: infinity”, it is necessary to set the line width dL = 0, and in reality, it is impossible to form such a multiple diffraction grating. However, it is sufficient for the line L formed on the actual medium to function as a light shield, and even if the line width dL approaches zero as long as the line L has a function of shielding light, It is possible to form a multiple diffraction grating according to the invention.
[0039]
Further, the two types of diffraction gratings (the diffraction gratings shown in FIGS. 14A and 14B) that are the basis of the multiple diffraction gratings shown in FIG. 15 have the same line width dL and the same space width dS. Although the diffraction gratings are equal, it is not always necessary to use two types of diffraction gratings in which they are equal. If the relationship of dS ≧ 2 · dL (basic conditions) is obtained in each diffraction grating, multiple diffraction gratings can be obtained even if two kinds of diffraction gratings having different line width dL and space width dS are overlapped. It is possible to get
[0040]
Incidentally, although the multiple diffraction grating shown in FIG. 15 is shown as a black and white pattern, the multiple diffraction grating actually formed on the medium is a structure having a fine concavo-convex structure. For example, in the black-and-white pattern shown in FIG. 15, the black portion (that is, the portion of the line L) is a convex portion, and the white portion (the portion of the square space SS surrounded by the lines L) is the concave portion. A side sectional view of the diffraction grating recording medium 80 is shown in FIG. Here, a portion of the space SS forms a recess 85, and light enters the recess 85 to cause a diffraction phenomenon, and a portion of the line L functions as a shielding wall 86 for the incident light ( As described above, the thickness may theoretically be zero if it has a function as the shielding wall 86). However, in contrast to the concavo-convex structure shown in FIG. 16, even if a diffraction grating recording medium having a black portion as a concave portion and a white portion as a convex portion in the black and white pattern shown in FIG. Function as. However, practically, as shown in FIG.
The black part (line part) is a convex part,
The white part (space part) is a recess (practical condition 1).
Is preferred. This is because the width dS of the white portion is more than twice as long as the width dL of the black portion due to the basic condition of dS ≧ 2 · dL. This is because light can be taken into the depression 85 and more diffracted light can be obtained.
[0041]
Further, in the structure shown in FIG. 16, in order to cause a diffraction phenomenon with respect to light having a predetermined wavelength λ, the width of the recess 85, that is, the space width dS needs to be larger than the wavelength λ. This is because light having a wavelength larger than the space width dS cannot enter the recess 85 and is not diffracted. However, the diffracted light in the ultraviolet region or infrared region is useless as a diffraction grating recording medium for human observation. Therefore, as a condition as a practical diffraction grating recording medium,
For visible wavelength λ dS> λ (Practical condition 2)
This condition is necessary.
[0042]
By the way, when the diffraction grating recording medium is used as an anti-counterfeit seal, a specific observation angle is generally determined. Usually, as shown in FIG. 16, it is common to observe from within a range of ± 45 ° with respect to a normal line standing on the surface of the medium 80. For example, when used as an anti-counterfeit seal for a credit card, it is common to define an angle inclined about 30 ° to the normal line standing on the surface of the credit card as a temporary observation angle. is there. This observation angle is the most natural observation angle when a credit card is held.
[0043]
In this way, if a specific observation angle can be determined, more preferable conditions can be set as a diffraction grating recording medium. For example, light is incident on the upper surface of the multiple diffraction grating recording medium 80 from vertically above, and the condition for diffracting the light in the direction of a predetermined observation angle θ is the Bragg equation.
p · sin θ = nλ
Given by. Here, p is the pitch of the diffraction grating, and in the present invention, p = (dS + dL). Further, as described above, θ is an observation angle (angle formed with a normal line standing on the surface of the medium), λ is a wavelength of light to be observed, and n is an order of diffracted light to be obtained (n = 1, 2, 3, ...). In practice, it is preferable to use the brightest first-order diffracted light, and n = 1. Therefore, from the above black equation, as a conditional expression of a practical multiple diffraction grating recording medium,
(DS + dL) · sin θ = λ (Practical condition 3)
The following formula is obtained.
[0044]
After all, the basic conditions for obtaining the multiple diffraction grating recording medium and the practical conditions necessary for putting this into practical use are summarized as follows.
<Basic conditions> dS ≧ 2 · dL
<Practical condition 1> The line part is a convex part and the space part is a concave part.
<Practical condition 2> For visible wavelength λ dS> λ
<Practical condition 3> (dS + dL) · sin θ = λ
Specific examples of the present invention include:
dL = 0.4 μm, dS = 0.8 μm (pitch p = 1.2 μm)
θ = 30 ° (sin θ = 1/2)
λ = 0.6μm (visible wavelength)
Is set. In this setting, dS = 2 · dL and the basic condition is satisfied, and dS> λ and the practical condition 2 is also satisfied. Furthermore, (dS + dL) · sin θ = (0.4 μm + 0.8 μm) · 1/2 = 0.6 μm = λ, which satisfies Practical Condition 3. Therefore, according to the above setting, a practical multiple diffraction grating recording medium satisfying all the above conditions can be produced.
[0045]
§4. Drawing method of multiple diffraction grating pattern
Next, a method for forming a multiple diffraction grating pattern according to the present invention on a medium will be described. As shown in FIG. 16, the multiple diffraction grating recording medium 80 according to the present invention is a medium having a concavo-convex structure on the surface. When producing such a medium, it is common to first produce an original plate having an inverted concavo-convex structure and mass-produce the medium by press working using this original plate. In order to prepare an original plate, a resist layer is formed on the original plate constituent layer, this resist layer is patterned into a pattern as shown in FIG. 15, and then an exposed portion of the original plate constituent layer is etched. However, since the diffraction grating pattern is generally a fine pattern of submicron order in both the line width dL and the space width dS, it is difficult to expose the resist layer using a photomask. Therefore, a method of directly exposing the resist layer using an electron beam is usually employed.
[0046]
When the multiple diffraction grating original plate according to the present invention is prepared, the resist layer is exposed using an electron beam as in the case of forming a conventional general diffraction grating original plate. Conventionally, an electron beam is scanned based on image data as shown in FIG. 14 (a) or (b) to form a monochrome pattern as shown on the resist layer. That is, a black region corresponding to the line L is irradiated with a beam to form an exposure portion. Therefore, in the present invention, an electron beam may be scanned based on image data as shown in FIG. 15 to form a black and white pattern on the resist layer.
[0047]
However, an electron beam drawing apparatus currently on the market generally employs a method of designating a drawing target as a set of rectangular graphic data. In other words, a general electron beam drawing apparatus has only a function of scanning an electron beam in an area within a quadrilateral connecting the four vertices based on four given vertex coordinate values. It is easy to draw a normal diffraction grating pattern as shown in FIG. 14 (a) or (b) using such an electron beam drawing apparatus. That is, each line L is a very long rectangle with a width dL, and can be drawn by giving the four vertex coordinate values to the electron beam drawing apparatus. However, in order to draw the multiple diffraction grating pattern according to the present invention as shown in FIG. In order to perform drawing with a general electron beam drawing apparatus, it is necessary to divide the multiple diffraction grating pattern into several squares.
[0048]
One possible method is to divide the pattern shown in FIG. 15 into the pattern shown in FIG. 14 (a) and the pattern shown in FIG. 14 (b). That is, if the pattern shown in FIG. 14A is drawn and then the pattern shown in FIG. 14B is overlaid, the pattern shown in FIG. 15 is obtained. However, this method is not preferable because double drawing is performed in the intersection region CC of the two lines L as shown by hatching in FIG. That is, the resist layer corresponding to the intersecting region CC is irradiated with the electron beam twice, so that the exposure amount is doubled compared with the normal line L portion. For this reason, when the resist layer is developed, a difference occurs between the portion of the normal line L and the portion of the intersection region CC. In order to prevent such a difference from occurring, as shown in FIG. 17B, one line L is divided at the intersection, and a plurality of rectangles that do not overlap each other are defined, and exposure is performed for each rectangle. Can also be taken. However, in such a method, since the distance between adjacent squares becomes very small, troubles are likely to occur when performing a process of exposure / development on the resist layer.
[0049]
Therefore, in this embodiment, electron beam writing is performed by the following method. That is, the black and white of the multiple diffraction grating pattern shown in FIG. 15 is inverted to form a negative pattern as shown in FIG. In this negative pattern, the portion of the line L is white and the portion of the square space SS is black. Then, the area of the square space SS shown in black is drawn by the electron beam. All of the space SS portions are quadrangular, and the electron beam lithography apparatus can be easily rendered simply by giving four vertex coordinate values of the square.
[0050]
Note that such black-and-white reversal processing is only required to replace “1” and “0” when the pattern is expressed as binary raster image data. However, in order to reduce the amount of data, the pattern is preferably expressed as vector data. In this case, the following processing may be performed. First, the patterns shown in FIGS. 14A and 14B are prepared as two-dimensional graphic data (vector data) in which the outline of the space area between grid lines (the white area in the figure) is expressed by a rectangle. Then, a logical operation is performed between these two two-dimensional graphic data to obtain two-dimensional graphic data in which the intersecting area of each square is represented by a new square (white area in FIG. 15 or black area in FIG. 18). Good.
[0051]
When the negative pattern shown in FIG. 18 is used instead of the pattern shown in FIG. 17, it is necessary to use as the resist layer a negative resist in which a portion exposed by an electron beam remains by development. Hereinafter, a process for producing an original plate using such a negative resist will be described step by step with reference to side sectional views of FIGS.
[0052]
First, as shown in FIG. 19, an original constituting layer 2 is formed on a substrate 1, and a negative resist layer 3 is formed thereon. In this embodiment, a glass substrate is used as the substrate 1 and a metal layer (for example, copper) is used as the original plate constituent layer 2. Subsequently, the electron beam is scanned based on the negative pattern as shown in FIG. 18 to expose only the area of the square space SS shown in black in the drawing. As a result, as shown in FIG. 20, an exposed portion 3 a and a non-exposed portion 3 b are formed on the resist layer 3. The exposed portion 3a is a portion corresponding to the black region in FIG. 18, and the non-exposed portion 3b is a portion corresponding to the white region in FIG. Subsequently, when the resist is developed, since it is a negative resist, the non-exposed portion 3b is eluted and removed, and only the exposed portion 3a remains as shown in FIG. Therefore, the original exposed layer 3 is etched using the remaining exposed portion 3a as a mask. Then, as shown in FIG. 22, the exposed portion of the original constituting layer 2 is removed by etching, and the remaining layer 2a and the exposed portion 3a remain only in a region corresponding to the square space SS. When mass producing a diffraction grating recording medium by a press method, the structure shown in FIG. 22 can be used as the original 60 as it is. Of course, after that, the resist (exposed portion 3a) may be peeled off and the structure shown in FIG. Such an original plate 60 is an original plate in which a rectangular space SS is convex. Therefore, if a pressing process is performed using this original plate, a multiple diffraction grating recording medium as shown in FIG. 16 can be produced.
[0053]
By the way, as already described in §2, in the present invention, a motif is expressed by assigning various pixel patterns as shown in FIG. 9 to predetermined pixel positions. In FIG. 9, for convenience of explanation, each pixel pattern P1, P2, P12 is shown by drawing a line L at a predetermined angle within a predetermined pixel region. Also becomes a rectangle. FIG. 24 is a diagram highlighting the point that the three types of pixel patterns P1, P2, and P12 shown in FIG. In this example, the ratio dL: dS = 1: 2 between the line width dL and the space width dS is set in order to satisfy the basic condition described above. As specific dimension values, in this embodiment, dL = 0.4 μm, dS = 0.8 μm, and the size of one pixel is about 45 μm × 50 μm or 50 μm × 50 μm. More lines L and spaces S are formed.
[0054]
As described above, a quadrangular four-vertex coordinate value is generally used as a drawing instruction given to the electron beam drawing apparatus. In addition, in a generally used electron beam drawing apparatus, when an XY two-dimensional coordinate system is defined as shown in the figure, a parallelogram such that two sides are parallel to the X axis or two sides are Y axes. If a parallelogram that is parallel to the line is drawn, a very efficient drawing work can be performed and the drawing time is shortened. Therefore, in this embodiment, the portions constituting the spaces S and SS are expressed by any of the parallelograms described above, and the coordinate values of the four vertices are given to the electron beam drawing apparatus so that efficient drawing can be performed. Is possible.
[0055]
For example, in the pixel pattern P1, the four vertex coordinate values of the parallelogram ABCD in the figure are given to the electron beam drawing apparatus, and the region of the space S shown by hatching in the figure is drawn. Strictly speaking, a region T shown by hatching with dots in the figure is also a region to be originally drawn, but a parallelogram ABCD having two sides parallel to the X axis is given to the electron beam drawing apparatus. In order to be a region, the region T is excluded from the drawing region. In this way, a part of the area near the contour is excluded from the drawing target, and the drawing area of the pixel pattern P1 is defined only by the parallelogram whose two sides are parallel to the X axis. Drawing is possible.
[0056]
In the pixel pattern P2, the four-vertex coordinate values of the parallelogram ABCD (actually rectangular) in the figure are given to the electron beam drawing apparatus, and the area of the space S shown by hatching in the figure is drawn. . As described above, when the grid line arrangement angle is 90 ° or 0 °, all the areas of the space S are rectangular, and it is not necessary to provide an area to be excluded from the drawing target.
[0057]
On the other hand, in the multiple pattern P12, the four vertex coordinate values of the parallelogram ABCD in the figure are given to the electron beam drawing apparatus, and the area of the rectangular space SS shown by hatching in the figure is drawn. In this case, the rectangular space SS shown by hatching in the figure is a parallelogram whose two sides are parallel to the Y axis, so that efficient drawing is also possible. Note that the irregularly shaped space TT in the vicinity of the contour (shown by hatching with dots in the figure) is also an area to be originally drawn, but is excluded from the drawing target because it causes a reduction in drawing efficiency. .
[0058]
In FIG. 24, the regions of the spaces T and TT are drawn with emphasis. Actually, these regions are only a part of the region near the contour. There is no problem in practical use.
[0059]
§5. Diffraction grating recording medium producing apparatus according to the present invention
Subsequently, an example of an apparatus for efficiently producing the above-described diffraction grating recording medium will be described. FIG. 25 is a block diagram showing an embodiment of a diffraction grating recording medium producing apparatus according to the present invention. Here, the motif image data input device 10 is a device for inputting image data about a motif as shown in FIG. For example, if motif image data is input based on a motif pattern drawn on paper, a scanner device may be used as the motif image data input device 10. Alternatively, if motif image data is input based on a picture drawn by graphic software using a computer, for example, a floppy disk drive device may be used as the motif image data input device 10.
[0060]
The workstation 20 is equipped with a program for performing a process of assigning a predetermined pixel pattern to each pixel of the input motif or a process of creating a multiple pixel pattern by superimposing two pixel patterns. A computer is connected to input devices such as a keyboard and a mouse and output devices such as a display and a printer. The storage device 30 is an external storage device such as a floppy disk drive device or a hard disk drive device connected to the workstation 20. The storage device 30 stores imposition instruction data, assignment instruction data, pixel pattern data, and multiple pixel pattern data. The contents of each data will be described later.
[0061]
On the other hand, the format conversion device 40 converts the imposition instruction data, the allocation instruction data, the pixel pattern data, and the multiple pixel pattern data given from the workstation 20 into drawing data that conforms to the format required by the electron beam drawing device 50. It is a device with functions. The format-converted data is given to the electron beam drawing apparatus 50 as drawing data. As described in §4, this drawing data is a set of coordinate values of four vertices of a quadrangle that constitutes a drawing area. In this way, drawing on the resist layer is performed by the electron beam drawing apparatus 50, and the diffraction grating recording master 60 is created. The press device 70 is a device that presses the diffraction grating pattern on the film using the diffraction grating recording original plate 70, and the diffraction grating recording medium 80 is mass-produced by this pressing.
[0062]
In this apparatus, various image data forming a diffraction grating pattern are handled as data having a hierarchical structure. First, the motif input from the motif image data input device 10 is divided into a plurality of areas in the workstation 20 as necessary. For example, as shown in FIG. 26, it is assumed that a region in which a motif is drawn is divided into four regions A1 to A4. At this time, imposition instruction data indicating where each area should be impositioned is created. In this example, the position of the lower left corner of each area is used as imposition instruction data. That is, the regions A1 to A4 are impositioned so that the lower left corners are at the positions of the points Q1 to Q4, respectively. In this embodiment, in addition to the areas A1 to A4 in which the original motif is displayed, an accessory area A0 in which position information U (so-called register marks) necessary for a process such as alignment is displayed is defined. In addition to this, a serial number or the like can be described in the accessory area A0. In short, process management information necessary for a subsequent process can be recorded.
[0063]
After performing the area division in this manner, a process for creating allocation instruction data is performed for each area. For example, when two motifs A and B as shown in FIG. 5 are allocated in the area A1, correspondence information as shown in FIG. 10 is prepared as allocation instruction data. In the storage device 30, pixel patterns P1 and P2 and a multiple pixel pattern P12 as shown in FIG. 9 are prepared. Here, it is convenient to prepare the pixel patterns P1 and P2 in the storage device 30 in advance, but the multiple pixel pattern P12 can be generated by calculation as necessary.
[0064]
Here, consider the relationship between the allocation instruction data and the pixel pattern data. The pixel pattern data is data indicating a pattern constituting one pixel as shown in FIG. 9, and the assignment instruction data is assigned to each pixel position as in the correspondence information shown in FIG. This is data for instructing. Therefore, if the pixel pattern data is considered as data in the lower hierarchy of the allocation instruction data, the drawing data finally formed on the diffraction grating recording medium is the pixel pattern data in the lower hierarchy and the allocation instruction data in the upper hierarchy. It will be expressed by. Further, considering that the area division as shown in FIG. 26 is performed, the drawing data finally formed on the diffraction grating recording medium is the upper-layer imposition instruction data, the middle layer as shown in FIG. It can be seen that it is expressed by each allocation instruction data in the lower hierarchy and each pixel pattern data in the lower hierarchy.
[0065]
In this way, if the expression having a hierarchical structure is performed, the amount of data can be considerably reduced as compared with the case where the actual lattice line pattern data is developed in the entire region. For example, since a large number of grid lines are formed in one pixel, the amount of data for this pixel is considerable. However, if a representation having a hierarchical structure is performed, pixel pattern data is used as lower-layer data. It is sufficient to prepare as many pixel patterns as possible.
[0066]
In this way, the workstation 20 generates three types of layer data, that is, the upper layer imposition instruction data, the middle layer allocation instruction data, and the lower layer pixel pattern data, which are independently stored in the storage device 30. The Moreover, each of these hierarchical data is also given to the format conversion device 40 separately with a hierarchical structure, and the drawing data output from the format conversion device 40 is also data with the hierarchical structure. . The electron beam drawing apparatus 50 that is currently popular can usually perform drawing processing based on drawing data having such a hierarchical structure. Therefore, the image data can be handled as data having a hierarchical structure until the data is delivered to the electron beam drawing apparatus 50, and efficient data processing becomes possible.
[0067]
§6. Embodiment using a plurality of pixel patterns for one motif
The embodiments described so far are examples in which one pixel pattern is used for one motif. That is, the pixel pattern P1 shown in FIG. 9 is used for the motif A shown in FIG. 5 (a), and the pixel pattern P2 shown in FIG. 9 is used for the motif B shown in FIG. 5 (b). The pixel pattern P12 shown in FIG. 9 was used only for these pixels. However, it is also possible to use a plurality of pixel patterns for one motif. For example, in the example shown in FIG. 28, three types of pixel patterns P1, P2, and P3 are used for the motif A, and three types of pixel patterns P4, P5, and P6 are used for the motif B. All of the six types of pixel patterns P1 to P6 shown in FIG. 28 are slightly different in the grid line arrangement angle. However, these six types of pixel patterns can be classified into two groups in which the arrangement angles of the lattice lines approximate each other. That is, the first group is pixel patterns P1 to P3 in which the grid line arrangement angle is set to around 45 °, and these are used for the motif A. On the other hand, the second group is pixel patterns P4 to P6 in which the grid line arrangement angle is set to around 90 °, and these are used for the motif B.
[0068]
  Pixel patterns with extremely different grid line arrangement angles such as 45 ° and 90 ° are not simultaneously observed when observed from a predetermined direction. However, pixel patterns (for example, pixel patterns P1 to P3 shown in FIG. 28) that are close to each other and have an angle difference of about ± 5 ° can be observed simultaneously when observed from a predetermined direction. . However, the brightness is slightly different from each other.JP-A-7-146635Discloses a technique for expressing a motif having a gradation using such a property. For example, in the above example, only the binary value “0” or “1” is defined as the pixel value of the pixels constituting the motif A, but an 8-bit pixel value represented by 0 to 255 is defined. The pixel pattern P1 is assigned to pixels having pixel values 0 to 100, the pixel pattern P2 is assigned to pixels having pixel values 101 to 200, and the pixel pattern P3 is assigned to pixels having pixel values 201 to 255. This makes it possible to express a motif with gradation. Similarly, for the motif B, any one of the three types of pixel patterns P4 to P6 may be assigned according to the pixel value.
[0069]
As described above, if the present invention is applied to a method in which any one of the pixel patterns P1 to P3 is assigned to the motif A and any one of the pixel patterns P4 to P6 is assigned to the motif B, For the pixels constituting both, a multiple pixel pattern obtained by superimposing the respective pixel patterns may be assigned. For example, the pixel pattern P1 is used as the pixel for the motif A, and the pixel pattern P5 is used as the pixel for the motif B, and the multiple pixel pattern obtained by superimposing the pixel patterns P1 and P5 at the pixel positions that need to be assigned to each other. Can be assigned.
[0070]
In the case of the example shown in FIG. 28, the multiple pixel pattern obtained by combining the pixel patterns P1 to P3 for the motif A and the pixel patterns P4 to P6 for the motif B is P14 (meaning the combination of P1 and P4) ), P15, P16, P24, P25, P26, P34, P35, and P36. Therefore, if these nine types of multiple pixel patterns are prepared, the present invention can be applied. However, since these nine types of multiple pixel patterns can be generated at any time based on the image data of the original pixel patterns P1 to P6, it is not necessary to prepare all the multiple pixel patterns in advance. What is necessary is just to generate | occur | produce by a calculation each time as needed.
[0071]
§7. Example of recording three or more motifs
The embodiment described so far is an example in which two motifs, motif A and motif B, are recorded in an overlapping manner. Here, an embodiment will be described in which three or more motifs are recorded in an overlapping manner. Now, as shown in FIG. 29, pixel pattern P1 (grid line arrangement angle 0 °) is used for motif A, pixel pattern P2 (grid line arrangement angle 45 °) is used for motif B, and pixel C is used for motif C. Consider a case where three types of motifs A, B, and C are recorded on a diffraction grating recording medium using a pattern P3 (grating line arrangement angle of 90 °). Pixel patterns with extremely different grid line arrangement angles such as 0 °, 45 °, and 90 ° are not simultaneously observed when observed from a predetermined direction. B and C will be observed separately.
[0072]
The basic principle of the present invention is that multiple diffraction gratings are assigned to pixels constituting a plurality of motifs. Therefore, when recording such three motifs, double diffraction gratings P12, P23, P13 and triple diffraction grating P123 are prepared as shown in the lower part of FIG. , B are assigned to the double diffraction grating P12, and the pixels constituting both the motifs B and C are assigned to the double diffraction grating P23 to constitute both the motifs A and C. Is assigned the double diffraction grating P13, and further, the triple diffraction grating P123 may be assigned to the pixels constituting all of the three motifs A, B, and C.
[0073]
Let's look at this for a specific motif. Now, consider that three types of motifs A, B, and C as shown in FIGS. 30 (a), 30 (b), and 30 (c) are recorded on one diffraction grating recording medium. In this case, correspondence information as shown in FIG. 30 (d) is obtained. In each pixel of the correspondence information, a motif name that the pixel configures is indicated by an alphabet. Here, the pixel patterns P1, P2, and P3 shown in FIG. 29 may be assigned to the pixels having the single alphabets “A”, “B”, and “C”, respectively. Further, the double pixel patterns P12, P23, and P13 shown in FIG. 29 may be assigned to the pixels having two alphabets “AB”, “BC”, and “CA”, respectively. Furthermore, a triple pixel pattern P123 shown in FIG. 29 may be assigned to a pixel (enclosed by a solid line in the drawing) on which three alphabets “ABC” are written.
[0074]
In this way, if multiple diffraction gratings such as double, triple, quadruple,... Are used, it is theoretically possible to record any number of multiple motifs. However, the technique of recording three or more motifs by such a method is not practically applicable. This is because double diffraction gratings such as multiple pixel patterns P12, P23, and P13 can be realized by satisfying the conditions described in §3. It is very difficult to realize the above diffraction grating. Actually, the triple diffraction grating P123 was experimentally produced, but practically sufficient diffracted light could not be obtained from any observation direction. Of course, if specific conditions are set, the possibility that a practical triple diffraction grating P123 can be created cannot be denied, but at present, no such conditions have been found.
[0075]
Accordingly, the inventor of the present application has come up with a novel method for recording three or more motifs by using a double diffraction grating and a sub-pixel together. First, each pixel constituting the motif shown in FIG. 30 is divided into four, and subpixels arranged in two rows and two columns are defined. Then, based on the alphabet written in each pixel of the correspondence information shown in FIG. 30 (d), as shown in FIG. 31, pixel patterns P1, P2, P3 or multiple patterns P12, P23 in each sub-pixel. , P13. For example, for a pixel with a single alphabet “A”, the pixel pattern P1 may be assigned to each of the sub-pixels divided into four. Similarly, for a pixel with a single alphabet "B", a pixel pattern P2 is assigned to each of the sub-pixels divided into four, and a pixel with a single alphabet "C" is assigned. The pixel pattern P3 may be assigned to each of the sub-pixels obtained by dividing this into four.
[0076]
Also, for the pixels with two alphabets “AB”, the pixel pattern P1 is assigned to, for example, the upper left and lower right subpixels of the subpixels divided into four, and the lower left and upper right subpixels are assigned. The pixel pattern P2 is assigned. Alternatively, the multiple pixel pattern P12 is assigned to each of the four divided pixels. In order to improve luminance, the latter assignment is preferably performed. The assignment for the pixels marked with two alphabets “BC” and the pixels marked with “CA” is exactly the same.
[0077]
Further, for the pixels marked with three alphabets “ABC”, among the subpixels divided into four, for example, the multiple pixel pattern P13 is assigned to the upper left and lower right subpixels, and the lower left and upper right subpixels are assigned. The multiple pixel pattern P12 is assigned to. Alternatively, the multiple pixel patterns P12 and P13 may be assigned in combination, or the multiple pixel patterns P13 and P23 may be assigned in combination. Of course, any multiple pixel pattern may be assigned to any position of the sub-pixel. If such an assignment is made, a pixel with three alphabets “ABC” is not necessarily the entire region of the pixel, but a grid line with an arrangement angle of 0 ° and a lattice with an arrangement angle of 45 °. There are three grid lines, that is, a grid line and a grid line with an arrangement angle of 90 °, and it can also serve as three pixel patterns P1, P2, and P3.
[0078]
The same technique can be used when recording four motifs in an overlapping manner. In other words, among the four motifs A, B, C, and D, the pixels in which two or three motifs overlap may be assigned as shown in FIG. 31, and the pixels in which all four motifs overlap. 32, for example, as shown in FIG. 32, a multiple pattern P12 (a pattern obtained by superimposing a pixel pattern for motif A and a pixel pattern for motif B) on each sub-pixel divided into four, and a multiple pattern P34 (a pattern obtained by superimposing the pixel pattern for the motif C and the pixel pattern for the motif D) may be assigned.
[0079]
In short, each pixel is divided into a plurality of subpixels, and lattice lines arranged at a lattice line arrangement angle of a pixel pattern associated with a motif formed by the pixels appear in at least one subpixel. If a pixel pattern or a multiple pixel pattern is assigned to a sub-pixel, it is possible to record three or more motifs in an overlapping manner. Of course, as described in §6, this method can also be applied to an embodiment using a plurality of pixel patterns for one motif.
[0080]
Although the present invention has been described based on some embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various other modes.
[0081]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present inventionDiffraction grating recording mediumAccording to the above, since a plurality of motifs are expressed by multiple diffraction gratings, it is possible to realize a diffraction grating recording medium in which luminance and image quality do not deteriorate even if a plurality of motifs are expressed in an overlapping manner.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a pattern and pixel information used as a motif of a diffraction grating recording medium according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a pixel pattern used in a diffraction grating recording medium according to the present invention.
3 is a diagram showing a diffraction grating recording medium created using the motif shown in FIG. 1 and the pixel pattern shown in FIG.
4 is a diagram illustrating an example of a pixel pattern used for each of the two motifs illustrated in FIG. 5. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of two motifs recorded in duplicate on the diffraction grating recording medium according to the present invention.
6 is a diagram showing correspondence information defining the correspondence between the two motifs shown in FIG. 5 and the two pixel patterns shown in FIG.
7 is a diagram illustrating a state in which the two motifs illustrated in FIG. 5 are expressed by sub-pixels, respectively.
FIG. 8 is a diagram showing a diffraction grating recording medium created by arranging two motifs shown in FIG. 7 in an overlapping manner.
9 is a diagram showing an example of pixel patterns P1 and P2 respectively used for the two motifs shown in FIG. 5 and a multiple pixel pattern P12 obtained by superimposing them. FIG.
10 is a diagram showing correspondence information defining the correspondence between the two motifs shown in FIG. 5 and the three patterns shown in FIG. 9;
11 is a diagram showing a diffraction grating recording medium created by assigning each pattern based on the correspondence information shown in FIG.
FIG. 12 is a diagram showing two types of diffraction grating patterns in which the ratio of the line width dL to the space width dS is 1: 1.
13 is a diagram showing a multiple diffraction grating pattern obtained by superimposing two types of diffraction grating patterns shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram showing two types of diffraction grating patterns in which the ratio between the line width dL and the space width dS is 1: 2.
15 is a diagram showing a multiple diffraction grating pattern obtained by superimposing two types of diffraction grating patterns shown in FIG.
16 is a side sectional view showing the structure of the diffraction grating recording medium having the multiple diffraction grating pattern shown in FIG.
17 is a diagram showing an example of a method for drawing the multiple diffraction grating pattern shown in FIG.
18 is a diagram showing a negative pattern of the multiple diffraction grating pattern shown in FIG.
FIG. 19 is a side sectional view showing an initial stage of a manufacturing process of an original plate used for mass production of a diffraction grating recording medium according to the present invention.
20 is a side sectional view showing a state in which drawing is performed on the resist layer 3 in the state shown in FIG.
FIG. 21 is a side sectional view showing a state in which a resist layer is developed in the state shown in FIG.
22 is a side cross-sectional view showing a state in which the original constituting layer 2 has been etched in the state shown in FIG. 21. FIG.
23 is a side cross-sectional view showing a state in which the remaining resist is peeled and removed from the state shown in FIG. 22 to complete the production of the original plate.
FIG. 24 is a plan view showing a technique for drawing the diffraction grating pattern and the multiple diffraction grating pattern according to the present invention with an electron beam.
FIG. 25 is a block diagram showing an example of an apparatus configuration for creating a diffraction grating recording medium according to the present invention.
FIG. 26 is a diagram for explaining imposition instruction data used in the apparatus shown in FIG. 25;
27 is a diagram showing a hierarchical structure of data handled by the apparatus shown in FIG. 25. FIG.
FIG. 28 is a diagram illustrating an example in which a plurality of pixel patterns are used for one motif.
FIG. 29 is a diagram illustrating a pixel pattern and a multiple pixel pattern used when three motifs are recorded in an overlapping manner.
30 is a diagram showing three motifs expressed using the pixel pattern and the multiple pixel pattern shown in FIG. 29 and the correspondence between the pixels.
FIG. 31 is a diagram illustrating an example in which three motifs are recorded in an overlapping manner using subpixels.
FIG. 32 is a diagram illustrating an example in which four motifs are superimposed and recorded using sub-pixels.
[Explanation of symbols]
1 ... Board
2… Original composition layer
3 ... resist layer
3a: Exposure part
3b ... non-exposed part
10. Motif image data input device
20 ... Workstation
30 ... Storage device
40. Data format conversion device
50. Electron beam drawing apparatus
60 ... Diffraction grating recording master
70 ... Pressing device
80. Multiple diffraction grating recording medium
85 ... depression
86 ... Shielding wall
A, B, C ... Motif
CC ... Intersection area
D1, D2 ... Observation direction
L ... Lattice line
P1 to P6: Pixel pattern
P12, P13, P23, P123 ... Multiple pixel pattern
R1, R2 ... correspondence information
S ... Lattice line space
SS ... Rectangular space
T ... Space excluded from drawing
TT: Space excluded from drawing objects
U ... Dragonfly mark (location information)
V: Closed region where grid lines are placed
X, Y ... coordinate axes
dL: Line width of the lattice line
dS: Grid line space width
p ... Pitch of lattice line
θ: Arrangement angle of grid lines

Claims (6)

回折格子により複数のモチーフを表現した回折格子記録媒体において、
所定の画素閉領域内に多数の格子線を配置してなる画素パターンを、格子線の配置角度を変えることにより複数定義し、これら複数の画素パターンを、互いに格子線の配置角度が近似する画素パターンを1グループとして複数のグループに分け、表現すべき複数のモチーフのそれぞれについて1グループを対応づけ、
異なるグループに所属する2つの画素パターンについて、それぞれに配置されている格子線を同一の画素閉領域内に重ねて配置することにより得られる多重画素パターンを定義し、
単一のモチーフのみを構成する画素には、そのモチーフに対応づけられたグループに所属する画素パターンを割り付け、2つのモチーフを構成する画素には、各モチーフに対応づけられた2つのグループにそれぞれ所属する画素パターンについて定義された多重画素パターンを割り付けたことを特徴とする回折格子記録媒体。
In a diffraction grating recording medium expressing a plurality of motifs by a diffraction grating,
Pixels in which a large number of grid lines are arranged in a predetermined pixel closed region are defined by changing the grid line arrangement angle, and these pixel patterns are approximated by the grid line arrangement angles. Divide the pattern into multiple groups and associate one group for each of the multiple motifs to be expressed.
For two pixel patterns belonging to different groups, a multiple pixel pattern obtained by arranging the grid lines arranged in each group in the same pixel closed region is defined,
A pixel pattern belonging to a group associated with the motif is assigned to a pixel constituting only a single motif, and two pixels associated with each motif are assigned to pixels constituting two motifs. A diffraction grating recording medium characterized by assigning a multiple pixel pattern defined for a pixel pattern to which it belongs.
回折格子により複数のモチーフを表現した回折格子記録媒体において、
所定の画素閉領域内に多数の格子線を配置してなる画素パターンを、格子線の配置角度を変えることにより複数定義し、これら複数の画素パターンを、互いに格子線の配置角度が近似する画素パターンを1グループとして複数のグループに分け、表現すべき複数のモチーフのそれぞれについて1グループを対応づけ、
異なるグループに所属する2つの画素パターンについて、それぞれに配置されている格子線を同一の画素閉領域内に重ねて配置することにより得られる多重画素パターンを定義し、
単一のモチーフのみを構成する画素については、これを分割して得られる各副画素に、そのモチーフに対応づけられたグループに所属する画素パターンを割り付け、
複数のモチーフを構成する画素については、これを分割して得られる各副画素に、各モチーフに対応づけられたグループのそれぞれに所属する画素パターンもしくはその多重画素パターンを割り付け、各グループに関連した格子線配置角度で配置された格子線が少なくとも1つの副画素に現れるように構成したことを特徴とする回折格子記録媒体。
In a diffraction grating recording medium expressing a plurality of motifs by a diffraction grating,
Pixels in which a large number of grid lines are arranged in a predetermined pixel closed region are defined by changing the grid line arrangement angle, and these pixel patterns are approximated by the grid line arrangement angles. Divide the pattern into multiple groups and associate one group for each of the multiple motifs to be expressed.
For two pixel patterns belonging to different groups, a multiple pixel pattern obtained by arranging the grid lines arranged in each group in the same pixel closed region is defined,
For pixels that make up only a single motif, assign a pixel pattern belonging to the group associated with that motif to each sub-pixel obtained by dividing this,
For pixels that make up multiple motifs, each subpixel obtained by dividing this motif is assigned a pixel pattern belonging to each of the groups associated with each motif or its multiple pixel pattern, and related to each group. A diffraction grating recording medium, wherein the grating lines arranged at the grating line arrangement angle appear in at least one subpixel.
請求項1または2に記載の回折格子記録媒体において、
ライン幅dLとスペース幅dSとの間に、dS≧2・dLなる関係が得られるような格子線を用いたことを特徴とする回折格子記録媒体。
The diffraction grating recording medium according to claim 1 or 2 ,
A diffraction grating recording medium, wherein a grating line is used between the line width dL and the space width dS so that a relationship of dS ≧ 2 · dL is obtained.
請求項3に記載の回折格子記録媒体において、
格子線のライン部分が凸部、スペース部分が凹部をなすように構成したことを特徴とする回折格子記録媒体。
The diffraction grating recording medium according to claim 3 ,
A diffraction grating recording medium, characterized in that a line portion of a grating line is a convex portion and a space portion is a concave portion.
請求項4に記載の回折格子記録媒体において、
所定の可視波長λに対して、dS>λなる式を満足するようなスペース幅dSをもった格子線を用いたことを特徴とする回折格子記録媒体。
The diffraction grating recording medium according to claim 4 , wherein
A diffraction grating recording medium using a grating line having a space width dS satisfying an expression of dS> λ for a predetermined visible wavelength λ.
請求項5に記載の回折格子記録媒体において、
記録媒体表面に立てた法線に対して所定の観察角度θを定義し、(dS+dL)・sinθ=λなる式を満足するようなライン幅dLおよびスペース幅dSをもった格子線を用いたことを特徴とする回折格子記録媒体。
The diffraction grating recording medium according to claim 5 , wherein
A predetermined observation angle θ is defined with respect to a normal line standing on the surface of the recording medium, and lattice lines having a line width dL and a space width dS satisfying the expression (dS + dL) · sin θ = λ are used. A diffraction grating recording medium characterized by the above.
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