JPH04136810A - 回折格子パターンを有するディスプレイおよびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は平面状の基板の表面に回折格子からなる複数の
微小なドツトを配置することにより、回折格子パターン
からなる複数の画像が形成されたディスプレイおよびそ
の作製方法に係り、特に複数の画像（あるいはメツセー
ジ、警告等）中の任意の画像をクリアーに表現し得るよ
うにした回析格子パターンを有するディスプレイおよび
その作製方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、動画像、あるいは視点を変えることによって
変化する画像を、平面状の基板上に表現する方法として
、ホログラフィック・ステレオグラムや、ホログラムの
チエンリンクと称される技術がある。また、最近では、
レンチキュラレンズを使用することも考えられてきてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようなホログラフィック・ステレオ
ダラムや、ホログラムのチエンリンクでは、複数の画像
が同時に目に入ったり、ボケが生じたりと、クリアーな
画像を表現することができなかった。また、光源の位置
の移動についても、直線上を動かすなど、比較的単純な
範囲での動きしか許されなかった。さらに、レンチキュ
ラー・レンズを使用するものでは、光源の位置を変えて
も、観察者が移動しなければ画像の変化を観察すること
ができないという問題があった。

本発明は上述のような問題を解決するために成されたも
ので、光源、または観察者、もしくは基板の３つの要素
の相対的な位置を変えることにより、複数の画像（ある
いはメツセージ、警告等）中の任意の画像をクリアーに
表現することが可能な回折格子パターンを有するディス
プレイおよびその作製方法を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明では、平面状の基板
の表面に回折格子からなる複数の微小なドツトを配置す
ることにより、回折格子パターンからなる複数の画像が
形成されたディスプレイにおいて、一つ一つの画像を（
１１１成する各ドツトが、同一方向の回折格子から成っ
ている。

また、上記の目的を達成するための本発明による回折格
子パターンを有するディスプレイの作製方法は、まず、
ある角度で任意の空間周波数の微小な回折格子のドツト
を用いて、最初の画像を基板上に形成し、次に、上記角
度と異なった角度で任意の空間周波数の微小な回折格子
を用いて次の画像を同一の基板上に形成し、以後、所望
する画像の数だけ上記と同様の操作を繰り返し、次々と
画像を同一の基板上に形成するようにしている。

［作用］ 従って、本発明のディスプレイにおいては、一つ一つの
画像を構成する各ドツトが、同一方向の回折格子から成
っていることにより、観察者が視点を変えた場合に、異
なった画像を観察することができる。また、静止した観
察者の場合にも、光源の位置を変えることによって、光
源の位置に応じた異なる画像を観察することができる。

ざらに、静止した光源によって静止した観察者がこのデ
ィスプレイを観察する場合でも、ディスプレイを移動、
回転させることによって、異なる画像を観察することが
できる。

以上により、アニメーションのような効果を得ることも
、複数のメツセージの表現等をすることも可能となる。

［実施例］ 本発明は、動画像を始めとする、複数の画像（文字を含
む）が存在することにより意味を持つ一連の画像を回折
格子を用いて表現するディスプレイにおいて、一つ一つ
の画像がある一定の方向の回折格子から成っていること
を特徴とする（空間周波数は一定でなくても良い）もの
である。これにより、観察時には、観察者、光源、デイ
スプレイの３つの要素の相対的な位置が変わることによ
り、観察者の目にはいる画像も変化する。

また、本発明のディスプレイの作製方法としては、例え
ばレーザビームを用い、２光束干渉による微小な干渉縞
を、そのピッチ、方向、および光強度を変化させて、感
光性フィルム上に次々と露光する方法、あるいは電子ビ
ーム露光装置を用い、コンピューター制御により平面上
の基板が載置されたＸ−Ｙ−θステージを移動させて基
板の表面に回折格子からなる複数の微小なドツトを配置
する方法を用いる。

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

なおここでは、２光束のレーザビームを交わらせて回折
格子のドツトを作製する方法を例として述べろ。

第１図は、本発明の２光束干渉による回折格子パターン
を有するディスプレイを作製する方法を説明するための
斜視図である。本実施例は、コンピューター上の画像情
報にそって、２本のレーザ−ビームを操作し、赤（Ｒ）
、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のドツトを直接感光材料の上に露
光していき、そのドツトの組み合わせによって回折格子
パターンを有するディスプレイを作製するものである。

すなわち、第１図に示すように、２本のレーザビーム１
０．１２を乾板（感光材料を塗布したガラス板）１４上
でドツト状に交わらせると、ドツト１６に干渉縞１８が
生じる。この干渉縞１８の周期は、２本のレーザビーム
１０．１２の交わる角度を変えることにより、変化させ
ることが可能である。コンピュータの指示に従って、Ｘ
−Ｙ−θステージ２０を移動させながら、この干渉縞１
８のドツト１６を乾板１４上に形成する。この場合、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色を表わす３種のドツ
ト１６を形成するために、３通りの角度を有するレーザ
ビームを準備する。このようにして、赤（Ｒ）、緑（Ｇ
）、青（Ｂ）の３色のスポットを、コンピュータの指示
に従って乾板１４上の任意の位置に形成する。

第２図は、乾板１４上にドツト１６を形成するための光
学系の構成例を示す図である。すなわち、第２図におい
て、レーザ光源２２より発したレーザビームは、全反射
ミラー２４．２６により光路を変えて、ハーフミラ−３
２，３４，３６に入射し、４本のレーザビームＢｌ、Ｂ
２．Ｂ３．Ｂ４に分けられる。この時、４本のレーザビ
ームＢｌ。

Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４は、互いに等しい強度を持つように設
定される。そして、３本のレーザビームＢ１、Ｂ２．Ｂ
３は、スリット３８によって１本に選択され、レンズ４
０、ミラー４２を通って乾板１４上に入射される。また
、リファレンス光となるレーザビームＢ４は、ミラー４
４．４６を通って乾板１４上に入射される。この場合、
４本のレーザビームＢｌ、Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４は、１点に
集まるように調整されている。また、これらの４本のレ
ーザビームＢｌ、Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４が乾板１４上に入射
する角度は、回折格子からの回折光が赤（Ｒ）、緑（Ｇ
）、青ＣＢ）の３色の色を表わすように、予め計算され
た値に設定されている。

一方、乾板１４はＸ−Ｙ−θステージ２０上に載置され
、ざらにＸ−Ｙ−θステージ２０は、コンピュータ制御
により移動できるようになっている。また、４本のレー
ザビームＢｌ、Ｂ２．Ｂ３゜Ｂ４は、乾板１４に入射す
る直前でシャッター４８を通過するようになっており、
シャッター４８の開閉によって露光または非露光を制御
する。

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

あらかじめイメージスキャナーを用いて読み取った複数
の画像の画像データを用意し、まずステップＡに示すよ
うに、この画像データの中から１枚分の画像のデータを
読み込み、コンピューター３０内で拡大縮小などの必要
な画像処理を施した後、画像データをＲ，Ｇ、Ｂの各色
に分解してそれぞれ記憶させておく。

次に、ステップＢ、Ｃに示すように、露光する色を指定
して光学系のスリット３８を移動させ、レーザービーム
Ｂｌ、Ｂ２．Ｂ３のうちで指定されたレーザービームだ
けをスリット３８を通過させる。

次に、ステップＤに示すように、露光するドツトの対応
する位置に、Ｘ−Ｙ−θステージ２０のｘ−ｙステージ
を移動させる。

次に、ステップＥに示すように、光学系のシャッター４
８を開き、乾板１４に露光して、指定した色に対応する
回折格子を形成する。そして、ステップＦに示すように
、１枚の画像に相当する全ドツトの露光が終了したかど
うかを判定する。その結果、全ドツトの露光が終了して
いない時にはステップＢに戻り、ステップＢ、Ｃ，Ｄ、
Ｅ、Ｆの各処理を繰り返しくステップＨ）、１枚の画像
に相当する複数のドツト状の回折格子パターンを形成す
る。

また、１枚の画像に相当する全ドツトの露光が終了した
時にはステップＧに移行し、Ｘ−Ｙ−θステージ２０の
θステージを移動させる。そして、ステップＨで、全画
像について露光が終了したかどうを判定し、全画像につ
いて露光が終了していない時にはステップＡに戻り、ス
テップＡからスチップＨの各処理を繰り返す。このよう
にして、全画像について露光が終了すれば、本実施例の
回析格子パターンを有するディスプレイが完成する。

上述したように本実施例では、２光束干渉装置を用い、
かつコンピュータ制御により平面状の基板１４が載置さ
れたＸ−Ｙ−θステージ２０を移動させて、基板１４の
表面に回折格子からなる複数の微小なドツトを配置する
ことにより、回折格子パターンが形成されたディスプレ
イを作製するに場合に、まずある角度で任意の空間周波
数の微小な回折格子のドツトを用いて、第５図に示すよ
うに最初の画像を基板１４上に形成し、次に上記の角度
と異なった角度で任意の空間周波数の微小な回折格子を
用いて次の画像を同一の基板１４上に形成し、以後新型
する必要な画像の数だけ、同様の操作を繰り返して行な
うことにより、一つ一つの画像を構成する各ドツトが、
同一方向の回折格子から成るようにしたものである。

従って、本実施例のディスプレイを用いることにより、
観察者が視点を変えた場合に、異なった画像を観察する
ことができる。また、静止した観察者の場合にも、光源
の位置を変えることによって、光源の位置に応じた異な
る画像を観察することができる。さらに、静止した光源
によって静止した観察者がこのディスプレイを観察する
場合でも、ディスプレイを移動、回転させることによっ
て、異なる画像を観察することができる。

これにより、本実施例のディスプレイを、静止した観察
者が、光源を動かしながら観察すると、第６図（ａ）、
（ｂ）に示すように、回折格子の角度の異なる画像か次
々に見える。また、元の画像が連続したものならば、ア
ニメーションの効果も見られる。さらに、同一の位置に
複数のメツセージを順次表示することや、複数の画像を
同時に表示することによって、様々な画像表現が可能と
なる。

なお、光源、観察者、基板の３要素の相対的な位置関係
、と観察される画像との関係は、その画像のグレーティ
ング（回折格子）の方向に依存し、観察される画像の色
はそのグレーティングのピッチ（空間周波数）に依存す
る。その数学的な記述は、第７図（ａ）、（ｂ）を参照
して説明すると、以下のようになる。

第７図において、Ωはグレーティングの回転角、ｄはグ
レーティングのピッチ、φは入射光の角度（すなわち光
源の位置）、βは回折光の角度（すなわち観察される方
向）のＹ−Ｚ平面へ投影した角度を示す。また、（ｕ、
ｖ、ｚ）系は、（ｘ。

ｙ、ｚ）系を２軸を中心に回転角Ωだけ回転した系であ
り、入射光のＸ−Ｙ平面への投影がＹ軸に一致するよう
にする。

β−ａｒｃ　　ｔａｎ［ｕ　　＋ｖ ｔａｎ　　ＩΩ＋ａ　ｒｅ　　ｔ　ａｎ　（ｕ／ｖ）　
］　］ｄ＝λｃｏｓθ／（ｓｉｎα＋ｓｔｎβ）ただし
、 ａｗａｒｃ　　　ｔａｎ　　（ｔａｎ　　φ　ｌ　　ｃ
ｏｓ　　Ω　１　）θ−ａｒｃ　　　ｔａｎ　　（ｓｉ
ｎ　　Ω／　　　　ｃ　　ｏ　　ｓ　　　Ω＋　ｔａｎ
−φ））尚、上記実施例では、レーザビームを用い、２
光束干渉による微小な干渉縞を、そのピッチ、方向、お
よび光強度を変化させて、感光性フィルム上に次々と露
光する方法によりディスプレイを作製する場合について
述べたが、電子ビーム露光装置を用い、コンピューター
制御により平面上の基板が載置されたＸ−Ｙ−θステー
ジ（θステージは固定とする）を移動させて、基板の表
面に回折格子からなる複数の微小なドツトを配置する方
法によりディスプレイを作製するようにしてもよい。

以下に、本発明の電子ビーム露光装置を用いた回折格子
パターンを有するディスプレイの作製方法について、第
８図ないし第１０図を参照して説明する。

電子ビーム露光装置は、第８図に示すように、電子銃５
０と、アライメント５２と、ブランカ５４と、コンデン
サレンズ５６と、ステイグメータ５８と、ディフレクタ
−６０と、対物レンズ６２と、ｘ−ｙ−θステージ２０
とからなる。そして、Ｘ−Ｙ−θステージ２０上には、
乾板（ＥＢレジスト）１４が載置されている。また、ブ
ランカー５４、ディフレクタ−６０、およびＸ−Ｙθス
テージ２０は、コントロールインターフェイス６４を介
してコンピュータ６６に接続されている。さらに、電子
銃５０から発射された電子ビームは、コンピュータ６６
に制御されて乾板１４上を走査する。

第９図は、Ｘ−Ｙ−θステージ２０上に載置された乾板
１４を示している。第９図に示すように、電子銃５０か
ら発射された電子ビーム７０は、ドツト１６を単位にし
て回折格子パターン１８を描画する。Ｘ−Ｙ−θステー
ジ（θステージは固定とする）２０を移動させることに
より、ドツト毎に次々と回折格子パターン１８を描画す
る。

次に、第１０図に示すフロー図を用いてディスプレイの
作製方法について説明する。

まずステップ■に示すように、あらかじめイメージスキ
ャナーを用いて読み取った複数の画像の画像データの中
から、１枚分の画像のデータを読み込み、コンピュータ
ー３０内で拡大縮小などの必要な画像処理を施した後、
画像データをコンピューター３０内に記憶させておく。

次に、ステップＪに示すように、回折格子の方向を決定
する。

次に、ステップＫに示すように、回折格子のピッチを決
定する。

次に、ステップＬに示すように、露光するドツトの対応
する位置に、Ｘ−Ｙ−θステージ２０のＸ−Ｙステージ
を移動しくθステージは固定とする）、ステップＭにお
いてそのドツトの回折格子の描画を行なう。

次に、ステップＮに示すように、１枚の画像に相当する
全ドツトの露光が終了したかどうかを判定する。その結
果、全ドツトの露光が終了していない時にはステップＫ
に戻り、ステップＬ、Ｍの各処理を繰り返しくステップ
Ｎ）、１枚の画像に相当する複数のドツト状の回折格子
パターンを形成する。

また、１枚の画像に相当する全ドツトの露光が終了した
時にはステップＯに移行し、全画像について露光が終了
したかどうを判定する。その結果、全画像について露光
が終了していない時にはステツブＩに戻り、ステップ■
からステップＯの各処理を繰り返す。このようにして、
全画像について露光が終了すれば、本実施例の回折格子
パターンを有するディスプレイが完成する。

本実施例のディスプレイにおいても、観察者が視点を変
えた場合に、異なった画像を観察することができる。ま
た、静止した観察者の場合にも、光源の位置を変えるこ
とによって、光源の位置に応じた異なる画像を観察する
ことができる。さらに、静止した光源によって静止した
観察者がこのディスプレイを観察する場合でも、ディス
プレイを移動、回転させることによって、異なる画像を
観察することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、まずある角度で任
意の空間周波数の微小な回折格子のドツトを用いて最初
の画像を基板上に形成し、次に上記の角度と異なった角
度で任意の空間周波数の微小な回折格子を用いて次の画
像を同一の基板上に形成し、以後所望する必要な画像の
数だけ同様の操作を繰り返して行なうことにより、一つ
一つの画像を構成する各ドツトが、同一方向の回折格子
から成るようにしたので、光源、または観察者、もしく
は基板の３つの要素の相対的な位置を変えることにより
、複数の画像（あるいはメツセージ、警告等）中の任意
の画像をクリアーに表現することが可能な回折格子パタ
ーンを有するディスプレイおよびその作製方法が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２光束干渉による回折格子パターンを
有するディスプレイの作製方法の一実施例を示す斜視図
、 第２図は本発明のディスプレイの作製方法を実施するた
めの光学系の構成例を示す図、第３図は同実施例におけ
るディスプレイの作製方法を説明するための概略図、 第４図は同実施例におけるディスプレイの作製方法を説
明するためのフロー図、 第５図ないし第７図は同実施例におけるディスプレイを
説明するための図、 第８図は本発明の電子ビーム露光装置を用いた回折格子
パターンを有するディスプレイの作製方法の一実施例を
示す概略図、 第９図は同実施例におけるＸ−Ｙ−〇ステージ上に載置
されたＥＢレジストを示す図、第１０図は同実施例にお
けるディスプレイの作製方法を説明するためのフロー図
である。 １０．１．２・・・レーザビーム、１４・・乾板、１５
・・ＥＢレジスト乾板、１６・・ドツト、１８・・・回
折格子、２０・・・Ｘ−Ｙ−θステージ、２２・・・レ
ーサー光源、３０・・・コンピュータ、３８・・・スリ
ット、４８・・・シャッター　５０・・・電子銃、５４
・・・プランカー　６０・・・ディフレクタ−６２・・
・対物レンズ、６４・・・コントロールインターフェイ
ス、６６・・・コンピュータ、７０・・・電子ビーム。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦８１〜Ｂ４レ
ーザビーム Ｘ−Ｙ−ｅ ステージ 第 図 五丁＃テ゛ゝ夕 基 板 画 像

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平面状の基板の表面に回折格子からなる複数の微
   小なドットを配置することにより、回折格子パターンか
   らなる複数の画像が形成されたディスプレイにおいて、
   一つ一つの画像を構成する各ドットが、同一方向の回折
   格子から成っていることを特徴とする回折格子パターン
   を有するディスプレイ。
2. （２）平面状の基板の表面に回折格子からなる複数の微
   小なドットを配置することにより、回折格子パターンか
   らなる複数の画像が形成されたディスプレイを作製する
   方法において、 まず、ある角度で任意の空間周波数の微小な回折格子の
   ドットを用いて、最初の画像を基板上に形成し、 次に、前記角度と異なった角度で任意の空間周波数の微
   小な回折格子を用いて次の画像を前記基板上に形成し、 以後、所望する画像の数だけ前記と同様の操作を繰り返
   し、次々と画像を前記基板上に形成するようにしたこと
   を特徴とする回折格子パターンを有するディスプレイの
   作製方法。