JPH08313713A - 回折格子パターンの作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡便な装置・動作によって、回折格子からなる
セルを構成単位とするレリーフ型の回折格子パターンを
作製できる方法の提供。 【構成】光の反射方向、拡散方向、または光の散乱性
が、領域毎に特定される光反射面を有する光反射体をマ
スター基板とし、前記基板に半透明鏡および感光材料を
この順に近接して配置し、感光材料側からコヒーレント
光を入射し、感光材料を透過して半透明鏡で感光材料側
に反射する光と、感光材料および半透明鏡を透過して前
記基板で反射される光とを、感光材料表面で干渉させ、
感光材料に前記基板のパターンを露光・複製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の表面に微細な回
折格子（グレーティング）をセル（ドット）毎に配置す
ることにより形成される回折格子パターンに関し、特
に、レーザー光を干渉させることによって、ドット状の
回折格子からなるパターンを作製する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー光の２光束干渉によって、基板
の表面に回折格子からなる複数の微少なドットを所望に
配置し、回折格子パターンからなるディスプレイを得る
方法として、以下に挙げる手法が公知である。

【０００３】２光束干渉法として、本出願人による特開
昭６０−１５６００４号公報や特開平５−２４１００７
号公報などに代表される一連の方法が公知である。この
方法は、２本のコヒーレント光（レーザービーム）を感
光材料上で交叉させ、ドット単位で露光することにより
双方のコヒーレント光を干渉させて、ドットに形成され
る微少な干渉縞（回折格子）を、そのピッチ・方向・光
強度を適宜変化させて、次々と露光記録し、回折格子ド
ット（セル）の集まりからなるパターンを作製する方法
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】既知の２光束干渉法で
は、複雑な光学系（少なくとも、レーザー光源，シャッ
ター，ビームの分岐手段，ビームを交叉させるための結
像系，感光材料を搭載するステージ，ステージを所望に
駆動させる手段）が必要であると共に、回折格子の空間
周波数（格子縞のピッチ）や方向（格子縞の方向）を変
える際には、空間周波数毎あるいは方向毎に光学系の一
部を制御して、光の入射角度あるいは入射方向を変える
などの機械的動作が必要となる。また、大きいサイズあ
るいは複雑な回折格子パターンを作製する場合には非常
に時間と労力を要する。

【０００５】本発明は、大きいサイズあるいは複雑な回
折格子パターンであっても、簡便な装置・動作によって
作製できる方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、予めマスター基板用として作製された下記のものを
用いる。

【０００７】(1) オパール効果を奏する画像形成体 「回折」ではなく「反射」の物理現象を利用して、特殊
な視覚効果をかもしだす画像形成体として、本出願人に
よる実公昭６２−１０１１６号公報に例示されるものが
公知である。

【０００８】前記画像形成体は、金属面（反射面）に、
万線状波形凹凸パターン群が複数組集合してなり、且つ
それぞれの前記パターン群における万線方向を種々の方
向に変化させてなるものであり、前記パターン群の断面
形状は略々正弦波状で、ピッチは0.08mm〜0.13mmで、ピ
ッチ幅とエンボス深度の割合が７：１〜10：１、であ
る。

【０００９】前記画像形成体は、その表面に形成するエ
ンボスパターンを構成するそれぞれの万線状凹凸パター
ン群における万線方向を種々の方向に振ってあるため、
パターン表面での反射光の反射方向が様々に変化するの
で、見る角度や方向を様々に変化させると、各万線状凹
凸パターン群の濃淡や輝きが動的に変化し（オパール効
果という）、極めて美麗な効果をかもしだすようになっ
ている。

【００１０】すなわち、本発明で提案する回折格子パタ
ーンの作製方法は、上記(1) の画像形成体（光反射体）
をマスター基板とし、前記基板に半透明鏡および感光材
料をこの順に近接して配置し、感光材料側からレーザー
光などのコヒーレント光を入射し、感光材料を透過して
半透明鏡で感光材料側に反射する光と、感光材料および
半透明鏡を透過して前記画像形成体で反射される光と
を、感光材料表面で干渉させ、感光材料に前記基板のパ
ターンを露光・複製することによって、回折格子からな
るセルを構成単位とするレリーフ型の回折格子パターン
を作製する方法である。

【００１１】

【作用】上記公報に例示した手法のように、レーザー光
を２光束に分割し感光材料上で交叉させる必要がなく、
感光材料側より１本のレーザー光を入射させることのみ
によって、マスター基板に形成された各領域（反射面・
拡散面・散乱面）をセル単位とするパターンが簡便に作
製される。

【００１２】また、上記(1) の画像形成体（光反射体）
は、反射・拡散方向を決定するセル（領域）に形成され
ている万線状波形凹凸パターン群の断面形状は、既存の
回折格子パターンに形成されている格子縞の凹凸よりも
粗いものであるため、任意の前記画像形成体を作製する
ことは、従来方法による回折格子パターンの作製よりも
容易である。

【００１３】光反射体からの反射光の方向に依存し、作
製される回折格子の空間周波数や方向が変化する。これ
らは、作製された回折格子を観察するときの、観察可能
な方向や観察される色などの条件を決定する。

【００１４】異なる方向に光を反射する複数の領域を有
する光反射板を用いることで、多方向からの視点を想定
したパターンをただ一度の露光で作製することができ
る。

【００１５】半透明鏡の反射率／透過率比を適切に設定
することで、ホログラム撮影で言う参照光／物体光比を
適切に設定することができ、所望の露光条件で回折格子
が露光記録できる。

【００１６】作製される回折格子パターンはレリーフ型
であるため、レリーフ型ホログラムと同様に、１つのマ
スターから大量にエンボス複製を行うことができる。

【００１７】

【実施例】図１に、本発明による作製方法の概要を示
す。光の反射（拡散）方向が領域毎に特定される光反射
面を有する光反射体（マスター基板）の上に、半透明鏡
および感光材料をこの順に密接させて載置し、感光材料
側から十分な広さの平行光（コヒーレント光）を入射す
る。

【００１８】図２は、前記マスター基板を構成する領域
である光反射面（鏡面。請求項４に対応）および半透明
鏡における光の反射の様子を示している。この場合、入
射光に対し、半透明鏡での反射角は一定であり、マスタ
ー基板の光反射面の傾斜角θに依存して反射光の出射角
γが決定する。入射光の入射角がαの時に、半透明鏡で
の反射角φ＝−αであり、マスター基板の光反射面での
反射角γ＝２θ−αである。

【００１９】図３は、感光材料中での光の干渉を示して
いる。すなわち、入射光が感光材料に入射・透過し、感
光材料の透過率に依存して透過した光が半透明鏡に到達
する。半透明鏡では、一部の光を感光材料側に反射し、
残りの光を透過する。半透明鏡を透過した光がマスター
基板の光反射面に到達する。光反射面では前述の反射角
γで光が反射され、感光材料で入射光と反射光とが干渉
し合い、感光材料表面で、干渉縞として記録されて回折
格子となる。この干渉縞は、観光材料の特性により、表
面レリーフ型とすることができる。

【００２０】ここで、記録される回折格子のピッチｄ
は、下記式に従うことになる。 λ＝ｄ（ｓｉｎφ−ｓｉｎγ） （λ；入射光の波長）

【００２１】図１の光反射体上には、これらの光反射面
（または、拡散面・散乱面。以後、これらを総称して光
反射面とする）を領域単位として前記単位が所望に配置
されている。それぞれの光反射面は、予め決められた方
向に光を反射するため、個々の光反射面に応じて、感光
材料表面の個々の領域に、反射光の出射方向に応じた回
折方向を有する回折格子が形成される。

【００２２】従って、マスター基板の全面に渡る拡げら
れたコヒーレント光を１度露光することによるだけで、
必要な領域には回折格子パターンが記録される。

【００２３】光反射体（マスター基板）が、予め画像や
文字などを表現するように配置されていれば（請求項２
に対応）、得られる回折格子パターンはそれらを表示す
ることができる。

【００２４】この際、マスター基板に光反射面・光拡散
面がない領域については、感光材料に回折格子セルが形
成されないため、コントラストの高い像が得られる。
（請求項６に対応）

【００２５】図４は、マスター基板を構成する領域の反
射面の角度が異なる複数種の光反射体（正反射面・拡散
反射面）の例を示す。同図に示す６種類の反射面は、そ
れぞれが一領域（作製される回折格子１セル）に対応す
る。

【００２６】左のマスター基板が、反射面の傾斜角が一
番大きく、前記マスター基板を露光複製する場合に、反
射面からの反射光が全て感光材料に到達しないこと（鋸
歯状なため、遮られる成分）もあるので、感光材料の全
面に渡って回折格子が形成されない部分も生じてしま
う。

【００２７】感光材料をマスター基板に対して密接させ
るほど、上記要因は減少し、感光材料の全面に渡って回
折格子が形成される度合いが高くなる。このことは、正
反射面の場合も拡散反射面の場合も、鋸歯状のピッチが
等しいならば、右のマスター基板（反射面の傾斜角が小
さい）ほど顕著となる。また、反射面の傾斜角が等しい
ならば、鋸歯状のピッチが小さい（すなわち、反射面を
細かく分割した）場合に、同じことが言える。

【００２８】図５は、各領域が正反射（鏡面反射）する
光反射体の例を示す。すなわち、この光反射体の各領域
（および、マスター基板全体）は、表面が一様な平面で
あり、前記平面の配置角度に依存する方向にのみ入射光
を正反射させる鏡面であって、前記配置角度が一様な場
合であり、特定の方向にのみ光を反射するため（請求項
４に対応）、作製される回折格子セルは非常に単純にな
り、特定の方向に対しては回折光の輝度も高い。特に、
鏡面反射面のない領域が、透光／光吸収特性を有する場
合（請求項６に対応）、このことは一層顕著である。

【００２９】図６は、各領域が１方向にのみ光拡散性を
有する（左の図で、反射点から紙面内での反射であり、
反射角度のみが異なって、ある分布を持って反射する）
光反射体の例を示す。拡散光は、各領域の傾斜の分布に
依存して、特定の分布を持って反射するため（請求項５
に対応）、作製される回折格子セルは特定の方向にのみ
光を拡散する機能を有する。拡散方向については、特定
の指向性（紙面内）の中で、広い角度から回折光を観察
することができる一方、それ以外からは回折光を観察し
づらい。

【００３０】一方、光反射体として、光を散乱する機能
を有するものを用いると、作製される回折格子は複雑な
ものとなり、光を散乱する性質を持ち、広い範囲から回
折光を観察可能となる。

【００３１】尚、本発明では、「拡散」とは特定の指向
性（図６において、一定の面内）を有し、角度に応じた
分布を持って反射することを意味し、「散乱」とは特定
の指向性を持たないで、すなわち、方向も角度も全くラ
ンダムに反射することを意味する。

【００３２】図７は、正反射面（鏡面反射面）におけ
る、反射面と作製される回折格子との対応を示す。マス
ター基板の光反射面における万線のピッチＤは、通常数
十μｍ以上のオーダーであり、化学的なエッチングある
いは物理的な切削などにより容易に形成できる。

【００３３】一方、感光材料中に形成される回折格子の
ピッチｄ（通常、サブミクロンオーダー）は、露光時の
入射角と反射角に依存するものであり、従って光反射面
の傾斜角に依存する。

【００３４】レリーフ型（表面凹凸型）の回折格子で
は、感光材料の片面からの光線同士の干渉による干渉縞
が、現像処理によって凹凸の形態となる。（図１１の概
念図を参照）

【００３５】本発明においては、比較的粗い光反射体
（マスター基板）を作製するだけで、簡便に、複雑で細
かい回折格子を形成することが可能である。

【００３６】例えば、図８に示すように、光反射体の外
形を任意の形状にすれば、作製される回折格子も同一の
形状となり、さらに複雑なパターンが非常に容易に形成
できることになる。

【００３７】図９に、光反射体（マスター基板）の一例
を示す。例えば、ａ，ｂの部分が正反射面、ｃの部分が
光拡散面で形成されているとすると、作製される回折格
子パターンは図１０のようになる。

【００３８】すなわち、回折格子パターンの領域Ａ，Ｂ
は、それぞれ単純な回折格子で形成されているため、非
常に明るく、しかし限られた方向からのみ回折光が観察
される。

【００３９】Ｃの部分は相対的に鈍く光るが、Ａ，Ｂに
比べ広い範囲から回折光が観察できる。従って、これら
単純な回折格子と複雑な回折格子との組み合わせによ
り、Ｃのような部分で観察者の注意を引き、Ａ，Ｂのよ
うな部分で輝度の高い像を観察させる、などの効果を出
すことができる。

【００４０】また、それぞれの光反射体における光の反
射方向を適切に設計することで、これらの観察可能な視
点位置を適当に設定することにより、視点変化に伴い観
察される画像が変化するような効果も容易に実現でき
る。

【００４１】さらに、光散乱効果を有するパターンを同
時に形成すると、一層変化に富んだ画像を観察させるこ
とができる。

【００４２】本実施例では、入射光として、拡げられた
平行光を利用する場合について述べたが、これに限ら
ず、ビーム状の光、あるいは線状の光を走査することに
よっても同様の露光・複製ができる。この場合には、感
光材料上の単位面積に関しては露光時間を短くすること
ができ、従って、光学系の振動の影響などを一層受けに
くくなる。

【００４３】

【発明の効果】本発明による顕著な効果を以下に列挙す
る。

【００４４】ａ）感光材料，半透明鏡，およびマスター
基板に対して、入射する光は１光束でよいため、光学系
が簡便なもので済み、振動などの外部からの影響を受け
にくく、安定して回折格子パターンを作製できる。 ｂ）粗い構造の光反射体から細かい回折格子が作製でき
るため、化学エッチングや物理的な切削などの簡易な手
法により、光反射体を適切に作れば、マスター基板を適
宜変更することが可能であり、複雑なパターンも容易に
作製できる。 ｃ）空間周波数毎あるいは回折格子の方向毎に光学系を
制御して、セル（ドット）毎にそれぞれ独立した露光を
行う必要はなく、作製工程が非常に簡便になる。 ｄ）光反射体は斜面を有しているが、１つ１つの光反射
面の面積が十分小さければ、感光材料との距離は光反射
体上の全ての位置で十分近づけることができ、安定して
高精度な回折格子パターンが作製できる。従って、高画
質な画像も表現できる。 ｅ）光反射体内の領域で平面状の鏡面である光反射面を
用いた場合には、対応する感光材料の部分には、直線的
な格子縞から成る単純な回折格子が記録され、観察可能
な視点は限られるが観察時の輝度が高い回折格子が作製
される。 ｆ）光反射体内の領域で光拡散性の領域を用いた場合、
対応する感光材料の部分には、その拡散性に応じてある
程度広い範囲に光を回折する機能を有する回折格子が記
録され、特定範囲から光って見える比較的視域の広い回
折格子が作製される。 ｇ）光反射体上の光反射面もしくは光拡散面以外の部分
に、光を吸収もしくは透過する機能を持たせることによ
り、光反射体での反射光（もしくは拡散光）のみを干渉
させることができ、Ｓ／Ｎの良い回折格子パターンが作
製できる。 ｈ）光反射体内の領域で光散乱性の領域を用いた場合、
対応する感光材料の部分には、前記領域に対応する部分
は、非常に広い範囲に光を回折する機能を有する回折格
子が記録され、広範囲から光って見える視域の広い回折
格子が作製される。 ｉ）参照光／物体光比の設定が、半透明鏡の反射率／透
過率比を設定することで行え、所望の条件での露光記録
が容易である。 ｊ）作製される回折格子パターンはレリーフ型であるた
め、レリーフ型ホログラムと同様に、１つのマスターか
ら大量にエンボス複製を行うことができる。 ｋ）複雑な回折格子パターンを簡便かつ安定に、しかも
極めて短時間に作製可能である。しかも、本発明によっ
て得られた回折格子パターンは光反射体に対応する各領
域毎に観察できる視点を設定でき、非常に複雑なものと
なり、視覚効果およびセキュリティ性が高い。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による作製方法の概要を示す説明図。

【図２】光反射面（鏡面）における光の反射の様子を示
す説明図。

【図３】感光材料中での光の干渉を示す説明図。

【図４】反射面の角度が異なる複数種の光反射体を示す
説明図。

【図５】各領域が鏡面反射する光反射体を示す説明図。

【図６】各領域が１方向にのみ光拡散性を有する光反射
体を示す説明図。

【図７】反射面と作製される回折格子との対応を示す説
明図。

【図８】反射面の形状と作製される回折格子の形状との
対応を示す説明図。

【図９】光反射体（マスター基板）の一例を示す説明
図。

【図１０】図９に対応して作製される回折格子の一例を
示す説明図。

【図１１】感光材料における干渉縞記録を概念的に示す
模式図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光の反射方向、拡散方向、または光の散乱
   性が、領域毎に特定される光反射面を有する光反射体を
   マスター基板とし、 前記基板の光反射面側に、半透明鏡，感光材料をこの順
   に近接して配置し、 感光材料側よりコヒーレント光を入射し、 感光材料を透過して半透明鏡で感光材料側に反射する光
   と、感光材料および半透明鏡を透過して前記基板の光反
   射面で反射する光とを、感光材料で干渉させ、感光材料
   に干渉縞を前記領域に対応した回折格子からなるセルと
   して記録することによって、 前記セルを構成単位とする、前記基板に応じたパターン
   を作製することを特徴とする回折格子パターンの作製方
   法。
2. 【請求項２】光反射体の各領域を画素とし、前記画素の
   集まりによって、光反射面に任意の画像や文字が形成さ
   れた光反射体をマスター基板として用い、 任意の画像や文字が形成された回折格子パターンを作製
   することを特徴とする請求項１に記載の回折格子パター
   ンの作製方法。
3. 【請求項３】光反射体の各領域毎に、反射光強度や反射
   角度が任意に異なるマスター基板を用い、前記基板に応
   じて、回折格子パターンの各セルの色や明るさを任意に
   変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載の回折格子パターンの作製方法。
4. 【請求項４】表面が一様な平面であり、前記平面の配置
   角度に依存する方向にのみ入射光を正反射させる鏡面
   を、光反射体の少なくとも一領域とするマスター基板を
   用いることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに
   記載の回折格子パターンの作製方法。
5. 【請求項５】特定方向にのみ光拡散性を有する光拡散性
   反射面を、光反射体の少なくとも一領域とするマスター
   基板を用いることを特徴とする請求項１〜請求項４の何
   れかに記載の回折格子パターンの作製方法。
6. 【請求項６】光を吸収もしくは透過する部分を有する光
   反射体をマスター基板として用いることにより、前記基
   板に応じて、回折格子の形成される箇所と、回折格子の
   形成されない箇所と、からなるパターンを作製すること
   を特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の回折
   格子パターンの作製方法。