(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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