(57)【要約】【課題】基材上の位置を光学的に検出するための位置検出マークにおいて、基材上に多数配設された回折格子パターンなどの位置を確実に検出可能な位置検出マークを提供することである。【解決手段】光学的に位置を読み取るための位置検出マークにおいて、　基材表面の凹凸で形成された回折格子と、前記回折格子と同一の領域に基材表面の凹凸で形成された光散乱要素を有する光散乱体とからなることを特徴とする位置検出マークを用いることにより解決した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に位置を読み取るための位置検出マークにおいて、
基材表面の凹凸で形成された回折格子と、前記回折格子と同一の領域に基材表面の凹凸で形成された光散乱要素を有する光散乱体とからなることを特徴とする位置検出マーク。
【請求項２】
前記光散乱体を構成する光散乱要素が矩形形状であることを特徴とする、請求項１に記載の位置検出マーク。
【請求項３】
前記光散乱体を構成する光散乱要素が扁平な形状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の位置検出マーク。
【請求項４】
前記光散乱体において、複数の大きさの光散乱要素が含まれていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の位置検出マーク。
【請求項５】
表面の凹凸で形成されたレリーフパターンが配置された基材の、前記レリーフパターンと同一面上に配置されたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の位置検出マーク。
【請求項６】
前記レリーフパターンが、回折格子からなることを特徴とする、請求項５に記載の位置検出マーク。
【請求項７】
基材に、請求項１乃至６のいずれかに記載の検出マークを設けたことを特徴とする表示体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材上の位置を光学的に検出するための位置検出マークに関し、例えば、基材上に多数配設された回折格子パターンなどの位置を知るための基準となる位置検出マークとして好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、主にホログラム等を製造する工程において、製品となるホログラムと同一面に配置される位置検出マークとして、ホログラムもしくは回折格子が使われることがあった（例えば、特開２０００−３９５１６号など）。
このような位置検出マークは、ホログラム、もしくは回折格子からの主として１次回折光を検出して、回折光強度が大きくなる位置（もしくは条件）を検出することにより、マークの位置を判別する。
または、０次回折光強度が小さくなる位置（もしくは条件）を検出することにより、マーク位置を判別していた（図１参照）。
【０００３】
一方、製品となるホログラムと同一面に配置される位置検出マークとして、印刷によるインキで形成されたマークが使われることがあった。このような位置検出マークは、インキによる散乱光を検出して、マークの位置を判別しているか、透過光や正反射光の強度が小さくなる位置を検出することにより、マーク位置を判別していた（図２参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
位置検出マークとして、ホログラムもしくは回折格子を使う場合、ホログラムもしくは回折格子からの、主として１次回折光強度を検出することにより、マークの位置を判別すると、照明光の入射角度や回折光の検出するための検出器位置、基材の傾斜などの変化に対し、検出結果が安定しないなどの問題があった（図４参照）。
【０００５】
また、０次回折光強度を検出することにより、マーク位置を判別すると、位置検出マークの有無による検出光強度の変化が必ずしも大きくなく、検出を確実に行うことが難しいという問題があった。
更に、位置検出マークの有無による検出光強度の変化が大きくないために、検出する面上にゴミなどがあった際に、位置検出マークとの識別ができず、誤認識が発生する場合が多かった。
【０００６】
一方、印刷によるインキで形成されたマークを使う場合、図５のように広く拡散した散乱光を用いるため、インキの有無による検出光強度の差異が十分でなく、検出を確実に行うことが難しく、特に基材上にゴミなどがあった際に、位置検出マークとの誤検出が発生する場合が多かった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたものであり、光学的に確実に位置を読み取るための位置検出マークを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、光学的に位置を読み取るための位置検出マークにおいて、
基材表面の凹凸で形成された回折格子と、前記回折格子と同一の領域に基材表面の凹凸で形成された光散乱要素を有する光散乱体とからなることを特徴とする位置検出マークである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記光散乱体を構成する光散乱要素が矩形形状であることを特徴とする、請求項１に記載の位置検出マークである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記光散乱体を構成する光散乱要素が扁平な形状であることを特徴とする、請求項１または２に記載の位置検出マークである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記光散乱体において、複数の大きさの光散乱要素が含まれていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の位置検出マークである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、表面の凹凸で形成されたレリーフパターンが配置された基材の、前記レリーフパターンと同一面上に配置されたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の位置検出マークである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記レリーフパターンが、回折格子からなることを特徴とする、請求項５に記載の位置検出マークである。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、基材に、請求項１乃至６のいずれかに記載の検出マークを設けたことを特徴とする表示体である。
【００１５】
本発明は、光学的に位置を読み取るための位置検出マークにおいて、基材表面の凹凸で形成された回折格子と、前記回折格子と同一の領域に基材表面の凹凸で形成された光散乱体とから成ることを特徴としている。
従って、主に半導体レーザーやＬＥＤなどの光源からの照明光を、位置検出マークに入射した際に、回折格子による１次回折光（検出光）の射出角度を、０次回折光（すなわち、正反射光や透過光）とは異なる、予め設計した角度とすることができる。
【００１６】
また、光散乱体による散乱効果により、１次回折光（検出光）が若干の空間的広がりを持つため、照明光の入射角度の変化や基材の傾斜などによる角度ズレなどの影響を極小化でき、予め設計した角度方向に置いた検出器に対して、位置検出マークからの、１次回折光（検出光）を極めて安定して入射させることができる。
すなわち、１次回折光（検出光）の有無による光強度差が顕著であるため、位置検出マークの有無により検出される光強度の差異を大きくできると共に、位置検出マークからの射出光を安定した光強度として検出が可能となる。
特に、０次回折光以外の方向で光検出が行えるため、０次回折光に起因する検出誤差を生じることもない。なお、このとき、検出光は高次回折光であってもよい。
【００１７】
また、このように基材上の表面に、凹凸で回折格子と光散乱体を設けることにより、凹凸を複製するだけで、回折格子と光散乱体が、一度に簡便に複製可能であり、複製過程において両者が位置ズレなどを起こすこともない。
また、このような表面の凹凸で形成された回折格子や光散乱体は、ＥＢ描画装置のような微細加工能力を有する装置で、一度に作製することができ、原版の作製段階においても極めて、精度良く作製することができ、従って複製品としても極めて精度の高い位置検出マークが簡便に得られる。
【００１８】
ここで、光散乱体を構成する光散乱要素が矩形形状であると、矩形形状の各辺に垂直な方向に散乱光（矩形開口による回折に相当）が発生する。このため、検出光の広がり方を矩形形状の各辺に垂直な方向に散乱光を限定でき、無指向性の散乱に比べて検出される光強度を強くし、検出ノイズの影響を抑え、より確実な位置検出が行える。
【００１９】
また、光散乱体を構成する光散乱要素が扁平な形状であると、扁平な形状の短軸の方向に光が広く拡散し、長軸の方向に光の広がりは小さくなる。従って、検出光に対し、特定方向への指向性の散乱が実施でき、無指向性の散乱に比べて検出される光強度を強くすると共に、特定方向における検出条件の変化の許容度が大きくなり、検出条件の変化する可能性のある方向を、この特定方向となるようにすることにより極めて安定した位置検出が行える。
【００２０】
更に、光散乱体において、複数の大きさの光散乱要素が含まれていることにより、光が散乱される空間的領域内での均一性が増し、検出条件の微妙な変化に対して検出される光強度の変化を極小化することができ、より安定した位置検出が実施できる。
【００２１】
また、表面の凹凸で形成されたレリーフパターンと同一面上に配置することにより、このレリーフパターンと位置検出マークとを、微細加工能力を持つ装置により一度に形成し、エンボスなどの方法により、一度に複製できるため、レリーフパターンと位置検出マークの位置精度に関して、原版作製時に極めて高くすることができ、複製品においても極めて高いまま維持することが可能である。
このとき、レリーフパターンが、回折格子から成ると、回折格子パターンの転写や打ち抜き等の後加工工程における位置検出を、本発明の位置検出マークに基づいて行うことができるため、極めて高い位置精度を得ることが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の位置検出マークの実施例について説明する。
本発明は、光学的に位置を読み取るための位置検出マークにおいて、基材表面の凹凸で形成された回折格子と、前記回折格子と同一の領域に基材表面の凹凸で形成された光散乱体とから成るようにしている（図３参照）。
【００２３】
例えば、定点に対し、半導体レーザーやＬＥＤなどの光源からの照明光を当てながら、位置検出マークが形成された基材を搬送すると、光検出器に検出される光強度は、位置検出マークの有無により大きく変化し、確実に位置検出マークを識別することができ、基材上の位置を特定することが可能である。
【００２４】
具体的には、図６に示すように、本発明の位置検出マークからは、回折格子による１次回折光（検出光）が光散乱体による空間的広がり（散乱性）を伴って射出するため、光検出器や基材の傾斜・変位に対して許容量が大きくなり、安定した光検出を行うことが可能となる。
また、回折格子による１次回折光（検出光）の射出角度を０次回折光（すなわち、正反射光や透過光）とは異なる、予め設計した角度とすることができるため、０次回折光に起因する検出誤差を生じることもない。
さらに、１次回折光（検出光）の有無による光強度差が顕著であるため、位置検出マークの有無により検出される光強度の差異を大きくでき、信頼性の高い確実な検出が可能となる。
【００２５】
また、このように基材上の表面に凹凸で回折格子と光散乱体を設けることにより、凹凸を複製するだけで、回折格子と光散乱体が一度に簡便に複製可能であり、複製過程において両者が位置ズレなどを起こすこともない。
このような表面の凹凸で形成された回折格子や光散乱体は、ＥＢ描画装置のような、微細加工能力を有する装置で一度に作製することができ、原版の作製段階においても極めて精度良く作製することができる。
従って、複製品としても極めて精度の高い位置検出マークが簡便に得られる。
【００２６】
ここで、光散乱体を構成する光散乱要素が矩形形状であると、矩形形状の各辺に垂直な方向に散乱光（矩形開口による回折に相当）が発生する。
このため、検出光の広がり方を、矩形形状の各辺に垂直な方向に散乱光を限定でき、無指向性の散乱に比べて検出される光強度を強くし、検出ノイズの影響を抑え、より確実な位置検出が行える。
このような矩形形状は、一般的な微細加工能力を持つ装置（レーザ描画装置やＥＢ描画装置など）によって、簡単に形成することが可能であり、製造が容易である。
【００２７】
また、光散乱体を構成する光散乱要素が扁平な形状であると、扁平な形状の短軸の方向に光が広く拡散し、長軸の方向に光の広がりは小さくなる。
従って、検出光に対し、特定方向への指向性の散乱が実施でき、無指向性の散乱に比べて検出される光強度を強くすると共に、特定方向における検出条件の変化の許容度が大きくなり、検出条件の変化する可能性のある方向をこの特定方向となるようにすることにより、極めて安定した位置検出が行える。
【００２８】
例えば、図７のように、回折格子の格子ベクトルと光散乱要素の短軸が同方向の場合、０次回折光に対して、１次回折光が分離する方向と同方向に強い散乱性を持ち、それと直交する方向には弱い散乱性を持ち、それ以外の方向にはほとんど散乱しないようにできる。
【００２９】
図８のように、格子ベクトルと光散乱要素の長短軸を異ならせることも可能であり、検出条件における変化の方向に応じて、任意の方向に散乱性を設定することができる。
また、光散乱要素を楕円形状にすることにより、楕円の短軸方向に強い散乱性を持ち、長軸方向には弱い散乱性を持ち、短軸方向と長軸方向の間の方向には両者の散乱性を補間するような散乱特性が得られる。
【００３０】
更に、図９のように、光散乱体において、複数の大きさの光散乱要素が含まれていることにより、光が散乱される空間的領域内での均一性が増し、検出条件の微妙な変化に対して検出される光強度の変化を極小化することができ、より安定した位置検出が実施できる。
なお、図９では、位置検出マークを矩形でなく、三角形にした例を示しているが、このようなマークの水平方向もしくは垂直方向における特定の１ラインに関する長さを検出することにより、マーク上の検出位置をも特定することができ、より正確な位置検出が可能である。
ここで、以上の光散乱要素について、理論的に補足説明する。光散乱体を構成する光散乱要素により散乱される光の広がりは、光散乱要素を開口として回折現象を扱うことにより得られる回折光の分布で近似できる。従って、光散乱要素の大きさが大きければ散乱光は広がらず、大きさが小さければ散乱光は大きく広がる。
【００３１】
光散乱体を構成するために、ランダムに配置された複数の光散乱要素（単一の大きさ）による散乱光分布の包絡線は、１つの光散乱要素からの回折による散乱光分布と相似形になる。
一方、単一の大きさの光散乱要素による散乱光分布は、ほぼｓｉｎｃ関数として表せるため、散乱光の射出角度により光強度が振動することになる。
例として、矩形形状の光散乱要素について挙動を詳述する。矩形の光散乱要素からの光の広がりを、矩形開口からのフラウンホーファー回折として取り扱うと、光強度分布は、下記式で表される（簡単のため、単波長のコヒーレント光による回折とする）。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
ここで、Ｉは観測面（ｘ，ｙ）における光強度分布、ｄｘ，　ｄｙは長方形のそれぞれ横、縦の辺の長さ、λは光の波長、Ｒは観測面との距離（測定距離）であり、ｓｉｎｃ関数は、ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（πｘ）／πｘである。
Ａは光の振幅に関わる変数であるが、ここでは定数と考えて良い。
すなわち、光強度は、ｘ，ｙの各方向において、矩形の各辺の長さに応じたｓｉｎｃ関数の２乗に比例する。
【００３４】
光散乱体による散乱光の強度は、光散乱体内にある光散乱要素の密度、もしくは光散乱要素の凹凸の深さ（高さ）により変化させることができる。
前者は、密度が５０％程度のときに最大の散乱光強度を得ることができ、密度が、この値を離れるほど散乱光強度は弱くなる。なお、入射光に対して散乱光を効率よく発生するための最適な光散乱要素の深さ（高さ）は、検出に用いる光の波長の１／４程度（入射光を反射して利用する場合）である。
これは、回折格子の溝の最適な深さと同じであるため、光散乱体と回折格子を一様な深さで作製しても、十分な効果を持った１次回折光（散乱性を伴う）が得られる。
【００３５】
また、図１０に示すように、表面の凹凸で形成されたレリーフパターンと同一面上に配置することにより、このレリーフパターンと位置検出マークとを共に微細加工能力を持つ装置により一度に形成し、エンボスなどの方法により一度に複製できるため、レリーフパターンと位置検出マークの位置精度に関して、原版作製時に極めて高くすることができ、複製品においても極めて高いまま維持することが可能である。
【００３６】
このとき、図１１のように、レリーフパターンが回折格子から成ると、回折格子パターンの転写や打ち抜き等の後加工工程における位置検出を、本発明の位置検出マークに基づいて行うことができるため、極めて高い位置精度を得ることが可能である。
【００３７】
このようなレリーフパターンもしくは回折格子パターンとしては、光学素子（例えばマイクロレンズアレイやレンチキュラーレンズなど）や画像表示体（例えば表面レリーフ型ホログラムなど）など、表面の凹凸から形成されていればどのような物品でもよい。
【００３８】
本発明の位置検出マークを同一基材に形成することにより、に複製することができる。複製のための原版作製工程においても、レリーフパターンもしくは回折格子パターンと位置検出マークとを共に微細加工能力を持つ装置により一度に形成することも可能であり、極めて高精度な位置関係を確立でき、位置検出マーク位置の安定した検出により、レリーフパターンもしくは回折格子パターンの位置を安定して確実に識別することができる。
特に、レリーフパターンもしくは回折格子パターンの転写や打ち抜き等の後加工工程における位置検出を、本発明の位置検出マークに基づいて安定して確実に行うことができ、極めて高い位置精度で加工を行うことが可能である。
【００３９】
なお、上記では検出光として、１次回折光を用いる場合について述べたが、１次以外の高次回折光を検出しても同様の効果が得られる。
また、主に図面において、本発明の位置検出マークが反射型として用いられる場合について示したが、本発明の位置検出マークを透過型として用いて、透過の１次回折光方向に光検出器を配置することにより、反射型と同様の効果を得ることが出来る。
【００４０】
この場合、入射光に対して散乱光を効率よく発生するための最適な光散乱要素の深さ（高さ）は、検出に用いる光の波長と、基材と空気（レリーフ面に接する媒体）の屈折率差の積の１／２程度に相当し、これは回折格子の溝の最適な深さと同じであるため、反射型の場合と同様に光散乱体と回折格子を一様な深さで作製しても十分な効果を持った１次回折光（散乱性を伴う）が得られる。
【００４１】
これらは、本発明の位置検出マークの局所的な凹凸によって光に与える位相差がπに相当するようにすれば、散乱効率と回折効率が共に高くできることを意味している。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の位置検出マークは、光学的に位置を読み取るための位置検出マークにおいて、基材表面の凹凸で形成された回折格子と、前記回折格子と同一の領域に基材表面の凹凸で形成された光散乱体とから成るので、位置検出マークの有無により検出される光強度の差異を大きくできると共に、位置検出マークから安定した光強度を受光することが可能となる。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の位置検出マークを示す説明図。
【図２】従来の位置検出マークを示す説明図。
【図３】本発明の位置検出マーク一例を示す説明図。
【図４】従来の位置検出マークによる検出例を示す説明図。
【図５】従来の位置検出マークによる検出例を示す説明図。
【図６】本発明の位置検出マーク本発明の位置検出例を示す説明図。
【図７】本発明の位置検出マーク一例を示す説明図。
【図８】本発明の位置検出マーク他の例を示す説明図。
【図９】本発明の位置検出マーク他の例を示す説明図。
【図１０】本発明の位置検出マーク本発明の位置検出例を示す説明図。
【図１１】本発明の位置検出マーク本発明の位置検出例を示す説明図。
【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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