(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子からなる微小なドットが、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，各ドットが配置されるピッチ，各ドットの並び方の少なくとも何れかが変化して、基板表面に複数配置されて表現される回折格子パターンにおいて、
観察する方向に応じて視差を持たせる横方向にドットを配置する際に、隣接するドット間で回折格子の方向を順次変化させてドット群（ユニット）を形成し、
上記とは直交する上下方向に、上記と同じドット群（ユニット）を配置してなることを特徴とする回折格子パターン。
【請求項２】
回折格子からなる微小なドットが、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，各ドットが配置されるピッチ，各ドットの並び方の少なくとも何れかが変化して、基板表面に複数配置されて表現される回折格子パターンにおいて、
観察する方向に応じて視差を持たせる横方向にドットを配置する際に、隣接するドット間で回折格子の方向を順次変化させてドット群（ユニット）を形成し、
視差を持たせる方向とは直交する上下方向にドット群（ユニット）を配置する際に、ドット群の間で隣接する回折格子の角度を、順次変化させて、ドット群（ユニット）を配置してなることを特徴とする回折格子パターン。
【請求項３】
視差を持たせる方向とは直交する上下方向にドット群（ユニット）を配置する際に、ドット群（ユニット）の間で隣接する回折格子の角度を、順次変化させて、かつ、その変化量を可変としながら、順次ドット群（ユニット）を配置してなることを特徴とする請求項２記載の回折格子パターン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子（グレーティング）からなる微小なセルをドット毎に基板表面に配置することにより形成されるパターンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、立体像を表示する方法として、特許第２５０８３８７号に記述されている方法が公知である。
この方法は、あらかじめイメージスキャナーで入力した画像や、コンピュータ・グラフィックスにより、視差を有する複数枚の２次元画像（視差画像）を作成し、この画像を基に、各グレーティングのピッチ，方向，及びドットの大きさを再生光源の位置と観察方向とのデータにより計算し、描画を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような方法においては、単純な図形、特に線画を立体的に表示する際にも、複数枚の視差画像を、カメラによる取り込み（もしくはコンピュータ・グラフィックス）により作製する必要があった。このため、作製工程が複雑になり、作製時間も長くなりコストがかかってしまった。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するために成されたもので、準備する原画像を１枚のみとし、単純な工程でこの原画像に奥行きを持たせることで、立体として認識させることが可能となり、その結果、作製工程を簡素化することができ、作成時間を短縮しコストの低減が行えるような、回折格子パターンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明では、
観察する方向に応じて視差を持たせる横方向にドットを配置する際に、隣接するドット間で回折格子の方向を順次変化させてドット群（ユニット）を形成する。
上記のようにして作製される回折格子パターンでは、再生される画像が視差を有する横方向に配置される一列の上記ドット群が、１個の点像を表すユニットとなる。
【０００６】
すなわち、上記ドット群の中で、それぞれ左右の眼に対応する２個の回折格子ドットが同時に、それぞれの方向に回折するため、個々の回折格子ドット自体は奥行き（ドットの形成された表面に対して浮き上がっているか沈んでいるか、という感覚）を持たないが、それを観察者が視差を伴った同一点と認識することで、奥行きを持ったドットとして視覚されることになる。
【０００７】
上記ドット群（ユニット）においては、回折格子の方向（角度）が順次変化する割合が点像の奥行きを決定し、角度変化の総量が視域を決定することになる。
【０００８】
＜作用＞
上記ドット群（ユニット）を、視差を持たせる方向とは直交する方向に配置する際に、ドット群の間で隣接する回折格子の角度を適宜変化させることにより、奥行きを持った１本の線像を表すことができる。（請求項１）
その際、ドット群（ユニット）の間で隣接する回折格子の角度を変えない（変化量＝０）と、奥行きが変化せず一定な直線（すなわち、直線全体が均等に浮き上がっているか沈んでいるような直線）を表現できる。
【０００９】
また、ドット群の間で隣接する回折格子の角度の変化量を一定とすると奥行きの変化する直線を表現できる。例えば、上下に延びる直線で、上端は沈んで見え下端は浮き上がって見えるようにすることもできる。（請求項２）
【００１０】
また、ドット群の間で隣接する回折格子の角度の変化量を可変とすると、表面に垂直な方向に曲率を持つ曲線も表現できる。（請求項３）
【００１１】
複数本の線像を表現するには、１個の点像を表すユニットとなる上記ドット群（ユニット）を複数種類準備し、ドット群（ユニット）におけるドットの配置方向とは直交する方向に、一定数のドット群（ユニット）が移動する毎に、規則性を伴って同一なドット群（ユニット）が現れるようにする。
【００１２】
また、視差を持たせる方向に、一定数のドットが移動する毎に、規則性を伴って同一なドット群（ユニット）を構成するドットが現れるような新たなドット群（ユニット）を合成し、新たなドット群（ユニット）におけるドットの配置方向とは直交する方向に、前記ドット群（ユニット）を配置することによっても、複数本の線像を表現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、２光束干渉により、回折格子パターンを作製する方法を説明するための斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、２本のレーザービーム１ａ、１ｂを乾板２上で交わらせると、ドット３に干渉縞４が形成される。この干渉縞４の周期は、２本のレーザービーム１ａ、１ｂ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ステージ５および回転（θ）ステージ６を移動させながら、干渉縞４からなるドット３を乾板２上に形成する。
【００１５】
この場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色を表す３種のドット３を形成するために、３通りの角度を有するレーザービームを準備する。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２上の任意の位置に形成する。
【００１６】
図２は、乾板上にドットを形成するための光学系を示す図である。
図２において、レーザー７より発したレーザービームは、全反射ミラー８、９により光路を変えられて、ハーフミラー１０、１１、１２に入射され、４本のレーザービームＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に分けられる。この時４本のレーザービームＢ１、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本のレーザービームＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、スリット１３によって１本に選択され、レンズ１４、ミラー１５を通って乾板２上に入射される。また、リファレンス光となるレーザービームＢ４は、ミラー１６、１７を通って乾板２上に入射される。
【００１７】
この場合４本のレーザービームＢ１、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本のレーザービームＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４が乾板２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（Ｂ）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。
【００１８】
一方、乾板２はＸ−Ｙステージ５の上に配置され、さらにＸ−Ｙステージ５は回転ステージ６の上に配置されており、これらステージ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本のレーザービームＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、乾板２の直前に設けられたシャッター１８の開閉によって、露光または非露光が制御される。
【００１９】
次に、図３から図５により、本発明による回折格子パターンの実施形態について説明する。
【００２０】
＜実施形態１＞
図３は、請求項１に係る回折格子パターンについての説明図である。
すなわち、観察する方向に応じて視差を持たせる方向（同図の左右方向）にドットを配置する際に、隣接するドット間で回折格子の方向を連続的に変化させてドット群を形成し、
上記とは直交する方向に、同一の上記ドット群を配置してなることを特徴とする回折格子パターンである。
【００２１】
同図における最上段の横一列のドット群をユニット１９とする。ユニット１９は、ドット２０からドット２１までの８個のドットにより構成され、同図における上方向を０°（時計方向を＋方向）とすると、ドット２０の回折格子の角度は−３５°であり、ドット２１の回折格子の角度は＋３５°である。また、ユニット１９内での隣り合うドット間の回折格子の角度の変化量は１０°である。
【００２２】
このように、隣り合うドット間で順次回折格子の角度が変化しながら、ユニット全体で所定量の角度が変化することになり、上記の角度変化の仕方を本発明においては「連続的」とする。これは、以降の説明でも同様である。
【００２３】
拡散性の少ない光で上記ユニット１９を照明することによって、ユニット内のある２つのドットからの回折光が、観察者の左右の眼にそれぞれ入射し、観察者がそれらのドットを視差を伴った同一点と認識することで、空間上に１つの点が奥行きを持って（浮き上がって、または沈んで）視覚されることになる。
【００２４】
ユニット１９における回折格子の角度変化の割合（この場合は、ドット間につき１０°で一定）により、点像の奥行きが決定され、回折格子の角度変化の総量（この場合は、７０°）によって視域が決定される。
【００２５】
次に、ユニット１９と同じものを視差を持たせる方向に直角な方向（同図における上下方向）にユニット２２まで６段並べる。このように配置した回折格子パターンを照明すると、空間上に奥行きを持った（全体では奥行きが変化しない）１本の線があるように観察できる。
【００２６】
＜実施形態２＞
ユニットを並べる際に、ユニット間で隣接する回折格子の角度を、連続的に変化させることにより、空間上に奥行きを持ち、且つ、全体でも奥行きが変化した１本の線があるように観察できる。（図４参照）
【００２７】
この場合、例えば６段並べたユニットは、全て等しいものではなく、
１．ユニット内での回折格子の角度の変化量。
２．ドット間での角度変化量。
の双方が変化したユニットとなる。
【００２８】
すなわち、図４の最上段のユニットＡはドットａからｈに渡って、−３５°〜＋３５°まで（７０°の変化量で）回折格子の角度が変化している。ドット間での角度変化量は、１０°で一定である。
最下段のユニットＥは、−７０°〜＋７０°まで（１４０°の変化量で）回折格子の角度が変化している。ドット間での角度変化量は、２０°で一定である。
【００２９】
同図のパターンを観察すると、上下に延びる１本の直線が、上から下にかけて浮かび上がって（観察者に対して、Ｆユニットが手前でＡユニットが奥に）視覚される。
【００３０】
＜実施形態３＞
図５は、本発明の回折格子パターンについての説明図である。
すなわち、観察する方向に応じて視差を持たせる方向（同図の左右方向）にドットを配置する際に、隣接するドット間で回折格子の方向を連続的に変化させたドット群（ユニット）を、
上記１．（ユニット内での回折格子の角度の変化量）および上記２．（ドット間での角度変化量）は一定で、ユニット間で隣接する回折格子の角度のみを変えて、複数種類形成し、
上記と直交する方向（同図の上下方向）に、一定数のユニットが移動する毎に、規則性を伴って同一なユニットが形成されていることを特徴とする回折格子パターンである。
【００３１】
上記構成によって、空間上に複数本の線像を表現することができる。
１個の点像を表すユニットとして、回折格子の角度が−３５°から＋３５°まで１０°ずつ変化させた最上段の横一列のユニット２３を準備する。
また、他の１個の点像を表すユニットとして、回折格子の角度が−５°から＋６５°まで１０°ずつ変化させたユニット２４を準備する。
【００３２】
ユニット２４は、ユニット２３を左方向（矢印方向）に３ドットずらしたものと同じである。つまり、両者は、ユニット内での回折格子の角度の変化量は等しく、位相（ユニット間で隣接する回折格子の角度）のみが変化したユニットと考えられる。
ユニット２４とユニット２３とでは、空間上に観察される点像の位置が３ドット分ずれて観察される。
【００３３】
図５のように、ユニット２３と同一なユニット２５，２７と、ユニット２４と同一なユニット２６，２８とを上下に交互に配置する。
【００３４】
上記パターンを照明すると、空間上に２本の線があるように観察できる。ここでは、ユニット２３，２４の角度変化の量および割合は同じであるため、空間上の２本の線は奥行きは等しく観察される。
【００３５】
尚、上記説明ではユニットは２種類であるが、それに限らず多種類のユニットを準備し、一定数のユニットが移動する毎に、規則性を伴って同一なユニットが現れるようにすると、空間上に多数本の線像を表現することができる。
【００３６】
＜実施形態４＞
図６は、本発明の回折格子パターンについての説明図である。
すなわち、観察する方向に応じて視差を持たせる方向（同図の左右方向）にドットを配置する際に、隣接するドット間で回折格子の方向を連続的に変化させたドット群（ユニット）を、ユニットの中での変化量を変えて複数種類形成し、
上記方向に、一定数のドットが移動する毎に、規則性を伴って同一なユニットを構成するドットが現れるような新たなユニットを合成し、
上記とは直交する方向に、上記の新たなユニットを配置してなることを特徴とする回折格子パターンである。
【００３７】
まず、回折格子の角度を−３５°から＋３５°まで１０°ずつ変化させたユニット２９と、−２０から＋１５°まで５°ずつ変化させたユニット３０のデータを作成する。
【００３８】
次いで、ユニット２９のドットの左から１個目，３個目，５個目，７個目と、ユニット３０のドットの左から２個目，４個目，６個目，８個目とを合成し、新たなユニット３１を作成する。
【００３９】
新たなユニット３１と同じユニットを、同図の垂直方向に６段配置して、回折格子パターンとなる。
【００４０】
上記パターンを照明すると、空間上に２本の線があるように観察できる。この場合は、ユニット２９，ユニット３０の角度変化の量および割合は異なるため、空間上の２本の線の奥行きは異なって観察される。
【００４１】
ところで、実施形態２で述べたように、ユニットを数段並べる際に、ユニット間で隣接する回折格子の角度変化の割合を連続的に変化させることで、奥行きを有する線像を表現することが可能である。
【００４２】
また、ユニット間で隣接する回折格子の角度を、連続的に連続するように変化させて、かつ前記変化量を可変とすることで、奥行きを有する曲線も表現することが可能である。
【００４３】
以上説明した実施形態の、回折格子セルの配置の方法の組み合わせによって、単純な線のみではなく、奥行きをもった文字や、図形も表現することが可能である。
【００４４】
また、本発明においては、回折格子ドットの形成方法として、レーザー露光による２光束干渉以外に、電子線露光装置を用いて回折格子を直接描画する方法でも良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、観察時に１つの点として認識されることになるドット群を、視差を持たせる方向とは直交する方向に配置する際に、ドット群の間で隣接する回折格子の角度を適宜変化させることにより、奥行きを持った１本の線像を表すことができる。
また、同一パターンで、奥行きを持った複数本の線像も表すこともできる。
これらを適宜に組み合わせることにより、線分だけではなく、立体画像を表現することが可能となる。
これによって、複数枚の視差画像を、カメラによる取り込みもしくはコンピュータ・グラフィックスにより作製することが必要であった製作工程を簡素化することができ、製作時間を短縮しコストの低減が可能な、奥行きを持った立体的な表現が可能な回折格子パターンを提供することができる。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】回折格子からなるドットを形成する方法（２光束干渉法）の説明図。
【図２】２光束干渉法の光学系の一例を示す説明図。
【図３】本発明の回折格子パターンの一例を示す説明図。
【図４】本発明の回折格子パターンの一例を示す説明図。
【図５】本発明の回折格子パターンの一例を示す説明図。
【図６】本発明の回折格子パターンの一例を示す説明図。
【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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