(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子からなるセルを構成単位とし、前記セルが基板表面に複数配置されて表現されるディスプレイにおいて、
格子の空間周波数・方向の少なくとも何れかが変化した回折格子からなる複数種類の前記セルをパターン内に有すると共に、前記セルが空間的に重なる領域を画素として含み、前記画素はモアレ成分による回折光により再生され、
前記セルが空間的に重なる領域を画素とする画像と、少なくとも格子の方向がほぼ等しい回折格子からなるセルを画素とする、上記とは異なる画像、とを含む
ことを特徴とするディスプレイ。
【請求項２】
種類の異なる回折格子からなる前記セルが空間的に重なる領域を画素として含むことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
【請求項３】
画素の大きさあるいは回折効率により、構成される画像の階調が表現されることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
少なくとも格子の方向がほぼ等しい回折格子からなるセルを画素とする別々の画像同士が、視差を持つことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に、微小な回折格子（グレーティング）からなるセルを構成単位として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】
回折格子からなるドット（セル）を基板表面に配置して構成されるパターンとして、特開平２−７２３２０号公報などに代表される提案が公知である。
このようなパターンは、「回折格子からなる微小なドットが、基板表面に複数配置されて表現されるパターンにおいて、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いるもの」と定義される。
すなわち、上記ドットのそれぞれが、パターンを構成する画素となるわけであるが、以後、本明細書では「回折格子セル」なる語句により、回折格子からなる微小なドット，セルを総称する。
【０００３】
上記したように、従来のパターンでは、回折格子セル１つがパターン（画像）を構成する画素１つに対応しており、パターン毎に方向（角度）が異なる回折格子セルを画素とすることによって、回折格子の方向（角度）に対応した方向からのみ観察可能な複数種類のパターンを表示することができる。
【０００４】
複数種類のパターンとして、それぞれが視差を持つ同一物体の画像とすることにより、観察者は、右目と左目とでそれぞれ（両眼）視差を持つパターンを視覚するため、立体感を得ることができる。
回折格子パターンによる立体画像を構成する提案は、特開平３−２０１４０１号公報などにより公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
多種類のパターン（画像）を表現しようとすると、多くの種類の方向（角度）の回折格子セルを配置しなければならず、▲１▼作製に時間がかかる。▲２▼表示画像の解像度が粗くなる。▲３▼回折格子セルの空間的な配置が困難になる。などの問題があった。
また、このようなパターンでは、回折格子セルが空間的に並んで配置しているため、パターンの構成の解析も比較的容易に行える。
【０００６】
本発明は、上記▲１▼〜▲３▼の問題を解決して、同一パターン内に、多種類のパターン（画像）が混在した回折格子パターンを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
回折格子からなるセルを構成単位とし、前記セルが基板表面に複数配置されて表現されるディスプレイにおいて、
格子の空間周波数・方向の少なくとも何れかが変化した回折格子からなる複数種類の前記セルをパターン内に有すると共に、前記セルが空間的に重なる領域を画素として含み、前記画素はモアレ成分による回折光により再生され、
前記セルが空間的に重なる領域を画素とする画像と、少なくとも格子の方向がほぼ等しい回折格子からなるセルを画素とする、上記とは異なる画像、とを含むことを主要な特徴とする。
【０００８】
本発明では、回折格子のパラメータのうち、空間周波数・方向の双方が等しい場合が、「等しい」回折格子ということであり、図１に示すように、右上がりの格子縞からなる回折格子セル１と左上がりの格子縞からなる回折格子セル２は、格子の方向が異なり、「別の」回折格子として扱われる。
【０００９】
空間周波数・方向の双方が等しく、「等しい」回折格子であっても、それらの位相が異なる場合には、それらを重ね合わた領域は、別の空間周波数成分を含んだ回折格子となる。
【００１０】
回折格子セルが空間的に重なる領域（図１において、右上がりの格子縞からなる回折格子セル１と左上がりの格子縞からなる回折格子セル２を、一部重複させた碁盤目状の領域）を画素として構成される画像は、重なる回折格子セル同士のモアレ成分（あるいは、クロストーク成分）による回折光により再生される。
【００１１】
また、本発明では、
回折格子セルが空間的に重なる領域を画素とする画像（１）と、少なくとも格子の方向がほぼ等しい回折格子からなるセルを画素とする、上記とは異なる画像（２）、とを含ませることができる。
【００１２】
上記画像（２）は、パターン内に１種類だけでなく、複数種類のものを混在させても良い。
【００１３】
このとき、回折格子セルの組み合わせを変えることにより、前記領域も異なるモアレ成分にできるため、回折格子セルが空間的に重なる領域を画素とする画像（１）も、複数種類にすることが可能である。
【００１４】
上記画像（２）では、回折格子セルの回折効率あるいはセルの大きさに応じて画像（２）の階調を制御することができる。（請求項３）
また、回折格子の特性によれば、空間周波数の違いにより、画像（２）を構成するセルの色を制御することができる。同様に、上記画像（１）でも、回折格子セルのモアレ成分の回折効率あるいは重なる領域の大きさに応じて画像（１）の階調を制御することができる。
【００１５】
さらに、本発明では、少なくとも格子の方向がほぼ等しい回折格子からなるセルを画素とする別々の画像同士（２と２’）に、視差を持たせることも可能である。（請求項４）
さらに、これらの画像（２と２’）とその画素である回折格子セルが空間的に重なる領域を画素とする画像（１）との間に視差を持たせることも可能である。
【００１６】
別々の画像同士（２と２’および１）のような複数種類のパターンとして、それぞれが、（３次元物体を視点を変えながら撮影して得られるような）視差を持つ同一物体の画像とすることにより、観察者は、右目と左目とでそれぞれ（両眼）視差を持つパターンを視覚するため、立体感を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
上記したように、本発明においては、回折格子のパラメータのうち、空間周波数・方向の双方が等しい場合が、「等しい」回折格子ということであり、「回折格子の種類」は、主として回折格子の方向が異なることを意味する。
【００１８】
ただし、微妙な方向の差異は区別せず、パターンの観察時に、同時に観察者の単眼（片方の目）に入射する回折光（１次回折光）を出射する回折格子は同種類のものとする。
【００１９】
また、回折格子の空間周波数についても、同時に観察者の単眼に入射する回折光（１次回折光）を出射する回折格子は同種類のものとし、特別な場合（すなわち、大きく空間周波数が異なり、同時に観察者の単眼に認知されないような場合）の回折格子セルのペアは別種類のものとする。
【００２０】
図１に、本発明のパターンの構成要素（画素）である異なる種類の回折格子セルの例１，２と、回折格子セル１，２を隣接して配置した場合（従来）、回折格子セル１，２を一部重複して配置した例（本発明）について示す。
また、回折格子パターンの例を図６（従来）と図７（本発明）に示す。
【００２１】
すなわち、従来の回折格子パターンでは、回折格子セルがマトリクス状に配置されていたが、本発明の回折格子パターンでは、種類の異なる回折格子セル同士の重なりにより、回折格子セルを画素とする画像以外に、更に別の画像を表現している。
【００２２】
図２は、本発明の回折格子パターンにおいて、２つの画像（画像Ａと画像Ｂ）をそれぞれ種類の異なる回折格子セル（回折格子セル１と２）を画素として表現し、別の画像（画像Ｃ）を回折格子セル１と２の重複領域を画素として表現した例を示している。
【００２３】
この場合、ある視点から本発明のディスプレイを観察すると、画像Ａが認識でき、別の視点からは画像Ｂが、更に別の視点からは画像Ｃが観察できるようにすることができる。
【００２４】
回折格子パターンのフーリエ変換像に基づいて、より詳細に本発明の回折格子パターンの効果について説明する。
図３は、回折格子セル単体に対するフーリエ変換像を示している。
フーリエ変換像は、回折格子セルに垂直に単色光を入射し、回折格子セルから十分離れた位置にスクリーンを置いたときにスクリーンに投影される光の分布（フラウンホーファ回折像）として考えることが出来る。
【００２５】
同図では、フーリエ変換像の中心の輝点が回折格子セルからの０次回折光（回折格子セル面での反射光や透過光）を表している。
１次回折光は０次回折光を中心にして対称に２つ現れるが、ここでは０次回折光よりも上に現れる回折光（＋１次回折光）を観察者に見える１次回折光（あるいは単に“回折光”）として取り扱うことにする。
【００２６】
０次回折光を中心とした１次回折光の角度位置は、回折格子の角度に依存する。従って、回折格子セル１と２とでは対応する１次回折光の位置が異なる。１次回折光の位置は、そこに観察者が眼を置くと、その１次回折光を出射した回折格子セルの位置がパターン上で光って見えることに相当し、その周囲から観察するとパターン上の当該点が光らず、暗い点に見える。
【００２７】
このとき、回折格子セルの回折効率が高い、あるいはセルの大きさが大きいと、当該点はより明るく見え、そうでないと暗く光る点として認識される。
従って、これらの回折格子セルを画素として表現された画像は、階調を伴った画像として、回折格子セルの１次回折光の出射方向に対応した方向からのみ観察できる。
【００２８】
回折格子セル１と２を隣接して配置した場合、フーリエ変換像はそれぞれ単一に配置した場合のフーリエ変換像の和となる（図４(a) ）。
すなわち、複数の独立な画像をそれぞれ異なる種類の回折格子セルを画素として表現すれば、それぞれ対応する１次回折光の出射方向からのみ観察できる複数の画像が表示できる。
【００２９】
ここで、異なる種類の回折格子セル同士が重なる領域を持ったものについては、そのフーリエ変換像は図４(b) のようになる。
すなわち、回折格子パターンが重なった領域でのモアレ成分に対応する回折光が発生する。この回折格子セル同士の重なり領域を画素として表現した画像は、このモアレ成分の回折光の出射方向に対応した方向からのみ観察可能となる。
【００３０】
以上、フーリエ変換像に基づいて説明したが、実際に回折格子パターンを観察する場合、斜め上方より照明することが多い。
すなわち、図５のように０次回折光（反射光や透過光）は斜め下方に出射することになる。
【００３１】
このとき、上述のフーリエ変換像に基づく議論は、０次回折光の位置を合わせるように空間的にシフトすれば、同様に成り立つ。
斜め上方より照明する場合、上述の議論の１次回折光はディスプレイ面にほぼ垂直な方向に、かつそれぞれの１次回折光が水平方向に並ぶように出射するようにできる（すなわち、水平方向にそれぞれ異なる画像を観察できる視点を水平方向に配置できる）。
この原理を応用し、各視点から観察できる画像として、視差のある画像列を使用すれば、両眼視差を利用した立体像を表示することも可能である。
【００３２】
以上により、従来のように回折格子セルを並べて配置する場合、回折格子セルの種類は表示する画像の数に比例して多くなるが、本発明においては、２種類の回折格子セルの重複した領域を画素とした画像表示が可能であるため、回折格子セルの種類が従来と同じであっても、より多くの画像が表示できる。
【００３３】
また、これによりパターンの構成の解析も困難になり、パターンの偽造・模造防止に効果がある。
【００３４】
以上では、回折格子の種類として、角度が異なる回折格子について論じてきたが、大幅に空間周波数が異なる回折格子も使用できる。
しかし、一般的な場合、空間周波数の差異はあまり大きくなく、回折格子の空間周波数は主として観察時のその回折格子セルの表示色と密接な関わりがある。
【００３５】
従って、本発明においては、観察時に同時に観察できる回折格子は同種類とみなして取り扱う。具体的には、例えば400 本／mm程度までの空間周波数の違いは同種類の回折格子として考える。
【００３６】
なお、上記例では、回折格子セルの大きさが均一な場合について述べたが、これに限らず、回折格子セルの大きさが回折格子セルの種類毎に異なっても、あるいは局所的に異なってもよく、異なる種類の回折格子セルの重複する面積とその領域における回折効率により画像の階調が表現できる。
【００３７】
本発明の回折格子パターンは、図７のような複数種類の回折格子セルを使用し、種類の異なる回折格子セル同士が空間的に重なる領域を画素として画像１（図２の画像Ｃ）を表示することを主な特徴としている。
ここで、回折格子セルの重なった領域で表現した画像とは別に、ほぼ同一の角度の回折格子セルを画素として、独立な画像２（図２の画像ＡやＢ）を表現することが可能である。これらは、回折格子パターンにおいて、図２の下段のような回折格子を画素として画像を表示していると考えることもできる。
【００３８】
このとき、回折格子セルの回折効率あるいはセルの大きさにより画像２の階調を表現することができる。空間周波数の違いは、主に画像の色の違いとして観察される。
また、ほぼ同一な角度を有する回折格子セル群をそれぞれの画素として、画像２を複数種類表示することができる。
さらに、回折格子セルが重なる領域の大きさ、あるいは前記領域の大きさとそれぞれの回折格子セルの回折効率に基づいて画像１の階調を表現することができる。
【００３９】
【発明の効果】
回折格子パターンのセキュリティー性の向上などのために、同一パターン内に多種類の画像を表現しようとすると、多くの種類の方向（角度）の回折格子セルを配置しなければならず、▲１▼作製に時間がかかる。▲２▼表示画像の解像度が粗くなる。▲３▼回折格子セルの空間的な配置が困難になる。などの問題があったが、
本発明によれば、２種類の回折格子セルの重複した領域を画素とした画像表示も可能であるため、回折格子セルの種類が従来と同じであっても、より多くの種類の画像をパターン内に表示できる。
これによりパターンの構成の解析も困難になり、パターンの偽造・模造防止の効果が向上することになる。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】回折格子セルとその配置を示す説明図。
【図２】本発明の回折格子パターンにおける、種類の異なる画像とそれらを構成する画素となるセルとの対応を示す説明図。
【図３】それぞれの回折格子セルについてのフーリエ変換像を示す説明図。
【図４】回折格子セルの配置に応じたフーリエ変換像を示す説明図。
【図５】回折格子パターンの表示状態を示す説明図。
【図６】従来の回折格子パターンについて、セル配置を拡大して示す説明図。
【図７】本発明の回折格子パターンについて、セル配置を拡大して示す説明図。
【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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