JP2011145657A - 構造色発色体及びこれを用いたカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】簡明な構成で、任意波長の構造色を発色させる構造色発色体を提供する。
【解決手段】本発明は、反射面に形成された凹凸の繰り返し構造により構造色を発生する構造色発色体である。この凹凸の繰り返し構造は、目標とする構造色の波長をλt、基準角度をθs、繰り返し構造の形成ピッチをｐとしたときに、凹凸１５の形成ピッチｐについて、中心値がλt／２sinθs、標準偏差が０．０５λt／（２sinθs）²〜０．４λt／（２sinθs）²の頻度分布を有し、この凹凸の繰り返し構造により形成される反射面１２に入射角θi＝θsで可視光を斜入射したときに、目標波長λtの一次回折光が入射方向と略同一方向に後方散乱されるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射面に形成された凹凸の繰り返し構造により構造色を発生する構造色発色体に関する。

物質に光を入射したときに、物質表面又は内部に存在する色素の吸収によって視認される色ではなく、物質の構造に基づいて視認される色を総称して構造色という。構造色は、物質を透過し又は反射する光の屈折や回折、干渉等により、透過光や反射光の光強度が波長依存性をもつ場合に観察される発色現象であり、例えば、プリズムやコンパクトディスクなどが構造色を発生させる代表例として例示される。

自然界には構造色が多岐にわたって登場し、タマムシやモルフォ蝶などの生物にも多く見られる。自然界の構造色には、鮮やかな色を発現したり、艶をもったり、目視する角度に応じてスペクトルが変化したりするなど、魅惑的に見えるものもある。このような自然界に見られる構造色を模倣して微細構造を人工的に作り、産業界へ応用することが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

特開２００３−０５３８７５号公報 特開２００５−１５３１９２号公報

上記先行技術文献に示された従来の発色体は、基材上に、可視光線の波長よりも小さい幅の高屈折率層及び低屈折率層を交互に積層して一つの積層体を形成し、この積層体を基材の表面方向に可視光線の波長よりも短い間隔で多数配列して形成される。この技術は、モルフォ蝶の鱗粉の微細な棚構造に近似した物質構造を基材上に形成し、多層膜干渉による波長選択により特定波長の構造色を発色させるものである。しかしながら、上記構成から明らかなように、このような微細かつ複雑な立体構造を形成することは難しく、例えばコンパクトカメラの外装に適用しようとしても、生産性や製造コスト等の面から実現することが困難であるという課題があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、より簡明な構成で、所定波長の構造色を発色させる構造色発色体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明を例示する第１の態様は、反射面に形成された凹凸の繰り返し構造により構造色を発生する構造色発色体である。この構造色発色体において、前記凹凸の繰り返し構造は、目標とする構造色の波長をλt、基準角度をθs、繰り返し構造の形成ピッチをｐとしたときに、形成ピッチｐについて中心値がλt／２sinθs、標準偏差が０．０５λt／（２sinθs）²〜０．４λt／（２sinθs）²の頻度分布を有して構成され、この凹凸の繰り返し構造に入射角θi＝θsで可視光を斜入射したときに、目標波長λtの一次回折光が入射方向と略同一方向に後方散乱されるように構成される。

なお、前記凹凸の高さがλt／４の奇数倍であることは、本発明の好ましい構成形態である。また、前記凹凸の繰り返し構造が形成された反射面に、目標波長λtを含む近傍波長の光の反射率が高く、目標波長λtから離れた波長の光の反射率が低い反射帯域制限膜を形成することも、本発明の好ましい構成形態である。また、前記構造色の波長λtが３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下、かつ前記基準角度θsが１０°以上８０°以下であることも、本発明の好ましい構成形態である。また、前記形成ピッチｐの中心値が１９０ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であることも、本発明の好ましい構成形態である。

本発明を例示する第２の態様は、反射面に形成された凹凸の繰り返し構造による構造色を発生する構造色発色体であって、前記凹凸の繰り返し構造は、繰り返し構造の形成ピッチをｐとしたときに、前記形成ピッチｐは所定の頻度分布を有して構成され、前記頻度分布の中心値は１９０ｎｍ以上２３００ｎｍ以下である。

なお、前記頻度分布の標準偏差は４〜２３００ｎｍであることは、本発明の好ましい構成形態である。

本発明を例示する第３の態様は、上記のような構造色発色体を、カメラの外装部材として用いたことを特徴とするカメラである。

上記構成の構造色発色体によれば、物質の反射面に形成ピッチの中心値がλt／２sinθs、標準偏差が０．０５λt／（２sinθs）²〜０．４λt／（２sinθs）²の頻度分布を有する凹凸の繰り返し構造を形成した簡明な構成で、目標波長λtの一次回折光が入射方向と略同一方向、すなわち目視する方向に後方散乱される。このため、極めて簡明な構成で、目標波長λtの構造色を発色させる構造色発色体を提供することができる。

なお、凹凸の高さをλt／４の奇数倍とすれば、繰り返し構造の高さを規定する簡単な手段で、０次の回折光（正反射光）を除去することができる。また、繰り返し構造の表面に前記のような反射帯域制限膜を形成することにより、周辺スペクトルを除去し目標波長近傍の発色性が高い構造色発色体を提供することができる。

本発明を例示する構造色発色体の断面図である。 回折による後方散乱現象を説明するための説明図である。 構造色発色体に光を入射したときのｎ次光の発現状況を示す説明図である。 凹凸の形成ピッチｐのばらつきを示す頻度分布のグラフである。 第１構成例の構造色発色体に（ａ）入射角０°（ｂ）入射角３０°で波長４８０[nm]の光を入射したときの散乱角度分布のシミュレーションデータである。 基準角度θsと異なる入射角で光を入射したときの回折光の出射状況を示す説明図である。 第１構成例の構造色発色体に（ａ）入射角１５°（ｂ）入射角３０°（ｃ）入射角４５°で波長４８０[nm]の光を入射したときの散乱角度分布のシミュレーションデータである。 第２構成例の構造色発色体に（ａ）入射角０°（ｂ）入射角２０°で波長４８０[nm]の光を入射したときの散乱角度分布のシミュレーションデータである。 第２構成例の構造色発色体に（ａ）入射角１０°（ｂ）入射角２０°（ｃ）入射角３０°で波長４８０[nm]の光を入射したときの散乱角度分布のシミュレーションデータである。 平坦な石英ガラスの基板上に反射膜及び反射帯域制限膜を形成したときの反射光のスペクトル分布のシミュレーションデータである。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。まず、図１に示す本発明の構造色発色体１０の断面図、図２に示す回折による後方散乱現象を説明するための説明図、図３に示す構造色発色体１０に光を入射したときのｎ次光の発現状況を示す説明図を参照して、構造色発色体１０の構成及び作用について説明する。

構造色発色体１０は、基材１１の表面１２に、断面形状が矩形の凸部１５ａ及び凹部１５ｂからなる凹凸１５を多数形成した繰り返し構造の反射面により構成される。凸部１５ａの頂面（上面）と凹部１５ｂの底面（下面）は、凹凸１５の高さｈを隔てて平行であり、この凹凸１５の繰り返し構造が、図１及び図２における紙面直行の前後方向に延びて形成されている（図３を参照）。

凹凸１５の繰り返し構造の形成ピッチｐ（ｐ₁，ｐ₂，ｐ₃，…）、すなわち、隣接する凸部同士あるいは凹部同士の形成間隔は、所定の形成ピッチを中心値として一定範囲のばらつきを有して構成される。より簡明に概説すれば、構造色発色体１０は、形成ピッチが一定の規則正しい繰り返し形状からなる反射型の位相グレーティングに、所定のランダム性を加えた構成になっている。なお、構造色発色体１０の形成ピッチについては、後に詳述する。

まず、繰り返し構造の形成ピッチ（繰り返し周期）ｐが一定の反射型の位相グレーティングに、図２に示すように、波長λの可視光を入射角θiで入射する場合について考える。回折光が全体として見たときの反射面（表面）１２の法線ＯＮに対して入射光と同じ側にあるとき、回折光の出射方向θoを規定する式は、
sinθo＋sinθi＝nλ／ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
（n＝整数）で表わされる。

いま、入射角θiと同一の角度方向に１次の回折光が戻るようにする場合、（１）式においてθo＝θi、n＝１を代入することにより、２sinθi＝λ／ｐを得る。従って、繰り返し構造の形成ピッチｐ、繰り返し構造の空間周波数（単位長さ当たりの凹凸１５の繰り返し数）ｆは、
ｐ＝λ／２sinθi・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ｆ＝２sinθi／λ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）´
となる。

従って、基準角度をθs、構造色として発色させたい色彩の目標波長をλtとすれば、（２）式より形成ピッチｐ＝λt／２sinθs、これを周波数領域で表記すれば（２）´式より空間周波数ｆ＝２sinθs／λt、の凹凸繰り返し構造で反射面１２を形成すればよく、これにより、θi＝θsの角度位置において波長λtの構造色が視認される。

但し、形成ピッチｐが一定の規則正しい繰り返し構造では、θiの角度位置において、極めて狭い散乱角度範囲で単色に近い光が視認されるのみであり、モルフォ蝶やタマムシのように、散乱角度が大きく、色合いが微妙に変化するような艶のある発色を得ることができない。そこで、本発明では目標波長λtに基づく所定の形成ピッチ（中心ピッチという）ｐcを中心として、これよりも形成ピッチが小さい凹凸と，形成ピッチが大きい凹凸とをランダムに配置して構成される。

具体的には、図１に示すように、構造色発色体の表面１２に、形成ピッチｐ₁，ｐ₂，ｐ₃，ｐ₄，ｐ₅，ｐ₆…で凹凸１５がランダムに配置される。形成ピッチｐ₁，ｐ₂，ｐ₃…は、図４に示すように、中心値がｐc＝λt／２sinθsで、標準偏差（半値半幅HWHM）が０．０５λt／（２sinθs）²〜０．４λt／（２sinθs）²の頻度分布を有して構成される。これを空間周波数領域で表せば、中心空間周波数がｆc＝２sinθs／λtで、標準偏差（半値半幅HWHM）が０．０５／λt〜０．４／λtの空間周波数分布と表現される。すなわち、
ｐc＝λt／２sinθs・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ｆc＝２sinθs／λt・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）´

前述した（１）式から理解されるように、この構成によって、θiの角度位置から構造色発色体の反射面１２を見たときに、目標波長λtを中心として所定のスペクトル幅をもった構造色を視認することができ、またθiを中心とした所定の角度範囲で目標波長λtを中心とした構造色を視認することができる。従って、凹凸の繰り返し構造に上記のような分布を持たせ、規則性の中に一定の不規則性を形成することにより、モルフォ蝶やタマムシのように、色合いが微妙に変化するような艶やかな発色を得ることができる。

なお、法線ＯＮに対して入射光と反対側に発生する０次光（正反射光）は、凹凸の高さ（凸部頂面に対する凹部底面の深さ）ｈを変化させることによってコントロールすることができる。端的には、凹凸の高さｈをλt／４とすれば、入射角θiが小さい角度領域において入射光と０次光の光路差がほぼλt／２となり、位相が１８０°異なるため０次光が発生しない。一方、凹凸の高さｈをλt／４から離してゆけば、これに応じて目標波長近傍の０次光成分を発生させることができる。高さｈをλt／４の奇数倍とし、倍数を１，３，５，７…と変化させることによって０次光抑制の感度を変化させることもできる。

また、凹凸１５の繰り返し構造が形成された構造色発色体１０の反射面に、目標波長λtを含む近傍波長の光の反射率が高く、目標波長λtから離れた波長の光の反射率が低い反射帯域制限膜を形成すれば、周辺スペクトルを除去して目標から離れた色彩の発色を抑制し、目標波長近傍の色彩について発色性を高めた構造色発色体を提供することができる。なお、凹凸形状の反射面は、基材１１としてアルミニウムやステンレスなどのように可視領域の光に対して高反射率の素材を用い、フォトリソグラフィーやエッチング等の工程により形成できるほか、基材１１としてガラスや樹脂材料などのような低反射率の素材を用い、プレス成形等によって基材表面に凹凸形状を形成し、さらに可視領域の光を反射する反射膜を形成して構成すること、あるいは反射膜により凹凸形状を形成することによっても構成することができる。反射膜としてはアルミニウムや銀などの金属薄膜の他、目的とする波長に応じた分光反射率特性を有する誘電体多層膜も用いることができる。

以上のような基本原理に基づいて構成される構造色発色体１０について、以下では具体的な構成例を説明する。本発明を例示する第１の構成例として、モルフォ蝶に見られるような青色、具体的には波長λ＝４８０[nm]の青色を目標波長λtとし、構造色発色体１０を視認する角度位置、すなわち基材表面全体の法線ＯＮに対する基準角度θsを３０°とする場合について説明する。

（３）式に上記具体値を代入して中心ピッチｐcを求めるとｐc＝４８０[nm]となる。そこで、例えば図１に示す断面形状の反射面１２において、形成ピッチｐ₃，ｐ₅を図４の頻度分布における中心値＝中心ピッチｐcとし、これより短い形成ピッチｐ₂，ｐ₄の凹凸と、これよりも長い形成ピッチｐ₁の凹凸とを、適宜ランダムに織り交ぜて不規則性をもたせ、凹凸１５の繰り返し構造を形成する。

この繰り返し構造において、凹凸１５の高さｈをλt／４＝１２０[nm]、頻度分布の標準偏差をHWHM＝０．２５λt／（２sinθs）²とし、波長４８０[nm]の光を入射したときの散乱角度分布のシミュレーション結果を図５（ａ）（ｂ）に示す。各グラフの横軸は、法線ＯＮを０°とし左右の表面に向けて−９０°〜９０°とした角度、縦軸は光強度であり、描画されたデータが散乱角度分布を表す。（ａ）と（ｂ）は入射角θiが異なり、（ａ）はθi＝０°で垂直入射させたとき、（ｂ）はθi＝３０°で斜入射させたときの散乱角度分布である。

図５（ｂ）に示されるように、光の入射角θi＝３０°を中心として、一次回折光が入射方向と同一方向に後方散乱される。散乱角度は幅Δθをもち、標準偏差をHWHM＝０．２５λt／（２sinθs）²とした本構成例においてθo＝θi±１５°、全角で約３０°の角度広がりをもって入射方向に後方散乱される。また、凹凸１５の形成ピッチが分布をもち、異なるピッチの凹凸がランダムに配置されていることから、この角度範囲で視認される色彩は波長４８０[nm]の青を中心として色合いが微妙に変化する。このため、モルフォ蝶のような艶のある発色を得ることができる。

また、凹凸の高さｈをλt／４としたことにより、−３０°の角度方向に現れる０次光の発生が抑制されることが確認される。このことは、波長４８０[nm]の光をθi＝０°で垂直入射した図５（ａ）において、０°方向に現れるべき正反射光が抑制されていることからも理解される。

以上から、θi及びθoがともに３０°となるように凹凸形状を設定し、入射角θi＝３０°で波長４８０[nm]の光を入射したときに、一次回折光がθo＝３０°を中心として幅をもって後方散乱されることが確認される。このように設定された設計上の角度が基準角度θsであり、図６に示すように、基準角度θsの線（基準角度線という）ＯＳに対し、光を角度φだけ傾けて入射したとき、角度φが小さい（sinφ≒φの）角度範囲では、回折光は基準角度線ＯＳを挟んで反対側に略同一角度φだけ傾いて出射される。

図７は、図５と同様の散乱角度分布であり、基準角度θs＝３０°の凹凸の繰り返し構造に対し、（ａ）入射角θi＝１５°、（ｂ）入射角θi＝３０°、（ｃ）入射角θi＝４５°で波長４８０[nm]の光を入射した場合のシミュレーション結果である。なお、入射角θi＝３０°の図７（ｂ）のデータは、図５（ｂ）と同一である。

図５及び図７から、入射角θi＝θs−φ＝１５°（φ＝１５°）の斜入射では出射角θo＝θs＋φ＝４５°を中心とした角度分布、入射角θi＝θs＝３０°（φ＝０）の斜入射では出射角θo＝θs＝３０°を中心とした角度分布、入射角θi＝θs＋φ＝４５°（φ＝１５°）の斜入射では出射角θo＝θs−φ＝１５°を中心とした角度分布で、法線ＯＮに対して入射光と同じ側に後方散乱を生じることが確認される。なお、入射角θi＝θs−φ＝０（φ＝３０°）の垂直入射では、入射光軸に対する反射面の対称性から、出射角θo＝±６０°を中心としてほぼ左右対称に側方に広がる散乱分布となる。なお、実際には９０°を超えた側にもエバネッセント波成分が存在する。

このように、基準角度θsに対して角度φだけ傾いた角度位置から光を照射した場合でも、法線ＯＮに対して入射光と同じ側に、散乱角度幅Δθをもって波長４８０[nm]近傍の光が後方散乱される。このため、光の照射位置と視認位置とが異なる場合（例えば構造色発色体１０がライトアップされるような場合）でも、法線ＯＮに対して入射光と同じ側の所定角度範囲で、波長４８０[nm]の青を中心として色合いが微妙に変化するモルフォ蝶のような色彩を発色させることができる。

次に、本発明を例示する第２の構成例として、第１の構成例と同様の波長４８０[nm]の青色を目標波長λtとし、構造色発色体１０の基準角度θsを２０°とした場合について、図５に対応する図８、図７に対応する図９を参照して説明する。

まず、（３）式に具体値を代入して中心ピッチｐcを求めるとｐc≒７００[nm]となる。そこで、図４における中心ピッチｐcを７００[nm]とし、これよりも形成ピッチが長い凹凸と短い凹凸とを、適宜ランダムに織り交ぜて、規則性の中に不規則性をもたせた反射面１２を形成する。凹凸１５の高さをｈ＝λt／４＝１２０[nm]とし、形成ピッチの頻度分布の標準偏差をHWHM＝０．２５λt／（２sinθs）²とする。

このような構成の基準角度θs＝２０°の反射面に、波長４８０[nm]の光を（ａ）垂直入射及び（ｂ）基準角度θsで斜入射したときの散乱角度分布のシミュレーション結果を図８に示し、基準角度θsに対して角度φだけ傾いた入射角で波長４８０[nm]の光を斜入射したときの散乱角度分布のシミュレーション結果を図９に示す。なお、図８，図９における各グラフの横軸は、法線ＯＮを０°としたときの左右の表面に向けての角度を、−４０°〜４０°の範囲で示す。

詳細には、図８における（ａ）は入射角θi＝０°の垂直入射、（ｂ）は入射角θi＝基準角度θs＝２０°の斜入射での散乱角度分布のシミュレーション結果であり、図９における（ａ）は入射角θi＝１０°、（ｂ）は入射角θi＝２０°、（ｃ）は入射角θi＝３０°の斜入射での散乱角度分のシミュレーション結果である。なお、入射角θiが基準角度θsと等しいθi＝２０°の図８（ｂ）のデータと、図９（ｂ）のデータは同一である。

図８（ｂ）に示されるように、光の入射角θiが基準角度θsと等しい場合、その入射方向と同一方向に一次回折光が後方散乱される。散乱角度は入射角を中心として幅Δθをもち、標準偏差をHWHM＝０．２５λt／（２sinθs）²とした本実施例においてθo＝θi±１０°、全角で約２０°の角度広がりをもって入射方向に後方散乱される。凹凸の形成ピッチが分布をもち、異なるピッチの凹凸がランダムに配置されていることから、この角度範囲で視認される色彩は波長４８０[nm]の青を中心として色合いが微妙に変化する。このため、第１構成形態と同様にモルフォ蝶のような艶のある発色を得ることができる。また、凹凸の高さｈをλt／４としたことにより、−２０°の角度方向に現れる０次光の発生が抑制されることも確認される。

設定された基準角度θsの基準角度線ＯＳに対し、光を角度φだけ傾けて入射したときの回折光の出射方向は、図６に示したように基準角度線ＯＳを挟んで反対側に同一角度φだけ傾いて出射される。このことは、図９（ａ）〜（ｃ）において、入射角θi＝θs−φ＝１０°（φ＝１０°）の斜入射で出射角θo＝θs＋φ＝３０°を中心とした角度分布、入射角θi＝θs＝２０°（φ＝０）の斜入射で出射角θo＝θs＝２０°を中心とした角度分布、入射角θi＝θs＋φ＝３０°（φ＝１０°）の斜入射で出射角θo＝θs−φ＝１０°を中心とした角度分布で、法線ＯＮに対して入射光と同じ側に後方散乱を生じることで確認される。なお、入射角θi＝θs−φ＝０（φ＝２０°）の垂直入射では、入射光軸に対する反射面の対称性から、出射角θo＝±４０°を中心としてほぼ左右対称に側方に広がる散乱分布となる。

従って、設計上の基準角度θsに対して光の照射位置と視認位置とが異なる場合でも、法線ＯＮに対して入射光と同じ側に、散乱角度幅をもって波長４８０[nm]近傍の光が後方散乱され、所定角度範囲で波長４８０[nm]の青を中心として色合いが微妙に変化する艶のある色彩を発色させることができる。

なお、各図に示した散乱角度分布は、波長４８０[nm]の光を入射したときのシミュレーション結果であるが、これは白色光を入射したときの波長４８０[nm]のスペクトル成分の光の散乱角度分布と同様である。従って、白色光が拡散する一般的な環境下で構造色発色体１０を視認したときにも、入射光と同じ側の所定角度範囲で、波長４８０[nm]の青を中心として色合いが微妙に変化する艶やかな色彩を視認することができる。

以上では、凹凸の高さｈをλt／４とすることにより、目標波長λtの光について０次光の発生を抑制した構成を例示した。このことは、凹凸の高さｈを変化させることにより、目標波長近傍の０次光（正反射光）の光強度をコントロール可能であることを意味し、任意波長の光について正反射光をコントロール可能であることを意味する。

例えば、目標波長近傍の波長帯域の０次光を低い光強度で発生させるように高さｈを設定することや、除去する０次光の波長帯域を目標波長λtから離れた波長として高さｈを設定し、目標波長λtから離れた色彩の発色を抑制するように構成することなどが例示される。後者の具体例として、目標波長λtを４８０[nm]（青）としたときに、除去する０次光の波長λrを６００[nm]（橙）程度として高さｈをλr／４とし、赤〜橙〜黄色の発色を抑制するように構成することが例示される。

次に、以上のように構成される凹凸の繰り返し構造の反射面１２に、反射帯域制限膜を形成する具体的な構成例について説明する。本発明を例示する第３の構成例として、目標波長λt＝４８０[nm]を含む近傍波長の光の反射率が高く、目標波長λtから離れた波長の光の反射率が低い反射帯域制限膜を形成した構成例を説明する。

本構成例の構造色発色体は、可視光を透過する石英ガラスの基材１１上に凹凸の繰り返し構造を形成し、その表面に可視光に対して高い反射率を有する反射膜を形成することにより、既述した第１、第２の構成例と同様の反射面１２を形成する。そして、このような凹凸の繰り返し構造が形成された反射面に、目標波長λt＝４８０[nm]を含む近傍波長の光の反射率が高く、目標波長λtから離れた波長の光の反射率が低い反射帯域制限膜を形成する。

具体的には、可視光に対して高い反射率を有する反射膜（下地の反射膜）として、金属チタン（Ｔｉ）の膜を厚さ１００[nm]程度形成し、その上に反射帯域制限膜として、酸化チタン（ＴiＯ₂）の膜を５５[nm]の厚さで形成する。これにより、既述した第１，第２の構成形態と同様の凹凸の繰り返し構造を有する反射面１２に、上記特性の反射帯域制限膜が形成された構造色発色体が構成される。

図１０は、凹凸が形成されていない平坦な石英ガラスの基板上に、厚さ１００[nm]の金属チタンの膜を形成し、その上に厚さ５５[nm]の酸化チタンの膜を形成して、白色光を垂直入射した場合の、反射光のスペクトル分布をシミュレーションした結果である。この図１０において、グラフの横軸は波長、縦軸は反射率である。

図１０から、目標波長λt＝４８０[nm]を含む近傍波長（特に短波長側）の光の反射率が高く、目標波長λtから離れた波長（特に長波長側）の光の反射率が低いことが分かる。この構成の反射帯域制限膜では、波長５７０[nm]以上の黄色〜赤色領域の反射率が１０％以下に抑制されている。従って、例示したような反射帯域制限膜を形成することにより、目標波長λtを含む青色領域の発色性が高い構造色発色体を構成することができる。特に、凹凸の高さｈを目標波長に基づいてｈ＝λt／４に近い値に設定した場合に、目標波長λtから離れた波長帯域（第１，第２の構成例において橙〜赤色）の０次光が発生しやすくなるが、本構成例のような反射帯域制限膜を形成することによりこれを抑制することができ、基準角度線に対する視認位置に拘わらず、目標波長λtに近い波長帯域の色合いをもった構造色発色体とすることができる。

また、第３の構成例に示したように、基材１１として可視光に対する反射率が低い素材を用い、凹凸が形成された面に反射率が高い反射膜を形成して、凹凸の繰り返し構造が形成された反射面１２を形成することができる。そのため、例えば、コンパクトディスクやＤＶＤなどの光ディスクと同様の成形工程及び成膜工程により、高速かつ低コストで多量の構造色発色体を生産することができる。なお、凹凸の繰り返し構造が形成された反射面１２を保護するため、可視領域の光を透過する材料により、反射面全体を覆う保護層を形成することも好ましい構成例である。

以上説明した構造色発色体１０は、特に用途が限定されるものではなく、種々多様な物品に適用することができる。これを逐一例示することは困難であるが、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラの外装部材、携帯電話や携帯音楽再生機等の携帯機器の外装部材、情報端末やパーソナルコンピュータ等の情報機器の外装部材、万年筆や時計等の外装部材、ペンダントやカフスボタン等の装飾具など、種々の物品の適宜な部材に適用することができる。このような物品に構造色発色体１０を適用すれば、ビロードのような艶のある外装の斬新な製品を提供することができる。

なお、以上説明した実施形態では、凹凸の繰り返し構造の最も単純な構成例として、凸部１５ａと凹部１５ｂとからなる２段構成の形態を例示したが、高さを３段階以上の多段構成としてもよい。また、目標波長λtとしてモルフォ蝶の色彩に近い波長４８０[nm]近傍帯域の艶やかな発色を再現する構成例を示したが、目標波長λtは当然ながら他の色彩の波長であってもよく、２以上の目標波長を組み合わせて構成してもよい。

また、目標波長λtは人間の可視波長である３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの間の任意の波長であって良く、基準角度θsは物体を視認する際の通常の角度である１０°〜８０°の間の任意の角度とすることができる。これらの範囲の目標波長λt及び基準角度θsに対応する凹凸の形成ピッチｐは、既に説明した計算式によって１９０ｎｍ〜２３００ｎｍの間の値であることが示される。したがって、本発明の態様の構造色発色体において、凹凸の形成ピッチｐを１９０ｎｍ〜２３００ｎｍの範囲の値とすれば、ある角度において可視域のいずれかの波長の光が入射方向に後方散乱されることになり、艶のある高品位な構造色を発色させることができる。

また、上述の態様において、凹凸の形成ピッチｐは１０００ｎｍ以下の任意の値としてもよく、この場合は少なくとも２０°以上の角度において可視域のいずれかの波長の光が入射方向に後方散乱される。

なお、上述の態様において、凹凸の高さｈは目標波長λtを可視波長としたときのλt／４に対応する９０〜２００ｎｍの範囲とすることができ、より好ましくは１００〜１７５ｎｍの範囲とするのがよい。

また、上述の態様において、目標波長λtは高品位な発色という観点から４００〜７００ｎｍの範囲とすることが好ましく、４５０〜６５０ｎｍの範囲とすることが特に好ましい。また、基準角度θsは視認のし易さという観点から１０〜７０°の範囲とすることが好ましく、２０〜６０°の範囲とすることが特に好ましい。これらの場合において、形成ピッチｐの好ましい範囲は２００〜１９００ｎｍであり、より好ましくは２６０〜９５０ｎｍである。

なお、凹凸の形成ピッチは所定の頻度分布を有して形成することができ、その場合の中心値ｐｃは上述の態様の形成ピッチｐに準じて設定することができる。また、頻度分布の標準偏差については目標波長λt及び基準角度θtに基づいて０．０５λt／（２sinθs）²〜０．４λt／（２sinθs）²の範囲とすることができるが、より具体的には５〜１９００ｎｍとすることが好ましく、７．５〜５６０ｎｍとすることがより好ましい。

１０ 構造色発色体
１１ 基材
１２ 反射面
１５ 凹凸（１５ａ：凸部、１５ｂ：凹部）
ｈ 凹凸の高さ（凹部の深さ）
ｐ（ｐ₁，ｐ₂，ｐ₃，ｐ₄，ｐ₅，ｐ₆…） 凹凸の形成ピッチ

Claims (8)

1. 反射面に形成された凹凸の繰り返し構造により構造色を発生する構造色発色体であって、
   前記凹凸の繰り返し構造は、目標とする構造色の波長をλt、基準角度をθs、繰り返し構造の形成ピッチをｐとしたときに、前記形成ピッチｐについて中心値がλt／２sinθs、標準偏差が０．０５λt／（２sinθs）²〜０．４λt／（２sinθs）²の頻度分布を有して構成され、
   前記凹凸の繰り返し構造に入射角θi＝θsで可視光を斜入射したときに、目標波長λtの一次回折光が入射方向と略同一方向に後方散乱されるように構成したことを特徴とする構造色発色体。
2. 前記凹凸の高さがλt／４の奇数倍であることを特徴とする請求項１に記載の構造色発色体。
3. 前記凹凸の繰り返し構造が形成された反射面に、前記目標波長λtを含む近傍波長の光の反射率が高く、前記目標波長λtから離れた波長の光の反射率が低い反射帯域制限膜を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の構造色発色体。
4. 前記構造色の波長λtが３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下、かつ前記基準角度θsが１０°以上８０°以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造色発色体。
5. 前記形成ピッチｐの中心値が１９０ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の構造色発色体。
6. 反射面に形成された凹凸の繰り返し構造による構造色を発生する構造色発色体であって、
   前記凹凸の繰り返し構造は、繰り返し構造の形成ピッチをｐとしたときに、前記形成ピッチｐは所定の頻度分布を有して構成され、
   前記頻度分布の中心値は１９０ｎｍ以上２３００ｎｍ以下であることを特徴とする構造色発色体。
7. 前記頻度分布の標準偏差は４〜２３００ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の構造色発色体。
8. 請求項１〜３のいずれかに記載の構造色発色体を、カメラの外装部材として用いたことを特徴とするカメラ。

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