JP3854220B2 - ホログラム記録媒体の作成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホログラム記録媒体の作成方法、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ホログラムシールへの利用に適したホログラム記録媒体の作成方法に関する。
【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いる。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】
このようなホログラムシールを作成するには、通常、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用いられている。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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光学的なホログラム撮影方法には、鮮明なホログラム像が得られないという問題がある。すなわち、光学的に形成された干渉縞は、振動に敏感であるため、振動を完全に排除した環境でのホログラム撮影を行う必要がある。ところが、かなりの精度の防振台を用いて撮影を行っても、振動を完全に排除することは困難であり、このため、干渉縞の記録像にいわゆる「ボケ」が生じ、コントラストのある明るいホログラム像が得られないのである。また、用いるレーザ光の発振波長にもゆらぎが生じるため、くも硝子状ノイズが避けられない。このように、光学的なホログラム撮影には再現性が悪いという問題があるため、同じ原版を何枚か作成することも困難になる。
【０００５】
このような問題を解決するための新規なホログラム記録媒体、ならびにその作成方法および作成装置が、特開平６−３３７６２２号公報に開示されている。この新規な手法によれば、所定のモチーフを表現するのに、このモチーフを複数の画素で構成し、個々の画素位置に回折格子パターンをあてはめる方法が採られる。この手法によれば、記録媒体上に鮮明なホログラム像が得られ、しかも再現性も良好となる。ところが、この手法では、階調をもったモチーフを効果的に表現することができない。
【０００６】
そこで本発明は、階調をもったモチーフについて、鮮明で再現性のよいホログラム像が得られるホログラム記録媒体の作成方法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】
(1) 本発明の第１の態様は、階調をもった所定のモチーフを回折格子によって表現したホログラム記録媒体を作成する方法において、
所定線幅の直線状の格子線を、所定配置角度および所定ピッチで所定の閉領域内に配置した画素パターンを複数定義するパターン定義段階と、
それぞれ所定の濃度値をもった複数の画素を平面上の所定位置に定義することにより階調をもった所定のモチーフを表現した、モチーフ画素情報を用意するモチーフ準備段階と、
前記モチーフ画素情報における各濃度値に基づいて、各画素に前記画素パターンを対応づけ、各画素位置に、対応する画素パターンを配置するパターン配置段階と、
を行うようにし、
前記パターン定義段階で定義される複数の画素パターンは、格子線の線幅およびピッチは各画素パターン間で共通しているが、格子線の配置角度は各画素パターン間で異なるようにし、
前記パターン配置段階では、前記複数の画素パターンの格子線の配置角度の相違により前記モチーフの濃淡情報が表現されるように、各画素に特定の画素パターンを対応づけるようにしたものである。
【０００８】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係るホログラム記録媒体の作成方法において、
パターン定義段階では、互いに近似した格子線の配置角度をもつ画素パターンの集合を１グループとして、複数のグループからなる画素パターンを定義し、
モチーフ準備段階では、複数の異なるモチーフ画素情報を用意し、
パターン配置段階では、１つのグループに所属する画素パターンの集合によって１つのモチーフが構成され、複数のモチーフが同一平面上に重複して表現されるようにしたものである。
【０００９】
(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係るホログラム記録媒体の作成方法において、
モチーフとして文字が表現されているモチーフ画素情報を用意するようにしたものである。
【００１０】
本発明は、特開平６−３３７６２２号公報に開示された新規な手法を、階調をもったモチーフにまで広げて適用するための技術思想である。前記公報に開示されたホログラム記録媒体の特徴は、回折格子が形成された画素を平面的に配置することにより、ホログラムパターンを記録するようにした点にある。本願発明者は、このような回折格子が形成された画素を視覚的に観察した場合、画素の明るさが、回折格子の格子線配置角度によって変化する現象に着目した。すなわち、画素の濃度値を格子線の配置角度に置き換えることにより、階調をもったモチーフを表現することが可能になることに気付いたのである。そこで、格子線配置角度の違いにより明るさの異なる複数種類の画素パターンを用意しておき、モチーフを構成する個々の画素を、その濃度値に対応した明るさの画素パターンに置き換えてゆけば、階調をもったモチーフが表現されたホログラム記録媒体が実現できる。
【００１１】
通常、上述の処理はコンピュータによってなされることになるが、このとき、ディスプレイ画面上において、正しいモチーフ表現がなされているかを確認する場合、格子線の配置角度によって選択的に所定の画素パターンのみを表示させるようにすれば、オペレータはより自由度の高い方法でパターン確認を行うことができるようになる。
【００１２】
なお、一般に「ホログラム」という文言は、干渉縞によって得られた像を指す言葉として用いられており、そのような意味からすれば、本発明の記録媒体上に作成される像は、「ホログラム」ではなく「疑似ホログラム」あるいは「回折格子パターン」と言うべきものである。しかしながら、偽造防止用のシールとして用いられている記録媒体は、一般に「ホログラムシール」と呼ばれているため、本願明細書においては、記録媒体上に形成されている「回折格子パターン」についても「ホログラム」という言葉を用いることにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。前述したように、本発明は、特開平６−３３７６２２号公報に開示された新規な手法を、階調をもったモチーフにまで広げて適用するための技術思想である。したがって、説明の便宜上、まず前記公報に開示されている階調をもたないモチーフについての実施例について述べる。
【００１４】
＜＜＜ §１． 階調をもたないモチーフについての実施例 ＞＞＞
本発明に係るホログラム記録媒体の特徴は、複数の画素の集合によって構成されるモチーフを、媒体上にホログラムとして表現した点にある。ここでは、図１(a) に示すような、階調をもたない比較的単純なモチーフ（英文字の「Ａ」を示す）をホログラム記録媒体上に表現する方法について説明する。なお、本発明に係るホログラム記録媒体の作成方法は、コンピュータを用いて実施することを前提としたものであり、これから説明する各処理は、いずれもコンピュータを用いて実行される。
【００１５】
まず、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。
【００１６】
続いて、図２に示すように、所定線幅ｄの格子線を所定ピッチｐおよび所定角度θで所定の閉領域Ｖ内に配置した画素パターンを定義する。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。この実施例では、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。また、この閉領域Ｖ内に配置される格子線Ｌの線幅ｄおよびピッチｐも光の波長に準じた微小な寸法をもったものであり、この実施例では、線幅ｄ＝０．６μｍ、ピッチｐ＝１．２μｍである。要するに、格子線Ｌは回折格子としての機能を果たす線幅ｄおよびピッチｐで配置されている必要がある。格子線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軸を基準軸として格子線Ｌの配置角度θを表わすことにする。このような画素パターンも、コンピュータ上ではパターンデータとして用意されることになる。なお、この画素パターンのパターンデータは、「ラスター画像データ」として用意してもよいし（この場合は、モチーフを構成する１つ１つの画素が、更に微小な画素によって表現されることになる）、あるいは、格子線Ｌを構成する四角形の４頂点の座標値を指定することにより格子線Ｌの輪郭線を定義した「ベクトル画像データ」として用意してもよい。データ量を抑えるためには、後者の方が好ましい。
【００１７】
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配置してゆく。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ホログラム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、ホログラムとしての視覚的な効果が得られることになる。
【００１８】
もっとも、図２に示すような画素パターンを「タイル」として貼り付ける処理は、コンピュータ内での割付処理として行われる。この処理は、たとえば、モチーフ全体に対応する画像の右下位置に座標原点Ｏをとった場合、貼り付けるべき画素位置に基づいたオフセット量ａ，ｂを演算により求め、画素パターンの貼り込み処理を行えばよい。このような演算処理の結果、図３に示すようなパターンを示すパターンデータが得られるので、これをフィルムなどの上に物理的に出力すれば、所望のホログラム記録媒体が作成できることになる。なお、本実施例では、後述するように、コンピュータで作成したパターンデータを電子ビーム描画装置に与え、電子ビームにより図３に示すようなパターンを原版上に描画し、この原版を用いてプレスの手法でホログラムシールを大量生産するようにしている。
【００１９】
以上は、階調をもたないモチーフについての実施例であるが、特開平６−３３７６２２号公報には、この手法を階調をもったモチーフについて適用するための一方法が開示されている。これは、たとえば図４に示すような複数の画素パターンを用いるのである。ここで、実線で示す領域は画素としての全占有領域Ｖであり、破線で示す領域は、全占有領域Ｖの中で格子線を配置する対象となった閉領域Ｗである。図４に示す５つの画素パターンは、全占有領域Ｖに対する閉領域Ｗの面積比が、それぞれ１００％，５０％，３０％，１０％，５％のものであり、それぞれ濃度値の異なる画素パターンということができる。もとになったモチーフを構成する各画素の濃度値に応じて、これら濃度値の異なる画素パターンを使い分けるようにすれば、階調をもったモチーフの表現が可能になる。
【００２０】
しかしながら、このような階調画像の表現方法では、回折格子が形成されていない領域（閉領域Ｗの外側の領域）は有効に利用されないことになり、画像全体が暗くなるという問題がある。本発明は、このような問題を解決するために、階調表現を行う別な手法を提示するものである。
【００２１】
＜＜＜ §２． 階調をもったモチーフの本発明による表現方法 ＞＞＞
続いて、本発明の基本原理を説明する。いま、図５(a) に示すように、図の水平方向に多数の格子線が配列された回折格子板Ｋを用意する。各格子線は、たとえば、線幅ｄ＝０．６μｍ程度、ピッチｐ＝１．２μｍ程度、で配列されている。ここで、このような回折格子板Ｋを手に持って垂直に立てて保持し、水平方向から観察してみる（図に描かれた回折格子板Ｋを紙面垂直上方から観察するのに相当する）。すなわち、視線がこの回折格子板Ｋに対して垂直に交わるような方向から観察する。その状態で、視線を回転軸として、回折格子板Ｋを回転させてみる。図５(b) 〜(e) は、図５(a) に示す状態を０°として、それぞれ、３０°，４５°，６０°，９０°だけ回転させたときの状態を示す。観察者から見ると、この回転により、格子線の配置角度が０°〜９０°に変化することになる。このような観察を行うと、通常の照明環境（屋外あるいは通常の照明がなされた室内）では、図５(a) に示すような０°の配置角度の状態が最も明るく見え、図５(e) に示すような９０°の配置角度の状態が最も暗く見える。したがって、回折格子板Ｋを図５(a) に示すような状態に保持し、これを時計回りに徐々に回転させながら図５(e) に示すような状態にまでもってゆくと、観察者からは回折格子板Ｋの前面が徐々に暗くなってゆくように観察される。
【００２２】
この原理を上述したホログラム記録媒体に適用すれば、階調をもったモチーフの表現が可能になる。たとえば、図６に示すような５種類の画素パターンＰ１〜Ｐ５を用意する。ここで、各画素パターンＰ１〜Ｐ５は、いずれも同じ線幅の格子線を同じピッチで配置した回折格子パターンであるが、格子線の配置角度が０°〜９０°とそれぞれ異なっている。したがって、上述の原理によれば、これらの各画素パターンＰ１〜Ｐ５を、通常の照明環境下において垂直に立てて保持し、これを水平方向から観察すれば、画素パターンＰ１が最も明るく見え、画素パターンＰ２〜Ｐ４になるに従って徐々に暗くなり、画素パターンＰ５が最も暗く見えることになる。そこで、これらの各画素パターンを、それぞれの画素の濃度値に応じて対応づければ、階調をもったモチーフの表現が可能になる。たとえば、濃度値Ｃ＝０％（最も明るい）〜１００％（最も暗い）が与えられた画素については、図６の一番下の行に示すような濃度値範囲に基づいて、画素パターンＰ１〜Ｐ５のうちのいずれか１つを対応づければよい。すなわち、０％≦Ｃ＜２０％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ１を対応づけ、２０％≦Ｃ＜４０％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ２を対応づけ、４０％≦Ｃ＜６０％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ３を対応づけ、６０％≦Ｃ＜８０％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ４を対応づけ、８０％≦Ｃ≦１００％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ５を対応づけるのである。
【００２３】
次に、本発明を具体的なモチーフに適用した例を示す。前述した図１(a) のモチーフは、英文字の「Ａ」を示す絵柄であるが、階調をもたない二値画像であり、各画素は図１(b) に示すように「０」または「１」のいずれかの画素値しか有さない。これに対し、各画素が０％〜１００％の濃度値Ｃをもったモチーフを考えてみる。図７(a) に各画素の濃度値を示した画像は、図１(a) のモチーフと同様に英文字の「Ａ」を示す絵柄であるが、階調をもった画像であり、背景部分は濃度値Ｃ＝５％の画素で、絵柄部分は濃度値Ｃ＝９５％，９０％，７０％，３５％，３０％のいずれかの画素で構成されている。これらの濃度値をもった各画素について、図６に示す方法で５つの画素パターンＰ１〜Ｐ５を対応づけると、図７(b) に示すような対応関係が得られる。そこで、この対応関係に基づいて、各画素パターンを各画素位置に配置してゆけば、階調をもった絵柄「Ａ」が回折格子により表現できる。
【００２４】
なお、上述の実施例では、画素パターンの格子線配置角度を０°〜９０°という広い範囲にわたって分布させているが、実用上は、これほど広い範囲に分布させる必要はない。具体的には、格子線配置角度を０°〜４５°まで変化させることにより、明るい状態（０°）から、かなり暗い状態（４５°）まで変化させることができ、更に、格子線配置角度を４５°〜９０°まで変化させても、明度はそれほど大きくは変化しない。したがって、実用上は、格子線配置角度０°〜４５°の範囲、あるいは、０°〜３０°の範囲を、濃度値０％〜１００％の範囲に対応づけるようにすれば十分である。
【００２５】
ところで、図５で説明した原理では、通常の照明環境において水平方向の格子線をもった画素パターンは明るく見え、垂直方向の格子線をもった画素パターンは暗く見える。このため、上述の方法で階調画像を表現したホログラム記録媒体自体を９０°回転させて観察すると、明暗の関係が反転することになる。これを具体的な例で説明しよう。いま、図７(a) に示すような濃度値をもった階調画像について、図７(b) に示すような対応関係を用いて画素パターンを配置することにより、図８(a) に示すような記録媒体Ｍが得られたとしよう。この記録媒体Ｍを図８(a) に示すように縦の状態に保持して観察すると、予定どおりの明暗状態が得られる。すなわち、図７(a) において、濃度値５％の画素（格子線は水平になる）が最も明るい（白い）画素となり、濃度値９５％の画素（格子線は垂直になる）が最も暗い（黒い）画素となる。ところが、この記録媒体Ｍを図８(b) に示すように横の状態に保持して観察すると、明暗状態が反転し、もとの画像をポジ画像とすると、ネガ画像が観察されることになる。すなわち、濃度値５％の画素（格子線は今度は垂直になる）が最も暗い（黒い）画素となり、濃度値９５％の画素（格子線は今度は水平になる）が最も明るい（白い）画素となる。
【００２６】
また、このようなネガ／ポジの反転は、視線と記録媒体Ｍとのなす角度を変えることによっても生じる。たとえば、これまでの議論はいずれも、図９(a) に示すように、視線Ｅが記録媒体Ｍの面に対して垂直になるような方向から観察した場合についての議論であったが、図９(b) に示すように、記録媒体Ｍを視線Ｅに対して傾斜させた場合にも、ネガ／ポジの反転が生じる。図９(b) は縦方向への傾斜（記録媒体Ｍの上辺を観察者から離し、下辺を観察者に近付ける方向、あるいはその逆方向への傾斜）を示しているが、同様の現象が横方向への傾斜（記録媒体Ｍの右辺を観察者から離し、左辺を観察者に近付ける方向、あるいはその逆方向への傾斜）でも生じる。あるいは、照明環境によっても、ネガ／ポジの反転が生じる可能性がある。しかも、この現象は必ずしもネガ／ポジの反転として現れるとは限らず、中途半端な向きや角度で観察すると、もとのモチーフに対して濃度の関係が複雑に入り乱れた画像が現れることになる。要するに、本発明によって階調画像を記録媒体Ｍ上に表現した場合、観察者による記録媒体Ｍの保持状態、観察角度、照明環境、によって、本来の階調画像が正しく観察されない可能性がある。
【００２７】
しかしながら、これは実用上、問題にはならない。たとえば、この記録媒体Ｍを偽造防止のためにクレジットカード上に形成したとしよう。このクレジットカードについての記載事項を確認する場合、観察者は、図９(a) に示すように、正面に正しい向きでクレジットカードを保持するのが通常だからである。このように保持して観察する限り、もとのモチーフどおりの階調をもった画像が観察できる。また、仮に観察者がクレジットカードを縦横逆に保持して観察したり、傾けて観察したりしても、特に実用上の問題は生じない。この場合、確かにもとのモチーフを基準に考えると、階調情報が正しく再現されていないことになるが、本来、このようなホログラムシールは、写真のように被写体を忠実に再現することを目的としたものではないため、実用上何ら問題はない。むしろ、観察角度や向きを変えることにより各部の濃度が千差万別に変化するため、幻想的なイメージを与えるという観点からは、これは好ましい現象である。
【００２８】
＜＜＜ §３． 本発明に係るホログラム記録媒体の作成方法 ＞＞＞
次に、本発明に係るホログラム記録媒体の作成方法の手順を、図１０の流れ図に基づいて説明する。この手順は、ステップＳ１〜Ｓ６の６つの段階から構成されており、このうち、ステップＳ１〜Ｓ４までがコンピュータおよびその周辺機器によって実行され、ステップＳ５は電子線描画装置によって実行され、ステップＳ６は印刷機によって実行される。
【００２９】
ステップＳ１のパターン定義段階は、所定線幅の格子線を所定ピッチで所定の閉領域内に配置した画素パターンを複数定義する段階である。ここで、定義された各画素パターンは、たとえば、図６のパターンＰ１〜Ｐ５のように、互いに格子線の配置角度が異なる。定義すべき画素パターンの数は、濃度値を何段階に区分けするかによって定まる。図６の例では、０％〜１００％の濃度値を５段階に区分けし、５種類の画素パターンＰ１〜Ｐ５を定義しているが、よりきめの細かい区分けをするのであれば、格子線の配置角度の刻みをより細かくして多種類の画素パターンを定義すればよい。
【００３０】
ステップＳ２のモチーフ準備段階は、モチーフ画素情報を用意する段階である。ここで、モチーフ画素情報とは、階調をもった所定のモチーフを表現するために、それぞれ所定の濃度値をもった複数の画素を平面上の所定位置に定義した情報である。たとえば、図７(a) に示すような情報が、モチーフ画素情報となる。このようなモチーフ画素情報を用意するには種々の方法がある。たとえば、写真原稿やデザイナが描いたイラスト原稿などを、スキャナ装置によって階調をもった画像データとして読み込めば、これをモチーフ画素情報として利用することができる。あるいは、コンピュータ上で、グラフィックアプリケーションソフトウエアを動作させ、このような階調画像を描くことによっても、このモチーフ画素情報を用意することができる。
【００３１】
ステップＳ３のパターン配置段階は、モチーフ画素情報における各濃度値に基づいて、各画素に個々の画素パターンを対応づけ、各画素位置に、対応する画素パターンを配置する段階である。たとえば、図６の最下行に示された不等式で定義される条件に従って、図７(a) に示す各画素に画素パターンＰ１〜Ｐ５を対応づければ、図７(b) に示すような対応関係が得られる。続いて、この対応関係に基づいて、実際の画素パターンＰ１〜Ｐ５が各画素位置へ配置される。以上の処理は、コンピュータ内部の割付処理として実行される。
【００３２】
ステップＳ４のパターン検査段階は、ステップＳ３のパターン配置段階において、正しくパターン配置が行われたか否かを検査する段階である。すなわち、ステップＳ１で定義された複数の画素パターンのそれぞれについて、ディスプレイ画面上での固有の表示態様が定められ、配置された個々の画素パターンをそれぞれ固有の表示態様によってディスプレイ画面上に表示させるのである。前述のように、実際の画素パターンは、１μｍのオーダの線幅やピッチをもった微細パターンであるため、そのままの状態ではディスプレイ画面上に表示することはできない。そこで、オペレータがディスプレイ画面上で視覚的に個々の画素パターンを把握することができるように、それぞれの画素パターンに対して固有の表示態様が定められる。この表示態様は、個々の画素パターンを互いに識別しうるような表示態様であればどのような表示態様を用いてもよいが、本実施例では、実際の格子線の幅を肉眼で観察できる程度に拡大し、更に適当に間引くことにより格子線のピッチを肉眼で観察できる程度に伸長し、各画素パターンを表示している（これまで図５や図６において示した画素パターンも、実はこのようにして肉眼で観察できる態様で表示したものである）。
【００３３】
ただ、この方法だと、モチーフの形状把握が困難になる。たとえば、図７(a) に示すような濃度値をもった絵柄は、実際のホログラムシール上では明暗の領域が鮮明に区別できるために、「Ａ」なる英文字からなるモチーフの認識ができるが、ステップＳ４のパターン検査段階において、ディスプレイ画面上に図６に示す各画素パターンをモザイク状に配置して表示させた場合、格子線の配置角度の違いによって「Ａ」なる英文字のモチーフを把握することは困難である。そこで、この実施例では、パターン検査段階で、格子線の配置角度が所定の範囲内に含まれる画素パターンのみをディスプレイ画面上に表示させるような機能を付加してある。たとえば、上述の例の場合、格子線配置角度が３０°以上の画素パターンのみを表示させるようにすれば、図１１に示すように、画素パターンＰ２，Ｐ４，Ｐ５のみがディスプレイ画面上に表示されることになり、モチーフの形状把握を容易に行うことができる。
【００３４】
また、格子線の配置角度に応じて、ディスプレイ画面上での画素パターンの表示輝度を変えるようにしてよい。たとえば、上述の例の場合、格子線配置角度が３０°未満の画素パターンについての輝度を低下させるようにすれば、画素パターンＰ１の表示輝度が暗くなり、やはりモチーフの形状把握を容易に行うことができる。あるいは、格子線配置角度が所定の範囲内にあるものだけを表示させる操作を、時分割して順次表示させることも可能である。たとえば、上述の例の場合、格子線配置角度が６０°以上の画素パターンのみを表示させた後、続いて、３０°〜６０°の画素パターンのみを表示させることも可能である。
【００３５】
以上の各ステップまでがコンピュータによって実行され、最終的に画素パターンの集合からなる画像データが用意できる。そこで、続くステップＳ５において、この画像データに基づいて原版の作成を行う。この実施例では、得られた画像データに基づいて、電子線描画装置を用いて微細な画素パターン配列からなるホログラム原版を作成している。こうして、原版が作成できたら、次のステップＳ６において、ホログラムシールが製造される。この実施例では、原版を用いて印刷の手法を用いて、ロール状のフィルムに原版上の凹凸パターンを転写し、ホログラムシールを作成している。
【００３６】
＜＜＜ §４． 複数のモチーフを表現する実施例 ＞＞＞
特開平６−３３７６２２号公報には、同一平面上に複数のモチーフを重複させて表現する手法が開示されている。たとえば、図１２(a) に示すようなモチーフＡ（英文字の「Ａ」の形）と、図１２(b) に示すようなモチーフＢ（英文字の「Ｂ」の形）と、を重複させてホログラムシール上に表現するには、各画素をそれぞれ４つの副画素に分割し、モチーフＡには左上の副画素と右下の副画素を割り当て、モチーフＢには左下の副画素と右上の副画素とを割り当て、それぞれの画素を副画素によって表現する。こうして、モチーフＡは図１３(a) に示すような副画素パターン（この例では、格子線配置角度が０°）を配置することにより表現され、モチーフＢは図１３(b) に示すような副画素パターン（この例では、格子線配置角度が９０°）を配置することにより表現される。そして、これらの副画素パターンを重複させることにより、図１４に示すようなホログラム記録媒体が得られる。
【００３７】
本発明は、このように複数のモチーフを重複させて表示させる場合にも適用可能である。図１２に示すモチーフＡ，Ｂは、いずれも階調をもたない２値画像であるが、これらが階調画像であった場合には、次のような取扱いをすればよい。すなわち、互いに近似した格子線配置角度をもつ複数の画素パターンを１グループとして、複数グループの画素パターンを定義し、各モチーフごとに異なるグループに属する画素パターンを対応づけるのである。たとえば、モチーフＡについては、角度０°近辺の格子線配置角度をもった複数の画素パターンを定義し、モチーフＢについては、角度９０°近辺の格子線配置角度をもった複数の画素パターンを定義するのである。より具体的には、モチーフＡに用いる副画素については、角度−５°〜＋５°の範囲内の格子線配置角度をもった複数種類の画素パターンを定義し、モチーフＢに用いる副画素については、角度８５°〜９５°の範囲内の格子線配置角度をもった複数種類の画素パターンを定義するのである。角度０°近辺の格子線配置角度をもつ画素パターングループと、角度９０°近辺の格子線配置角度をもつ画素パターングループと、では、見える角度に大きな差があるため、図１４に示すホログラム記録媒体は、ある特定の向きおよび角度から観察するとモチーフＡが観察され、別な特定の向きおよび角度から観察するとモチーフＢが観察される。しかも、モチーフＡが観察されているときには、各副画素によって角度−５°〜＋５°の範囲内で格子線配置角度に相違があるため、個々の副画素間に濃度差が観察されることになる。同様に、モチーフＢが観察されているときには、各副画素によって角度８５°〜９５°の範囲内で格子線配置角度に相違があるため、やはり個々の副画素間に濃度差が観察されることになる。かくして、それぞれ階調をもった複数のモチーフを重複させて表示することが可能になる。
【００３８】
なお、前述したように、パターン検査段階（図１０の流れ図のステップＳ４）において、格子線の配置角度が所定の範囲内に含まれる画素パターンのみをディスプレイ画面上に表示させるような機能を付加しておくと、上述のような複数のモチーフを重複表示させたパターンの検査が容易になる。すなわち、角度−５°〜＋５°の範囲内の格子線配置角度をもつ画素パターンのみを表示させれば、図１３(a) に示すようなモチーフＡのみを認識することができるし、角度８５°〜９５°の範囲内の格子線配置角度をもつ画素パターンのみを表示させれば、図１３(b) に示すようなモチーフＢのみを認識することができる。
【００３９】
以上、本発明を図示する実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例のみ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。たとえば、上述の実施例では、モチーフＡに用いる画素パターンの格子線配置角度については、０°を中心にして±５°の幅をもたせ、モチーフＢに用いる画素パターンの格子線配置角度については、９０°を中心にして±５°の幅をもたせたが、これらの中心角度および幅は自由に設定することが可能である。ただし、モチーフＡとモチーフＢとが干渉しないようにするためには、モチーフＡに用いる画素パターンの格子線配置角度の中心値（上述の例の場合は０°）と、モチーフＢに用いる画素パターンの格子線配置角度の中心値（上述の例の場合は９０°）と、を少なくとも３０°以上離すようにするのが好ましい。更にモチーフＡに用いる画素パターンの格子線配置角度のモチーフＢ側の境界値（上述の場合は＋５°）と、モチーフＢに用いる画素パターンの格子線配置角度のモチーフＡ側の境界値（上述の場合は８５°）と、についても少なくとも３０°以上離すようにするのが好ましい。なお、実際には、０°の格子線配置角度をもった画素が最も明るく観察されるので、モチーフＡをより明るくするには、５°を中心にして±５°の幅をもたせることにより、格子線配置角度が０°〜１０°に分布する画素パターングループを定義し、この画素パターングループを用いてモチーフＡを表現するようにするとよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、画素の濃度値を格子線の配置角度に置き換えるようにしたため、階調をもったモチーフについても鮮明で再現性のよいホログラム像が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】階調をもたないモチーフおよびその画素情報の一例を示す図である。
【図２】本発明に係るホログラム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ホログラム記録媒体を示す図である。
【図４】階調をもったモチーフを表現するための一手法に用いられる画素パターンを示す図である。
【図５】本発明の基本原理となる回折格子を観察する向きと明るさとの関係を説明する図である。
【図６】本発明において、異なる濃度値を表現するために用いられる複数の画素パターンの一例を示す図である。
【図７】階調をもったモチーフを構成する各画素の濃度値および対応づけられた画素パターンを示す図である。
【図８】本発明に係るホログラム記録媒体には、観察する向きによってネガ／ポジの反転現象が生じることを説明する図である。
【図９】本発明に係るホログラム記録媒体には、観察する角度によってネガ／ポジの反転現象が生じることを説明する図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るホログラム記録媒体の作成方法の手順を示す流れ図である。
【図１１】図１０に示す流れ図のステップＳ４（パターン検査段階）において、ディスプレイ画面上に表示する画素パターンに対して格子線配置角度による制限を加えた場合の表示例を示す図である。
【図１２】ホログラム記録媒体に重複して記録すべき２つの異なるモチーフを示す図である。
【図１３】図１２に示す各モチーフにそれぞれ副画素パターンを配置した状態を示す図である。
【図１４】図１３に示す２つの副画素パターン配置を重複することにより得られたホログラム記録媒体を示す図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ…モチーフ
Ｅ…視線
Ｋ…回折格子板
Ｌ…格子線
Ｍ…ホログラム記録媒体
Ｐ１〜Ｐ５…画素パターン
Ｖ…格子線を配置する閉領域
Ｗ…画素としての全占有領域
ｄ…格子線の線幅
ｐ…格子線のピッチ
θ…格子線の配置角度
【発明の属する技術分野】
本発明はホログラム記録媒体の作成方法、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ホログラムシールへの利用に適したホログラム記録媒体の作成方法に関する。
【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いる。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】
このようなホログラムシールを作成するには、通常、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用いられている。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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光学的なホログラム撮影方法には、鮮明なホログラム像が得られないという問題がある。すなわち、光学的に形成された干渉縞は、振動に敏感であるため、振動を完全に排除した環境でのホログラム撮影を行う必要がある。ところが、かなりの精度の防振台を用いて撮影を行っても、振動を完全に排除することは困難であり、このため、干渉縞の記録像にいわゆる「ボケ」が生じ、コントラストのある明るいホログラム像が得られないのである。また、用いるレーザ光の発振波長にもゆらぎが生じるため、くも硝子状ノイズが避けられない。このように、光学的なホログラム撮影には再現性が悪いという問題があるため、同じ原版を何枚か作成することも困難になる。
【０００５】
このような問題を解決するための新規なホログラム記録媒体、ならびにその作成方法および作成装置が、特開平６−３３７６２２号公報に開示されている。この新規な手法によれば、所定のモチーフを表現するのに、このモチーフを複数の画素で構成し、個々の画素位置に回折格子パターンをあてはめる方法が採られる。この手法によれば、記録媒体上に鮮明なホログラム像が得られ、しかも再現性も良好となる。ところが、この手法では、階調をもったモチーフを効果的に表現することができない。
【０００６】
そこで本発明は、階調をもったモチーフについて、鮮明で再現性のよいホログラム像が得られるホログラム記録媒体の作成方法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】
(1) 本発明の第１の態様は、階調をもった所定のモチーフを回折格子によって表現したホログラム記録媒体を作成する方法において、
所定線幅の直線状の格子線を、所定配置角度および所定ピッチで所定の閉領域内に配置した画素パターンを複数定義するパターン定義段階と、
それぞれ所定の濃度値をもった複数の画素を平面上の所定位置に定義することにより階調をもった所定のモチーフを表現した、モチーフ画素情報を用意するモチーフ準備段階と、
前記モチーフ画素情報における各濃度値に基づいて、各画素に前記画素パターンを対応づけ、各画素位置に、対応する画素パターンを配置するパターン配置段階と、
を行うようにし、
前記パターン定義段階で定義される複数の画素パターンは、格子線の線幅およびピッチは各画素パターン間で共通しているが、格子線の配置角度は各画素パターン間で異なるようにし、
前記パターン配置段階では、前記複数の画素パターンの格子線の配置角度の相違により前記モチーフの濃淡情報が表現されるように、各画素に特定の画素パターンを対応づけるようにしたものである。
【０００８】
(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係るホログラム記録媒体の作成方法において、
パターン定義段階では、互いに近似した格子線の配置角度をもつ画素パターンの集合を１グループとして、複数のグループからなる画素パターンを定義し、
モチーフ準備段階では、複数の異なるモチーフ画素情報を用意し、
パターン配置段階では、１つのグループに所属する画素パターンの集合によって１つのモチーフが構成され、複数のモチーフが同一平面上に重複して表現されるようにしたものである。
【０００９】
(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係るホログラム記録媒体の作成方法において、
モチーフとして文字が表現されているモチーフ画素情報を用意するようにしたものである。
【００１０】
本発明は、特開平６−３３７６２２号公報に開示された新規な手法を、階調をもったモチーフにまで広げて適用するための技術思想である。前記公報に開示されたホログラム記録媒体の特徴は、回折格子が形成された画素を平面的に配置することにより、ホログラムパターンを記録するようにした点にある。本願発明者は、このような回折格子が形成された画素を視覚的に観察した場合、画素の明るさが、回折格子の格子線配置角度によって変化する現象に着目した。すなわち、画素の濃度値を格子線の配置角度に置き換えることにより、階調をもったモチーフを表現することが可能になることに気付いたのである。そこで、格子線配置角度の違いにより明るさの異なる複数種類の画素パターンを用意しておき、モチーフを構成する個々の画素を、その濃度値に対応した明るさの画素パターンに置き換えてゆけば、階調をもったモチーフが表現されたホログラム記録媒体が実現できる。
【００１１】
通常、上述の処理はコンピュータによってなされることになるが、このとき、ディスプレイ画面上において、正しいモチーフ表現がなされているかを確認する場合、格子線の配置角度によって選択的に所定の画素パターンのみを表示させるようにすれば、オペレータはより自由度の高い方法でパターン確認を行うことができるようになる。
【００１２】
なお、一般に「ホログラム」という文言は、干渉縞によって得られた像を指す言葉として用いられており、そのような意味からすれば、本発明の記録媒体上に作成される像は、「ホログラム」ではなく「疑似ホログラム」あるいは「回折格子パターン」と言うべきものである。しかしながら、偽造防止用のシールとして用いられている記録媒体は、一般に「ホログラムシール」と呼ばれているため、本願明細書においては、記録媒体上に形成されている「回折格子パターン」についても「ホログラム」という言葉を用いることにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。前述したように、本発明は、特開平６−３３７６２２号公報に開示された新規な手法を、階調をもったモチーフにまで広げて適用するための技術思想である。したがって、説明の便宜上、まず前記公報に開示されている階調をもたないモチーフについての実施例について述べる。
【００１４】
＜＜＜ §１． 階調をもたないモチーフについての実施例 ＞＞＞
本発明に係るホログラム記録媒体の特徴は、複数の画素の集合によって構成されるモチーフを、媒体上にホログラムとして表現した点にある。ここでは、図１(a) に示すような、階調をもたない比較的単純なモチーフ（英文字の「Ａ」を示す）をホログラム記録媒体上に表現する方法について説明する。なお、本発明に係るホログラム記録媒体の作成方法は、コンピュータを用いて実施することを前提としたものであり、これから説明する各処理は、いずれもコンピュータを用いて実行される。
【００１５】
まず、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。
【００１６】
続いて、図２に示すように、所定線幅ｄの格子線を所定ピッチｐおよび所定角度θで所定の閉領域Ｖ内に配置した画素パターンを定義する。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。この実施例では、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。また、この閉領域Ｖ内に配置される格子線Ｌの線幅ｄおよびピッチｐも光の波長に準じた微小な寸法をもったものであり、この実施例では、線幅ｄ＝０．６μｍ、ピッチｐ＝１．２μｍである。要するに、格子線Ｌは回折格子としての機能を果たす線幅ｄおよびピッチｐで配置されている必要がある。格子線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軸を基準軸として格子線Ｌの配置角度θを表わすことにする。このような画素パターンも、コンピュータ上ではパターンデータとして用意されることになる。なお、この画素パターンのパターンデータは、「ラスター画像データ」として用意してもよいし（この場合は、モチーフを構成する１つ１つの画素が、更に微小な画素によって表現されることになる）、あるいは、格子線Ｌを構成する四角形の４頂点の座標値を指定することにより格子線Ｌの輪郭線を定義した「ベクトル画像データ」として用意してもよい。データ量を抑えるためには、後者の方が好ましい。
【００１７】
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配置してゆく。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ホログラム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、ホログラムとしての視覚的な効果が得られることになる。
【００１８】
もっとも、図２に示すような画素パターンを「タイル」として貼り付ける処理は、コンピュータ内での割付処理として行われる。この処理は、たとえば、モチーフ全体に対応する画像の右下位置に座標原点Ｏをとった場合、貼り付けるべき画素位置に基づいたオフセット量ａ，ｂを演算により求め、画素パターンの貼り込み処理を行えばよい。このような演算処理の結果、図３に示すようなパターンを示すパターンデータが得られるので、これをフィルムなどの上に物理的に出力すれば、所望のホログラム記録媒体が作成できることになる。なお、本実施例では、後述するように、コンピュータで作成したパターンデータを電子ビーム描画装置に与え、電子ビームにより図３に示すようなパターンを原版上に描画し、この原版を用いてプレスの手法でホログラムシールを大量生産するようにしている。
【００１９】
以上は、階調をもたないモチーフについての実施例であるが、特開平６−３３７６２２号公報には、この手法を階調をもったモチーフについて適用するための一方法が開示されている。これは、たとえば図４に示すような複数の画素パターンを用いるのである。ここで、実線で示す領域は画素としての全占有領域Ｖであり、破線で示す領域は、全占有領域Ｖの中で格子線を配置する対象となった閉領域Ｗである。図４に示す５つの画素パターンは、全占有領域Ｖに対する閉領域Ｗの面積比が、それぞれ１００％，５０％，３０％，１０％，５％のものであり、それぞれ濃度値の異なる画素パターンということができる。もとになったモチーフを構成する各画素の濃度値に応じて、これら濃度値の異なる画素パターンを使い分けるようにすれば、階調をもったモチーフの表現が可能になる。
【００２０】
しかしながら、このような階調画像の表現方法では、回折格子が形成されていない領域（閉領域Ｗの外側の領域）は有効に利用されないことになり、画像全体が暗くなるという問題がある。本発明は、このような問題を解決するために、階調表現を行う別な手法を提示するものである。
【００２１】
＜＜＜ §２． 階調をもったモチーフの本発明による表現方法 ＞＞＞
続いて、本発明の基本原理を説明する。いま、図５(a) に示すように、図の水平方向に多数の格子線が配列された回折格子板Ｋを用意する。各格子線は、たとえば、線幅ｄ＝０．６μｍ程度、ピッチｐ＝１．２μｍ程度、で配列されている。ここで、このような回折格子板Ｋを手に持って垂直に立てて保持し、水平方向から観察してみる（図に描かれた回折格子板Ｋを紙面垂直上方から観察するのに相当する）。すなわち、視線がこの回折格子板Ｋに対して垂直に交わるような方向から観察する。その状態で、視線を回転軸として、回折格子板Ｋを回転させてみる。図５(b) 〜(e) は、図５(a) に示す状態を０°として、それぞれ、３０°，４５°，６０°，９０°だけ回転させたときの状態を示す。観察者から見ると、この回転により、格子線の配置角度が０°〜９０°に変化することになる。このような観察を行うと、通常の照明環境（屋外あるいは通常の照明がなされた室内）では、図５(a) に示すような０°の配置角度の状態が最も明るく見え、図５(e) に示すような９０°の配置角度の状態が最も暗く見える。したがって、回折格子板Ｋを図５(a) に示すような状態に保持し、これを時計回りに徐々に回転させながら図５(e) に示すような状態にまでもってゆくと、観察者からは回折格子板Ｋの前面が徐々に暗くなってゆくように観察される。
【００２２】
この原理を上述したホログラム記録媒体に適用すれば、階調をもったモチーフの表現が可能になる。たとえば、図６に示すような５種類の画素パターンＰ１〜Ｐ５を用意する。ここで、各画素パターンＰ１〜Ｐ５は、いずれも同じ線幅の格子線を同じピッチで配置した回折格子パターンであるが、格子線の配置角度が０°〜９０°とそれぞれ異なっている。したがって、上述の原理によれば、これらの各画素パターンＰ１〜Ｐ５を、通常の照明環境下において垂直に立てて保持し、これを水平方向から観察すれば、画素パターンＰ１が最も明るく見え、画素パターンＰ２〜Ｐ４になるに従って徐々に暗くなり、画素パターンＰ５が最も暗く見えることになる。そこで、これらの各画素パターンを、それぞれの画素の濃度値に応じて対応づければ、階調をもったモチーフの表現が可能になる。たとえば、濃度値Ｃ＝０％（最も明るい）〜１００％（最も暗い）が与えられた画素については、図６の一番下の行に示すような濃度値範囲に基づいて、画素パターンＰ１〜Ｐ５のうちのいずれか１つを対応づければよい。すなわち、０％≦Ｃ＜２０％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ１を対応づけ、２０％≦Ｃ＜４０％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ２を対応づけ、４０％≦Ｃ＜６０％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ３を対応づけ、６０％≦Ｃ＜８０％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ４を対応づけ、８０％≦Ｃ≦１００％の濃度値をもった画素については画素パターンＰ５を対応づけるのである。
【００２３】
次に、本発明を具体的なモチーフに適用した例を示す。前述した図１(a) のモチーフは、英文字の「Ａ」を示す絵柄であるが、階調をもたない二値画像であり、各画素は図１(b) に示すように「０」または「１」のいずれかの画素値しか有さない。これに対し、各画素が０％〜１００％の濃度値Ｃをもったモチーフを考えてみる。図７(a) に各画素の濃度値を示した画像は、図１(a) のモチーフと同様に英文字の「Ａ」を示す絵柄であるが、階調をもった画像であり、背景部分は濃度値Ｃ＝５％の画素で、絵柄部分は濃度値Ｃ＝９５％，９０％，７０％，３５％，３０％のいずれかの画素で構成されている。これらの濃度値をもった各画素について、図６に示す方法で５つの画素パターンＰ１〜Ｐ５を対応づけると、図７(b) に示すような対応関係が得られる。そこで、この対応関係に基づいて、各画素パターンを各画素位置に配置してゆけば、階調をもった絵柄「Ａ」が回折格子により表現できる。
【００２４】
なお、上述の実施例では、画素パターンの格子線配置角度を０°〜９０°という広い範囲にわたって分布させているが、実用上は、これほど広い範囲に分布させる必要はない。具体的には、格子線配置角度を０°〜４５°まで変化させることにより、明るい状態（０°）から、かなり暗い状態（４５°）まで変化させることができ、更に、格子線配置角度を４５°〜９０°まで変化させても、明度はそれほど大きくは変化しない。したがって、実用上は、格子線配置角度０°〜４５°の範囲、あるいは、０°〜３０°の範囲を、濃度値０％〜１００％の範囲に対応づけるようにすれば十分である。
【００２５】
ところで、図５で説明した原理では、通常の照明環境において水平方向の格子線をもった画素パターンは明るく見え、垂直方向の格子線をもった画素パターンは暗く見える。このため、上述の方法で階調画像を表現したホログラム記録媒体自体を９０°回転させて観察すると、明暗の関係が反転することになる。これを具体的な例で説明しよう。いま、図７(a) に示すような濃度値をもった階調画像について、図７(b) に示すような対応関係を用いて画素パターンを配置することにより、図８(a) に示すような記録媒体Ｍが得られたとしよう。この記録媒体Ｍを図８(a) に示すように縦の状態に保持して観察すると、予定どおりの明暗状態が得られる。すなわち、図７(a) において、濃度値５％の画素（格子線は水平になる）が最も明るい（白い）画素となり、濃度値９５％の画素（格子線は垂直になる）が最も暗い（黒い）画素となる。ところが、この記録媒体Ｍを図８(b) に示すように横の状態に保持して観察すると、明暗状態が反転し、もとの画像をポジ画像とすると、ネガ画像が観察されることになる。すなわち、濃度値５％の画素（格子線は今度は垂直になる）が最も暗い（黒い）画素となり、濃度値９５％の画素（格子線は今度は水平になる）が最も明るい（白い）画素となる。
【００２６】
また、このようなネガ／ポジの反転は、視線と記録媒体Ｍとのなす角度を変えることによっても生じる。たとえば、これまでの議論はいずれも、図９(a) に示すように、視線Ｅが記録媒体Ｍの面に対して垂直になるような方向から観察した場合についての議論であったが、図９(b) に示すように、記録媒体Ｍを視線Ｅに対して傾斜させた場合にも、ネガ／ポジの反転が生じる。図９(b) は縦方向への傾斜（記録媒体Ｍの上辺を観察者から離し、下辺を観察者に近付ける方向、あるいはその逆方向への傾斜）を示しているが、同様の現象が横方向への傾斜（記録媒体Ｍの右辺を観察者から離し、左辺を観察者に近付ける方向、あるいはその逆方向への傾斜）でも生じる。あるいは、照明環境によっても、ネガ／ポジの反転が生じる可能性がある。しかも、この現象は必ずしもネガ／ポジの反転として現れるとは限らず、中途半端な向きや角度で観察すると、もとのモチーフに対して濃度の関係が複雑に入り乱れた画像が現れることになる。要するに、本発明によって階調画像を記録媒体Ｍ上に表現した場合、観察者による記録媒体Ｍの保持状態、観察角度、照明環境、によって、本来の階調画像が正しく観察されない可能性がある。
【００２７】
しかしながら、これは実用上、問題にはならない。たとえば、この記録媒体Ｍを偽造防止のためにクレジットカード上に形成したとしよう。このクレジットカードについての記載事項を確認する場合、観察者は、図９(a) に示すように、正面に正しい向きでクレジットカードを保持するのが通常だからである。このように保持して観察する限り、もとのモチーフどおりの階調をもった画像が観察できる。また、仮に観察者がクレジットカードを縦横逆に保持して観察したり、傾けて観察したりしても、特に実用上の問題は生じない。この場合、確かにもとのモチーフを基準に考えると、階調情報が正しく再現されていないことになるが、本来、このようなホログラムシールは、写真のように被写体を忠実に再現することを目的としたものではないため、実用上何ら問題はない。むしろ、観察角度や向きを変えることにより各部の濃度が千差万別に変化するため、幻想的なイメージを与えるという観点からは、これは好ましい現象である。
【００２８】
＜＜＜ §３． 本発明に係るホログラム記録媒体の作成方法 ＞＞＞
次に、本発明に係るホログラム記録媒体の作成方法の手順を、図１０の流れ図に基づいて説明する。この手順は、ステップＳ１〜Ｓ６の６つの段階から構成されており、このうち、ステップＳ１〜Ｓ４までがコンピュータおよびその周辺機器によって実行され、ステップＳ５は電子線描画装置によって実行され、ステップＳ６は印刷機によって実行される。
【００２９】
ステップＳ１のパターン定義段階は、所定線幅の格子線を所定ピッチで所定の閉領域内に配置した画素パターンを複数定義する段階である。ここで、定義された各画素パターンは、たとえば、図６のパターンＰ１〜Ｐ５のように、互いに格子線の配置角度が異なる。定義すべき画素パターンの数は、濃度値を何段階に区分けするかによって定まる。図６の例では、０％〜１００％の濃度値を５段階に区分けし、５種類の画素パターンＰ１〜Ｐ５を定義しているが、よりきめの細かい区分けをするのであれば、格子線の配置角度の刻みをより細かくして多種類の画素パターンを定義すればよい。
【００３０】
ステップＳ２のモチーフ準備段階は、モチーフ画素情報を用意する段階である。ここで、モチーフ画素情報とは、階調をもった所定のモチーフを表現するために、それぞれ所定の濃度値をもった複数の画素を平面上の所定位置に定義した情報である。たとえば、図７(a) に示すような情報が、モチーフ画素情報となる。このようなモチーフ画素情報を用意するには種々の方法がある。たとえば、写真原稿やデザイナが描いたイラスト原稿などを、スキャナ装置によって階調をもった画像データとして読み込めば、これをモチーフ画素情報として利用することができる。あるいは、コンピュータ上で、グラフィックアプリケーションソフトウエアを動作させ、このような階調画像を描くことによっても、このモチーフ画素情報を用意することができる。
【００３１】
ステップＳ３のパターン配置段階は、モチーフ画素情報における各濃度値に基づいて、各画素に個々の画素パターンを対応づけ、各画素位置に、対応する画素パターンを配置する段階である。たとえば、図６の最下行に示された不等式で定義される条件に従って、図７(a) に示す各画素に画素パターンＰ１〜Ｐ５を対応づければ、図７(b) に示すような対応関係が得られる。続いて、この対応関係に基づいて、実際の画素パターンＰ１〜Ｐ５が各画素位置へ配置される。以上の処理は、コンピュータ内部の割付処理として実行される。
【００３２】
ステップＳ４のパターン検査段階は、ステップＳ３のパターン配置段階において、正しくパターン配置が行われたか否かを検査する段階である。すなわち、ステップＳ１で定義された複数の画素パターンのそれぞれについて、ディスプレイ画面上での固有の表示態様が定められ、配置された個々の画素パターンをそれぞれ固有の表示態様によってディスプレイ画面上に表示させるのである。前述のように、実際の画素パターンは、１μｍのオーダの線幅やピッチをもった微細パターンであるため、そのままの状態ではディスプレイ画面上に表示することはできない。そこで、オペレータがディスプレイ画面上で視覚的に個々の画素パターンを把握することができるように、それぞれの画素パターンに対して固有の表示態様が定められる。この表示態様は、個々の画素パターンを互いに識別しうるような表示態様であればどのような表示態様を用いてもよいが、本実施例では、実際の格子線の幅を肉眼で観察できる程度に拡大し、更に適当に間引くことにより格子線のピッチを肉眼で観察できる程度に伸長し、各画素パターンを表示している（これまで図５や図６において示した画素パターンも、実はこのようにして肉眼で観察できる態様で表示したものである）。
【００３３】
ただ、この方法だと、モチーフの形状把握が困難になる。たとえば、図７(a) に示すような濃度値をもった絵柄は、実際のホログラムシール上では明暗の領域が鮮明に区別できるために、「Ａ」なる英文字からなるモチーフの認識ができるが、ステップＳ４のパターン検査段階において、ディスプレイ画面上に図６に示す各画素パターンをモザイク状に配置して表示させた場合、格子線の配置角度の違いによって「Ａ」なる英文字のモチーフを把握することは困難である。そこで、この実施例では、パターン検査段階で、格子線の配置角度が所定の範囲内に含まれる画素パターンのみをディスプレイ画面上に表示させるような機能を付加してある。たとえば、上述の例の場合、格子線配置角度が３０°以上の画素パターンのみを表示させるようにすれば、図１１に示すように、画素パターンＰ２，Ｐ４，Ｐ５のみがディスプレイ画面上に表示されることになり、モチーフの形状把握を容易に行うことができる。
【００３４】
また、格子線の配置角度に応じて、ディスプレイ画面上での画素パターンの表示輝度を変えるようにしてよい。たとえば、上述の例の場合、格子線配置角度が３０°未満の画素パターンについての輝度を低下させるようにすれば、画素パターンＰ１の表示輝度が暗くなり、やはりモチーフの形状把握を容易に行うことができる。あるいは、格子線配置角度が所定の範囲内にあるものだけを表示させる操作を、時分割して順次表示させることも可能である。たとえば、上述の例の場合、格子線配置角度が６０°以上の画素パターンのみを表示させた後、続いて、３０°〜６０°の画素パターンのみを表示させることも可能である。
【００３５】
以上の各ステップまでがコンピュータによって実行され、最終的に画素パターンの集合からなる画像データが用意できる。そこで、続くステップＳ５において、この画像データに基づいて原版の作成を行う。この実施例では、得られた画像データに基づいて、電子線描画装置を用いて微細な画素パターン配列からなるホログラム原版を作成している。こうして、原版が作成できたら、次のステップＳ６において、ホログラムシールが製造される。この実施例では、原版を用いて印刷の手法を用いて、ロール状のフィルムに原版上の凹凸パターンを転写し、ホログラムシールを作成している。
【００３６】
＜＜＜ §４． 複数のモチーフを表現する実施例 ＞＞＞
特開平６−３３７６２２号公報には、同一平面上に複数のモチーフを重複させて表現する手法が開示されている。たとえば、図１２(a) に示すようなモチーフＡ（英文字の「Ａ」の形）と、図１２(b) に示すようなモチーフＢ（英文字の「Ｂ」の形）と、を重複させてホログラムシール上に表現するには、各画素をそれぞれ４つの副画素に分割し、モチーフＡには左上の副画素と右下の副画素を割り当て、モチーフＢには左下の副画素と右上の副画素とを割り当て、それぞれの画素を副画素によって表現する。こうして、モチーフＡは図１３(a) に示すような副画素パターン（この例では、格子線配置角度が０°）を配置することにより表現され、モチーフＢは図１３(b) に示すような副画素パターン（この例では、格子線配置角度が９０°）を配置することにより表現される。そして、これらの副画素パターンを重複させることにより、図１４に示すようなホログラム記録媒体が得られる。
【００３７】
本発明は、このように複数のモチーフを重複させて表示させる場合にも適用可能である。図１２に示すモチーフＡ，Ｂは、いずれも階調をもたない２値画像であるが、これらが階調画像であった場合には、次のような取扱いをすればよい。すなわち、互いに近似した格子線配置角度をもつ複数の画素パターンを１グループとして、複数グループの画素パターンを定義し、各モチーフごとに異なるグループに属する画素パターンを対応づけるのである。たとえば、モチーフＡについては、角度０°近辺の格子線配置角度をもった複数の画素パターンを定義し、モチーフＢについては、角度９０°近辺の格子線配置角度をもった複数の画素パターンを定義するのである。より具体的には、モチーフＡに用いる副画素については、角度−５°〜＋５°の範囲内の格子線配置角度をもった複数種類の画素パターンを定義し、モチーフＢに用いる副画素については、角度８５°〜９５°の範囲内の格子線配置角度をもった複数種類の画素パターンを定義するのである。角度０°近辺の格子線配置角度をもつ画素パターングループと、角度９０°近辺の格子線配置角度をもつ画素パターングループと、では、見える角度に大きな差があるため、図１４に示すホログラム記録媒体は、ある特定の向きおよび角度から観察するとモチーフＡが観察され、別な特定の向きおよび角度から観察するとモチーフＢが観察される。しかも、モチーフＡが観察されているときには、各副画素によって角度−５°〜＋５°の範囲内で格子線配置角度に相違があるため、個々の副画素間に濃度差が観察されることになる。同様に、モチーフＢが観察されているときには、各副画素によって角度８５°〜９５°の範囲内で格子線配置角度に相違があるため、やはり個々の副画素間に濃度差が観察されることになる。かくして、それぞれ階調をもった複数のモチーフを重複させて表示することが可能になる。
【００３８】
なお、前述したように、パターン検査段階（図１０の流れ図のステップＳ４）において、格子線の配置角度が所定の範囲内に含まれる画素パターンのみをディスプレイ画面上に表示させるような機能を付加しておくと、上述のような複数のモチーフを重複表示させたパターンの検査が容易になる。すなわち、角度−５°〜＋５°の範囲内の格子線配置角度をもつ画素パターンのみを表示させれば、図１３(a) に示すようなモチーフＡのみを認識することができるし、角度８５°〜９５°の範囲内の格子線配置角度をもつ画素パターンのみを表示させれば、図１３(b) に示すようなモチーフＢのみを認識することができる。
【００３９】
以上、本発明を図示する実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例のみ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。たとえば、上述の実施例では、モチーフＡに用いる画素パターンの格子線配置角度については、０°を中心にして±５°の幅をもたせ、モチーフＢに用いる画素パターンの格子線配置角度については、９０°を中心にして±５°の幅をもたせたが、これらの中心角度および幅は自由に設定することが可能である。ただし、モチーフＡとモチーフＢとが干渉しないようにするためには、モチーフＡに用いる画素パターンの格子線配置角度の中心値（上述の例の場合は０°）と、モチーフＢに用いる画素パターンの格子線配置角度の中心値（上述の例の場合は９０°）と、を少なくとも３０°以上離すようにするのが好ましい。更にモチーフＡに用いる画素パターンの格子線配置角度のモチーフＢ側の境界値（上述の場合は＋５°）と、モチーフＢに用いる画素パターンの格子線配置角度のモチーフＡ側の境界値（上述の場合は８５°）と、についても少なくとも３０°以上離すようにするのが好ましい。なお、実際には、０°の格子線配置角度をもった画素が最も明るく観察されるので、モチーフＡをより明るくするには、５°を中心にして±５°の幅をもたせることにより、格子線配置角度が０°〜１０°に分布する画素パターングループを定義し、この画素パターングループを用いてモチーフＡを表現するようにするとよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、画素の濃度値を格子線の配置角度に置き換えるようにしたため、階調をもったモチーフについても鮮明で再現性のよいホログラム像が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】階調をもたないモチーフおよびその画素情報の一例を示す図である。
【図２】本発明に係るホログラム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ホログラム記録媒体を示す図である。
【図４】階調をもったモチーフを表現するための一手法に用いられる画素パターンを示す図である。
【図５】本発明の基本原理となる回折格子を観察する向きと明るさとの関係を説明する図である。
【図６】本発明において、異なる濃度値を表現するために用いられる複数の画素パターンの一例を示す図である。
【図７】階調をもったモチーフを構成する各画素の濃度値および対応づけられた画素パターンを示す図である。
【図８】本発明に係るホログラム記録媒体には、観察する向きによってネガ／ポジの反転現象が生じることを説明する図である。
【図９】本発明に係るホログラム記録媒体には、観察する角度によってネガ／ポジの反転現象が生じることを説明する図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るホログラム記録媒体の作成方法の手順を示す流れ図である。
【図１１】図１０に示す流れ図のステップＳ４（パターン検査段階）において、ディスプレイ画面上に表示する画素パターンに対して格子線配置角度による制限を加えた場合の表示例を示す図である。
【図１２】ホログラム記録媒体に重複して記録すべき２つの異なるモチーフを示す図である。
【図１３】図１２に示す各モチーフにそれぞれ副画素パターンを配置した状態を示す図である。
【図１４】図１３に示す２つの副画素パターン配置を重複することにより得られたホログラム記録媒体を示す図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ…モチーフ
Ｅ…視線
Ｋ…回折格子板
Ｌ…格子線
Ｍ…ホログラム記録媒体
Ｐ１〜Ｐ５…画素パターン
Ｖ…格子線を配置する閉領域
Ｗ…画素としての全占有領域
ｄ…格子線の線幅
ｐ…格子線のピッチ
θ…格子線の配置角度
Claims (3)
- 階調をもった所定のモチーフを回折格子によって表現したホログラム記録媒体を作成する方法であって、
所定線幅の直線状の格子線を、所定配置角度および所定ピッチで所定の閉領域内に配置した画素パターンを複数定義するパターン定義段階と、
それぞれ所定の濃度値をもった複数の画素を平面上の所定位置に定義することにより階調をもった所定のモチーフを表現した、モチーフ画素情報を用意するモチーフ準備段階と、
前記モチーフ画素情報における各濃度値に基づいて、各画素に前記画素パターンを対応づけ、各画素位置に、対応する画素パターンを配置するパターン配置段階と、
を有し、
前記パターン定義段階で定義される複数の画素パターンは、格子線の線幅およびピッチは各画素パターン間で共通しているが、格子線の配置角度は各画素パターン間で異なるようにし、
前記パターン配置段階では、前記複数の画素パターンの格子線の配置角度の相違により前記モチーフの濃淡情報が表現されるように、各画素に特定の画素パターンを対応づけることを特徴とするホログラム記録媒体の作成方法。 - 請求項１に記載の作成方法において、
パターン定義段階では、互いに近似した格子線の配置角度をもつ画素パターンの集合を１グループとして、複数のグループからなる画素パターンを定義し、
モチーフ準備段階では、複数の異なるモチーフ画素情報を用意し、
パターン配置段階では、１つのグループに所属する画素パターンの集合によって１つのモチーフが構成され、複数のモチーフが同一平面上に重複して表現されるようにすることを特徴とするホログラム記録媒体の作成方法。 - 請求項１または２に記載の作成方法において、
モチーフとして文字が表現されているモチーフ画素情報を用意することを特徴とするホログラム記録媒体の作成方法。
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