JP4887636B2 - ホログラム記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録媒体に係り、特に、紙、プラスチック・カード等の非光学品質のシート部材上に反射層及び記録層が形成されたホログラム記録媒体に関する。

従来、クレジットカードに代表されるプラスチックカードには、偽造防止、真贋判定などの目的で、レインボーホログラムが付加されている。レインボーホログラムは原版から大量複製されるため、全て同じイメージホログラムである。近年では、例えばソニー（株）が開発した「ＦｅｌｉＣａ（フェリカ）(Ｒ)」等の非接触型ＩＣカードにレインボーホログラムを付加したプラスチックカードも普及している。また、光メモリを搭載したＩＣカードも提案されている（特許文献１）。

一方、本発明者等は、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に記録層を形成した記録媒体にホログラムを記録し、記録されたホログラムを高いＳ／Ｎ比で再生する記録・再生方法を発明し、既に出願している（特許文献２）。また、本出願人は、この技術を応用し、ＩＤ機能やセキュリティ機能を強化するために、ホログラムメモリを搭載したプラスチックカードを開発している（非特許文献１）。

このホログラムメモリには、個別に異なるホログラムを搭載することができる。即ち、任意の情報をオンデマンドで書き込むことができる。このため、指紋や虹彩等の認証用のバイオメトリクス情報やテキスト／動画などのデジタル情報をホログラムとして保持することができ、多目的メモリとしての活用も期待されている。また、書き込むホログラムの形態としては、肉眼で認識できるイメージホログラムと、レーザ光照射等により機械読み取りするフーリエ変換ホログラムとがある。

一般に、フーリエ変換ホログラムをデータの欠落無く、高いＳ／Ｎ比で記録し再生するためには、ガラス、ポリカーボネート、金属板などからなる比較的厚く（ｍｍ程度）硬い基板と光学品質の反射層とが必要である。
特開２０００−６７２０３号公報 特願２００４−１１９０５８号 http://www.fujixerox.co.jp/research/category/inbt/m_photonics/docs/holoca.pdf

しかしながら、信号光（物体光）を記録したホログラムに参照光を照射して、ホログラムからの回折により信号光を再生するので、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材の表面に沿って記録層や反射層を形成したのでは、シート部材表面の凹凸やシート部材のたわみにより、反射層の表面で参照光や回折光が散乱し、信号光を高いＳ／Ｎ比で読み出すことができない、画像情報を記録した場合には再生画像が劣化する、という問題があった。

例えば、記録層に対し信号光と参照光とを同じ側から照射して記録された透過型ホログラムの場合は、信号光の出射側を薄膜の反射層を介してシート部材に貼り付けるが、反射層はシート部材表面の凹凸に沿って形成されるので、ホログラムの再生時には、再生された信号光が反射層で反射される際に散乱されてしまう。このため読み取りエラーが増加する。

また、ホログラムの記録時においても、反射層の表面で信号光及び参照光が散乱し、信号光を精度よく記録することができない、という問題があった。

上述した光の散乱を防止するためには、従来のホログラム記録媒体と同様に、記録層や反射層を、光学品質の表面を有し且つ剛性のある基板上に支持させることが考えられる。例えば、ガラスや金属など厚手の基板をプラスチックカードに埋め込み、その基板上に記録層や反射層を形成してホログラムを記録する。しかしながら、剛性のある基板をプラスチックカードに埋め込んだのでは、カードの堅牢性やフレキシビリティが損なわれ、携帯が困難になる。

また、光学品質の外部基板に、記録層及び反射層が形成されたシート部材を固定してホログラムを記録し、その後でシート部材をプラスチックカードに貼り付けることによっても、ホログラムの記録時に光の散乱を防止することができるが、製造工程が煩雑になりプラスチックカードをオンデマンドで即時発行することが困難になる。

本発明は、上記課題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に反射層及び記録層が形成されたホログラム記録媒体において、光の散乱を抑制し、記録層にホログラムとして記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができるホログラム記録媒体を提供することにある。

本発明者等は、鋭意研究の結果、表面粗さの異なる複数の反射層を用いてホログラムの再生画像と表面凹凸との関係を調べた結果、再生画像の劣化は、反射層の表面粗さが大きい場合、即ち、反射層表面の細かい凹凸が多い場合に増大することを見い出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のホログラム記録媒体は、非光学品質のシート部材と、前記非光学品質のシート部材上に配置され、書き込み光を照射することにより透過型ホログラムを記録可能な未記録の記録層と、前記シート部材と前記記録層との間に設けられ、前記記録層に接する表面の十点平均粗さＲｚが読み出し光の波長より小さく且つ書き込み光の波長より小さいと共に、前記記録層に前記透過型ホログラムが記録された後に前記記録層側から読み出し光を照射することにより前記透過型ホログラムで回折された回折光及び読み出し光を反射する反射層と、前記記録層上に設けられ、前記記録層を保護する保護層と、を備えたホログラム記録媒体である。

本発明のホログラム記録媒体では、前記反射層の前記記録層に接する表面の十点平均粗さＲｚを読み出し光の波長より小さくすることで、反射層の凹凸による回折光及び読み出し光の散乱が顕著に抑制され、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に反射層や記録層を形成した場合であっても、記録層にホログラムとして記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができる。例えば、画像情報を記録した場合には、再生画像の劣化を防止することができる。これは反射層の凹凸によるミー散乱が抑制されるためであると推測される。

同様に、前記反射層の前記記録層に接する表面の十点平均粗さＲｚを書き込み光の波長より小さくすることで、反射層の凹凸による書き込み光の散乱が抑制され、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に反射層や記録層を形成した場合であっても、記録層に情報をホログラムとして高い精度で記録することができる。

以上説明したように本発明によれば、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に反射層及び記録層が形成されたホログラム記録媒体において、光の散乱を顕著に抑制することができ、記録層にホログラムとして記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
［ホログラムカード］
図１は、本実施の形態に係るホログラムカードの平面図である。このホログラムカードは、プラスチックカード１０と、プラスチックカード１０の円形の凹部（後述する凹部１０Ａ）に嵌め込まれたホログラムメモリ２とから構成されている。プラスチックカード１０は、一般に表面粗さが１μｍ以上であり、非光学品質である。また、本実施の形態では、プラスチックカード１０の表面に、写真画像６及び文字画像８が予め印刷されている。

ホログラムメモリ２の中央部には、フーリエ変換ホログラムが記録されるフーリエ領域２Ａが設けられ、フーリエ領域２Ａの周辺には、レインボーホログラムが予め記録されたレインボー領域２Ｂが設けられている。ホログラムメモリ２が未記録である場合には、ホログラムにより、これらの領域にオンデマンド情報を即時に付与することができ、ホログラムカードをオンデマンドで即時発行することが可能となる。

例えば、図１０に示すように、フーリエ領域２Ａには、印刷された写真画像６の画像データに基づいて顔画像４のフーリエ画像を記録することができる。このように、ホログラムメモリ２のフーリエ領域２Ａに、プラスチックカード１０に付加された情報と関連する情報を記録することで、両者の連携によりＩＤ機能が強化される。また、フーリエ領域２Ａには、顔画像４の他、指紋や虹彩等のバイオメトリクスデータを記録してもよい。

図２は、図１に示すホログラムカードのＡ−Ａ断面図である。ホログラムメモリ２は、プラスチックカード１０の凹部１０Ａに両者が略面一になるように嵌め込まれ、接着層１６により凹部１０Ａの底部に固定されている。接着層１６には、粘着性を有する両面テープ等が用いられる。

ホログラムメモリ２は、ホログラムが記録されるホログラム記録層１２、このホログラム記録層１２を保護する保護層１４、及び記録されたホログラムにより回折された回折光を反射する反射層１８を備えており、反射層１８上にホログラム記録層１２が形成され、ホログラム記録層１２上に保護層１４が形成されている。また、プラスチックカード１０から露出した保護層１４の表面には、不要格子の記録を防止する反射防止膜１９としてのＡＲコートが施されている。

ホログラム記録層１２は、ホログラムの書き込みが可能な記録層であれば特に制限はなく、記録層を構成する材料としては、無機系又は有機系のホログラム記録材料を用いることができる。中でも、本発明においては、ホログラム記録媒体の製造性や、ホログラム記録媒体に柔軟性を付与できること、また、屈折率を変化させる場合に外部電場が不要である等の点から、有機系のホログラム記録材料を用いることが特に好ましい。

有機系のホログラム記録材料としては、例えば、デュポン社製、「オムニデックス（OmniDex）（Ｒ）」等のフォトポリマー、フォトリフラクティブ効果を示すポリマー材料、側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステル（特開平１０−３４０４７９号公報参照）に代表されるアゾポリマー等の偏光感応材料が使用される。光誘起屈折率変化あるいは光誘起二色性を示すと共にこれらの特性が常温で保持されるフォトリフラクティブ材料、偏光感応材料は、光照射により記録されたホログラムを消去して、新たなホログラムを記録すること、即ち、ホログラムの書き換えが可能であり、好ましい。

また、セキュリティ向上の観点からは、一度だけ書き込みが可能なフォトポリマーの利用が特に好ましい。この場合は、カード発行時に発行元とカード所有者の情報をホログラムとして記録しておくと、フォトポリマーはホログラムの書き換えが不可能であるため、カードの偽造が困難になる。

ホログラム記録層１２の厚さは、嵩高さを防止する観点から、０．１μｍ〜２００μｍの範囲が好ましく、回折効率を高くとるためには１０μｍ〜３０μｍの範囲がより好ましい。ホログラム記録層に記録されるホログラムが平面ホログラム（記録層に記録される干渉縞の間隔に比べて、記録層の膜厚Ｌが薄いか同程度の場合）の場合には、膜厚は３μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、５μｍ〜２０μｍの範囲内であることがより好ましい。また、体積ホログラム（記録層に記録される干渉縞の間隔に比べて、記録層の膜厚Ｌが同程度から数倍以上の場合）の場合には、膜厚は１００μｍ〜２ｍｍの範囲内であることが好ましく、２５０μｍ〜１ｍｍの範囲内であることがより好ましい。

保護層１４は、記録・再生に使用するレーザ光に対し透明で且つフレキシブルな樹脂フィルムから構成されている。樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、テトラアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の樹脂フィルムの外、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等のエンジニアプラスチックフィルムを用いることができる。これらの中でも、耐溶剤性に優れたＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＳＦ、ＣＯＰが好ましい。

保護層１４の厚さは、嵩高さを防止する観点から、１μｍ〜２００μｍの範囲が好ましく、この範囲の中では薄ければ薄いほど好ましい。保護層１４を構成する樹脂フィルムの記録や再生に利用される光に対する透過率は８５％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。透過率は、ＪＩＳＫ ７３６１−１に準じ、ヘイズメーター（ＲＥＦＬＥＣＴＡＮＣＥ−ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ：（株）村上色彩技術研究所製）を用いて測定した。

また、樹脂フィルムのヘイズ値（曇り度）は３％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましい。ヘイズ値とは、拡散透過率を全光線透過率で除したものを百分率（％）で表した値（拡散透過率÷全光線透過率×１００）であり、上記ヘイズメータで測定することができる。ヘイズ値は透明性の指標であり、ヘイズ値が小さいほど透明性に優れている。

更に、樹脂フィルムの吸水率は０．０１％以下であることが特に好ましい。保護層１４を構成する樹脂フィルムの吸水性が０．０１％以下であると生保存性が顕著に向上する。「吸水率（％）」は、ＡＳＴＭ Ｄ５７０に従い測定した値である。

また、図２に示す構成では、ホログラム記録層１２とは逆側の表面にＡＲコートを施す等して反射防止膜１９が設けられている。反射防止膜１９は必須ではないが、ホログラム記録時に保護層１４の表面反射による不要格子の書き込みを防止するために、反射防止膜１９を設けることが好ましい。

反射層１８は、フレキシブルな樹脂フィルム等の基材上に、記録・再生に使用するレーザ光に対する反射率が７０％以上である光反射性材料からなる薄膜を形成して構成されている。即ち、反射層１８は、樹脂フィルムと光反射性材料とで構成されている。樹脂フィルムとしては、保護層と同様、ＰＥＴ、ＰＣ、ＴＡＣ等の樹脂フィルムの外、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＳＦ、ＣＯＰ等のエンジニアプラスチックフィルムを用いることができる。

光反射性材料としては、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｒｂ等の金属及び金属化合物、ガラス等を挙げることができる。これらの中でも、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ及びステンレス鋼が好ましく、Ａｌ（アルミニウム）が特に好ましい。上記の光反射性材料は、単独で用いてもよく、二種以上組合せて用いてもよい。

反射層１８は、上記の光反射性材料を、ポリエステル樹脂等のフィルムに蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、めっき等することにより形成することができる。反射層１８としては、例えば、Ａｌ蒸着されたＰＥＴフィルム等を用いることができる。樹脂フィルムの厚さは、プラスチックカード１０等の下地表面への追従性と作製プロセス中の変形回避の観点から、１０μｍ〜２００μｍの範囲が好ましく、５０μｍ〜１５０μｍの範囲がより好ましい。光反射性材料からなる薄膜の厚さは、１０〜１０，０００オングストロームが望ましく、２００〜２，０００オングストロームが好ましい。

光反射性材料からなる薄膜が形成された樹脂フィルムは、その表面特性が非常に重要であり、ホログラム記録層１２に接する表面の十点平均粗さＲｚが、読み出し光の波長より小さいことが必要であり、読み出し光の波長の１／２以下であることが好ましい。

ホログラム記録層１２に接する表面の十点平均粗さＲｚが読み出し光の波長より小さい反射層であれば、反射層１８の表面凹凸による光の散乱が抑制され、画像劣化が無くホログラムが再生できる。一方、読み出し光の波長と同じ大きさのＲｚで、全く利用できないほどの劣化が生じた。即ち、基材がフレキシブルなプラスチックカードであっても、反射層１８のＲｚ値が波長以下の領域であれば、良好なホログラムの記録再生が可能である。

また、十点平均粗さＲｚが、書き込み光の波長より小さいことが好ましい。十点平均粗さＲｚを書き込み光の波長より小さくすることで、ホログラムの記録時にも反射層１８の表面凹凸による光の散乱が抑制され、ホログラムを高い精度で記録することができる。例えば、書き込み光の波長が５３２ｎｍ、読み出し光の波長が６４０ｎｍである場合には、十点平均粗さＲｚが３００ｎｍ以下であることが好ましい。

十点平均粗さＲｚは、評価長で計算されたＲｔｉの連続値に対する平均値である。Ｒｔｉは、サンプリング長に存在するプロフィールの最も高い値と最も低い値との垂直方向の距離であることから、Ｒｚは、下記式で与えられるように、ピーク谷間の最も大きな隔たりがあるもの同士の平均値となる。

ここで、Ｈｉは解析中に見つかった最も高い値の位置であり、Ｌｉは最も低い値の位置である。
なお、上記の十点平均粗さＲｚは、日本ビーコ（株）製の３次元表面形状粗さ測定装置により測定することができる。

［ホログラムカードの製造方法］
次に、上記ホログラムカードの製造方法について説明する。

図８は、ホログラムカードを製造する工程を示す工程図である。まず、図８（Ａ）に示すように、凹部１０Ａが形成された非光学品質のプラスチックシート１０を用意する。凹部１０Ａは切削等により形成することができる。

次に、図８（Ｂ）に示す３層構成シート５０を作製する。フレキシブル樹脂フィルムにホログラム記録材料を塗布して、保護層１４上にホログラム記録層１２を形成する。次に、ホログラム記録層１２を間に挟んで、フレキシブル樹脂フィルムに金属が蒸着された樹脂フィルムを圧着して、反射層１８を形成する。これにより、反射層１８上にホログラム記録層１２及び保護層１４が積層された３層構成シート５０が作製される。

次に、図８（Ｃ）に示すように、３層構成シート５０を円形に型抜きして、ホログラムメモリ２に相当する部分を作製する。そして、図８（Ｄ）に示すように、型抜きされたシート片を、プラスチックカード１０に形成された凹部１０Ａに接着剤を介して嵌め込むと、図１及び図２に示すホログラムカード１０が完成する。

なお、３層構成シート５０は、金属が蒸着された樹脂フィルムにホログラム記録材料を塗布して、反射層１８上にホログラム記録層１２を形成し、次に、フレキシブル樹脂フィルムを圧着して、記録層１２上に保護層１４を形成することによっても、作製することができる。

［ホログラムの記録・再生］
図３に、ホログラムを記録するための記録装置を示す。この記録装置は、レーザ光源２０を備えており、レーザ光源２０からは、コヒーレント光であるレーザ光が発振され、照射される。レーザ光源２０のレーザ光照射側には、レーザ光を参照光用の光と信号光用の光とに分離する偏光ビームスプリッタ２２が配置されている。

偏光ビームスプリッタ２２の光透過側には、参照光用のレーザ光を反射して光路をホログラム記録層１２の方向に変更する反射ミラー２４が配置されている。反射ミラー２４は、反射したレーザ光を、ホログラム記録層１２に参照光として照射する。偏光ビームスプリッタ２２の光反射側には、信号光用のレーザ光を所定の反射角で反射して光路をホログラム記録層１２の方向に変更する反射ミラー２６と、レンズ２８、３０、３２で構成されたレンズ系とが順に配置されている。

レンズ３０とレンズ３２との間には、液晶表示素子等で構成され、制御部（図示せず）から供給された記録信号に応じて信号光用のレーザ光を変調し、ホログラムを記録するための信号光を生成する透過型の空間光変調素子３４が配置されている。レンズ２８、３０は、レーザ光を大径のビームにコリメートして空間光変調素子３４に照射し、レンズ３２は、空間光変調素子３４で変調されて透過された信号光を集光させる。

このとき、信号光は、ホログラム記録層１２の出射側の面から離間した位置に焦点を結ぶように集光され、フーリエ変換された信号光と参照光とが同時にプラスチックカード１０に付加されたホログラム記録層１２に同じ側から照射される。これにより透過型のフーリエ変換ホログラムが記録される。

次に、記録されたホログラムを再生する方法について説明する。図４に、ホログラムを再生するための再生装置を示す。この再生装置は、レーザ光源３６を備えている。レーザ光源３６からは、コヒーレント光であるレーザ光が発振され、プラスチックカード１０に付加されたホログラム記録層１２に、参照光（読み出し光）として照射される。ホログラム記録層１２の再生光出射側には、アパーチャ４０、レンズ４２、及びＣＣＤ等の撮像素子で構成された検出器４４が配置されている。検出器４４は、制御部（図示せず）に接続されている。

ホログラム記録層１２に読み出し光が照射されると、記録された透過型ホログラムにより参照光が回折され、信号光が再生される。反射層１８のホログラム記録層１２に接する表面の十点平均粗さＲｚを読み出し光の波長より小さくすることで、光の散乱が抑制され、記録されたホログラムが高いＳ／Ｎ比で再生される。

このとき、一部の参照光はプラスチックカード１０の表面で乱反射される。しかしながら、アパーチャ４０は、再生光が焦点を結ぶ位置に配置されているので、再生光はアパーチャ４０を通過するが、散乱光は遮断される。アパーチャ４０を通過した再生光はレンズ４２によりコリメートされて、検出器４４により受光される。受光された再生光は、検出器４４により電気信号に変換されて、制御部（図示せず）に入力される。

読み出し光は、記録時に用いた参照光とは波長が異なっていてもよい。読み出し光としては、記録時に用いた参照光より長波長の光が好ましい。長波長のレーザ光源が安価であることに加え、読み出し光を長波長の光とすることで、再生光の集光角度が狭くなり、アパーチャ４０の作製精度が緩和される。

アパーチャ４０は、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させる大きさとすることが好ましい。具体的には、再生光のフーリエ変換像の０次及び１次の成分を選択的に透過させる大きさであれば、信号光をエラー無く再生することができる。良好なＳ／Ｎ比を得るためには、再生光のフーリエ変換像の０次から２次までの成分を選択的に透過させる大きさが好ましく、０次から３次までの成分を選択的に透過させる大きさがより好ましい。

データ画像をホログラムとして記録する場合、レンズによってデータ画像のフランフォーファ回折像を記録する。フランフォーファ回折像は、データ画像の振幅分布のフーリエ変換に比例することから、記録されたホログラムはフーリエ変換ホログラムと呼ばれる。フーリエ変換像はデータ画像の画素ピッチに由来する空間周波数成分を多く含む。従って、再生光から高次成分をカットしても、データ画像を再生することができる。また、同様の理由で、ホログラム記録層１２や保護層１４表面に付いた傷により一部の成分が欠落しても、データ画像を再生することができる。

例えば、ホログラムとして記録するデータページを、例えば、図５のような画像とする。図中の白い部分がデータ“１”を表し、黒い部分がデータ“０”を表すようにすることによって、二値の２次元デジタルデータをページごとに記録することができる。この場合、ｄ×ｄの一画素の大きさが、１ビットデータに対応する。

図６に、図５のデータ画像のフーリエ変換像を示す。図５に示すデータ画像をホログラムとして記録した場合には、図６に示すフーリエ変換像が再生される。この場合、アパーチャ４０は、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させる大きさ及び形状とすることが好ましい。例えば、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示す形状とすることができる。

図７（Ａ）は、アパーチャ４０を半径ａの円形とし、フーリエ変換像の０次成分と、各軸方向につきプラス方向及びマイナス方向の１次及び２次の成分とを、透過させるものとした場合である。 図７（Ｂ）は、アパーチャ４０を半径ａの半円形とし、フーリエ変換像の０次成分と、ｙ軸方向についてはプラス方向及びマイナス方向の、その他の軸方向についてはプラス方向の１次及び２次の成分とを、透過させるものとした場合である。

図７（Ｃ）は、アパーチャ４０を半径ａの扇形（四半円形）とし、フーリエ変換像の０次成分と、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれにつきプラス方向、及びＸ軸プラス方向とＹ軸プラス方向との間の方向の１次及び２次の成分とを、透過させるものとした場合である。 図７（Ｄ）は、アパーチャ４０を一辺の長さがａで、幅がａ／３以下のＬ形とし、信号光のフーリエ変換像の０次成分と、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれにつきプラス方向の１次及び２次の成分とを、透過させるものとした場合である。

以上説明した通り、本実施の形態では、プラスチックカード１０に付加されたホログラム記録層１２に透過型ホログラムを記録し、これを再生するが、反射層１８のホログラム記録層１２に接する表面の十点平均粗さＲｚを読み出し光の波長より小さくすることで、回折光及び読み出し光の散乱を抑制することができ、記録されたホログラムを高いＳ／Ｎ比で再生することができる。更に、反射層１８のホログラム記録層１２に接する表面の十点平均粗さＲｚを書き込み光の波長より小さくすることで、書き込み光の散乱を抑制することができ、ホログラムを高い精度で記録することができる。

また、再生時に一部の参照光はプラスチックカード１０の表面で乱反射されるが、散乱光はアパーチャ４０を通過できずに遮断されるので、再生された信号光だけを選択的に取り出すことができ、記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができる。

また、プラスチックカード１０に付加されたホログラムメモリ２には、フーリエ変換ホログラムを記録することができる。フーリエ変換ホログラムは、ホログラム記録層１２や保護層１４表面に付いた傷によりフーリエ変換像の一部の成分が欠落しても、データ画像を再生することができる。

また、本実施の形態では、プラスチックカード１０にホログラムメモリ２を付加することで、プラスチックカード１０にメモリ機能を付加することが可能になる。これにより、プラスチックカード１０の携帯性を損なうことなく、大容量データを記録することができる。例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ角のホログラム記録層１２に多重記録することで、数ＭＢ（メガバイト）の情報を記録することができる。また、ホログラムメモリ２が未記録である場合には、ホログラムにより、これらの領域にオンデマンド情報を即時に付与することができ、ホログラムカードをオンデマンドで即時発行することが可能となる。更に、ホログラムメモリ２に、プラスチックカード１０に付加されたＩＤ情報と関連する情報を記録することで、両者の連携によりセキュリティ機能が強化される。

［変形例］
なお、上記の実施の形態では、ホログラムメモリを搭載したプラスチックカードについて説明したが、非光学品質のシート部材はプラスチックカードには限定されない。
非光学品質のシート部材とは、いわゆる光学的粗面を備えたシート部材であり、情報保持体として形成された時から、シート部材の表面が、再生光の１／２波長以上の最大表面粗さを有している、及び／又は、再生光の照射領域内で１／２波長以上のたわみ・うねり等の起伏を有している。又は、当初は光学品質の表面であっても使用時間が経過することで、シート部材の表面に、曲げ、凹み、たわみ等の起伏が形成され、非光学品質に至るような部材である。

即ち、本発明は、ホログラム記録層自体が破壊されていない状態であって、シート部材の表面形状によって再生が困難とされているホログラムの読み出しに極めて有効となる発明である。換言すれば、表面が非常に平滑なシート部材や非光学品質のシート部材上に記録層を形成した場合だけでなく、一旦はホログラム記録層が大きく変形してそのままでは再生不可能であっても、押し当て等によって再生可能な程度（再生に必要な干渉条件が成立する程度）に記録層を平坦化できるが、シート部材自体の表面は十分に平滑化できない素材（紙や樹脂シート、金属板等）によりシート部材を構成する場合にも有効となる。

なお、ホログラム記録層には、情報がフーリエ変換像として記録光の照射範囲に渡って記録されるため、一部が欠損した場合であっても、Ｓ／Ｎの劣化は避けられないが、再生できる許容度が高い。従って、本発明は、記録光の照射領域全体にわたって記録層のフーリエ変換像が回復困難に破壊されている状態でなければ、適用される。

シート部材の材質は、紙以外に、金属（アルミニウム等）、プラスチック、セラミック（アルミナ等）等でもよい。非光学品質のシート部材には、普通紙、塗工紙のほか、ＯＨＰシート、プラスチックカード等が含まれる。例えば、普通紙の表面粗さは８〜１３μm程度であり、プラスチックカードの表面粗さは１μｍ以上である。

本発明では、ホログラムメモリに、プラスチックカードに付加された情報と関連する情報を記録することで、両者の連携によりＩＤ機能やセキュリティ機能が強化される。従って、具体的には、偽造防止効果等、高いセキュリティが要求される、証券、パスポート、保険証、免許証、ＡＤ（公式認定証）、ＣＤ、ＤＶＤ、半導体記憶媒体等をシート部材として用いることが考えられる。

また、上記の実施の形態では、写真画像や文字画像をプラスチックカードに印刷することで、プラスチックカードに情報を付加する例について説明したが、プラスチックカードにＩＣ等を埋め込んで情報を付加することもできる。非接触型ＩＣを埋め込む場合は、アンテナの受送信を妨げないように、反射層の膜厚を調整する必要があり、例えばＡｌ薄膜では２００ｎｍ以下であることが好ましい。

次に、具体的な実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
＜ホログラムカードの作製＞
厚さ１００μｍのシクロオレフィンポリマーフィルム（日本ゼオン社製、「ゼオノア（Ｒ）ＺＦ１６」、吸水率０．０１％以下、透過率９３．７％、ヘイズ０．１％）に、アルミニウムを１００ｎｍの厚さで蒸着し、反射層用のＡｌ蒸着フィルムを得た。得られたＡｌ蒸着フィルムについて、日本ビーコ（株）製の３次元表面形状粗さ測定装置を用いてＡｌ蒸着面での十点平均粗さＲｚを測定したところ、Ｒｚは６４．６ｎｍであった。

上記のシクロオレフィンポリマーフィルムを保護層として用い、このフィルム面上に、ホログラム記録材料として液状のフォトポリマー（日本ペイント社製）を１２０μｍのギャップコータを用いて塗布し、塗布後に乾燥して溶剤を飛ばし、厚さ３０μｍのホログラム記録層を形成した。そして、このホログラム記録層が形成された面に、上記Ａｌ蒸着フィルムのＡｌ蒸着面が接するように重ね合わせて圧着し、厚さ約２３０μｍの３層構成シートを得た。

市販の塩化ビニル製のプラスチックカードに、コイン程度の大きさの円形の凹部（深さ約２３０μｍ）を形成した。上記の３層構成シートをこの凹部と同じ形状に型抜きし、型抜きされたシート片を、ホログラムメモリとしてプラスチックカードの凹部に面一になるように嵌め込んだ。こうして実施例１に係るカードサンプルＡを得た。

＜ホログラムの記録・再生＞
上記方法および構成で作製されたカードサンプルＡに、実際に画像データをホログラム記録し再生像の評価を行った。図３に示した構成のホログラム記録装置を用い、記録用のレーザ光源２０として発振波長が５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第２高調波を利用した。空間光変調素子３４としては、プロジェクタ用の液晶パネルを用いた。フーリエ変換レンズ３２としては、焦点距離５０ｍｍのものを用いた。

ホログラム記録装置に上記のカードサンプルＡをセットし、空間光変調素子３４に図９（Ａ）に示す画像データを表示した。信号光および参照光の偏光は紙面に垂直なＳ偏光に揃え、信号光と参照光とを同じ側から照射して、ホログラムメモリに通常の強度変調ホログラムを記録した。露光条件としては、トータルの露光量が約１００ｍＪ／ｃｍ^２となるようにレーザ強度および露光時間で調整した。記録領域はほぼ５ｍｍΦであった。

次に、図４に示した再生装置を用い、再生用のレーザ光源３６として発振波長が６４０ｎｍの半導体レーザを利用し、アパーチャサイズを１ｍｍφとした。このホログラム再生装置に、ホログラムの法線と参照光光軸のなす角が４５ーとなるように記録済みのカードサンプルＡをセットし、ホログラムの再生を行った。ＣＣＤ４４で検出された再生画像を図９（Ｂ）に示す。図示した通り、十分本人を認識することができる再生像が得られた。

（実施例２）
厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに、アルミニウムを１００ｎｍの厚さで蒸着し、反射層用のＡｌ蒸着フィルムを得た。得られたＡｌ蒸着フィルムのＡｌ蒸着面での十点平均粗さＲｚを測定したところ、Ｒｚは２２３ｎｍであった。反射層の構成を代えた以外は実施例１と同様にして、実施例２に係るカードサンプルＢを得た。

得られたカードサンプルＢについて、実施例１と同様に実際に画像データをホログラム記録し、再生像の評価を行ったところ、実施例１と同様に十分本人を認識することができる再生像が得られた。

（実施例３）
厚さ１００μｍのポリカーボネート（ＰＣ）フィルムに、アルミニウムを１００ｎｍの厚さで蒸着し、反射層用のＡｌ蒸着フィルムを得た。得られたＡｌ蒸着フィルムのＡｌ蒸着面での十点平均粗さＲｚを測定したところ、Ｒｚは１３３ｎｍであった。反射層の構成を代えた以外は実施例１と同様にして、実施例３に係るカードサンプルＣを得た。

得られたカードサンプルＣについて、実施例１と同様に実際に画像データをホログラム記録し、再生像の評価を行ったところ、実施例１と同様に十分本人を認識することができる再生像が得られた。

（比較例１）
アルミニウムが１００ｎｍの厚さで蒸着された厚さ約１００μｍのＰＥＴフィルム（東洋メタライジング社製、「ｍｅｔａｌｍｅ（Ｒ）」）を、反射層用のＡｌ蒸着フィルムとして用いた。このＡｌ蒸着フィルムのＡｌ蒸着面での十点平均粗さＲｚを測定したところ、Ｒｚは６７７．８ｎｍであった。反射層の構成を代えた以外は実施例１と同様にして、比較例１に係るカードサンプルＤを得た。

得られたカードサンプルＤについて、実施例１と同様に実際に画像データをホログラム記録し、再生像の評価を行った。ＣＣＤ４４で検出された再生画像を図９（Ｃ）に示す。図９（Ｂ）と比較すると明らかなように、カードサンプルＤでは、再生像はひどく劣化し、本人を認識するには不十分な再生像しか得られなかった。

以上の通り、書き込み光の波長を５３２ｎｍ、読み出し光の波長を６４０ｎｍとした場合には、表面粗さＲｚが６４０ｎｍより小さい反射層を備えたホログラムカードでは、目視では再生画像の乱れが確認できない程度であり、再生画像の劣化はほとんど無かった（実施例１〜３）。一方、表面粗さＲｚが６７７．８ｎｍの反射層を備えたホログラムカードでは、モザイクが掛かったような再生画像しか得ることができなかった（比較例１）。

この通り、反射層の表面粗さＲｚを６４０ｎｍより小さくするだけで、光の散乱を顕著に抑制することができ、記録層にホログラムとして記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができることが分る。

本実施の形態に係るホログラムカードの平面図である。 図１に示すホログラムカードのＡ−Ａ断面図である。 ホログラムを記録するための記録装置の構成を示す概略図である。 ホログラムを再生するための再生装置の構成を示す概略図である。 ホログラムとして記録するデータ画像を示す図である。 図５のデータ画像のフーリエ変換像を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、アパーチャ形状を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、ホログラムカードを作製する工程を示す工程図である。 （Ａ）は記録する画像データを示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は再生画像を示す図である。 フーリエ領域の使用方法を例示する図である。

符号の説明

２ ホログラムメモリ
２Ａ フーリエ領域
２Ｂ レインボー領域
４ 顔画像
６ 写真画像
８ 文字画像
１０ プラスチックカード
１０Ａ 凹部
１０Ｂ 樹脂フィルム
１０Ｃ プラスチックシート
１２ ホログラム記録層
１４ 保護層
１６ 接着層
１８ 反射層
２０ レーザ光源
２２ 偏光ビームスプリッタ
２４ 反射ミラー
２６ 反射ミラー
２８ レンズ
３０ レンズ
３２ レンズ
３４ 空間光変調素子
３６ レーザ光源
４０ アパーチャ
４２ レンズ
４４ 検出器
５０ ３層構成シート

Claims (18)

1. 非光学品質のシート部材と、
   前記非光学品質のシート部材上に配置され、書き込み光を照射することにより透過型ホログラムを記録可能な未記録の記録層と、
   前記シート部材と前記記録層との間に設けられ、前記記録層に接する表面の十点平均粗さＲｚが読み出し光の波長より小さく且つ書き込み光の波長より小さいと共に、前記記録層に前記透過型ホログラムが記録された後に前記記録層側から読み出し光を照射することにより前記透過型ホログラムで回折された回折光及び読み出し光を反射する反射層と、
   前記記録層上に設けられ、前記記録層を保護する保護層と、
   を備えたホログラム記録媒体。
2. 前記十点平均粗さＲｚが、読み出し光の波長の１／２以下である請求項１に記載のホログラム記録媒体。
3. 前記読み出し光の波長は、前記書き込み光の波長と同じ波長であるか、又は前記書き込み光の波長より長波長である請求項１又は２に記載のホログラム記録媒体。
4. 前記読み出し光の波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍである場合に、前記十点平均粗さＲｚが３００ｎｍ以下である請求項１に記載のホログラム記録媒体。
5. 前記シート部材が、紙又はプラスチックカードである請求項１乃至４のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
6. 前記未記録の記録層に対し、透過型ホログラムを記録してなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
7. 前記シート部材が、前記記録層とは異なる手段で情報を記録する情報記録部を更に備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
8. 前記記録層に、前記情報記録部に記録された情報に基づいて作成された透過型ホログラムが記録された請求項７に記載のホログラム記録媒体。
9. 前記シート部材が、プラスチックカードにＩＣを埋め込んだＩＣカードである請求項５乃至８のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
10. 前記反射層が、書き込み光及び読み出し光に対する反射率が７０％以上である光反射性材料で構成された請求項１乃至９のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
11. 前記光反射性材料が、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、及びＣｒからなる群から選択される一種の金属、又はステンレス鋼である請求項１０に記載のホログラム記録媒体。
12. 前記反射層が、金属が蒸着された樹脂フィルムを前記シート部材に貼付して形成された請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
13. 前記記録層が、フォトポリマー及びアゾポリマーからなる群から選択される１種のホログラム記録材料で構成された請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
14. 前記保護層が、書き込み光及び読み出し光に対する透過率が８５％以上であるフレキシブル樹脂フィルムで構成された請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
15. 前記保護層の外表面に反射防止膜が形成された請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
16. 前記フレキシブル樹脂フィルムのヘイズが３％以下である請求項１４又は１５に記載のホログラム記録媒体。
17. 前記フレキシブル樹脂フィルムの吸水率が０．０１％以下である請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。
18. 前記フレキシブル樹脂フィルムが、シクロオレフィンポリマーである請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のホログラム記録媒体。