JP5605538B2 - 回折構造表示体 - Google Patents

Description

本発明は、回折構造表示体に関し、特に、表示体の回転位置により表示パターンの白黒が反転したり切り換わる回折構造表示体に関するものである。

預貯金用カード、クレジットカード等のカード類には、それらの真正性を保証する意味で、回折格子やホログラムが適用されていることが多い。また、模造品が出回りやすい高額商品若しくはそのケース等にも、やはりそれらの真正性を保証する意味で回折格子やホログラムが適用されていることが多い。

回折格子やホログラムが上記の例以外の種々の分野の物品にも適用されているのは、ホログラム等が製造若しくは複製の困難性を有しているからであり、また、外観的には干渉色を有していて目をひきやすく、意匠的にも優れており、さらに場合によっては、剥がそうとすると破壊して、他に転用できない構造とすることが可能である等のメリットを有しているからである。

このようなホログラムとして、原画像のフーリエ変換像の位相情報を多値化して深さとして記録したホログラム（ＣＧＨ）を用いるものが特許文献１にて提案されている。このフーリエ変換像の位相情報を多値化して深さとして記録したホログラム（ＣＧＨ）は、レーザー光を当てると、原画像がスクリーン面上等に投影再生される。このホログラム（ＣＧＨ）は、図１１に示すように、次の（１）〜（７）の各ステップを順次行うことで得られる。
（１）まず、原画像を形成する。原画像は任意に決定された画像でよく、文字、数字、図形若しくは記号、絵画、アニメーション、又は、写真等の何れでもよい。
（２）次に、原画像からコンピュータを用いて原画像をフーリエ変換処理することにより、原画像のフーリエ変換像を作成する。
（３）振幅＝１とする。
（４）フーリエ逆変換を行う。
（５）振幅を元の振幅とする（位相はそのままとする。）。
この後、（２）に戻り、「フーリエ変換→フーリエ逆変換」を繰返した後、所定の条件を満たすフーリエ変換像が得られたと判断された時点で停止する。
（６）停止後、位相データを抽出する。
（７）位相データの多値化を行って、所定の段数の深さ情報とする。

原画像に基づく位相データの多値化は、例えば、２値化、４値化、８値化、若しくは、１６値化等であり得る。

一方、方向の揃った複数の直線状の凸部又は凹部からなり、その方向が互いに異なる複数の光散乱能異方性を持つ領域からなるものが特許文献２にて提案されている。図１２に示すように、数字“９”の文字領域２０ａとその数字“９”を囲む領域２０ｂとでは、平行に並ぶ多数の直線状の凸部又は凹部の方向が相互に直交しており、各領域の凸部又は凹部の方向に直交する方向から見ると、その領域は周囲光の散乱のため相対的に白色に見え、その凸部又は凹部の方向から見るとその方向には周囲光が散乱されないため相対的に黒色に見える。したがって、図１２の場合、右上乃至左下方向から見ると、文字領域２０ａが白色に、囲む領域２０ｂが黒色に見える。それと直交する左上乃至右下方向から見ると、白黒が反転して、文字領域２０ａが黒色に、囲む領域２０ｂが白色に見える。

特開２００３−１２２２３３号公報 特開２００８−１０７４７２号公報

特許文献１のホログラム（ＣＧＨ）も、特許文献２の光散乱能異方性を持つ媒体も偽造防止用の記録体あるいは表示体として用いられるものであったが、特許文献１の場合はその記録体に意匠性、装飾性あるいは視覚効果の点から必ずしも十分なものではなかった。他方、特許文献２の表示体の場合、見る方向により表示パターンが白黒反転するだけで、表示パターンの切り換わり等の変化が少なく意匠性、装飾性あるいは視覚効果の点から必ずしも十分なものではなかった。

本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示体の回転位置により表示パターンの白黒が反転したり切り換わり、意匠性、装飾性、視覚効果が高く、偽造防止効果の高い回折構造表示体を提供することである。

上記目的を達成する本発明の回折構造表示体は、表示体の表示面の中心を通り表示面に沿った相互に直交する２つの座標軸を定義し、表示面に垂直に入射する光を第１の座標軸の正方向に成分を有して回折、散乱する第１の回折構造からなる第１のパターン領域と、第１の座標軸の負方向に成分を有して回折、散乱する第２の回折構造からなる第２のパターン領域と、第２の座標軸方向に成分を有して回折、散乱する第３の回折構造からなる第３のパターン領域とが並列されて配置されてなることを特徴とするものである。

この場合、前記第１の回折構造が、画像面上の中心を通る第１の座標軸の正方向の位置に第１の画像が配置されてなる原画像のフーリエ変換像の位相情報を位相データを３値化以上の多値化をして深さとして記録したホログラムからなり、前記第２の回折構造が、画像面上の中心を通る第１の座標軸の負方向の位置に第２の画像が配置されてなる原画像のフーリエ変換像の位相情報を位相データを３値化以上の多値化をして深さとして記録したホログラムからなるものとすることができる。

あるいは、前記第１の回折構造が、表示面に垂直に入射する光を第１の座標軸の正方向に成分を有して回折、散乱するブレーズド回折格子からなり、前記第２の回折構造が、表示面に垂直に入射する光を第１の座標軸の負方向に成分を有して回折、散乱するブレーズド回折格子からなるものとしてもよい。

また、前記第３の回折構造は、画像面上の中心を通る第２の座標軸の正方向又は負方向の位置に第３の画像が配置されてなる原画像のフーリエ変換像の位相情報を２値以上の多値化をして深さとして記録したホログラムから構成してもよく、あるいは、表示面に垂直に入射する光を第２の座標軸に直交する両側へ散乱する回折格子又は光散乱能異方性散乱体から構成してもよい。

本発明の回折構造表示体は、前記第１のパターン領域と前記第２のパターン領域と前記第３のパターン領域とが並列してなる表示体部分の周囲に密にあるいは離して別の回折格子からなる表示領域、別のレリーフホログラムからなる表示領域の少なくとも一方が配置されているものとしてもよい。

本発明によると、表示体を正立状態からその法線を中心に９０°、１８０°回転させると、３つの回折構造のパターンが各々白黒が反転して見え、全体として見た場合に各回転位置で異なったパターンに切り換わって見え、意匠性、装飾性、視覚効果の高いものとなる。また、その回折構造の少なくとも１つをホログラムで構成することで、レーザー光を照射することで真贋判定情報を再生することができ、意匠性、装飾性、視覚効果を備えながら、高い偽造防止効果を達成することができる。

原画像として点光源を用いる場合のフーリエ変換像の位相情報を多値化して深さとして記録するホログラムを説明するための図である。 本発明の回折構造表示体に用いるホログラムの１つの実例を示す図である。 本発明の回折構造表示体に用いるホログラムの他の実例を示す図である。 本発明の回折構造表示体に用いるホログラムの他の実例を示す図である。 本発明による回折構造表示体を作製順に従って説明するための図である。 ホログラムの代わりに回折格子を用いる場合の図５と同様の図である。 本発明による回折構造表示体の１つの実施例の配置を示すための図である。 図７の回折構造表示体を回転させた場合に白黒反転してパターンが切り換わる様子を示す図である。 本発明による回折構造表示体の真正性を確認するための配置を示す図である。 原画像面上において画像が配置可能な領域を示す図である。 公知の原画像のフーリエ変換像の位相情報を多値化して深さとして記録したホログラムの作製手順を示す図である。 公知の複数の光散乱能異方性を持つ領域からなり、白黒が反転して見える表示体を示す図である。

以下、本発明の回折構造表示体の実施例の説明をその原理の説明に基づいて行う。

図１は、原画像として点光源を用いる場合のフーリエ変換像の位相情報を多値化して深さとして記録するホログラム（ＣＧＨ）を説明するための図であり、正レンズのフーリエ変換作用を用いて説明する。

焦点距離ｆの正レンズＬの前側焦点Ｆを通り光軸に直交する平面を原画像面とし、正レンズＬの後側焦点を通り光軸に直交する平面をホログラム面Ｈとする。正レンズＬの光軸を水平方向にとり、原画像面上の光軸に直交する水平方向にｘ軸、垂直方向にｙ軸、ホログラム面Ｈ上の光軸に直交する水平方向にｐ軸、垂直方向にｑ軸をとる。原画像面上のｙ軸上の光軸（原点）から負方向に離れた位置に点光源Ｐが位置しているとき、すなわち、原画像として、原画像面の中心から垂直方向に外れた位置に点光源Ｐが位置している画像のフーリエ変換像を考える。点光源Ｐから出た球面波は正レンズＬで平面波に変換され、点光源Ｐと正レンズＬの中心を通る直線方向に進む平面波となってホログラム面Ｈに入射する。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図であり、正レンズＬで平面波に変換された光束の等位相面Ｓは、平面図でみたとき、ホログラム面Ｈに平行になってホログラム面に入射し、側面図でみたとき、ホログラム面Ｈに対して角度をなして入射する。そのため、ホログラム面Ｈに記録されるこの点光源Ｐのフーリエ変換像の等位相位置（等位相面Ｓとホログラム面Ｈの交差点（線））は、水平方向（ｐ方向）に延びる平行線となる。等位相位置として、例えば位相π及びその奇数倍の位置を最も深い位置とし、２π及びその整数倍の位置を最も高い位置としとする場合、最も高い位置の分布はホログラム面Ｈ上で水平方向（ｐ方向）に延びる等間隔の平行線（干渉縞）となる。点光源Ｐがｙ軸上の原点から正方向にずれている場合も同様である。

この検討から分かることは、原画像面上の中心から所定方向（上記の例ではｙ軸方向）に点光源Ｐがずれて位置していると、そのフーリエ変換像の等位相線（干渉縞）はそのずれ方向と直交する方向（上記の例ではｐ軸方向）に延びる直線となることである。

原画像は通常点光源Ｐではないが、点光源Ｐの集合と考えることができるので、原画像面上の中心から所定方向を挟んで両側に原画像面上の中心からずれて配置された原画像のフーリエ変換像は、その所定方向と直交する方向に平行な等位相線とその所定方向と直交する方向に小さな角度をなして延びる等位相線とを多数重畳したものとなる。

図２は１つの実例を示す図であり、（ａ）は原画像、（ｂ）はフーリエ変換像を示す図であり、原画像は原画像面の中心から垂直上方向（＋ｙ方向）の外れた位置に文字“Ｄ”が位置しているもので、その原画像のフーリエ変換像は、等位相線（干渉縞）Ｂが水平方向（ｐ方向）に略向くように分布しているものであることが分かる。

このように、画像面の中心から所定方向の外れた位置に原画像が位置している原画像のフーリエ変換像は、等位相線（干渉縞）Ｂがその所定と直交する方向（特定方向）あるいはその直交する方向に対して小さな角度をなして延びるものとなる。

このような位相像の記録媒体（ホログラム（ＣＧＨ））は、その特定方向に並列して延びる曲線状の多数の凸部又は凹部Ｂからなるものであり、図２（ｂ）の実施例で言えば、ホログラム（ＣＧＨ）の前面から入射した光をその曲線状の凸部又は凹部Ｂに直交する方向、すなわち、±ｑ方向に散乱する光散乱能異方性を持つものとなる（特許文献２）。

ただし、後で説明するように、ホログラム（ＣＧＨ）に位相を記録する際に位相データの多値化を２値化ではなく、それ以上の３値化、４値化、８値化、１６値化等を行うと、記録される等位相線（干渉縞）Ｂはブレーズド化され、図２の実施例の場合で言えば、原画像“Ｄ”の偏り方向である＋ｑ方向に大部分の周囲光が散乱する特性になる。

図３は他の実例を示す図であり、（ａ）は原画像、（ｂ）はフーリエ変換像を示す図であり、原画像は原画像面の中心から垂直下方向（−ｙ方向）の外れた位置に文字“ＧＥＮＵＩＮＥ”が位置しているもので、その原画像のフーリエ変換像は、図２の場合と同様に、等位相線（干渉縞）Ｂが水平方向（ｐ方向）に略向くように分布しているものであることが分かる。

この場合も、ホログラム（ＣＧＨ）に位相を記録する際に位相データの多値化は、３値化、４値化、８値化、１６値化等を行うことで、記録される等位相線（干渉縞）Ｂはブレーズド化され、原画像“ＧＥＮＵＩＮＥ”の偏り方向である−ｑ方向に大部分の周囲光が散乱する特性になる。

図４はもう１つの実例を示す図であり、（ａ）は原画像、（ｂ）はフーリエ変換像を示す図であり、原画像は原画像面の中心から水平左方向（＋ｘ方向）の外れた位置に文字“ＯＫ”が位置しているもので、その原画像のフーリエ変換像は、今度は等位相線（干渉縞）Ｂが垂直方向（ｑ方向）に略向くように分布しているものであることが分かる。

ただし、図４の場合は、ホログラム（ＣＧＨ）に位相を記録する際に位相データの多値化は２値化とする。こうすると、記録される等位相線（干渉縞）Ｂはブレーズド化されず、原画像“ＯＫ”の偏り方向に沿った±ｐ方向に大部分の周囲光が散乱する特性になる。

このように、画像面の中心から所定方向の外れた位置に原画像が位置している原画像の
フーリエ変換像は、等位相線（干渉縞）Ｂがその所定方向と直交する方向（特定方向）あるいはその直交する方向に対して小さな角度をなして延びるものとなる。

このような位相像の記録媒体（ホログラム（ＣＧＨ））は、その特定方向に並列して延びる曲線状の多数の凸部又は凹部Ｂからなるものであり、図２の実施例で言えば、ホログラム（ＣＧＨ）の前面から入射した光をその曲線状の凸部又は凹部Ｂに直交する方向、すなわち、±ｑ方向に散乱する光散乱能異方性を持つものとなる（特許文献２）。図３、図４の実施例の場合も同様である。

ただし、後で説明するように、ホログラム（ＣＧＨ）に位相を記録する際に位相データの多値化を２値化ではなく、それ以上の３値化、４値化、８値化、１６値化等を行うと、記録される等位相線（干渉縞）Ｂはブレーズド化され、図２の実施例の場合で言えば、原画像“Ｄ”の偏り方向である＋ｑ方向に大部分の周囲光が散乱する特性になり、図３の実施例の場合で言えば、原画像“ＧＥＮＵＩＮＥ”の偏り方向である−ｑ方向に大部分の周囲光が散乱する特性になる。なお、図４の実施例の場合は位相データを２値化しているため、原画像“ＯＫ”の偏り方向だけでなく、その反対方向にも、すなわち、±ｐ方向に大部分の周囲光が散乱する特性になる。

なお、図１のように、画像面の中心から所定方向の外れた位置に点光源Ｐがある場合は、上記したように、等位相線（干渉縞）Ｂがその外れた方向と直交する方向に延びる等間隔の平行線となり、その位相データを３値化以上の多値化すると、ブレーズド化された回折格子（ブレーズド回折格子）と同じになる。また、２値化の場合は単純な（ブレーズド化されていない）回折格子と同じになる。

次に、図２〜図４のような３つのホログラム（ＣＧＨ）を作製順に従って説明する。図５（ａ）／（１）、（ｂ）／（１）、（ｃ）／（１）に示すように、それぞれ図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）に示すような原画像を用意する。すなわり、図５（ａ）／（１）の原画像１２は、原画像面１１の中心Ｏから垂直上方向（＋ｙ方向）の外れた位置に文字“Ｄ”が位置しているものであり、図５（ｂ）／（１）の原画像２２は、原画像面２１の中心Ｏから垂直下方向（−ｙ方向）の外れた位置に上下反転した文字“ＧＥＮＵＩＮＥ”が位置しているものであり、図５（ｃ）／（１）の原画像３２は、原画像面３１の中心Ｏから水平左方向（＋ｘ方向）の外れた位置に文字“ＯＫ”が位置しているものである。

それぞれの原画像面１１、２１、３１を特許文献１の（１）〜（６）と同様にしてフーリエ変換したフーリエ変換像１３、２３、３３は、それぞれ図５（ａ）／（２）、（ｂ）／（２）、（ｃ）／（２）に示すようにな位相データを持つもので、曲線は等位相線を模型的に示しているが、原画像１２、２２、３２に対してそれぞれ図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）のような等位相線Ｂが分布したものである。そして、それぞれのフーリエ変換像１３、２３、３３を、特許文献１の（７）のように行うことで、それぞれ図５（ａ）／（３）、（ｂ）／（３）、（ｃ）／（３）に示すようにな位相データを図５（ａ）／（３）、（ｂ）／（３）の場合は３値以上の多値化したホログラム（ＣＧＨ）１４、２４を、図５（ｃ）／（３）の場合は２値化したホログラム（ＣＧＨ）３４が得られる。

図５（ａ）／（４）、（ｂ）／（４）はぞれぞれホログラム（ＣＧＨ）１４、２４のｑ軸に平行な直線Ａ−Ａ’に沿って取った断面図を模式的に示す図であり、図５（ｃ）／（４）はホログラム（ＣＧＨ）３４のｐ軸に平行な直線Ｃ−Ｃ’に沿って取った断面図を模式的に示す図であり、ホログラム（ＣＧＨ）１４、２４の位相分布を示す等位相線Ｂの断面形状は、各々の凸部の断面が鋸歯状をしており、このホログラム（ＣＧＨ）１４、２４を透過型で使用する場合も、レリーフ面等に反射コーテングを施して反射型で使用する場合も、断面鋸歯状面の斜面が屈折面あるいは反射面として作用し、回折格子のブレーズド
面と同様に回折光あるいは散乱光を特定方向に集中させる作用を持つようになり、図４（ａ）／（３）、（４）のホログラム（ＣＧＨ）１４は、正面から入射した光を原画像１２側である＋ｑ方向に偏って散乱するか、＋ｑの斜め方向から入射した光を正面方向に散乱する。他方、図４（ｂ）／（３）、（４）のホログラム（ＣＧＨ）２４は、正面から入射した光を原画像２２側である−ｑ方向に偏って散乱するか、−ｑの斜め方向から入射した光を正面方向に散乱するものとなる。また、ホログラム（ＣＧＨ）３４の位相分布を示す等位相線Ｂの断面形状は、凸部の断面が矩形波状をしており、このホログラム（ＣＧＨ）３４を透過型で使用する場合も、レリーフ面等に反射コーテングを施して反射型で使用する場合も、等位相線Ｂに直交する両側に回折光あるいは散乱光を集中させる作用を持つようになり、図５（ｃ）／（３）、（４）のホログラム（ＣＧＨ）３４は、正面から入射した光を±ｐ方向に散乱するか、±ｐの斜め方向から入射した光を正面方向に散乱するものとなる。

なお、原画像１２が原画像面１１の中心Ｏから垂直上方向（＋ｙ方向）の外れた位置にある点光源の場合は、上記のようなフーリエ変換、位相データの多値化をしなくとも、断面が図６（ａ）／（２）（図５（ａ）／（４）と同じ）に示したような鋸歯状で、格子の方向が図６（ａ）／（１）に示したように水平方向（ｐ方向）に伸びるブレーズド回折格子１４となり、同様に、原画像２２が原画像面２１の中心Ｏから垂直下方向（−ｙ方向）の外れた位置に点光源の場合は、上記のようなフーリエ変換、位相データの多値化をしなくとも、断面が図６（ｂ）／（２）（図５（ｂ）／（４）と同じ）に示したような鋸歯状で、格子の方向が図６（ｂ）／（１）に示したように水平方向（ｐ方向）に伸びるブレーズド回折格子２４となり、原画像３２が原画像面３１の中心Ｏから水平左方向（＋ｘ方向）の外れた位置に点光源の場合は、上記のようなフーリエ変換、位相データの多値化をしなくとも、断面が図６（ｃ）／（２）（図５（ｃ）／（４）と同じ）に示したような矩形波状で、格子の方向が図６（ｃ）／（１）に示したように垂直方向（ｑ方向）に伸びる単純な（ブレーズド化されていない）回折格子３４となる。

このようなブレーズド回折格子１４も、ホログラム（ＣＧＨ）１４と同様に、正面から入射した光を＋ｑ方向に偏って散乱するか、＋ｑの斜め方向から入射した光を正面方向に散乱するものである。また、ブレーズド回折格子２４も、ホログラム（ＣＧＨ）２４と同様に、正面から入射した光を−ｑ方向に偏って散乱するか、−ｑの斜め方向から入射した光を正面方向に散乱するものである。また、ブレーズド化されていない回折格子３４も、ホログラム（ＣＧＨ）３４と同様に、正面から入射した光を±ｐ方向に散乱するか、±ｐの斜め方向から入射した光を正面方向に散乱するものである。

そこで、例えば図７に示すように、表示体の並列する３つのパターン領域、文字“Ａ”の内側領域４１、文字“Ｂ”の内側領域４２、文字“Ａ”と“Ｂ”の外側領域４３を配置し、文字“Ａ”の内側領域４１には、図５（ａ）／（３）の位相データを３値以上の多値化したホログラム（ＣＧＨ）１４、あるいは、図６（ａ）／（１）のブレーズド回折格子１４を配置し、文字“Ｂ”の内側領域４２には、図５（ｂ）／（３）の位相データを３値以上の多値化したホログラム（ＣＧＨ）２４、あるいは、図６（ｂ）／（１）のブレーズド回折格子２４を配置し、文字“Ａ”と“Ｂ”の外側領域４３には、図５（ｃ）／（３）の位相データを２値化したホログラム（ＣＧＨ）３４、あるいは、図６（ｃ）／（１）の単純な（ブレーズド化されていない）回折格子３４を配置して表示体１を構成する。

このような表示体１は、図７の状態で照明光源が斜め上方に位置している場合、図７の正面から表示体１を観察すると、図８（ａ）に示すように、文字“Ａ”の内側領域４１のホログラム（ＣＧＨ）１４あるいはブレーズド回折格子１４は、表示体１の斜め上方から入射した周囲光を主として前方に回折、散乱するため、正面に位置する観察者には相対的に明るく見え、文字“Ｂ”の内側領域４２のホログラム（ＣＧＨ）２４あるいはブレーズ
ド回折格子２４は、表示体１の斜め上方から入射した周囲光を前方にはほとんど回折、散乱しないため、正面に位置する観察者には相対的に暗く見え、文字“Ａ”と“Ｂ”の外側領域４３のホログラム（ＣＧＨ）３４あるいは回折格子３４は、表示体１の斜め上方から入射した周囲光を前方にはほとんど回折、散乱しないため、正面に位置する観察者には相対的に暗く見えるため、文字“Ａ”の内側領域４１のみが明るく見えることになり、図８（ａ）に示すように、表示体１は文字“Ａ”のみ明るく観察される。

この状態（図７）から照明光源が斜め上方に位置したまま表示体１をその法線を中心に９０°右へ回転させると、照明光源は相対的に斜め左方に位置することになり、今度は、文字“Ａ”の内側領域４１のホログラム（ＣＧＨ）１４あるいはブレーズド回折格子１４、及び、文字“Ｂ”の内側領域４２のホログラム（ＣＧＨ）２４あるいはブレーズド回折格子２４からは前方にはほとんど回折、散乱しなくなるため、正面に位置する観察者には相対的に暗く見え、文字“Ａ”と“Ｂ”の外側領域４３のホログラム（ＣＧＨ）３４あるいは回折格子３４からは前方へ回折、散乱することになるため、表示体１は文字“Ａ”、“Ｂ”が相対的に暗く、文字“Ａ”と“Ｂ”の外側領域４３は相対的に明るく、図８（ｂ）に示すように、表示体１は文字“Ａ”と“Ｂ”が暗い文字として観察される。

同様に、図７の状態から照明光源が斜め上方に位置したまま表示体１をその法線を中心に９０°左へ回転させると、図８（ｃ）に示すように、表示体１は文字“Ａ”と“Ｂ”が暗い文字として観察される。なお、図８（ｂ）と（ｃ）の違いは、文字“Ａ”と“Ｂ”の向きが反対になるだけである。

図８（ａ）（図７）の状態から表示体１をその法線を中心に右あるいは左へ１８０°回転させるか、図８（ｂ）の状態から右へさらに９０°回転させるか、あるいは、図８（ｃ）の状態から左へさらに９０°回転させると、照明光源は相対的に斜め下方に位置することになり、文字“Ａ”の内側領域４１のホログラム（ＣＧＨ）１４あるいはブレーズド回折格子１４からは前方にはほとんど回折、散乱せず、文字“Ｂ”の内側領域４２のホログラム（ＣＧＨ）２４あるいはブレーズド回折格子２４からは今度は前方に回折、散乱することになり、また、文字“Ａ”と“Ｂ”の外側領域４３のホログラム（ＣＧＨ）３４あるいは回折格子３４からは前方にはほとんど回折、散乱しないため、文字“Ｂ”の内側領域４２のみが明るく見えることになり、図８（ｄ）に示すように、表示体１は文字“Ｂ”のみ明るく観察される。

したがって、本発明の表示体１は観察者が正面から観察するとき、表示体１を正立状態から９０°、１８０°回転させると、３つのホログラム（ＣＧＨ）１４、２４、３４のパターンが各々白黒が反転して見え、全体として見た場合に各回転位置で異なったパターンに切り換わって見え、意匠性、装飾性、視覚効果の高いものとなる。

そして、このような表示体１を用いたカード１０を例に、真正性証明の方法を説明する。この場合の表示体１は、文字“Ａ”の内側領域４１にはホログラム（ＣＧＨ）１４が、文字“Ｂ”の内側領域４２にはホログラム（ＣＧＨ）２４が、文字“Ａ”と“Ｂ”の外側領域４３にはホログラム（ＣＧＨ）３４が配置されている場合で、３つの領域４１〜４３の全てでなく、１個又は２個の領域のみにホログラムが配置され、他の領域には回折格子が配置されていてもよい。ただし、３つの領域４１〜４３に全て回折格子１４、２４、３４が配置されている場合は、以下のような真正性証明の方法は採用できない。

図９に示すように、このような回折構造表示体１にレーザー光源５１を用いて、所定の波長のコヒーレント光であるレーザー光５２を真上から照射する。レーザー光５２のビーム径は、回折構造表示体１の領域４１、４２、４３よりも小さくてもよいが、複数領域４１〜４３にかかる大きさの方が好ましい。この照射により、領域４１のホログラム（ＣＧ
Ｈ）１４、領域４２のホログラム（ＣＧＨ）２４、領域４３のホログラム（ＣＧＨ）３４に予め多値化された深さ情報情報として記録されている原画像“Ｄ”、“ＧＥＮＵＩＮＥ”及び“ＯＫ”が回折光５４ａ、５４ｂ、５４ｃによって再生される。再生された像を予め準備された基準像と比較し、同一であるか、若しくは、異なるかの判定を行うことにより、真正性の確認を行うことができる。

したがって、表示体１からある程度離れたある面５３を想定すると、例えば、図９の向かって右の５３ａの区域でホログラム（ＣＧＨ）１４の記録像“Ｄ”を、図９の向かって左の５３ｂの区域でホログラム（ＣＧＨ）２４の記録像“ＧＥＮＵＩＮＥ”を、図９の奥側の５３ｃの区域でホログラム（ＣＧＨ）３４の記録像“ＯＫ”を観察することができるので、面５３を箱の上板とし、レーザー光源５１及び真正性証明用の回折構造表示体１（カード１０）の固定台（図示せず）等を備えた器具を準備し、箱の上板の５３ａ〜５３ｃの各区域に透過型スクリーンを設けておく等しておけば、この器具を用いて、再生された像を判定することが可能であり、真正性証明用の回折構造表示体１の真正性を確認することが、簡便にできる。なお、３つの領域４１〜４３の１個又は２個の領域のみにホログラムが配置されている場合は、原画像“Ｄ”、“ＧＥＮＵＩＮＥ”及び“ＯＫ”の中の１つ又は２つが再生される。その場合も、基準像と比較することで真正性の確認を行うことができる。

ところで、図２、図３の説明では、画像面の中心からｙ軸の＋ｙ方向あるいは−ｙ方向の外れた位置にホログラム（ＣＧＨ）１４、２４として記録する画像（文字）“Ｄ”、“ＧＥＮＵＩＮＥ”を配置するとしたが、ｙ軸に直交する方向にその画像がどの程度広がっていてもよいか説明しなかった。ｙ軸に直交する方向への広がり方が少ない程、等位相線（干渉縞）Ｂの向きがｙ軸に直交する方向に向くことになり、その等位相線（干渉縞）Ｂでの散乱方向も狭くなるため、ホログラム（ＣＧＨ）１４の領域４１とホログラム（ＣＧＨ）２４の領域４２の白黒反転が顕著に観察できるようになり、望ましい。

図１０に、実際上に原画像面１１、２１の中心Ｏから＋ｙ方向に外れる場合の画像を配置可能な領域をハッチ領域として示す。原画像面１１、２１の中心Ｏからｙ軸を挟んで±４５°の範囲にフーリエ変換像として記録する画像を配置すれば、白黒反転が容易に観察できるようになる。また、中心Ｏから＋ｙ方向の原画像面１１、２１の最大値の２分の１の範囲内に配置するのが望ましい。その中心Ｏから＋ｙ方向の最大値の２分の１を超えると、ホログラム（ＣＧＨ）１４、２４から再生される像（図９の“Ｄ”及び“ＧＥＮＵＩＮＥ”）が歪んでしまい、好ましくない。

図４のホログラム（ＣＧＨ）３４として記録する原画像面３１に記録する画像（文字）“ＯＫ”も、図１０のハッチ領域と同様の範囲に配置することが望ましい。ただし、この場合は、図１０のｙ軸がｘ軸に置き代わる。

ところで、等位相線（干渉縞）あるいは格子線と直交する両側からの光を正面方向へ散乱するか、正面方向から入射した光を等位相線（干渉縞）あるいは格子線と直交する両側へ散乱するホログラム（ＣＧＨ）３４あるいは回折格子３４の代わりに、同様の特性を持つ特許文献２に記載されているような方向の揃った複数の直線状の凸部又は凹部からなる光散乱能異方性を持つ光散乱領域（光散乱能異方性散乱体）を用いてもよい。本発明においては、このような光散乱能異方性散乱体も回折構造に含めることにしている。

また、ホログラム（ＣＧＨ）３４あるいは回折格子３４の代わりに、ホログラム（ＣＧＨ）１４、２４あるいはブレーズド回折格子１４、２４と同様のホログラム（ＣＧＨ）あるいはブレーズド回折格子を用いてもよい。その場合は、図７の例では、図８（ｂ）あるいは図８（ｃ）の状態で、全面が暗い一様な状態で観察されるようになる。

ところで、本発明による回折構造表示体には、以上のような表示面に垂直に入射する光を第１の座標軸の正方向に成分を有して回折、散乱する第１の回折構造からなる第１のパターン領域と、第１の座標軸の負方向に成分を有して回折、散乱する第２の回折構造からなる第２のパターン領域と、第１の座標軸に直交する第２の座標軸方向に成分を有して回折、散乱する第３の回折構造からなる第３のパターン領域とが並列されて配置されてなる表示体１だけでなく、別の回折格子からなる表示領域や別のレリーフホログラムからなる表示領域を表示体１の周囲に密にあるいは離して配置することで、複雑で意匠効果のより高い表示体を持つカードを構成するようにしてもよい。

なお、以上の説明において、「回折、散乱」のように、回折と散乱を並列して用いたのは、回折格子、ホログラムの干渉縞、光散乱能異方性散乱体に特定方向から入射した光が特定の方向に向くのは、回折現象に基づくと考えた方が良い場合と、散乱現象に基づくと考えた方が良い場合との両方が有り得るので、並列して用いている。

以上、本発明の回折構造表示体の原理と実施例を説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明によると、表示体を正立状態からその法線を中心に９０°、１８０°回転させると、３つの回折構造のパターンが各々白黒が反転して見え、全体として見た場合に各回転位置で異なったパターンに切り換わって見え、意匠性、装飾性、視覚効果の高いものとなる。また、その回折構造の少なくとも１つをホログラムで構成することで、レーザー光を照射することで真贋判定情報を再生することができ、意匠性、装飾性、視覚効果を備えながら、高い偽造防止効果を達成することができる。

ｆ…焦点距離
Ｌ…正レンズ
Ｆ…前側焦点
Ｈ…ホログラム面
Ｐ…点光源
Ｓ…等位相面
Ｂ…等位相線（干渉縞、凸部又は凹部）
Ｏ…原画像面の中心
１０…カード
１１、２１、３１…原画像面
１２、２２、３２…原画像
１３、２３、３３…フーリエ変換像
１４、２４…ホログラム（ＣＧＨ）、ブレーズド回折格子
２０ａ…文字領域
２０ｂ…文字領域を囲む領域
３４…ホログラム（ＣＧＨ）、ブレーズド化されていない回折格子
４１、４２…文字の内側領域
４３…文字の外側領域
５１…レーザー光源
５２…レーザー光
５３…面
５３ａ…右の区域
５３ｂ…左の区域
５３ｃ…奥側の区域
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ…回折光

Claims (6)

1. 表示体の表示面の中心を通り表示面に沿った相互に直交する２つの座標軸を定義し、表示面に垂直に入射する光を第１の座標軸の正方向に成分を有して回折、散乱する第１の回折構造からなる第１のパターン領域と、第１の座標軸の負方向に成分を有して回折、散乱する第２の回折構造からなる第２のパターン領域と、表示面に垂直に入射する光を第２の座標軸の正方向及び負方向の両側に成分を有して回折、散乱する第３の回折構造からなる第３のパターン領域とが並列されて配置されてなることを特徴とする回折構造表示体。
2. 前記第１の回折構造が、画像面上の中心を通る第１の座標軸の正方向の位置に第１の画像が配置されてなる原画像のフーリエ変換像の位相情報を位相データを３値化以上の多値化をして深さとして記録したホログラムからなり、前記第２の回折構造が、画像面上の中心を通る第１の座標軸の負方向の位置に第２の画像が配置されてなる原画像のフーリエ変換像の位相情報を位相データを３値化以上の多値化をして深さとして記録したホログラムからなることを特徴とする請求項１記載の回折構造表示体。
3. 前記第１の回折構造が、表示面に垂直に入射する光を第１の座標軸の正方向に成分を有して回折、散乱するブレーズド回折格子からなり、前記第２の回折構造が、表示面に垂直に入射する光を第１の座標軸の負方向に成分を有して回折、散乱するブレーズド回折格子からなることを特徴とする請求項１記載の回折構造表示体。
4. 前記第３の回折構造が、画像面上の中心を通る第２の座標軸の正方向又は負方向の位置に第３の画像が配置されてなる原画像のフーリエ変換像の位相情報を２値化をして深さとして記録したホログラムからなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の回折構造表示体。
5. 前記第３の回折構造が、表示面に垂直に入射する光を第２の座標軸の正方向及び負方向の両側へ散乱する回折格子又は光散乱能異方性散乱体からなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の回折構造表示体。
6. 前記第１のパターン領域と前記第２のパターン領域と前記第３のパターン領域とが並列し
   てなる表示体部分の周囲に密にあるいは離して別の回折格子からなる表示領域、別のレリーフホログラムからなる表示領域の少なくとも一方が配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の回折構造表示体。

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