JP6677165B2 - 偽造防止用の光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、偽造防止用の光学素子に関する。

偽造防止用の光学素子に関する技術としては、例えば、特許文献１から特許文献４に記載されたものがある。

特開２０１２−２３８０１９号公報 国際公開第２０１３／１８０２３１号 特開２００６−２７６１７０号公報 特開２００７−１６８３４１号公報

従来技術に係る偽造防止用の光学素子のうち、汎用性の高い光学素子には、紙幣分野などで求められる光学素子と、ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）分野などで求められる光学素子の両方を適用することが困難なものが多いといった課題がある。
本発明では、上記課題を解決するためになされたものであり、紙幣分野などで求められる光学素子（透明基材に付する光学素子）と、ＩＤ分野などで求められる光学素子（不透明基材上、または印字層や絵柄層上に付する光学素子）の両方に適用可能な、汎用性の高い光学素子の提供を目的とする。

課題を解決する手段として、本発明の一態様に係る光学素子は、表面にレリーフ構造を有する第二層の上に第一層が配置され、且つ少なくとも第一領域と第二領域を有すると共に前記第一層と前記第二層とが互いに屈折率が異なり、前記第一層側から予め設定した特定角度で入射する電磁波が、前記第一領域におけるレリーフ構造及び前記第一層の屈折率に対する前記第二層の屈折率の比の少なくとも一方に起因して全反射するように構成し、前記第一層側から前記特定角度で入射する電磁波は、前記第二領域におけるレリーフ構造及び前記第一層の屈折率に対する前記第二層の屈折率の比の少なくとも一方に起因して全反射せずに透過若しくは屈折するように構成し、前記第一層側の前記特定角度から観察した場合でのみ、少なくとも前記第一領域と比べて前記第二領域の透明性が高く、前記第一領域と前記第二領域の透明性のコントラストによって予め設定した画像が表現されることを特徴とする。

本発明の一形態に係る光学素子によれば、透明基材に付して使用される場合、その表裏で明らかに異なる見え方をし、表面観察では裏面観察による効果が判らない光学素子となる。
また、不透明基材（印字層、絵柄層）に付して使用される場合、観察角度によって反射と透過のパターンが異なる光学素子となる。このため、金属や高屈折膜による反射層が不要であり、任意の入射角度では透過し、異なる任意の角度で反射する、透明な光学素子としての偽造防止用の光学素子として好適となる。
このように、本発明の一形態に係る光学素子によれば、紙幣分野などで求められる光学素子と、ＩＤ分野などで求められる光学素子の両方に適用可能な、汎用性の高い光学素子の提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。 図１の光学素子の第一領域に対して入射した光の光路説明図である。 図１の光学素子の第二領域に対して入射した光の光路説明図である。 臨界角を説明する断面図である。 第一層への入射光に対する光路想定の例を説明する断面図である。 視差画像を作成する場合の光路想定を説明する断面図である。 本発明の第２実施形態に係る光学素子の構造を示し、（ａ）は正面図を、（ｂ）は断面図を示す。 図７の各領域における臨界角を示す模式図である。 図７の光学素子による視覚効果を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る光学素子の構造を示し、（ａ）は正面図を、（ｂ）は断面図を示す。 図１０の光学素子による視覚効果を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る光学素子を説明する図である。 図１２の光学素子によるフラッシュ効果を示す模式図である。 本発明の第５実施形態に係る光学素子の構造を示し、（ａ）は正面図を、（ｂ）は断面図を示す。 図１４の各領域における臨界角を示す模式図である。 図１４の光学素子によるムービング効果を示す模式図である。 本発明の第６実施形態に係る光学素子の構造を示し、（ａ）は正面図を、（ｂ）は断面図を示す。 図１７の各領域における視覚効果を示す模式図である。 図１７の光学素子によるムービング効果を示す模式図である。 本発明の第７実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。 本発明の第８実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。 本発明の第９実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。 本発明の第１０実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。 本発明の第１１実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。 本発明の第１２実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。 本発明の第１３実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。 本発明の第１４実施形態に係る光学素子の構造を説明する断面図である。

以下、本発明に係る各実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、係る特定の細部がなくても１つ以上の実施形態が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。また、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

「第１実施形態」
まず、第１実施形態に係る光学素子１について説明する。
本実施形態に係る光学素子１は、図１に示すように、傾斜平面を含むレリーフ構造が表面に形成された第一層２と、該レリーフ構造を埋めるように配置された第二層３により構成される。第一層２と第二層３とは屈折率が異なる材料から構成される。また、光学素子１は、レリーフ構造が有する斜面の傾斜角が異なる第一領域４と第二領域５を有する。なお、上記傾斜平面は、後述する図２の「傾斜平面６」及び図３の「傾斜平面８」に相当するものである。

各領域における傾斜平面（以下、単に「斜面」とも表記する）の傾斜角度は一定となっている。なお、第一層２と第二層３の層間には金属反射層や高屈折蒸着膜は存在しない。
第一層２の屈折率は第二層３の屈折率と比べて高く、第一層２側から入射した光は、傾斜平面の垂線に対して臨界角以上の角度で入射した場合は全反射を生じ、傾斜平面の垂線に対して臨界角未満の角度で入射した場合は界面を透過して第二層３へ進入する。

図２は、光学素子１の第一領域４に対して入射した光の光路説明図である。
ここでは、図１における第一領域４に対し第一層２側から入射した光の光路について説明する。
入射角度範囲７は第一層２と第二層３の屈折率から計算される臨界角未満の入射角度範囲を示している。この入射角度範囲７で入射した光である、「入射光１ａ」は、第一層２と第二層３との界面を通過し、それら屈折率差により屈折して「透過光１ｂ」となる。一方、入射角度範囲７以外の角度で入射した光である、「入射光２ａ」は、第一層２と第二層３の屈折率から計算される臨界角以上の角度での入射光であるために、第一層２と第二層３との界面で全反射して「反射光２ｂ」となる。

なお、全反射は高屈折率から低屈折率の媒質に電磁波が進行する際にのみ生じる現象である。このため、第二層３側から入射する光では全反射の現象は生じない。したがって、第二層３に対する第一層２の屈折率の比が１．３３であったとしても、どの角度領域からの入射光もおよそ透過することになる。
例えば、第一層２を観察者側にして光学素子１を印刷物の上に置いた場合、特定の角度範囲では光学素子１が透明となり光学素子１の下にある印刷物が確認可能であるが、特定の角度範囲以外の角度範囲（臨界角以上の角度範囲）では光学素子１が不透明であるために光学素子１の下にある印刷物が確認できない。

一方、第二層３を観察者側にして光学素子１を印刷物の上においた場合は、どの角度範囲でも光学素子１が透明であるため光学素子１の下にある印刷物はどの角度でも確認可能となる。
上記のとおり、本実施形態では臨界角による全反射の特性を利用している。この特性によって特定の角度方向からの観察では、観察角度によって光学素子１の透明性を変化させることが可能であり、また同特性によって表裏で異なる光学効果を得ることが可能となる。
なお、図２には、傾斜平面６に対して垂直な垂線Ｐ１が示されている。

図３には、光学素子１の第二領域５に対し第一層２側から入射した光の光路が図示されている。
入射角度範囲９は、第一層２と第二層３の屈折率から計算される臨界角未満の入射角度範囲を示している。ここで、第一領域４、第二領域５の材質は共通であることから、図２における入射角度範囲７と図３における入射角度範囲９は同じ角度である。しかし、傾斜した平面の傾斜角度が第一領域４と第二領域５とで異なることから、光学素子１の傾斜した平面に対して第一層２側から入射する光の入射角度によって、下記の３つの現象を生じる。

１）特定の入射角において、第一領域４では光を透過するが、第二領域５では全反射する現象
２）特定の入射角において、第一領域４と第二領域５の両方で全反射する現象
３）特定の入射角において、第一領域４と第二領域５の両方で透過する現象
本実施形態では、これら現象を生じる特定の入射角度を各領域の設計で調節する。
例えば「平面の傾斜角度」、「第一層２の屈折率」、「第二層３の屈折率」を変化させることによって、これら現象を生じる入射角度を調節することが可能であり、様々な絵柄や光学効果を作ることが可能となる。
なお、図３には、傾斜平面８に対して垂直な垂線Ｐ２が示されている。

図４は、臨界角を説明する断面図である。
媒質ｉと媒質ｔは水平界面を有しており、媒質ｉの屈折率はｎ_ｉ、媒質ｔの屈折率はｎ_ｔである。臨界角θ_ｃはスネルの法則と屈折率の定義から、下記の式３で求められる。
ｓｉｎθ_ｃ＝ｎ_ｔ／ｎ_ｉ ・・・（式３）
臨界角θ_ｃで入射する入射光５ａは、屈折角θ_ｔ＝９０°の方向（媒質ｉと媒質ｔの界面方向）に向かう屈折光５ｂとなる。臨界角θ_ｃよりも大きい角度で入射した光である入射光６ａは全反射して反射光６ｂとなる。
なお、図示しないが、臨界角θ_ｃよりも小さい角度で入射した光は、スネルの法則に従った屈折角で屈折して二つの媒質界面を透過する。

なお、実際には反射波の強度は入射角によって徐々に変化する。入射する入射角が増大して臨界角θ_ｃに近づくと、媒質ｔに透過する屈折波の成分は水面に近づくと同時に徐々に弱くなっていく。そして、反射波の強度は次第に強くなっていき、入射角が臨界角θ_ｃを越えたときには全てが全反射となる。
なお、実際には全反射した光は、さらにレリーフや層の表面によって反射、透過、屈折を繰り返して徐々にその光が弱くなる。本実施形態では単純に全反射と記載するが、その意味はレリーフ界面ＩＦ_Ｒでの全反射、及び又は、その後の反射、透過、屈折、散乱によって光が弱くなることを意味する。ここで、多重の反射、透過、屈折は複数方向への光の散乱と捉えることができ、これを目的にレリーフの構造を設計しても良い。

式３から明白だが、臨界角θ_ｃ以上の入射角で生じる全反射は、ｎ_ｔ＜ｎ_ｉが必要条件となる。つまり、屈折率の異なる二つの媒質による界面では、屈折率の高い側から入射する光は臨界角θ_ｃ以上での入射で全反射する。屈折率の低い側から入射する光は臨界角θ_ｃによる全反射が無い。
本実施形態では、この現象を応用して、特定角度以上で透過領域と不透過領域によるパターンを得ることや、表裏で異なる光学現象を得ることを可能とした。

なお、より具体的には図５のような光路を想定する。観察点ＯＰ１から観察した場合、入射角θ_ａで光学素子１に入射する「入射光ａ」は、空気と第一層２との界面において屈折角θ_ｂで屈折し、「屈折光ｂ」となる。その後、斜面に対して入射角θ_ｆで入射する。入射角θ_ｆが臨界角未満であれば「屈折光７ｂ」となり透過し、入射角θ_ｆが臨界角であれば「屈折光８ｂ」となる。また、入射角θ_ｆが臨界角よりも大きい値であれば「全反射光９ｂ」となる。なお、前述のとおり臨界角は界面を挟む２つの層の屈折率比によって決定する。本実施形態では、任意の観察点ＯＰ１において入射角θ_ｆが全反射する第一領域４と、屈折し透過する第二領域５との、２つの領域を設けることによって、パターニングすることが可能であり、更には、観察点ＯＰ１が徐々に変化（入射角θ_ａが徐々に変化）することでパターンを徐々に変化させることも可能である。

また、上記２つの領域、即ち第一領域４と第二領域５の斜面への入射角と、第一層２と第二層３の屈折率及び第一層２と第二層３の屈折率比から得られる臨界角を用いて、第一領域４、第二領域５の必要条件が表せる。
具体的には、傾斜角θ_１の斜面において全反射する第一領域４の入射角θ_ｆ１と、傾斜角θ_２の斜面において屈折し透過する第二領域５の入射角θ_ｆ２は、下記の式４で表される。

θ_ｆ１≧ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_２／Ｎ_１）＞θ_ｆ２ ・・・（式４）
ここで、
第一層２の屈折率：Ｎ_１
第二層３の屈折率：Ｎ_２
である。

なお、第一領域４と第二領域５で、第一層２と第二層３の屈折率が異なる場合は、下記の式５−１及び式５−２で表される。
θ_ｆ１≧ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_２／Ｎ_１） ・・・（式５−１）
ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_４／Ｎ_３）＞θ_ｆ２ ・・・（式５−２）
ここで、
第一領域４における、第一層２の屈折率：Ｎ_１、第二層３の屈折率：Ｎ_２
第二領域５における、第一層２の屈折率：Ｎ_３、第二層３の屈折率：Ｎ_４
である。

図６は、例えば立体像を生じる視差画像を作成する場合の光路想定である。
観察点Ｌ（例えば左目）から観察した場合、入射角θ_４で入射する「入射光Ｌａ」は、空気と第一層２との界面において屈折角θ_５で屈折し、「屈折光Ｌｂ」となる。その後、斜面に対して入射角θ_６で入射する。入射角θ_６が臨界角未満であれば透過し、入射角θ_６が臨界角より大きければ全反射する。

また、観察点Ｒ（例えば右目）から観察した場合、入射角θ_４で入射する「入射光Ｒａ」は、空気と第一層２との界面において屈折角θ_５で屈折し、「屈折光Ｒｂ」となる。その後、斜面に対して入射角θ_７で入射する。入射角θ_７が臨界角未満であれば透過し、入射角θ_７が臨界角より大きければ全反射する。なお、θ_８は輻輳角である。
少なくとも、入射角θ_６、入射角θ_７のどちらか一方が全反射し、他方が透過する領域をつくることで、視差画像を得ることが可能である。

このような視差を生じる領域の必要条件は、光学素子平面に対するレリーフ構造斜面の傾斜角θ、輻輳角θ_８で入射した光の屈折角θ_５、第一層２の屈折率Ｎ_１、第二層３の屈折率Ｎ_２で表せる。
具体的には、第一層２に対して輻輳角θ_８で入射した光の屈折角θ_５の値と、光学素子平面に対するレリーフ構造斜面の傾斜角θの値との大小によって３つに場合分けされ、下記の式６〜式８で表される。

θ＞θ_５において、
θ＋θ_５≧ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_２／Ｎ_１）＞θ−θ_５ ・・・（式６）

θ＝θ_５において、
２×θ_５≧ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_２／Ｎ_１） ・・・（式７）

θ＜θ_５において、
θ＋θ_５≧ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_２／Ｎ_１）＞θ_５−θ ・・・（式８）
ここで、
第一層２の屈折率：Ｎ_１
第二層３の屈折率：Ｎ_２
光学素子平面に対するレリーフ構造斜面の傾斜角：θ
輻輳角で入射した光の屈折角：θ_５
である。

また、屈折角θ_５は、下記の式９−１又は式９−２で表される。
θ_５＝ａｒｃｓｉｎ〔ｓｉｎ（θ_８／２）／Ｎ_１〕 ・・・（式９−１）
＝ａｒｃｓｉｎ〔ｓｉｎ（θ_４）／Ｎ_１〕 ・・・（式９−２）
ここで、
輻輳角：θ_８
第一層２の屈折率：Ｎ_１
である。

上記の式６〜式８を全て満たすことで左右視差を生じる領域が得られ、これを利用することによって、視差画像による立体表現が可能である。
得られる立体像は、透過領域又は全反射領域によって構成される。特に、透過領域で立体像を作成した場合には、透明で立体的な像を作成することが可能である。また、下地に着色層を設けることによって、立体像を着色することか可能であり意匠性が良く、既存の体積ホログラム、計算ホログラム等と比べ優位である。

また、下地に機械検知可能なセキュリティーインク、例えば蛍光や蓄光、コレステリック液晶や磁性インクなどを設けることで、機械検知可能な立体像を作成することも可能であり、このような応用によって更に偽造防止効果が向上する。
更には、透過領域で立体像を作成し、立体像（光学素子）を挟んでモアレを生じる２層を設けると、透過性の立体像でのみモアレが生じ、あたかも立体像に対してモアレの柄を立体的に貼り付けたような効果が得られる。モアレを生じる２層は光学素子をスペーサーとして干渉するため、観察角度によって異なる柄が生じ、このような効果により更に立体感が増す。

「第２実施形態」
次に、第２実施形態に係る光学素子１０について説明する。
光学素子１０は、図７に示すように、図１の光学素子１よりも複雑に領域分割した構成の場合の例である。光学素子１０は、傾斜平面の傾斜角が一つの軸に対し変化している構成をとっている。

図８は、図７の各領域における臨界角を示す模式図である。
界面ＩＦ１から界面ＩＦ５における臨界角を、略図１から略図５に図示する。角度範囲ＡＲ３は臨界角未満の角度領域を示し、この角度で入射した光は、角度範囲ＡＲ４の範囲に屈折して第二層３側へ透過する。光学素子１０に対して垂直で入射した光は、界面ＩＦ１と界面ＩＦ５では全反射し、界面ＩＦ２、ＩＦ３、ＩＦ４では透過する。しかし、入射光の入射角度が変化すると、光が透過する界面が変化してゆく。

図９は、図７の光学素子による視覚効果を示す模式図である。
第一層２側から観察点を固定して観察した場合、光学素子１０を図９（ａ）から順に図９（ｃ）まで傾けて観察すると、図９（ｄ）から図９（ｆ）のように透明な棒が図面上下方向に動く効果が観察できる。
ここで、図９（ｄ）から図９（ｆ）に図示されているのは、透過パターン１６と全反射パターン１７である。

実際の光学素子１０は多くの傾斜角の領域があるために、光学素子１０を傾けるにつれて滑らかに動く効果が得られる。
また、前述した、臨界角付近に近くなるほど反射率が徐々に高くなる現象から、透過パターン１６は端部ほど反射率が高くなり、図９（ｄ）から図９（ｆ）の様にややグラデーションがかかったパターンとなる。この透過率のグラデーションによって、透過パターン１６で描かれた「透明な棒」は立体感がある様に観察される。

「第３実施形態」
次に、第３実施形態に係る光学素子２０について説明する。
光学素子２０は、図１０に示すように、図１の光学素子１や図７の光学素子１０によりも、複雑に領域分割した構成である。即ち、光学素子２０は、傾斜平面の傾斜角が同心円状に変化している構成をとっている。
なお、図１０（ａ）ではフレネルレンズ様に描かれているが、本実施形態は臨界角の利用であるために焦点を有するレンズ形状等の構造は必須としない。

図１１は、図１０の光学素子２０による視覚効果を示す模式図である。
図１１（ａ）は光学素子２０に対する観察角度を示しており、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に対応する観察像である。この像も光学素子１０と同様に透過領域にある透過パターン１６と全反射領域にある全反射パターン１７によって構成されている。
前述した、臨界角付近に近くなるほど反射率が徐々に高くなる現象から、図１１に示すように、透過パターン１６は端部ほど反射率が高くなり、円状に形成される透過パターン１６の端部は、ややグラデーションがかかったパターンとなる。この透過率のグラデーションによって、透明な円は立体感のある球体の様に観察される。加えて、この球体は観察角度によって動いて見える。

ここで、光学素子２０に対して垂直な観察角度「ｅ」に対して、観察角度「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」では透過領域による球体の位置が変化する。この様に観察角度を変化させることによって、あたかも立体感のある球が動いているかのように見え、これが更なる立体効果を生む。

「第４実施形態」
次に、第４実施形態に係る光学素子２１について説明する。
第４実施形態に係る光学素子２１は、図１２に示すように、４５°に傾斜した斜面を有する鋸刃状のレリーフ構造を挟んで、屈折率が１．４０である第一層２２と、屈折率が１．４９である第二層２３と屈折率が１．７である第二層２４を有している。第一層２２と第二層２３が接する界面ＩＦ６と、第一層２２と第二層２４が接する界面ＩＦ７における臨界角は、式３より計算可能である。

第４実施形態では、界面ＩＦ６の臨界角は７０°であり略図６のとおりである。また。界面ＩＦ７の臨界角は５５°であり略図７のとおりである。このように、同じレリーフ構造であっても第一層２２の屈折率と第二層２３、２４の屈折率との比率の変化によって、臨界角を変化させる。
図１３は、図１２の光学素子２１によるフラッシュ効果を示す模式図である。
第４実施形態に係る光学素子２１は、図１３（ｉ）のように透過パターン２５と全反射パターン２６とで柄が形成されている。図１２の略図６、略図７を比較してわかるとおり、界面ＩＦ６では透過し、界面ＩＦ７では全反射する入射角度が１５°のみ存在する。これ以外の入射角では、全面が透過するか、全面が全反射する。

図１３（ａ）から図１３（ｅ）まで光学素子２１を傾斜させながら観察すると、対応して図１３（ｆ）から図１３（ｊ）のようなパターンが観察される。つまり、図１３（ｄ）のときだけ（わずか１５°の入射角領域だけ）で太陽のマークが出現することとなる。すなわち、第４実施形態に係る光学素子２１では、このようにわずかな観察角度でのみ確認可能な隠しパターンをフラッシュの様に出現させることが可能となる。このような特殊な光学効果は偽造防止効果が高いといえる。

「第５実施形態」
次に、第５実施形態に係る光学素子３０について説明する。
光学素子３０は、正面図である図１４（ａ）のとおり、同心円状に配置された、第一層３３、３４、３５で構成されている。
また、光学素子３０は、断面図である図１４（ｂ）のとおり、４５°の鋸刃状のレリーフ構造で形成された、屈折率１．６９の第一層３３、屈折率１．５の第一層３４、屈折率１．４の第一層３５で形成されている。なお、説明を容易にするため、光学素子３０における第二層は、屈折率１．０の媒質である空気として図示を省略している。

そして、第一層３３、３４、３５に対応する光学素子３０の位置が個別の領域を構成する。
図１５は、図１４における第一層３３、３４、３５に対応する各領域における臨界角を示す模式図である。
ここで、式３による計算から、第一層３３と空気の界面である界面ＩＦ９の臨界角は３６．３°であり略図９のとおりである。第一層３４と空気の界面である界面ＩＦ１０の臨界角は４１．８°であり略図１０のとおりである。第一層３５と空気の界面である界面ＩＦ１１の臨界角は４５．６°であり略図１１のとおりである。

略図９から略図１１を比較すると、光学素子３０に対して垂直に入射した光は透過し、入射角が大きくなるにつれて、界面ＩＦ１０、界面ＩＦ９がこの順で透過する。
図１６は、図１４の光学素子３０によるムービング効果を示す模式図である。
透過パターン１６と全反射パターン１７によって柄が構成され、図１６（ａ）から図１６（ｃ）にかけて観察角度を変化させることによって、図１６（ｄ）から図１６（ｆ）に対応する透過パターン１６が観察角度の変化に応じて観察される。すなわち、透過パターン１６は徐々に大きくなり、動画のようなムービング効果を生じる。

「第６実施形態」
次に、第６実施形態に係る光学素子３１について説明する。
第６実施形態に係る光学素子３１は、図１７のように、図１４の光学素子３０のレリーフ構造に対し、中央部において反転しており、中心から鋸刃が対称の形状で形成されている。

図１８は、図１７の各領域における視覚効果を示す模式図である。
構造が中心を境に反転しているために、図１８に示すように、斜めからの観察では透過領域が半分しか見えないことになる。光学素子３１に対して垂直方向から観察すると透過パターン１６と全反射パターン１７による円が観察されるが、斜めから観察することによって、透過パターン１６の円が大きくなり、同時にパターンの中心を境に半分が全反射パターン１７となる。

図１９は、図１７の光学素子３１によるムービング効果を示す模式図である。
光学素子３１は、図１９（ｉ）のように透過パターン１６と全反射パターン１７とで柄が形成されている。図１９（ａ）から図１９（ｅ）まで光学素子３１を傾斜させながら観察すると、対応して図１９（ｆ）から図１９（ｊ）のようなパターンの変化が観察される。

「第７実施形態」
次に、第７実施形態に係る光学素子４０について説明する。
第７実施形態に係る光学素子４０は、図２０に示すように、図１に示す光学素子１の第二層３側に、印字層または着色層からなる背景層４１を設けたものである。
第一層２と第二層３による、入射角度による全反射又は透過は、傾斜角の異なる平面を有する第一領域４と第二領域５とで異なるために、ある特定角度では第一領域４でのみ背景層４１が視認可能となる。ここでの背景層４１とは、後述の印字層、着色層、構造色層５１（６１）である。印字層は紙やプラスチック等の基材に印刷して良く、また印刷方法はインクジェット法、転写法、レーザーエングレーブ法などの公知の方法で印刷してよい。

「第８実施形態」
次に、第８実施形態に係る光学素子５０について説明する。
光学素子５０は、図２１に示すように、第一層２の側に構造色層５１を備え、第二層３側に電磁波吸収層５２を備えている。
第一層２と第二層３による、入射角度による全反射又は透過は、傾斜角の異なる平面を有する第一領域４と第二領域５とで異なるために、ある特定角度では第一領域４でのみ光が透過する。この場合に、構造色層５１を透過した特定の波長領域の光が電磁波吸収層５２によって吸収される。ここでの構造色層５１は、例えば多層干渉膜や干渉パールインクの塗膜、コレステリック液晶等のほか、サブ波長深さの矩形構造による干渉構造でも良い。

これらの構造は回折、干渉、散乱などによって特定波長領域の可視光を散乱して構造色を生じる。構造色は観察角度（入射角と観察角の組み合わせ）によって色調が変化するものや、広い観察角度で特定色を生じるものがある。それ以外の波長領域のほとんどを透過させるため、透過した光を吸収することによって、構造色の光と透過光とが混合して構造色の色が白くなることを防止できる。つまり、構造色層５１による鮮やかな色変化や固定色を得るためには吸収層が必要となる。吸収層は顔料や染料などの色材を使ってよく、典型的には黒色顔料であるカーボンである。しかし色材以外でも電磁波を吸収する特性があれば使用してよい。例えば反射防止構造などで利用されるモスアイ構造は、そのレリーフ構造に反射層を付与することによって電磁波吸収の効果を生じることが知られており、これらの構造を電磁波吸収層５２として利用してもよい。

「第９実施形態」
次に、第９実施形態に係る光学素子６０について説明する。
光学素子６０は、図２２に示すように、第二層３側に構造色層６１と電磁波吸収層６２を備えている。
第一層２と第二層３による、入射角度による全反射又は透過は、傾斜角の異なる平面を有する第一領域４と第二領域５とで異なるために、ある特定角度では第一領域４でのみ構造色層６１と電磁波吸収層６２の積層による、鮮やかな色変化や固定色が視認可能となる。

「第１０実施形態」
次に、第１０実施形態に係る光学素子７０について説明する。
光学素子７０は、図２３に示すように、第一層２と第二層３により構成される、光学素子７１と光学素子７２を積層した構成となっている。
光学素子７１による入射角による透過光は光学素子７２によって、さらに入射角に依存する全反射と透過の領域を作成する。このような積層構造はより複雑で精細な光学効果を作成するために利用してよい。なお、光学素子７１と光学素子７２の積層される部分は一部であってよい。
また、図２０から図２２のように、印字層や着色層、構造色層５１（６１）、電磁波吸収層５２（６２）を設けて光学素子７０を修飾して良い。

「第１１実施形態」
次に、第１１実施形態に係る光学素子８０について説明する。
光学素子８０は、図２４に示すように、第一層２と第二層３により構成される、光学素子８１と光学素子８２を積層した構成となっている。
光学素子８１と光学素子８２はともに周期性構造を有するレリーフ構造になっており、その周期が異なるためにモアレを生じる。モアレを生じるためには周期の差が３％〜２０％程度あればよい。

光学素子８１及び光学素子８２の両方が透過した領域でのみモアレを生じることになるため、モアレの任意パターンが動く効果を得ることが可能であり、このような効果も立体感を更に付与することが可能である。
なお、積層される部分は一部であってよい。また、図２０から図２２のように、印字層や着色層、構造色層５１（６１）、電磁波吸収層５２（６２）を設けて光学素子８０を修飾して良い。

「第１２実施形態」
次に、第１２実施形態に係る光学素子９０について説明する。
光学素子９０は、図２５に示すように、第一層２と第二層３により構成される光学素子９１と、印刷基材９４に形成された周期性印刷パターン９３を備えた光学素子９２とを積層した構成となっている。光学素子９１と光学素子９２はともに周期性構造を有する構造であり、その周期が異なるためにモアレを生じる。モアレを生じるためには周期の差が５％〜１５％程度あればよい。

光学素子９１の透過した領域でのみモアレを生じることになるため、モアレの任意パターンが動く効果を得ることが可能であり、このような効果も立体感を更に付与することが可能である。光学素子９２が備える周期性構造は印刷によるパターンのほか、金属をエッチングしたパターンや、回折や干渉、吸収の効果を有する構造色をパターニングしてもよい。
図２５においては、光学素子９２は、周期性印刷パターン９３と、印刷基材９４で構成されている。
なお、積層される部分は一部であってよい。また、図２０から図２２のように、印字層や着色層、構造色層５１（６１）、電磁波吸収層５２（６２）を設けて光学素子９０を修飾して良い。

「第１３実施形態」
次に、第１３実施形態に係る光学素子１００について説明する。
光学素子１００は、図２６に示すように、第三領域１０４と第四領域１０５とが上下で反転している。
この場合、いずれの領域も第一層２側からの観察によって、入射角に依存した全反射と透過によるパターンを確認することができ、且つ第二層３側からの観察によっては全反射が観察されない。

つまり、表面から見たときは、どちらか片方の領域で入射角に依存した全反射と透過によるパターンを確認することができ、裏面から見た場合には先程と異なる領域で入射角に依存した全反射と透過によるパターンを確認することができる。
なお、光学素子１００は前述の印字層や着色層、構造色層５１（６１）、電磁波吸収層５２（６２）を設けるほか、前述した光学素子と積層することや、モアレを生じる層を積層して光学素子９０を修飾して良い。

「第１４実施形態」
次に、第１４実施形態に係る光学素子１１０について説明する。
光学素子１１０は、図２７に示すように、第五領域１１４と第七領域１１６は上下で反転している。また、第六領域１１５は、同一屈折率の第一層２によってレリーフ構造が解消されている。更に、第八領域１１７は、同一屈折率の第二層３によってレリーフ構造が解消されている。

この場合、表面から見たときは、どちらか片方の領域で入射角に依存した全反射と透過によるパターンを確認することができ、裏面から見た場合には先程と異なる領域で入射角に依存した全反射と透過によるパターンを確認することができるほか、レリーフ構造が解消された第六領域１１５、第八領域１１７では、全反射や屈折の無い透過領域を設けることができる。

なお、光学素子１１０は前述の印字層や着色層、構造色層５１（６１）、電磁波吸収層５２（６２）を設けるほか、前述した光学素子と積層することや、モアレを生じる層を積層して光学素子９０を修飾して良い。
以下に、上述各光学素子について採用可能な、レリーフ構造の製法、各層の材質について詳細に説明する。

（レリーフ構造の製法詳細）
レリーフ構造を連続的に大量複製するにあたり、代表的な手法としては、「熱エンボス法」、「キャスト法」、「フォトポリマー法」等が挙げられる。
中でも「フォトポリマー法」（２Ｐ法、感光性樹脂法）は、放射線硬化性樹脂をレリーフ型（微細凹凸パターンの複製用型）と平担な基材（プラスチックフィルム等）との間に流し込み放射線で硬化させた後、この硬化膜を基板ごと、複製用型から剥離する方法により高精細な微細凹凸パターンを得ることができる。また、この様な方法によって得られた光学素子は、熱可塑性樹脂を使用する「プレス法」や「キャスト法」に比べ凹凸パターンの成形精度が良く、耐熱性や耐薬品性に優れる。また、更に新しい製造方法としては、常温で固体状若しくは高粘度状の光硬化性樹脂を使用して成形する方法や、離型材料を添加する方法もある。

本実施形態では、第二層３（２３、２４）の材料でレリーフ構造を作成した後に、レリーフを埋めるように第一層２（２２）の材料を塗布するか、又は第一層２（２２）の材料でレリーフ構造を作成した後に、レリーフを埋めるように第二層３（２３、２４）の材料を塗布することで作成して良い。なお、この方法以外でもレリーフ界面ＩＦ_Ｒを介して屈折率の異なる２層を積層できれば製法は問わない。
また、本実施形態に係る光学素子を作成するために、第一層２（２２）又は第二層３（２３、２４）をフィルムや紙の支持体上に塗布して一時的に設けた後に、レリーフを成型しても良い。
更には、第一層２（２２）又は第二層３（２３、２４）を構成する樹脂材料を押し出しエンボス機を用い、レリーフ構造を有する金型の上に溶融樹脂を押し出した後に、フィルム状に成型し、レリーフ構造を有する第一層２（２２）又は第二層３（２３、２４）をフィルムとして作成してもよい。

＜第一層２（２２）及び第二層３（２３、２４）の材料＞
微細凹凸を形成する第一層２（２２）又は第二層３（２３、２４）に使用される材料の例としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、セルロース系樹脂、ビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等の熱可塑性樹脂や、反応性水酸基を有するアクリルポリオールやポリエステルポリオール等にポリイソシアネートを架橋剤として添加、架橋したウレタン樹脂や、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂を単独もしくはこれらを複合して使用できる。また、上記以外のものであっても、上記凹凸を形成可能であれば適宜使用してよい。

第一層２（２２）又は第二層３（２３、２４）の表面へのレリーフ構造付与については、フォトポリマー法を利用してよく、この場合の材料としては、エチレン性不飽和結合又はエチレン性不飽和基をもつモノマー、オリゴマー、ポリマー等を使用することができる。モノマーとしては、例えば、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。オリゴマーとしては、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート等が挙げられる。ポリマーとしては、ウレタン変性アクリル樹脂、エポキシ変性アクリル樹脂が挙げられるがこの限りでない。

また、光カチオン重合を利用する場合には、エポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー、オキセタン骨格含有化合物、ビニルエーテル類を使用することができる。また、上記の電離放射線硬化性樹脂は、紫外線等の光によって硬化させる場合には、光重合開始剤を添加することができる。樹脂に応じて、光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤、その併用型（ハイブリッド型）を選定することができる。

さらには、エチレン性不飽和結合又はエチレン性不飽和基をもつモノマー、オリゴマー、ポリマー等を混合して使用することも可能である。また、それらに予め反応基を設けておき、イソシアネート化合物、シランカップリング剤、有機チタネート架橋材、有機ジルコニウム架橋剤、有機アルミネート等で互いに架橋することも可能である。また、それらに予め反応基を設けておき、イソシアネート化合物、シランカップリング剤、有機チタネート架橋材、有機ジルコニウム架橋剤、有機アルミネート等で、その他の樹脂骨格と架橋することも可能である。この様な方法であれば、エチレン性不飽和結合又はエチレン性不飽和基をもつポリマーであって、常温において固形で存在し、且つタックが少ない為に、成形性が良く原版汚れの少ないポリマーを得ることも可能である。

光ラジカル重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル等のベンゾイン系化合物、アントラキノン、メチルアントラキノン等のアントラキノン系化合物、アセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、ベンゾフェノン、ヒドロキシアセトフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、α−アミノアセトフェノン、２−メチル−１−（４−メチルチオフェニル）−２−モルホリノプロパン−１−オン等のフェニルケトン系化合物、ベンジルジメチルケタール、チオキサントン、アシルホスフィンオキサイド、ミヒラーズケトン等を挙げることができる。

光カチオン重合可能な化合物を使用する場合の光カチオン重合開始剤としては、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、芳香族ホスホニウム塩、混合配位子金属塩等を使用することができる。光ラジカル重合と光カチオン重合を併用する、いわゆるハイブリッド型材料の場合、それぞれの重合開始剤を混合して使用することができ、また、一種の開始剤で双方の重合を開始させる機能をもつ芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩等を使用することができる。

放射線硬化性樹脂と光重合開始剤の配合は、材料によって適宜処方すればよいが、一般に０．１質量％以上１５質量％以下の範囲内で配合することにより得られる。樹脂組成物には、さらに、光重合開始剤と組み合わせて増感色素を併用してもよい。また、必要に応じて、染料、顔料、各種添加剤（重合禁止剤、レベリング剤、消泡剤、タレ止め剤、付着向上剤、塗面改質剤、可塑剤、含窒素化合物など）、架橋剤（例えば、エポキシ系樹脂など）、などを含んでいてもよく、また、成形性向上のために非反応性の樹脂（前述の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含む）を添加しても良い。

また、適用する製造方法において成型可能な、ある程度の流動性を有すること、及び、成形後の塗膜が、所望する耐熱性や耐薬品性が得られることを考慮して材料を選択すれば良い。
本実施形態では、第一層２（２２）及び第二層３（２３、２４）は屈折率が重要となる。これら各層は無機材料、有機材料、有機無機複合材料であっても良い。また有機材料であって屈折率を調節する際には無機微粒子、有機微粒子、有機無機複合微粒子、中空粒子を添加しても良い。この場合に、微粒子表面に官能基を設けて分散性や膜強度を改善することが可能である。また、微粒子の分散性を改善するための分散剤や界面活性剤を添加することや、膜強度を改善するために架橋剤を添加しても良い。

（レリーフの構造）
本実施形態に係るレリーフ構造は、第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）の界面に存在し、少なくとも一部が傾斜した平面を含む。この為、レリーフ構造断面は、少なくとも一部の界面が光学素子平面に対して任意の角度を有する。本実施形態に係る傾斜した平面とは、少なくとも一部の界面が光学素子平面に対して任意の角度を有しており、徐々に変化しても良い。例えば、曲面（断面が曲線）であるレリーフ構造は、本実施形態に係るレリーフ構造に該当する。なお、傾斜した平面上には凹凸があっても良い。傾斜した平面上に光散乱効果を有するランダムな凹凸構造を設けた場合には、反射及び透過光を拡散する効果を有するため、例えば、反射と透過の領域境界にグラデーションをかける効果を得ることも可能である。

本実施形態に係るレリーフ構造は、複数の領域が集光作用を有していても良い。このようなレリーフ構造を応用することによって、臨界角による全反射領域では光が散乱して集光効果が得られず、臨界角未満の光が透過する領域でのみ集光効果を得ることができる。このような特殊な現象は、本実施形態によってのみ達成可能である。
また、本実施形態の基礎概念は、第一層２（２２）側から臨界角以上で入射した光が第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）の界面で全反射し、臨界角未満で入射した光が第一層２（２２）から第二層３（２３、２４）側に透過することであるから、この概念に沿って、第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）の界面におけるレリーフ構造に追従した第三層（図示せず）を追加設置してよい。この場合、第三層の屈折率は、第一層２（２２）又は第二層３（２３、２４）に対して、±０．２以内、好ましくは±０．１以内の屈折率差で設けると良い。この範囲の屈折率差であれば、第一層２（２２）と第三層との界面、または第二層３（２３、２４）と第三層との界面での反射を低減できる。このような第三層は層間密着や耐性を向上する目的や、レリーフ構造の補正を行う目的で有効である。第三層はドライコーティングやウェットコーティングの公知の方式で塗布すれば良い。

（着色層）
本実施形態に係る着色層は、色材による着色層のほか、光の干渉構造であって良い。高屈折膜と低屈折膜を交互に重ね合わせた干渉膜の原理は、例えば、特願２００７−５０５５０９号公報に記載されているような多層干渉膜を利用してよい。また、コレステリック液晶を利用した干渉構造であってもよい。また、レリーフ構造によって光を干渉させることも可能であり、これら干渉構造体を利用しても良い。

（印字層）
本実施形態の基礎概念は、第一層２（２２）側から臨界角以上で入射した光が第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）の界面で全反射し、臨界角未満で入射した光が第一層２（２２）から第二層３（２３、２４）側に透過することである。印字層は、第二層３（２３、２４）側に接するように設けることによって、第一層２（２２）側から臨界角未満で観察することによってのみ、第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）越しに印字層を確認することが可能である。

印字層は、例えば、文字、画像、二次元コードなどの情報が描かれている層である。印字層は、例えば、紙、プラスチック、金属、ガラス等の基材に対して、顔料や染料を印刷したものでも良い。
また、レーザー等の照射によって基材を変質させて印刷して良く、例えば、ポリカーボネートのシートにはレーザーの照射により変質して黒色印字を生じるものが有り、これを使用してよい。更にはホログラムや回折格子等による印字であっても良い。これらの印字方式や材料は公知の方式や材料から適宜選択して使用すればよい。

（構造色層）
本実施形態に係る構造色層５１（６１）とは、構造によって光学効果を生じる層である。例えば、任意波長領域の可視光に対して、構造による吸収、散乱、干渉、回折、等の光学効果を生じる。
このような構造色層５１（６１）としては、多層干渉膜、レリーフ型干渉構造、レリーフ型回折格子、体積型回折格子、レンズ、レリーフ型散乱構造、体積型散乱構造、コレステリック液晶などの構造を含む層が例として挙げられる。

（モアレを生じる構造）
モアレは干渉縞ともいい、規則正しい繰り返し模様を複数重ね合わせた時に、それらの周期のずれにより視覚的に発生する縞模様のことである。
本実施形態において、モアレを生じる構造としては、周期性レリーフ構造又は周期性印刷層が例として挙げられる。周期性がわずかに異なる２つの層を一定の距離をおいて設置すると観察角度によって異なるモアレが生じる。観察角度を変化させた場合のモアレの連続的変化は動画様の効果を有する。例えば、図１に記載の光学素子の上下に、周期性レリーフ構造又は周期性印刷層を設け、これら上下に配置した構造の周期を僅かに変化させた場合には、光学素子が全反射を生じない観察角度でのみ、上下の層によるモアレを生じることになる。モアレを生じるためには周期の差が３％〜２０％程度あればよいがこの限りで無い。

（電磁波吸収層）
本実施形態に係る電磁波吸収層５２（６２）は、構造色層５１（６１）を透過した電磁波を吸収する効果を有する。例えば、多層干渉膜やコレステリック液晶等の干渉構造体の場合は、特定の波長を反射し、それ以外の波長領域を透過させる。この透過光が何れかの界面で反射してしまった場合、構造による反射光と透過光が混和し、加法混色により本来の反射光の色濃度が薄くなってしまう。本実施形態では、このような構造色の色濃度低下を防止するために、構造色層５１（６１）の下に電磁波吸収層５２（６２）を設ける。電磁波吸収層５２（６２）は、特定領域の電磁波を吸収する顔料、染料などの色材、例えばカーボンブラックの顔料や、モスアイ構造に類似の電磁波吸収構造であっても良い。

本実施形態に係る光学素子は、各層表面での反射や散乱を抑えるために反射防止構造を設けること、意匠向上のために各層を着色すること、印字層の代わりに公知の偽造防止用光学素子を組み合わせること又はレリーフに既存の偽造防止用光学素子を組み込むことによって、意匠性や偽造防止性を向上してよい。
なお、例えば、第一層３３、３４、３５のみから成る光学素子３０、３１の場合には、上述した第一層２（２２）の製造方法や材料を用いて、光学素子３０、３１を製造することができる。

［実施例］
以下に実施例を示す。
〈実施例１〉
本実施形態に係る光学素子の製造過程における「鋸刃状凹凸構造の第一層」を形成するための「第一層インキ組成物」としてハイパーテック（商標登録）ＵＲ−１０８Ｎを使用した。第一層インキ組成物を塗布した後に、鋸刃状の凹凸構造を形成する方法として、ロールフォトポリマー法を利用した。

厚み２３μｍの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムからなる支持体上に、「第一層インキ組成物」を膜厚１０μｍとなる様にグラビア印刷法によって塗工した。その後、塗工面に対して、鋸刃状凹凸構造を有する円筒状の原版を、プレス圧力を２Ｋｇｆ／ｃｍ^２、プレス温度を８０℃、プレススピードを１０ｍ／ｍｉｎにて押し当てて成形加工を実施した。

成形と同時に、ＰＥＴフィルム越しから、高圧水銀灯で３００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線露光を行い、原版の凹凸形状が「第一層」に形状転写されたと同時に硬化させた。成形後の第一層における「鋸刃状凹凸構造」は、深さ５μｍ、周期５μｍの第一領域と、深さ５μｍ、周期１０μｍの第二領域とを有する、垂直面と斜面から成る鋸刃状凹凸構造であった。なお、鋸刃状凹凸構造が成型された第一層の屈折率は１．７６であった。

次に、第一層の凹凸表面上に第二層を設置するため「第二層インキ組成物」として、ディフェンサ（商標登録）ＯＰ−３８Ｚを塗布し、窒素パージ環境下にて高圧水銀灯で３００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線露光を行い乾燥させた。ＯＰ−３８Ｚは硬化後屈折率１．３８である。このようにして実施例１に係る光学素子を得た。

〈実施例２〉
実施例１と同様の作成方法で「鋸刃状凹凸構造の第一層」を作成した。成形後の第一層における「鋸刃状凹凸構造」は、深さ５μｍ、周期５μｍである。
次に、第一層の凹凸表面上の第一領域に、第二層を設置するため「第二層インキ組成物」として、ディフェンサ（商標登録）ＯＰ−３８Ｚを塗布し、窒素パージ環境下にて高圧水銀灯で３００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線露光を行い乾燥させ、光学素子を得た。ＯＰ−３８Ｚは硬化後屈折率１．３８である。

次に、第一層の凹凸表面上の第二領域に、第二層を設置するため「第二層インキ組成物」として、ヒタロイド（商標登録）７６６３を塗布し、窒素パージ環境下にて高圧水銀灯で４００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線露光を行い乾燥させた。７６６３は硬化後屈折率１．５８である。このようにして実施例２に係る光学素子を得た。

〈比較例１〉
実施例１と同様の作成方法で「鋸刃状凹凸構造の第一層」を作成した後、高屈折透明反射層として硫化亜鉛を７００Å蒸着した。その後、硫化亜鉛が蒸着された凹凸構造上に、実施例１と同様の方法で第二層を設けて、比較例１に係る光学素子を得た。
〈比較例２〉
実施例１と同様の作成方法で「鋸刃状凹凸構造の第一層」を作成した後、金属反射層としてアルミニウムを４００Å蒸着した。その後、アルミニウムが蒸着された凹凸構造上に、実施例１と同様の方法で第二層を設けて、比較例２に係る光学素子を得た。

〈比較例３〉
「第二層インキ組成物」としてハイパーテック（商標登録）ＵＲ−１０８Ｎを使用する以外は実施例１と同様の方法で比較例３に係る光学素子を得た。

〈実施例及び比較例で作成した光学素子の評価方法〉
＜光学効果の評価＞
実施例１、２及び比較例１、２、３で作成した光学素子を表裏から観察した場合に、表裏で明確に異なる光学効果が確認できる場合を「ＯＫ」とし、表裏の光学効果がほぼ同一である場合は「ＮＧ」とした。

＜透明性の評価＞
インクジェットプリンターを使用し、上質印刷紙上に、サイズ１６のＭＳ明朝フォントで「ＴＰ」を黒字で全面印刷して、印字層を作成した後、実施例１、２及び比較例１、２、３で作成した光学素子の下に印字済みの上質紙を敷き、表示体越しの印字視認性について評価した。
特定角度領域からの観察にて印字が明確に読み取れ、且つそれ以外の特定角度領域からの観察にて印字が明確に読み取れない場合を「ＯＫ」とし、どの角度からも印字が鮮明に確認できなかった場合、どの角度からも印字が鮮明に確認できる場合は「ＮＧ」とした。
上記評価方法を用いて、各実施例及び比較例を評価し、結果を表１にまとめた。

表１の通り、実施例においては光学効果と透明性が両立しているが、比較例は光学効果、透明性共に不十分であった。
実施例１は、第一層側から光学素子平面に対して垂直に観察した場合では、第一、第二領域共に透明性が良かった。また、光学素子垂線に対して２０°の角度から観察した場合に第一領域では透明性が無く、第一領域と第二領域での濃度コントラストを生じた。また、第二層側からの観察ではいずれの領域のどの観察角でも透明性が高かった。

実施例２は、第一層側から光学素子平面に対して垂直に観察した場合では、第一、第二領域共に透明性が良く、１５°の角度から観察した場合に第一領域では透明性が無く、第一領域と第二領域での濃度コントラストを生じた。また、第二層側からの観察ではいずれの領域のどの観察角でも透明性が高かった。
比較例１では、レリーフに沿って設けられた透明高屈折膜によって、第一層側からの観察及び第二層側からの観察の両方で、レリーフの光学効果を観察することが可能であり、表裏で明確に異なる光学効果を得ることはできなかった。

比較例２では、レリーフに沿って設けられた透明高屈折膜によって、第一層側からの観察及び第二層側からの観察の両方で、レリーフの光学効果を観察することが可能であり、表裏で明確に異なる光学効果を得ることはできなかった。
比較例３では、第一層、第二層が同一屈折率の樹脂であるために、レリーフ界面ＩＦ_Ｒが無く、第一層側からの観察及び第二層側からの観察の両方で光学効果は得られなかった。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係る発明は、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態に係る光学素子は、表面にレリーフ構造を有する第二層３（２３、２４）の上に第一層２（２２）が配置され、且つ少なくとも第一領域４と第二領域５を有すると共に第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）とが互いに屈折率が異なり、第一層２（２２）側から予め設定した特定の角度で入射する電磁波が、第一領域４におけるレリーフ構造及び第一層２（２２）の屈折率に対する第二層３（２３、２４）の屈折率の比の少なくとも一方に起因して全反射するように構成し、第一層２（２２）側から特定の角度で入射する電磁波は、第二領域５におけるレリーフ構造及び第一層２（２２）の屈折率に対する第二層３（２３、２４）の屈折率の比の少なくとも一方に起因して全反射せずに透過若しくは屈折するように構成し、第一層２（２２）側の特定の角度から観察した場合でのみ、少なくとも第一領域４と比べて第二領域５の透明性が高く、第一領域４と第二領域５の透明性のコントラストによって予め設定した画像が表現される。

このような構成によれば、透明基材に付して使用される場合、その表裏で明らかに異なる見え方をし、表面観察では裏面観察による効果が判らない光学素子となる。
また、不透明基材（印字層、絵柄層）に付して使用される場合、観察角度によって反射と透過のパターンが異なる光学素子となる。このため、金属や高屈折膜による反射層が不要であり、任意の入射角度では透過し、異なる任意の角度で反射する、透明な光学素子としての偽造防止用の光学素子として好適となる。
このように、本発明の一形態に係る光学素子によれば、紙幣分野などで求められる光学素子と、ＩＤ分野などで求められる光学素子の両方に適用可能な、汎用性の高い光学素子の提供することができる。

（２）また、本実施形態では、第一層２（２２）よりも第二層３（２３、２４）の屈折率が低く、レリーフ構造は、光学素子平面に対し傾斜した傾斜平面６を有し、観察点ＯＰ１側に光源を置いて任意の観察点から観察した際に、第一領域４におけるレリーフ構造の傾斜平面６への入射角をθ_ｆ１、第二領域５におけるレリーフ構造の傾斜平面８への入射角をθ_ｆ２、第一領域４における、第一層２（２２）の屈折率をＮ_１、第二層３（２３、２４）の屈折率をＮ_２、第二領域５における、第一層２（２２）の屈折率をＮ_３、第二層３（２３、２４）の屈折率をＮ_４、とした場合に、式１０及び式１１を満足することとしてもよい。
θ_ｆ１≧ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_２／Ｎ_１） ・・・（式１０）
ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_４／Ｎ_３）＞θ_ｆ２ ・・・（式１１）
このような構成によれば、観察点が徐々に変化することでパターンを徐々に変化させることができる。このため、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

（３）また、本実施形態では、第二層３（２３、２４）に接するように配置された背景層４１等の第三層を有し、その第三層は、記号及び画像パターンの少なくとも一方が記載された印字層であることとしてもよい。
このような構成によれば、第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）越しに、第三層である印字層を確認することができる。このため、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

（４）また、本実施形態では、第二層３（２３、２４）に接するように配置された背景層４１等の第四層を有し、その第四層は着色層であることとしてもよい。
このような構成によれば、第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）越しに、第四層である着色層を確認することができる。このため、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

（５）また、本実施形態では、第四層における第二層３（２３、２４）とは反対側の面に接するように配置された第五層を有し、その第五層は電磁波吸収層６２であることとしてもよい。なお、この場合には、上記第四層を、背景層４１の一形態である構造色層６１としてもよい。
このような構成によれば、構造色の色濃度低下を防止することができる。このため、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

（６）また、本実施形態では、第一層２（２２）に接するように配置された第六層と第二層３（２３、２４）に接するように配置された第七層とを有し、第六層は着色層であり、第七層は電磁波吸収層５２であることとしてもよい。なお、この場合には、上記第六層を、構造色層５１としてもよい。
このような構成によれば、第一層２（２２）と第二層３（２３、２４）越しに、第六層である着色層を確認することができるとともに、構造色の色濃度低下を防止することができる。このため、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

（７）また、本実施形態では、上述した偽造防止用の光学素子を２つ以上積層した構成であることとしてもよい。なお、上記偽造防止用の光学素子を２つ以上積層した構成とは、例えば、光学素子７１、８１、９１及び光学素子７２、８２、９２をそれぞれ積層した構成をいう。
このような構成によれば、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

（８）また、本実施形態では、積層された光学素子の少なくとも２つの層が周期性レリーフ構造を有しており、２つの周期性レリーフ構造がモアレを生じることとしてもよい。なお、上記積層された光学素子の少なくとも２つの層が周期性レリーフ構造を有している構成とは、例えば、光学素子７１、８１、９１及び光学素子７２、８２、９２をそれぞれ積層した構成をいう。
このような構成によれば、モアレの任意パターンが動く効果を得ることができる。このため、立体感を更に付与することができる。このため、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

（９）また、本実施形態では、レリーフ構造の少なくとも一部が周期性構造を有しており、その周期性構造とモアレを生じ得る第八層を有することとしてもよい。なお、上記第八層とは、例えば、光学素子７２、８２、９２をいう。
このような構成によれば、モアレの任意パターンが動く効果を得ることができる。このため、立体感を更に付与することができる。このため、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

（１０）また、本実施形態では、第一領域４と第二領域５の少なくとも一つの領域は、光学素子平面に対して垂直方向から観察した場合に、両眼と光学素子の位置により定まる輻輳角によって、視差画像を生じることとしてもよい。
このような構成によれば、視差画像による立体表現が可能となる。このため、意匠性や偽造防止性をさらに向上させることができる。

以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。

以下、本実施形態に係る構成を備えない光学素子について、比較例（参考例）として、簡単に説明する。
有価証券や証明書、高級ブランド品など、偽造を防ぐことが求められる物品に対し、模倣が困難な光学効果を有する素子を付して偽造を防ぐことが知られている。
このような光学効果を有する素子としては、ホログラム、回折格子、多層干渉膜などが知られている。これらは微細な構造又は複雑な層構成を有するため、簡単に解析することが困難であり、不正な複製を防ぐことができるとされてきた。

＜紙幣分野のセキュリティー＞
従来から紙幣の分野では、透かしによる認証は、一見してその効果を確認することが可能であることから、使用者認知度の高い偽造防止技術として扱われてきた。近年では、透明なポリマー基材を利用したポリマー紙幣が実用化され、前述の偽造防止用の光学素子（例えばホログラム）を表裏から観察することや、透かして観察することがより簡便となり、透かしによる判定が重要な偽造品の判断方法となっている。この様な背景から、特殊な透かし効果を有する偽造防止用光学素子が注目され、必要とされている。

この課題に対し特許文献１では、透明な窓部分に設けられる特殊な光学素子として、非対称な回折レリーフに対して反射層を設けた構造が提案されている。このレリーフは対向したブレーズ構造を利用しており、表面側から特定角度で観察した場合には、第一のブレーズによって生じる第一の画像を確認でき、裏面側から特定角度で観察した場合には、第一のブレーズと対向した第二のブレーズによって生じる第二の画像が確認できる。このように、表裏で異なる効果が得られることから、透明窓部分に設置する光学素子として使用可能とされている。

しかしながら、レリーフに沿った反射層を有するためにレリーフに起因する効果は表裏で観察できてしまう、例えば、表面側から第一の画像を確認する際にも、観察角度によっては第二の画像が見えてしまう不具合がある。このように曖昧な効果では、瞬時に偽造品であるかどうかの判断を行うのは極めて困難である。
また、特許文献１の別の実施例では、透明な窓部分に設けられる特殊な光学素子として、中空ミラーが提案されている。この光学素子はレンズ形状のレリーフに対して反射膜を設けている。反射膜はある程度の透過性があり、表面側から窓を観察した場合には凸レンズ効果を確認でき、裏面から窓を観察した場合には凹レンズ効果を確認できる。例えば、レンズに隣接してオブジェクトを設置した場合には、表面側から窓を観察した場合には凸レンズ効果によって拡大したオブジェクトを確認でき、裏面から窓を観察した場合には凹レンズ効果によって縮小したオブジェクトが確認できる。このように、表裏で異なる効果が得られることから、透明窓部分に設置する光学素子として使用可能である。

しかしながら、上記の光学素子は、表裏で、任意のオブジェクトの拡大像、または縮小像が確認できるだけである。つまり表裏で観察されるのは同一のオブジェクト（絵柄）であるため、表裏から同じオブジェクトが見えるだけで類似の効果が得られてしまう。例えば、透明インクを用い、窓部分にオブジェクトを印刷するだけで類似効果が得られ、一見して上記光学素子との区別ができないことから、偽造防止効果が高いとは言えない。
つまり紙幣分野では、透明基材に付する、表裏で明らかに異なる見え方をし、表面観察では裏面観察による効果が判らない光学素子が求められている。

＜ＩＤ分野のセキュリティー＞
一方で、ＩＤの分野、例えば個人を証明するＩＤカードやパスポートの用途では、透明な光学素子（例えばホログラム）が偽造防止構造として利用されてきた。透明な光学素子は、固有情報を印字した基材の上にラミネートされて使用される。このため、光学素子越しに物品の固有情報を記載した印字層を確認した場合であっても、容易に確認できる透明性を有しており、且つ、コントラストが高く視認性の良い特殊な光学効果が求められる。

この課題に対し特許文献２では、傾斜した反射板により、透過光と反射光とを利用した特殊な光学効果が提案されている。この光学素子は、複数の反射板が一定方向、且つ一定角度で傾斜されており、特定方向から観察した場合に光が反射し、また、別の特定方向から観察した場合には、光が通過して、光学素子越しに物品の固有情報を記載した印字層を確認可能である。この素子は反射層を有するために、電磁波の反射、透過のコントラストが高く、視認性に優れることから、ＩＤカードやパスポート用の透明な光学素子として利用可能である。

しかしながら、上記光学素子は任意の角度で透明にすることが困難である。
傾斜した反射板自体は、反射板に対する入射角を有する限り反射する特性がある。このため、任意の観察角度において透明にするためには、観察角度と反射板を平行にする必要がある。たとえ、観察角度と反射板を平行にしたとしても、反射板の厚みや、反射板の数によって透明性は損なわれるという問題がある。光学素子の透明性の低下は光学素子の下に設けられた印字層の視認性に関わる。このため、少なくとも特定の観察角度領域において透明であることは重要である。

つまりＩＤ分野では、不透明基材（印字層、絵柄層）に付する、観察角度によって反射と透過のパターンが異なる、透明な光学素子であって、金属や高屈折膜による反射層が不要であり、任意の入射角度では透過し、異なる任意の角度で反射する、透明な光学素子が求められている。
なお、特許文献２の光学素子は、傾斜した反射板による透過光、反射光のコントロールなので、表裏では類似の光学効果しか得られず、前述の「透明基材に付する光学素子」としては満足できない。

特許文献３及び特許文献４では、Ｖ字溝の表面と平滑な底面で構成される光学素子が提案されている。この光学素子は文献によると平滑な底面で全反射（この場合、必ずしも全反射は必要としない）した光を表面のＶ字溝によって屈折させて光の濃淡によるパターンを表示させるとしている。この構造では問題が生じる。例えば平滑平面に対して黒色インキを直接印刷した場合には、底面での反射が生じず所望の効果が得られない。この問題は、例えば透明な反射層を設けることで解決するが、反射層を底面の全面に追加した場合、反射層の反射率に依存して、光学素子の下に設置された印字層の視認性が悪くなる。つまり、光学効果と印字層の視認性はトレードオフの関係に陥る。
また、汚染性に関わる重要な問題もある。Ｖ字溝は表面に露出しているため、例えば溝が油や水で汚れ、溝が埋まった場合には所望した効果は得られない。

本発明に係る光学素子によると、表示体越しに物品の固有情報を記載した印字層を確認した場合であっても、容易に確認できる透明性を有しており、且つ、コントラストが高く視認性の良い特殊な光学効果を得ることが可能である光学素子を提供することが可能となる。このため、本発明に係る光学素子であれば、高い偽造防止効果を必要とするＩＤカードやパスポート、紙幣への利用が可能である。

１ 光学素子
２ 第一層
３ 第二層
４ 第一領域
５ 第二領域
６ 傾斜平面
７ 臨界角未満の入射角度範囲
８ 傾斜平面
９ 臨界角未満の入射角度範囲
１０ 光学素子
１６ 透過パターン
１７ 全反射パターン
２０ 光学素子
２１ 光学素子
２２ 屈折率が１．４０である第一層
２３ 屈折率が１．４９である第二層
２４ 屈折率が１．７である第二層
２５ 透過パターン
２６ 全反射パターン
３０ 光学素子
３１ 光学素子
３３ 屈折率１．６９の第一層
３４ 屈折率１．５０の第一層
３５ 屈折率１．４０の第一層
４０ 光学素子
４１ 背景層
５０ 光学素子
５１ 構造色層
５２ 電磁波吸収層
６０ 光学素子
６１ 構造色層
６２ 電磁波吸収層
７０ 光学素子
７１ 光学素子
７２ 光学素子
８０ 光学素子
８１ 光学素子
８２ 光学素子
９０ 光学素子
９１ 光学素子
９２ 光学素子
９３ 周期性印刷パターン
９４ 印刷基材
１００ 光学素子
１０４ 第三領域
１０５ 第四領域
１１０ 光学素子
１１４ 第五領域
１１５ 第六領域
１１６ 第七領域
１１７ 第八領域
θ 傾斜角
θ_ａ 入射角
θ_ｂ 屈折角
θ_ｃ 臨界角
θ_ｔ 屈折角
θ_ｆ 入射角
θ_４ 入射角
θ_５ 屈折角
θ_６ 入射角
θ_７ 入射角
θ_８ 輻輳角

Claims (10)

1. 表面にレリーフ構造を有する第二層の上に第一層が配置され、且つ少なくとも第一領域と第二領域を有すると共に前記第一層と前記第二層とが互いに屈折率が異なり、前記レリーフ構造は、光学素子の光学素子平面に対し傾斜した斜面を有し、前記レリーフ構造に対して中心から対称の形状で形成されており、前記第一領域と前記第二領域とで傾斜した斜面の傾斜角度が異なり、
   前記第一領域において、前記第一層側から予め設定した特定の角度で入射する電磁波が、前記第一領域におけるレリーフ構造及び前記第一層の屈折率に対する前記第二層の屈折率の比の少なくとも一方に起因して全反射するように構成し、
   前記第二領域において、前記第一層側から前記特定の角度で入射する電磁波は、前記第二領域におけるレリーフ構造及び前記第一層の屈折率に対する前記第二層の屈折率の比の少なくとも一方に起因して全反射せずに透過若しくは屈折するように構成し、
   前記第一層側の前記特定の角度から観察した場合でのみ、少なくとも前記第一領域と比べて前記第二領域の透明性が高く、前記第一領域と前記第二領域の透明性のコントラストによって予め設定した画像が表現されることを特徴とした偽造防止用の光学素子。
2. 前記第一層よりも前記第二層の屈折率が低く、
   観察点側に光源を置いて任意の観察点から観察した際に、前記第一領域における前記レリーフ構造の斜面への入射角をθ_ｆ１、
   前記第二領域における前記レリーフ構造の斜面への入射角をθ_ｆ２、
   前記第一領域における、前記第一層の屈折率をＮ_１、前記第二層の屈折率をＮ_２、
   前記第二領域における、前記第一層の屈折率をＮ_３、前記第二層の屈折率をＮ_４、
   とした場合に、
   式１及び式２を満足することを特徴とする請求項１に記載の偽造防止用の光学素子。
   θ_ｆ１≧ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_２／Ｎ_１） ・・・（式１）
   ａｒｃｓｉｎ（Ｎ_４／Ｎ_３）＞θ_ｆ２ ・・・（式２）
3. 前記第二層に接するように配置された第三層を有し、該第三層は、記号及び画像パターンの少なくとも一方が記載された印字層であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の偽造防止用の光学素子。
4. 前記第二層に接するように配置された第四層を有し、該第四層は着色層であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の偽造防止用の光学素子。
5. 前記第四層における前記第二層とは反対側の面に接するように配置された第五層を有し、該第五層は電磁波吸収層であることを特徴とする請求項４に記載の偽造防止用の光学素子。
6. 前記第一層に接するように配置された第六層と前記第二層に接するように配置された第七層とを有し、前記第六層は着色層であり、前記第七層は電磁波吸収層であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の偽造防止用の光学素子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の偽造防止用の光学素子を２つ以上積層した構成であることを特徴とする偽造防止用の光学素子。
8. 積層された光学素子の少なくとも２つの層が周期性レリーフ構造を有しており、２つの周期性レリーフ構造がモアレを生じることを特徴とした請求項７に記載した偽造防止用の光学素子。
9. 前記レリーフ構造の少なくとも一部が周期性構造を有しており、該周期性構造とモアレを生じ得る第八層を有することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載し
   た偽造防止用の光学素子。
10. 前記第一領域と前記第二領域の少なくとも一つの領域は、光学素子平面に対して垂直方向から観察した場合に、両眼と光学素子の位置により定まる輻輳角によって、視差画像を生じることを特徴とした請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の偽造防止用の光学素子。

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