JP6909437B2 - 光変調素子 - Google Patents

Description

本発明は、入射光の位相を変調することで光像を再生する光変調素子に関する。

例えば、特許文献１および特許文献２に記載されているように、ホログラム等の光変調素子であって、入射光を回折し、回折光によって原画像を再生可能な光変調素子が知られている。

特開平１０−２８２８７０号公報 特開２０１７−３７２７２号公報

ところで、光変調素子によって再生される光像の観察方法としては、以下の二通りの方法がある。一つは、光変調素子に対して光源が観察者と同じ側に配置され、観察者が光変調素子で反射した光を観察する反射観察である。もう一つは、光変調素子に対して光源が観察者とは反対の側に配置され、観察者が光変調素子を透過した光を観察する透過観察である。

通常、光変調素子では、反射観察でも透過観察でも同じ光像が再生され観察される。この場合、意に反して再生像が観察されてしまうことがある。例えば光変調素子を反射型ホログラム構造体と重ね合わせて使用する場合、反射型ホログラム構造体で生成される光像と、光変調素子で生成される再生像と、が重なりあって観察される。このように、光変調素子と反射型ホログラム構造体とを重ね合わせた場合、反射型ホログラム構造体で生成される光像だけを観察する、ということは困難である。また、他の問題として、例えば、光変調素子で生成される再生像をセキュリティ用途の隠し情報（いわゆるコバート情報）として使用する場合、当該光像が反射観察でも透過観察でも観察されてしまうため容易に隠し情報を見つけることができる、という問題がある。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、反射観察では再生像を観察可能であるが透過観察では再生像を観察することのできない光変調素子を提供することを目的とする。あるいは、本発明は、透過観察では再生像を観察可能であるが反射観察では再生像を観察することのできない光変調素子を提供することを目的とする。あるいは、本発明は、反射観察と透過観察とで異なる再生像が観察可能な光変調素子を提供することを目的とする。

第１の実施形態による光変調素子は、
入射光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、
前記要素素子は、凹凸面を有し、
前記要素素子についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、前記要素素子についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である。

あるいは、第２の実施形態による光変調素子は、
入射光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、
前記要素素子は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面を有し、
前記要素素子についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、前記要素素子についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である。

第１および第２の実施形態による光変調素子において、前記要素素子は、フーリエ変換ホログラムとして構成されていてもよい。

あるいは、第３の実施形態による光変調素子は、
入射光の位相を変調することで光像を再生する第１要素素子および第２要素素子を備え、
前記第１要素素子は、凹凸面を有し、前記第２要素素子は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面を有し、
前記第１要素素子についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、前記第１要素素子についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下であり、
前記第２要素素子についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、前記第２要素素子についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である。

第３の実施形態による光変調素子において、前記第１要素素子および前記第２要素素子は、フーリエ変換ホログラムとして構成されていてもよい。

また、第３の実施形態による光変調素子において、前記第１要素素子についての反射による１次回折光または反射による−１次回折光の光像と、前記第２要素素子についての透過による１次回折光または透過による−１次回折光の光像とは、異なっていてもよい。

また、第３の実施形態による光変調素子において、前記第１要素素子および前記第２要素素子は、同一平面上に並んで配置されていてもよい。

あるいは、第３の実施形態による光変調素子において、前記第１要素素子および前記第２要素素子は、前記光変調素子の厚み方向に並んで配置されていてもよい。

本開示によれば、反射観察では再生像を観察可能であるが透過観察では再生像を観察することのできない光変調素子を提供することができる。あるいは、本開示によれば、透過観察では再生像を観察可能であるが反射観察では再生像を観察することのできない光変調素子を提供することができる。あるいは、本開示によれば、反射観察と透過観察とで異なる再生像が観察可能な光変調素子を提供することができる。

図１は、光変調素子保持体の典型例を示す概略平面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、光変調素子の平面構造を示す概念図である。 図４は、凹凸面の段構造の一例の概略を示す要素素子の断面図である。 図５は、凹凸面の段構造の他の例の概略を示す要素素子の断面図である。 図６Ａは、第１の実施形態に係る光変調素子を反射観察した場合を説明するための図である。 図６Ｂは、第１の実施形態に係る光変調素子を透過観察した場合を説明するための図である。 図７Ａは、各要素素子についての反射による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係例を示すグラフである。 図７Ｂは、各要素素子についての透過による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係例を示すグラフである。 図８Ａは、第２の実施形態に係る光変調素子を反射観察した場合を説明するための図である。 図８Ｂは、第２の実施形態に係る光変調素子を透過観察した場合を説明するための図である。 図９Ａは、各要素素子についての反射による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係例を示すグラフである。 図９Ｂは、各要素素子についての透過による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係例を示すグラフである。 図１０Ａは、第３の実施形態に係る光変調素子を反射観察した場合を説明するための図である。 図１０Ｂは、第３の実施形態に係る光変調素子を透過観察した場合を説明するための図である。 図１１は、第３の実施形態に係る光変調素子の平面構造の一例を示す概念図である。 図１２Ａは、比較例に係る光変調素子を反射観察した場合を説明するための図である。 図１２Ｂは、比較例に係る光変調素子を透過観察した場合を説明するための図である。 図１３Ａは、比較例に係る各要素素子についての反射による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係例を示すグラフである。 図１３Ｂは、比較例に係る各要素素子についての透過による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係例を示すグラフである。

以下、図面を参照して本開示の実施の形態に係る光変調素子について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や、長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

以下の各実施形態の光変調素子は、入射光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備えている。要素素子は、凹凸面を有している。図示の例では、要素素子は、回折格子である。具体的には、要素素子は、ホログラム構造体によって構成されており、特にフーリエ変換ホログラムによって構成されている。フーリエ変換ホログラムは、原画像のフーリエ変換像の波面情報を記録することで作製されるホログラムであり、いわゆるフーリエ変換レンズとして機能する。特に位相変調型のフーリエ変換ホログラムは、フーリエ変換像の位相情報を多値化して深さとして媒体に記録することで作製される凹凸面を有するホログラムであり、媒体の光路長差に基づく回折現象を利用して再生光から原画像の光像を再生する。このフーリエ変換ホログラムは、例えば、所望の光像（すなわち原画像）を精度良く再生できる一方で、比較的簡単に作製することができる点で有利である。ただし、本発明を適用可能な光変調素子の要素素子は、フーリエ変換ホログラムには限定されず、他の方法で光像を再生するホログラムや他の構造を有する光変調素子に対しても本発明を適用することが可能である。

以下の説明では、要素素子への入射光として様々な波長を含む白色光を例として挙げているが、入射光は必ずしも白色光である必要はない。また本明細書において示される屈折率の具体的な値は、特に断りがない限り、波長５８９．３ｎｍの光を基準としている。また以下の説明では、要素素子に関して示される屈折率や凹凸面の特性値は、特に断りがない限り、屈折率が１．０の空気環境下において要素素子が使用される場合を想定して導き出された値である。

また、要素素子で回折された回折光を観察する方法としては、例えば図１２Ａに示すように観察者および光源が要素素子に対して同じ側に配置され、要素素子についての反射による回折光を観察する反射観察と、図１２Ｂに示すように観察者および光源が要素素子を介して相互に異なる側に配置され、要素素子についての透過による回折光を観察する透過観察と、がある。以下の説明では、特に断りがない限り、反射観察および透過観察の両方の場合とも、要素素子への入射光の入射角度が０°（すなわち要素素子の入射面の法線方向に沿った角度）の場合を想定している。

また本明細書において、「同一の形状を有する２以上の光像」の概念には、大きさが相互に同一であり且つ形状（全体の形）が同じ２以上の光像だけではなく、光像の構成波長が異なるために再生される大きさが相互に僅かに異なる２以上の光像も含まれる。

［第１の実施形態］
図１は、光変調素子保持体１０の典型例を示す概略平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

図１および図２に示す光変調素子保持体１０は、ホログラム層１と、ホログラム層１の一方の面上に積層される透明性を有する反射層２と、ホログラム層１の他方の面上に積層された透明基材４とを備える。この光変調素子保持体１０の一部にはホログラム構造体として構成された光変調素子１１が設けられている。この光変調素子１１では、ホログラム層１の一方の面が凹凸面１ａを形成し、この凹凸面１ａを被覆する反射層２も凹凸形状を有する。光変調素子１１が有する凹凸面１ａは、原画像のフーリエ変換画像に対応した凹凸パターンを有し、フーリエ変換画像の画素毎に対応の凹凸深さを有する。例えば、透明基材４（例えばＰＥＴ：ポリエチレンテレフタラート）上にホログラム層１を構成する樹脂（例えばＵＶ硬化樹脂や熱可塑性樹脂）を塗布などで形成し、当該ホログラム層１に対して、ＵＶ硬化処理や熱圧処理とともに原版の凹凸面を押し当てる凹凸賦形処理が行われ、その後、当該ホログラム層１の凹凸面１ａ上に反射層２（例えばＺｎＳやＴｉＯ_２など）を形成することにより、図１および図２に示す光変調素子保持体１０を製造することができる。なお図示は省略するが、反射層２上に、粘着材、接着剤、及び／又はヒートシール層等の他の部材が更に形成されてもよい。

このような光変調素子１１に対して点光源や平行光源から光が入射すると、凹凸面１ａの凹凸パターンに応じた光像（すなわち原画像）が再生される。この種の光変調素子は、光像を投影するためのスクリーン等が不要であり、また点光源や平行光源等の特定の光源からの光が入射する場合にとりわけ良好に光像を再生するため、意匠用途、セキュリティ用途、或いはその他の用途に対して利便性良く広範に利用可能である。このような光変調素子によって再生可能な光像は特に限定されず、例えば文字、記号、線画、絵柄、模様（パターン）およびこれらの組み合わせ等を、原画像および再生可能な光像としうる。

図３は、光変調素子１１の平面構造を示す概念図である。本実施形態の光変調素子１１は、二次元的に規則的に配置された複数の要素素子（「ホログラムセル」とも呼ばれる）２１を含む。各要素素子２１は、上述の凹凸面１ａを有するとともに、数ｎｍ〜数ｍｍ四方（例えば２ｍｍ四方）の平面サイズを有し、入射光の位相を変調して光像を再生する。

凹凸面１ａは多段形状（すなわち２段以上の段形状）を有し、凹凸面１ａの段数は特に限定されない。複数色によって光像を再生する場合、凹凸面１ａは３段以上の段数を有することが好ましく、特に４段以上の段数を有する凹凸面１ａによれば複雑な構図を持つ原画像を高精細に再生することが可能である。図４および図５は、凹凸面１ａの段構造の概略を示す要素素子２１の断面図であり、図４は８段タイプの凹凸面１ａを示し、図５は４段タイプの凹凸面１ａを示す。なお図４および図５には、相互に同じ段形状の凹凸面１ａを有する要素素子２１が示されているが、実際の凹凸面１ａは再生される光像（すなわち原画像）に応じた段形状を有する。なお凹凸面１ａの凹凸パターンのピッチ（すなわち画素ピッチ（図４および図５に示す符合「Ｐ」参照））は、光像を精度良く再生する観点からは０．１μｍ〜８０．０μｍの範囲にあることが好ましく、通常は１μｍ以上であることが好ましい。

ところで、一般に、入射光の位相を変調することで光像を再生する光変調素子では、反射観察でも透過観察でも光像が再生される。再生される光像は、光変調素子の凹凸のパターンに応じたものであり、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、反射観察でも透過観察でも同じ光像が観察される。しかしながら、第１の実施形態による光変調素子は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、反射観察では光像が観察されるが、透過観察では光像が観察されないようにするための工夫がなされている。

以下、要素素子２１の構造について、更に詳細に説明する。

図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、第１の実施形態の光変調素子を反射観察した場合と透過観察した場合とを説明するための図である。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、符合「５１」は、光源を示している。また、図６Ａにおいて、符号「１００ａ」は、光変調素子によって再生されるべき光像を示している。また、図７Ａおよび図７Ｂは、図６Ａおよび図６Ｂに示す光変調素子を構成する各要素素子の回折効率特性を示すグラフである。

まず、要素素子２１で回折される光のうち、意図された光像１００ａの再生に主として寄与するのは１次回折光および−１次回折光である。要素素子２１での２次以上の高次の回折光は、光像１００ａの明瞭な再生には寄与しない。また、要素素子２１に入射する入射光の一部は、要素素子２１で回折されることなく要素素子２１を透過して０次光となるが、０次光は点の光像を生成するだけであり、光像１００ａの再生に寄与しない。

第１の実施形態の要素素子２１は、反射観察では光像が観察されるが、透過観察では光像が観察されない、というように設計されている。各要素素子２１がこのような回折特性を有することによって、当該要素素子２１によって構成される光変調素子１１は、反射観察では光像１００ａが観察されるが、透過観察では光像１００ａが観察されない、という特性を備えることができる。図６Ａに示すように、各要素素子２１は、各要素素子２１についての反射による回折光により、図３に示す複数の要素素子２１全体で星の図形の光像１００ａを再生するようになっている。

具体的には、各要素素子２１は、以下のような回折効率特性を有する。すなわち、各要素素子２１は、各要素素子２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上となるように設計されている。また、各要素素子２１は、各要素素子２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下となるように設計されている。

このような回折効率特性を有する要素素子２１は、例えば、各要素素子２１での反射光の光路長差が１段階当たり４５ｎｍとなるように設計することにより実現される。

図７Ａおよび図７Ｂを参照して、要素素子２１での反射光の光路長差が１段階当たり４５ｎｍとなるように設計された要素素子２１についての、反射および透過による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係を説明する。

図７Ａは、要素素子２１についての反射による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係を示すグラフである。また、図７Ｂは、要素素子２１についての透過による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係を示すグラフである。図７Ａおよび図７Ｂにおいて横軸は波長［単位：ｎｍ］を示し、縦軸は回折効率［単位：％］を示す。回折効率は、ある方向へ回折する光の放射束［単位：μＷもしくはμＪ／ｃｍ^２］を要素素子２１に入射する光の放射束で割った量で表され、ある方向への回折放射束をＰで表し、入射放射束をＰ０で表した場合、回折効率ηは「η＝Ｐ／Ｐ０」で表される無次元数である。

図７Ａおよび図７Ｂに示す例では、要素素子２１は、屈折率ｎが１．５の材料で構成され、その凹凸面１ａは８段の段数を有し、その凹凸面１ａの１段当たりの段差ｄは１５ｎｍである。このように構成された要素素子２１での反射光の光路長差は、１段階当たり４５ｎｍとなる。

図７Ａから理解されるように、要素素子２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、２０％以上である。一方、図７Ｂから理解されるように、要素素子２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、１０％以下である。

具体的には、図７Ａから理解されるように、要素素子２１についての反射による１次回折光は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ａを再生するのに十分な回折効率で回折される。一方、図７Ｂから理解されるように、要素素子２１についての透過による１次回折光および−１次回折光は、いずれも３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ａを再生するのに十分な回折効率で回折されない。このことは、光変調素子１１を反射観察した場合、光像１００ａを観察することが可能であるが、光変調素子１１を透過観察した場合、光像１００ａを観察することができないことを意味する。

なお、上述の回折効率特性を満たす要素素子２１は、要素素子２１での反射光の光路長差が１段階当たり４５ｎｍとなるように設計されたものに限られない。例えば、要素素子２１での反射光の光路長差が１段階当たり１５ｎｍとなるように設計された要素素子２１によっても、上述の条件を満たすことができる。したがって、例えば、要素素子２１を、屈折率ｎが１．５の材料で構成し、その凹凸面１ａの段数を８段とし、１段当たりの段差ｄを５ｎｍとした場合であっても、要素素子２１は上述の回折効率特性を備えることができる。

また、要素素子２１は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面１ａを有するように設計されることが好ましい。ここで、本件発明者らの得た知見によれば、凹凸面１ａが５段階以上の異なる高さを含む場合、上述の回折効率特性を満たす要素素子２１を得ることが容易である。

次に、光変調素子１１（特に凹凸面１ａ）の製造方法の一例について説明する。以下に説明する方法は一例に過ぎず、所望の凹凸面１ａを含む光変調素子１１を適切に製造可能な他の方法を採用することが可能である。

まず、原画像の２次元画像がコンピュータによって読み込まれる（Ｓｔｅｐ１）。そしてコンピュータは、読み込んだ２次元画像の各画素値を振幅値とするとともに、各画素に対して０から２πの間のランダムな値を位相値として割り当てることにより、２次元複素振幅画像を得る（Ｓｔｅｐ２）。そしてコンピュータは、この２次元複素振幅画像の２次元フーリエ変換を行うことによって、２次元フーリエ変換画像を得る（Ｓｔｅｐ３）。なおコンピュータは、必要に応じて、繰り返しフーリエ変換法や遺伝的アルゴリズムなどの任意の最適化処理を行ってもよい（Ｓｔｅｐ４）。そしてコンピュータは、２次元フーリエ変換画像の各画素の位相値を、複数段階（例えば「０」、「π／２」、「π」および「３π／２」の４段階、或いは「０」、「π／４」、「π／２」、「３π／４」、「π」、「５π／４」、「３π／２」および「７π／４」の８段階）に離散化する（Ｓｔｅｐ５）。

そして、離散化された対応の位相値に応じた深さを各画素が有するように、２次元フーリエ変換画像に対応する光変調素子１１（特に凹凸面１ａ）が作製される（Ｓｔｅｐ６）。例えば、上述のＳｔｅｐ５において２次元フーリエ変換画像の画素値が４段階に離散化された場合には、Ｓｔｅｐ６において４段階の深さを持つ凹凸面１ａ（図５参照）がホログラム層１に形成される。凹凸面１ａの深さは、実現しようとする回折効率特性だけではなく、様々な他の関連パラメータ（例えば光変調素子１１（特にホログラム層１）を構成する材料の屈折率）も考慮されてコンピュータにより決定される。なお、図６Ａおよび図６Ｂに示す反射観察でのみ光像が観察される光変調素子１１（特に凹凸面１ａ）と、後述する図８Ａおよび図８Ｂに示す透過観察でのみ光像が観察される光変調素子１１１（特に凹凸面１０１ａ）とは、同様の方法により作製することが可能であるが、それぞれ特有の凹凸面１ａ，１０１ａの深さ構造を有し、例えば同様の回折特性を実現しようとする場合であっても、光変調素子の凹凸面１ａ，１０１ａの深さの具体的な値は、反射観察でのみ光像が観察される光変調素子１１と透過観察で光像が観察される光変調素子１１１との間で異なる。

光変調素子１１の製造装置は特に限定されず、例えば上述のＳｔｅｐ１〜５を実行するコンピュータによって制御される装置であってもよいし、当該コンピュータとは別個に設けられた装置であってもよい。また必要に応じて、上述の光変調素子１１（特に凹凸面１ａ）の構造に対応する母型（すなわちマスター原版）を、フォトリソグラフィ技術に基づく露光装置や電子線描画装置等により作ってもよい（Ｓｔｅｐ７）。例えば、母型に液状の紫外線硬化性樹脂を滴下し、基材フィルム（例えばＰＥＴフィルム（ポリエチレンテレフタラートフィルム））と母型とによって挟まれた状態の紫外線硬化性樹脂に対して紫外線を照射して硬化させ、その後、基材フィルムとともに紫外線硬化性樹脂を母型から剥離することによって、所望の凹凸面１ａを有する光変調素子１１を作製できる。他の方法として、例えば、熱可塑性の紫外線硬化性樹脂を用いる方法、熱可塑性樹脂を用いる方法、熱硬化性樹脂を用いる方法、および電離放射線硬化性樹脂を用いる方法が採用されてもよい。このように母型を使うことで、所望の凹凸面１ａを有する光変調素子１１を簡単且つ大量に複製することが可能である。

上述のようにして得られた光変調素子１１の凹凸面１ａ上に、透明性を有する反射層２（例えばＺｎＳやＴｉＯ_２によって構成される反射層）が製造装置によって更に形成される。ただし、ホログラム層１と空気との間の屈折率の差を利用して再生光を反射させる光変調素子１１の場合には、反射層２を追加的に設けることなく、ホログラム層１の凹凸面１ａを空気に露出させたままでもよい。さらに必要に応じて、接着層等の他の機能層（例えばヒートシール層や隣接層間の密着性を高めるためのプライマー層）がホログラム層１に対して形成されてもよい。また、例えばホログラム層１の凹凸面１ａ上に反射層２を形成する場合、凹凸形状を有する反射層２の表面（ホログラム層１とは反対側の表面）上に接着層を形成し、当該接着層によって反射層２の表面の凹部を埋めるようにしてもよい。

以上のような第１の実施形態によれば、光変調素子１１は、入射光の位相を変調することで光像１００ａを再生する要素素子２１を備えている。要素素子２１は、凹凸面１ａを有している。そして、要素素子２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上である。また、要素素子２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である。

このような光変調素子１１によれば、構成する要素素子２１についての反射による１次回折光および／または−１次回折光は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ａを再生するのに十分な回折効率で回折される。したがって、光変調素子１１を反射観察した場合、光像１００ａを観察することが可能である。一方、要素素子２１についての透過による１次回折光および−１次回折光は、いずれも、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ａを再生するのに十分な回折効率で回折されない。したがって、光変調素子１１を透過観察した場合、光像１００ａを観察することができない。

また、本実施形態の光変調素子１１において、各要素素子２１は、フーリエ変換ホログラムとして構成されている。これにより、所望の光像（すなわち原画像）を精度良く再生可能な要素素子２１を、比較的簡単に作製することができる。

［第２の実施形態］
次に、図８Ａ〜図９Ｂを参照して、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態による光変調素子１１１は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、透過観察では光像１００ｂが観察されるが、反射観察では光像１００ｂが観察されないようにするための工夫がなされている。

以下の説明および以下の説明で用いる図面は、上述した第１の実施形態と同様に構成され得る部分について、上述の第１の実施形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、第２の実施形態の光変調素子を反射観察した場合と透過観察した場合とを説明するための図である。図８Ｂにおいて、符号「１００ｂ」は、光変調素子によって再生されるべき光像を示している。また、図９Ａおよび図９Ｂは、図８Ａおよび図８Ｂに示す光変調素子を構成する各要素素子の回折効率特性を示すグラフである。

図６Ａ〜図７Ｂに示す場合と同様に、要素素子１２１で回折される光のうち、意図された光像１００ｂの再生に主として寄与するのは１次回折光および−１次回折光である。要素素子１２１での２次以上の高次の回折光は、光像１００ｂの明瞭な再生には寄与しない。また、要素素子１２１に入射する入射光の一部は、要素素子１２１で回折されることなく要素素子１２１を透過して０次光となるが、０次光は点の光像を生成するだけであり、光像１００ｂの再生に寄与しない。

以下、要素素子１２１の構造について、更に詳細に説明する。

第２の実施形態の各要素素子１２１は、反射観察では光像が観察されないが、透過観察では明確な光像が観察される、というように設計されている。各要素素子１２１がこのような回折効率特性を有することによって、当該要素素子１２１によって構成される光変調素子１１１は、透過観察では光像１００ｂが観察されるが、反射観察では光像１００ｂが観察されない、という特性を備えることができる。図８Ｂに示すように、各要素素子１２１は、各要素素子１２１についての透過による回折光により、図３に示す複数の要素素子１２１全体で「ＯＫ」の文字の図形の光像１００ｂを再生するようになっている。

具体的には、要素素子１２１は、以下のような回折効率特性を有する。すなわち、要素素子１２１は、要素素子１２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上となるように設計されている。また、要素素子１２１は、要素素子１２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下となるように設計されている。また、要素素子１２１は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面１０１ａを有するように設計されている。ここで、本件発明者らの得た知見によれば、凹凸面１０１ａが５段階以上の異なる高さを含む場合、上述の回折効率特性を満たす要素素子１２１を得ることが容易である。

このような回折効率特性を有する要素素子１２１は、例えば、要素素子１２１での透過光の光路長差が１段階当たり３５ｎｍとなるように設計することにより実現される。

図９Ａおよび図９Ｂを参照して、要素素子１２１での透過光の光路長差が１段階当たり３５ｎｍとなるように設計された要素素子１２１についての、反射および透過による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係を説明する。

図９Ａは、各要素素子１２１についての反射による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係を示すグラフである。また、図９Ｂは、各要素素子１２１についての透過による１次回折光および−１次回折光の波長分布と回折効率との関係を示すグラフである。図９Ａおよび図９Ｂにおいて横軸は波長[単位：ｎｍ]を示し、縦軸は回折効率［単位：％］を示す。

図９Ａおよび図９Ｂに示す例では、要素素子１２１は、屈折率ｎが１．５の材料で構成され、その凹凸面１０１ａは８段の段数を有し、その凹凸面１０１ａの１段当たりの段差ｄは７０ｎｍである。このように構成された要素素子１２１での透過光の光路長差は、屈折率が１．０の空気環境下において使用される場合、１段階当たり３５ｎｍとなる。

図９Ｂから理解されるように、要素素子１２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、２０％以上である。一方、図９Ａから理解されるように、要素素子１２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、１０％以下である。

具体的には、図９Ｂから理解されるように、要素素子１２１についての透過による１次回折光は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ｂを再生するのに十分な回折効率で回折される。一方、図９Ａから理解されるように、要素素子１２１についての反射による１次回折光および−１次回折光は、いずれも、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ｂを再生するのに十分な回折効率で回折されない。このことは、光変調素子１１１を透過観察した場合、光像１００ｂを観察することが可能であるが、光変調素子１１を反射観察した場合、光像１００ｂを観察することができないことを意味する。

なお、上述の回折効率特性を満たす要素素子１２１は、要素素子１２１での透過光の光路長差が１段階当たり３５ｎｍとなるように設計されたものに限られない。例えば、要素素子１２１での反射光の光路長差が１段階当たり７０ｎｍとなるように設計された要素素子１２１によっても、上述の条件を満たすことができる。したがって、例えば、要素素子１２１が屈折率１．０の空気環境下において使用される場合、要素素子１２１を、屈折率ｎが１．５の材料で構成し、その凹凸面１０１ａの段数を８段とし、１段当たりの段差ｄを１４０ｎｍとした場合であっても、要素素子１２１は、上述の回折効率特性を備えることができる。

なお、当然のことながら、光変調素子１１１が空気環境以外の環境下で使用される場合や、光変調素子１１１の凹凸面１０１ａの凹部が接着層等で埋められる場合には、当該環境中の媒体の屈折率や当該接着層等を構成する材料の屈折率なども考慮して、光変調素子１１１（要素素子１２１）を構成する材料の屈折率、凹凸面１０１ａの段数および凹凸面１０１ａの１段当たりの段差ｄを決定すべきである。

このように本実施形態の光変調素子１１１は、入射光の位相を変調することで光像１００ｂを再生する要素素子１２１を備えている。要素素子１２１は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面１０１ａを有している。そして、要素素子１２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上である。また、要素素子１２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である。

このような光変調素子１１１によれば、構成する要素素子１２１についての透過による１次回折光および／または−１次回折光は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ｂを再生するのに十分な回折効率で回折される。したがって、光変調素子１１１を透過観察した場合、光像１００ｂを観察することが可能である。一方、要素素子１２１についての反射による１次回折光および−１次回折光は、いずれも、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ｂを再生するのに十分な回折効率で回折されない。したがって、光変調素子１１を反射観察した場合、光像１００ｂを観察することができない。

［第３の実施形態］
次に、図１０Ａ〜図１１を参照して、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態による光変調素子は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、反射観察でも透過観察でも光像が観察されるが、反射観察で観察される光像と透過観察で観察される光像とが異なるものとなるようにするための工夫がなされている。

以下の説明および以下の説明で用いる図面は、上述した第１の実施形態または第２の実施形態と同様に構成され得る部分について、上述の第１の実施形態または第２の実施形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれ、第３の実施形態の光変調素子を反射観察した場合と透過観察した場合とを説明するための図である。また、図１１は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す光変調素子の構成を示す図である。

以下、第３の実施形態による光変調素子の構造について、更に詳細に説明する。

上述のように、第３の実施形態の光変調素子２１１は、反射観察でも透過観察でも光像が観察されるが、反射観察で観察される光像１００ａと透過観察で観察される光像１００ｂとが異なるように設計されている（図１０Ａおよび図１０Ｂ参照）。

図１１に示すように、光変調素子２１１は、入射光の位相を変調することで光像を再生する第１要素素子２１および第２要素素子１２１を備えている。第１要素素子２１は、図６Ａ〜図７Ｂに示す要素素子と同様に構成され、第２要素素子１２１は、図８Ａ〜図９Ｂに示す要素素子と同様に構成されている。図１１に示す例においては、複数の第１要素素子２１および複数の第２要素素子１２１が、同一平面上に市松模様状に並べて配置されている。

より具体的には、各第１要素素子２１は、凹凸面１ａを有している。各第１要素素子２１は、各第１要素素子２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、各第１要素素子２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下であるように設計されている。そして、各第１要素素子２１は、各第１要素素子２１についての反射による回折光により、図１１に示す複数の第１要素素子２１全体で星の図形の光像１００ａを再生するようになっている。

また、各第２要素素子１２１は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面１０１ａを有している。各第２要素素子１２１は、各第２要素素子１２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、各第２要素素子１２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下であるように設計されている。そして、各第２要素素子１２１は、各第２要素素子１２１についての透過による回折光により、図１１に示す複数の第２要素素子１２１全体で「ＯＫ」の文字の図形の光像１００ｂを再生するようになっている。

光変調素子２１１が上述のような第１要素素子２１および第２要素素子１２１を備えることにより、反射観察と透過観察とで異なる光像１００ａ，１００ｂが観察される光変調素子２１１を実現することができる。

なお上述の図１１に示す光変調素子２１１において第１要素素子２１および第２要素素子１２１は、同一平面上に市松模様状に並べて配置されているが、第１要素素子２１および第２要素素子１２１の配置態様は特に限定されない。例えば、光変調素子１１は、同一平面上にストライプ状に並べて配置された第１要素素子２１および第２要素素子１２１を含んでいてもよい。さらに、第１要素素子２１と第２要素素子１２１とは、光変調素子２１１の厚み方向に並んで配置されていてもよい。

このように第３の実施形態の光変調素子２１１は、入射光の位相を変調することで光像１００ａ，１００ｂを再生する第１要素素子２１および第２要素素子１２１を備えている。第１要素素子２１は、凹凸面１ａを有し、第２要素素子１２１は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面１０１ａを有している。第１要素素子２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、第１要素素子２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である。また、第２要素素子１２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、第２要素素子１２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である。

このような光変調素子２１１によれば、第１要素素子２１についての反射による１次回折光および／または−１次回折光は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ａを再生するのに十分な回折効率で回折される。一方、第２要素素子１２１についての反射による１次回折光および−１次回折光は、いずれも、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ｂを再生するのに十分な回折効率で回折されない。したがって、光変調素子２１１を反射観察した場合、光像１００ａのみを観察することができる。

また、第２要素素子１２１についての透過による１次回折光および／または−１次回折光は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ｂを再生するのに十分な回折効率で回折される。一方、第１要素素子２１についての透過による１次回折光および−１次回折光は、いずれも、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ａを再生するのに十分な回折効率で回折されない。したがって、光変調素子２１１を透過観察した場合、光像１００ｂのみを観察することができる。

［用途］
上述の光変調素子１１，１１１，２１１および光変調素子保持体１０の使用形態や用途は特に限定されず、例えば、キャラクター像を再生するなどエンターテイメント用途および意匠用途として使用することが可能である。またセキュリティ用途では、例えば以下の対象に対して光変調素子１１，１１１，２１１を適用可能である。光変調素子保持体１０を情報記録媒体として使用する場合、例えばパスポート、ＩＤ証、紙幣、クレジットカード、金券、商品券、その他のチケット、公的文書、個人情報や機密情報などの各種の情報を記録したその他の媒体、および金銭的価値のある他の媒体等に対し、本発明に係る光変調素子を応用することが可能であり、これらの偽造を防ぐことができる。ここでいうＩＤ証には、例えば国民ＩＤ証、免許証、会員証、社員証および学生証などが含まれる。光変調素子保持体１０において、光変調素子１１，１１１，２１１を保持する基材（図２の符合「４」参照）は、例えば紙、樹脂、金属、合成繊維、或いはこれらの組み合わせによって構成可能である。

また、上述の光変調素子保持体１０に対して本発明に係る光変調素子を任意の方法で適用することが可能であり、例えば、光変調素子保持体１０の表面への凹凸形成、転写、貼付、挟み込み、或いは埋め込み等の技法を使って、本発明に係る光変調素子を任意の物（すなわち光変調素子保持体１０）に保持させることができる。したがって、光変調素子保持体１０を構成する部材の一部を利用して光変調素子１１，１１１，２１１を形成してもよいし、光変調素子保持体１０に対して光変調素子１１，１１１，２１１を付加的に設けてもよい。

また上述の光変調素子１１，１１１，２１１は、単独で各種用途に利用されてもよいし、印刷層等の他の機能層と一緒に使用されて各種用途に利用されてもよい。

［ホログラム層の構成材料］
ホログラム層１を構成する材料は特に限定されないが、上述のように、各種樹脂によってホログラム層１を構成することが可能である。以下に、各種樹脂の具体例について列挙する。

ホログラム層１を構成する熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ−Ｇ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル変性ウレタン樹脂、エポキシ変性アクリル樹脂、エポキシ変性不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、ホログラム層１を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル酸エステル樹脂、アクリルアミド樹脂、ニトロセルロース樹脂、ポリスチレン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は単独重合体であっても２種以上の構成成分からなる共重合体であってもよい。また、これらの樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上述の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂は、各種イソシアネート化合物、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛等の金属石鹸、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド等の有機過酸化物、ベンゾフェノン、アセトフェノン、アントラキノン、ナフトキノン、アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルスルフィド等の熱或いは紫外線硬化剤を含んでいてもよい。

ホログラム層１を構成する電離放射線硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ変性アクリレート樹脂、ウレタン変性アクリレート樹脂、アクリル変性ポリエステル樹脂等が挙げられ、中でもウレタン変性アクリレート樹脂が好ましく、特に特開２００７−０１７６４３号公報で示される化学式で表されるウレタン変性アクリル系樹脂が好ましい。

上記電離放射線硬化性樹脂を硬化させる際には、架橋構造、粘度の調整等を目的として、単官能または多官能のモノマー、オリゴマー等を併用することができる。上記単官能モノマーとしては、例えば、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ビニルピロリドン、（メタ）アクリロイルオキシエチルサクシネート、（メタ）アクリロイルオキシエチルフタレート等のモノ（メタ）アクリレート等が挙げられる。また、２官能以上のモノマーとしては、骨格構造で分類するとポリオール（メタ）アクリレート（例えば、エポキシ変性ポリオール（メタ）アクリレート、ラクトン変性ポリオール（メタ）アクリレート等）、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、その他ポリブタジエン系、イソシアヌール酸系、ヒダントイン系、メラミン系、リン酸系、イミド系、ホスファゼン系等の骨格を有するポリ（メタ）アクリレート等が挙げられる。さらに、紫外線、電子線硬化性である種々のモノマー、オリゴマー、ポリマーが利用できる。

更に詳しくは、２官能のモノマーやオリゴマーとしては、例えば、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。３官能のモノマー、オリゴマー、ポリマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、脂肪族トリ（メタ）アクリレート等が挙げられる。４官能のモノマーやオリゴマーとしては、例えば、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、脂肪族テトラ（メタ）アクリレート等が挙げられる。５官能以上のモノマーやオリゴマーとしては、例えば、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等が挙げられる。また、ポリエステル骨格、ウレタン骨格、ホスファゼン骨格を有する（メタ）アクリレート等が挙げられる。官能基数は特に限定されるものではないが、官能基数が３より小さいと耐熱性が低下する傾向があり、また、２０を超える場合には柔軟性が低下する傾向があるため、特に官能基数が３〜２０の範囲内のものが好ましい。

上記のような単官能または多官能のモノマーやオリゴマーの含有量は適宜調整可能だが、通常、電離放射線硬化性樹脂１００重量部に対して５０重量部以下とすることが好ましく、中でも０．５重量部〜２０重量部の範囲内が好ましい。

また、ホログラム層１には必要に応じて、光重合開始剤、重合禁止剤、劣化防止剤、可塑剤、滑剤、染料や顔料などの着色剤、界面活性剤、消泡剤、レベリング剤、およびチクソトロピー性付与剤等の添加剤が適宜加えられてもよい。

ホログラム層１の膜厚は、ホログラム層１が自己支持性を有する場合、０．０５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内が好ましく、中でも０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であることが好ましい。一方、ホログラム層１が自己支持性を有さずに透明基材上に形成される場合、ホログラム層１の膜厚は、０．１μｍ〜５０μｍの範囲内が好ましく、中でも２μｍ〜２０μｍの範囲内とすることが好ましい。また、ホログラム層１のサイズ（例えば平面視サイズ）は、光変調素子１１，１１１，２１１の用途に応じて適宜設定可能である。

［他の変形例］
上述の各実施形態で用いられる光変調素子１１，１１１は、図３に示すように複数の要素素子２１，１２１から構成されているが、単一の要素素子２１，１２１によって光変調素子１１，１１１が構成されていてもよい。また、第３の実施形態で用いられる光変調素子２１１は、図１１に示すように複数の第１要素素子２１および複数の第２要素素子１２１から構成されているが、単一の第１要素素子２１および単一の第２要素素子１２１によって光変調素子２１１が構成されてもよい。

また各要素素子２１，１２１の平面視サイズおよび平面視形状も特に限定されず、各要素素子２１，１２１は任意のサイズおよび形状を有しうる。例えば、各要素素子２１，１２１の平面視形状を、正方形、長方形、台形等の四角形、他の多角形状（例えば三角形、五角形、六角形等）、真円、楕円、他の円形、星型形状、或いはハート型形状等であってもよく、光変調素子１１，１１１，２１１は２種類以上の平面視形状の要素素子２１，１２１を有していてもよい。

また光変調素子１１，１１１，２１１には、任意の機能層が付加されてもよく、例えば透明蒸着層によって光変調素子１１，１１１，２１１を覆ってもよい。特に光沢を持たない透明蒸着層を設けることによって、光変調素子１１，１１１，２１１が光沢を持つことを防いで、光変調素子１１，１１１，２１１を隠蔽することもできる。光変調素子１１，１１１，２１１を隠蔽する観点から、そのような透明蒸着層の全光線透過率は、８０％以上であることが好ましく、とりわけ９０％以上であることがより好ましい。また反射性の蒸着層によって光変調素子１１，１１１，２１１を覆うことにより、透明性を有する反射層を形成することができる。反射性蒸着層の構成材料として、例えばＺｎＳやＴｉＯ_２等が挙げられる。これらの材料を単独で用いて蒸着層が構成されてもよいし、２以上の材料が組み合わされて蒸着層が構成されてもよい。

ホログラム層１上（特に凹凸面１ａ，１０１ａ上）に設けられる蒸着層の厚みは、所望の反射性、色調、デザインおよび用途等の観点から適宜に設定でき、例えば５０Å〜１μｍの範囲内であることが好ましく、中でも１００Å〜１０００Åの範囲内であることが好ましい。特に、蒸着層の透明性を優先する場合には蒸着層の厚みは２００Å以下であることが好ましい一方で、蒸着層の隠蔽性を優先する場合には蒸着層の厚みは２００Åを超える厚みであることが好ましい。また蒸着層の形成方法としては、蒸着層の一般的な形成方法を採用でき、例えば真空蒸着法、スパッタリング法およびイオンプレーティング法等が挙げられる。

［比較例］
次に、図１２Ａ〜図１３Ｂを参照して、上述の実施形態の比較例について説明する。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、本比較例の光変調素子を示す図である。図１３Ａおよび図１３Ｂは、本比較例の光変調素子を構成する要素素子の回折効率特性を示すグラフである。

図１２Ａおよび図１２Ｂに示す光変調素子３１１は、従来型の光変調素子であり、反射観察でも透過観察でも同じ光像１００ｃが観察される。図１３Ａおよび図１３Ｂに示す例において、光変調素子３１１を構成する要素素子３２１は、屈折率ｎが１．５の材料で構成され、その凹凸面３０１ａは４段の段数を有し、その凹凸面３０１ａの１段当たりの段差ｄは１５０ｎｍである。このように構成された要素素子３２１の反射光の光路長差は、１段階当たり４５０ｎｍとなる。また、このように構成された要素素子３２１の透過光の光路長差は、屈折率が１．０の空気環境下において使用される場合、１段階当たり７５ｎｍとなる。

図１３Ａから理解されるように、要素素子３２１についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、２０％以上である。また、図１３Ｂから理解されるように、要素素子３２１についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、２０％以上である。

具体的には、図１３Ａから理解されるように、要素素子３２１についての反射による１次回折光および−１次回折光は、いずれも、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ｃを再生するのに十分な回折効率で回折される。一方、図１３Ｂから理解されるように、要素素子１２１についての透過による１次回折光は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、光像１００ｃを再生するのに十分な回折効率で回折される。このことは、光変調素子３１１を反射観察した場合も透過観察した場合も、光像１００ｃを観察することが可能であることを意味する。

そして、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、光変調素子３１１を反射観察した場合に観察される光像と、光変調素子３１１を透過観察した場合に観察される光像とは、同じ光像１００ｃである。

本発明は、上述の実施形態には限定されない。例えば、上述の実施形態および変形例の各要素に各種の変形が加えられてもよい。また、上述の構成要素および／または方法以外の構成要素および／または方法を含む形態も、本発明の実施形態に含まれうる。また、上述の構成要素および／または方法のうちの一部の要素が含まれない形態も、本発明の実施形態に含まれうる。また、本発明のある実施形態に含まれる一部の構成要素および／または方法と、本発明の他の実施形態に含まれる一部の構成要素および／または方法とを含む形態も、本発明の実施形態に含まれうる。したがって、上述の実施形態および変形例、および上述以外の本発明の実施形態の各々に含まれる構成要素および／または方法同士が組み合わされてもよく、そのような組み合わせに係る形態も本発明の実施形態に含まれうる。また、本発明によって奏される効果も上述の効果に限定されず、各実施形態の具体的な構成に応じた特有の効果も発揮されうる。このように、本発明の技術的思想および趣旨を逸脱しない範囲で、特許請求の範囲、明細書、要約書および図面に記載される各要素に対して種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ ホログラム層
１ａ、１０１ａ、３０１ａ 凹凸面
２ 反射層
４ 透明基材
１０ 光変調素子保持体
１１、１１１、２１１、３１１ 光変調素子
２１、１２１、３２１ 要素素子
５１ 光源
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 光像

Claims (8)

1. 入射光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、
   前記要素素子は、凹凸面を有し、
   前記要素素子についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、前記要素素子についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下であり、
   前記要素素子は、フーリエ変換ホログラムとして構成されている、光変調素子。
2. 入射光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、
   前記要素素子は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面を有し、
   前記要素素子についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、前記要素素子についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である、光変調素子。
3. 前記要素素子は、フーリエ変換ホログラムとして構成されている、請求項２に記載の光変調素子。
4. 入射光の位相を変調することで光像を再生する第１要素素子および第２要素素子を備え、
   前記第１要素素子は、凹凸面を有し、前記第２要素素子は、５段階以上の異なる高さを含む凹凸面を有し、
   前記第１要素素子についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、前記第１要素素子についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下であり、
   前記第２要素素子についての透過による１次回折光の回折効率の波長分布および透過による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が２０％以上であり、前記第２要素素子についての反射による１次回折光の回折効率の波長分布および反射による−１次回折光の回折効率の波長分布における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が１０％以下である、光変調素子。
5. 前記第１要素素子および前記第２要素素子は、フーリエ変換ホログラムとして構成されている、請求項４に記載の光変調素子。
6. 前記第１要素素子についての反射による１次回折光または反射による−１次回折光の光像と、前記第２要素素子についての透過による１次回折光または透過による−１次回折光の光像とは、異なる、請求項４または５に記載の光変調素子。
7. 前記第１要素素子および前記第２要素素子は、同一平面上に並んで配置されている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の光変調素子。
8. 前記第１要素素子および前記第２要素素子は、前記光変調素子の厚み方向に並んで配置されている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の光変調素子。

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