JP2005301066A - 立体像表示体およびその観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正常な立体像の観察を容易にかつ確実にし、特に短時間に真偽判定を可能としながら真偽判定の確実性を向上させると共に、偽造防止効果も向上させること。
【解決手段】本発明の立体像表示体１０によれば、第１のブレーズド格子で構成されてなり、第１のブレーズド格子の回折効率または面積を複数の画素１２のうちの対応する画素１２の輝度に対応させることによって、回折光の強度分布を各画素１２毎に設定することを可能とした第１の素子Ａと、第１のブレーズド格子と視差方向Ｓを対称軸として対称な凹凸形状および格子パターンを有し、第１のブレーズド格子と回折効率および面積をほぼ同一とする第２のブレーズド格子で構成されてなり、第１の素子Ａの近傍に配置された第２の素子Ｂとからなる複数の対を、対応する画素１２の位置に配置することによって各画素１２を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回折パターンにしたがって出射される回折光を用いて立体像（３次元画像）を表示する立体像表示体、およびこの立体像表示体によって表示された立体像の観察方法に係り、更に詳しくは、この立体像が観察されることによって効果的に真偽判別がなされる立体像表示体と、その観察方法の改良に関する。

両眼視差に基づく立体像を表示し、表示した立体像を観察する上で、左右方向（両眼の配置方向）に配列した視差を持つ２次元画像（視差画像）を、左右の目でそれぞれ異なる画像を視覚することが、立体感を得る手法として一般的に行なわれている。

アナグリフ法（青赤メガネ）や偏光メガネを用いる手法とは別に、特殊な器具の不要な手法として、左右方向に並列したストライプ状のバリアを通して、視差を持つ複数枚の２次元画像が同一画面内に合成された画像（以下、「合成画像」と称する）を観察する手法や、ストライプ状のバリアに代えて、左右方向に周期性を持つレンズであるレンチキュラーレンズにより、合成画像を左右の目で分離して視覚することが行われている。

また、回折格子からなるパターンにより立体像を表示する手法として、本出願人による特開平３−２０６４０１号公報（特許文献１）および特開平５−２１４８号公報（特許文献２）などに提案されている。

上記の手法は、画素として、視差を持たせる方向，すなわち表示光（１次回折光）を出射させる方向に応じた回折格子（格子方向が異なる）からなるセルを用い、その方向毎に前記セルを使い分けて、合成画像を形成する手法である。

図１７（ａ）に示すように、被写体となる３次元物体Ｊ１，Ｊ２を、カメラＫ１〜Ｋ４を用いてＣ１〜Ｃ４の種々の方向から撮影した２次元画像について、Ｃ１〜Ｃ４の各方向に応じた１次回折光を出射する４種類の回折格子セルを用いて、合成画像を形成した場合、図１７（ｂ）に示すように、Ｐ１〜Ｐ４の各方向に応じた（それぞれ、Ｃ１〜Ｃ４の方向から撮影した）２次元画像が表示再生されることになる。この場合、観察者の左目がＰ２（Ｃ２）、観察者の右目がＰ３（Ｃ３）の方向から撮像された画像を視覚するため、立体感を伴って感じられることになる。

回折格子が直線であると、１次回折光の出射方向が限られる。このため、図１８（ａ）の平面図（４×１のセルＥで１つの画素３０を構成している場合）における各セルＥに示すように、曲線の集まりからなる格子（格子ピッチｄ）を用いると、図１８（ｂ）に示すように、出射方向に広がりを持たせることが可能となり、照明光として作用する入射光Ｉが入射した場合、隣接するセルＥ間で１次回折光Ｄが出射しない領域Ｖを少なくすることが可能となる。

このことは、観察者が左右方向に視点を移動した際に、視覚される視差画像が飛びを伴って感じられることを防ぎ、滑らかに視差が変化することに寄与する。

このような回折格子を用いた立体像表示手法やレインボーホログラム技術を使った立体像表示手法は、非常に微細な凹凸構造により構成することが可能であり、薄い媒体として機能を実現することが出来るために応用形態を選ばず、立体像を表示可能であるために目視での真偽判定が容易であり、更に製造が比較的困難であるために偽造防止効果が高く、特にセキュリティ性の要求される用途において幅広く使用されている。
特開平３−２０６４０１号公報 特開平５−２１４８号公報

しかしながら、このような回折格子やレインボーホログラムを使った立体像表示体およびその観察方法は、通常、上方向からの入射光に対してのみ正確な立体像を表示するように作られている。この場合、下方向からの入射光に対しては、立体感の奥行きを反転した立体像（シュードスコピックな像）を表示してしまい、立体像を正しく観察することが難しくなるという問題がある。この事実は、上方向からの入射光によって照明が得られている場合でも、立体像表示体を上下逆に置いて観察すると、同様に立体感が反転してしまうことにもなる。すなわち、これらの立体像表示体を手に取ったときに観察された像が正しいものかどうかを判断することは事実上困難であり、真偽判定の基準として立体像の立体感などを利用することが出来ない。

また、通常の回折格子やレインボーホログラムは、比較的構成が簡単であるため、模造、偽造、光学的複製などの危険性が高まりつつあるという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、正常な立体像の観察を容易にかつ確実にし、特に短時間に真偽判定を可能としながら真偽判定の確実性を向上させると共に、偽造防止効果も向上させた立体像表示体およびその観察方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、請求項１の発明は、予め定められた格子パターンで構成された複数の素子から構成され視差画像を形成する複数の画素を備えてなり、格子パターンにしたがって視差画像が観察される視差方向に回折される回折光を用いて両眼視差に基づく立体像を表示する立体像表示体であって、第１の素子と、第２の素子とからなる複数の対を、対応する画素の位置に配置することによって各画素を構成している。

ここで、第１の素子は、第１のブレーズド格子で構成されてなり、第１のブレーズド格子の回折効率または面積を複数の画素のうちの対応する画素の輝度に対応させることによって、回折光の強度分布を各画素毎に設定することを可能としている。また、第２の素子は、第１のブレーズド格子と視差方向を対称軸として対称な凹凸形状および格子パターンを有し、第１のブレーズド格子と回折効率および面積をほぼ同一とする第２のブレーズド格子で構成されてなり、第１の素子の近傍に配置されている。

上述したように、請求項１の発明では、このように第１の素子と、第２の素子とからなる素子の対を設けることにより、上方向より入射した入射光に対してと、下方向より入射した入射光に対して、実質的にそれぞれ対応するブレーズド格子の素子のみが光を回折しながら、どちらの素子によっても一定の光強度で同一方向に光が射出される。このため、表示される立体像も立体感も含めて同一となり、極めて安定した立体像の観察が容易に可能となる。

なお、入射光は上下方向に限らず、一般的な照明条件下でシュードスコピックな像を観察することはほとんど無くなる。また、上方向、下方向の入射光を同時にもしくは交互に切り換えて照明すると、従来の回折格子やレインボーホログラムの方法では立体感が反転するなどの問題が生じるが、本発明では安定して、正しい立体感を持った表示像を得ることが出来る。これらの効果により、極めて正確かつ容易に真偽判定を行うことも可能となる。

なお、ここで、上方向、下方向の入射光は、視差方向を対称軸とし、かつ立体像表示体の表面の法線に対して対称となる関係であることが望ましいが、おおよそこのような関係であれば、上方向、下方向の入射光による同時照明や切り替えによる視覚効果は十分に確認できる。また、上方向、下方向の入射光が大きく違う条件であった場合でも、十分に強い回折光が観察できる条件下であれば、入射光の切り換えにより立体像の見え方が変化するのみであり、常に正しい立体感を伴った立体像が得られる。

更に、本発明の立体像表示体は素子毎にブレーズド格子から構成されているので、極めて模造が困難であり、更に光学的複製も不可能である。なぜなら光学的にホログラム技術により複製したものは正弦波状もしくは矩形状の断面形状を有する構造になり、偽の立体像も同時に表示する表示体となり、本発明の立体像表示体とは全く異なるものとなるからである。このため、模造・偽造・複製物の識別に対して高い効果を有する。

請求項２の発明は、各第１の素子からの回折光の視差方向の強度分布と、各第２の素子からの回折光の視差方向の強度分布とが、ともにほぼ連続的になるようにした請求項１の発明の立体像表示体である。

従って、請求項２の発明では、立体像表示体を観察時に連続的な視域を形成し、視域内のどこからでも安定した高品位な立体像を観察することが可能となる。

請求項３の発明は、格子パターンは、曲線の格子縞からなる請求項１または請求項２の発明の立体像表示体である。

従って、請求項３の発明では、立体像表示体を観察時に連続的な視域を形成する素子を簡便に設計・形成でき、視域内のどこからでも安定した高品位な立体像を観察可能にする立体像表示体を容易に作製できるようになる。

請求項４の発明は、両眼視差に基づく立体像を表示する立体像表示体であって、第１の素子と、第２の素子とからなる複数の対を配置することによって構成している。

しかしながら、ここでは、第１の素子は、微小な凹凸構造からなるレインボーホログラム型のキノフォームをストライプ状、またはドット状に分割してなる複数の領域をそれぞれ構成しており、第２の素子は、第１の素子のキノフォームと視差方向を対称軸として対称な凹凸形状および表面パターンを有し、第１の素子の近傍に配置されている。

従って、請求項４の発明では、上方向より入射した入射光に対してと、下方向より入射した入射光に対して、互いに対になっている第１および第２の素子のうち、実質的にそれぞれ対応するキノフォームの素子のみが光を回折しながら、どちらの素子によっても同一の光強度分布を有する光が射出される。このため、表示される立体像も立体感も含めて同一となり、極めて安定した立体像の観察が容易に可能になる。入射光は上下方向に限らず、一般的な照明条件下でシュードスコピックな像を観察することはほとんど無くなる。

また、上方向、下方向の入射光を同時にもしくは交互に切り換えて照明すると、従来の回折格子やレインボーホログラムの方法では立体感が反転するなどの不具合が生じるが、本発明では安定して、正しい立体感を持った表示像を得ることが出来る。これらの効果により、極めて正確かつ容易に真偽判定を行うことも可能となる。

なお、ここで、上方向、下方向の入射光は、視差方向を対称軸とし、かつ立体像表示体の表面の法線に対して対称となる関係であることが望ましいが、おおよそこのような関係であれば、上方向、下方向の入射光による同時照明や切り替えによる視覚効果は十分に確認できる。また、上方向、下方向の入射光が大きく違う条件であった場合でも、十分に強い回折光が観察できる条件下であれば、入射光の切り換えにより立体像の見え方が変化するのみであり、常に正しい立体感を伴った立体像が得られる。

更に、本発明の立体像表示体は素子毎にキノフォームから構成されているので、極めて模造が困難であり、更に光学的複製も不可能である。というのも、光学的にホログラム技術により複製したものは正弦波状もしくは矩形状の断面形状を有する構造になり、偽の立体像も同時に表示する表示体となり、本発明の立体像表示体とは全く異なるからである。このため、模造・偽造・複製物を認識する場合に高い効果を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明の立体像表示体において、第１および第２の素子が配置された配置面に、第１および第２の素子以外の回折光学素子を配置している。

例えば、入射光の入射方向によって、前述した第１および第２の素子とは異なる視覚効果を呈する回折光学素子を並べることにより、第１および第２の素子と、この回折光学素子との視覚効果の差により、一層明確に真偽判定を行うことが可能となる。

このような回折光学素子の例としては、断面形状が正弦波状、矩形波状などの回折格子やホログラムの他、ブレーズド格子やキノフォームなどを用いても良い。前者の場合、入射光の入射方向の切り替えにより、回折光の射出方向が異なり、常に正しく表示される立体像との差が明確になる。後者の場合、入射光の入射方向の切り替えにより、回折光の強弱が激しく変化し、常に正しく一定の輝度で表示される立体像との差が明確になる。

請求項６の発明は、回折光学素子により、立体像もしくは２次元的な図柄もしくは幾何学的パターンを表示するようにした請求項５の発明の立体像表示体である。

この場合、立体像表示と回折光学素子による表示との視覚効果の差として、以下の効果が得られる。すなわち、回折光学素子として断面形状が正弦波状、矩形波状などの回折格子やホログラムを用いる場合、入射光の入射方向の切り替えにより、回折光の射出方向が異なり、図柄もしくは幾何学的パターンなどが観察できる方向が変化する。このため、一定の視点から観察すると像が変化して見えたり、特に立体像の表示時にはシュードスコピックな像となるため、常に正しく表示される立体像との差が明確になる。回折光学素子としてブレーズド格子やキノフォームを用いると、入射光の入射方向の切り替えにより、回折光の強弱が激しく変化し、常に正しく一定の輝度で表示される立体像との差が明確になる。

請求項７の発明は、各画素の縦方向寸法および横方向寸法ともに３００μｍ以下とした請求項１乃至６のうち何れか１項の発明の立体像表示体である。

従って、一般的な観察条件下において、対となる第１の素子と第２の素子同士が観察者の目の解像限界以下の距離となり、入射光の入射方向を切り換えた際には観察される立体像の変位が感じられず、一方、対となる入射光を同時に入射させた場合、対となる素子による立体像が同一位置に表示されているように感じられるため、ぼけなどが発生しない。従って、安定して高品位な立体像を表示できるようになる。

請求項８の発明は、各第１の素子、および各第２の素子はそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの３つの波長に対応する３種類の部分素子からなる請求項１乃至７のうち何れか１項の発明の立体像表示体である。

従って、表示する立体像をフルカラーとすることができ、一層本発明の立体像表示体の効果を際だたせることができ、容易に正確な真贋判定を行うことが可能となる。

請求項９の発明は、請求項１乃至８のうち何れか１項の発明の立体像表示体に対する照明光の入射方向を、立体像表示体の表面にほぼ直交する平面内に含まれる第１の方向と、視差方向を対称軸とし、かつ立体像表示体の表面に対する法線に対して対称な第２の方向との２つとし、第１の方向からの照明光の入射と、第２の方向からの照明光の入射とを同時もしくは交互に切り換えながら、第１または第２の入射方向からの照明光が立体像表示体で回折してなる回折光によって形成される立体像を、表面側から観察するようにした方法である。

従って、表示される立体像が２つの入射光の切り換えによって変化しない状態を容易につくることができ、あるいは２つの入射光の同時照明によって入射光が片方だった場合の２倍の明るさでぼけのない正しい立体像を観察することができ、確実な真偽判定が行える。仮に、従来の回折格子やホログラムによる立体像表示体を本観察方法で観察すると、入射光の切り換えによって立体像の奥行きが反転したり、２つの入射光の同時照明によって奥行きの判定した立体像と正しい立体像が重なったりといった明らかな変化が見られるため、本発明の立体像表示体との区別が容易である。

請求項１０の発明は、第１の方向が含まれる平面を、視差方向とほぼ直交するようにした請求項９の発明の方法である。

従って、立体像表示体によって表示される立体像における２つの入射光による差異を極限まで小さくでき、また観察における最適な照明状態を容易に実現することができるため、極めて簡便に確実な真偽判定が行える。

本発明によれば、正常な立体像の観察を容易にかつ確実にし、特に短時間に真偽判定を可能としながら真偽判定の確実性を向上させると共に、偽造防止効果も向上させることが可能な立体像表示体およびその観察方法を実現することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る立体像表示体の平面構成例を示す概念図であり、図１（ｂ）は、この立体像表示体の画素を構成している素子Ａ，Ｂの配置例を示す拡大図である。図中、横方向をｘ方向、縦方向をｙ方向、奥行き方向をｚ方向としている。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る立体像表示体１０は、Ｈ×Ｗからなる長方形状の画素１２を格子状に規則的に配置してなり、図１（ａ）に示す横方向が視差方向Ｓとなる。また、図１（ｂ）に示すように、画素１２は、１×５の素子Ａ（Ａ１〜Ａ５）と、１×５の素子Ｂ（Ｂ１〜Ｂ５）とを対面配列した２×５の素子からなっている。素子Ａ１〜Ａ５、素子Ｂ１〜Ｂ５は、ともに同寸法（縦Ｈ／２、横Ｗ／５）の長方形状をしている。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、素子Ａの平面図および立面図の例であり、図３（ａ）および図３（ｂ）は、素子Ｂの平面図および立面図の例である。素子Ａと素子Ｂとは互いに１つづつで対を形成しており、図１（ｂ）に示すように、対になっている素子同士（素子Ａ１と素子Ｂ１、素子Ａ２と素子Ｂ２、素子Ａ３と素子Ｂ３、素子Ａ４と素子Ｂ４、素子Ａ５と素子Ｂ５）が隣接して配置している。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、上方向からの入射光Ｉの素子Ａにおける回折現象を例示する説明図であり、図５（ａ）および図５（ｂ）は、下方向からの入射光Ｉの素子Ａにおける回折現象を例示する説明図である。

すなわち、本実施の形態に係る立体像表示体１０は、観察時の画素１２内に素子Ａ，Ｂからなる対を複数備え、それと同数の視差画像を、素子Ａまたは素子Ｂを用いて表示することにより、両眼視差による立体像表示を行うものである。

素子Ａ１〜Ａ５は、それぞれ異なる複数の方向から見た場合の被写体の２次元画像、すなわち視差画像を構成する画素に相当し、それぞれ対応する方向に回折光を射出する機能を持つ。ここで、立体像表示体１０上の画素１２の位置に対して、立体像を表示するための視差画像上の対応する位置に当たる画素の輝度（明暗）を、それぞれ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５の回折効率あるいは面積によって対応させることにより、もとの視差画像の濃淡を再現しつつ、各視差画像がそれぞれの方向からのみ観察できるようにすることができ、両眼視差による立体像表示を実現する。

また、素子Ｂ１〜Ｂ５は、視差方向Ｓを対称軸として素子Ａ１〜Ａ５を構成するブレーズド格子と対称な凹凸形状および格子パターンを有するものである。従って、上方向や下方向からの入射光Ｉ、すなわち視差方向Ｓに直交する方向に比較的近い方向で、視差方向Ｓを軸として対称となるような入射光Ｉに対して、素子Ａ１と素子Ｂ１、素子Ａ２と素子Ｂ２、素子Ａ３と素子Ｂ３、素子Ａ４と素子Ｂ４、素子Ａ５と素子Ｂ５がそれぞれ対応する入射光Ｉに対して同様の方向に回折光を射出する。

従って、前述のように素子Ａ１〜Ａ５を形成した場合、素子Ｂ１〜Ｂ５も対称的な入射光Ｉによって、前述と同一の立体像を表示することになる。

ここで、より具体的には、素子Ａおよび素子Ｂはそれぞれ、図２および図３のようなブレーズド格子から構成している。すなわち、図２および図３のブレーズド格子は、視差方向Ｓを対称軸として対称な凹凸形状および格子パターンを有し、回折効率および面積が略等しい関係になっている。

素子Ａは、上方向および下方向からの入射光Ｉに対して、それぞれ図４および図５のように振る舞う。すなわち、素子Ａのようなブレーズド格子においては、図４に示すように上方向からの入射光Ｉに対して極めて強い回折光Ｄを生じ、一方、図５に示すように下方向からの入射光Ｉに対しては上方向からの回折光Ｄに比べて極めて弱い回折光しか生じず、実質的に下方向からの入射光Ｉに対しては正反射光Ｔのみが射出しているものとして扱える。

ブレーズド格子で素子毎の射出光強度を変調するには、回折光強度を変化させることが必要であり、素子毎の面積を射出光強度に対応させて変える方法と、素子毎の回折効率を射出光強度に対応させて変える方法がある。後者の場合、ブレーズド格子の深さなどを変えることにより容易に実現できる。

従って、本実施の形態においては、上方向からの入射光Ｉに対して、素子Ａ１〜Ａ５により立体像が表示され、下方向からの入射光Ｉに対しては素子Ｂ１〜Ｂ５により立体像が表示され、両者が同一の立体像を表示するため、多くの照明条件下で、正しい奥行きを持った立体像を容易に観察することができる。これにより、真偽判定に本実施の形態に係る立体像表示体１０を用いた場合、立体像の確認は極めて容易に確実に、かつ短時間で行うことが出来、簡便かつ正確な真偽判定を実現できるようにしている。

また、本実施の形態に係る立体像表示体１０は、素子Ａ，Ｂ毎にブレーズド格子によって構成されているため、模造が極めて難しく、また光学的に複製する（レーザー光の干渉を利用し、ホログラムを複製する方法が代表的）と正弦波状、矩形波状などの断面形状を持つ回折格子としてしか再現できず、本実施の形態に係る立体像表示体１０の効果が失われるため、極めて信憑性の高いセキュリティ媒体として利用することができる。

なお、正弦波状、矩形波状などの断面形状を持つ回折格子Ｍは、図６および図７に示すように、上方向および下方向からの入射光Ｉに対してそれぞれ回折光Ｄが同様の光強度で、異なる方向に射出することになる。従って、従来の回折格子あるいはホログラムによる立体像表示体、あるいは本実施の形態に係る立体像表示体１０を光学的に複製した表示体では、上方向および下方向からの入射光Ｉに対してそれぞれ異なる表示状態を呈し、典型的には立体像の奥行きの反転などに帰結する。

また、観察者に十分な解像度を有する立体像を提供するためには、見た目の画素の大きさを、観察者の視力（目の分解能）による識別能力を上回る微細化を行えば十分である。通常の観察条件を考慮すると、画素１２の縦方向の寸法Ｈ，横方向の寸法Ｗ共に３００μｍ以下であることが望ましい。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る立体像表示体１０は、図８（ａ）に示すように、複数の画素１４を正方格子状に配置して構成してなる。更に各画素１４は、図８（ｂ）に示すように、第１の実施の形態に係る立体像表示体の素子Ａ，Ｂに、曲線パターンから成るブレーズド格子を用いている。

ここでは、素子Ａ，Ｂの縦方向の面積を変えることにより、対応する視差方向Ｓへの回折光Ｄの強度を変化させている。この場合も、第１の実施の形態と同様に、それぞれ対をなす素子Ａと素子Ｂ（素子Ａ１’と素子Ｂ１’、素子Ａ２’と素子Ｂ２’、素子Ａ３’と素子Ｂ３’、素子Ａ４’と素子Ｂ４’、素子Ａ５’と素子Ｂ５’）とは同一の面積であり、視差方向Ｓを対称軸として素子Ａを構成するブレーズド格子と、素子Ｂを構成するブレーズド格子とが対称な凹凸形状および格子パターンを持つようにしている。

しかし、曲線のブレーズド格子を素子として用いているため、視差方向Ｓにおいて、射出する回折光Ｄの強度分布を素子毎に設定することが容易であり、その射出方向にある程度の範囲を持たせることができる。これにより、少ない視差数（視差画像数）の場合でも、視域内での観察される回折光強度を一様にしつつ、視域を大きくさせることができる。

更に図８（ｂ）に示すように、素子Ａ１’〜Ａ５’から構成される曲線パターン、および素子Ｂ１’〜Ｂ５’から構成される曲線パターンを、それぞれお互いに連続的なパターンとすることにより、視域内における視差画像の切り替わりを滑らかにし、視域内の視点位置に依存しない高品位な立体像を観察可能とすることができ、視点移動時にも観察者に自然な立体感を与えることができる。

もちろん、第１の実施の形態と同様に、対をなす素子Ａと素子Ｂとの対称性により、上方向および下方向の何れの入射光Ｉに対しても同じように自然で正しい奥行きを持った立体像を安定して表示させることが可能となる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る立体像表示体１０は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、第１の実施の形態に係る立体像表示体の素子Ａ，Ｂとしてブレーズド格子の代わりにレインボーホログラム型キノフォームからなる素子α，βを用いている。キノフォームは回折光Ｄの光強度分布を適宜設計可能な素子であるため、第１の実施の形態における立体像表示体１０のための複数個の素子Ａ１〜Ａ５（または素子Ｂ１〜Ｂ５）の役割を１つの素子α（または素子β）で実現することが出来る。したがって、図９（ｂ）に示すように、一対の素子α，βで画素１６を構成している。しかし、キノフォームも微視的にはブレーズド格子と同様に作用するため、適切な設計を行うことにより、第１の実施の形態と同様の視覚効果を実現することが出来る。

具体的には、図９（ｂ）のようにレインボーホログラム型キノフォームをストライプ状、もしくはドット状の複数の領域に分割し、各領域を素子αとし、視差方向Ｓを対称軸として素子αを構成するキノフォームと対称な凹凸形状および表面パターンを有する素子βを、対をなす素子αの近傍に配置する。このとき、素子αと素子βとは、図１０と図１１とに示すような対となる。

従って、こうして形成された第３の実施の形態の立体像表示体１０は、上方向からの入射光Ｉに対して素子αにより立体像を表示し、下方向からの入射光Ｉに対しては素子βにより立体像を表示する。これら立体像は同一である。したがって、多くの照明条件下で、正しい奥行きを持った立体像を容易に観察することができる。これにより、真偽判定に本実施の形態に係る立体像表示体１０を用いた場合、立体像の確認は極めて容易に確実に、かつ短時間で行うことが出来、簡便かつ正確な真偽判定を実現できる。

また、本実施の形態に係る立体像表示体１０は、素子毎にキノフォームによって構成されているため、模造が極めて難しく、また光学的に複製すると正弦波状、矩形波状などの断面形状を持つ通常のレインボーホログラムとしてしか再現できず、入射光Ｉによって容易に立体像の奥行きが変化してしまうなど、本実施の形態に係る立体像表示体１０とは全く異なるものとなる。従って、本実施の形態に係る立体像表示体１０は極めて信憑性の高いセキュリティ媒体として利用することができる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る立体像表示体１０は、図１２に示すように、第１および第２の実施の形態に係る立体像表示体の素子Ａおよび素子Ｂのそれぞれを、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した３種類の素子Ａｒ，Ａｇ，Ａｂおよび素子Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂから構成している。

前述した第１から第３までの実施の形態では、素子を構成するブレーズド格子やキノフォームのy方向における空間周波数が一定の場合、単色の立体像を観察することができる。一方、ｙ方向における空間周波数を適切に設定することにより、観察時の波長を任意に選択することができる。

すなわち、図１２あるいは図１３のようにＲ，Ｇ，Ｂの３色に対応したy方向の空間周波数を持った素子Ａｒ，Ａｇ，Ａｂおよび素子Ｂｒ，Ｂｇ，Ｂｂを用いることにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の組み合わせによるフルカラーの立体像を表示することができる。

図１２（ｂ）は、任意の画素１８についてそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの３原色に相当する各素子Ａｒ（Ａｒ１，Ａｒ２，・・・Ａｒｎ），Ａｇ（Ａｇ１，Ａｇ２，・・・Ａｇｎ），Ａｂ（Ａｂ１，Ａｂ２，・・・Ａｂｎ）と、これらと対になる各素子Ｂｒ（Ｂｒ１，Ｂｒ２，・・・Ｂｒｎ），Ｂｇ（Ｂｇ１，Ｂｇ２，・・・Ｂｇｎ），Ｂｂ（Ｂｂ１，Ｂｂ２，・・・Ｂｂｎ）とをそれぞれ隣接して配置している。素子Ａｒ（Ａｒ１，Ａｒ２，・・・Ａｒｎ）および素子Ｂｒ（Ｂｒ１，Ｂｒ２，・・・Ｂｒｎ）は視差画像のＲ成分に対応し、素子Ａｇ（Ａｇ１，Ａｇ２，・・・Ａｇｎ）および素子Ｂｇ（Ｂｇ１，Ｂｇ２，・・・Ｂｇｎ）は視差画像のＧ成分に対応し、素子Ａｂ（Ａｂ１，Ａｂ２，・・・Ａｂｎ）および素子Ｂｂ（Ｂｂ１，Ｂｂ２，・・・Ｂｂｎ）は視差画像のＢ成分にそれぞれ対応する。

図１３は、本実施の形態に係る立体像表示体の変形例を示すものである。図１３に示す立体像表示体１０のように、必ずしも対となる素子を隣接して配置する必要はない。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、この立体像表示体１０を構成している画素２０は、ｙ方向に沿って素子Ａｒ、素子Ａｇ、素子Ａｂ、素子Ｂｒ、素子Ｂｇ、素子Ｂｂの順に配置されてなっており、対である素子Ａｒと素子Ｂｒ、素子Ａｇと素子Ｂｇ、素子Ａｂと素子Ｂｂが隣接して配置されていない。

しかしながら、対となる素子同士が必ずしも隣接して配置していなくても、十分近くに配置しておけば、観察者には同一位置にある点と認識されるため、表示像の品質低下を招くことはない。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係る立体像表示体１０は、図１４（ａ）に示すように、第１から第４の実施の形態で説明したような画素２２を構成している一対の素子Ａ，Ｂの他に、回折光学素子Ｑを含んでいる。これにより、例えば、立体像もしくは２次元的な図柄もしくは幾何学的パターンを表示することができる。

この回折光学素子Ｑによる表示像は、上方向および下方向の入射光Ｉの切り換えやこれらの同時入射に対する立体像の安定性とは異なり、これら入射光Ｉの変化により大きな立体像の変化を生じる。

この回折光学素子Ｑにより立体像を表示した場合には、入射光Ｉの切り換えにより立体像の奥行きの反転が起こるが、これと、前述した安定した立体像表示効果との対比により、視覚効果が一層際だち、視覚的にも楽しく、また真偽判定も一層容易となる。

回折光学素子Ｑにより２次元的な図柄を表示した場合には、入射光Ｉの切り換えにより表示像が変化しないようにすることも可能であり、前述した安定した立体像表示効果との組み合わせが容易である。

回折光学素子Ｑにより幾何学的パターンを表示した場合には、入射光Ｉの切り換えにより表示像が大きく変化するようにすることも可能であり、前述した安定した立体像表示効果との対比により、視覚効果を一層際だたせ、真偽判定が一層容易となる。

更に、回折光学素子Ｑとして、対とならないブレーズド格子やキノフォームを使用することにより、入射光Ｉの切り換えにより対となっていない部分のみを明暗を変化させて表示することができ、視覚効果を一層際だたせ、真偽判定が一層容易となるとともに、偽造・模造などを一層困難にすることができる。特に、この明暗を利用して、ロゴマークなどを表示すると、一層視覚効果的に優れたものとなり、真偽判断が容易になる。

（第６の実施の形態）
本実施の形態は、立体像表示体の観察方法に関する。この方法は、図１５に示すように、第１から第５の実施の形態で説明したような立体像表示体１０に対して、上方向および下方向からの入射光Ｉを同時もしくは交互に切り換えることにより入射し、立体像表示体１０のほぼ正面方向から観察する方法である。

上方向および下方向として、具体化には、立体像表示体１０の表面とほぼ直交する平面Ｆ１内に有する第１の方向ｆ１（入射光Ｉ１の方向）と、視差方向Ｓを対称軸とし、かつ立体像表示体１０の表面の法線（ｚ方向）に対して対称となる第２の方向ｆ２（入射光Ｉ２の方向）との２つにすることにより、同一画素において対で配置される素子Ａ，Ｂ（または素子α，β）に対する２つの入射光条件をそれぞれ等価とすることができ、入射光Ｉ１および入射光Ｉ２のうちの何れの入射光からも観察者に対して同一の立体像を観察可能とすることができる。なお、図１５において、平面Ｆ２は、入射光Ｉ２の第２の方向ｆ２を含む平面であり、平面Ｆ３は、視差方向Ｓに対してほぼ直交する平面である。

従って、立体像表示体１０から表示される立体像が、２つの入射光Ｉ、すなわち入射光Ｉ１と入射光Ｉ２とを切り換えても変化しない状態を容易につくることができ、あるいは２つの入射光Ｉ１および入射光Ｉ２の同時照明によって入射光Ｉが片方だった場合の２倍の明るさでぼけのない正しい立体像を観察することができ、確実な真偽判定が行える。仮に、従来の回折格子やホログラムによる立体像表示体を本観察方法で観察すると、入射光Ｉの切り換え（入射光Ｉ１から入射光Ｉ２、または入射光Ｉ２から入射光Ｉ１）によって立体像の奥行きが反転したり、２つの入射光Ｉ１，Ｉ２の同時照明によって奥行きの判定した立体像と正しい立体像が重なったりといった明らかな変化が見られるため、本発明の立体像表示体との区別が容易である。特に立体像の認識という瞬時に判断できる方法を利用しているため、極めて短時間に確実な真偽判定が実現できる。

ここで、図１６のように第１の方向ｆ１が、視差方向Ｓとほぼ直交する平面Ｆ３に存在するようにすれば、立体像表示体１０によって表示される立体像における２つの入射光Ｉ１，Ｉ２による差異を極限まで小さくでき、また観察における最適な照明状態を容易に実現することができるため、極めて簡便に確実な真偽判定に適する。

以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

第１の実施の形態に係る立体像表示体の構成例を示す平面図と、この立体像表示体の画素を構成している素子の配置例を示す拡大図。 素子Ａの一例を示す平面図および立面図。 素子Ｂの一例を示す平面図および立面図。 上方向からの入射光のブレーズド格子における回折現象を例示する説明図。 下方向からの入射光のブレーズド格子における回折現象を例示する説明図。 上方向からの入射光の正弦波状格子における回折現象を例示する説明図。 下方向からの入射光の正弦波状格子における回折現象を例示する説明図。 第２の実施の形態に係る立体像表示体の構成例を示す平面図と、この立体像表示体の画素を構成している素子の配置例を示す拡大図。 第３の実施の形態に係る立体像表示体の構成例を示す平面図と、この立体像表示体の画素を構成している素子の配置例を示す拡大図。 キノフォームによって構成された素子αの一例を示す平面図と立面図。 キノフォームによって構成された素子βの一例を示す平面図と立面図。 第４の実施の形態に係る立体像表示体の構成例を示す平面図と、この立体像表示体の画素を構成している素子の配置例を示す拡大図。 第４の実施の形態に係る立体像表示体の別の構成例を示す平面図と、この立体像表示体の画素を構成している素子の配置例を示す拡大図。 第５の実施の形態に係る立体像表示体の構成例を示す平面図と、この立体像表示体の画素を構成している素子の配置例を示す拡大図。 第６の実施の形態に係る観察方法の一例を説明するための図。 第６の実施の形態に係る観察方法の別の例を説明するための図。 立体像を表示する手法の原理を説明するための図。 曲線の集まりからなる格子に入射光が入射した場合の１次回折光の出射の状態の一例を示す図。

符号の説明

Ａ，Ｂ，α，β…素子、Ｃ１〜Ｃ４…カメラの撮影方向、Ｄ…回折光、Ｅ…セル、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３…平面、Ｈ…縦、Ｉ，Ｉ１，Ｉ２…入射光、Ｊ１，Ｊ２…３次元物体、Ｋ１〜Ｋ４…カメラ、Ｍ…回折格子、Ｐ１〜Ｐ４…観察者による観察方向、Ｑ…回折光学素子、Ｓ…視差方向、Ｔ…正反射光、Ｖ…領域、Ｗ…横、ｆ１，ｆ２…方向、１０…立体像表示体、１２，１４，１６，１８，２０，２２…画素

Claims (10)

1. 予め定められた格子パターンで構成された複数の素子から構成され視差画像を形成する複数の画素を備えてなり、前記格子パターンにしたがって前記視差画像が観察される視差方向に回折される回折光を用いて両眼視差に基づく立体像を表示する立体像表示体であって、
   第１のブレーズド格子で構成されてなり、前記第１のブレーズド格子の回折効率または面積を前記複数の画素のうちの対応する画素の輝度に対応させることによって、前記回折光の強度分布を前記各画素毎に設定することを可能とした第１の素子と、
   前記第１のブレーズド格子と前記視差方向を対称軸として対称な凹凸形状および格子パターンを有し、前記第１のブレーズド格子と回折効率および面積をほぼ同一とする第２のブレーズド格子で構成されてなり、前記第１の素子の近傍に配置された第２の素子と
   からなる複数の対を、前記対応する画素の位置に配置することによって前記各画素を構成してなる立体像表示体。
2. 前記各第１の素子からの回折光の視差方向の強度分布と、前記各第２の素子からの回折光の視差方向の強度分布とが、ともにほぼ連続的になるようにした請求項１に記載の立体像表示体。
3. 前記格子パターンは、曲線の格子縞からなる請求項１または請求項２に記載の立体像表示体。
4. 両眼視差に基づく立体像を表示する立体像表示体であって、
   微小な凹凸構造からなるレインボーホログラム型のキノフォームをストライプ状、またはドット状に分割してなる複数の領域をそれぞれ構成している第１の素子と、
   前記第１の素子のキノフォームと視差方向を対称軸として対称な凹凸形状および表面パターンを有し、前記第１の素子の近傍に配置された第２の素子と
   からなる複数の対を配置してなる立体像表示体。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の立体像表示体において、
   前記第１および第２の素子が配置された配置面に、前記第１および第２の素子以外の回折光学素子を配置してなる立体像表示体。
6. 前記回折光学素子により、立体像もしくは２次元的な図柄もしくは幾何学的パターンを表示するようにした請求項５に記載の立体像表示体。
7. 前記各画素の縦方向寸法および横方向寸法ともに３００μｍ以下とした請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の立体像表示体。
8. 前記各第１の素子、および前記各第２の素子はそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの３つの波長に対応する３種類の部分素子からなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の立体像表示体。
9. 請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の立体像表示体に対する照明光の入射方向を、前記立体像表示体の表面にほぼ直交する平面内に含まれる第１の方向と、前記視差方向を対称軸とし、かつ前記立体像表示体の表面に対する法線に対して対称な第２の方向との２つとし、前記第１の方向からの照明光の入射と、前記第２の方向からの照明光の入射とを同時もしくは交互に切り換えながら、前記第１または第２の入射方向からの照明光が前記立体像表示体で回折してなる回折光によって形成される立体像を、前記表面側から観察するようにした方法。
10. 前記第１の方向が含まれる平面を、前記視差方向とほぼ直交するようにした請求項９に記載の方法。

Images