JP2005025208A - 導波路ホログラムにおける外部光の結合方法及び結合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導波路ホログラムにおける外部光の結合方法及び結合装置を提供する。
【解決手段】 本発明の導波路ホログラムにおける外部光の結合方法は、半導体レーザ９７を振動手段を用いて導波光の進行方向に振動１０１させ、半導体レーザ９７から出射される光を凸レンズ９８を用いて外部光結合用ホログラムの入力部９１にて平面波とし、この平面波を外部光として平面型光導波路に結合させることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、導波路ホログラムにおける外部光の結合方法及び結合装置に関し、更に詳しくは、紙幣における透かしやマイクロ文字、クレジットカードにおけるホログラム等と同等の機能を有し、しかも、パスポート、免許証、保険証、各種会員証等、比較的偽造が容易なものに適用することにより、これらの携帯者の正当性を保証し、あるいは商品パッケージ等に適用することにより、該商品パッケージ等の未開封を証明することが可能な導波路ホログラムにおける外部光の結合方法及び結合装置に関するものである。

従来、紙幣、クレジットカード、パスポート、免許証、保険証、各種会員証等においては、製造に高度な技術を要する物を付帯させて偽造防止を図る手法が用いられている。例えば、紙幣の透かしやマイクロ文字、クレジットカードにおけるホログラム等である（例えば、特許文献１参照）。しかし、これらの例は、紙幣やカードを製造する際に作り込まれる物であるから、大量に同一物を作製する場合に適用されるもので、特に安全性を意識しないで製造された物に対して偽造防止を施すものではない。
製造後の物品に対して何らかのシールを貼付することで、物品の偽造を防止すると同時に、安全性を向上させるには、貼付するシールは以下の基準を満たしていることが望ましい。

（１）偽造することが極めて困難であること。
（２）正当な製造者は安価に製造することができること。
（３）真贋の判別が容易であること。
（４）簡単に貼ることができるが、剥がすことは困難であること。
（５）たとえ剥がすことができたとしても、剥がすと二度と使えなくなること。
（６）重要度に応じて安全性のレベルを変更することができること。
等々である。

一方、偽造が困難でしかも記憶容量の大きな情報記録媒体として、ホログラフィーを用いたホログラム情報記録媒体が提案されている。
しかしながら、従来のホログラム情報記録媒体においては、記憶容量に優れたものは大量生産ができず、印刷技術を応用した大量生産が可能なものは記憶密度が制限されるために大きな記憶容量を確保することができない等、様々な問題点がある。そこで、本発明者等は、偽造が困難でしかも大量生産可能な平面ホログラムの原理を用いる一方で、この平面ホログラムを多層に重ね、かつ、各層からのホログラムを独立に再生することを可能とした再生専用多重ホログラムカードを提案した（特許文献２参照）。

図９は、この再生専用多重ホログラムカードを示す断面図であり、この再生専用多重ホログラムカード１は、／クラッド２−１／コア３−１／クラッド２−２／…コア３−ｎ−１／クラッド２−ｎ／の様な周期層構造の端部が４５°の反射面４になっている。そして、何れの／クラッド／コア／クラッド／単位においても、使用するレーザー光５の波長に対して平面型シングルモード導波路になっている。
この再生専用多重ホログラムカード１では、屈折率が１．４８程度の通常の高分子材料を用いてコアとクラッドを作製する場合、シングルモード条件からコアの厚みを２．４μｍ以下にする必要がある。また、コア間のクロストークを押さえるため、クラッドの厚みを６μｍより十分厚くする必要がある。

この再生専用多重ホログラムカード１では、レーザー光５は凸レンズ６により焦点を各コア（図３では、コア３−５）の４５°カット位置に合わせるように集光され、反射面４により反射されて各コア（図３では、コア３−５）内を導波光７として伝搬する。この導波光７は、コア３−５内を伝搬する間に散乱要因８により回折されてコア３−５外に回折光９となって現れ、この回折光９がホログラム像１０を形成する。
特開平６−２５９０１３号公報 特開平１１−３４５４１９号公報

ところで、世の中一般の技術レベルの進歩に伴い、偽造の技術も進歩するため、同じ技術を用いていたのでは基準（１）の条件は満たされなくなってしまう。例えば、磁気情報を貼付する方式では、すでに偽造が比較的簡単に行われているために、各所で偽造の被害が発生している。また、通常のホログラムシールも、ホログラム製造技術は既に限られた機関が独占できる技術ではない上に、基準（５）を満たしていないので、安全とはいえない。

また、上述した再生専用多重ホログラムカードをシールにすると、基準（１）および基準（２）は後述するように簡単に達成できるが、従来型の導波路ホログラムでは、基準（３）以降の基準を満たしていない。例えば、回折像を得るためには、少なくとも導波路に光を結合してやらねばならないが、１μｍ程度の厚みしかないコア層に、正確に集光ビームをマッチさせる為には、少なくとも人間の手を用いる限り、非常にまれな偶然を期待しなければならないという問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、紙幣における透かしやマイクロ文字、クレジットカードにおけるホログラム等と同等の機能を有し、しかも、パスポート、免許証、保険証、各種会員証等、比較的偽造が容易なものに適用することにより、これらの携帯者の正当性を保証することができ、また、商品パッケージ等に適用することにより、該商品パッケージ等の未開封を証明することができる導波路ホログラムにおける外部光の結合方法及び結合装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は次の様な導波路ホログラムにおける外部光の結合方法及び結合装置を採用した。
すなわち、本発明の導波路ホログラムにおける外部光の結合方法は、平面型光導波路に外部から該平面型光導波路内に入射する外部光を該平面型光導波路に結合させて導波光とするグレーティングからなる外部光結合用ホログラムを有する導波路ホログラムにおける外部光の結合方法であって、レーザ光源を振動手段を用いて前記導波光の進行方向に振動させ、前記レーザ光源から出射される光をレンズを用いて前記外部光結合用ホログラムの入力部にて平面波とし、この平面波を外部光として前記平面型光導波路に結合させることを特徴とする。

本発明の導波路ホログラムにおける外部光の結合装置は、平面型光導波路に外部から該平面型光導波路内に入射する外部光を該平面型光導波路に結合させて導波光とするグレーティングからなる外部光結合用ホログラムを有する導波路ホログラムにおける外部光の結合装置であって、レーザ光源と、このレーザ光源を前記導波光の進行方向に振動させる振動手段と、前記レーザ光源から出射される光を前記外部光結合用ホログラムの入力部にて平面波とするレンズと、を備え、前記平面波を外部光として前記平面型光導波路に結合させることを特徴とする。

本発明について、さらに説明を付け加えると、上述した６つの基準に照らして、導波路ホログラムの技術を採用することで（１）の基準を満足させる。ホログラムの再生には、“目で見る”ことを考慮して可視光用ではあってもレーザーを用いる。ただし、必要があれば、ＣＣＤ、あるいはＣＭＯＳディテクタ等の受光器と画像認識技術を用いてもよい。
ここで、可視光用レーザーを用いることは、一般の使用者には、どの様な情報が書かれているか知ることが困難であるから、セキュリティの向上に資する。

光源は数ｍｍ以上のコヒーレンス長を有する可視光用レーザーならいずれでも良く、その波長に合わせて導波路ホログラムを作ることは可能である。より具体的には、必要とするセキュリティのレベルに応じて、波長を設定すればよい。例えば、波長を短くすればするほど、導波路ホログラムの製造が難しくなるから、偽造に対するセキュリティレベルが向上するし、一般に短波長のレーザー光源は入手困難である。

ただし、費用対効果の観点から考えると、コンパクトディスクの再生用光源に用いられる安価な赤色半導体レーザーを用いるのがよい。この場合においても、ホログラムの凹凸は、波長７８０ｎｍの赤色レーザー光に対して０．５μｍピッチで、０．２μｍ以下の太さの極細線で描かれなければならない。しかしながら、現時点の技術レベルでは、この様な極細線を描く技術は限られた機関においてのみ実施可能であるから、例えば、悪意を有する第三者が、この様な極細線を描く技術を手にする可能性は小さい。
さらに、光導波路を形成する技術が必要であるから、微細加工技術と導波路化技術を同時に有する必要がある。この様な技術が一般に広まるためには、なお１０年単位の時間が必要になろう。

ちなみに、レーザー光の波長が４１０ｎｍの場合、ホログラムの凹凸は０．３μｍピッチ、０．１μｍ以下の極細線加工を必要とするために、原盤を作製するのに電子線描画装置、もしくはｄｅｅｐＵＶ描画装置が必要になる。これらの装置は、一部の研究機関等においてはすでに確立され、保有された技術であるが、一般への普及には、さらに長い年月が必要となろう。
一方、原盤作製と導波路化技術を有する機関であれば、大量生産可能であることが導波路ホログラムのメリットであるから、上述した基準（１）および基準（２）は、導波路ホログラムそのものの特性として、ある程度満たされているものである。

本発明によれば、従来、基準とされた（１）偽造することが極めて困難であること、（２）正当な製造者は安価に製造することができること、（３）真贋の判別が容易であること、（４）簡単に貼ることができるが、剥がすことは困難であること、（５）たとえ剥がすことができたとしても、剥がすと二度と使えなくなること、（６）重要度に応じてセキュリティレベルを変更することができること、等を満たすことができ、偽造防止、及び携帯者の正当性を認証することができる。

以下、本発明の各実施の形態について図面に基づき説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は入力部を拡大した一部拡大断面図であり、図において、符号１１は入力部、１２はホログラムが形成された出力部、１３は導波路を構成するクラッド、１４は同コア、１５は同クラッド、１６は周期がλ／ｎの微細な凹凸からなるグレーティングである。また、２１は平面波からなる外部光、２２は導波光、２３は回折光である。
この偽造防止シールは、上述した基準（３）を満足するために、導波路ホログラムヘの外部光の結合方法に細工を施したもので、グレーティング１６による外部光の結合を行う構成である。

次に、図１に基づき外部光結合法を説明する。ここでは、簡単のために、コア１４は１層のみ作られているとする。平面波である外部光２１は、入力部１１に照射される。入力部１１では、使用光の空気中の波長をλ、コア１４の屈折率をｎとして、周期がλ／ｎのグレーティング１６が導波路内に形成されている。
このとき、周期がλ／ｎのグレーティング１６と外部光２１との相互作用により、ほぼグレーティングベクトルの方向に進行する導波光２２が発生する。ここで、入力部１１のグレーティングベクトルの方向に、ホログラムが形成されている出力部１２を形成しておけば、回折光２３を得ることができる。

この様な外部光結合方式を採用することにより、上述した基準（３）を満足することができる。入力部１１の光束の大きさはミリメートル（ｍｍ）の大きさであるから、光束がそれより大きな平面波２１を用意すれば、“手動で”位置合わせを行うことは容易である。また、回折光２３は目視で認識可能であるから、ＣＣＤその他の受光器を用意する必要もない。ただし、既述したように、自動認域の必要がある場合などにおいては、ＣＣＤやＣＭＯＳディテクタ等の二次元受光器と画像認識技術を併用すればよい。

さて、導波路ホログラムの特性として、上述した基準（１）および基準（２）はある程度満足されてはいるが、たとえ、導波路ホログラムを作製する技術を有する機関であっても、正当な製造者でない限り同一の物を作製することができない仕組みを付与することは、基準（６）を満足する上で重要である。この仕組みを付与したものが次に説明する導波路ホログラム型偽造防止シールである。

［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す断面図であり、（ａ）は入力光が導波路に結合しない場合、（ｂ）は入力光が導波路に接合する場合をそれぞれ示している。

図において、符号３１はクラッド、３２はコア、３３はクラッド、３４は表面の凹凸、３５は導波路内の一様グレーティング、３６はクラッド、３７はコア、３８はクラッド、３９は表面の凹凸、４０は導波路内の一様グレーティングである。また、４１は平面波の入力光、４２は表面の凹凸３４によって変調された入力光、４３は導波路に結合できるように予め位相変調された入力光、４４は表面の凹凸３９によって平面波に変換された入力光、４５は導波光である。

この偽造防止シールは、光波面に位相変調を付与し、位相変調パターンを暗号鍵として用いる。
ここで、位相変調と、その暗号鍵化について説明する。
入力光が導波路に結合しない場合（ａ）と、入力光が導波路に結合する場合（ｂ）とは、入力光４１、４３の位相が異なるために、結果が異なる。

入力光が導波路に結合しない場合（ａ）では、入力光４１が平面波であるために、クラッド３３の表面に形成された凹凸３４によって変調されて入力光４２となる。この入力光４２は、その波面は凸部（領域Ａ）では位相が遅れ、逆に凹部（領域Ｂ）では、相対的に位相が進む。したがって、領域Ａと領域Ｂとで入力光４２の波面の位相が１８０°ずれていれば、コア３２に達し、グレーティング３５によって回折された光は互いにうち消しあう。従って、外部光である入力光４１が導波路と結合せず、導波光が存在しないので再生像が得られない。

一方、入力光が導波路に結合する場合（ｂ）では、入力光４３の位相をあらかじめ操作しておき、クラッド３６上の凹凸３９によって、この入力光４３がクラッド３６内に進入したときには平面波に変換された入力光４４となるように調整してある。この場合、領域Ａと領域Ｂで導波光が互いに強めあい、外部光と導波路の結合が起き、導波光４５が発生する。従って、出力部からの再生像を観察することができる。

さて、外部光と導波光の結合強度を制御するという観点では、上述した第２の実施の形態と同様であるが、クラッド上に凹凸を形成するのではなく、入力部のグレーティングそのものに変調をかけることも可能である。この構成が次に説明する導波路ホログラム型偽造防止シールである。

［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す断面図であり、（ａ）は入力光が導波路に結合しない場合、（ｂ）は入力光が導波路に接合する場合をそれぞれ示している。

図において、符号５１はクラッド、５２はコア、５３はクラッド、５４は領域Ａと領域Ｂで反転したグレーティング、５６はクラッド、５７はコア、５８はクラッド、５９は領域Ａと領域Ｂで反転したグレーティングである。また、６１は平面波の入力光、６２はクラッド５６内を進む平面波のままの入力光、６３は導波路に結合できるように予め位相変調された入力光、６４はクラッド５６内を進む位相変調されたままの入力光、６５は導波光である。

この入力光が導波路に結合しない場合（ａ）と、入力光が導波路に結合する場合（ｂ）は、同じ構造を有するものであるが、上記の第２の実施の形態と同様、入力光６１、６３が相異なるために結果が異なる。
入力光が導波路に結合しない場合（ａ）、入力光６１は平面波であって、ここでは図２と異なりクラッド５１の表面には凹凸が無いので、クラッド５１を進む入力光６２も平面波である。しかし、コア５２に形成されている領域Ａと領域Ｂで反転したグレーティング５４が変調され、領域Ａと領域Ｂで１８０°異なる位相の導波光を生成するため、うち消しあう。したがって、外部光である入力光６１が導波路に結合しないので、再生像も得られない。

一方、入力光が導波路に結合する場合（ｂ）では、グレーティング５９の変調を見込んで、入力光６３の位相を変調してあるため、領域Ａと領域Ｂで生成される導波光が強めあう。結果として、導波光６５が発生し、再生像が得られることになる。
この偽造防止シールにおいても、外部光の変調を伴って初めて再生像を得るようにすることができる。

上述した第２及び第３の実施の形態の偽造防止シールにおいては、外部光の変調を伴って初めて再生像を得るようにすることができる。ここで、位相変調パターンが暗号鍵の役割を果たしている。ここで、例えば、位相変調の単位を２μｍ、入力部の大きさを１ｍｍ角とすると、位相変調は５００×５００ピクセルとなる。また、互いに直交する位相パターンは、ピクセル数と同じパターン種類があるので、２５００００種類のパターンを取り得る。

ここで、位相が直交するとは、位相パターンα、βにおける第（ｉ，ｊ）ピクセルの位相を、それぞれ

としたとき、

を満たすことである。
但し、

はクロネッカーのデルタである。

一般に、振幅マスクと異なり、位相マスクを作製するのは費用がかかるので、２５００００種類の位相マスクをすべて試すという作業には膨大な費用と時間を要する。従って、導波路ホログラムの作製技術を有する機関であっても、その位相変調パターンを知らない限り、複製することは困難であり、上述した基準（６）を満たすことがわかる。

この第２及び第３の実施の形態の偽造防止シールにおいては、必要に応じて各層の外部光結合用ホログラムのグレーティングの周期を層によって異なる構成を付加することで、安全性のレベルをさらに上げることが可能である。
偽造が疑われる時には、通常は使わない層と波長と位相パターンを用いる。
この構成を第２の実施の形態の偽造防止シールに付加する場合には、入力部の位置は互いに重ならないように配置する必要があるが、この構成を第３の実施の形態の偽造防止シールに付加する場合には、入力部は互いに重なりがあっても良い。

入力部が２ヵ所あることで、上記と同様の大きさを仮定すると、２５００００種類の位相パターンがあり得る。したがって、両者で２５００００×２５００００種類、即ち６２５億種類の位相パターンがあり得る。これを解読し偽造することは、実効上“不可能”である。また、第二層の波長や、第二層の存在そのものを秘密にしておくこともセキュリティレベルを上げる為には有効である。

上述した基準（４）は、剥がし難い接着剤、例えば、２液混合タイプのエポキシ系接着剤等を用いることで満足することができる。より難しい基準は基準（５）であり、万が一剥がされた場合に、剥がされたという履歴が確認できる機能を有することである。この構成が次に説明する導波路ホログラム型偽造防止シールを備えた物品である。

［第４の実施の形態］
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを備えた物品を示す部分断面図であり、図において、符号７１は被接着物、７２は導波路ホログラム型偽造防止シール、７３は透明カバーシール（透明シール）、７４は被接着物７１と透明カバーシール７３との接着部、７５は偽造防止シール７２と透明カバーシール７３との接着部、７６は偽造防止シール７２と被接着物７１との接着部である。

被接着物７１は、具体的には、パスポート用紙、各種免許証、会員証そのものである。
偽造防止シール７２は、クラッド８１、コア８２及びクラッド８３により構成されている。ここでは、偽造防止シール７２のコア８２は１層しか示していないが、複数あってもよい。

ここで、被接着物７１と透明カバーシール７３との間の接着強度をＡｓｂ、被接着物７１と偽造防止シール７２との間の接着強度をＡｗｂ、透明カバーシール７３と偽造防止シール７２との接着強度をＡｓｗ、コア８２とクラッド８１、８３との間の接着強度をＡｃｃとすると、
Ａｓｂ＞＞Ａｃｃ ……（２−１）
Ａｗｂ＞＞Ａｃｃ ……（２−２）
Ａｓｗ＞＞Ａｃｃ ……（２−３）
を満たしている。

すなわち、被接着物７１と偽造防止シール７２との間の接着強度、偽造防止シール７２と透明カバーシール７３との間の接着強度、及び透明カバーシール７３と被接着物７１との間の接着強度は、光導波路のコア８２とクラッド８１、８３との間の接着強度より大となっている。
以上により、透明カバーシール７３を剥がそうと試みると、この透明カバーシール７３が剥がれる前に、コア８２とクラッド８１、８３との間の接着部分で剥がれることになり、二度と光を導波することはない。したがって、上述した基準（５）を満たすことができる。

［第５の実施の形態］
図５は、本発明の第５の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図であり、図において、符号９１は偽造防止シールの入力部、９２は同出力部である。この偽造防止シールは、ポリカーボネートシート９３上に、クラッド９４、コア９５、クラッド９６が順次積層され、このポリカーボネートシート９３の裏面が接着面とされている。また、符号９７は半導体レーザ、９８は凸レンズ、９９は導波光、１００は回折光、１０１はボイスコイル等の振動手段により半導体レーザ９７に与えられた振動である。

半導体レーザ９７としては、光磁気ディスクの光源に用いられている６８０ｎｍの赤色半導体レーザが好適に用いられる。
この偽造防止シールは、厚み２２１μｍ×幅１ｍｍ×長さ３ｃｍの細長いシートである。このシートの長手方向の一方の端部に１ｍｍ×１ｍｍの大きさの一様グレーティングからなる入力部９１が、もう一方の端部に１ｍｍ×１ｍｍの大きさの出力部９２が形成されている。入力部９１の一様グレーティングは、ピッチ０．４４μｍ×深さ０．２μｍ×デューティ５０％のグレーティングであり、入力部９１のクラッド９４にスタンパを押しつける事により形成される。

出力部９２も入力部９１と同様、凹凸で形成されるが、これは単純なグレーティングではなく、任意の波面を作り出すホログラムである。
この偽造防止シールは、コア９５を屈折率１．５２、クラッド９４、９６を屈折率１．５０のともに紫外線硬化樹脂を用いて作製する。コア９５の厚みは１μｍ、クラッド９４、９６各々の厚みは１０μｍである。これらコア９５及びクラッド９４、９６全体の厚みは２１μｍであるが、この厚みでは薄すぎて皺が寄るのを防げないので、厚み２００μｍのポリカーボネートシート９３で裏打ちされている。

この偽造防止シールを、ポリカーボネートシート９３の裏面９３ａで、被接着物と接着剤を介して接着させる。従って、光はその反対側の面、すなわちクラッド９６上方から入力し、回折光１００が結像して得られる再生像も接着面と反対側から観察することになる。
ここで、入力部９１への外部光の結合には注意を要する。
一般に、薄膜型ホログラムにおいては、導波路型ホログラムから外部への回折にはブラッグ条件が課せられなかった。その理由は、外部への回折光の回折角度に自由度があったためである。

一方、外部光の導波路への結合の場合においては、導波方向は導波路で束縛されているために、外部光に自由度を持たせなければならない。そのために、導波光の進行方向を含み、導波面に垂直な面内で入力光の進行方向を可変にしなければならない。そのため、半導体レーザ９７をボイスコイル等の振動手段を用いて紙面内で横方向に振動１０１させることで、半導体レーザ９７から出射される入力光の入射方向を振動させ、この振動する入力光を焦点距離ｆの凸レンズ９８を用いて入力部９１で平面波とする。

ここでは、入力部９１が小さいので、凸レンズ９８は直径が１．５ｍｍ、焦点距離ｆが３ｍｍ程度の小さな物でよい。ボイスコイル等の振動手段による半導体レーザ９７の振動１０１は数１０Ｈｚ程度で、振幅も０．１ｍｍ程度あれば十分であるから、前記振動手段にかかる負担は軽微である。
出力部９２は、回折光１００が導波路から１０ｃｍ離れた位置に、１ｃｍ×１ｃｍの大きさの像を結ぶように設計される。このように、導波路から１０ｃｍ程度離せば、像の大きさを１ｍｍ×１ｍｍの大きさから１ｃｍ×１ｃｍの大きさに拡大結像させることは容易である。また、人間の目による観察も、１ｃｍ×１ｃｍの大きさであれは容易である。

［第６の実施の形態］
図６は、本発明の第６の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図であり、図において、符号１１１は偽造防止シールの波長６８０ｎｍ用入カ部、１１２は同５３２ｎｍ用入力部、１１３は同出力部である。この偽造防止シールは、ポリカーボネートシート９３上に、厚み１０μｍのクラッド１１４、厚み０．７μｍの５３２ｎｍ用コア１１５、厚み１０μｍのクラッド１１６、厚み１μｍの６８０ｎｍ用コア１１７、厚み１０μｍのクラッド１１８が順次積層され、このポリカーボネートシート９３の裏面が接着面とされている。

また、符号１２１は波長６８０ｎｍ用半導体レーザ、１２２は波長５３２ｎｍ用光ファイバ出射端、１２３は凸レンズ、１２４はボイスコイル等の振動手段により半導体レーザ１２１に与えられる振動、１２５はボイスコイル等の振動手段により光ファイバ出射端１２２に与えられる振動である。また、１２６は導波光、１２７は回折光である。

この偽造防止シールは、上述した第５の実施の形態の偽造防止シールとは、幅１ｍｍ×長さ３ｃｍの細長いシートである点では同様であるが、コア層を二層備えた構成とした点が異なる。
また、上層のコア１１７が波長６８０ｎｍ用、下層のコア１１５が波長５３２ｎｍ用で、ＹＡＧ・ＳＨＧレーザのレーザ光が好適である。波長６８０ｎｍ用入カ部１１１は、５３２ｎｍ用入力部１１２に重ならないように形成される。出力部１１３は、上層のコア１１７及び下層のコア１１５に共通であるが、もちろん、層が異なる。

コア１１５、１１７の屈折率が１．５２、クラッド１１４、１１６、１１８の屈折率が１．５０である点は第５の実施の形態と同様である。
クラッド１１４、１１６、１１８の厚みはすべて１０μｍであるが、コア１１５の厚みは０．７μｍ、コア１１７の厚みは１μｍであるから、２００μｍの厚みのポリカーボネートシート９３と併せると、トータルで２３１．７μｍ厚となる。
６８０ｎｍ用入カ部１１１は、ピッチ０．４４μｍ×深さ０．２μｍ×デューティ５０％のグレーティングにより構成され、５３２ｎｍ用入力部１１２は、ピッチ０．３５μｍ×深さ０．２μｍ×デューティ５０％のグレーティングにより構成されている。

この偽造防止シールは、通常は、６８０ｎｍ用半導体レーザ１２１のみによるチェックでよいが、偽造が疑われる場合には、５３２ｎｍの回折光１２６もチェックする。ここでは、ＹＡＧ・ＳＨＧレーザ（図示せず）により出射される５３２ｎｍのレーザ光は、光ファイバ出射端１２２から出射される。
また、凸レンズ１２３およびボイスコイル等の振動手段が必要な点は、上述した第５の実施の形態と同様である。凸レンズ１２３の口径や焦点距離、ボイスコイルによる振動条件等は、第５の実施の形態と同様でよい。

［第７の実施の形態］
図７は、本発明の第７の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールの位相変調のパターンを示す模式図であり、（ａ）は２×２ピクセルからなる直交位相の全種類（ここでは、４種類）のパターンを示し、（ｂ）は４×４ピクセルからなる直交位相の全種類（ここでは、１６種類）のパターンを示し、（ｃ）及び（ｄ）は１６×１６ピクセルからなる直交位相の２５６種類のうち２種類のパターンを示している。特に、（ｃ）は本実施の形態での使用を仮定した直交位相パターンである。
これらの図では、白抜きの部分と、斜線の部分とで、位相が１８０°異なる。すなわち、白抜きの部分同士、斜線の部分同士では、それぞれ同位相である。

ここで、入力光が位相変調されている例について説明する。
本実施の形態の偽造防止シールでは、導波路ホログラムの形状は、入力部９１に形成されたグレーティング、および入力レンズ系である半導体レーザ９７及び凸レンズ９８を除いて、上述した第５の実施の形態と同一である。

まず位相変調について説明する。
一般に、Ｎ×Ｎのピクセルによる位相変調を用いた場合、Ｎ２種類の直交位相パターンが存在しうる。図７では、（ａ）２×２ピクセルによる４パターン、（ｂ）４×４ピクセルによる１６パターン、（ｃ）及び（ｄ）１６×１６ピクセルによる２５６パターンのうち２パターン、をそれぞれ示している。

これらは、上述した式（１）を満足している。ここで、２ｎ×２ｎ形式を例示したのは、各ピクセルの位相を０゜もしくは１８０°の二種類のみとすることができるからであり、入力光の位相変調用位相マスクを作製するのに都合が良いからである。
ここで、（ｃ）に示されるような市松模様の位相パターンを選んだとする。この図では、白と黒では１８０°位相が異なる。
入力部９１は１ｍｍ×１ｍｍの大きさであるから、１６×１６ピクセルである位相パターンは、各ピクセルサイズが６２．５μｍ×６２．５μｍである。

図８は本実施の形態の偽造防止シールに適用される入力光学系を示す構成図であり、（ａ）は実位相パターン方式の光学系、（ｂ）はフーリエ位相パターン方式の光学系である。
図において、１３１は偽造防止シールの入力部、１３２は位相マスク（位相変調手段）、１３３は凸レンズ、１３４は半導体レーザ、１３５は図示しないボイスコイルによる振動、１３６はフーリエ変換レンズ、１３７はコリメートレンズである。凸レンズ１３３は直径１．５ｍｍ、焦点距離ｆ＝３ｍｍ程度のものが用いられる。

実位相パターン方式（ａ）では、位相マスク１３２は偽造防止シールの入力部１３１にほぼ密着して配置される。位相マスク１３２はガラスエッチングもしくはプラスチック材料のスタンピングによって作製することができるが、ここでは屈折率１．５のプラスチックをマスクとして用いる。位相マスク１３２と偽造防止シールの位相変調は同じサイズでなけれはならない。位相マスク１３２は、図７（ｃ）の黒部分に対応する部分に凹部を、白部分に対応する部分に凸部をそれぞれ配置し、これらの高度差は４５０ｎｍでなけれはならない。

この偽造防止シールの入力部に関しては、例えば、第２の実施の形態においては、図７（ｃ）の黒部分が領域Ａに、白部分が領域Ｂにそれぞれ相当しており、４５０ｎｍの高度差を有するように作製される。
また、第３の実施の形態においては、図７（ｃ）の黒部分が領域Ａに、白部分が領域Ｂにそれぞれ相当しており、領域Ａと領域Ｂとでグレーティングの位相が反転する構成とされている。

一方、フーリエパターン方式（ｂ）では、位相マスク１３２は実位相パターン方式と同じものを用いる。フーリエ変換レンズ１３６は実位相パターン方式の凸レンズ１３３と同じものを用いるが、位相マスク１３２のフーリエ像が偽造防止シールの入力部１３１にて結像される位置に配置する。コリメートレンズ１３７はレーザ光をコリメートするために設けられるもので、焦点距離はｆ’＝２ｍｍ程度あれば良い。

ただし、偽造防止シールとしては、入力部１３１の位相パターンが位相マスク１３２のフーリエ変換の複素共役の位相パターンで与えられるので、各ピクセルの位相は二種類では与えられず、複雑なパターンとなる。
ただし、この方法のメリットは、入力ビームの位置ずれに対して許容度が大きくなるという点にある。

また、本発明の偽造防止シールを「錠前」とし、位相マスク１３２を「鍵」とすれば、「錠前」と「鍵」、すなわち本発明の偽造防止シールと位相マスク１３２が合致するか否かで認証を行うことができる。この場合、本発明の偽造防止シールと位相マスク１３２が合致するか否かを認識した段階で、認証の可否を直ちに判定することができる。
さらに、複数のホログラムが積層された偽造防止シールを用いれば、安全性のレベルを上げることができる。

［第８の実施の形態］
本発明の第８の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールは、第５の実施の形態の偽造防止シールとほぼ同等の偽造防止シールを用いる。ただし、コアの材料が異なる。

また、この偽造防止シールを備えた物品は、図４に示す透明カバーシール７３として、厚み０．２ｍｍのアートン樹脂のシートを用いる。被接着物７１は紙である。
接着部７４〜７６は全て二液混合タイプのエポキシ系接着剤を用いる。また、コア８２にフッ素添加の紫外線硬化樹脂を用いることで、コア８２とクラッド８１、８３との間の接着強度を弱める。

以上、本発明の各実施の形態につき説明したが、本発明は、必ずしも上述した実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲内において、適宜に変更実施することが可能なものである。

本発明の第１の実施形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は入力部を拡大した一部拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す断面図であり、（ａ）は入力光が導波路に結合しない場合、（ｂ）は入力光が導波路に接合する場合である。 本発明の第３の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す断面図であり、（ａ）は入力光が導波路に結合しない場合、（ｂ）は入力光が導波路に接合する場合である。 本発明の第４の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを備えた物品を示す部分断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールの位相変調のパターンの様々な例を示す模式図である。 本発明の第７の実施の形態に係る導波路ホログラム型偽造防止シールに適用される入力光学系を示す構成図であり、（ａ）は実位相パターン方式の光学系、（ｂ）はフーリエ位相パターン方式の光学系である。 再生専用多重ホログラムカードを示す断面図である。

符号の説明

１ 再生専用多重ホログラムカード
２−１〜２−ｎ クラッド
３−１〜３−ｎ−１ コア
４ 反射面
５ レーザー光
６ 凸レンズ
７ 導波光
８ 散乱要因
９ 回折光
１０ ホログラム像
１１ 入力部
１２ 出力部
１３ クラッド
１４ コア
１５ クラッド
１６ グレーティング
２１ 外部光
２２ 導波光
２３ 回折光
３１、３３、３６、３８ クラッド
３２、３７ コア
３４、３９ 凹凸
３５、４０ 一様グレーティング
４１ 平面波の入力光
４２ 変調された入力光
４３ 予め位相変調された入力光
４４ 平面波に変換された入力光
４５ 導波光
５１、５３、５６、５８ クラッド
５２、５７ コア
５４、５９ 反転したグレーティング
６１、６２ 平面波の入力光
６３、６４ 予め位相変調された入力光
６５ 導波光
７１ 被接着物
７２ 導波路ホログラム型偽造防止シール
７３ 透明カバーシール（透明シール）
７４〜７６ 接着部
８１、８３ クラッド
８２ コア
９１ 入力部
９２ 出力部
９３ ポリカーボネートシート
９４、９６ クラッド
９５ コア
９７ 半導体レーザ
９８ 凸レンズ
９９ 導波光
１００ 回折光
１０１ 振動
１１１ ６８０ｎｍ用入カ部
１１２ ５３２ｎｍ用入力部
１１３ 出力部
１１４、１１６、１１８ クラッド
１１５ ５３２ｎｍ用コア
１１７ ６８０ｎｍ用コア
１２１ ６８０ｎｍ用半導体レーザ
１２２ 光ファイバ出射端
１２３ 凸レンズ
１２４、１２５ 振動

Claims (2)

1. 平面型光導波路に外部から該平面型光導波路内に入射する外部光を該平面型光導波路に結合させて導波光とするグレーティングからなる外部光結合用ホログラムを有する導波路ホログラムにおける外部光の結合方法であって、
   レーザ光源を振動手段を用いて前記導波光の進行方向に振動させ、前記レーザ光源から出射される光をレンズを用いて前記外部光結合用ホログラムの入力部にて平面波とし、この平面波を外部光として前記平面型光導波路に結合させることを特徴とする導波路ホログラムにおける外部光の結合方法。
2. 平面型光導波路に外部から該平面型光導波路内に入射する外部光を該平面型光導波路に結合させて導波光とするグレーティングからなる外部光結合用ホログラムを有する導波路ホログラムにおける外部光の結合装置であって、
   レーザ光源と、
   このレーザ光源を前記導波光の進行方向に振動させる振動手段と、
   前記レーザ光源から出射される光を前記外部光結合用ホログラムの入力部にて平面波とするレンズと、
   を備え、
   前記平面波を外部光として前記平面型光導波路に結合させることを特徴とする導波路ホログラムにおける外部光の結合装置。

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