JP2009098775A - 情報読み取り装置及び情報読み取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】情報記録体を見やすい正面から観察したときに、ホログラムや回折格子には見られない黒さを表現することができ、情報記録体を大きく傾けて正面から観察したときは真偽判定を容易にし、さらに、情報記録体を大きく傾けた際に観察できる回折光の絵柄や文字等の確認を容易にし、かつセキュリティ性を向上できる情報記録体の情報読み取り装置及び情報読み取り方法を提供する。
【解決手段】情報記録体１は、基材の表面の少なくとも一部の領域に記録情報として形成され、かつ可視領域の光に対し低反射性と低散乱性を持つとともに回折光射出機能を持つレリーフ構造を有し、情報記録体１には光源３を利用して可視領域の光が照射され、情報記録体１からレリーフ構造に応じて射出される回折光がスクリーン２に投影され、この投影された回折光の像を記録情報としてスクリーン２上で観察できるように表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報記録体の情報を読み取る情報読み取り装置及び情報読み取り方法に関するものである。

従来、情報記録体は、紙幣やクレジットカードに対する偽造防止を目的として貼り付けられてきた。しかるに、現在では、従来よりも多くの紙幣や証券またはカードや商品券に使われるとともに、商品のパッケージ等への模造品防止を目的としても使われ、広く認識されるようになった。それに伴い情報記録体自体の模造品も発生し、よりセキュリティの高い情報記録体が求められるようになっている。

情報記録体は、主に微細な回折格子であるレリーフ構造により形成され、通常の印刷技術では表現できない指向性のある光沢や散乱などの効果を出現させている。回折格子は、その格子ピッチにより回折光の色が変化し、格子の方向によりその絵柄の見える方向が変化する。
また、情報記録体は、基板の表面をアレイ状に分割し、この分割領域内に設けられた数μｍ〜数百μｍ程度の複数個の画素（セル）毎にこれらのパラメータを様々に変化させる回折格子を形成することで指向性のある光沢を有する表示画像を構成することができる（例えば特許文献１参照）。
特許第３２８３５８２号

そこで、本発明が解決しようとする課題は、情報記録体を見やすい正面から観察したときに、従来のホログラムや回折格子には見られない黒さを表現することができるとともに、情報記録体を大きく傾けて正面から観察したときは絵柄や文字、記号等を表示することで真偽判定を容易にし、さらに、情報記録体を大きく傾けた際に観察できる回折光の絵柄や文字、記号等を確認し易く、かつセキュリティ性を向上させることができる情報記録体の情報読み取り装置及び情報読み取り方法を提供することにある。

請求項１の発明は、情報記録体の情報読み取り装置であって、前記基材の表面の少なくとも一部の領域に、光に対し低反射性と低散乱性を持つとともに回折光射出機能を持つレリーフ構造を記録情報として形成してなる情報記録体と、前記情報記録体に光を照射する光源と、前記情報記録体に前記光源の光を照射することにより前記情報記録体から前記レリーフ構造応じて射出される回折光を投影し、該投影された回折光の像を記録情報として観察できるように表示するスクリーンとを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の情報読み取り装置において、前記レリーフ構造を形成する前記凹部または凸部のピッチが２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記凹部の深さまたは凸部の高さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の情報読み取り装置において、前記スクリーンは、該スクリーンの表面または内部に蛍光体を有することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１記載の情報読み取り装置において、前記スクリーン表面または内部の特定の部分にのみ蛍光体を有することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４記載の情報読み取り装置において、前記蛍光体が蛍光色の異なる複数の種類からなることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１記載の情報読み取り装置において、前記光源は特定の１つの波長の光のみを照射することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１記載の情報読み取り装置において、前記光源は、特定の２つ以上の波長の光を照射する１つの光源もしくは互いに異なる特定の１つの波長の光のみを照射する２つ以上光源からなることを特徴とする。

請求項８の発明は、光源とスクリーンを用いて情報記録体の情報を読み取る方法であって、前記情報記録体は、基材の表面の少なくとも一部の領域に記録情報として形成され、光に対し低反射性と低散乱性を持つとともに回折光射出機能を持つレリーフ構造を有し、前記情報記録体に前記光源を利用して光を照射し、前記情報記録体から前記レリーフ構造に応じて射出される回折光を前記スクリーンに投影し、該投影された回折光の像を記録情報として観察できるように表示することを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８記載の情報読み取り方法において、前記レリーフ構造を形成する前記凹部または凸部のピッチが２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記凹部の深さまたは凸部の高さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項８記載の情報読み取り方法において、前記スクリーンは、該スクリーンの表面または内部に蛍光体を有することを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項８記載の情報読み取り方法において、前記スクリーン表面または内部の特定の部分にのみ蛍光体を有することを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１１記載の情報読み取り方法において、前記蛍光体が蛍光色の異なる複数の種類からなることを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項８記載の情報読み取り方法において、前記光源は特定の１つの波長の光のみを照射することを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項８記載の情報読み取り方法において、前記光源は、特定の２つ以上の波長の光を照射する１つの光源もしくは互いに異なる特定の１つの波長の光のみを照射する２つ以上光源からなることを特徴とする。

本発明の情報読み取り装置及び情報読み取り方法において、複数の凹部または凸部から成るレリーフ構造とは、円錐状や角錐状などの形状のものが２次元的に配列した凹凸構造のこと、もしくは直線状または曲線状の格子を２次元的に配列した凹凸構造のことを示し、可視領域の光に対し低反射性と低散乱性を有する凹凸構造とは、凹部または凸部の配列ピッチが少なくとも５００ｎｍ以下であり、深さは少なくとも１００ｎｍ以上あるものを示す。また、可視領域の光に対し回折光射出機能を有するための凹部または凸部のピッチは２００ｎｍよりは大きい。すなわちピッチは２００ｎｍから５００ｎｍの範囲の構造である。
このような凹凸構造を有する情報記録体の光学素子面での光は凹部または凸部を有するレリーフ構造で回折光以外はほとんど反射、散乱せずに進むため、光はその下層の物質に進入する。したがって、金属などの複素屈折率の大きな物質をレリーフ構造の下層に設けると光はその層に吸収され観察者の方へ光が戻っていかないため、従来のホログラムや回折格子では表現できなかった黒色が表現できる。また、凹部または凸部が一定の周期を有することで回折光が発生し、ホログラムや回折格子と同様に回折像が観察できる。また、反射または散乱が低く抑えるためには、凹部または凸部のピッチは可視光の波長以下が望ましいが可視光の波長以下のピッチにすると回折光は光学素子面から浅い角度でのみ射出される。浅い角度で射出することで回折光直接確認することが難しいが、情報記録体から出射される回折光が投影されるスクリーンを用いることで、回折光の射出する方向からではなくても、情報記録体からの回折光がスクリーン上で散乱するため、そのスクリーン上に絵柄や文字、記号等が表示でき、回折光の像を容易に確認できる。

また、本発明の情報読み取り装置及び情報読み取り方法によれば、スクリーンの表面又は内部に蛍光体を有するので、情報記録体からの回折光が蛍光体に吸収され発光することによりスクリーンで回折像が表示でき、その確認が容易になる。

また、本発明の情報読み取り装置及び情報読み取り方法によれば、照明光が１つの波長を主に発する光源であることで、特定のピッチを有するレリーフ構造からは１つの方向に光が回折するから、情報記録体のレリーフ構造のピッチを領域ごとに変えることでスクリーン上に絵柄や文字、記号等の像が得られる。また、情報記録体を直接見ることでは観察することができない像をスクリーン上に投影することで観察できることも可能になり、セキュリティ性が向上する。
また、本発明の情報読み取り装置及び情報読み取り方法によれば、照明光が特定のいくつかの波長を主に発する光源、または１つの波長を主に発する光源が複数あることにより、表示できる像の色を増やすことが可能になり、セキュリティ性が向上する。

また、本発明の情報読み取り装置及び情報読み取り方法によれば、スクリーンの特定の部分のみ蛍光体を有することで、蛍光体の位置に回折光が得られるか否かにより真偽判定が可能になり、セキュリティ性を向上できる。

また、本発明の情報読み取り装置及び情報読み取り方法によれば、スクリーンの位置により蛍光体の蛍光色の種類が異なることにより、特定の位置に特定の光が得られるか否かにより真偽判定が可能になり、セキュリティ性が向上する。また、蛍光体の効果としてエネルギーの高い光を吸収し、エネルギーの光を発光するという色変換機能と、吸収波長の広がりを有することを利用して別の色に見える２つの光を蛍光体により、それとは異なる別の色に変えることができ、スクリーンなしでは観察できない像がスクリーン上で確認することができ、セキュリティ性が向上すると共に表示可能な表現の幅を広げることができる。

以下、本発明にかかる情報記録体の情報読み取り方法及び装置の具体的な実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の情報読み取り方法を適用した情報読み取り装置の実施の形態を示すもので、情報記録体とその読み取り装置を模式的に表した説明図である。
情報記録体の情報読み取り装置は、図１に示すように配置された情報記録体１、スクリーン２、光源３、遮光板４を備え、情報記録体１には光源３を利用して可視領域の光が照射され、情報記録体１からレリーフ構造に応じて射出される回折光がスクリーン２に投影され、この投影された回折光の像が記録情報としてスクリーン２上で観察できるように表示される。

情報記録体１は、基材の表面の少なくとも一部の領域に記録情報として形成され、かつ可視領域の光に対し低反射性と低散乱性を持つとともに回折光射出機能を持つレリーフ構造（図示せず）を有している。この情報記録体１のレリーフ構造は、円錐状、角錐状、楕円錐状、円柱状、円筒状、角柱状、角筒状などの凹部または凸部を所定のピッチで平面状に配列してなるもの、もしくは直線状または曲線状に延在する凹部と凸部とを交互に隣接して配列してなる回折格子などからなり、これらは電子線描画法により形成される。

上述のようなレリーフ構造を有する情報記録体１を複製するに際しては、記録情報としての表示画像を構成する各画素からの回折光の角度を考えて、各画素に凹部または凸部の配列のピッチを設計する。次に、電子ビーム露光装置を用いて、上記レリーフ構造を有する情報記録体の原版を作製する。次いで、電鋳等の方法により金型を作製し、その金型から樹脂への転写を行うことでレリーフ構造を形成する。成形したレリーフ構造にＡｌ等の金属を蒸着することで、正面から見ると黒く見える情報記録体が得られる。凹部または凸部の形状としては、情報記録体の表面に直角な方向の樹脂層の断面積が光入射面から遠ざかる方向に小さくなる形状、例えば円錐のようにすることで円柱形状よりもより低反射効果が得られる。また、凹部または凸部のピッチは可視光の波長以下で細かいほど望ましいが、電子線描画や樹脂の成形では難しく、実際に使用できるのは２５０ｎｍ程度までである。回折光の出射角度を考えると３００ｎｍから４００ｎｍが最適である。凹部または凸部の最適ピッチにおいては、情報記録体を表面から見たときの黒さを表現するには少なくとも２５０ｎｍ以上で深いほど望ましいが、５００ｎｍを超えると樹脂の成形が難しく適さない。３００から４００ｎｍ程度の深さが望ましい。

次に、図１に示すような位置関係に配列された情報記録体１の情報の読み取り方法について説明する。
情報記録体１がＸＹ平面上に設置され、この情報記録体１に垂直なＺ方向からある角度αで光源３からの光を情報記録体１に入射させる。光源３からの光は平行光が望ましく、レンズやミラーを用いて平行光にすることが望ましい。また、光源３はレーザーである必要性はなく、ハロゲンランプやＨＩＤランプでも良いが、光源３の波長に広がりがあると一定ピッチの構造を有するパターンからは波長により異なる角度に回折光が発生する。
本発明の実施の形態に示すようにスクリーン２に投影する場合、光源３からの光の波長に広がりを持つとスクリーン２上に虹色が表れる。そのような表示を目的とする場合はそれでも良いが、図２に示すように文字を表す場合などは特定パターンからは特定の角度にのみ回折光が得られる方が都合よく、光源は単色光が良い。上記光源３にフィルタ等を通して単色化してもよいが、容易に単色光が得られ、赤外から紫外まで波長選択が可能で小型で高輝度なものも得られるＬＥＤ光源が最適である。

情報記録体１に入射した光は、構造のピッチをｄ、光源の波長をλとするとｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλ（ｍは整数）に従いＺ軸からβの角度で回折光が得られる。スクリーン２としては、Ｙ軸のマイナス方向から観察する背面投影型とＹ軸の＋方向から観察する前面投影型とで必要な特性は異なるが、共通することはスクリーン２に当たった光が散乱または拡散し回折光の射出する方向以外からも確認できることである。表面が鏡面ではなく、マットな表面を有する板やフィルムなど、表面が荒れた構造を有するものならば可能である。最も観察しやすくするためには、図２の矢印Ａの方向から観察する背面投影型で、フレネルレンズとレンチキュラースクリーンまたはマイクロレンズスクリーンとの組み合わせである。レンチキュラースクリーンまたはマイクロレンズスクリーンは背面からの光を集光して通し、光が通らない部分は黒く塗られているため、観察者からすると黒い背面上に光が見え高いコントラストが得られ確認しやすくなる。光源３からの光がスクリーン２上に入ると見難くコントラストの低下を引き起こすため、光源３からの光が直接スクリーン２に入らない構造にするか、図１に示すように、光源３とクリーン２との間に光源３からクリーン２への光の入射を遮断する遮光板４を設けると良い。

図２は、情報記録体１及びスクリーン２をＸ方向の横から見た場合を模式的に表したものである。観察者は図２中の矢印Ａの方向からクリーン２を観察する。観察者からは図３のように見える。情報記録体１のａ、ｂ、ｃの各領域からの回折光はスクリーン２でそれぞれａ’、ｂ’、ｃ’の位置に投影される。ａ、ｂ、ｃの領域のピッチが異なるため、回折光の出射角度が異なりａ、ｂ、ｃの順で並んでいた情報記録体１からスクリーン２上ではｂ’、ａ’、ｃ’の順になっている。仮にスクリーン２がなくスクリーン２の位置で直接情報記録体１を観察した場合、ｂ’、ａ’、ｃ’の領域が観察者の眼より大きい場合は、観察者の方向に向かってきた光の一部、例えばａとｃからの光しか見えず、ａとｃの領域が光っているようにしか見えずｂからの光は観察できない。さらに、情報記録体１の領域とスクリーン２上での情報記録体１からの光の位置関係を変えることができることを利用して、直接情報記録体１を観察した場合はランダムなパターンしか見えないが、図３のようにスクリーン２上で“Ｓ”の字を表示することが可能になる。

図４は、単色光源を試料にあて蛍光体を有するスクリーン２に文字を示す場合を模式的に表したものである。“ＯＫ”の文字が現れるスクリーン２の部分に光源３の波長を吸収し蛍光または燐光などの異なる蛍光色を発する蛍光体を有している。蛍光体としてはＥｕやＴｂ等の希土類元素を含む無機化合物や希土類元素の錯体、または有機色素や導電性高分子等でそれらを膜状にスクリーン２上に広げても良いし、微粒子として分散させても良い。
また、スクリーン２において、回折光が当たらない部分は蛍光体を有していないか、または“ＯＫ”の文字とは異なる色で発光する蛍光体を有してもよい。そのようにすることで情報記録体１から“ＯＫ”の回折光が得られるものでも読み取り装置の光源３の波長と、光源３と情報記録体１とスクリーン２の位置関係という情報が必要になり、ある波長の光を特定の角度で出射しないものは偽物であるとし、似て非なるものの真偽判定が可能になる。

また、図５に示すように、照明光が特定の３つの波長を主に発する光源３、または互いに異なる１つの波長を主に発する光源が３つあることと、それぞれの光に対応する蛍光体が所定の位置にあることでセキュリティ性が向上し、また複数の波長の光源にすることで表示できる色が増え、スクリーン２上でさまざまな絵柄が表現可能になる。
また、蛍光体の吸収波長と発光波長を考慮し、例えば、青色と緑色の光を吸収し赤色を発光する蛍光体を用いることで、直接情報記録体１を観察したとき、青色と緑色の光それぞれでは認識できないパターンでも、蛍光体を通して青色に光る部分と緑色に光る部分が共に赤色に変化し認識できる絵柄を表示することも可能である。
さらに、図６に示すように、スクリーン２に紫外光を吸収して可視光を発光する蛍光体を用いることで、直接情報記録体１を観察することでは確認することができない紫外光で描かれるパターン（図６に示すスクリーン２上の星状パターン）も確認することができる。

本発明の情報読み取り方法を適用した情報読み取り装置の実施の形態を示すもので、情報記録体とその読み取り装置を模式的に表した説明図である。 本実施の形態における情報記録体１及びスクリーン２をＸ方向の横から見た場合を模式的に表した説明図である。 図２の矢印Ａ方向からのスクリーンの見え方を示した説明図である。 本実施の形態における情報記録体に単色光を入射させ、情報記録体からの回折光をスクリーン上に投影してスクリーン上に表示させる方法を示した説明図である。 本実施の形態における情報記録体に複数の波長を含む光を入射させ、情報記録体からの回折光を複数の蛍光体を有するスクリーン上に投影してスクリーン上に表示させる方法を示した説明図である。 本実施の形態における情報記録体に可視光と紫外光を利用して表示させる方法を示した説明図である。

符号の説明

１……情報記録体、２……スクリーン、３……光源、４……遮光板。

Claims (14)

1. 基材の表面の少なくとも一部の領域に、光に対し低反射性と低散乱性を持つとともに回折光出射機能を持つレリーフ構造を記録情報として形成してなる情報記録体と、
   前記情報記録体に光を照射する光源と、
   前記情報記録体に前記光源の光を照射することにより前記情報記録体から前記レリーフ構造に応じて出射される回折光を投影し、該投影された回折光の像を記録情報として観察できるように表示するスクリーンとを備える、
   ことを特徴とする情報読み取り装置。
2. 前記レリーフ構造は、微細な凹部または凸部で形成され、前記凹部または凸部のピッチが２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記凹部の深さまたは凸部の高さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の情報読み取り装置。
3. 前記スクリーンは、該スクリーンの表面または内部に蛍光体を有することを特徴とする請求項１記載の情報読み取り方法。
4. 前記スクリーン表面または内部の特定の部分にのみ蛍光体を有することを特徴とする請求項１記載の情報読み取り装置。
5. 前記蛍光体が蛍光色の異なる複数の種類からなることを特徴とする請求項４記載の情報読み取り装置。
6. 前記光源は特定の１つの波長の光のみを照射することを特徴とする請求項１記載の情報読み取り装置。
7. 前記光源は、特定の２つ以上の波長の光を照射する１つの光源もしくは互いに異なる特定の１つの波長の光のみを照射する２つ以上光源からなることを特徴とする請求項１記載の情報読み取り装置。
8. 光源とスクリーンを用いて情報記録体の情報を読み取る方法であって、
   前記情報記録体は、基材の表面の少なくとも一部の領域に記録情報として形成され、光に対し低反射性と低散乱性を持つとともに回折光射出機能を持つレリーフ構造を有し、
   前記情報記録体に前記光源を利用して光を照射し、
   前記情報記録体から前記レリーフ構造に応じて射出される回折光を前記スクリーンに投影し、該投影された回折光の像を記録情報として観察できるように表示する、
   ことを特徴とする情報読み取り方法。
9. 前記レリーフ構造は、微細な凹部または凸部で形成され、前記凹部または凸部のピッチが２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記凹部の深さまたは凸部の高さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８記載の情報読み取り方法。
10. 前記スクリーンは、該スクリーンの表面または内部に蛍光体を有することを特徴とする請求項８記載の情報読み取り方法。
11. 前記スクリーン表面または内部の特定の部分にのみ蛍光体を有することを特徴とする請求項８記載の情報読み取り方法。
12. 前記蛍光体が蛍光色の異なる複数の種類からなることを特徴とする請求項１１記載の情報読み取り方法。
13. 前記光源は特定の１つの波長の光のみを照射することを特徴とする請求項８記載の情報読み取り方法。
14. 前記光源は、特定の２つ以上の波長の光を照射する１つの光源もしくは互いに異なる特定の１つの波長の光のみを照射する２つ以上光源からなることを特徴とする請求項８記載の情報読み取り方法。

Images