JP2015504537A - 回折装置 - Google Patents

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Abstract

回折装置を観察又は認証する方法及び装置と、回折セキュリティ装置（１）と、が提供され、この場合に、第１回折レリーフ構造（２００）は、可視単色光の第１波長に応答し、第２回折レリーフ構造（２００）は、第１回折レリーフ構造（１００）と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視単色光の第２波長に応答し、且つ、第３回折レリーフ構造（４００）は、第１及び第２回折レリーフ構造（１００、２００）と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視単色光の第３波長に応答する。単色光の第１、第２、及び第３波長による照射下において、第１回折レリーフ構造（２００）は、再構築プレーン内に第１色の第１部分画像を生成し、第２回折レリーフ構造（３００）は、再構築プレーン内に第２色の第２部分画像を生成し、且つ、第３回折レリーフ構造（４００）は、再構築プレーン内に第３色の第３部分画像を生成し、且つ、第１、第２、及び第３部分画像は、再構築プレーン内において少なくとも部分的にオーバーラップして多色画像を形成する。回折セキュリティ装置は、セキュリティ文書内において使用されてもよく、且つ、装置は、多色画像を基準画像と比較することによって認証されてもよい。

Description

本発明は、回折装置と、その検査及び製造の方法に関する。本発明は、銀行券及びこれに類似したものの偽造からの保護において適用してもよい。又、本発明は、その他の環境において適用してもよいことを理解されたい。
定義
回折光学要素（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）：本明細書において使用される回折光学要素という用語は、数値型の回折光学要素（ＤＯＥ）を意味している。数値型の回折光学要素（ＤＯＥ）は、遠距離場（又は、再構築プレーン）において２次元の強度パターンを再構築する複素データのマッピングに基づいている。従って、例えば、点光源又はレーザーからの実質的にコリメートされた光がＤＯＥに入射した際に、干渉パターンが生成され、この干渉パターンは、適切な観察表面が再構築プレーン内に配置された際に又はＤＯＥが再構築プレーンにおいて透過状態において観察された際に可視状態となる投影画像を再構築プレーン内に生成する。２つのプレーンの間における変換は、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）によって近似することができる。従って、振幅及び位相情報を含む複素データをＤＯＥの微細構造内において物理的に符号化しなければならない。このＤＯＥデータは、望ましい再構築（即ち、遠距離場内の望ましい強度パターン）の逆ＦＦＴ変換を実行することにより、算出することができる。
ＤＯＥは、しばしば、コンピュータ生成ホログラムと呼ばれるが、これらのホログラムは、レインボーホログラム、フレネルホログラム、及び体積反射ホログラムなどのその他のタイプのホログラムとは異なる。
セキュリティ文書：本明細書において使用されるセキュリティ文書という用語は、限定を伴うことなしに、銀行券及び硬貨などの通貨の品目、クレジットカード、小切手、パスポート、ＩＤカード、証券及び株式証書、運転免許証、地券、航空会社及び鉄道のチケットなどの旅行文書、入場カード及びチケット、誕生、死亡、及び婚姻証明書、及び学術的文献を含むあらゆるタイプの文書及び値のトークン及び識別文書を含む。
透明なウィンドウ及びハーフウィンドウ：本明細書において使用されるウィンドウという用語は、印刷が施される実質的に不透明な領域との比較におけるセキュリティ文書内の透明な又は半透明なエリアを意味している。ウィンドウは、実質的に影響を受けない状態における光の透過を許容するように完全に透明であってもよく、或いは、部分的に透明又は半透明であり、これにより、物体をウィンドウエリアを通じて明瞭に観察できない状態で、光の透過を部分的に許容してもよい。
ウィンドウエリアは、透明なポリマー材料の少なくとも１つの層と、透明なポリマー基材の少なくとも一面に適用された１つ又は複数の不透明化層と、を有するポリマーセキュリティ文書内に、ウィンドウエリアを形成する領域内において少なくとも１つの不透明化層を省略することにより、形成してもよい。不透明化層が透明な基材の両面に適用される場合には、ウィンドウエリア内において透明な基材の両面上の不透明化層を省略することにより、完全に透明なウィンドウを形成してもよい。
以下において「ハーフウィンドウ」と呼ばれる部分的に透明な又は半透明なエリアは、「ハーフウィンドウ」が完全に透明にはならないが物体をハーフウィンドウを通じて明瞭に観察できない状態で多少の光が通過することを許容するように、ウィンドウエリア内においてセキュリティ文書の１つの面上においてのみ不透明化層を省略することにより、両面上に不透明化層を有するポリマーセキュリティ文書内に形成してもよい。
或いは、この代わりに、透明なプラスチック材料の挿入体が紙又は繊維質の基材内の切抜き部又は凹部に挿入されて透明なウィンドウ又は半透明なハーフウィンドウエリアを形成するように、基材を紙又は繊維質材料などの実質的に不透明の材料から形成することもできる。
不透明化層：１つ又は複数の不透明化層を透明な基材に適用してセキュリティ文書の不透明度を向上させてもよい。不透明化層は、ＬT＜Ｌoとなるようになっており、ここで、Ｌoは、文書上に入射する光の量であり、且つ、ＬTは、文書を透過する光の量である。不透明化層は、様々な不透明化被覆のうちの任意の１つ又は複数の不透明化被覆を有してもよい。例えば、不透明化被覆は、熱活性化架橋性ポリマー材料の結合剤又は担持剤中に分散された二酸化チタンなどの顔料を有してもよい。或いは、この代わりに、透明なプラスチック材料の基材を紙又はその他の部分的又は実質的に不透明な材料の不透明化層の間に挟持することも可能であり、これらの不透明化層には、後から、標識（ｉｎｄｉｃｉａ）を印刷するか又はその他の方法で施してもよい。
単色又は多色光源から望ましい出力ビームを生成するための様々な設定における回折光学要素（ＤＯＥ）の使用法が知られている。例えば、ＤＯＥは、レーザー用のビーム成形又はパワー再分配要素として使用されている。
又、例えば、ブルネイ及びベトナムにおいて発行されると共にＷｉｎＤＯＥという商標によって販売されているポリマー銀行券などのセキュリティ文書におけるセキュリティ特徴としてＤＯＥを使用することも知られている。通常、このようなセキュリティ特徴は、ＤＯＥを多色又は単色光の点光源又は疑似点光源によって照射することによって検証される。再構築されたビームは、反射又は透過状態において、１つの文字又は数字の組などの単純な画像として観察される。
セキュリティ文書内のＤＯＥは、セキュリティ特徴として功を奏してきたが、従来製造可能であるのは、単色画像を、又は所与の波長における回折次数の間の角度分離に起因して色が分離された色の観点で省略された多色画像を、投影するＤＯＥのみである。
以上の内容に鑑み、更に高度な有色画像を生成する能力を有する回折装置を提供することが望ましいであろう。
本発明の第１の態様によれば、可視単色光の第１波長に応答する第１回折レリーフ構造と、第１回折レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視単色光の第２波長に応答する第２回折レリーフ構造と、第１及び第２回折レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視単色光の第３波長に応答する第３回折レリーフ構造と、を含む回折装置を観察又は認証する方法が提供され、本方法は、
第１波長の可視単色光の第１ビームによって回折装置を照射して再構築プレーン内に第１色の第１部分画像を生成するステップと、
第２波長の可視単色光の第２ビームによって回折装置を照射して再構築プレーン内に第２色の第２部分画像を生成するステップと、
第３波長の単色光の第３ビームによって回折装置を照射して再構築プレーン内に第３色の第３部分画像を生成するステップと、
を含み、
これにより、第１、第２、及び第３部分画像は、再構築プレーン内において少なくとも部分的にオーバーラップして多色画像を形成し、且つ、部分画像の第１、第２、及び第３色は、多色入力画像の３つの色に対応する。
好ましくは、本方法は、多色画像を基準画像と比較して回折装置を認証するステップを含む。
上述の方法において、照射ステップは、実質的に同時に実行されてもよいが、好ましくは、順番に、且つ、更に好ましくは、循環的な方式により、実行される。循環的照射の周波数は、好ましくは、単一の波長によるそれぞれの照射が再構築プレーン内に単一の色のみを生成するにも拘わらず、部分的にオーバーラップした部分画像の３つの色が、人間の眼によって直接的に観察された際に、眼の残像保持を通じて多色画像の効果を生成するようなものになっている。照射は、好ましくは、人間の視覚の画像保持時間を上回る周波数において実行される。周波数は、好ましくは、少なくとも１２Ｈｚであり、且つ、更に好ましくは、約２４Ｈｚである。部分画像の第１、第２、及び第３色は、多色入力画像の３つの色に対応してもよい。好ましくは、３つの色は、原色又は等和色である。多色画像は、加法性色によって形成されてもよく、或いは、色は、別個の投影空間内に投影されて諧調表現によって多色画像内に所定範囲の色を生成するように投影されてもよい。
本発明の別の態様によれば、回折セキュリティ装置が提供され、これは、
透明な基材と、
透明基材内に又は上に提供されると共に可視光の第１波長に応答する第１回折レリーフ構造と、
透明基材内に又は上において第１レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視光の第２波長に応答する第２回折レリーフと、
透明基材内に又は上において第１及び第２レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視光の第３波長に応答する第３回折レリーフ構造と、
を含み、
照射下において、第１回折レリーフ構造は、再構築プレーン内に第１色の第１部分画像を生成し、第２回折レリーフ構造は、再構築プレーン内に第２色の第２部分画像を生成し、且つ、第３回折レリーフ構造は、再構築プレーン内に第３色の第３部分画像を生成し、且つ、部分画像の第１、第２、及び第３色は、多色入力画像の３つの色に対応しており、
第１、第２、及び第３部分画像は、再構築プレーン内において少なくとも部分的にオーバーラップして多色画像を形成する。
好ましくは、第１、第２、及び第３回折レリーフ構造のそれぞれは、数値型の回折光学要素（ＤＯＥ）である。
好ましくは、第１、第２、及び第３回折レリーフ構造は、原色又は等和色の波長に応答する。
回折セキュリティ装置の第１、第２、及び第３レリーフ構造を変調して再構築プレーン内に諧調有色入力画像の輝度レベルの変動に対応した強度の変動を生成してもよい。これは、第１、第２、及び第３レリーフ構造の高さ又は深さを変調して強度の変動を生成することによって実現してもよい。
回折セキュリティ装置は、第１、第２、第３波長に応答する更なるレリーフ構造を含んでもよく、更なるレリーフ構造は、少なくとも１つの更なる再構築プレーン内に更なる部分画像を生成し、更なる部分画像は、少なくとも部分的にオーバーラップして少なくとも１つの更なる再構築プレーン内に更なる多色画像を生成する。それぞれのレリーフ構造は、レリーフ構造から回折された光の強度分布の５０％超が正の一次回折内に存在するように、設計してもよい。
特に好適な実施形態においては、それぞれのレリーフ構造は、複数の回折セグメントを含み、これらの回折セグメントは、その他のレリーフ構造の回折セグメントとインターレースしている。好ましくは、それぞれのセグメントの最大寸法は、２０ミクロン（μｍ）未満である。それぞれのセグメントは、好ましくは、多色入力画像からの１つのピクセル又はピクセルのグループに対応している。
本発明の更なる態様によれば、上述の実施形態において記述されている回折構造を含むセキュリティ装置が提供される。
セキュリティ装置は、透過状態において観察されるように適合された透過型セキュリティ装置であってもよい。
その他の実施形態においては、セキュリティ装置は、金属又は高屈折率材料の反射性層を含んでもよく、或いは、反射性層をレリーフ構造に適用して実質的に平坦な表面を生成してもよい。
本発明のその他の態様は、上述のセキュリティ装置を含む銀行券などのセキュリティ文書を対象としている。好ましくは、セキュリティ装置は、セキュリティ文書のウィンドウ又はハーフウィンドウ領域上に又は内に適用される。
本発明の更なる態様によれば、可視単色光の第１波長に応答する第１回折レリーフ構造と、第１レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視単色光の第２波長に応答する第２回折レリーフ構造と、可視単色光の第３波長に応答すると共に第１及び第２回折レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースした第３回折レリーフ構造と、を含む回折装置を観察又は認証する装置が提供され、この装置は、第１、第２、及び第３波長の可視単色光の３つの別個のビームを生成する照射手段を含み、
第１波長の可視単色光の第１ビームを回折装置上に導いて再構築プレーン内に第１色の第１部分画像を生成し、第２波長の可視単色光の第２ビームを回折装置上に導いて再構築プレーン内に第２色の第２部分画像を生成し、且つ、第３波長の可視単色光の第３ビームを回折装置上に導いて再構築プレーン内に第３色の第３部分画像を生成し、且つ、部分画像の第１、第２、及び第３色は、多色入力画像の３つの色に対応しており、
これにより、第１、第２、及び第３部分画像は、再構築プレーン内において少なくとも部分的にオーバーラップして多色画像を形成する。
好ましくは、装置は、多色画像を基準画像と比較して回折装置を認証する比較手段を含む。
好ましくは、部分画像の第１、第２、及び第３色は、多色入力画像の３つの色に対応している。３つの色は、好ましくは、赤色、緑色、及び青色などの原色であるが、シアン、マゼンタ、及び黄色などの等和色であってもよい。完成した多色画像は、加法性色によって形成されてもよい。或いは、この代わりに、色は、別個の投影空間内に投影されて諧調表現によって多色画像内に所定範囲の色を生成するように投影されてもよい。
好ましくは、照射手段は、
第１、第２、及び第３波長のうちのそれぞれの波長の可視単色光の３つの異なる光源又は多色光の単一の光源と、
多色光源によって照射された際に第１、第２、及び第３波長の単色光の３つの別個のビームを生成するように構成された複数の光学フィルタ要素と、
を含む。
回折装置が、本明細書において定義されている回折光学要素又はＤＯＥである際には、それぞれの別個の光源は、好ましくは、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）又は有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＯＬＥＤ）などの点光源又は疑似点光源であるが、レーザーなどのコリメートされた光源を使用してもよい。
装置は、好ましくは、順番に、又は循環的な方式により、第１、第２、及び第３波長の間において切り替える切替手段を含んでもよい。異なる色の別個の光源が提供されている際には、切替手段は、光源をオン及びオフに順番に又は循環的に切り替えるように構成されてもよい。
代替実施形態においては、照射手段は、第１、第２、及び第３波長を生成するために、適切な光ファイバとの組合せにおいて多色光源を有してもよい。この実施形態においては、切替手段は、回転可能なフィルタホイールを含んでもよい。
装置は、再構築プレーンにおいて又はその近傍において位置決めされた画面又は検出器を更に含んでもよい。
以下、一例としてのみ添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明することとする。
本発明による回折装置の概略平面図である。 本発明による透過型回折セキュリティ装置を内蔵するセキュリティ文書を通じた概略断面図であり、セキュリティ装置を観察及び認証する方法を示す。 本発明による反射型回折セキュリティ装置を内蔵するセキュリティ文書を通じた概略断面図であり、セキュリティ装置を観察及び認証する方法を示す。 本発明による透過型回折セキュリティ装置を内蔵するセキュリティ文書を通じた概略断面図であり、セキュリティ装置を観察及び認証する別の方法を示す。 本発明による反射型回折セキュリティ装置を内蔵するセキュリティ文書を通じた概略断面図であり、セキュリティ装置を観察及び認証する別の方法を示す。 回折セキュリティ装置と、セキュリティ装置を観察及び認証する検証要素と、を内蔵する自己検証セキュリティ文書の概略平面図である。 使用中の図６の自己検証セキュリティ文書の図である。
図１は、それぞれが可視スペクトルにおける光の異なる波長に応答する複数の回折レリーフ構造２、３、及び４を有する回折装置１を概略的に示している。図示の実施形態においては、それぞれの回折レリーフ構造２、３、及び４は、それぞれが多色入力画像の１つのピクセル又はピクセルのグループに対応している複数の回折セグメント又はピクセル２００、３００、及び４００を含む。
一例として、第１回折レリーフ構造２の回折セグメント又はピクセルの第１グループ２００は、赤色の光に応答してもよく、第２回折構造３の回折セグメント又はピクセルの第２グループ３００は、緑色の光に応答してもよく、且つ、第３回折レリーフ構造４の回折セグメント又はピクセルの第３グループ４００は、青色の光に応答してもよい。
第１、第２、及び第３回折レリーフ構造２、３、及び４の回折セグメント又はピクセル２００、３００、４００は、少なくとも部分的にインターレースしている。例えば、図１に示されているように、回折セグメント又はピクセルの第２グループ（正方形によって表されたもの）３００は、回折セグメント又はピクセルの第１グループ（円によって表されたもの）２００とインターレースしている。図示のように、第２グループ３００は、文字「Ｅ」の形状において配列された第１グループ２００の背景を形成するように配列されている。
又、回折セグメント又はピクセルの第３グループ（図１にダイアモンドによって表されたもの）４００は、第２グループ３００とインターレースしている。この場合にも、第２グループ３００は、ここでは、図１に示されているように、文字「Ｐ」の形状において配列された第３グループ４００の背景を形成するように配列されてもよい。
回折セグメント又はピクセルの第１及び第３グループ２００、４００は、図１には、インターレースしたものとして示されてはいないが、特に好適な実施形態においては、３つのグループ２００、３００、及び４００のすべてが互いにインターレースすることになる。
第１、第２、及び第３回折レリーフ構造２、３、及び４を有する回折装置１は、好ましくは、本明細書において定義されている数値型の回折光学要素又はＤＯＥである。このようなＤＯＥは、点光源（又は、疑似点光源）によって又はレーザーなどの実質的にコリメートされた光の別の供給源によって照射された際に再構築プレーン内に投影画像を生成する干渉パターンを生成するように配列されている。
図１の回折装置が光の多色点光源によって照射された際に生成される光学的効果は、深刻な色の歪及びにじみを有する再構築プレーン内の多色画像である。但し、回折装置は、回折レリーフ構造の回折セグメント又はピクセルの第１、第２、及び第３グループ２００、３００、４００が応答する３つの異なる色の単色可視光の第１、第２、及び第３波長によって照射されるように設計されている。従って、図１の特定の実施形態においては、回折装置が、赤色波長の実質的にコリメートされた光によって照射された際に、回折セグメント又はピクセルの第１グループ２００は、再構築プレーン内に赤色の第１部分画像を生成することになり、緑色波長の実質的にコリメートされた光によって照射された際に、回折セグメント又はピクセルの第２グループ３００は、再構築プレーン内に緑色の第２部分画像を生成することになり、且つ、青色波長の実質的にコリメートされた光によって照射された際に、回折セグメント又はピクセルの第３グループ４００は、再構築プレーン内に青色の第３部分画像を生成することになる。
更には、回折セグメント又はピクセルのグループ２００、３００、及び４００は、少なくとも部分的にインターレースしているために、実質的に同時に、順番に、又は循環的に、３つの異なる色の３つの波長のそれぞれによって照射された際に、異なるグループ２００、３００、及び４００によって生成される３つの部分画像は、オーバーラップすることにより、多色点光源によって生成される画像よりも鋭く且つにじんでいないと共に深刻な色の逸脱の問題を有していない多色画像を再構築プレーン内に生成する。
回折セグメント又はピクセル２００、３００、４００は、便利には、形状が実質的に正方形であるが、円、三角形、六角形、及びその他の多角形などのその他の形状が使用されてもよい。ピクセルの最小サイズは、好ましくは、約１ミクロン（μｍ）×１ミクロン（μｍ）である。ピクセルの最大サイズは、好ましくは、約１０ミクロン（μｍ）×１０ミクロン（μｍ）である。ピクセルの最大寸法は、１０ミクロン（μｍ）を超過してもよく、且つ、約２０ミクロン（μｍ）ほどに大きくてもよいが、約１０ミクロン（μｍ）を上回る寸法は、回折装置が照射された際に、結果的に得られる多色画像の解像度の低下を結果的にもたらす可能性がある。
図２〜図５を参照すれば、図１を参照して説明したものなどの本発明の回折装置をセキュリティ文書に内蔵する様々な方法と、結果的に得られる多色画像を観察する様々な方法及び装置と、が示されている。
図２は、文書の実質的に透明なエリア又はウィンドウ１２内に配設された数値型の回折光学要素又はＤＯＥ（上述のもの）の形態の透過型回折装置１１を含むセキュリティ文書１０の概略断面図を示している。
図２の回折装置１１を観察するための装置は、例えば、スペクトルの赤色、緑色、及び青色部分などの可視スペクトルにおける３つの異なる波長の実質的にコリメートされた単色光の３つのビーム１４、１５、及び１６を生成するように構成された照射手段１３を含む。例えば、照射手段１３は、例えば、赤色、緑色、及び青色などの３つの異なる色の発光ダイオード（ＬＥＤ）１４０、１５０、及び１６０を有してもよい。或いは、この代わりに、ＬＥＤ１４０、１５０、１６０の代わりに、可視スペクトルの赤色、緑色、及び青色部分における適切な周波数のレーザーの形態の３つの異なる単色光源が使用されてもよい。
回折光学装置１１が照射手段１３によって照射された際に生成される光学的な効果が、図２の下部部分に概略的に示されている。
赤色光源１４０からの実質的にコリメートされた光１４は、赤色光に応答する第１回折レリーフ構造２０の回折セグメント又はピクセルのグループ２００により、赤色光の第１パターン化ビーム１７に変換されることになる。この結果、赤色の第１部分画像１７０が再構築プレーン１００内に生成される。同様に、それぞれ、緑色及び青色光に応答する第２及び第３回折レリーフ構造３０、４０の回折セグメント又はピクセルのグループ３００、４００は、緑色及び青色光源１５０、１６０からの実質的にコリメートされた光のビーム１５、１６を、それぞれ、緑色及び青色光の第２及び第３パターン化ビーム１８、１９に変換する。これらのパターン化ビームは、第２及び第３部分画像１８０、１９０を再構築プレーン１００内に生成する。
回折装置１１内の第１、第２、及び第３回折レリーフ構造２０、３０、及び４０のインターレースした配列の結果として、第１、第２、及び第３部分画像１７０、１８０、及び１９０は、再構築プレーン内においてオーバーラップして多色画像１１０を生成する。
特に好適な実施形態においては、照射手段１３には、赤色、緑色、及び青色光源１４０、１５０、及び１６０のそれぞれをオン及びオフに切り替えるための切替手段が設けられている。切替手段は、好ましくは、光源のオン／オフ切替が、順番に又は循環的に、更に好ましくは、既定の周波数及び位相シフトにおいて、発生するように、コントローラによって制御される。順番による又は循環的な切替が発生する周波数周期は、好ましくは、人間の眼の残像保持期間よりも短くなるように、選択される。既定の周波数は、好ましくは、少なくとも１２Ｈｚであり、更に好ましくは、２４Ｈｚ以上である。観察者が、例えば、自身の眼を再構築プレーン１００内に配置することにより、或いは、再構築プレーン１００内に配置された画面を観察することにより、再構築プレーン１００内に生成された投影画像を観察した際に、観察者は、３つの別個の有色の部分画像ではなく、真に多色の画像１１０を観察することになる。この方式によって生成される多色画像１００は、深刻な色の歪みの問題を有しておらず、且つ、観察者にとっての画像の認識可能性を向上させ、これにより、セキュリティ文書の認証におけるその有用性を改善する。いくつかの実施形態においては、セキュリティ文書は、再構築プレーン内の仮想的な多色画像との比較用の基準画像を形成するために、文書の別の場所に印刷されるか又はその他の方法で提供された別のバージョンの多色画像を有してもよい。或いは、この代わりに、基準画像は、別個のコンポーネント上に提供されてもよい。
図３は、図２のものに類似した装置を使用して反射状態において動作するように設計された回折装置又はＤＯＥ１１を含むセキュリティ文書１０の概略断面図を示している。図３において、セキュリティ文書の各部分及び装置の各部分は、図２の類似の部分に対応しており、且つ、対応する参照符号が使用されている。
又、図３の回折装置又はＤＯＥ１１は、文書１０の実質的に透明なエリア又はウィンドウ１２内に配設されている。ＤＯＥ１１は、実際には、透過型ＤＯＥとして構築されているが、反射性層２２がＤＯＥ１１の下方においてウィンドウ１２内に設けられると共にＤＯＥ１１から離れるように短い距離だけ離隔しているために、反射状態において動作する。
使用の際、図３のＤＯＥ１１は、例えば、赤色、緑色、及び青色などの３つの異なる波長の実質的にコリメートされた光の３つのビーム１４、１５、及び１６を生成するように構成された照射手段１３によって照射される。この場合にも、照射手段は、可視スペクトルの赤色、緑色、及び青色部分における適切な周波数のＬＥＤ１４０、１５０、及び１６０、又はレーザーを有してもよい。
３つのビーム１４、１５、及び１６は、それぞれのビーム１４、１５、１６が反射性層２２からＤＯＥ１１上に反射されるように、所定の角度でＤＯＥ１１に隣接する位置におけるウィンドウエリア１２内の反射性層２２上に導かれる。実質的にコリメートされた単色光のビーム１４、１５、及び１６は、ＤＯＥ１１の第１、第２、及び第３回折レリーフ構造２０、３０、及び４０の回折セグメント又はピクセルのグループ２００、３００、及び４００により、図２のＤＯＥ１１に類似した方式において、それぞれ、例えば、赤色、緑色、及び青色などの異なる色のパターン化ビーム１７、１８、及び１９に変換される。図２との動作における主な相違点は、３つのビーム１７、１８、及び１９が、照射手段１３と同一のセキュリティ文書１０の側においてＤＯＥ１１から放出されているという点にあることが図３から明らかであろう。この結果、３つの有色の部分画像１７０、１８０、１９０が多色画像１１０を形成する再構築プレーン１００も、照射手段１３と同一のセキュリティ文書の側に位置している。
変更された一実施形態（不図示）においては、図３の透過型ＤＯＥ１１及び反射性層２２を反射型回折装置又はＤＯＥによって置換してもよく、その上部又は外側表面は、照射手段１３からの単色光の３つのビーム１４、１５、及び１６によって直接的に照射される。このような反射型ＤＯＥは、金属層又は高屈折率層などの反射性層内に適切な回折表面レリーフ構造を提供することにより、形成してもよい。この場合には、反射型ＤＯＥをセキュリティ文書の透明なエリア又はウィンドウ内に設ける必要はない。その代わりに、反射型ＤＯＥは、セキュリティ文書の不透明表面上に設けることができよう。
又、図２の実施形態と同様に、図３の照射手段１３は、赤色、緑色、及び青色光源１４０、１５０、１６０のそれぞれごとに切替手段（不図示）を含んでもよい。この場合にも、切替手段は、光源１４０、１５０、１６０のオン／オフ切替が順番に又は循環的に発生するように、コントローラによって制御されてもよい。従って、図３の実施形態において再構築プレーン１００内において観察者によって観察される光学的な効果は、図２におけるものと同一である。
図４及び図５は、本発明による回折セキュリティ装置を照射する代替方法及び装置を示している。図４は、図２のものと同一のセキュリティ文書１０を示しており、且つ、対応する参照符号が対応する部分に適用されている。従って、セキュリティ文書１０は、文書の実質的に透明なエリア又はウィンドウ１２内に配設された透過型回折装置又はＤＯＥ１１を含む。
図４は、図２の照射手段１３が多色光源４３及びフィルタ手段４４によって置換されている点が図２と異なっている。多色光源４３は、図３においては、白色光を生成するタングステンフィラメントの電球によって表されている。フィルタ手段４４は、好ましくは、多色光源４３の前面に配置された際に、好ましくは、赤色、緑色、及び青色である異なる色の第１、第２、及び第３波長の光のパターン化単色ビーム１７、１８、１９を生成する３つの異なる光学フィルタを含む。フィルタ手段は、好ましくは、順番に又は循環的な方式によってフィルタの間において切り替えるための切替手段を含む。
図４に概略的に示されているように、切替手段４４は、回転可能なフィルタホイール４５の形態を有する。フィルタホイール４５は、フィルタホイール４５の回転軸を中心とした異なる場所において離隔した赤色、緑色、及び青色という３つの異なる色の３つの異なる色フィルタを有する。利便を目的として、図４のフィルタホイール４５の断面図には、３つの有色フィルタのうちの２つのみ４６及び４７が示されている。
フィルタホイール４５は、駆動モーター４９及び駆動系５０によってその回転軸４８を中心として回転するように適合されている。動作の際には、フィルタホイール４５が回転するのに伴って、３つの有色フィルタ（４６、４７）のそれぞれは、多色光源４３の前面を通過し、その結果、順番に、赤色、緑色、及び青色という３つの異なる色の光の３つの単色ビーム５１を生成し、それぞれのビーム５１は、セキュリティ文書のウィンドウ１２内の回折装置又はＤＯＥ１１上に導かれる。
一実施形態においては、有色フィルタ４６、４７のうちのそれぞれの有色フィルタのサイズは、好ましくは、単色光のそれぞれのビーム５１が実質的にコリメートされるように、点光源をシミュレートするために十分なほどに小さくなっている。この実施形態は、多色光源が、例えば、白色光の電球などのように、点光源ではないと共に実質的にコリメートされた光を生成しないケースに特に適している。
別の実施形態においては、多色光源４３は、白色光の点光源又は疑似点光源であるか、或いは、フィルタホイール４５上に導かれる実質的にコリメートされた光のビームを生成するその他の白色光源であってもよい。このケースにおいては、有色フィルタのサイズは、あまり重要ではない。
動作の際には、図４の実施形態は、照射手段１３に、赤色、緑色、及び青色光源１４０、１５０、１６０を順番に又は循環的にオン及びオフに切り替えるための切替手段が提供された際に、図２のものに類似した方式によって機能する。回転するフィルタホール４５は、フィルタホイール４５が回転するのに伴って、回折装置１１上に導かれるビーム５１の色が赤色、緑色、及び青色という３つの異なる色の間において順番に切り替わるように、切替フィルタとして機能する。従って、図４の実施形態も、人間の眼の残像保持に基づいており、且つ、フィルタホイール４５が回転する周波数も、好ましくは、相応して選択される。既定の回転の周波数は、好ましくは、少なくとも１２Ｈｚであり、且つ、更に好ましくは、２４Ｈｚ以上である。
従って、再構築プレーン１００内の投影画像１１０は、連続した透過ビーム１７、１８、１９によって生成される３つの異なる色の連続した部分画像１７０、１８０、１９０から構成されることになるが、部分画像１７０、１８０、１９０が変化する周波数により、人間の眼の残像保持に起因して多色画像の効果が生成されることになる。
図５は、図３のセキュリティ文書と同一のセキュリティ文書１０の概略断面図を示しており、且つ、対応する参照符号が対応する部分に適用されている。図５は、回折装置１１を照射すると共に結果的に得られる画像を観察する装置が、図４に示されていると共にこの図を参照して説明したものと実質的に同一であるという点において、図３と異なっている。図５には、図４の装置の対応する参照符号が使用されている。
図５の回折装置１１又はＤＯＥは、反射状態において動作する。フィルタホイール４５が多色白色光源４３の前面において回転した際に、回折装置又はＤＯＥに隣接した位置において文書のウィンドウ１２上に導かれたビーム５１は、フィルタホイールの光学フィルタ４６、４７の３つの異なる色の間において順番に変化することになる。この結果、ビーム５１がＤＯＥ１１を通じて反射性層２２から反射されて戻るのに伴って、３つの異なる色の連続した単色パターン化ビーム１７、１８、１９が順番に生成されるという結果が得られることになる。そして、それぞれのパターン化ビーム１７、１８、１９が再構築プレーン１００内に異なる色の投影部分画像１７０、１８０、１９０を生成する。この場合にも、図４と同様に、フィルタホイール４５の回転の周波数は、観察者が、人間の眼の残像保持の効果を通じて３つのオーバーラップした部分画像１７０、１８０、１９０によって形成された多色画像１１０を観察することになるように、構成されている。
次に、本発明による回折装置の好適な製造方法について説明することとする。
最初に、印刷産業において多色諧調画像を生成するために使用される標準的な複製技法を使用することにより、最終的な回折装置によって生成される必要な多色出力画像に対応した多色入力画像の形態のオリジナルのアートワークをオリジナルの有色画像の赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）部分画像に分解する。
これら３つの部分画像のそれぞれごとに、フーリエ変換を実行すると共にこれを使用することにより、既知の技法（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ， Ａｕｔｈｏｒ Ｂｅｒｎａｒｄ Ｋｒｅｓｓ ａｎｄ Ｐａｔｒｉｃｋ Ｍｅｙｒｕｅｉｓ， Ｗｉｌｅｙ， ＩＳＢＮ ｒｅｆ ０４７１９８４４７７を参照されたい）を使用してそれぞれの部分画像に対応した回折光学要素（ＤＯＥ）の三次元位相構造を構築する。
それぞれのＤＯＥごとに、一連のタイルを生成し、且つ、構造を照射するために使用される光源のスポットサイズを上回るタイルサイズにおいて、これらのタイルを反復パターンにおいて互いにインターレースさせる。
次いで、これらの構造を複製し、ホログラムなどの表面レリーフ回折構造（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ：ＤＯＶＤ）の製造において一般に使用されている方式により、マスタ金属シムを生成する。
次いで、完成品のセキュリティ文書上の最終的な望ましい位置との関係においてシム上の位置において複数回にわたって再び組み合わせることにより、このマスタシムを製造シムとして複製する。この場合にも、このプロセスについては、十分な文書化が行われており、且つ、当業者には、既知である。
次いで、ホットエンボス又はＵＶ硬化性インク内へのエンボスなどのエンボスプロセスを使用することにより、回折構造をセキュリティ文書上において複製する。
次いで、これらの構造の容易な複製を防止するために、カバーするポリマー層に装置を結果的に十分に埋め込むことができるように、これらの構造を十分に大きな屈折率を有する層によってカバーすることが推奨される。これは、高屈折層をまず適用し、且つ、次いで、構造を全体的に埋め込むように第２の相対的に厚い層が適用される２ステッププロセスによって実行することができる。或いは、この代わりに、同様の方式により、固有の高屈折率特性を有するポリマー層を又はポリマー金属酸化物複合層を適用する埋め込みプロセスを使用することにより、同一の結果を１つのステップにおいて実現することもできる。
或いは、この代わりに、シムを使用し、ホットスタンプフォイルを生成することも可能であり、この場合には、ホットスタンププロセスの結果として装置が転写される。この例においては、画像を透過状態において観察する必要があることから、ホットスタンプフォイル構造は、好ましくは、高屈折率材料によってカバーされる。これに適した材料は、硫化亜鉛となり、これは、真空堆積によって適用してもよい。或いは、この代わりに、例えば、ナノスケールの金属酸化物粒子又は高屈折率ポリマーを含むポリマー材料に基づいた高屈折率を有する被覆を適用してもよい。
図６及び図７は、文書の第１ウィンドウ６３内の回折装置又はＤＯＥ６１と、文書の横方向に離隔した場所に位置する第２ウィンドウ６４内の検証要素６２と、を内蔵する自己検証セキュリティ文書６０を示している。セキュリティ文書６０は、銀行券などの単一の曲がり易いシートの形態を有する。
回折要素又はＤＯＥ６１は、上述のように、異なる波長の光にそれぞれが応答する複数の回折セグメント又はピクセルを有する。
第２ウィンドウ内の検証要素６２は、好ましくは３つである複数の光学フィルタセグメント６５を有しており、このそれぞれは、多色光源７０によって照射された際に異なる波長の光を生成するように構成されている。
図７は、使用中の図６の自己検証セキュリティ文書を示しており、セキュリティ文書は、多色光源７０、検証要素６２、ＤＯＥ６１、及び観察者７４の眼７２がすべて整列するように、折り畳み線６６に沿って折り曲げられた状態にある。検証要素６２を通過する供給源７０からの多色光７１は、光学フィルタセグメント６５により、異なる波長の実質的にコリメートされた単色光の別個のビームに変換される。これらのビームは、ＤＯＥ６１上に導かれると共にＤＯＥによってパターン化ビームに変換され、これらのパターン化ビームは、オーバーラップし、且つ、ＤＯＥのピクセル内に保存されている多色画像に対応する多色仮想画像７６を生成するという効果を観察者の眼７２において有する。
光学フィルタセグメント６５は、検証ウィンドウ６２上に異なる有色インクを印刷することによって形成されるカラーフィルタなどのカラーフィルタであってもよい。或いは、この代わりに、これらの光学フィルタセグメント６５は、干渉フィルタ又はホログラフフィルタとして形成してもよい。
以上のことから、本発明は、偽造が困難な多色画像を生成することができる新しいタイプの回折セキュリティ装置のみならず、このセキュリティ装置を観察及び検査する方法及び装置と、平均的な偽造者が再現することが困難である製造の方法と、をも提供することが理解されよう。

Claims (38)

  1. 可視単色光の第１波長に応答する第１回折レリーフ構造と、前記第１レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視単色光の第２波長に応答する第２回折レリーフ構造と、可視単色光の第３波長に応答すると共に前記第１及び第２回折レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースした第３回折レリーフ構造と、を含む回折装置を観察及び認証する方法であって、
    前記第１波長の可視単色光の第１ビームによって前記回折装置を照射して再構築プレーン内に第１色の第１部分画像を生成するステップと、
    前記第２波長の可視単色光の第２ビームによって前記回折装置を照射して前記再構築プレーン内に第２色の第２部分画像を生成するステップと、
    前記第３波長の可視単色光の第３ビームによって前記回折装置を照射して再構築プレーン内に第３色の第３部分画像を生成するステップと、
    を含み、
    これにより、前記第１、第２、及び第３部分画像は、前記再構築プレーン内において少なくとも部分的にオーバーラップして多色画像を形成する、方法。
  2. 前記照射ステップは、同時に実行される請求項１に記載の方法。
  3. 前記照射ステップは、順番に実行される請求項１に記載の方法。
  4. 前記照射ステップは、循環的に実行される請求項１に記載の方法。
  5. 前記照射ステップは、２４Ｈｚ以上の周波数において実行される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記部分画像の前記第１、第２、及び第３色は、多色入力画像の３つの色に対応している請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記３つの色は、原色又は等和色である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記完成した多色画像は、加法性色によって形成される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記色は、別個の投影空間内に投影されて諧調表現によって前記多色画像内に所定範囲の色を生成するように、投影される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記多色画像を基準画像と比較して前記回折装置を認証するステップを含む請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
  11. セキュリティ文書を観察又は認証するために使用される際の請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
  12. 銀行券を観察又は認証するために使用される際の請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
  13. 回折セキュリティ装置であって、
    透明な基材と、
    前記透明な基材内に又は上に設けられると共に可視光の第１波長に応答する第１回折レリーフ構造と、
    前記透明な基材内に又は上において前記第１レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視光の第２波長に応答する第２回折レリーフ構造と、
    前記透明な基材内に又は上において前記第１及び第２レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視光の第３波長に応答する第３回折レリーフ構造と、
    を含み、
    照射下において、前記第１回折レリーフ構造は、再構築プレーン内に第１色の第１部分画像を生成し、第２回折レリーフ構造は、前記再構築プレーン内に第２色の第２部分画像を生成し、且つ、前記第３回折レリーフ構造は、前記再構築プレーン内に第３色の第３部分画像を生成し、且つ、
    前記第１、第２、及び第３部分画像は、前記再構築プレーン内において少なくとも部分的にオーバーラップして多色画像を形成する、装置。
  14. 前記第１、第２、及び第３回折レリーフ構造のそれぞれは、数値型の回折光学要素（ＤＯＥ）である請求項１３に記載の回折セキュリティ装置。
  15. 前記第１、第２、及び第３回折レリーフ構造は、原色又は等和色の波長に応答する請求項１３又は１４に記載の回折セキュリティ装置。
  16. 前記第１、第２、及び第３レリーフ構造を変調して諧調有色入力画像の輝度レベルの変動に対応した強度の変動を前記再構築プレーン内に生成する請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の回折セキュリティ装置。
  17. 前記第１、第２、及び第３レリーフ構造の高さ又は深さを変調して前記強度の変動を生成する請求項１６に記載の回折セキュリティ装置。
  18. 前記第１、第２、及び第３波長に応答する更なるレリーフ構造を含み、前記更なるレリーフ構造は、少なくとも１つの更なる再構築プレーン内に更なる部分画像を生成し、前記更なる部分画像は、少なくとも部分的にオーバーラップして前記少なくとも１つの更なる再構築プレーン内に更なる多色画像を生成する請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の回折セキュリティ装置。
  19. それぞれのレリーフ構造は、前記レリーフ構造から回折された光の強度分布の５０％超が正の一次回折内に存在するように、設計される請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載の回折セキュリティ装置。
  20. それぞれのレリーフ構造は、複数の回折セグメントを含み、前記回折セグメントは、その他のレリーフ構造の回折セグメントとインターレースしている請求項１３乃至１９のいずれか一項に記載の回折セキュリティ装置。
  21. 前記セグメントの最大の寸法は、２０ミクロン（μｍ）未満である請求項２０に記載の回折セキュリティ装置。
  22. それぞれのセグメントは、多色入力画像の１つのピクセル又はピクセルのグループに対応している請求項２０又は２１に記載の回折セキュリティ装置。
  23. 請求項１３乃至２２のいずれか一項に記載の回折構造を含むセキュリティ装置。
  24. 前記セキュリティ装置は、透過状態において観察されるように適合された透過型セキュリティ装置である請求項２３に記載のセキュリティ装置。
  25. 金属又は高屈折率材料の反射性層を更に含む請求項２３に記載のセキュリティ装置。
  26. 前記反射性層を前記レリーフ構造に適用して実質的に平坦な表面を生成する請求項２５に記載のセキュリティ装置。
  27. 請求項２３乃至２６のいずれか一項に記載の前記セキュリティ装置を含む銀行券などのセキュリティ文書。
  28. 前記セキュリティ装置は、前記セキュリティ文書のウィンドウ又はハーフウィンドウ領域上に又は内において適用される請求項２７に記載のセキュリティ文書。
  29. 可視単色光の第１波長に応答する第１拡散レリーフ構造と、前記第１レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースすると共に可視単色光の第２波長に応答する第２拡散レリーフ構造と、可視単色光の第３波長に応答すると共に前記第１及び第２回折レリーフ構造と少なくとも部分的にインターレースした第３回折レリーフ構造と、を含む回折装置を観察又は認証する装置であって、前記装置は、前記第１、第２、及び第３波長の可視単色光の３つの別個のビームを生成する照射手段を含み、
    前記第１波長の可視単色光の前記第１ビームを前記回折装置上に導いて再構築プレーン内に第１色の第１部分画像を生成し、前記第２波長の可視単色光の前記第２ビームを前記回折装置上に導いて再構築プレーン内に第２色の第２部分画像を生成し、且つ、前記第３波長の可視単色光の第３ビームを前記回折装置上に導いて再構築プレーン内に第３色の第３部分画像を生成し、
    これにより、前記第１、第２、及び第３部分画像は、前記再構築プレーン内において少なくとも部分的にオーバーラップして多色画像を形成する、装置。
  30. 前記第１、第２、及び第３波長は、原色又は等和色である請求項２９に記載の装置。
  31. 前記照射手段は、前記第１、第２、及び第３波長のうちのそれぞれの波長の可視単色光の３つの異なる供給源を含む請求項２９又は３０に記載の装置。
  32. 前記照射手段は、多色光源と、前記多色光源によって照射された際に前記第１、第２、及び第３波長の単色光の３つの別個のビームを生成するように構成された前記第１、第２、及び第３波長を生成するための光ファイバと、を含む請求項２９又は３０に記載の装置。
  33. 前記第１、第２、及び第３波長の間において切り替えるための切替手段を更に含む請求項２９乃至３２のいずれか一項に記載の装置。
  34. 前記切替手段は、前記波長の間において順番に又は循環的な方式によって切り替えるための手段を含む請求項３３に記載の装置。
  35. 前記切替手段は、前記光源をオン及びオフに切り替えるように構成されている請求項３１に従属した請求項３３又は３４に記載の装置。
  36. 前記切替手段は、回転可能なフィルタホイールである請求項３１に従属した請求項３３又は３４に記載の装置。
  37. 前記再構築プレーンにおいて又はその近傍において位置決めされた画面又は検出器を更に含む請求項２９乃至３６のいずれか一項に記載の装置。
  38. 前記多色画像を基準画像と比較して前記回折装置を認証するための比較手段を含む請求項２９乃至３７のいずれか一項に記載の装置。
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