JP3286230B2 - ホログラム・カードおよびカード読み取り装置 - Google Patents

ホログラム・カードおよびカード読み取り装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、機械可読ホロ
グラム・カード及びこうしたカード用の読み取り器に関
するものであり、とりわけ、偽造阻止性が高い機械可読
ホログラム・カードに関するものである。
【０００２】最近、金融取引き用カード及び機密保護が
重要な他の用途に用いるための、機械可読ホログラム・
カードが提案されている。こうしたカードは、多重回折
光学素子（ＤＯＥ）を利用して英数データを符号化す
る。こうした符号化の主たる利点は、カードに記憶され
たデータを、ユーザ、あるいは、未熟な偽造者には読み
取ることができないということである。
【０００３】図１Ａは、機械可読ホログラム・カード１
の透視図である。こうした機械可読ホログラム・カード
及びこうしたカードのカード読み取り器については、ロ
ード（Ｌａｕｄｅ）の米国特許第４，２０４，６３８
号、及び、トンプキン等の文献：書類の機密保持のため
の低密度回折光メモリ、（Tompkin et al: Low-Density
Diffractive Optical Memories for Document Securit
y, 35 OPT. ENG., 2513-2518(1996 September)）に記載
がある。機械可読ホログラム・カード１の場合、回折光
学素子（ＤＯＥ）３が、カードの読み取り表面５に配置
される。図示の例の場合、カードのデータ記憶容量は、
トラック７に沿って複数のＤＯＥを用いることによって
増大する。
【０００４】図１Ｂには、ＤＯＥ３の一部を通って描い
た、機械可読ホログラム・カード１の小部分の1B-1B断
面図が示されている。ＤＯＥ３には、その表面１３に不
規則な回折格子１１が形成された、薄いプラスチック基
板１７が含まれている。回折格子の深さは、図では、回
折格子の高低をより明確に示すために誇張されている。
回折格子は、一般に、基板１７にエンボス加工を施すこ
とによって形成される。基板１３は、薄い反射層１５に
よってカバーされる。反射層は、一般に、表面エンボス
加工前または後に、表面１３に被着させられる金属薄層
である。ＤＯＥは、適合する接着剤によってカード１の
基板９の読み取り面５に固定される。
【０００５】図２には、図１Ａ及び１Ｂに示された機械
可読ホログラム・カードを読み取るための典型的なカー
ド読み取り器が示されている。レーザ２１からの平行化
光ビームは、ミラー２３によって、機械可読ホログラム
・カード１の読み取り面５上のＤＯＥ３に送られる。Ｄ
ＯＥは、平行化光ビームを回折することによって、ホロ
グラム・イメージを発生する。回折格子１１に形成され
る不規則性によって、回折格子は、固有角度をなし、固
有強度を有するいくつかの随伴ビームを発生する。回折
光ビームの強度を検出するため、主回折光ビーム及び随
伴回折光ビームの予測される光路のそれぞれに、検出器
が設けられている。それら検出器２５、２７、２９、及
び、３１が例示されている。カード読み取り器に挿入さ
れたカード１が、正しい組み合わせの検出器の出力レベ
ル、すなわち、本物のカードによって発生するものと同
じ組み合わせの出力レベルを発生するか否かを判定する
ため、電子回路３３によって検出器からの電気出力レベ
ルが解析される。さらに、１つ以上の検出器の出力の有
無を利用して、電子回路で抽出可能な２進データを表す
ことが可能である。トラック７に沿って配置された一連
のＤＯＥに符号化されたデータは、矢印３５で示された
方向にカードを移送することによって読み取られる。
【０００６】データをＤＯＥとして符号化することによ
って得られる機密保護の向上の潜在的可能性にもかかわ
らず、既知の機械可読ホログラム・カードの偽造は不可
能ではない。個数制限された個別検出器を使うので、回
折格子による回折光ビームのパターンは比較的単純であ
る必要がある。そのため、回折格子自体が、比較的単純
であることが必要とされる。回折格子タイプのＤＯＥを
利用したホログラム・カードのおもな偽造方法には２つ
の方法がある。第１の主たる方法では、有効な本物のカ
ードから得たＤＯＥのクローン作製をおこなう。本物の
ＤＯＥは、複数の偽造ＤＯＥ及び対応するホログラム・
カードの製造を可能にするマスタを作り出すためのテン
プレートとして用いられる。
【０００７】クローン作製には、本物のホログラム・カ
ードから得たＤＯＥを層間剥離させ、ＤＯＥの表面１３
の回折格子１１を露出させることが必要になる。反射層
１５とカード基板９及びＤＯＥ基板１７の両方との間の
接着は、比較的弱いので、従来のＤＯＥは機械的に層間
剥離させることが可能である。従って、ＤＯＥをカード
基板から簡単に引き離して、表面１３を露出させること
が可能である。代替案として、ＤＯＥは、ＤＯＥ基板１
７を腐食しない化学薬品を利用して反射層を溶解させる
ことによって、化学的に層間剥離させることが可能であ
る。反射層の金属は、カードとＤＯＥの両方の基板のプ
ラスチックとは化学的に極めて異なるため、適合する化
学薬品を見つけるのは困難ではない。表面１３が露出す
ると、既知の電気メッキ法を利用して、表面１３からマ
スタを得ることが可能である。
【０００８】機械可読ホログラム・カードを偽造する第
２の主たる方法は、まずゼロから各ＤＯＥのマスタを作
製する。次に、マスタから従来のエンボス加工技法を用
いて複数の偽造カードのＤＯＥの製造に使えるスタンパ
を既知の方法で造り出す。図２に示す装置を利用して読
み取られるように設計された従来の機械可読ホログラム
・カードの場合、ＤＯＥの回折格子は、線形寸法が数ミ
クロンの特徴を備えている。こうした寸法を備えた特徴
パターンを有するマスタは、一般に植字用高解像度プリ
ンタを利用して、十分な解像度で印刷することが可能で
ある。
【０００９】Ｓｔｅｖｅ ＭｃＧｒｅｗによる論文：ホ
ログラム偽造に対する対抗措置（Countermeasure Again
st Hologram Counterfeiting、http://www.iea.com/~nl
i/publications/countermeasures.html)の示唆するとこ
ろによれば、金属で被覆したホログラムの層間剥離は、
「多重連結」されたホログラムを製造することによって
より困難になる可能性がある。この論文では、多重連結
は、ホログラムが、ドットから構成されるか、さもなけ
れば、穴が一杯になるように穿孔を施されることを意味
するものと説明されている。「多重連結」ホログラムを
示す図は、発表されていない。しかし、その説明から明
らかなように、「多重連結」ホログラムの活性領域に
は、依然としてアルミニウム層が含まれている。ホログ
ラムの多重連結によって、ホログラムの偽造はより困難
になるが、アルミニウム層を保有することによって、や
はり、エンボス加工表面にアクセス可能な経路が得られ
る。さらに、アルミニウム層にパターン形成が必要にな
るため、こうしたホログラムの製造プロセスが複雑にな
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、既知の機械可
読ホログラム・カードよりかなり高い機密保護性を備え
た機械可読ホログラム・カードが必要になる。こうした
カードのＤＯＥは、既知のホログラム・カードのＤＯＥ
より複雑なホログラム・イメージを発生することが望ま
しく、より複雑なホログラム・イメージは、容易に検出
可能であることが望ましい。さらに、こうしたカード
は、製造は簡単であるが、クローン作製あるいはゼロか
らのマスタ作製による偽造が極めて困難であることが望
ましい。さらに、こうした機密保護性の高い機械可読ホ
ログラム・カードを確実に読み取ることが可能な装置も
必要とされる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、照射光
ビームに応答して、ホログラム・イメージを発生する、
機密保護性の高い機械可読ホログラム・カードが得られ
る。ホログラム・カードは、高低付き表面を備えた基板
を含んでいる。高低付き表面は、回折光学素子を構成す
る局部地形的特徴を含むように形成される。回折光学素
子は、光ビームで照射されると、ホログラム・イメージ
を発生する。ホログラム・カードには、基板の高低付き
表面を覆う保護層も含まれている。該保護層は、少なく
とも、回折光学素子を構成する地形的特徴に化学的に結
合され、直接接触している。
【００１２】基板に形成された地形的特徴に直接接触す
るように保護層を化学的に結合することによって、偽造
のためにホログラム・カードの層間剥離を行うのが非常
に困難になる。基板と保護層の化学結合は、機械的層間
剥離と化学的層間剥離の両方の阻止に役立つ。化学的層
間剥離は、基板と保護層を化学的に似たプラスチック材
料で造ることによってさらに抑制される。これによっ
て、他の層に形成された地形的特徴を破壊せずに、層の
一方を溶解することは困難になる。
【００１３】基板材料と保護層材料を化学的に類似のも
のにすると、基板と保護層間の屈折率の差が小さくな
る。この結果回折効率が低くなるため、ホログラム・イ
メージの読み取りが困難になる。しかし、ホログラム・
イメージは、回折光学素子を形成し、高低付き表面によ
って照射光ビームが鏡面反射される方向から角度的に離
隔したホログラム・イメージを発生することによって、
回折効率が低いにもかかわらず、高い読み取り確度を得
ることが可能である。
【００１４】回折光学素子は、２次元アレイをなすよう
に構成された複数の光スポットを含むホログラム・イメ
ージを発生するように形成するのも望ましい。
【００１５】本発明によれば、上述の機密保護性の高い
機械可読ホログラム・カードを読み取るためのカード読
み取り器も得られる。カード読み取り器は、カード・ガ
イドと、照射源及び検出器から構成される。カード・ガ
イドは、カード読み取り器におけるカードの側方位置を
決定し、さらに、カードの高低付き表面と同一平面上に
ある基準面を決定する。カード・ガイドに照射システム
が結合され、ある入射角で、ガイド面に向かって照射光
ビームが投射される。カード・ガイドには、検出器も結
合されており、照射光ビームによってホログラム・カー
ドの回折光学素子が照射されると、ホログラム・イメー
ジを検出するように配置されている。また、検出器は、
ホログラム・カードによって鏡面反射され、検出器に入
射する光が、ホログラム・イメージから空間的に離隔さ
れるように配置されている。
【００１６】カード読み取り器の場合、カードによって
鏡面反射された光がホログラム・イメージから空間的に
離隔されるように検出器を配置することによって、検出
器は、はるかに強度の高い鏡面反射光ビームを受ける場
合であっても、強度の低いホログラム・イメージを正確
に読み取ることが可能になる。
【００１７】照射システムには、照射光ビームを収束さ
せて、検出器にホログラム・イメージの焦点を合わせる
レンズを含むことが望ましい。検出器にホログラム・イ
メージの焦点を合わせることによって、ホログラム・イ
メージの複雑さを増すことが可能になり、これによっ
て、ホログラム・カードの機密保護性が向上する。
【００１８】最後に、本発明によれば、機密保護性の高
いホログラム・カードを読み取る方法が得られる。該方
法の場合、ホログラム・カード、照射ビーム、及び、検
出器が用意される。ホログラム・カードには、２つの平
面層が含まれている。これらの層の一方には、回折光学
素子を構成する局部地形的特徴を含むように形成された
高低付き表面が備わっている。これらの層は、少なくと
も、回折光学素子を構成する地形的特徴において、互い
に化学的に結合され、直接接触している。回折光学素子
は、照射ビームによって照射される。検出器は、照射ビ
ームを回折する回折光学素子によって形成されたホログ
ラム・イメージを受けるように配置されている。検出器
は、また、カードによって鏡面反射され、検出器に入射
する照射ビームからの光がホログラム・イメージから空
間的に離隔されるように配置されている。照射光ビーム
の供給には、照射光ビームを収束させて、ホログラム・
イメージの焦点を検出器に合わせることを含むことも可
能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】図３Ａは、本発明による機械可読
ホログラム・カード１００の透視図である。回折光学素
子（ＤＯＥ）１０３が、カードの読み取り表面１０５の
下方に配置されている。また、図示の例では、トラック
１０７に沿って配置された複数のＤＯＥを用いることに
よって、カードのデータ記憶容量が増している。トラッ
ク１０７と平行なトラック（不図示）に追加ＤＯＥを配
置することによって、データ記憶容量をさらに増すこと
も可能である。さらに詳細に後述するように、ＤＯＥは
一般に裸眼では見えないので、ＤＯＥの外形が破線で示
されている。ＤＯＥ１０３についてはさらに詳細に後述
する。
【００２０】図３Ｂには、ＤＯＥ１０３の一部を貫いて
描かれた本発明による機械可読ホログラム・カード１０
０の小部分の#b-3B断面図が示されている。基板１０９
は、カードの体積の大部分を構成する。基板の読み取り
表面１０５は、平滑で、通常は、カードの通常読み取り
時に照らされるカード面である。しかし、カードは、代
わりに、保護層１１７を通しても読み取ることが可能で
ある。基板の読み取り表面とは反対側の表面が、高低付
き表面１１３である。地形的特徴１１１は、高低付き表
面のいくつかの局部領域に形成される。地形的特徴が形
成される局部領域は、それぞれ、１つのＤＯＥを構成す
る。地形的特徴の深さは、図では、地形的特徴をより明
確に示すため誇張されている。ＤＯＥの外の高低付き表
面は、平滑にすることができる。ＤＯＥについては、さ
らに詳細に後述する。
【００２１】基板１０９の形成に用いられるプラスチッ
クは、高低付き表面の地形的特徴を正確に再生すること
が可能であることが望ましい。該プラスチックは、でき
れば、ＤＯＥの読み取りに用いられる波長の光を透過す
るか、あるいは、部分的に吸収することが望ましいが、
半透明であったり、または、拡散してはならない。しか
し、カードが保護層１１７を通して読み取られる場合、
基板は、完全に吸光することが可能である。適合するプ
ラスチックには、ポリカーボネート、ポリエステル、ポ
リスチレン、及び、アクリルがある。基板は、高低付き
表面１１３の地形的特徴１１１を形成する型を利用し
て、射出成形することが可能である。コンパクト・ディ
スクの製造に用いられるものと同様の射出成形プロセス
を利用することが可能である。代替案として、基板は、
高低付き表面の地形的特徴を形成するスタンパを用い
て、適合するプラスチック材料にエンボス加工すること
によって形成することが可能である。基板は、適合する
型を用いて注型用プラスチックによって形成することも
可能である。
【００２２】保護層１１７は、基板１０９の高低付き表
面１１３を覆う。すなわち、保護層１１７が、例えば、
ＤＯＥ１０３のようなＤＯＥを構成する地形的特徴に直
接接触し、化学的に結合される。保護層は、ＤＯＥ外の
高低付き表面にも直接接触し、化学的に結合される。高
低付き表面から遠隔の保護層の表面が、参照番号１１９
によって表示されている。
【００２３】保護層１１７は、高低付き表面上に被着さ
れ、その後、紫外線にさらされた液体光重合体の層であ
る。紫外線は、光重合体を硬化させて、保護層を形成す
る。例えば、液体光重合体を高低付き表面に回転塗布し
て、その後、紫外線にさらすことができる。さらに、保
護層の表面１１９に追加情報（不図示）をスクリーン印
刷することが可能である。
【００２４】保護層１１７の材料は、硬化させると、次
の２つの特性を示すことが望ましい：（ａ）該材料は、
基板材料と化学的にできるだけ同じであって、一貫して
基板とは異なる屈折率であり、（ｂ）保護層及び基板の
材料のバルク強度と同様の結合強度で、基板材料に結合
する。
【００２５】本発明による機械可読ホログラム・カード
１００の構造によって、ホログラム・カードの偽造が困
難になる。基板１０９の高低付き表面１１３に形成され
た保護層１１７と地形的特徴１１１の間の直接接触及び
化学結合によって、機械的にも、あるいは、化学的に
も、カード１００を層間剥離させるのが困難になる。機
械的層間剥離は、バルク強度に匹敵する接着強度で互い
に結合する材料から保護層及び基板を形成することによ
って阻止される。この判定基準を満たす、保護層に利用
可能な、適合するプラスチックは数多く存在する。２つ
のこうしたプラスチック材料間において実現可能な接着
強度は、金属とプラスチック間における接着強度よりは
るかに強くなる可能性がある。
【００２６】保護層１１７及び基板１０９に化学的に類
似した材料を用いることによって、機械可読ホログラム
・カード１００を化学的に層間剥離させるのが困難にな
る。化学的に類似した材料を利用すると、基板の高低付
き表面１１３と保護層の反対の高低付き表面を破壊せず
に保護層と基板を互いに化学的に分離するのが阻止され
る。
【００２７】基板１０９の高低付き表面１１３に形成さ
れた地形的特徴１１１と直接接触するように保護層１１
７を配置することによって、ＤＯＥの反射率は、基板材
料と保護層材料との屈折率の差によって決まることにな
る。化学的層間剥離を困難にすることが望ましい保護層
及び基板に化学的に類似した材料を用いる場合、高低付
き表面における屈折率の差が小さくなる。従って、ＤＯ
Ｅの高低付き表面の反射率は、極めて低くなる。
【００２８】高低付き表面１１３の低反射率によって、
ＤＯＥ１０３の回折効率が低下する。低回折効率のため
に、ＤＯＥによって発生するホログラム・イメージの強
度が低くなるので、ＤＯＥの正確な読み取りが困難にな
る。この結果、イメージの低強度のために、読み取りプ
ロセスが光学ノイズに影響されやすくなるので、ホログ
ラム・イメージの正確な読み取りが困難になる。光学ノ
イズは、ホログラム・イメージのコントラストを低くす
る。ノイズ源には、背景散乱が含まれるが、主たる光学
ノイズ源は、カード及びカード読み取り器のさまざまな
表面によって鏡面反射される光である。従来の機械可読
ホログラム・カードでは、ＤＯＥの回折効率を高めるた
めに、例えば、図１Ｂに示す金属反射層１５のような反
射層を利用したが、これによって、ＤＯＥの可読性は向
上するが、ホログラム・カードが層間剥離しやすくなる
という犠牲を払うことになる。
【００２９】基板１０９と保護層１１７の間の屈折率の
差が小さいため、ホログラム・カード１００の読み取り
が困難になるが、屈折率の差が小さいことによって、ホ
ログラム・カードを偽造する難しさが増すという利点が
得られる。高低付き表面１１３の反射率は、極めて低い
ので、ＤＯＥが、通常、見るのに十分な大きさであった
としても、ＤＯＥ１０３のようなＤＯＥを裸眼で見るこ
とはできない。ＤＯＥは顕微鏡で見ることもできない。
ＤＯＥは、適合するカード読み取り器でしか検出するこ
とはできない。従って、カードにＤＯＥが含まれている
か否かを判定し、さらに、含まれている場合、ＤＯＥが
どの位置にあるかを判定するには、高度な装置が必要に
なる。
【００３０】基板１０９と保護層１１７との間における
屈折率の差がわずかであるにもかかわらず、ＤＯＥ１０
３は、それが回折して、ホログラム・イメージを形成す
る光が、カードのさまざまな表面によって鏡面反射され
る光から角度的に離隔されるように形成されているの
で、適合するカード読み取り器には、機械可読ホログラ
ム・カード１００を確実に読み取ることが可能である。
ホログラム・イメージと鏡面反射光が角度的に離隔して
いることによって、ホログラム・イメージと鏡面反射光
が検出器の物理的に離隔された領域に入射するように、
ホログラム・イメージ検出器を配置することが可能にな
るため、ホログラム・カード１００を確実に読み取るこ
とができる。角度的に離隔していることによって、図５
Ａ及び５Ｂに関連して後述する本発明によるカード読み
取り器の望ましい実施例におけるように、鏡面反射した
光は、検出器をバイパスすることができる。
【００３１】鏡面反射光ビームと回折光ビームとの適正
な回折角は、約５゜〜７０゜の範囲である。回折角の最
適な選択は、検出器の特性、ＤＯＥの回折効率、カード
読み取り器の物理的レイアウト、さらに詳細に後述する
高低付き表面の地形的特徴の所望の寸法、及び、照射ビ
ームの波長といった要素によって決まる。実際の実施例
では、数十度の回折角が利用された。
【００３２】ホログラフィック・イメージとカードから
の鏡面反射光との間で検出器に物理的離隔を施すことに
よって、ＤＯＥの回折効率が、わずか約１×１０−４と
いった低さであっても、カードを確実に読み取ることが
可能になる。ＤＯＥの回折効率は、高低付き表面の反射
率、及び、高低付き表面に形成された地形的特徴の深さ
を含む要素によって決まる。地形的特徴の深さが約１０
ｎｍで、基板の屈折率が約１．５の場合、保護層の屈折
率が、基板の屈折率と約０．０５だけ異なると、約１×
１０−４の回折効率が得られる。
【００３３】ゼロの回折角に適した寸法を備える地形的
特徴は、非ゼロの入射角で照射されると、ホログラム・
イメージを形成するが、ホログラム・イメージは、確実
に読み取るのが困難である。従って、回折されて、ホロ
グラム・イメージを形成する光が、カードによって鏡面
反射される光から角度的に離隔されるように、ＤＯＥ１
０３が形成される場合、高低付き表面に形成される地形
的特徴の寸法は、鏡面反射光と回折光との回折角にほぼ
比例して縮小されるのが望ましい。本開示において、地
形的特徴の寸法に言及する場合、特に地形的特徴の深さ
であるという断りがない限り、高低付き表面の平面にお
ける地形的特徴の寸法を表している。
【００３４】カードの偽造に対する阻止力をいっそう増
すことになるので、回折角の増大に応じて、高低付き表
面１１３に形成される地形的特徴の寸法を縮小するのも
望ましい。これは、植字プリンタを利用して、十分な精
度でカードを製造するためのマスタを作製することがで
きなくなるまで、地形的特徴の寸法を縮小することがで
きるためである。高低付き表面１１３を何とかしてうま
く露出させたとしても、地形的特徴がこのように小さい
ため、カードのクローン作製を首尾よく行うのがいっそ
う困難になる。高低付き表面の地形的におけるわずかな
エラーによって、ホログラム・イメージのスポットが重
なり合い、この結果、検出処理でエラーが生じ偽造カー
ドは排除される。
【００３５】ＤＯＥ１０３のようなＤＯＥは、コンピュ
ータを利用して合成によって生じたマスタから造られ
る。コンピュータは、高低付き表面１１３に形成され
て、対応するカード読み取り器の光ビームと同じ特性を
備えた照射光ビームの照射を受けると、照射光ビームの
鏡面反射に対して所望の回折角度で照射光ビームを回折
する地形的特徴の形状を決定する。望ましいホログラム
・イメージは、それぞれに、光スポットが含まれている
場合もあれば、光スポットが含まれていない場合もあ
る、矩形アレイをなす小さい要素から構成される。ＤＯ
Ｅは、収束照射光ビームで照射されると、ホログラム・
イメージを発生するように設計されている。収束光ビー
ムによって、ホログラム・イメージ検出器の位置と一致
することが望ましい空間内の点において、光スポットの
サイズが最小になる。
【００３６】ホログラム・イメージの各要素の強度は、
２進数０または１で表すことができる。従って、各ＤＯ
Ｅは、マルチビット２進数、すなわち、それぞれ、マル
チビット２進数によって表される複数英数文字を表すこ
とが可能である。収束光ビームを利用して、検出器にお
けるホログラム・イメージの要素のサイズを最小にする
ことによって、所定のサイズのイメージに含むことが可
能な要素数が増加し、従って、各ＤＯＥのデータ表現能
力が増すことになる。さらに、所定のサイズのホログラ
ム・イメージに含むことが可能な要素数が増えることに
よって、多くの要素から構成されるイメージによって、
複雑な機密保護カードを表すことが可能になるので、カ
ードの機密保護性が向上する。さらに、ホログラム・イ
メージの単純な２進検出によって、適合するカード読み
取り器による機密保護カードの読み取りを容易にするこ
とができる。
【００３７】ＤＯＥのマスタを作り出すために用いるこ
とが可能な技法については、Ａ．バサラ等の論文：デジ
タル光学における照明配列のための２進表面レリーフ格
子（Ａ． Vasara et al, Binary Surface Relief Grat
ings for Array Illumination in Digital Optics, 31
APPL. OPT. 3320-3336(1992)）, およびＭ．フェルドマ
ン等の論文：スポット配列の発生のための高効率ホログ
ラムに用いる繰り返し符号化（M.R. Feldman et al., I
terative Encoding for High-Efficiency Holograms fo
r Generation of Spots Arrays, 14 OPT. LETT. 479-48
1(1989)) に記載がある。両論文の開示は、参考までに
本書に組み込まれている。図４Ａには、２次元アレイを
なす要素から構成されるホログラム・イメージの例が示
されている。図４Ｂには、図４Ａに示すタイプのホログ
ラム・イメージを生成する、コンピュータによって作り
出されたＤＯＥの例が示されている。
【００３８】図３Ｂに示す地形的特徴１１１は、単純な
２進ピットである、すなわち、高低付き表面１１３に形
成されて、地形的特徴を生成するピットは、可能性のあ
る１つの深さだけしか備えていない。代替案として、よ
り複雑な地形的特徴を用いることも可能である。可能性
のある２つ以上の深さを備えることが可能なピットを利
用して、地形的特徴を形成することが可能である。アナ
ログ・ピットを用いて、地形的特徴を形成することも可
能である。高低付き表面１１３からの隆起を利用して、
地形的特徴を形成することも可能である。
【００３９】本発明による機械可読ホログラム・カード
の実際例の１つでは、ホログラム・カードは、ポリカー
ボネート基板１０９を用いて製造された。ポリカーボネ
ートは、７００〜９００ｎｍの波長範囲において屈折率
が１．５７である。基板と保護層１１７の接着を強化す
るため、クロム酸・硫酸を利用した表面処理が施され
た。Ｎｏｒｌａｎｄ（商標）光学接着剤ｎｏ．６５の層
が、保護層として基板の高低付き表面に回転塗布され、
紫外線を用いて硬化させられた。保護層は、屈折率が約
１．５２であった。結果得られた機械可読ホログラム・
カードの読み取り時には、基板の高低付き表面１１３に
形成されたＤＯＥを高精度で、確実に読み取ることが可
能であった。機械的層間剥離の試みは、失敗に終わっ
た。ある変形例では、表面処理が省略され、ポリカーボ
ネート基板に対する保護層の接着を強めるため、光学接
着剤にアセトンのような溶媒が加えられた。
【００４０】もう１つの実際例では、ポリエステル基板
１０９を用いて、ホログラム・カードが製造された。単
一成分の調整されたアクリル酸・メタクリル酸光重合体
である、Ｓｕｍｍｅｒｓ（商標）光学接着剤ＳＫ９の層
が、高低付き表面に対して回転塗布され、紫外線を利用
して硬化させられた。結果生じた保護層１１３は、屈折
率が基板と約０．０５だけ異なっていた。基板の高低付
き表面に形成されたＤＯＥは、高精度で確実に読み取る
ことが可能であった。機械的層間剥離の試みはうまくい
かないことが立証された。
【００４１】ドーパントを利用することによって、その
他は化学的に極めてよく似た基板材料と保護層材料との
間に、必要とされる屈折率の差をもたらすことが可能で
ある。化学的に極めてよく似た材料を用いることによっ
て、材料を化学的に層間剥離させることができる可能性
が最小限に抑えられる。保護層を溶解させる溶媒は、基
板も溶解し、基板の高低付き表面の地形的特徴を破壊す
る。基板材料が、アクリルで、保護層がアクリル酸光重
合体の場合には、ドーピングの利用が可能である。保護
層の屈折率は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）のような適合
するドーパントを用いることによって修正することが可
能である。
【００４２】次に、本発明によるカード読み取り器２０
０の略透視図である図５Ａ、及び、本発明によるカード
読み取り器の一部及び機械可読ホログラム・カード１０
０を示す図５Ｂに関連して、本発明によるカード読み取
り器２００の説明を行うことにする。図５Ａ及び図５Ｂ
には、トラック１０７に沿って配置されたＤＯＥを読み
取る例として、機械可読ホログラム・カードの高低付き
表面１１３に形成されたＤＯＥ１０３を読み取るカード
読み取り器が示されている。
【００４３】カード読み取り器には、カード読み取り器
の主要部品、すなわち、光源２０１、レンズ２０５、及
び、イメージ・センサ２１１に対するホログラム・カー
ド１００の側方位置を限定するカード・ガイド２０２が
含まれている。カード・ガイドには、図示のように、適
合する機構（不図示）によって、矢印２１９で示す方向
にカードを移動させて、トラック１０７に沿ったＤＯＥ
を読み取ることができるようにするチャネル２０４が含
まれている。代替案として、カードは、手動でチャネル
２０４内を移動させることが可能である。チャネルは、
カードの幅と同じ幅を備えている。適合する他のカード
・ガイド構造を用いて、カード読み取り器におけるホロ
グラム・カードの側方位置を限定することも可能であ
る。カード読み取り器は、基準面２０６をも決定する。
カード・ガイド２０２にカードを取り付けると、基準面
は、ホログラム・カード１００の高低付き表面の面と一
致する。基準面２０６が図５Ｂに示されている。
【００４４】光源２０１は、光ビーム２０３を発生す
る。光ビームは、レンズ２０５を通って、カードの読み
取り表面１０５に斜角をなして入射する。レンズの焦点
距離は、光源とレンズとの間の距離、及び、レンズと検
出器２１１との間の全距離に対して、カード読み取り器
によるカードの読み取り時に、光ビーム２０３が、ＤＯ
Ｅによる回折の後、検出器２１１の活性表面２１３に焦
点を結ぶように選択される。
【００４５】光源２０１及びレンズ２０５は、カード・
ガイド２０２に機械的に結合され、その中心が平面２０
７上にくるように位置決めされる。平面２０７は、トラ
ック１０７の中心を通り、基準面２０６に対して垂直に
配置される。これにより、光ビーム２０３が平面２０７
に位置決めされる。図示の実施例の場合、光源とレンズ
は、基準表面に対して、非ゼロの入射角をなすように照
射光ビーム２０３を投射するように配置される。照射光
ビームは、ホログラム・カード１００によって鏡面反射
され、鏡面反射光ビーム２２３を形成する。鏡面反射光
ビームは、入射角に等しい、非ゼロの反射角で反射され
る。
【００４６】検出器２１１は、カード・ガイド２０２に
機械的に結合されている。検出器は、ＤＯＥ１０３によ
って回折される光ビーム２２１を受けるように取り付け
られる。上述のように、ＤＯＥが、照射光ビーム２０３
を回折すると、回折された光ビーム２２１は、所定の回
折角度２０９だけ、鏡面反射光ビーム２２３から角度的
に離隔させられる。図５Ａに示す実施例の場合、回折光
ビーム２２１は、ホログラム・カード１００の高低付き
表面１１３に対して垂直に延びるように回折される。検
出器は、その平面が回折光ビーム２２１に対して垂直に
なるように取り付けられる。
【００４７】回折光ビーム２２１と鏡面反射光ビーム２
２３の角離隔によって、基準面２０６と検出器２１１の
間に臨界間隔が生じる。間隔がこの臨界間隔を超える
と、鏡面反射光ビームによって照射される検出器の領域
は、ホログラム・イメージ２１５が形成される検出器の
領域から物理的に離隔することになる。ホログラム・イ
メージが形成される検出器の領域は、検出器のイメージ
検出領域と呼ばれる。ホログラム・イメージ２１５の確
実な検出を保証するのに必要な、検出器のこの２つの領
域間における最小限の離隔距離は、鏡面反射光ビームに
対するホログラム・イメージの強度によって決まり、さ
らに、検出器のこの２つの領域間における光学的及び電
気的クロストークによっても決まる。上述のように、ホ
ログラム・イメージの強度は、ＤＯＥ１０３の回折効率
によって決まる。従って、ホログラム・イメージの確実
な検出を保証するため、検出器は、基準面２０６から臨
界間隔を超える間隔をあけて取り付けられる。
【００４８】図５Ａに示す実施例の場合、検出器２１１
と基準面２０６の間隔は、鏡面反射光ビーム２２３が、
検出器に全く入射しないようになっている。この構成に
よって、鏡面反射光ビームがホログラム・イメージ２１
５の検出を妨げる可能性が最小限に抑えられる。検出器
と基準面の間隔を図示の間隔から狭めると、鏡面反射光
ビームの一部が、検出器に入射する。
【００４９】検出器２１１は、ＣＣＤが望ましいが、光
ダイオード・アレイのような他の適合するタイプの検出
器を用いることも可能である。検出器は、ホログラム・
イメージに応答して、検出信号を発生し、この信号を復
号化回路２１７に供給する。例えば、検出器がＣＣＤで
あれば、検出信号はビデオ信号である。ビデオ信号から
光強度の差によって表わされる情報の復号化回路は、既
知のところであり、ここでは、説明を控えることにす
る。復号化回路は、ホログラム・イメージが、本物のホ
ログラム・カードによって発生したホログラム・イメー
ジであるか否かを判定するように構成することもできる
し、さらに、または、代わりに、ホログラム・イメージ
に符号化されているデータを抽出するように構成するこ
とも可能である。
【００５０】カード読み取り器２００の実際の実施例で
は、近赤外領域の光を発生する半導体レーザが、光源２
０１として利用された。代替案として、ＬＥＤ、白熱灯
で照射されるピンホール、または、小さなスポット像を
形成することが可能な他の任意の光源を、光源２０１と
して利用することが可能である。ビデオ・カメラに用い
られるタイプのＣＣＤが、検出器２１１として利用され
た。
【００５１】カード読み取り器２００の代替実施例の場
合、照射光ビーム２０３は、ゼロまたはゼロに近い入射
角で機械可読ホログラム・カード１００を照射する。こ
の場合、ホログラム・カード１００は、鏡面反射光ビー
ムを反射して、光源に送り返す。ホログラム・カード
は、また、鏡面反射光ビームに対して、図５Ａに示す回
折角２０９に等しい、正反対の回折角で照射光ビームを
回折することによって、回折光ビームを発生する。従っ
て、照射ビームの入射角をゼロに設定するため、光源２
０１及びレンズ２０５が再配置されると、検出器２１１
にも再配置を施して、回折光ビームと交差するようにし
なければならない。これによって、検出器は図５Ａに示
す光ビーム２２３の光路内に配置される。従って、この
代替実施例の場合、回折光ビームと鏡面反射光ビームの
角離隔は、図５Ａに示す実施例と同じである。
【００５２】次に、カード読み取り器２００の動作につ
いて述べることにする。カード・ガイド２０２のチャネ
ル２０４に、機械可読ホログラム・カード１００が配置
される。チャネルによって、カードのＤＯＥと照射光ビ
ーム２０３及び検出器２１１の整列がなされる。照射光
ビームは、カードの読み取り表面１０５及び高低付き表
面１１３の小領域を照射する。この領域は、ＤＯＥ１０
３の領域より大きい。トラック１０７に沿って配置され
たＤＯＥを、そのそれぞれを照射光ビーム２０３で照射
すると、照射されたＤＯＥが光ビーム２０３の一部を回
折し、回折光ビーム２２１を発生するように設計されて
いる。回折光ビーム２２１は、高低付き表面から出射
し、検出器２１１の活性表面２１３にホログラム・イメ
ージ２１５を形成する。図５Ａに示す実施例の場合、回
折光ビーム２２１は、高低付き表面から検出器に向かっ
て垂直に出射する。
【００５３】ホログラム・イメージ２１５は、それぞ
れ、高い強度のものもあれば、低い強度のものもある要
素の２次元アレイで構成される。一例として、４×４の
要素アレイが、ホログラム・イメージ２１５として示さ
れている。
【００５４】ホログラム・カード１００は、鏡面反射光
ビーム２２３として、光ビーム２０３の一部を鏡面反射
する。基準面２０６から検出器２１１までの間隔は、と
にかく、鏡面反射光ビーム２２３が検出器に入射したと
しても、検出器のイメージ検出領域、すなわち、ホログ
ラム・イメージ２１５が形成される検出器の領域には入
射しないようになっている。この結果、検出器は、鏡面
反射光ビーム２２３からの妨害を受けずに、回折光ビー
ム２２１によって形成される低強度のホログラム・イメ
ージを検出することが可能になる。
【００５５】本開示には、本発明の例証となる実施態様
について詳述されているが、もちろん、本発明は、解説
の実施例にそっくりそのまま制限されるものではなく、
付属の請求項に定義された本発明の範囲内において、さ
まざまな修正を実施することが可能である。以下に本発
明の実施態様を例示する。
【００５６】（実施態様１）：照射光ビームに応答し
て、ホログラム・イメージを発生する機密保護性の高い
機械可読ホログラム・カードであって、回折光学素子を
構成する局部地形的特徴を含むように形成された高低付
き表面（１１３）を備えており、回折光学素子が、照射
光ビームによって照射されると、ホログラム・イメージ
を発生する構造になっている、基板（１０９）と、基板
の高低付き表面をカバーし、少なくとも、回折光学素子
を構成する地形的特徴に化学的に結合され、直接接触す
る保護層（１１７）が含まれている、ホログラム・カー
ド。
【００５７】（実施態様２）：基板が、第１のプラスチ
ック材料から形成されることと、保護層が、第１のプラ
スチック材料と化学的に似ている第２のプラスチック材
料から形成されることを特徴とする、実施態様１に記載
のホログラム。 （実施態様３）：基板及び保護層が、同じプラスチック
材料から形成されることと、基板及び保護層の一方のプ
ラスチック材料に、屈折率を修正するドーパントが含ま
れることを特徴とする、実施態様２に記載のホログラム
・カード。
【００５８】（実施態様４）：基板が、第１の屈折率を
有する第１のプラスチック材料から形成されることと、
保護層が、第１の屈折率とは０．２未満の相違がある第
２の屈折率を有する第２のプラスチック材料から形成さ
れることを特徴とする、実施態様１に記載のホログラム
・カード。 （実施態様５）：基板が、第１の屈折率を有する第１の
プラスチック材料から形成されることと、保護層が、第
１の屈折率とは０．０５未満の相違がある第２の屈折率
を有する第２のプラスチック材料から形成されることを
特徴とする、実施態様１に記載のホログラム・カード。
【００５９】（実施態様６）：実施態様１〜５の任意の
実施態様に記載の機密保護性の高い機械可読ホログラム
・カードを読み取るための装置であって、カード読み取
り器におけるカードの側方位置を限定し、さらに、カー
ドの高低付き表面と同一平面上にある基準面（２０６）
を限定するカード・ガイド（２０２）と、カード・ガイ
ドに結合され、ガイド面に向かってある入射角で照射光
ビーム（２０３）を投射する照射システム（２１０、２
０５）と、カード・ガイドに結合されて、ホログラム・
カード（１００）の回折光学素子（１０３）が照射光ビ
ームによって照射されると、ホログラム・イメージ（２
１５）を検出するように配置され、さらに、ホログラム
・カードによって鏡面反射され、検出器に入射する光
（２２３）が、ホログラム・イメージから空間的に離隔
されるように配置されている検出器（２１１）が含まれ
ている、カード読み取り装置。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の機械可読ホログラム・カードを示す透
視図である。
【図１Ｂ】回折光学素子の近くにおける図１Ａに示す従
来の機械可読ホログラム・カードの断面図である。
【図２】図１Ａに示す従来の機械可読ホログラム・カー
ドを読み取るためのカード読み取り器の側面図である。
【図３Ａ】本発明による機械可読ホログラム・カードを
示す透視図である。
【図３Ｂ】回折光学素子の近くにおける図３Ａに示す本
発明による機械可読ホログラム・カードの断面図であ
る。
【図４Ａ】本発明による機械可読ホログラム・カードの
回折光学素子によって発生する典型的なホログラム・イ
メージを示す図である。
【図４Ｂ】本発明による機械可読ホログラム・カードの
回折光学素子の一例を示す図である。
【図５Ａ】本発明による機械可読ホログラム・カードを
読み取るための本発明によるカード読み取り器の透視図
である。
【図５Ｂ】本発明によるカード読み取り器の部分断面図
である。
【符号の説明】
１００ 機械可読ホログラム・カード １０３ 回折光学素子（ＤＯＥ） １０５ カード読み取り表面 １０７ トラック １０９ 基板 １１１ 地形的特徴 １１３ 高低付き表面 １１７ 保護層 １１９ 保護層の表面 ２００ カード読み取り器 ２０１ 光源 ２０２ カード・ガイド ２０３ 光ビーム ２０４ チャネル ２０５ レンズ ２０６ 基準面 ２０７ 平面 ２１１ 検出器 ２１５ ホログラム・イメージ ２１７ 復号化回路 ２２１ 回折光ビーム ２２３ 鏡面反射ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０６Ｋ 19/10 Ｇ０９Ｆ 19/12 Ｌ Ｇ０９Ｆ 1/02 Ｇ０６Ｋ 19/00 Ｄ 19/12 Ｒ (73)特許権者 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎ ｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジョン・エス・ハッチ アメリカ合衆国カルフォルニア州サン タ・クララ プルーンリッジ・アベニュ ー 3655 アパートメント 96 (72)発明者 ロバート・シー・テイバー アメリカ合衆国カルフォルニア州パロア ルト キプリング・ストリート 328 (56)参考文献 特開 平７−272317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−83074（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−71384（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−239648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−96684（ＪＰ，Ａ) 米国特許4315665（ＵＳ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】照射光ビームに応答して、ホログラム・イ
    メージを発生する機密保護性の高い機械可読ホログラム
    ・カードであって、 回折光学素子を構成する局部地形的特徴を含むように形
    成された高低付き表面を備えており、前記回折光学素子
    が、照射光ビームによって照射されると、ホログラム・
    イメージを発生する構造になっている、第１の屈折率を
    有する第１のプラスチック材料から形成される基板と、 前記高低付き表面を覆い、少なくとも、前記地形的特徴
    の第１のプラスチック材料と直接接触し、第１の屈折率
    とは０．２未満の相違がある第２の屈折率を有する第２
    のプラスチック材料から形成される保護層が含まれてお
    り、 第１のプラスチック材料を溶解する溶媒が第２のプラス
    チック材料をも溶解することを特徴とする、 ホログラム
    ・カード。
  2. 【請求項２】 基板及び保護層が、同じプラスチック材料
    から形成されることと、 基板及び保護層の一方のプラスチック材料に、屈折率を
    修正するドーパントが含まれることを特徴とする、請求
    項１に記載のホログラム・カード。
  3. 【請求項３】 第１の屈折率と第２の屈折率の差が、０．
    ０５未満であることを特徴とする、 請求項１に記載のホログラム・カード。
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