JP3436171B2

JP3436171B2 - 光記録媒体再生装置

Info

Publication number: JP3436171B2
Application number: JP04808199A
Authority: JP
Inventors: 晃也末廣
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2003-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP2000250388A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報がホログラム
像等で記録された光記録媒体から情報を再生する光記録
媒体再生装置に係り、特に、プリペイドカード、クレジ
ットカード、キャッシュカード、証明用カードなどの記
録媒体に記録されている情報を再生する光記録媒体再生
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、種々のカードが利用されてい
るが、プリペイドカードやクレジットカード、証明用カ
ードなどとして、従来の磁気記録媒体を用いたものが容
易に偽造、改ざんされ得ることから、これに代わるもの
としてカード型の光記録媒体が注目され、その中でもホ
ログラムを用いたものが偽造・改ざんに有効であるとし
て特に重視されている。

【０００３】本出願人は、本発明に先立ち、複数のホロ
グラムパターンをＣＧＨ（コンピュータ・ジェネレイテ
ッド・ホログラム）として１つの基板に配列した光記録
媒体を既に開発し、特許出願している（特開平１０−１
４３６０３号公報）。この光記録媒体では、複数のホロ
グラムパターンが複数の行と複数の列に沿って２次元的
に配列されている。そして、この光記録媒体から記録デ
ータを読み出すには、光記録媒体を列方向に搬送し、行
方向に配列された複数のホログラムパターンにそれぞれ
光線を照射して、その透過回折光あるいは反射回折光に
より投影される光線のパターン、又は投影される再生画
像から記録データを読み出している。

【０００４】この従来の光記録媒体再生装置の再生部分
の概略構成を図７に示し、以下に説明する。なお、図７
に示す光記録媒体再生装置は透過型光記録媒体から情報
を再生する再生装置である。

【０００５】図７において、レーザビーム照射装置（光
源）３１からは、半導体レーザ等から出力される単色光
ビームがレンズ５２を介して、光カード（光記録媒体）
３０に設けられた情報記録エリア３３にそれぞれ照射さ
れる。この情報記録エリア３３は情報がホログラム（Ｃ
ＧＨ：コンピュータ・ジェネレイテッド・ホログラム）
の縞模様として記録されており、情報記録エリア３３に
照射されたレーザビームは、情報記録エリア３３を透過
して、そのうちのホログラムで回折された１次回折光が
ＣＣＤ等の受光素子（撮像手段）３４にて受光され、情
報記録エリア３３に記録されている情報が読み取られ
る。

【０００６】また、反射型光記録媒体から情報を読み出
す場合には、情報記録エリアのホログラムの下にアルミ
などの反射膜が設けられており、レーザビーム照射装置
３１からのレーザビームを反射するので、受光素子３４
は光カード３０に対してレーザビーム照射装置３１と同
じ側に設けられて回折光を受光する構成となっている。

【０００７】以上、説明した従来の光記録媒体再生装置
では、光源として単色性と指向性を兼ね備えたレーザ光
が用いられてきた。このレーザ光は高い単色性を有する
ので、ホログラムで回折される際に光が分散して像がぼ
けることがなく、また高い指向性を有するので、再生像
の構成ドットをレンズなどでミクロンオーダのスポット
に集光することが可能となり、高い鮮明度の再生像を得
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】光源としてレーザ光を
使用した従来の光記録媒体再生装置は、量産型のレーザ
ダイオードを使用する場合でも、そのレーザダイオード
を駆動するために複雑なドライブ回路が必要となるの
で、白色電球などに比べてコストがかかるものであっ
た。また、レーザ光による実像を直接目で見ることはで
きないので、レーザ光が直接目に入らないような構造に
したうえで、スクリーンや撮像素子に像（実像）を映し
出すような構成に限定されていた。

【０００９】また、太陽光や電灯光などの白色光を光源
として使用することは、コストの面で非常に有効ではあ
るが、これらの光は単色光ではないため、ホログラムで
回折した光が波長ごとに分散して像がぼけてしまうの
で、再生装置の光源として使用することは困難であっ
た。

【００１０】そこで本発明は、安価な発光ダイオード
（ＬＥＤ）が光源として使用可能な光記録媒体再生装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】単色の発光ダイオード
は、ホログラムで回折した光の分散がほとんどなく、ま
た、コストもレーザダイオードを使用する場合に比べて
非常に少なくて済む。しかしながら、従来の光記録媒体
再生装置の光源として、発光ダイオードをそのまま使用
した場合には、発光ダイオードの出力光はレーザ光より
も空間的コヒーレンスが低いので、レンズなどの結像系
を用いても像の構成ドットをミクロンオーダにまで集光
することは不可能であり、高解像度の像を得ることはで
きない。また、発光ダイオードの出力光は輝度が不十分
なため、像を映し出すスクリーンや撮像素子をホログラ
ムのすぐ近くに設置する必要があり、設計上の制約が生
じたり大きな像が得られないなどの不都合が生じる。

【００１２】したがって、本発明では、光源の前にピン
ホールを設けると共に、実像よりも大きな像が得られる
虚像を映し出す構成とすることで、光源に安価な発光ダ
イオードを使用してもホログラムに記録された情報を良
好に再生することを可能にしている。

【００１３】そして、本発明は、以下の構成の光記録媒
体再生装置を提供しようとするものである。

【００１４】１．ＣＧＨにより情報が記録された光記録
媒体から情報を再生する光記録媒体再生装置であって、
単色光を出力する発光手段と、この発光手段から出力さ
れる光の一部を通過させる孔を有するピンホールとを有
し、前記ＣＧＨの大きさｘを、ｘ＞（Ｌ／２）tanΘ （ただし、Lは前記ピンホールから目視位置までの距
離、Θは虚像の最大回折角）で示される範囲にして、前
記ピンホールの孔を通過した光が前記ＣＧＨに照射さ
れ、前記ＣＧＨにより回折された光が結像する虚像を目
視可能となるように構成したことを特徴とする光記録媒
体再生装置。

【００１５】２．ＣＧＨにより情報が記録された光記録
媒体から情報を再生する光記録媒体再生装置であって、
単色光を出力する光源と、この光源から出力される光の
一部を通過させる孔を有するピンホールと、このピンホ
ールの孔を通過した光が前記ＣＧＨに照射され、回折さ
れた光を集光するレンズと、このレンズによって結像さ
れる虚像を撮像する撮像手段とを有し、前記ＣＧＨの大
きさｘを、ｘ＞（Ｌ／２）tanΘ （ただし、Lは前記ピンホールから前記レンズまでの距
離、Θは虚像の最大回折角）で示される範囲にして、前
記ＣＧＨにより回折された光が結像する虚像を前記撮像
手段にて撮像するように構成したことを特徴とする光記
録媒体再生装置。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の光記録媒体再生装置は、
ホログラムの回折による再生像のうち、従来の光記録媒
体再生装置でスクリーン上に再生していた１次回折光に
よる実像ではなく、虚像を直接見る又は虚像を撮像する
ようにしたものである。そして、虚像は、光源を含みか
つ光源と観測点とを結ぶ直線に垂直な面内に発生するの
で、虚像の構成ドットの大きさは光源の大きさに等しく
なる。そこで、虚像の構成ドットを小さくするために、
光源の前面にピンホールを配置し、光源に発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）を用いた場合でも点光源となるようにし
た。

【００１７】ピンホールによるドットサイズの調整は、
光源のコヒーレンスに関係なく行うことができる極めて
有効な手段である。そして、光パワーの損失は生じるこ
とになるが、虚像の撮影は、光源からの光を直接撮像素
子で受けて撮像するので、ピンホールを通ったＬＥＤの
光でも十分な光パワーを有している。

【００１８】ここで、ホログラム（ＣＧＨ）に記録され
た情報を直接目視することができる本発明の光記録媒体
再生装置の原理について図１に示す概略図と共に説明す
る。

【００１９】透過型のＣＧＨ３が設けられた光カード
（光記録媒体）１０に対して、ピンホール２を通過した
単色のＬＥＤ１からの光を照射したときに、ＣＧＨ３を
透して点光源（ピンホール２の孔）を見ると、ＣＧＨ３
の透過回折光は眼球４の水晶体５を介して網膜６に結像
する。このとき結像する像は、ホログラム再生画像の虚
像７であり、ＣＧＨ３の範囲内で点光源の位置に虚像７
を見ることができる。

【００２０】また、反射型のＣＧＨが設けられた光カー
ドの場合には、光カードに対して点光源と同じ側から見
たときに、ＣＧＨの向こう側の点光源と等距離の位置に
虚像を見ることができる。

【００２１】そして、透過型のＣＧＨ３が設けられた光
カード１０の情報を撮像する場合には、図２に示すよう
に、ＣＧＨ３を透して点光源（ピンホール２の孔）が見
える位置にレンズ８とＣＣＤ（撮像手段）９とを設ける
ことにより、ＣＧＨ３の透過回折光がレンズ８を介して
ＣＣＤ９に結像するので、虚像７を撮像することができ
る。なお、レンズ８とＣＣＤ９との間隔と、レンズ８と
点光源との間隔（又はレンズと虚像７との間隔）の比に
より、虚像７を撮像する際の撮像倍率（縮小倍率）が決
まる。また、反射型のＣＧＨが設けられた光カードから
情報を再生する場合も、目視する場合と同様の方法によ
り可能である。

【００２２】上記した原理に基づく具体的な実施例を図
３及び図４に示す。図３に示す光記録媒体再生装置の第
１の実施の形態は、ホログラム（ＣＧＨ）に記録された
情報を直接目視することができる光記録媒体再生装置の
構成例を示す図であり、図４に示す光記録媒体再生装置
の第２の実施の形態は、ホログラム（ＣＧＨ）に記録さ
れた情報を撮像手段により撮像することができる光記録
媒体再生装置の構成例を示す図である。

【００２３】図３に示す光記録媒体再生装置２０は、単
色光を出力するＬＥＤ１と、ホログラム（ＣＧＨ）３に
記録された情報の示す像の構成ドットとほぼ同じ大きさ
の孔が設けられたピンホール２と、光カード（光記録媒
体）１０を挿入するために筐体に設けられたスロット１
２と、虚像を見るための覗き孔１１とを備えている。そ
して、スロット１２に透過型のＣＧＨ３が設けられた光
カード１０が挿入されると、単色のＬＥＤ１から出力さ
れる光は、ピンホール２の孔を通過してＣＧＨ３照射さ
れる。ＣＧＨ３で回折された回折光は、筐体に設けられ
た覗き孔１１に向かって出力されるので、覗き孔１１か
ら覗くと、ピンホール２の位置に虚像が見えることにな
る。

【００２４】また、図４に示す光記録媒体再生装置２１
は、単色光を出力するＬＥＤ１と、ホログラム（ＣＧ
Ｈ）３に記録された情報の示す像の構成ドットとほぼ同
じ大きさの孔が設けられたピンホール２と、光カード
（光記録媒体）１０を挿入するために筐体に設けられた
スロット１２と、回折光が入力されるレンズ８と、レン
ズ８で結像された虚像を撮像するＣＣＤ（撮像手段）９
と、ＣＣＤ（撮像手段）９で撮像した虚像を映し出す液
晶ディスプレイ（表示手段）１３とを備えている。そし
て、スロット１２に透過型のＣＧＨ３が設けられた光カ
ード１０が挿入されると、単色のＬＥＤ１から出力され
る光は、ピンホール２の孔を通過してＣＧＨ３照射され
る。ＣＧＨ３で回折された回折光は、レンズ８を介して
ＣＣＤ９に供給されて虚像が撮像される。さらに、この
ＣＣＤ９にて撮像された虚像は、図示しない映像回路に
よって映像化され、筐体に設けられた液晶ディスプレイ
１３に表示される。なお、ＣＣＤ９にて撮像された虚像
は、図示しない記憶手段（ＨＤＤ、ＦＤＤ、半導体メモ
リ、光ディスク状記録媒体など）にて記録するようにし
ても良い。

【００２５】図５は、図４に示したような光記録媒体再
生装置２１において、光源（ピンホール）２とホログラ
ム３との距離を変化させたときの虚像の大きさを測定し
た結果を示すグラフであり、縦軸に虚像の大きさ、横軸
に光源２とＣＧＨ３との距離を取ったものである。虚像
の大きさは、ＣＣＤ９上の画素サイズをレンズの縮小倍
率で割ることにより、実寸値を得ることができる。この
ときのＣＧＨ３は、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのもの
を使用し、光源２からＣＣＤ９までの距離は常に一定と
した。また、Ｘは虚像の幅を示し、Ｙ₁は虚像の縦の長
さ、Ｙ₂は光源２と虚像の下部までの長さを示してい
る。

【００２６】図５からもわかるように、虚像の大きさ
は、光源２とＣＧＨ３との距離に比例して増大してい
る。そして、虚像サイズと光源２とＣＧＨ３との距離と
の比の逆正接（ＡｒｃＴａｎ）から得られる虚像の回折
角は、レーザ光源で測定した実像の回折角と一致する。
すなわち、光源２から虚像の中心までの距離を虚像サイ
ズとすると、虚像サイズはＹ₂＋Ｙ₁／２となるので、光
源２とＣＧＨ３との距離をＤとすると、ＣＧＨ３におけ
る光源２と虚像の中心とのなす角Θ₁（回折角：図１参
照）は、式（１）で表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】したがって、式（１）と虚像がＣＧＨ３内
に見えることを合わせて考えると、虚像の大きさはＣＧ
Ｈ３の大きさが限界値となるので、ＣＧＨ３の大きさが
わかれば、虚像の大きさの限界値における光源２とＣＧ
Ｈ３との距離を式（１）から算出することができる。図
５のグラフに示した実施の形態の場合、ＣＧＨ３の大き
さは１０ｍｍ×１０ｍｍであるので、Ｙ₁＋Ｙ₂＜１０
（ｍｍ）となる。そして、回折角Θ₁は一定の値となる
ので、距離Ｄは一義的に決まることになる。なお、実際
には、虚像の最大限界値を得ようとする場合には、ＬＥ
Ｄの輝度が十分に採れないことが多いので、十分な輝度
が得られる範囲で、Ｙ₁＋Ｙ₂の値を決定することにな
る。

【００２９】なお、ここでは光源２とＣＣＤ９との距離
は一定として計算しているので、この距離が変わると、
式（１）の値も変わることになる。したがって、図６に
示すように、光源（ピンホール）２からレンズ８までの
距離をＬ（レンズ８からＣＣＤ９までの距離は一定）、
ＣＧＨ３からレンズ８までの距離をｄ、虚像７における
最大回折角をΘとすると、虚像７の大きさ（虚像７の端
から端までの長さ）は、２（Ｌ−ｄ）ｔａｎΘ（＝Ｙ₂
＋Ｙ₁／２）となる。さらに、虚像７は、ＣＧＨ３の中
にだけ見えるので、ＣＧＨ３の大きさをｘとすると、虚
像７の再生可能領域はＬｘ／ｄとなる。その結果、虚像
７が再生可能領域内に収まるようにするためには、式
（２）を満たす必要がある。

【００３０】

【数２】

【００３１】そして、任意の距離ｄに対して、虚像７が
再生可能領域内に収まるようにするためには、式（３）
を満たせばよいことになる。

【００３２】

【数３】

【００３３】したがって、ＣＧＨ３の大きさｘが式
（３）を満たすように光記録媒体再生装置を設計すれ
ば、ＣＧＨ３内に虚像７を見る、または、ＣＧＨ３内で
再生される虚像７を撮像することが可能となる。

【００３４】なお、レンズ８及びＣＣＤ９の代りに、水
晶体５及び網膜６を使用して直接目視する場合も、全く
同様であり、例えば、最大回折角Θ＝１０（ｄｅｇ）の
ＣＧＨ３を青色ＬＥＤ１で再生する場合、目（水晶体
８）と光源（ピンホール）２との距離をＬ＝３０（ｃ
ｍ）とすると、式（３）より、ＣＧＨ３の大きさをｘ＝
２６ｍｍ（約1インチ）以上の大きさにすれば、ＣＧＨ
３の設置位置に関係なく、虚像７の全てを見ることがで
きる。

【００３５】さらに、図７に示したような従来の光記録
媒体再生装置において、ＣＧＨにおけるレーザ光源と実
像の中心とのなす回折角Θ₂は、虚像の中心とのなす回
折角Θ₁と等しくなるので、式（１）は式（４）にな
る。

【００３６】

【数４】

【００３７】したがって、式（４）からわかるように、
ＬＥＤを光源として使用した場合でも、レーザ光源を使
用した従来の光記録媒体再生装置で得られる実像と同じ
大きさの虚像を得ることができる。

【００３８】また、虚像を構成する各スポット(画素)が
重なり合うと、虚像がぼやけた感じになり、鮮明に映し
出すことができないので、虚像を構成する各スポット
は、重なり合わない様にするのが望ましい。そして、虚
像を構成する各スポットの位置は、ピンホール２の径サ
イズによって変化する。

【００３９】図６において、ピンホール２の径サイズを
ａ，ＣＧＨ３のサイズを，レンズ８（または水晶体５）
とピンホール２とのの距離をＬ，レンズ８とＣＧＨ３と
の距離を，ＣＧＨ３の最大回折角（全角）を，虚像７の
最大画角（全角）を，ピンホール２の画角（全角）をと
する。そして虚像７の最大辺を構成するＮ個の光スポッ
トの各々の画角はピンホールの画角に等しいと仮定す
る。

【００４０】このとき、虚像の画角（半角）は、幾何学
的関係より、式（５）が成り立つ。

【００４１】

【数５】

【００４２】そして、ピンホールの画角（半角）は、式
（６）で表わされる。

【００４３】

【数６】

【００４４】さらに、Ｎ個の光スポットが分離して見え
るための条件は、式（７）である。

【００４５】

【数７】

【００４６】したがって、式（７）に式（１）、式
（２）を代入して整理すると、式（８）となる。

【００４７】

【数８】

【００４８】すなわち、虚像が鮮明に見えるためには、
ピンホール２の径サイズａを式（８）を満たすように設
計しすれば良い。

【００４９】

【発明の効果】本発明の光記録媒体再生装置は、指向性
の強くない発光ダイオードなどの素子を使用してホログ
ラムに記録された情報の再生を行うことができるので、
簡単な構成及び少ないコストで光記録媒体再生装置を製
造することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光記録媒体再生装置の第１の実施の形
態の原理を説明するための概略図である。

【図２】本発明の光記録媒体再生装置の第２の実施の形
態の原理を説明するための概略図である。

【図３】本発明の光記録媒体再生装置の第１の実施の形
態を示す構成図である。

【図４】本発明の光記録媒体再生装置の第２の実施の形
態を示す構成図である。

【図５】本発明の光記録媒体再生装置の作用を説明する
ためのグラフである。

【図６】光記録媒体再生装置で映し出される虚像の大き
さを説明するための概略構成図である。

【図７】従来の光記録媒体再生装置の例を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１ＬＥＤ２ピンホール３ＣＧＨ４眼球５水晶体６網膜７虚像８レンズ９ＣＣＤ１０光カード（光記録媒体）１１覗き孔１２スロット１３液晶ディスプレイ２０，２１光記録媒体再生装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＧＨにより情報が記録された光記録媒体
から情報を再生する光記録媒体再生装置であって、単色光を出力する発光手段と、この発光手段から出力される光の一部を通過させる孔を
有するピンホールとを有し、前記ＣＧＨの大きさｘを、ｘ＞（Ｌ／２）tanΘ （ただし、Lは前記ピンホールから目視位置までの距
離、Θは虚像の最大回折角）で示される範囲にして、前記ピンホールの孔を通過した光が前記ＣＧＨに照射さ
れ、前記ＣＧＨにより回折された光が結像する虚像を目
視可能となるように構成したことを特徴とする光記録媒
体再生装置。
【請求項２】ＣＧＨにより情報が記録された光記録媒体
から情報を再生する光記録媒体再生装置であって、単色光を出力する光源と、この光源から出力される光の一部を通過させる孔を有す
るピンホールと、このピンホールの孔を通過した光が前記ＣＧＨに照射さ
れ、回折された光を集光するレンズと、このレンズによって結像される虚像を撮像する撮像手段
とを有し、前記ＣＧＨの大きさｘを、ｘ＞（Ｌ／２）tanΘ （ただし、Lは前記ピンホールから前記レンズまでの距
離、Θは虚像の最大回折角）で示される範囲にして、前記ＣＧＨにより回折された光が結像する虚像を前記撮
像手段にて撮像するように構成したことを特徴とする光
記録媒体再生装置。