JP3707106B2 - 複数の領域が設定されているホログラムの作成方法 - Google Patents
複数の領域が設定されているホログラムの作成方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホログラムと、このホログラムの作成方法、及びこのホログラムに記録された情報の検出方法に関し、特に、偽造対策を向上するため、複数の領域が設定されているホログラム、このホログラムの作成方法、及びこのホログラムに記録された情報の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィ(holography)は、波や光の波面(wavefront) の記録・再生技術であり、特に、光領域でコヒーレンス性の優れた光源であるレーザが実現されて以来、各種研究が進められている。ホログラム(hologram)は、このホログラフィにおいて、記録対象である物体などの情報を示す模様（縞）を記録した媒体である。一般に、ホログラムは、感光材料(sensitive material)に対して物体光(object light)（物体からの反射光）を照射すると共に参照光(reference light) を照射し、これら物体光と参照光とにより生じる干渉縞(interference fringes)を感光材料に形成して物体像を記録（撮影）することにより作成される。
【０００３】
このように撮影されたホログラムは、撮影時の参照光と同じ光（照明光：illumination light）を照射した場合、干渉縞による波動の回折により、前記物体光と同じ光（再生光または回折光）が再生される。これにより、観察者は記録された物体などの情報を再生像として認識したり、検出装置などは記録された情報を識別することができる。
【０００４】
近年、このようなホログラムは、所有者の身分を認識するためのＩＤカードや、所定区域への立ち入りを管理するためのセキュリティカードなどに応用されている。例えば、ＩＤカードやセキュリティカードなどの表面の一部に、所有者の身分などを保証する情報を記録しているホログラムを張り付け、このホログラムを識別することによりＩＤの認識、またはセキュリティの保持が図られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したＩＤカードやセキュリティカードは、第３者などによる偽造の対象とされる場合がある。このため、前記ＩＤカードやセキュリティカードに適用されるホログラムも同様に、偽造される恐れがある。
【０００６】
前述したホログラムを偽造するには以下に示す２つの方法がある。第１の方法は、偽造対象であるホログラムから再生される再生像に基づいて、ホログラムに記録されている物体（情報）を作成し、作成した物体を前述したような方法で撮影してホログラムを偽造する方法である。
【０００７】
第２の方法は、コンタクトコピーと称される方法である。このコンタクトコピーは、偽造対象であるホログラム上に感光材料を重ね、これらホログラム及び感光材料に対して光を照射することによりホログラム上の回折格子を感光材料にコピーする方法である。但し、この方法では、ホログラム及び感光材料に照射する光を、前記ホログラムが撮影する際に照射された参照光と同じ入射角度で照射する必要がある。
【０００８】
このような２つの方法のいずれかで偽造されたホログラムは、偽造した第３者により参照光が照射されることにより再生像が容易に確認される。このため、偽造されたホログラムを、外観から偽造と判断することは非常に困難となる。
【０００９】
この発明は前述した実情が鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、偽造することが困難なホログラム、このホログラムの作成方法を提供することである。
【００１０】
又、この発明の第２の目的は、偽造することが困難なホログラムに記録（撮影）されている物体（情報）を検出する検出方法を提供することである。
【００１１】
又、この発明の第３の目的は、偽造することが困難なホログラムを大量生産できるホログラフ装置及び方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るホログラムは、複数の記録領域を有し、各記録領域はそれぞれ異なる参照光と再生対象であるイメージの物体光との干渉縞が記憶されており、一様な波面の照明光を照射しても、全ての情報を検出することが困難であることを特徴とする。
【００１３】
このようにこの構成によれば、ホログラムには、異なる小さな各領域ごとに異なる各方向の参照光により各情報（パターン、イメージ）が記録されているので、このホログラムに一様な波面の照明光を照射しても、全ての情報（パターン、イメージ）を検出することは困難である。更に、このホログラムから直接複製、偽造（コンタクトコピー）することも不可能である。仮に、この発明により作成したホログラムをコンタクトコピーで無理に複製すれば、参照光の入射方向を把握することが大変困難であり、正しい参照光の入射角と比べて多少ずれることになる。このため、情報を読み出す段階で、オリジナルであるホログラムとは異なる領域に参照光が入射するため、違う情報が読み出されたり、読み出す情報の再生方向が変わったりする。
【００１４】
又、この発明に係るホログラム作成方法は、複数の領域が設定されており、この各領域に記録対象である情報がエレメントホログラムとして記録されているイメージタイプホログラムを作成するステップと、空間周波数及び回折方向がそれぞれ異なる複数の領域により構成されるグレーティングを作成するステップと、前記イメージタイプホログラムのエレメントホログラムからの再生光と、前記グレーティングからの再生光とを、それぞれ物体光・参照光とし、予め複数の記録領域が設定されている感光材料の各記録領域に、前記物体光と参照光とを照射することによりホログラムを作成するステップとを具備することを特徴とする。
【００１５】
又、この発明に係る情報検出方法は、複数の記録領域を有し、各記録領域は、それぞれ異なる参照光と再生対象である情報の物体光との干渉縞が記録されており、一様な波面の照明光を照射しても、全ての情報を検出することが困難なホログラムに記録された情報の検出方法であって、前記ホログラムの各記憶領域に対応する前記参照光を照明光として前記ホログラムの各領域に照射するステップと、前記照明光の照射に応じ、前記ホログラムの各記録領域から発生する再生光を受取るステップと、前記各記憶領域からの再生光に基づいて前記ホログラムに記録された情報を検出するステップとを具備することを特徴とする。
【００１６】
このよう検出方法によれば、各エレメントホログラムごとに、それぞれ異なる空間周波数の干渉縞からの回折反射ビームをホログラムに入射し、その再生像からホログラムのＩＤデータなどのイメージや情報が検出される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明に係るホログラム、このホログラムの作成方法、及びこのホログラムに記録される情報の検出方法の実施の形態を説明する。
【００１８】
この発明に係るホログラム（メインホログラム）の作成時に使用・作成される各種ホログラムやグレーティングなどの関係を図１に示す。図１に示されるように、この実施の形態において、メインホログラム１０は、反射型の体積ホログラムであり、いわゆるリップマン型ホログラムである。このメインホログラム１０は、グレーティング１１及び第２ホログラム１２を用いて作成される。
【００１９】
グレーティング１１は、後述するように、空間周波数及び回折方向がそれぞれ異なる複数の領域により構成される。このグレーティング１１は、グレーティングアレイ１３及び遮光板（マスク）１４を用いて作成される。
【００２０】
又、この実施の形態において、前記第２ホログラム１２は、イメージホログラムである。第２ホログラム１２は、複数の領域が設定されており、この各領域に記録対象である情報（この実施の形態においてはＩＤデータ）がエレメントホログラムとして記録されている。この第２ホログラム１２は、フレネルホログラムである第１ホログラム１５を用いて作成される。更に、この第１ホログラム１５は、ＩＤデータの投影される拡散板(diffuser)１６及び遮光板１７を用いて作成される。
【００２１】
以下、図面を参照して、グレーティング１１、第１ホログラム１５、第２ホログラム１２、そしてメインホログラム１０の順に作成処理を説明する。
【００２２】
先ず、グレーティング１１の作成処理を図２を参照して説明する。図２に示されるように、感光材料１１１前方近傍には、遮光板１４が配置される。この遮光板１４には、感光材料１１１を複数の領域に分割して露光するために、各領域サイズに応じた光通過穴１４ａが形成されている。又、この遮光板１４は、各領域に対する露光毎に領域サイズに相当する水平及び垂直方向（ｘｙ方向）に移動可能であり、感光材料１１１の全領域に対して露光が行われるよう設定されている。
【００２３】
一方、グレーティングアレー１３には、それぞれ空間周波数及び回折方向の異なる複数の領域１３ａが形成されている。 このグレーティングアレー１３と感光材料１１１との間には、光学レンズ系１１２が配置されている。
【００２４】
この光学レンズ系１１２に対するグレーティングアレー１３及び感光材料１１１の配置関係は、光学レンズ系１１２の前焦点面上にグレーティングアレー１３が配置され、光学レンズ系１１２の後焦点面上に感光材料１１１が配置される関係にある。
【００２５】
又、感光材料１１１の斜め前方には、遮光板１４を介して感光材料１１１に対し、参照光を所定の角度で照射する参照光学系１１３が配置される。
【００２６】
このような構成であれば、レーザビームがグレーティングアレー１３上の任意の１つの領域１３ａに照射されると、レーザビームはこの領域１３ａの回折格子により所定方向に回折される。回折されたレーザビームは、光学レンズ系１１２を透過し、さらに遮光板１４の光通過穴１４ａを通して所定角度で感光材料１１１上に照射される。この際、領域１３ａの回折格子により回折された＋１次（又は−１次）光以外のレーザビームは、図２に示される遮光板１１２ａによって遮光される。
【００２７】
このようにレーザビームが光通過穴１４ａを通して感光材料１１１上に照射され、これと共に参照光学系１４から参照光が所定角度で光通過穴１４ａを通して感光材料１１１上に照射されると、このレーザビームと参照光との間で干渉が生じる。この干渉による干渉縞が感光材料１１１上の、光通過穴１４ａと同じサイズの小さな領域に記録される。
【００２８】
次に、遮光板１４を移動し、先に配置された光通過穴１４ａと異なる位置に光通過穴１４ａを配置する。この状態でレーザビームをグレーティングアレー１３の領域１３ａとは異なる別の領域１３ｂに照射する。この場合、照射されたレーザビームは、領域１３ｂの回折格子により、前記領域１３ａにより回折された方向とは異なる方向に回折され、その回折されたレーザビームが、前記同様に光学レンズ系１１２及び光通過穴１４ａを通して別の角度で感光材料１１１上に照射される。同時に、参照光学系１１３から参照光が所定角度で光通過穴１４ａを通して感光材料１１１上に照射されると、前記レーザビームと参照光との間で干渉が生じ、この干渉による干渉縞が感光材料１１１上の領域に記録される。但し、この記録領域は、先に、グレーティングアレイ１３の領域１３ａをレーザビームで照射することにより記録した領域とは異なる領域である。
【００２９】
これ以降、遮光板１４の光通過穴１４ａの位置が随時変更され、レーザビームがグレーティングアレー１３の各領域１３ｃ〜１３ｎ（ｎは領域数）に照射され、その回折されたレーザビームと参照光との干渉縞が、感光材料１１１のそれぞれ別の領域に記録される。この結果、感光材料１１１の各領域に各干渉縞が記録されることにより、前記グレーティング１１が作成される。
【００３０】
次に、第１ホログラム１５の作成処理を図３を参照して説明する。図３に示されるように感光材料１５１の前方近傍には、遮光板１７が配置され、さらに距離Ｄだけ離れたＩＰ(imaging plane) 面には、拡散板１７が配置される。なお、遮光板１７には、感光材料１５１を複数の領域に分割して露光するための各領域サイズに応じた光通過穴１７ａが形成されている。又、この遮光板１７は、感光材料１５１の各領域に対する露光毎に領域サイズに相当する水平及び垂直方向に移動可能であり、感光材料１５１の全領域に対して露光が行われるよう移動制御される。
【００３１】
又、感光材料１５１の斜め前方（拡散板１６方向）には、感光材料１５１に対して参照光を所定の角度で照射する参照光学系１５２が配置される。
【００３２】
このような構成において、拡散板１６には所望のＩＤデータ（図３においてはＩＤ番号と氏名）を示すパターンが投影される。パターンが拡散板１６に投影されると、この投影されたパターンの散乱波面が光通過穴１７ａを介して感光材料１５１に照射される。同時に、参照光学系１５２から、光通過穴１７ａを介して感光材料１５１に対して平行参照光が照射される。前記パターンの散乱波面と参照光との間で干渉が生じ、これによる干渉縞が感光材料１５１の一領域にエレメントホログラムとして記録される。
【００３３】
次に、遮光板１７を、前記感光材料１５１の１領域に相当する量（水平及び／または垂直方向）分移動する。更に、拡散板１６には、先に投影されたパターンと別のパターンを投影する。例えば、図３に示されるように、先に投影されたパターン（ＩＤデータ）がＩＤ番号及び氏名であるので、次には、所属部署名や連絡先などを示すパターンを投影してもよい。この状態で、拡散板１６に投影された別のパターンの散乱波面が光通過穴１７ａを介して感光材料１５１に照射され、同時に、平行参照光が照射されると、前記同様にこれらパターンの散乱波面と参照光との干渉縞が、感光材料１５の一領域（先に記録された領域とは異なる領域）にエレメントホログラム（先に記録されたエレメントホログラムとは異なるエレメントホログラム）として記録される。
【００３４】
以降、同様に、拡散板１６からの各パターンの散乱波面を参照光と干渉させ、これによる干渉縞を、感光材料１５１の異なる領域にエレメントホログラムとして記録してゆく。このような処理により、感光材料１５１は現像されて第１ホログラム１５として作成される。
【００３５】
次に、第２ホログラム１２の作成処理を図４を参照して説明する。図４に示されるように、第１ホログラム１５の前方、距離ＤはなれたＩＰ(imaging plane) 面上に感光材料１２１が配置される。ここで、前記図３に示される、第１ホログラム１５に対して参照光学系１５２からの照射されるた平行参照光の照射方向とは反対方向から、平行照明光が照射される。これにより、第１ホログラム１５からＩＰ面方向に前記散乱波面と同じ波面を有する再生光が再生され、第１ホログラム１５の各エレメントホログラムに記憶されている各パターンがＩＰ面上に、実像として全て再生される。このように、再生光は、感光材料１２１に照射される。又、同時に感光材料１２１には所定の入射角度で平行参照光が照射されるので、第１ホログラム１５の再生光とこの平行参照光とが干渉し、これによる干渉縞が感光材料１２１に記録される。この結果、感光材料１２１は、イメージタイプホログラムである第２ホログラム１２として作成される。
【００３６】
以上、前述した各種作成処理により、グレーティング１１及び第２ホログラム１２が作成される。次に、これらグレーティング１１及び第２ホログラム１２を用いたメインホログラム１０の作成処理を図５を参照して説明する。
【００３７】
図５に示されるように、感光材料１０１の一方の面側には、前記作成処理により作成されたグレーティング１１が配置され、他方の面側にはイメージタイプホログラムである第２ホログラム１２が配置される。この場合、グレーティング１１は、感光材料１０１の近傍に配置される。
【００３８】
このような構成において、グレーティング１１には、グレーティング１１作成処理時の参照光学系１１３（図２参照）からの参照光と同一の波面の照明光が照射される。この照明光の照射によりグレーティング１１の各領域１１ａ毎に、空間周波数及び回折方向の異なる各回折光が生じ、これら回折光がそれぞれ感光材料１に照射される。一方、第２ホログラム１２には、第２ホログラム１２の作成時に照射された平行参照光（図４参照）と共役な波面を有する照明光が、図４における平行参照光の照射方向（入射角度）とは反対方向（入射角度）から照射される。この照明光の照射により第２ホログラム１２に記録されているパターンを再生する再生光が感光材料１０１に照射される。
【００３９】
従って、感光材料１０１には、グレーティング１１からの再生光と、第２ホログラム１２からの再生光とが照射され、これら再生光により反射型（体積型）ホログラム、つまりメインホログラム１０が作成される。すなわち、ここでは、グレーティング１１上の、各領域毎に異なる空間周波数及び回折方向に基づいた再生光は、メインホログラム１０にとって参照光として照射される。
【００４０】
この結果、このメインホログラム１０は、異なる小さな各領域ごとに異なる各方向の参照光により各パターンが記録されたホログラムとなる。
【００４１】
このようにこの実施の形態によれば、メインホログラム１０には、異なる小さな各領域ごとに異なる各方向の参照光により各情報（パターン）が記録されるので、このメインホログラム１０に一様な波面の照明光を照射しても、全ての情報（パターン）を検出することは困難である。更に、このメインホログラム１０から直接複製、偽造（コンタクトコピー）することも不可能である。仮に、この発明により作成したホログラム（メインホログラム１０）を前述したコンタクトコピーで無理に複製すれば、参照光の入射方向を把握することが大変困難であり、正しい参照光の入射角と比べて多少ずれることになる。このため、情報を読み出す段階で、オリジナルであるメインホログラム１０とは異なる領域に参照光が入射するため、違う情報が読み出されたり、読み出す情報の再生方向が変わったりする。従って、ホログラム（メインホログラム１０）を偽造することは無理であり、かつ偽造の情報ホログラムは簡単に検出できる。又、メインホログラム１０に設けられる各領域の数を増やすことにより、更に、偽造の困難なホログラムを作成することが可能となる。
【００４２】
又、最初に使用された光学系のグレーティング１１及びイメージタイプホログラムである第２ホログラム１２があれば、これらグレーティング１１及びイメージタイプホログラム１２からの各再生光を感光材料に照射すれば、最初に作成したメインホログラム１０と同一のホログラムを大量に複製し生産することが簡単にできる。
【００４３】
すなわち、メインホログラム１０から直接複製することは困難であるが、最初に使った光学系のグレーティング１１及び第２ホログラム１２があれば、メインホログラム１０を大量に複製し生産することが簡単にできる。
【００４４】
次に、前述したメインホログラム１０に記憶されているＩＤデータ（パターン）を検出するホログラフィシステムについて図面を参照して説明する。このホログラフィシステムを用いてメインホログラム１０からＩＤデータ（パターン）を検出している状態の一例を図６に示す。
【００４５】
この実施の形態において、メインホログラム１０は、セキュリテーカード２０上に貼り付けられている。一方、このメインホログラム１０から距離Ｄだけ上方に離れた位置には、体積型グレーティング２１、２２が配置されている。この体積型グレーティング２１，２２は、空間周波数及び角度がそれぞれ異なる複数のエレメントホログラムが形成されたものである。なお、このグレーティング２１，２２は同じものであり、図６では、メインホログラム１０の異なる２つの領域に記録されているＩＤデータ（パターン）を同時に再生するためにグレーティングが２つ用いられている。従って、メインホログラム１０上の各領域に記録されたＩＤデータ（パターン）を順次再生するのであれば、グレーティングは、グレーティング２１または２２のいずれか１つを用いるだけでよい。一方、レーザスキャナー５０は、レーザ発振器５１と、このレーザ発振器５１から出力されたレーザビームを各体積型グレーティング２１、２２に走査制御する走査光学系５２とから構成されている。
【００４６】
前記各体積型グレーティング２１，２２（以降、メイングレーティングと称する）の作成処理の詳細は後述するが、ここで、ＩＤデータの検出時のメイングレーティング及びメインホログラムの関係と、前記メイングレーティングの作成時に使用・作成されるグレーティング及びグレーティングアレイの関係を図７に示す。図７に示されるように、メインホログラム１０は、メイングレーティング２１，２２に対してレーザビームを照射して得られる再生光を照明光として照射っされることにより、記録されたＩＤデータ（パターン）が再生される。又、メイングレーティング２１，２２は、第３ホログラム２３及び第４ホログラム２４により作成される。この第３ホログラム２３及び第４ホログラム２４は、それぞれ第１グレーティングアレイ２５、第２グレーティングアレイ２６を用いて作成される。この際、遮光板２７も用いられる。
【００４７】
以下、前記メイングレーティング２１、２２の作成処理について図面を参照して説明する。図８に示されるように、感光材料２３１の一方の面側には、光学レンズ系２３２を介してグレーティングアレー２５が配置されている。光学レンズ系２３２には、図８に示されるように遮光板が配置され、この遮光板により、グレーティングアレイ２５からの回折光の内、＋１次（又は−１次）の回折光を除く回折光（回折ビーム）が遮光される。このグレーティングアレー２５には、それぞれ空間周波数及び回折方向の異なる複数のエレメントホログラムが形成されている。又、光学レンズ系２３２に対するグレーティングアレー２５及び感光材料２３１の配置位置は、光学レンズ系２３２の前焦点面上にグレーティングアレー２５が配置され、光学レンズ系２３２の後焦点面上に感光材料２３１が配置される関係を有する。又、感光材料２３１の斜め前方（光学レンズ系２３２方向）には、感光材料２３１に対して参照光が所定の角度で照射される。なお、この参照光は、任意の波面を有する。グレーティングアレイ２５、光学レンズ系２３２及び感光材料２３１の配置された軸に対し、前記参照光は、入射角βで入射される。更に、図８には図示されていないが、感光材料２３１の光学レンズ系２３２側の近傍には、所定サイズの光通過穴が設けられている遮光板が、光通過穴が移動可能なように配置される。
【００４８】
一方、感光材料２４１の一方の面側には、光学レンズ系２４２を介してグレーティングアレー２６が配置されている。このグレーティングアレー２６には、グレーティングアレー２５と同様にそれぞれ空間周波数及び回折方向の異なる複数のエレメントホログラムが形成されている。光学レンズ系２４２に対するグレーティングアレー２６及び感光材料２４１の配置位置は、光学レンズ系２４２の前焦点面上にグレーティングアレー２６が配置され、光学レンズ系２４２の後焦点面上に感光材料２４１が配置される関係を有する。又、感光材料２４１の斜め前方（光学レンズ系２４２方向）には、感光材料２４１に対して参照光が所定の角度で照射される。なお、この参照光は、任意の波面を有する。グレーティングアレイ２５、光学レンズ系２３２及び感光材料２３１の配置された軸に対し、前記参照光は、入射角αで入射される。更に、図８には図示されていないが、感光材料２３１の光学レンズ系２３２側の近傍には、前記感光材料２３１近傍に配置される遮光板と同様の遮光板が、光通過穴が移動可能なように配置される。
【００４９】
又、グレーティングアレー２５，２６の各領域に設定されるグレーティングの空間周波数及びその角度は、各感光材料２３１，２４１を露光することにより作成される第３ホログラム２３及び第４ホログラム２４からの再生光が、図８のＰ平面で交差するように設定される。
【００５０】
このような構成により、レーザビームがグレーティングアレー２５上の複数の領域の内の１つの領域に照射されると、レーザビームはこの領域に設定された回折格子により所定方向に回折される。回折されたレーザビームは、光学レンズ系２３２を透過し、さらに遮光板を介して所定角度で感光材料２３１上の任意の領域に照射される。この際、グレーティングアレー２５の領域の回折格子により回折された＋１次（又は−１次）光以外のレーザビームは、光学レンズ系２３２内に配置された遮光板によって遮光される。このようにレーザビームが感光材料２３１上に照射され、これと共に参照光が所定角度βで感光材料２３１上に照射されると、これらレーザビームと参照光との間で干渉が生じ、この干渉による干渉縞が感光材料２３１の小さな領域にエレメントホログラムとして記録される。
【００５１】
次に、遮光板の光通過穴の位置が移動されると共に、レーザビームがグレーティングアレー２５上の、先に照射された領域とは別の領域に照射される。この領域に照射され、回折されたレーザビームは、前記同様に光学レンズ系２３２介して別の角度で感光材料２３１上に照射される。同時に、参照光が所定角度βで感光材料２３１上に照射されると、これらレーザビームと参照光との間で干渉が生じ、これによる干渉縞が感光材料２３１上の先に記憶された領域と異なる領域にエレメントホログラムとして記録される。
【００５２】
以降、レーザビームがグレーティングアレー２５のそれぞれ別の領域に照射され、その回折されたレーザビームと参照光との干渉縞が、感光材料２３１のそれぞれ別の領域に各エレメントホログラムとして記録される。これにより、感光材料２３１が第３ホログラム２３として作成される。
【００５３】
一方、感光材料２４１においても前記同様に、レーザビームがグレーティングアレー２６のそれぞれ別の領域に照射され、その回折されたレーザビームと参照光との干渉縞が、感光材料２４１のそれぞれ別の領域に各エレメントホログラムとして記録される。これにより、感光材料２４１が第４ホログラム２４として作成される。なお、第３ホログラムの作成と同様に、グレーティングアレー２６の領域の回折格子により回折された＋１次（又は−１次）光以外のレーザビームは、光学レンズ系２４２内に配置された遮光板によって遮光される。
【００５４】
次に、図９に示されるように、前記作成された第３ホログラム２３，第４ホログラム２４とが対向配置され、かつこれら第３及び第４ホログラム２３，２４との間に感光材料２１１が配置される。これら第３及び第４ホログラム２３，２４と感光材料２１１との各間隔は、距離Ｄに設定されている。すなわち、第３及び第４ホログラム２３，２４は、図８に示される各感光材料２３１，２４１の間隔と同一間隔に配置され、かつＰ平面上に感光材料２１１が配置されたものとなる。この状態で、一方の第３ホログラム２３に対して所定角度βの方向から参照光と同一波面の照明光を照射し、かつ他方の第４ホログラム２４に対して所定角度αの方向から参照光と同一波面の照明光を照射する。
【００５５】
これら照明光の照射により各第３及び第４ホログラム２３，２４からは、それぞれ各エレメントホログラムごとに異なる角度の再生光が生じ、これら再生光が感光材料２１１に照射される。これにより、感光材料２１１には、複数の各領域ごとに各エレメントホログラムが形成され、前記メイングレーティング２１、２２として作成される。これらメイングレーティング２１、２２は、各エレメントホログラムごとにそれぞれ異なる空間周波数の体積型干渉縞が記録される。このように作成されたグレーティング２１，２２により、メインホログラム１０に対する照明光（照明ビーム）の入射角を数値等で保持する必要がなくなる。
【００５６】
このような構成において、前記図６に示されるように、レーザ発振器５１から出力されたレーザビームは、走査制御系５２により走査位置が制御され、メイングレーティング２１、２２のあるエレメントホログラムに照射される。このエレメントホログラムからの単一の回折反射ビームは、メインホログラム１０のあるエレメントホログラムに入射する。メインホログラム１０に最初に記録されたＩＤデータ（パターン）は、このメインホログラム１０から距離Ｄ離れたところに再生される。従って、メインホログラム１０から読み出したいＩＤデータは、メイングレーティング２１、２２とメインホログラム１０の記録パラメータを厳密に計算し、レーザスキャナー５０のレーザビーム走査位置を制御することにより得られる。
【００５７】
このようホログラフィシステムによれば、各エレメントホログラムごとに、それぞれ異なる空間周波数のメイングレーティング２１、２２からの回折反射ビームをメインホログラム１０のあるエレメントホログラムに入射し、その再生像からメインホログラム１０のＩＤデータ（パターン）が検出される。これにより、メインホログラム１０の特定のエレメントホログラムから特定のＩＤデータ（情報）を読み出すことができる。
【００５８】
ここで、このようなホログラフィシステムを用いたＩＤデータ検出処理を図１０のフローチャートを参照して説明する。先ず、検出対象となるメインホログラム１０が張り付けられたセキュリティカードをシステムの所定位置に挿入する（ステップＳ１）。システムでは、セキュリティカードのタイプに応じ、目視判定を行うか、装置判定を行うか、または総合判定を行うかが選択、決定される（ステップＳ２）。ここで、目視判定とはホログラフィシステムに配置されたオペレータなどによりホログラムの再生像を認識し、これによりセキュリティカードを判定する方法であり、装置判定とは再生像をシステムが検出し、認識することによりセキュリティカードを判定方法である。この装置判定では、例えば、人間の目では見ることのできない再生像をも認識する機能を有するようにシステムを構成する。又、総合判定とは、これらオペレータ及び装置による判定を組み合わせた判定方法である。
【００５９】
次に、挿入されたカードに応じ、メインホログラム１０のいずれの領域に記録されたＩＤデータ（パターン）を認識するのか決定する（ステップＳ３）。この決定は、又、カード使用する際の用途に応じて決定されてもよい。ステップＳ２及び３により、判定する判定方法、及びＩＤデータを検出する領域が決定されると、次に、メインホログラム１０上の、ステップＳ３において決定された領域に記録されているＩＤデータを再生するように、メイングレーティング２１，２２にレーザビームが照射される（ステップＳ４）。このレーザビームの照射は、コンピュータ制御によるレーザビームスキャナ５２によって実施される。メイングレーティング２１，２２に照射されたレーザビームは、メイングレーティング２１，２２の照射された領域に応じて回折され、回折されたビームはメインホログラム１０の前記ステップＳ３において決定された領域に照射される（ステップＳ５）。
【００６０】
前記回折ビームの照射に応じ、メインホログラム１０から再生光が発生する。この再生光の回折波面は、このメインホログラム１０から距離Ｄだけ離れた位置で結像する。従って、この位置の回折波面を検知することにより、メインホログラム１０の回折ビームが照射された領域に記録されているＩＤデータを検出する（ステップＳ６）。例えば、前記ステップＳ２において目視判定と決定された場合、メインホログラム１０から距離Ｄだけ離れた位置にスクリーンを設置することにより、再生像を確認することができる。又、前記ステップ２において装置判定と決定された場合、メインホログラム１０から距離Ｄだけ離れた位置にセンサを設置することにより、人間の目だけでは判断できない情報をも検出することができる。又、前記ステップ２において総合判定と決定された場合、前述した検出処理を組み合わせることにより、メインホログラム１０の所定領域に記録されたＩＤデータを検出する。
【００６１】
この後、検出されたＩＤデータと、予めホログラフィシステムの記憶部に保持されているデータ（標準情報）とを比較、参照することにより、メインホログラム１０上の回折ビームの照射された領域に記憶されているＩＤデータが認識される（ステップＳ７）。
【００６２】
次に、メインホログラム１０上の他の領域に記憶されているＩＤデータを検出するか否かを判断し（ステップＳ８）、他のＩＤデータを検出する必要がある場合には、再び前記ステップＳ２に戻りＩＤデータを検出するための処理が実行される。又、他のＩＤデータを検出する必要が無い場合には、検出されたＩＤデータから判定結果を出力する。この際、例えば、一定の条件を満たさないＩＤデータが認識された場合には、ホログラフィシステムが、挿入されたセキュリティカードが正規のカードではなく、偽造されたカードであると認識するように構成してもよい。
【００６３】
以上の処理により、セキュリティカードなどに張り付けられたメインホログラム１０に記録されたＩＤデータを検出することができる。
【００６４】
又、前記メイングレーティング２１、２２、及びメインホログラム１０は、各エレメントホログラムごとにそれぞれ異なる周波数の体積型干渉縞が記録されるので、任意方向からの一様な照明波面による照明では、全てのエレメントホログラムを一緒に再生することがでない。よって、これらメイングレーティング２１、２２の各領域のエレメントホログラムの照明光の角度を検出することが困難となり、これらメイングレーティング２１、２２、及びメインホログラム１０を複製することは不可能である。
【００６５】
仮に、メイングレーティング２１、２２とメインホログラム１０とが偽造されたものであれば、それぞれの各エレメントホログラムに対する参照光の入射角度が僅かにずれただけでも情報は読み出すことができない。時には、違うエレメントホログラムに照明して違う情報を検出してしまい、偽造したメイングレーティング２１、２２又はメインホログラム１であると簡単に判別ができる。
【００６６】
光学的複製によって体積グレーティングを偽造する場合、特に、この発明においては個々の領域に対して偽造をする場合、体積グレーティングの照明光（参照光）の入射角度及び回折角度を検出する方法には、図１１に示されるように体積グレーティング平面に対し、照射角度を変えながら回折光の光強度を測り、最も強く回折する入射角度と回折角度を検出する方法がある。
【００６７】
ここで、前記図１１に示される体積グレーティングの参照光の入射角度が４５度である場合、入射角度を変更した場合の回折効率をシミュレーションにより算出した結果を図１２に示す。図１２に示されるように、入射角度を上下約５度の範囲で変更した場合、回折効率がほとんど変わらないことが分かる。このように回折効率が変わらないということは、回折光の光強度が変わらないことを示している。又、前述した上下約５度の範囲は、感光材料の種類や使用する乳材の厚みを変更することにより、広くすることもできる。
【００６８】
従って、偽造者が前記メインホログラム１０または体積グレーティング２１，２２に対して、各領域のオリジナル記録角度（参照光または照明光の照射角度、または回折角度）を検出することは不可能といえる。仮に、オリジナルの入射角度から上下５度の範囲内の任意の角度で複製したとしても、この発明におけるホログラムに記録された情報（ＩＤデータ）の検出時には、照射されるレーザビームは、体積グレーティング２１，２２、及びホログラム１０の複数の体積グレーティングにより回折される。従って、最終的に、ホログラム１０から照射される再生光のＩＰ面に対する入射角度がずれが増大され、再生される情報（ＩＤデータ）がぼけたり、位置がずれたりする。これにより、容易に、偽造を判断することができる。従って、前述したホログラム作成条件や、ホログラフィシステムを使用しない限り、セキュリティホログラムの偽造（ホログラムそのものからのコンタクトコピー）、模造（ホログラムそのものをまねて、偽のホログラムを作成）などが不可能となる。
【００６９】
従って、この発明に係るホログラムを偽造することは不可能あるので、このホログラムをセキュリティーカードに貼り付けることにより、セキュリティーカードのセキュリティ性を向上し、信頼性を高めることができる。
【００７０】
但し、この発明に係るホログラムについては、最初に使用された光学系のグレーティング１１及びイメージタイプホログラムである第２ホログラム１２があれば、これらグレーティング１１及びイメージタイプホログラム１２からの各再生光を感光材料に照射すれば、最初に作成したメインホログラム１０と同一のホログラムを大量に複製し生産することが簡単にできる。又、この発明に係るホログラフィシステムについては、最初に使った光学系の第３ホログラム２３及び第４ホログラムＢがあれば、前記図９に示されるように、第３ホログラム２３及び第４ホログラム２４から各回折光を感光材料に照射すれば、最初に作成した体積型グレーティング（メイングレーティング）２１、２２と同一の体積型グレーティングを大量に複製し生産することが簡単にできる。
【００７１】
なお、この発明は、前述した実施の形態によって限定されるものではない。例えば、前記図２，３，８に示される参照光（参照ビーム）は、平行光に限られず、平面波、集束波、発散波であってもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、偽造することが困難なホログラム、、このホログラムの作成方法、更に、偽造することが困難なホログラムに記録（撮影）されている物体（情報）を検出する検出方法が提供される。又、この発明においては、偽造することが困難なホログラムを大量生産することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るホログラム（メインホログラム）の作成時に使用・作成される各種ホログラムやグレーティングなどの関係を示すブロック図。
【図２】前記図１に示されるグレーティングの作成を説明するための概念図。
【図３】前記図１に示される第１ホログラムの作成を説明するための概念図。
【図４】前記図１に示される第２ホログラムの作成を説明するための概念図。
【図５】前記図１に示される、この発明に係るホログラム（メインホログラム）の作成を説明するための概念図。
【図６】この発明に係るホログラムに記録（撮影）されているＩＤデータを再生（検出）するホログラフィシステムの概念図。
【図７】前記図６に示されるＩＤデータの検出時のメイングレーティング及びメインホログラムの関係と、前記メイングレーティングの作成時に使用・作成されるホログラムやグレーティングアレイなどの関係とを示すブロック図。
【図８】前記図７に示される第１及び第２グレーティングの作成を説明するための概念図。
【図９】前記図７に示されるメイングレーティングの作成を説明するための概念図。
【図１０】前記図６に示されるホログラフィシステムにおいて、ＩＤデータの検出処理を説明するためのフローチャート。
【図１１】体積型グレーティング(volume grating)に対する入射角度変化と反射回折角度変化の例を示す図。
【図１２】前記図１１において、標準入射角度が４５度である場合、異なる角度の入射光に対する回折効率の変化の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…メインホログラム、１１…グレーティング、１２…第２ホログラム、１３…グレーティングアレイ、１４…遮光板（マスク）、１５…第１ホログラム、１６…拡散板、１７…遮光板（マスク）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホログラムと、このホログラムの作成方法、及びこのホログラムに記録された情報の検出方法に関し、特に、偽造対策を向上するため、複数の領域が設定されているホログラム、このホログラムの作成方法、及びこのホログラムに記録された情報の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィ(holography)は、波や光の波面(wavefront) の記録・再生技術であり、特に、光領域でコヒーレンス性の優れた光源であるレーザが実現されて以来、各種研究が進められている。ホログラム(hologram)は、このホログラフィにおいて、記録対象である物体などの情報を示す模様（縞）を記録した媒体である。一般に、ホログラムは、感光材料(sensitive material)に対して物体光(object light)（物体からの反射光）を照射すると共に参照光(reference light) を照射し、これら物体光と参照光とにより生じる干渉縞(interference fringes)を感光材料に形成して物体像を記録（撮影）することにより作成される。
【０００３】
このように撮影されたホログラムは、撮影時の参照光と同じ光（照明光：illumination light）を照射した場合、干渉縞による波動の回折により、前記物体光と同じ光（再生光または回折光）が再生される。これにより、観察者は記録された物体などの情報を再生像として認識したり、検出装置などは記録された情報を識別することができる。
【０００４】
近年、このようなホログラムは、所有者の身分を認識するためのＩＤカードや、所定区域への立ち入りを管理するためのセキュリティカードなどに応用されている。例えば、ＩＤカードやセキュリティカードなどの表面の一部に、所有者の身分などを保証する情報を記録しているホログラムを張り付け、このホログラムを識別することによりＩＤの認識、またはセキュリティの保持が図られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したＩＤカードやセキュリティカードは、第３者などによる偽造の対象とされる場合がある。このため、前記ＩＤカードやセキュリティカードに適用されるホログラムも同様に、偽造される恐れがある。
【０００６】
前述したホログラムを偽造するには以下に示す２つの方法がある。第１の方法は、偽造対象であるホログラムから再生される再生像に基づいて、ホログラムに記録されている物体（情報）を作成し、作成した物体を前述したような方法で撮影してホログラムを偽造する方法である。
【０００７】
第２の方法は、コンタクトコピーと称される方法である。このコンタクトコピーは、偽造対象であるホログラム上に感光材料を重ね、これらホログラム及び感光材料に対して光を照射することによりホログラム上の回折格子を感光材料にコピーする方法である。但し、この方法では、ホログラム及び感光材料に照射する光を、前記ホログラムが撮影する際に照射された参照光と同じ入射角度で照射する必要がある。
【０００８】
このような２つの方法のいずれかで偽造されたホログラムは、偽造した第３者により参照光が照射されることにより再生像が容易に確認される。このため、偽造されたホログラムを、外観から偽造と判断することは非常に困難となる。
【０００９】
この発明は前述した実情が鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、偽造することが困難なホログラム、このホログラムの作成方法を提供することである。
【００１０】
又、この発明の第２の目的は、偽造することが困難なホログラムに記録（撮影）されている物体（情報）を検出する検出方法を提供することである。
【００１１】
又、この発明の第３の目的は、偽造することが困難なホログラムを大量生産できるホログラフ装置及び方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るホログラムは、複数の記録領域を有し、各記録領域はそれぞれ異なる参照光と再生対象であるイメージの物体光との干渉縞が記憶されており、一様な波面の照明光を照射しても、全ての情報を検出することが困難であることを特徴とする。
【００１３】
このようにこの構成によれば、ホログラムには、異なる小さな各領域ごとに異なる各方向の参照光により各情報（パターン、イメージ）が記録されているので、このホログラムに一様な波面の照明光を照射しても、全ての情報（パターン、イメージ）を検出することは困難である。更に、このホログラムから直接複製、偽造（コンタクトコピー）することも不可能である。仮に、この発明により作成したホログラムをコンタクトコピーで無理に複製すれば、参照光の入射方向を把握することが大変困難であり、正しい参照光の入射角と比べて多少ずれることになる。このため、情報を読み出す段階で、オリジナルであるホログラムとは異なる領域に参照光が入射するため、違う情報が読み出されたり、読み出す情報の再生方向が変わったりする。
【００１４】
又、この発明に係るホログラム作成方法は、複数の領域が設定されており、この各領域に記録対象である情報がエレメントホログラムとして記録されているイメージタイプホログラムを作成するステップと、空間周波数及び回折方向がそれぞれ異なる複数の領域により構成されるグレーティングを作成するステップと、前記イメージタイプホログラムのエレメントホログラムからの再生光と、前記グレーティングからの再生光とを、それぞれ物体光・参照光とし、予め複数の記録領域が設定されている感光材料の各記録領域に、前記物体光と参照光とを照射することによりホログラムを作成するステップとを具備することを特徴とする。
【００１５】
又、この発明に係る情報検出方法は、複数の記録領域を有し、各記録領域は、それぞれ異なる参照光と再生対象である情報の物体光との干渉縞が記録されており、一様な波面の照明光を照射しても、全ての情報を検出することが困難なホログラムに記録された情報の検出方法であって、前記ホログラムの各記憶領域に対応する前記参照光を照明光として前記ホログラムの各領域に照射するステップと、前記照明光の照射に応じ、前記ホログラムの各記録領域から発生する再生光を受取るステップと、前記各記憶領域からの再生光に基づいて前記ホログラムに記録された情報を検出するステップとを具備することを特徴とする。
【００１６】
このよう検出方法によれば、各エレメントホログラムごとに、それぞれ異なる空間周波数の干渉縞からの回折反射ビームをホログラムに入射し、その再生像からホログラムのＩＤデータなどのイメージや情報が検出される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明に係るホログラム、このホログラムの作成方法、及びこのホログラムに記録される情報の検出方法の実施の形態を説明する。
【００１８】
この発明に係るホログラム（メインホログラム）の作成時に使用・作成される各種ホログラムやグレーティングなどの関係を図１に示す。図１に示されるように、この実施の形態において、メインホログラム１０は、反射型の体積ホログラムであり、いわゆるリップマン型ホログラムである。このメインホログラム１０は、グレーティング１１及び第２ホログラム１２を用いて作成される。
【００１９】
グレーティング１１は、後述するように、空間周波数及び回折方向がそれぞれ異なる複数の領域により構成される。このグレーティング１１は、グレーティングアレイ１３及び遮光板（マスク）１４を用いて作成される。
【００２０】
又、この実施の形態において、前記第２ホログラム１２は、イメージホログラムである。第２ホログラム１２は、複数の領域が設定されており、この各領域に記録対象である情報（この実施の形態においてはＩＤデータ）がエレメントホログラムとして記録されている。この第２ホログラム１２は、フレネルホログラムである第１ホログラム１５を用いて作成される。更に、この第１ホログラム１５は、ＩＤデータの投影される拡散板(diffuser)１６及び遮光板１７を用いて作成される。
【００２１】
以下、図面を参照して、グレーティング１１、第１ホログラム１５、第２ホログラム１２、そしてメインホログラム１０の順に作成処理を説明する。
【００２２】
先ず、グレーティング１１の作成処理を図２を参照して説明する。図２に示されるように、感光材料１１１前方近傍には、遮光板１４が配置される。この遮光板１４には、感光材料１１１を複数の領域に分割して露光するために、各領域サイズに応じた光通過穴１４ａが形成されている。又、この遮光板１４は、各領域に対する露光毎に領域サイズに相当する水平及び垂直方向（ｘｙ方向）に移動可能であり、感光材料１１１の全領域に対して露光が行われるよう設定されている。
【００２３】
一方、グレーティングアレー１３には、それぞれ空間周波数及び回折方向の異なる複数の領域１３ａが形成されている。 このグレーティングアレー１３と感光材料１１１との間には、光学レンズ系１１２が配置されている。
【００２４】
この光学レンズ系１１２に対するグレーティングアレー１３及び感光材料１１１の配置関係は、光学レンズ系１１２の前焦点面上にグレーティングアレー１３が配置され、光学レンズ系１１２の後焦点面上に感光材料１１１が配置される関係にある。
【００２５】
又、感光材料１１１の斜め前方には、遮光板１４を介して感光材料１１１に対し、参照光を所定の角度で照射する参照光学系１１３が配置される。
【００２６】
このような構成であれば、レーザビームがグレーティングアレー１３上の任意の１つの領域１３ａに照射されると、レーザビームはこの領域１３ａの回折格子により所定方向に回折される。回折されたレーザビームは、光学レンズ系１１２を透過し、さらに遮光板１４の光通過穴１４ａを通して所定角度で感光材料１１１上に照射される。この際、領域１３ａの回折格子により回折された＋１次（又は−１次）光以外のレーザビームは、図２に示される遮光板１１２ａによって遮光される。
【００２７】
このようにレーザビームが光通過穴１４ａを通して感光材料１１１上に照射され、これと共に参照光学系１４から参照光が所定角度で光通過穴１４ａを通して感光材料１１１上に照射されると、このレーザビームと参照光との間で干渉が生じる。この干渉による干渉縞が感光材料１１１上の、光通過穴１４ａと同じサイズの小さな領域に記録される。
【００２８】
次に、遮光板１４を移動し、先に配置された光通過穴１４ａと異なる位置に光通過穴１４ａを配置する。この状態でレーザビームをグレーティングアレー１３の領域１３ａとは異なる別の領域１３ｂに照射する。この場合、照射されたレーザビームは、領域１３ｂの回折格子により、前記領域１３ａにより回折された方向とは異なる方向に回折され、その回折されたレーザビームが、前記同様に光学レンズ系１１２及び光通過穴１４ａを通して別の角度で感光材料１１１上に照射される。同時に、参照光学系１１３から参照光が所定角度で光通過穴１４ａを通して感光材料１１１上に照射されると、前記レーザビームと参照光との間で干渉が生じ、この干渉による干渉縞が感光材料１１１上の領域に記録される。但し、この記録領域は、先に、グレーティングアレイ１３の領域１３ａをレーザビームで照射することにより記録した領域とは異なる領域である。
【００２９】
これ以降、遮光板１４の光通過穴１４ａの位置が随時変更され、レーザビームがグレーティングアレー１３の各領域１３ｃ〜１３ｎ（ｎは領域数）に照射され、その回折されたレーザビームと参照光との干渉縞が、感光材料１１１のそれぞれ別の領域に記録される。この結果、感光材料１１１の各領域に各干渉縞が記録されることにより、前記グレーティング１１が作成される。
【００３０】
次に、第１ホログラム１５の作成処理を図３を参照して説明する。図３に示されるように感光材料１５１の前方近傍には、遮光板１７が配置され、さらに距離Ｄだけ離れたＩＰ(imaging plane) 面には、拡散板１７が配置される。なお、遮光板１７には、感光材料１５１を複数の領域に分割して露光するための各領域サイズに応じた光通過穴１７ａが形成されている。又、この遮光板１７は、感光材料１５１の各領域に対する露光毎に領域サイズに相当する水平及び垂直方向に移動可能であり、感光材料１５１の全領域に対して露光が行われるよう移動制御される。
【００３１】
又、感光材料１５１の斜め前方（拡散板１６方向）には、感光材料１５１に対して参照光を所定の角度で照射する参照光学系１５２が配置される。
【００３２】
このような構成において、拡散板１６には所望のＩＤデータ（図３においてはＩＤ番号と氏名）を示すパターンが投影される。パターンが拡散板１６に投影されると、この投影されたパターンの散乱波面が光通過穴１７ａを介して感光材料１５１に照射される。同時に、参照光学系１５２から、光通過穴１７ａを介して感光材料１５１に対して平行参照光が照射される。前記パターンの散乱波面と参照光との間で干渉が生じ、これによる干渉縞が感光材料１５１の一領域にエレメントホログラムとして記録される。
【００３３】
次に、遮光板１７を、前記感光材料１５１の１領域に相当する量（水平及び／または垂直方向）分移動する。更に、拡散板１６には、先に投影されたパターンと別のパターンを投影する。例えば、図３に示されるように、先に投影されたパターン（ＩＤデータ）がＩＤ番号及び氏名であるので、次には、所属部署名や連絡先などを示すパターンを投影してもよい。この状態で、拡散板１６に投影された別のパターンの散乱波面が光通過穴１７ａを介して感光材料１５１に照射され、同時に、平行参照光が照射されると、前記同様にこれらパターンの散乱波面と参照光との干渉縞が、感光材料１５の一領域（先に記録された領域とは異なる領域）にエレメントホログラム（先に記録されたエレメントホログラムとは異なるエレメントホログラム）として記録される。
【００３４】
以降、同様に、拡散板１６からの各パターンの散乱波面を参照光と干渉させ、これによる干渉縞を、感光材料１５１の異なる領域にエレメントホログラムとして記録してゆく。このような処理により、感光材料１５１は現像されて第１ホログラム１５として作成される。
【００３５】
次に、第２ホログラム１２の作成処理を図４を参照して説明する。図４に示されるように、第１ホログラム１５の前方、距離ＤはなれたＩＰ(imaging plane) 面上に感光材料１２１が配置される。ここで、前記図３に示される、第１ホログラム１５に対して参照光学系１５２からの照射されるた平行参照光の照射方向とは反対方向から、平行照明光が照射される。これにより、第１ホログラム１５からＩＰ面方向に前記散乱波面と同じ波面を有する再生光が再生され、第１ホログラム１５の各エレメントホログラムに記憶されている各パターンがＩＰ面上に、実像として全て再生される。このように、再生光は、感光材料１２１に照射される。又、同時に感光材料１２１には所定の入射角度で平行参照光が照射されるので、第１ホログラム１５の再生光とこの平行参照光とが干渉し、これによる干渉縞が感光材料１２１に記録される。この結果、感光材料１２１は、イメージタイプホログラムである第２ホログラム１２として作成される。
【００３６】
以上、前述した各種作成処理により、グレーティング１１及び第２ホログラム１２が作成される。次に、これらグレーティング１１及び第２ホログラム１２を用いたメインホログラム１０の作成処理を図５を参照して説明する。
【００３７】
図５に示されるように、感光材料１０１の一方の面側には、前記作成処理により作成されたグレーティング１１が配置され、他方の面側にはイメージタイプホログラムである第２ホログラム１２が配置される。この場合、グレーティング１１は、感光材料１０１の近傍に配置される。
【００３８】
このような構成において、グレーティング１１には、グレーティング１１作成処理時の参照光学系１１３（図２参照）からの参照光と同一の波面の照明光が照射される。この照明光の照射によりグレーティング１１の各領域１１ａ毎に、空間周波数及び回折方向の異なる各回折光が生じ、これら回折光がそれぞれ感光材料１に照射される。一方、第２ホログラム１２には、第２ホログラム１２の作成時に照射された平行参照光（図４参照）と共役な波面を有する照明光が、図４における平行参照光の照射方向（入射角度）とは反対方向（入射角度）から照射される。この照明光の照射により第２ホログラム１２に記録されているパターンを再生する再生光が感光材料１０１に照射される。
【００３９】
従って、感光材料１０１には、グレーティング１１からの再生光と、第２ホログラム１２からの再生光とが照射され、これら再生光により反射型（体積型）ホログラム、つまりメインホログラム１０が作成される。すなわち、ここでは、グレーティング１１上の、各領域毎に異なる空間周波数及び回折方向に基づいた再生光は、メインホログラム１０にとって参照光として照射される。
【００４０】
この結果、このメインホログラム１０は、異なる小さな各領域ごとに異なる各方向の参照光により各パターンが記録されたホログラムとなる。
【００４１】
このようにこの実施の形態によれば、メインホログラム１０には、異なる小さな各領域ごとに異なる各方向の参照光により各情報（パターン）が記録されるので、このメインホログラム１０に一様な波面の照明光を照射しても、全ての情報（パターン）を検出することは困難である。更に、このメインホログラム１０から直接複製、偽造（コンタクトコピー）することも不可能である。仮に、この発明により作成したホログラム（メインホログラム１０）を前述したコンタクトコピーで無理に複製すれば、参照光の入射方向を把握することが大変困難であり、正しい参照光の入射角と比べて多少ずれることになる。このため、情報を読み出す段階で、オリジナルであるメインホログラム１０とは異なる領域に参照光が入射するため、違う情報が読み出されたり、読み出す情報の再生方向が変わったりする。従って、ホログラム（メインホログラム１０）を偽造することは無理であり、かつ偽造の情報ホログラムは簡単に検出できる。又、メインホログラム１０に設けられる各領域の数を増やすことにより、更に、偽造の困難なホログラムを作成することが可能となる。
【００４２】
又、最初に使用された光学系のグレーティング１１及びイメージタイプホログラムである第２ホログラム１２があれば、これらグレーティング１１及びイメージタイプホログラム１２からの各再生光を感光材料に照射すれば、最初に作成したメインホログラム１０と同一のホログラムを大量に複製し生産することが簡単にできる。
【００４３】
すなわち、メインホログラム１０から直接複製することは困難であるが、最初に使った光学系のグレーティング１１及び第２ホログラム１２があれば、メインホログラム１０を大量に複製し生産することが簡単にできる。
【００４４】
次に、前述したメインホログラム１０に記憶されているＩＤデータ（パターン）を検出するホログラフィシステムについて図面を参照して説明する。このホログラフィシステムを用いてメインホログラム１０からＩＤデータ（パターン）を検出している状態の一例を図６に示す。
【００４５】
この実施の形態において、メインホログラム１０は、セキュリテーカード２０上に貼り付けられている。一方、このメインホログラム１０から距離Ｄだけ上方に離れた位置には、体積型グレーティング２１、２２が配置されている。この体積型グレーティング２１，２２は、空間周波数及び角度がそれぞれ異なる複数のエレメントホログラムが形成されたものである。なお、このグレーティング２１，２２は同じものであり、図６では、メインホログラム１０の異なる２つの領域に記録されているＩＤデータ（パターン）を同時に再生するためにグレーティングが２つ用いられている。従って、メインホログラム１０上の各領域に記録されたＩＤデータ（パターン）を順次再生するのであれば、グレーティングは、グレーティング２１または２２のいずれか１つを用いるだけでよい。一方、レーザスキャナー５０は、レーザ発振器５１と、このレーザ発振器５１から出力されたレーザビームを各体積型グレーティング２１、２２に走査制御する走査光学系５２とから構成されている。
【００４６】
前記各体積型グレーティング２１，２２（以降、メイングレーティングと称する）の作成処理の詳細は後述するが、ここで、ＩＤデータの検出時のメイングレーティング及びメインホログラムの関係と、前記メイングレーティングの作成時に使用・作成されるグレーティング及びグレーティングアレイの関係を図７に示す。図７に示されるように、メインホログラム１０は、メイングレーティング２１，２２に対してレーザビームを照射して得られる再生光を照明光として照射っされることにより、記録されたＩＤデータ（パターン）が再生される。又、メイングレーティング２１，２２は、第３ホログラム２３及び第４ホログラム２４により作成される。この第３ホログラム２３及び第４ホログラム２４は、それぞれ第１グレーティングアレイ２５、第２グレーティングアレイ２６を用いて作成される。この際、遮光板２７も用いられる。
【００４７】
以下、前記メイングレーティング２１、２２の作成処理について図面を参照して説明する。図８に示されるように、感光材料２３１の一方の面側には、光学レンズ系２３２を介してグレーティングアレー２５が配置されている。光学レンズ系２３２には、図８に示されるように遮光板が配置され、この遮光板により、グレーティングアレイ２５からの回折光の内、＋１次（又は−１次）の回折光を除く回折光（回折ビーム）が遮光される。このグレーティングアレー２５には、それぞれ空間周波数及び回折方向の異なる複数のエレメントホログラムが形成されている。又、光学レンズ系２３２に対するグレーティングアレー２５及び感光材料２３１の配置位置は、光学レンズ系２３２の前焦点面上にグレーティングアレー２５が配置され、光学レンズ系２３２の後焦点面上に感光材料２３１が配置される関係を有する。又、感光材料２３１の斜め前方（光学レンズ系２３２方向）には、感光材料２３１に対して参照光が所定の角度で照射される。なお、この参照光は、任意の波面を有する。グレーティングアレイ２５、光学レンズ系２３２及び感光材料２３１の配置された軸に対し、前記参照光は、入射角βで入射される。更に、図８には図示されていないが、感光材料２３１の光学レンズ系２３２側の近傍には、所定サイズの光通過穴が設けられている遮光板が、光通過穴が移動可能なように配置される。
【００４８】
一方、感光材料２４１の一方の面側には、光学レンズ系２４２を介してグレーティングアレー２６が配置されている。このグレーティングアレー２６には、グレーティングアレー２５と同様にそれぞれ空間周波数及び回折方向の異なる複数のエレメントホログラムが形成されている。光学レンズ系２４２に対するグレーティングアレー２６及び感光材料２４１の配置位置は、光学レンズ系２４２の前焦点面上にグレーティングアレー２６が配置され、光学レンズ系２４２の後焦点面上に感光材料２４１が配置される関係を有する。又、感光材料２４１の斜め前方（光学レンズ系２４２方向）には、感光材料２４１に対して参照光が所定の角度で照射される。なお、この参照光は、任意の波面を有する。グレーティングアレイ２５、光学レンズ系２３２及び感光材料２３１の配置された軸に対し、前記参照光は、入射角αで入射される。更に、図８には図示されていないが、感光材料２３１の光学レンズ系２３２側の近傍には、前記感光材料２３１近傍に配置される遮光板と同様の遮光板が、光通過穴が移動可能なように配置される。
【００４９】
又、グレーティングアレー２５，２６の各領域に設定されるグレーティングの空間周波数及びその角度は、各感光材料２３１，２４１を露光することにより作成される第３ホログラム２３及び第４ホログラム２４からの再生光が、図８のＰ平面で交差するように設定される。
【００５０】
このような構成により、レーザビームがグレーティングアレー２５上の複数の領域の内の１つの領域に照射されると、レーザビームはこの領域に設定された回折格子により所定方向に回折される。回折されたレーザビームは、光学レンズ系２３２を透過し、さらに遮光板を介して所定角度で感光材料２３１上の任意の領域に照射される。この際、グレーティングアレー２５の領域の回折格子により回折された＋１次（又は−１次）光以外のレーザビームは、光学レンズ系２３２内に配置された遮光板によって遮光される。このようにレーザビームが感光材料２３１上に照射され、これと共に参照光が所定角度βで感光材料２３１上に照射されると、これらレーザビームと参照光との間で干渉が生じ、この干渉による干渉縞が感光材料２３１の小さな領域にエレメントホログラムとして記録される。
【００５１】
次に、遮光板の光通過穴の位置が移動されると共に、レーザビームがグレーティングアレー２５上の、先に照射された領域とは別の領域に照射される。この領域に照射され、回折されたレーザビームは、前記同様に光学レンズ系２３２介して別の角度で感光材料２３１上に照射される。同時に、参照光が所定角度βで感光材料２３１上に照射されると、これらレーザビームと参照光との間で干渉が生じ、これによる干渉縞が感光材料２３１上の先に記憶された領域と異なる領域にエレメントホログラムとして記録される。
【００５２】
以降、レーザビームがグレーティングアレー２５のそれぞれ別の領域に照射され、その回折されたレーザビームと参照光との干渉縞が、感光材料２３１のそれぞれ別の領域に各エレメントホログラムとして記録される。これにより、感光材料２３１が第３ホログラム２３として作成される。
【００５３】
一方、感光材料２４１においても前記同様に、レーザビームがグレーティングアレー２６のそれぞれ別の領域に照射され、その回折されたレーザビームと参照光との干渉縞が、感光材料２４１のそれぞれ別の領域に各エレメントホログラムとして記録される。これにより、感光材料２４１が第４ホログラム２４として作成される。なお、第３ホログラムの作成と同様に、グレーティングアレー２６の領域の回折格子により回折された＋１次（又は−１次）光以外のレーザビームは、光学レンズ系２４２内に配置された遮光板によって遮光される。
【００５４】
次に、図９に示されるように、前記作成された第３ホログラム２３，第４ホログラム２４とが対向配置され、かつこれら第３及び第４ホログラム２３，２４との間に感光材料２１１が配置される。これら第３及び第４ホログラム２３，２４と感光材料２１１との各間隔は、距離Ｄに設定されている。すなわち、第３及び第４ホログラム２３，２４は、図８に示される各感光材料２３１，２４１の間隔と同一間隔に配置され、かつＰ平面上に感光材料２１１が配置されたものとなる。この状態で、一方の第３ホログラム２３に対して所定角度βの方向から参照光と同一波面の照明光を照射し、かつ他方の第４ホログラム２４に対して所定角度αの方向から参照光と同一波面の照明光を照射する。
【００５５】
これら照明光の照射により各第３及び第４ホログラム２３，２４からは、それぞれ各エレメントホログラムごとに異なる角度の再生光が生じ、これら再生光が感光材料２１１に照射される。これにより、感光材料２１１には、複数の各領域ごとに各エレメントホログラムが形成され、前記メイングレーティング２１、２２として作成される。これらメイングレーティング２１、２２は、各エレメントホログラムごとにそれぞれ異なる空間周波数の体積型干渉縞が記録される。このように作成されたグレーティング２１，２２により、メインホログラム１０に対する照明光（照明ビーム）の入射角を数値等で保持する必要がなくなる。
【００５６】
このような構成において、前記図６に示されるように、レーザ発振器５１から出力されたレーザビームは、走査制御系５２により走査位置が制御され、メイングレーティング２１、２２のあるエレメントホログラムに照射される。このエレメントホログラムからの単一の回折反射ビームは、メインホログラム１０のあるエレメントホログラムに入射する。メインホログラム１０に最初に記録されたＩＤデータ（パターン）は、このメインホログラム１０から距離Ｄ離れたところに再生される。従って、メインホログラム１０から読み出したいＩＤデータは、メイングレーティング２１、２２とメインホログラム１０の記録パラメータを厳密に計算し、レーザスキャナー５０のレーザビーム走査位置を制御することにより得られる。
【００５７】
このようホログラフィシステムによれば、各エレメントホログラムごとに、それぞれ異なる空間周波数のメイングレーティング２１、２２からの回折反射ビームをメインホログラム１０のあるエレメントホログラムに入射し、その再生像からメインホログラム１０のＩＤデータ（パターン）が検出される。これにより、メインホログラム１０の特定のエレメントホログラムから特定のＩＤデータ（情報）を読み出すことができる。
【００５８】
ここで、このようなホログラフィシステムを用いたＩＤデータ検出処理を図１０のフローチャートを参照して説明する。先ず、検出対象となるメインホログラム１０が張り付けられたセキュリティカードをシステムの所定位置に挿入する（ステップＳ１）。システムでは、セキュリティカードのタイプに応じ、目視判定を行うか、装置判定を行うか、または総合判定を行うかが選択、決定される（ステップＳ２）。ここで、目視判定とはホログラフィシステムに配置されたオペレータなどによりホログラムの再生像を認識し、これによりセキュリティカードを判定する方法であり、装置判定とは再生像をシステムが検出し、認識することによりセキュリティカードを判定方法である。この装置判定では、例えば、人間の目では見ることのできない再生像をも認識する機能を有するようにシステムを構成する。又、総合判定とは、これらオペレータ及び装置による判定を組み合わせた判定方法である。
【００５９】
次に、挿入されたカードに応じ、メインホログラム１０のいずれの領域に記録されたＩＤデータ（パターン）を認識するのか決定する（ステップＳ３）。この決定は、又、カード使用する際の用途に応じて決定されてもよい。ステップＳ２及び３により、判定する判定方法、及びＩＤデータを検出する領域が決定されると、次に、メインホログラム１０上の、ステップＳ３において決定された領域に記録されているＩＤデータを再生するように、メイングレーティング２１，２２にレーザビームが照射される（ステップＳ４）。このレーザビームの照射は、コンピュータ制御によるレーザビームスキャナ５２によって実施される。メイングレーティング２１，２２に照射されたレーザビームは、メイングレーティング２１，２２の照射された領域に応じて回折され、回折されたビームはメインホログラム１０の前記ステップＳ３において決定された領域に照射される（ステップＳ５）。
【００６０】
前記回折ビームの照射に応じ、メインホログラム１０から再生光が発生する。この再生光の回折波面は、このメインホログラム１０から距離Ｄだけ離れた位置で結像する。従って、この位置の回折波面を検知することにより、メインホログラム１０の回折ビームが照射された領域に記録されているＩＤデータを検出する（ステップＳ６）。例えば、前記ステップＳ２において目視判定と決定された場合、メインホログラム１０から距離Ｄだけ離れた位置にスクリーンを設置することにより、再生像を確認することができる。又、前記ステップ２において装置判定と決定された場合、メインホログラム１０から距離Ｄだけ離れた位置にセンサを設置することにより、人間の目だけでは判断できない情報をも検出することができる。又、前記ステップ２において総合判定と決定された場合、前述した検出処理を組み合わせることにより、メインホログラム１０の所定領域に記録されたＩＤデータを検出する。
【００６１】
この後、検出されたＩＤデータと、予めホログラフィシステムの記憶部に保持されているデータ（標準情報）とを比較、参照することにより、メインホログラム１０上の回折ビームの照射された領域に記憶されているＩＤデータが認識される（ステップＳ７）。
【００６２】
次に、メインホログラム１０上の他の領域に記憶されているＩＤデータを検出するか否かを判断し（ステップＳ８）、他のＩＤデータを検出する必要がある場合には、再び前記ステップＳ２に戻りＩＤデータを検出するための処理が実行される。又、他のＩＤデータを検出する必要が無い場合には、検出されたＩＤデータから判定結果を出力する。この際、例えば、一定の条件を満たさないＩＤデータが認識された場合には、ホログラフィシステムが、挿入されたセキュリティカードが正規のカードではなく、偽造されたカードであると認識するように構成してもよい。
【００６３】
以上の処理により、セキュリティカードなどに張り付けられたメインホログラム１０に記録されたＩＤデータを検出することができる。
【００６４】
又、前記メイングレーティング２１、２２、及びメインホログラム１０は、各エレメントホログラムごとにそれぞれ異なる周波数の体積型干渉縞が記録されるので、任意方向からの一様な照明波面による照明では、全てのエレメントホログラムを一緒に再生することがでない。よって、これらメイングレーティング２１、２２の各領域のエレメントホログラムの照明光の角度を検出することが困難となり、これらメイングレーティング２１、２２、及びメインホログラム１０を複製することは不可能である。
【００６５】
仮に、メイングレーティング２１、２２とメインホログラム１０とが偽造されたものであれば、それぞれの各エレメントホログラムに対する参照光の入射角度が僅かにずれただけでも情報は読み出すことができない。時には、違うエレメントホログラムに照明して違う情報を検出してしまい、偽造したメイングレーティング２１、２２又はメインホログラム１であると簡単に判別ができる。
【００６６】
光学的複製によって体積グレーティングを偽造する場合、特に、この発明においては個々の領域に対して偽造をする場合、体積グレーティングの照明光（参照光）の入射角度及び回折角度を検出する方法には、図１１に示されるように体積グレーティング平面に対し、照射角度を変えながら回折光の光強度を測り、最も強く回折する入射角度と回折角度を検出する方法がある。
【００６７】
ここで、前記図１１に示される体積グレーティングの参照光の入射角度が４５度である場合、入射角度を変更した場合の回折効率をシミュレーションにより算出した結果を図１２に示す。図１２に示されるように、入射角度を上下約５度の範囲で変更した場合、回折効率がほとんど変わらないことが分かる。このように回折効率が変わらないということは、回折光の光強度が変わらないことを示している。又、前述した上下約５度の範囲は、感光材料の種類や使用する乳材の厚みを変更することにより、広くすることもできる。
【００６８】
従って、偽造者が前記メインホログラム１０または体積グレーティング２１，２２に対して、各領域のオリジナル記録角度（参照光または照明光の照射角度、または回折角度）を検出することは不可能といえる。仮に、オリジナルの入射角度から上下５度の範囲内の任意の角度で複製したとしても、この発明におけるホログラムに記録された情報（ＩＤデータ）の検出時には、照射されるレーザビームは、体積グレーティング２１，２２、及びホログラム１０の複数の体積グレーティングにより回折される。従って、最終的に、ホログラム１０から照射される再生光のＩＰ面に対する入射角度がずれが増大され、再生される情報（ＩＤデータ）がぼけたり、位置がずれたりする。これにより、容易に、偽造を判断することができる。従って、前述したホログラム作成条件や、ホログラフィシステムを使用しない限り、セキュリティホログラムの偽造（ホログラムそのものからのコンタクトコピー）、模造（ホログラムそのものをまねて、偽のホログラムを作成）などが不可能となる。
【００６９】
従って、この発明に係るホログラムを偽造することは不可能あるので、このホログラムをセキュリティーカードに貼り付けることにより、セキュリティーカードのセキュリティ性を向上し、信頼性を高めることができる。
【００７０】
但し、この発明に係るホログラムについては、最初に使用された光学系のグレーティング１１及びイメージタイプホログラムである第２ホログラム１２があれば、これらグレーティング１１及びイメージタイプホログラム１２からの各再生光を感光材料に照射すれば、最初に作成したメインホログラム１０と同一のホログラムを大量に複製し生産することが簡単にできる。又、この発明に係るホログラフィシステムについては、最初に使った光学系の第３ホログラム２３及び第４ホログラムＢがあれば、前記図９に示されるように、第３ホログラム２３及び第４ホログラム２４から各回折光を感光材料に照射すれば、最初に作成した体積型グレーティング（メイングレーティング）２１、２２と同一の体積型グレーティングを大量に複製し生産することが簡単にできる。
【００７１】
なお、この発明は、前述した実施の形態によって限定されるものではない。例えば、前記図２，３，８に示される参照光（参照ビーム）は、平行光に限られず、平面波、集束波、発散波であってもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、偽造することが困難なホログラム、、このホログラムの作成方法、更に、偽造することが困難なホログラムに記録（撮影）されている物体（情報）を検出する検出方法が提供される。又、この発明においては、偽造することが困難なホログラムを大量生産することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るホログラム（メインホログラム）の作成時に使用・作成される各種ホログラムやグレーティングなどの関係を示すブロック図。
【図２】前記図１に示されるグレーティングの作成を説明するための概念図。
【図３】前記図１に示される第１ホログラムの作成を説明するための概念図。
【図４】前記図１に示される第２ホログラムの作成を説明するための概念図。
【図５】前記図１に示される、この発明に係るホログラム（メインホログラム）の作成を説明するための概念図。
【図６】この発明に係るホログラムに記録（撮影）されているＩＤデータを再生（検出）するホログラフィシステムの概念図。
【図７】前記図６に示されるＩＤデータの検出時のメイングレーティング及びメインホログラムの関係と、前記メイングレーティングの作成時に使用・作成されるホログラムやグレーティングアレイなどの関係とを示すブロック図。
【図８】前記図７に示される第１及び第２グレーティングの作成を説明するための概念図。
【図９】前記図７に示されるメイングレーティングの作成を説明するための概念図。
【図１０】前記図６に示されるホログラフィシステムにおいて、ＩＤデータの検出処理を説明するためのフローチャート。
【図１１】体積型グレーティング(volume grating)に対する入射角度変化と反射回折角度変化の例を示す図。
【図１２】前記図１１において、標準入射角度が４５度である場合、異なる角度の入射光に対する回折効率の変化の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…メインホログラム、１１…グレーティング、１２…第２ホログラム、１３…グレーティングアレイ、１４…遮光板（マスク）、１５…第１ホログラム、１６…拡散板、１７…遮光板（マスク）。
Claims (1)
- 複数の領域が設定されており、この各領域に記録対象である情報がエレメントホログラムとして記録されているイメージタイプホログラムを作成するステップと、
空間周波数及び回折方向がそれぞれ異なる複数の領域により構成されるグレーティングを作成するステップと、
前記イメージタイプホログラムのエレメントホログラムからの再生光と、前記グレーティングからの再生光とを、それぞれ物体光・参照光とし、予め複数の記録領域が設定されている感光材料の各記録領域に、前記物体光と参照光とを照射することによりホログラムを作成するステップと
を具備することを特徴とするホログラム作成方法。
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