JP4154738B2 - Two-layer hologram - Google Patents

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JP4154738B2
JP4154738B2 JP01865397A JP1865397A JP4154738B2 JP 4154738 B2 JP4154738 B2 JP 4154738B2 JP 01865397 A JP01865397 A JP 01865397A JP 1865397 A JP1865397 A JP 1865397A JP 4154738 B2 JP4154738 B2 JP 4154738B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複製・模造が困難であり、高いセキュリティ効果(偽造防止効果)を有すると共に、記録情報の隠蔽の効果も有するホログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のホログラムは単層構造のものが広く普及しており、同一平面内に複数の異なる要素ホログラムを形成したタイプも公知である。
他方、複層構造(両面にレリーフホログラムを形成したタイプ)のホログラムも存在する。
【0003】
しかし、複層の各ホログラム(または、同一平面内の異なる要素ホログラム)からの回折光の間でのコヒーレント特性について考慮した公知技術については、未だ報告例はない。
従って、既存のホログラムからの回折光は、各ホログラムの独立な回折光として取り扱われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ホログラムの波面再生時に用いる再生用照明光のコヒーレント特性を利用して、特定の再生用照明光を用いない限り、正確な再生が不可能なホログラムを提案することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1によるホログラムは、
光の波面を再生する媒体であるホログラムにおいて、
互いにほぼ平行な二層のホログラムからなり、
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
二層の間隔に依存して決まる二層のホログラムからの回折光の光路差が、前記光源のコヒーレンス度の低い距離範囲にあることを特徴とする。
【0006】
請求項2のホログラムは、
光の波面を再生する媒体であるホログラムにおいて、
互いにほぼ平行な二層のホログラムからなり、
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
二層の間隔に依存して決まる各層の要素ホログラム同士からの回折光の光路差が、前記光源のコヒーレンス度の高い距離範囲にあることを特徴とする。
【0007】
請求項3のホログラムは、二層のホログラムがそれぞれ透過型ホログラムであることを特徴とする。
【0008】
請求項4のホログラムは、二層のホログラムがそれぞれ反射型ホログラムであることを特徴とする。
【0009】
請求項5のホログラムは、二層のホログラムのうち少なくとも一方の層において、要素ホログラムが空間的に離れて配置されていることを特徴とする。
【0010】
請求項6のホログラムは、要素ホログラムが表面レリーフ型ホログラムであることを特徴とする。
【0011】
請求項7のホログラムは、二層のホログラムがそれぞれ一枚の基材の表裏に形成されていることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
実施形態1,2は、請求項1に従属し、実施形態3,4は、請求項2に従属する実施形態である。
【0013】
<実施形態1>
図1は、反射型ホログラムの再生状態を示す説明図である。
あるコヒーレンス特性を有する入射光がホログラムに入射し、その一部がホログラム層A内にある要素ホログラム1,2に入射し、回折光A1,A2を出射する。
要素ホログラム1と2は、それらからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように配置されているので、回折光A1,A2はコヒーレンス度が高い関係にある。
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
【0014】
同図の観察面では、ホログラム層Aからの回折光A1,A2の複素振幅分布(図3(1),(2) に示す)のコヒーレントな和(図3(4) )の2乗(=強度)として観察される。
【0015】
一方、ホログラム層AとBは、その間隔dの2倍の距離が両層からの回折光同士のコヒーレンス度が低くなる光学的距離に設定されているので、観察面におけるホログラム層Aからの回折光(A1,A2)とホログラム層Bからの回折光B(図4(3) に示す複素振幅分布)とは、コヒーレンス度が低い関係(インコヒーレント)にある。
【0016】
コヒーレンス度が高い関係にある回折光が合わさる場合には、複素振幅分布の和として観察される。(図3(1) +図3(2) →図3(4) )
コヒーレンス度が低い関係にある回折光が合わさる場合には、回折光の強度(複素振幅の2乗)分布の和として観察される。(図3(4) の2乗+図3(3) の2乗→図3(c) )
【0017】
従って、観察面では、ホログラム層Aからの回折光A1,A2のコヒーレントな和の強度分布と回折光Bの強度分布との和(図3(c) )が観察される。
【0018】
上記のことは、各層がより多くの要素ホログラムから構成される場合でも同様に成り立つため、観察面では、各層毎の回折光のコヒーレントな和に対する強度和が観察される。
【0019】
上記の再生条件は、各層における要素ホログラムの空間的な配置と、各層間の距離と、再生に用いる光のコヒーレンス特性に依存する。
従って、ある特定の光に対して設計された本発明のホログラムは、ある特定の光でのみ上記のように観察される。
【0020】
例えば、設定したコヒーレンス特性の光よりもコヒーレンス度の高い距離範囲が広い光に対しては、上記のすべての回折光が観察面上でコヒーレントに重ね合わされることになり、上記の条件で観察された強度分布(図3(c) )とは異なる強度分布(図3(b) )となる。
【0021】
また、設定したコヒーレンス特性の光よりもコヒーレンス度の高い距離範囲が狭い光(あるいはインコヒーレントな光)に対しては、全ての回折光の強度の和が観察面に現れ(図3(a) )、やはり図3(c) とは異なる観察結果となる。
インコヒーレントな照明条件とは、蛍光灯照明下での観察などのような一般的な観察条件である。
【0022】
以上のように、設定されたコヒーレンス特性を有する再生光以外では、本発明のホログラムでの正しい観察結果が得られない。
【0023】
ここで、適正な条件下(設計されたコヒーレンス度を持つ特定波長の光源により設定された角度で照明し、設定された距離にある観察面で観察/測定するという条件)で、本発明のホログラムから再生される強度分布を目視あるいは検出器により機械読み取りすることにより、ホログラムの真贋性が判断できる。
【0024】
一方、適正な条件を知らなければこのホログラムの正確な再生は不可能であり、高い情報隠蔽性を持つことがわかる。
【0025】
また、本発明のホログラムを偽造しようとする場合、二層構造であるために型を取るなどの機械的な複製は困難である。さらに、本発明のホログラムの二層の各表面を、型取りできないように樹脂などで覆ってもよく、この場合、実質的に機械的な複製は不可能である。
【0026】
一方、本発明のホログラムを光学的に複製しようとする場合、一般に、高いコヒーレンス度を有する光を用いないとホログラムの露光(複製)は困難であり、この場合、全ての要素ホログラムがコヒーレントな関係で複製され、再生結果は全く異なるものとなる。
【0027】
<実施形態2>
図2は、本発明の透過型ホログラムの再生状態を示す説明図である。
ホログラムの機能は実施形態1とほぼ同じであり、二層の間隔dが、各層のホログラムからの回折光のコヒーレンス度が低くなる光学的距離に設定されている必要がある。
【0028】
なお、実施形態1,2の二層構造ホログラムは、図示したように、二層の間隔d(透過型の場合)もしくはdの2倍(反射型の場合)と等しい厚さの基材を用いれば、2つのホログラム層を基材の表裏に成形することが可能であり、シンプルな構造になる。
厳密には、この理論は基材の屈折率n=1の場合にのみ正しい。n=1でない場合には、光学的な距離はn倍になるので、基材の厚みはd/nにする必要がある。
【0029】
上記の場合、入射光および回折光が共に垂直に近い場合は、dもしくは2dが光路差になるため、間隔dは容易に設計できる。
上記以外の場合でも、入射角と回折角の方向を考慮して、これによる光路長の差を求めれば、実施形態1,2を満足する適切な間隔dを設定できる。
【0030】
このように、本発明では反射型ホログラムの場合の方が光学的距離を短くできるため、ホログラム基材を薄くできるメリットがある。
透過型ホログラムの場合には、表面レリーフ型ホログラムで反射膜を形成するような表面処理をしなくても使用できるので、簡便に低コストで実施できる。
【0031】
ホログラム層Aにおいてそれぞれの要素ホログラムが近接していると、ホログラム層Aを透過した光の成分(ホログラムAの要素ホログラムからの0次回折光)のみが、ホログラム層Bの要素ホログラムに入射することになり、ホログラム層Bの要素ホログラムの再生に寄与する光量が減ることになる。
【0032】
しかし、要素ホログラムを空間的に離して配置することにより、ホログラム層Aにおいて要素ホログラムの存在しない領域を透過する(ほとんど減衰をしていない)入射光によりホログラム層Bの要素ホログラムを再生することができるため、光の利用効率を高くでき、両層のホログラムからの回折光の強度比を最適にできる。
【0033】
ホログラム層Aにおいて要素ホログラムの存在しない空間的領域の透過率を高くしておくことにより、この効果は一層顕著になる。実施形態1のような反射型ホログラムの場合、ホログラム層Bからの回折光がホログラム層Aを透過する際にも、上記の議論は有効である。
【0034】
なお、ホログラム層Bにおける要素ホログラムの空間的な配置は、実施形態2のような透過型ホログラムの場合に、ホログラム層Aからの各回折光を効率よく透過するために重要となる。
【0035】
従って、要素ホログラムを空間的に離して配置することにより、コヒーレンス特性が明確になり、真偽判定が一層容易になる。
【0036】
<実施形態3>
図4は、反射型ホログラムの再生状態を示す説明図である。
あるコヒーレント特性を有する入射光がホログラムに入射し、その一部がホログラム層A内にある要素ホログラム1,2に入射し、回折光A1,A2を出射する。
【0037】
要素ホログラム1と2は、それらからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が低い距離範囲内となるように配置されているので、回折光A1,A2はコヒーレンス度が低い関係にある。
そのため、観察面では、ホログラム層Aからの回折光A1,A2のインコヒーレントな強度分布の和が観察される。
すなわち、回折光A1の複素振幅(図6(1) )の2乗と回折光A2の複素振幅(図6(2) )の2乗との和が、インコヒーレントな強度分布の和に相当する。
【0038】
一方、ホログラム層Aのホログラムからの回折光とホログラム層Bのホログラムからの回折光とは、両層からの回折光同士のコヒーレンス度が高い条件になるように、光学的距離(間隔dの2倍の距離)が設定されているので、観察面におけるホログラム層Aからの回折光(A1,A2)とホログラム層Bからの回折光B3とは、コヒーレンス度が高い関係(コヒーレント)にある。
【0039】
従って、観察面では、ホログラム層Aからの回折光A1,A2のインコヒーレントな強度分布の和と、回折光Bとのコヒーレントな和として観察される。
【0040】
言い換えれば、回折光A1の複素振幅(図6(1) )と回折光Bの複素振幅(図6(3) )とのコヒーレントな和(図6(4) )と、回折光A2とのインコヒーレントな強度分布の和として観察される。(図6(4) の2乗+図6(2) の2乗→図6(c) )
【0041】
上記のことは、各層がより多くの要素ホログラムから構成される場合でも同様に成り立つため、観察面では、各層毎の回折光のコヒーレントな和に対する強度和が観察される。
【0042】
上記の再生条件は、各層における要素ホログラムの空間的な配置と、各層間の距離と、再生に用いる光のコヒーレンス特性と、ホログラムへの再生光の入射角度に依存する。
従って、ある特定の光に対して設計された本発明のホログラムは、ある特定の光でのみ上記のように観察される。
【0043】
例えば、設定したコヒーレンス特性の光よりもコヒーレンス度の高い距離範囲が広い光に対しては、上記のすべての回折光が観察面上でコヒーレントに重ね合わされることになり、上記の条件で観察された強度分布(図6(c) )とは異なる強度分布(図6(b) )となる。
【0044】
また、設定したコヒーレンス特性の光よりもコヒーレンス度の高い距離範囲が狭い光(あるいはインコヒーレントな光)に対しては、全ての回折光の強度の和が観察面に現れ(図6(a) )、やはり図6(c) とは異なる観察結果となる。
【0045】
<実施形態4>
図5は、本発明の透過型ホログラムの再生状態を示す説明図である。
ホログラムの機能は実施形態3とほぼ同じであり、二層の間隔dが、各層のホログラムからの回折光のコヒーレンス度が高くなる光学的距離に設定されている必要があり、ホログラムの観察結果は、実施形態3と同様になる。
【0046】
なお、実施形態3,4の二層構造ホログラムは、図示したように、二層の間隔d(透過型の場合)もしくはdの2倍(反射型の場合)と等しい厚さの基材を用いれば、2つのホログラム層を基材の表裏に成形することが可能であり、シンプルな構造になる。
厳密には、この理論は基材の屈折率n=1の場合にのみ正しい。n=1でない場合には、光学的な距離はn倍になるので、基材の厚みはd/nにする必要がある。
【0047】
上記の場合、入射光および回折光が共に垂直に近い場合は、dもしくは2dが光路差になるため、間隔dは容易に設計できる。
上記以外の場合でも、入射角と回折角の方向を考慮して、これによる光路長の差を求めれば、実施形態3,4を満足する適切な間隔dを設定できる。
【0048】
ホログラム層Aにおいてそれぞれの要素ホログラムが近接していると、ホログラム層Aを透過した光の成分(ホログラムAの要素ホログラムからの0次回折光)のみが、ホログラム層Bの要素ホログラムに入射することになり、ホログラム層Bの要素ホログラムの再生に寄与する光量が減ることになる。
【0049】
しかし、要素ホログラムを空間的に離して配置することにより、ホログラム層Aにおいて要素ホログラムの存在しない領域を透過する(ほとんど減衰をしていない)入射光によりホログラム層Bの要素ホログラムを再生することができるため、光の利用効率を高くでき、両層のホログラムからの回折光の強度比を最適にできる。
【0050】
ホログラム層Aにおいて要素ホログラムの存在しない空間的領域の透過率を高くしておくことにより、この効果は一層顕著になる。実施形態3のような反射型ホログラムの場合、ホログラム層Bからの回折光がホログラム層Aを透過する際にも、上記の議論は有効である。
【0051】
なお、ホログラム層Bにおける要素ホログラムの空間的な配置は、実施形態4のような透過型ホログラムの場合に、ホログラム層Aからの各回折光を効率よく透過するために重要となる。
【0052】
従って、要素ホログラムを空間的に離して配置することにより、コヒーレンス特性が明確になり、真偽判定が一層容易になる。
【0053】
以上、実施形態1〜4では、複素振幅として扱うべき光を「振幅」のみで表現していたが、実際には「位相」を考慮する必要がある。
上述の説明では、振幅に符号を持たせることにより、位相が0(振幅が正に対応),π(振幅が負に対応)の状態のみを表現したものとして、単純な取り扱いをしてきたが、実際に任意の位相を考える場合には、上述の議論において、コヒーレントな重ね合わせの場合において、位相も考慮した複素振幅の和として取り扱うべきことになる。
インコヒーレントな場合は、振幅の2乗が光の強度になるので、上述と同様の取り扱いでよい。
【0054】
【発明の効果】
本発明により、ホログラムの波面再生時に用いる再生用照明光のコヒーレンス特性(および、要素ホログラム間のコヒーレンス特性)に応じて、特定の再生用照明光を用いない限り、正確な再生が不可能なホログラムが提供される。
【0055】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の反射型ホログラムの再生状態を示す説明図。
【図2】本発明の透過型ホログラムの再生状態を示す説明図。
【図3】実施形態1,2に係るホログラムからの回折光(および、それらを重ね合わせた場合)の複素振幅分布・強度分布を示す説明図であり、(1) は層Aの要素ホログラム1からの回折光の複素振幅分布、(2) は層Aの要素ホログラム2からの回折光の複素振幅分布、(3) は層Bの要素ホログラム3からの回折光の複素振幅分布、(4) は層Aの要素ホログラム1,2からの回折光のコヒーレントな和についての複素振幅分布、(a) は要素ホログラム1,2,3からの回折光の強度(複素振幅の2乗)の和の分布、(b) は要素ホログラム1,2,3からの回折光のコヒーレントな和についての強度(複素振幅の2乗)の分布、(c) は実施形態1,2に係るホログラムを適切に照明した場合にのみ検出される再生光の強度分布である。
【図4】本発明の反射型ホログラムの再生状態を示す説明図。
【図5】本発明の透過型ホログラムの再生状態を示す説明図。
【図6】実施形態3,4に係るホログラムからの回折光(および、それらを重ね合わせた場合)の複素振幅分布・強度分布を示す説明図であり、(1) は層Aの要素ホログラム1からの回折光の複素振幅分布、(2) は層Aの要素ホログラム2からの回折光の複素振幅分布、(3) は層Bの要素ホログラム3からの回折光の複素振幅分布、(4) は層Aの要素ホログラム1,2からの回折光のコヒーレントな和についての複素振幅分布、(a) は要素ホログラム1,2,3からの回折光の強度(複素振幅の2乗)の和の分布、(b) は要素ホログラム1,2,3からの回折光のコヒーレントな和についての強度(複素振幅の2乗)の分布、(c) は実施形態3,4に係るホログラムを適切に照明した場合にのみ検出される再生光の強度分布である。
【0056】
【符号の説明】
1…ホログラム層Aの要素ホログラム1
2…ホログラム層Aの要素ホログラム2
3…ホログラム層Bの要素ホログラム3
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hologram that is difficult to duplicate and imitate, has a high security effect (forgery prevention effect), and also has an effect of concealing recorded information.
[0002]
[Prior art]
Conventional holograms having a single layer structure are widely used, and a type in which a plurality of different element holograms are formed in the same plane is also known.
On the other hand, there is a hologram having a multilayer structure (a type in which relief holograms are formed on both sides).
[0003]
However, there is no report yet on a known technique that considers coherent characteristics between diffracted light from each hologram of a multilayer (or different element holograms in the same plane).
Therefore, the diffracted light from the existing hologram has been handled as an independent diffracted light of each hologram.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to propose a hologram that cannot be accurately reproduced unless specific reproduction illumination light is used, utilizing the coherent characteristics of the reproduction illumination light used during wavefront reproduction of the hologram.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A hologram according to claim 1 of the present invention comprises:
In a hologram that is a medium for reproducing the wavefront of light,
It consists of two holograms that are almost parallel to each other.
Each layer has a plurality of element holograms so that the optical path difference of the diffracted light from the plurality of element holograms in that layer is within a distance range in which the coherence degree of the light source used for reproduction is high,
The optical path difference of the diffracted light from the two-layer hologram determined depending on the distance between the two layers is in a distance range where the coherence degree of the light source is low.
[0006]
The hologram of claim 2
In a hologram that is a medium for reproducing the wavefront of light,
It consists of two holograms that are almost parallel to each other.
Each layer has a plurality of element holograms so that the optical path difference of the diffracted light from the plurality of element holograms in that layer is within a distance range in which the coherence degree of the light source used for reproduction is high,
The optical path difference of the diffracted light from the element holograms of each layer determined depending on the distance between the two layers is in a distance range where the coherence degree of the light source is high.
[0007]
The hologram according to claim 3 is characterized in that each of the two-layer holograms is a transmission hologram.
[0008]
The hologram of claim 4 is characterized in that each of the two-layer holograms is a reflection hologram.
[0009]
The hologram of claim 5 is characterized in that the element holograms are spatially separated in at least one of the two hologram layers.
[0010]
The hologram of claim 6 is characterized in that the element hologram is a surface relief type hologram.
[0011]
The hologram of claim 7 is characterized in that two layers of holograms are respectively formed on the front and back of a single substrate.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The first and second embodiments are dependent on claim 1, and the third and fourth embodiments are dependent on claim 2.
[0013]
<Embodiment 1>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a reproduction state of a reflection hologram.
Incident light having a certain coherence characteristic is incident on the hologram, a part of which is incident on the element holograms 1 and 2 in the hologram layer A, and emits diffracted light A1 and A2.
Since the element holograms 1 and 2 are arranged so that the optical path difference of the diffracted light from them is within the distance range where the coherence degree of the light source used for reproduction is high, the diffracted lights A1 and A2 have a high degree of coherence. There is a relationship.
Each layer has a plurality of element holograms so that the optical path difference of the diffracted light from the plurality of element holograms in that layer is within a distance range in which the coherence degree of the light source used for reproduction is high,
[0014]
In the observation plane of the figure, the square of the coherent sum (FIG. 3 (4)) of the complex amplitude distribution (shown in FIGS. 3 (1) and (2)) of the diffracted lights A1 and A2 from the hologram layer A (= Intensity).
[0015]
On the other hand, in the hologram layers A and B, the distance twice the distance d is set to an optical distance at which the degree of coherence between the diffracted lights from both layers becomes low. The light (A1, A2) and the diffracted light B from the hologram layer B (the complex amplitude distribution shown in FIG. 4 (3)) have a low coherence degree (incoherent).
[0016]
When diffracted light having a high degree of coherence is combined, it is observed as the sum of complex amplitude distributions. (Fig. 3 (1) + Fig. 3 (2) → Fig. 3 (4))
When diffracted light having a low coherence degree is combined, it is observed as the sum of the intensity (square of complex amplitude) distribution of the diffracted light. (Figure 2 (4) square + Figure 3 (3) square → Figure 3 (c))
[0017]
Therefore, on the observation surface, the sum of the intensity distribution of the coherent sum of the diffracted lights A1 and A2 from the hologram layer A and the intensity distribution of the diffracted light B (FIG. 3C) is observed.
[0018]
Since the above holds true even when each layer is composed of a larger number of element holograms, the sum of intensities relative to the coherent sum of diffracted light for each layer is observed on the observation surface.
[0019]
The reproduction conditions described above depend on the spatial arrangement of element holograms in each layer, the distance between the layers, and the coherence characteristics of light used for reproduction.
Therefore, the hologram of the present invention designed for a specific light is observed as described above only with a specific light.
[0020]
For example, for light with a wider distance range with a higher degree of coherence than light with the set coherence characteristics, all of the above diffracted light will be coherently superimposed on the observation surface and will be observed under the above conditions. The intensity distribution (FIG. 3 (b)) is different from the intensity distribution (FIG. 3 (c)).
[0021]
For light with a narrower distance range (or incoherent light) than the light having the set coherence characteristics, the sum of all diffracted light intensities appears on the observation surface (FIG. 3 (a)). ), The observation results are different from those shown in FIG.
Incoherent illumination conditions are general observation conditions such as observation under fluorescent lamp illumination.
[0022]
As described above, a correct observation result with the hologram of the present invention cannot be obtained except for reproduction light having a set coherence characteristic.
[0023]
Here, the hologram of the present invention under appropriate conditions (conditions of illuminating at an angle set by a light source of a specific wavelength having a designed degree of coherence and observing / measuring on an observation plane at a set distance) The authenticity of the hologram can be determined by visually reading or mechanically reading the intensity distribution reproduced from the detector.
[0024]
On the other hand, if the proper conditions are not known, it is impossible to accurately reproduce the hologram, and it can be seen that it has high information concealment.
[0025]
In addition, when attempting to forge the hologram of the present invention, mechanical duplication such as taking a mold is difficult because of the two-layer structure. Furthermore, each surface of the two layers of the hologram of the present invention may be covered with a resin or the like so that it cannot be molded, and in this case, mechanical replication is substantially impossible.
[0026]
On the other hand, when optically replicating the hologram of the present invention, it is generally difficult to expose (reproduce) the hologram without using light having a high degree of coherence. In this case, all the element holograms have a coherent relationship. The reproduction results are completely different.
[0027]
<Embodiment 2>
FIG. 2 is an explanatory view showing a reproduction state of the transmission hologram of the present invention.
The function of the hologram is almost the same as that of the first embodiment, and the distance d between the two layers needs to be set to an optical distance at which the degree of coherence of the diffracted light from the hologram of each layer is low.
[0028]
In the two-layered holograms of the first and second embodiments, as shown in the drawing, a substrate having a thickness equal to the distance d between two layers (in the case of transmission type) or twice as long as d (in the case of reflection type) is used. For example, it is possible to form two hologram layers on the front and back of the substrate, resulting in a simple structure.
Strictly speaking, this theory is correct only when the refractive index of the substrate n = 1. When n is not 1, the optical distance is n times, so the thickness of the substrate needs to be d / n.
[0029]
In the above case, when both the incident light and the diffracted light are nearly perpendicular, d or 2d is an optical path difference, so the distance d can be designed easily.
Even in cases other than the above, an appropriate distance d that satisfies the first and second embodiments can be set by calculating the difference in the optical path length by considering the directions of the incident angle and the diffraction angle.
[0030]
Thus, in the present invention, since the optical distance can be shortened in the case of the reflection type hologram, there is an advantage that the hologram substrate can be made thin.
In the case of a transmission hologram, since it can be used without performing a surface treatment such as forming a reflection film with a surface relief hologram, it can be carried out simply and at low cost.
[0031]
If the element holograms are close to each other in the hologram layer A, only the component of the light transmitted through the hologram layer A (the zero-order diffracted light from the element hologram of the hologram A) is incident on the element hologram of the hologram layer B. Thus, the amount of light contributing to the reproduction of the element hologram of the hologram layer B is reduced.
[0032]
However, by disposing the element holograms spatially apart, it is possible to reproduce the element hologram of the hologram layer B by incident light that passes through the region where the element hologram does not exist in the hologram layer A (is hardly attenuated). Therefore, the light utilization efficiency can be increased, and the intensity ratio of the diffracted light from the holograms in both layers can be optimized.
[0033]
By increasing the transmittance of the spatial region where the element hologram does not exist in the hologram layer A, this effect becomes more remarkable. In the case of the reflection type hologram as in the first embodiment, the above discussion is also effective when the diffracted light from the hologram layer B passes through the hologram layer A.
[0034]
The spatial arrangement of the element holograms in the hologram layer B is important for efficiently transmitting each diffracted light from the hologram layer A in the case of the transmission hologram as in the second embodiment.
[0035]
Therefore, by disposing the element holograms spatially apart, the coherence characteristic becomes clear, and authenticity determination becomes easier.
[0036]
<Embodiment 3>
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a reproduction state of the reflection hologram.
Incident light having a certain coherent characteristic is incident on the hologram, a part of which is incident on the element holograms 1 and 2 in the hologram layer A, and emits diffracted light A1 and A2.
[0037]
Since the element holograms 1 and 2 are arranged so that the optical path difference of the diffracted light from them is within the distance range where the coherence degree of the light source used for reproduction is low, the diffracted lights A1 and A2 have a low coherence degree. There is a relationship.
Therefore, the sum of the incoherent intensity distributions of the diffracted lights A1 and A2 from the hologram layer A is observed on the observation surface.
That is, the sum of the square of the complex amplitude of the diffracted light A1 (FIG. 6 (1)) and the square of the complex amplitude of the diffracted light A2 (FIG. 6 (2)) corresponds to the sum of the incoherent intensity distributions. .
[0038]
On the other hand, the diffracted light from the hologram of the hologram layer A and the diffracted light from the hologram of the hologram layer B have an optical distance (distance d of 2) so that the degree of coherence between the diffracted lights from both layers is high. Double distance), the diffracted light (A1, A2) from the hologram layer A and the diffracted light B3 from the hologram layer B on the observation surface have a high coherence relationship (coherent).
[0039]
Accordingly, the observation surface is observed as a coherent sum of the incoherent intensity distribution of the diffracted lights A1 and A2 from the hologram layer A and the diffracted light B.
[0040]
In other words, the coherent sum (FIG. 6 (4)) of the complex amplitude of the diffracted light A1 (FIG. 6 (1)) and the complex amplitude of the diffracted light B (FIG. 6 (3)) and the diffracted light A2 Observed as the sum of coherent intensity distributions. (Fig. 6 (4) square + Fig. 6 (2) square → Fig. 6 (c))
[0041]
Since the above holds true even when each layer is composed of a larger number of element holograms, the sum of intensities relative to the coherent sum of diffracted light for each layer is observed on the observation surface.
[0042]
The above reproduction conditions depend on the spatial arrangement of the element holograms in each layer, the distance between each layer, the coherence characteristics of the light used for reproduction, and the incident angle of the reproduction light on the hologram.
Therefore, the hologram of the present invention designed for a specific light is observed as described above only with a specific light.
[0043]
For example, for light with a wider distance range with a higher degree of coherence than light with the set coherence characteristics, all of the above diffracted light will be coherently superimposed on the observation surface and will be observed under the above conditions. The intensity distribution (FIG. 6 (b)) is different from the intensity distribution (FIG. 6 (c)).
[0044]
For light with a narrower distance range (or incoherent light) than the light having the set coherence characteristic, the sum of all diffracted light intensities appears on the observation surface (FIG. 6 (a)). ), The observation results are different from those shown in FIG.
[0045]
<Embodiment 4>
FIG. 5 is an explanatory view showing the reproduction state of the transmission hologram of the present invention.
The function of the hologram is almost the same as in the third embodiment, and the distance d between the two layers needs to be set to an optical distance at which the degree of coherence of the diffracted light from the hologram of each layer is high. This is the same as in the third embodiment.
[0046]
In the two-layered holograms of the third and fourth embodiments, as shown in the drawing, a substrate having a thickness equal to the distance d between two layers (in the case of a transmission type) or twice as long as d (in the case of a reflection type) is used. For example, it is possible to form two hologram layers on the front and back of the substrate, resulting in a simple structure.
Strictly speaking, this theory is correct only when the refractive index of the substrate n = 1. When n is not 1, the optical distance is n times, so the thickness of the substrate needs to be d / n.
[0047]
In the above case, when both the incident light and the diffracted light are nearly perpendicular, d or 2d is an optical path difference, so the distance d can be designed easily.
Even in cases other than the above, an appropriate distance d that satisfies Embodiments 3 and 4 can be set by calculating the difference in the optical path length by considering the directions of the incident angle and the diffraction angle.
[0048]
If the element holograms are close to each other in the hologram layer A, only the component of the light transmitted through the hologram layer A (the zero-order diffracted light from the element hologram of the hologram A) is incident on the element hologram of the hologram layer B. Thus, the amount of light contributing to the reproduction of the element hologram of the hologram layer B is reduced.
[0049]
However, by disposing the element holograms spatially apart, it is possible to reproduce the element hologram of the hologram layer B by incident light that passes through the region where the element hologram does not exist in the hologram layer A (is hardly attenuated). Therefore, the light utilization efficiency can be increased, and the intensity ratio of the diffracted light from the holograms in both layers can be optimized.
[0050]
By increasing the transmittance of the spatial region where the element hologram does not exist in the hologram layer A, this effect becomes more remarkable. In the case of a reflection hologram as in the third embodiment, the above discussion is also effective when diffracted light from the hologram layer B passes through the hologram layer A.
[0051]
The spatial arrangement of the element holograms in the hologram layer B is important for efficiently transmitting each diffracted light from the hologram layer A in the case of the transmission hologram as in the fourth embodiment.
[0052]
Therefore, by disposing the element holograms spatially apart, the coherence characteristic becomes clear, and authenticity determination becomes easier.
[0053]
As described above, in Embodiments 1 to 4, the light to be handled as the complex amplitude is expressed only by “amplitude”, but in reality, “phase” needs to be considered.
In the above description, by giving a sign to the amplitude, it has been handled simply as a representation of only the state where the phase is 0 (amplitude corresponds to positive) and π (amplitude corresponds to negative). When an arbitrary phase is actually considered, in the above discussion, in the case of coherent superposition, it should be handled as a sum of complex amplitudes that also consider the phase.
In the case of incoherent, the square of the amplitude becomes the intensity of light, and the same handling as described above may be performed.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, a hologram that cannot be accurately reproduced unless specific reproduction illumination light is used in accordance with the coherence characteristics (and coherence characteristics between element holograms) of the reproduction illumination light used when reproducing the wavefront of the hologram. Is provided.
[0055]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a reproduction state of a reflection hologram of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a reproduction state of a transmission hologram according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing complex amplitude distribution / intensity distribution of diffracted light from the holograms according to Embodiments 1 and 2 (and superimposing them), (1) is an element hologram 1 of layer A (2) is the complex amplitude distribution of the diffracted light from the element hologram 2 of layer A, (3) is the complex amplitude distribution of the diffracted light from the element hologram 3 of layer B, (4) Is the complex amplitude distribution for the coherent sum of the diffracted light from the element holograms 1 and 2 of layer A, (a) is the sum of the intensities of the diffracted light from the element holograms 1, 2 and 3 (the square of the complex amplitude) Distribution, (b) Distribution of intensity (square of complex amplitude) for coherent sum of diffracted light from element holograms 1, 2, 3, and (c) Appropriate illumination of holograms according to first and second embodiments This is the intensity distribution of the reproduction light detected only when it is detected.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a reproduction state of the reflection hologram of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a reproduction state of a transmission hologram according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing complex amplitude distribution / intensity distribution of diffracted light from a hologram according to Embodiments 3 and 4 (and superimposing them), (1) is an element hologram 1 of layer A (2) is the complex amplitude distribution of the diffracted light from the element hologram 2 of layer A, (3) is the complex amplitude distribution of the diffracted light from the element hologram 3 of layer B, (4) Is the complex amplitude distribution for the coherent sum of the diffracted light from the element holograms 1 and 2 of layer A, (a) is the sum of the intensities of the diffracted light from the element holograms 1, 2 and 3 (the square of the complex amplitude) Distribution, (b) Distribution of intensity (square of complex amplitude) for coherent sum of diffracted light from element holograms 1, 2, 3, and (c) Appropriate illumination of holograms according to embodiments 3 and 4 This is the intensity distribution of the reproduction light detected only when it is detected.
[0056]
[Explanation of symbols]
1 Element hologram 1 of hologram layer A
2 ... Element hologram 2 of hologram layer A
3 ... Element hologram 3 of hologram layer B

Claims (7)

光の波面を再生する媒体であるホログラムにおいて、
互いにほぼ平行な二層のホログラムからなり、
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差(|回折光A1―回折光A2|)が、再生に使用するコヒーレンス特性を有する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
二層の間隔に依存して決まる二層のホログラムからの回折光の光路差(|回折光A1―(回折光B+d/cosθ)|及び|回折光A2―(回折光B+d/cosθ)|)が、前記光源のコヒーレンス度の低い距離範囲にあることを特徴とする二層構造ホログラム。
なお、dは二層の間隔、θは入射光の入射角(入射光が入射点に立てた法線に対してなす角)を示す。
In a hologram that is a medium for reproducing the wavefront of light,
It consists of two holograms that are almost parallel to each other.
In each layer, the optical path difference (| diffracted light A1−diffracted light A2 |) of diffracted light from a plurality of element holograms in the layer is within a distance range where the coherence degree of the light source having the coherence characteristics used for reproduction is high. Have multiple element holograms,
The optical path difference (| diffracted light A1− (diffracted light B + d / cos θ) | and | diffracted light A2− (diffracted light B + d / cos θ) |) of the diffracted light from the two-layer hologram determined depending on the distance between the two layers. The two-layer structure hologram is in a distance range where the coherence degree of the light source is low.
In addition, d shows the space | interval of two layers, (theta) shows the incident angle of incident light (angle which the incident light makes with respect to the normal line standing at the incident point).
光の波面を再生する媒体であるホログラムにおいて、
互いにほぼ平行な二層のホログラムからなり、
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差(|回折光A1―回折光A2|)が、再生に使用するコヒーレンス特性を有する光源のコヒーレンス度が低い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
二層の間隔に依存して決まる二層のホログラムからの回折光の光路差(|回折光A1―(回折光B+d/cosθ)|及び|回折光A2―(回折光B+d/cosθ)|)が、前記光源のコヒーレンス度の高い距離範囲にあることを特徴とする二層構造ホログラム。
なお、dは二層の間隔、θは入射光の入射角(入射光が入射点に立てた法線に対してなす角)を示す。
In a hologram that is a medium for reproducing the wavefront of light,
It consists of two holograms that are almost parallel to each other.
In each layer, the optical path difference (| diffracted light A1−diffracted light A2 |) of the diffracted light from a plurality of element holograms in the layer is within the distance range where the coherence degree of the light source having the coherence characteristics used for reproduction is low. Have multiple element holograms,
The optical path difference (| diffracted light A1− (diffracted light B + d / cos θ) | and | diffracted light A2− (diffracted light B + d / cos θ) |) of the diffracted light from the two-layer hologram determined depending on the distance between the two layers. The two-layer hologram is in a distance range where the coherence degree of the light source is high.
In addition, d shows the space | interval of two layers, (theta) shows the incident angle of incident light (angle which the incident light makes with respect to the normal line standing at the incident point).
二層のホログラムがそれぞれ透過型ホログラムであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二層構造ホログラム。  The two-layer hologram according to claim 1 or 2, wherein each of the two-layer holograms is a transmission hologram. 二層のホログラムがそれぞれ反射型ホログラムであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二層構造ホログラム。  The two-layer hologram according to claim 1 or 2, wherein each of the two-layer holograms is a reflection hologram. 二層のホログラムのうち少なくとも一方の層において、要素ホログラムが空間的に離れて配置されていることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載の二層構造ホログラム。  The two-layer hologram according to any one of claims 1 to 4, wherein element holograms are arranged spatially separated in at least one of the two-layer holograms. 要素ホログラムが表面レリーフ型ホログラムであることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れかに記載の二層構造ホログラム。  6. The two-layer hologram according to claim 1, wherein the element hologram is a surface relief hologram. 二層のホログラムがそれぞれ一枚の基材の表裏に形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項6の何れかに記載の二層構造ホログラム。  7. The two-layer hologram according to claim 1, wherein two-layer holograms are respectively formed on the front and back of a single substrate.
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