JP4590774B2

JP4590774B2 - 回折格子パターンとその観察方法

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Publication number: JP4590774B2
Application number: JP2001120837A
Authority: JP
Inventors: 明弘吉田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: JP2002311222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、興味ある視覚効果を奏し、真偽判別の上で有効な回折格子パターンとその観察方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画素を構成する最小単位として回折格子からなるセルを用い、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，回折効率，前記セルのサイズおよび／または形状，の少なくとも何れかを適宜に変化させて、前記セルを配置して形成される回折格子パターンが、本出願人による特開昭59−166913号公報，特開昭60−156004号公報，特開平２− 72319号公報，特開平２− 72320号公報，特開平３− 39701号公報などに代表されるように提案されている。
【０００３】
また、両眼視差に基づく立体像を表示／観察する上で、左右方向（両眼の配置方向）に配列した視差を持つ２次元画像（平面画像）を、左右の目でそれぞれ異なる画像を視覚することが、立体感を得る手法として一般的に行なわれている。
【０００４】
アナグリフ法（青赤メガネ）や偏光メガネを用いる手法とは別に、特殊な器具の不要な手法として、左右方向に並列したストライプ状のバリアを通して、視差を持つ複数枚の２次元画像が同一画面内に合成された画像（以下、合成画像と称する）を観察する手法や、ストライプ状のバリアに代えて、左右方向に周期性を持つレンズ（レンチキュラー）により、合成画像を左右の目で分離して視覚することが行われている。
【０００５】
上記の回折格子パターンにより、両眼視差に基づく立体像を表示する手法として、本出願人による特開平３−206401号公報，特開平５−2148号公報などに提案されている。（図７，図８参照）
上記の手法は、画素として、視差を持たせる方向，すなわち表示光（１次回折光）を出射させる方向に応じた回折格子（格子方向が異なる）からなるセルを用い、その方向毎に前記セルを使い分けて、合成画像を形成する手法である。
【０００６】
図８（ａ）に示すように、被写体となる３次元物体を、Ｃ１〜Ｃ４の種々の方向から撮影した２次元画像について、Ｃ１〜Ｃ４の各方向に応じた１次回折光を出射する４種類の回折格子セルを用いて、合成画像を形成した場合、
図８（ｂ）に示すように、Ｐ１〜Ｐ４の各方向に応じた（それぞれ、Ｃ１〜Ｃ４の方向から撮影した）２次元画像が表示再生されることになり、同図では、観察者の左目がＰ２（Ｃ２），観察者の右目がＰ３（Ｃ３）の画像を視覚するため、立体感を伴って感じられることになる。
【０００７】
回折格子が直線であると、１次回折光の出射方向が限られるため、図７に示すように、曲線の集まりからなる格子を用いると、前記方向に広がりを持たせることが可能となり、隣り合うセル間で１次回折光が出射しない領域を少なくすることが可能となる。
このことは、観察者が左右方向に視点を移動した際に、視覚される視差画像が飛びを伴って感じられることを防ぎ、滑らかに視差が変化することに寄与する。
【０００８】
一方、３次元画像（立体画像）の表示とは別に、セキュリティ（偽造防止）などの目的で、一見では形成したパターンが判別できない「潜像」を形成する技術とそれを適用した表示体が公知であり、潜像の形成されたパターンに、何らかの器具を用いて、形成された潜像のパターンを認識し、表示体の真偽判定を図ることが行われている。
【０００９】
例えば、万線（ストライプ）パターンを重ねることにより、潜像のパターンを観察する方法などである。
しかしながら、回折格子パターンとしては、潜像のパターンを形成する手法に係る報告例はなく、従来の潜像のパターンは、印刷などによる２次元的（平面的）なパターンに限られていた。
【００１０】
さらには、印刷（転写）などによる従来の潜像のパターンは、カラーコピーなどで簡単に複写が行なわれ、偽造が容易である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、一見では形成したパターンが判別できない「潜像」の技術を、回折格子パターンに適用して、前記パターンを識別する際には、立体感などの種々の興味ある効果を伴って視覚される新規な回折格子パターンとその観察方法を提案し、セキュリティ（偽造防止）効果とアイキャッチ効果の双方を向上させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による回折格子パターンは、
画素を構成する最小単位として回折格子からなるセルを用い、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，回折効率，前記セルのサイズおよび／または形状，の少なくとも何れかを適宜に変化させて、前記セルを配置して形成される回折格子パターンにおいて、
表示するパターンの情報に基づいて前記セルを配置する際、所定幅のストライプ状の領域に回折格子セルを配置してセグメントとし、
前記セグメントを、垂直または水平方向に、一定ピッチで離間させて並設することにより、上記パターンを構成する第１セグメント群とし、
上記パターンと補色関係となる情報に基づいて、回折格子セルを配置して補色関係にあるパターンを形成する際、所定幅のストライプ状の領域に回折格子セルを配置してセグメントとし、
一定ピッチで離間した第１セグメント群の間に、第２セグメント群として並設することにより、
互いに補色関係にあるパターンが、それらを構成するセグメントが交互に配置されることにより、同一基板表面に形成されてなることを特徴とする回折格子パターンである。
【００１３】
上記回折格子パターンの別形態として、
一定ピッチで離間したセグメント群の間に、互いに光強度が反転した関係にある他のセグメント群を並設しても良い。
【００１４】
第１セグメント群を構成する回折格子セルと、それと対応する第２セグメント群を構成する回折格子セルとを、それぞれ回折格子の方向を等しくすると、潜像の効果が一層顕著となる。
すなわち、観察者が視覚する第１，第２セグメント群による回折光の方向が等しいことで、回折格子セル同士が影響し合う度合が強くなるためである。
【００１５】
また、本発明の回折格子パターンは、ストライプ状に配列されたセグメントに代えて、マトリクス配列されたセグメントから構成されるようにしても良い。
【００１６】
さらに、本発明の回折格子パターンは、第１，第２のセグメント群１組だけによらず、２組以上のセグメント群から構成されても良い。
【００１７】
本発明の回折格子パターンの観察にあたっては、
回折格子パターンに対する照明光の入射面もしくは前記パターンからの表示光の射出面に、複数種類のセグメント群に対応した透光部と非透光部を有する光選択透過板を、１種類のセグメント群と前記透光部とがほぼ一致するように配置して観察する。
【００１８】
＜作用＞
略ストライプ状（または、マトリクス状）に配置されるセグメント群は、同種のセグメント群だけで特定パターンを構成するが、通常の観察条件下では、隣接するセグメント群の影響により、
両者が互いに補色関係にあると、同じ視域では画素同士が混色することにより無彩色となり、
両者が光強度の反転した関係にあると、同じ視域では画素同士が明るさを補完し合い、
結果として、観察者には全体的に、前者の場合は色彩情報を持たないパターンとして視覚・認識され、後者の場合は輝度情報を持たない（濃淡のない）パターンとして視覚・認識され、形成したパターンを明確に識別することができず、「潜像」として機能する。
【００１９】
前記潜像の識別にあたり、表示体に対する照明光の入射面もしくは前記表示体からの表示光の射出面に、２種類のセグメント群に対応した透光部と非透光部を有する光選択透過板を、それぞれのセグメント群と前記透光部と前記非透光部がほぼ一致するように配置して観察する。
その場合、前記非透光部に対応するセグメント群は被覆され、前記透光部に対応する１種類のみのセグメント群が視覚されるため、同種のセグメント群だけで構成されるパターンを認識できることになる。
【００２０】
このように、本発明の回折格子パターンは、通常観察時の表示状態と、光選択透過板を重ねた際の表示状態とが顕著に変化する。
パターンが見える／見えないの差異は大きなものであり、特にセキュリティ性を要求される媒体に貼付することにより、真偽判定が容易に可能な、高い偽造防止効果を持たせることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
＜セグメント群が、略ストライプ状の場合＞
本実施形態では、潜像の形成方法として、隣接するセグメント群同士の形状が略ストライプ状の場合について説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態を示す説明図であり、隣接する前記セグメント内の任意の領域を拡大して表している。
表示するパターンの情報（例えば、画像Ａとする）に基づいて、回折格子セルを配置する際、特定色（単色）の回折格子セルからなる画素（11，12，13，…）を、水平方向に並べて略ストライプ状のセグメント10とする。
前記セグメント10を、ストライプの長手方向と直交する垂直方向に、一定ピッチで離間させて並設することにより、特定色のセグメント群からなる画像Ａを形成する。
【００２４】
同様に、画像Ｂのパターンの情報について、回折格子セルからなる画素（21，22，23，…）を最小構成単位とするセグメント20の集まりによって形成する。
この際、画像Ａを構成するセグメント10が一定ピッチで離間した部分に、画像Ｂを構成するセグメント20を配置する。
【００２５】
画像Ｂを構成する際には、上記した潜像機能を持たせるために、以下の手法が採用される。
（１）画像Ａの色と補色関係の色とする。
（２）画像Ａの光強度と補完し合う（光強度が反転）関係とする。
【００２６】
上記のうち、ここでは（２）の場合で説明する。
画像Ｂのセグメントを構成する各回折格子セルは、対応する画像Ａの回折格子セルと同一色であるが、それぞれ光強度が補完し合う（光強度が反転した）関係となっている。
【００２７】
光強度の反転した関係とは、回折格子セルのペアとしての光強度が均一であることを意味する。
回折格子セルのペアとは、例えば、画像Ａ，Ｂのセグメントを構成する回折格子セルを、（Ａ１，Ａ２，Ａ３，…）（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…）とした場合に、（Ａ１とＢ１）（Ａ２とＢ２）…のことである。
【００２８】
視覚されるＡ１の光強度＝１ならば同Ｂ１の光強度＝99とし、視覚されるＡ２の光強度＝30ならば同Ｂ２の光強度＝70とするような関係である。
光強度は、セルの面積比に限らず、濃度や回折効率（単位素子として回折格子を用いた場合）などの変調により制御される。
【００２９】
このように作製された図１に示す回折格子パターンは、一見すると、全体の色調が単一で全く濃淡のない均一（ベタ）な印象で感じられることになる。
微視的には、各回折格子セルはパターンを構成するべく機能しているが、セルがペアになると、隣接するペアとは相違ないものとして認識されるためであり、ペア同士に限らずセグメント同士としても同じことが言える。
【００３０】
観察者に、上記の潜像の効果を強く与えるためには、セグメント幅や回折格子のサイズを極力微細にするのが好ましいが、微細化には限度があると共にパターンの作製が困難になるため、観察者の視力（目の分解能）による回折格子の識別能力を上回る微細化で十分である。
【００３１】
図１に示す回折格子パターンに記録されたパターンを識別するには、図２に示す光選択透過板が用いられる。
前記光選択透過板は、図１の表示体のセグメント構造に対応して、略ストライプ状の透過部／遮光部が設けられた板（フィルムなども含む）である。
同図で、遮光部の幅はセグメント幅に等しくなる。
【００３２】
光選択透過板を、回折格子パターンの照明光の入射面もしくは回折格子パターンからの光射出面に配置して、各セグメントと透光部と非透光部をほぼ一致させてＡまたはＢのセグメント群を遮蔽すると、遮蔽されないセグメント群からなるパターンが視覚でき、前記光選択透過板をスライドして他のセグメント群を遮蔽すると、他のセグメント群からなるパターンが視覚できる。
【００３３】
図６は、上記説明に基づく回折格子パターンとその観察状態を示す説明図である。
画像Ａが同図（ａ）の「白い背景に黒く表記された文字Ａ」であり、画像Ｂが同図（ｂ）の「黒い背景に白く表記された文字Ａ」の場合である。
【００３４】
作製された同図（ｃ）に示す回折格子パターンは、一見すると、全体の色調が単一で全く濃淡のない均一（ベタ）な印象で感じられることになる。
【００３５】
光選択透過板を用いた観察で、各セグメントと透光部と非透光部をほぼ一致させてＡまたはＢのセグメント群を遮蔽し、一方のセグメント群のみを視覚すると、同図（ｄ）に示す状態では画像Ａのみが認識され、光選択透過板をスライドして他のセグメント群を遮蔽すると、同図（ｅ）に示す状態では画像Ｂのみが認識される。
【００３６】
以上は、単色の画像Ａ，画像Ｂのパターンの情報について、それぞれの光強度を制御して、潜像を形成する場合に係る説明であるが、本実施形態はフルカラーの画像についても適用できる。
【００３７】
すなわち、画像Ａのパターンの情報について、各回折格子セルを所望の色彩で配置し、画像Ｂを構成する際には、画像Ａと対応する回折格子セル同士の光強度は等しく、色彩を補色関係とする。
【００３８】
このように作製された回折格子パターンは、一見すると、濃淡は認められるものの、全体の色調が無彩色で色彩情報を持たないパターンとして感じられ、フルカラーの画像が隠蔽されることとなる。
【００３９】
また、画像Ａ，画像Ｂのパターンは、それぞれ３次元（立体）画像を表示するパターンであっても良い。
この場合、セグメント内に視差を持つ複数枚の２次元（平面）画像を合成し、観察者の右眼と左眼が別々の２次元（平面）画像を視覚する必要があり、各２次元（平面）画像は回折出射する方向が変化するように、それぞれのセル内の回折格子の方向が変化している必要がある。
【００４０】
＜セグメント群が、略マトリクス状の場合＞
本発明は、隣接するセグメント群同士の形状が略ストライプ状でなく、略マトリクス状の場合にも同様である。
【００４１】
図３は、本実施形態を示す説明図であり、パターン内の任意の領域を拡大して表している。
表示するパターンの情報（例えば、画像Ａとする）に基づいて、回折格子セルを配置する際、回折格子セルからなる画素を、同図に示すように市松模様のように配置してセグメント群とする。
【００４２】
画像Ａを構成するセグメント群と交互に画像Ｂを構成するセグメント群を配置して、本実施形態のパターンとなる。
図３に示す回折格子パターンに記録されたパターンを識別するには、図４に示す光選択透過板が用いられる。
【００４３】
＜その他の実施形態＞
以上の実施形態は、画像Ａ，画像Ｂの間に、「互いに光強度が反転」または「互いに補色」の何れかの対応関係がある場合に係る説明であり、潜像効果を持たせる上では、前記対応関係は非常に有効である。
【００４４】
本発明では、上記の対応関係がない全く異なる画像Ａ，画像Ｂについて、回折格子パターンを形成した場合にも、潜像効果が大きくはないが、画像Ａ，画像Ｂを独立して別々に認識する上で有効である。
【００４５】
図５は、上記説明に基づく回折格子パターンとその観察状態を示す説明図である。
画像Ａが同図（ａ）の「白い背景に黒く表記された文字Ａ」であり、画像Ｂが同図（ｂ）の「白い背景に白く表記された文字Ｂ」の場合である。
【００４６】
作製された同図（ｃ）に示す回折格子パターンは、一見すると見づらくはあるが、文字Ａと文字Ｂが重なって、別々の画像として存在することが認識できる。
【００４７】
光選択透過板を用いた観察で、各セグメントと透光部と非透光部をほぼ一致させてＡまたはＢのセグメント群を遮蔽し、一方のセグメント群のみを視覚すると、同図（ｄ）に示す状態では画像Ａのみが認識され、光選択透過板をスライドして他のセグメント群を遮蔽すると、同図（ｅ）に示す状態では画像Ｂのみが認識される。
尚、同図の場合は、セグメント群および光選択透過板の透光部と非透光部は、市松模様状の配列となっている。
【００４８】
また、本発明は、以下に例示するような種々の変更が可能である。例えば、
（ａ）回折格子パターンに光選択透過板を重ねてパターン（潜像）を観察する際に、光選択透過板の非透過部が光吸収性を有していると、光選択透過板の透光部のみから光が射出するので、コントラストの高いパターンが観察できる。
【００４９】
（ｂ）光選択透過板の非透過部が光反射性を有している場合、正反射光との差異により、回折格子からの射出光による表現色を明確に識別することが可能となる。回折格子パターンからの０次回折光および１次回折光のそれぞれの色および射出方向について、光選択透過板からの正反射光の色および射出方向を基準として確認することにより、より正確な真偽判定を行うことができる。
【００５０】
（ｃ）光選択透過板の非透光部が立体像表示体におけるセグメント群の一方だけに相当する機能を有するものであり、観察する回折格子パターンと同一のパターンを表示するようにすることにより、両者のパターンが一致し、より明るいパターンが観察できる。また、真偽判定においては、パターン同士の比較が可能であり、肉眼による正確な判定が可能となる。
【００５１】
（ｄ）また、以上は、セグメント群Ａとセグメント群Ｂによる１組のみからなるパターンについての説明であるが、本発明の回折格子パターンは、２組以上のセグメント群から構成されても良い。
潜像の認識にあたっては、１種類のセグメント群のみが非透過部に該当し遮蔽される構成（または、その逆であっても良い）の光選択透過板を用いると、１種類のセグメント群のみからなるパターンだけが視覚できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、一見して形成したパターンを識別することは困難であるが、前記パターンを識別する際には、立体感などの種々の興味ある効果を伴って視覚される新規な回折格子パターンとその観察方法が提供され、セキュリティ（偽造防止）効果とアイキャッチ効果の双方を向上させることを可能である。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回折格子パターンの一例を示す説明図。
【図２】図１の回折格子パターンに記録されたパターンを識別する際に用いる光選択透過板を示す説明図。
【図３】本発明の回折格子パターンの他例を示す説明図。
【図４】図３の回折格子パターンに記録されたパターンを識別する際に用いる光選択透過板を示す説明図。
【図５】本発明の回折格子パターンの一例と観察状態を示す説明図。
【図６】本発明の回折格子パターンの一例と観察状態を示す説明図。
【図７】両眼視差に基づく立体像を表示する回折格子パターンを示す説明図。
【図８】図７の回折格子パターンの原理を示す説明図。
【符号の説明】
10…セグメント（画像Ａ）
11，12，13…画素
20…セグメント（画像Ｂ）
21，22，23…画素

Claims

画素を構成する最小単位として回折格子からなるセルを用い、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，回折効率，前記セルのサイズおよび／または形状，の少なくとも何れかを適宜に変化させて、前記セルを配置して形成される回折格子パターンにおいて、
表示するパターンの情報に基づいて前記セルを配置する際、所定幅のストライプ状の領域に回折格子セルを配置して第１セグメントとし、
前記第１セグメントを、垂直または水平方向に、一定ピッチで離間させて並設することにより、上記パターンを構成する第１セグメント群とし、
上記パターンと補色関係となる情報に基づいて、回折格子セルを配置して補色関係にあるパターンを形成する際、所定幅のストライプ状の領域に回折格子セルを配置して第２セグメントとし、
前記第２セグメントを、一定ピッチで離間した第１セグメント群の間に、第２セグメント群として並設することにより、
互いに補色関係にあるパターンが、それらを構成するセグメントが交互に配置されることにより、同一基板表面に形成されてなることを特徴とする回折格子パターン。
画素を構成する最小単位として回折格子からなるセルを用い、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，回折効率，前記セルのサイズおよび／または形状，の少なくとも何れかを適宜に変化させて、前記セルを配置して形成される回折格子パターンにおいて、
表示するパターンの情報に基づいて前記セルを配置する際、所定幅のストライ
プ状の領域に回折格子セルを配置して第１セグメントとし、
前記第１セグメントを、垂直または水平方向に、一定ピッチで離間させて並設することにより、上記パターンを構成する第１セグメント群とし、
上記パターンと光強度を反転した情報に基づいて、回折格子セルを配置して光強度の反転したパターンを形成する際、所定幅のストライプ状の領域に回折格子セルを配置して第２セグメントとし、
前記第２セグメントを、一定ピッチで離間した第１セグメント群の間に、第２セグメント群として並設することにより、
互いに光強度の反転したパターンが、それらを構成するセグメントが交互に配置されることにより、同一基板表面に形成されてなることを特徴とする回折格子パターン。
第１セグメント群を構成する回折格子セルと、それと対応する第２セグメント群を構成する回折格子セルとが、それぞれ回折格子の方向が等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の回折格子パターン。
ストライプ状に配列されたセグメント群に代えて、市松模様のようにマトリクス配列されたセグメント群から構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の回折格子パターン。
２組以上のセグメント群から構成されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の回折格子パターン。
請求項１〜５の何れかに記載の回折格子パターンに対する照明光の入射面もしくは前記パターンからの表示光の射出面に、複数種類のセグメント群に対応した透光部と非透光部を有する光選択透過板を、１種類のセグメント群と前記透光部とがほぼ一致するように配置して観察することを特徴とする回折格子パターンの観察方法。