JP4677688B2 - 計算機ホログラムから成る表示体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、セキュリティ性が高く、且つ情報記録密度が高い計算機ホログラムからなる表示体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
計算機ホログラムに情報を記録する方法としては、フーリエ変換型計算機ホログラムを利用する方法等が公知である。このような計算機ホログラムに、予め決められた光が入射すると、１次回折光により記録した情報が再生される。
しかし、このような計算機ホログラムを肉眼で観察すると、均一に光る領域、特に白っぽい領域として観察され、計算機ホログラムを応用した物品の意匠性を低下させる原因となっていた。また、隠蔽情報を記録する際に、情報が記録された領域が目視観察でも推測できてしまうという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ホログラムを肉眼で観察する際、均一に光る領域、特に白っぽい領域が無く、且つ記録される情報量を増大しても鮮明に階調画像を表示することができると共に、この情報読取の誤差を少なくすることができ、偽造・改竄目的で光学的に複製することが極めて困難な計算機ホロクラムからなる表示体を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、セルを画素として複数配置して画像を表示する表示体において、
前記セルが予め設定した情報を物体光として記録した点型計算機ホログラムから成り、
各セルの回折効率により前記画像上の画素の輝度を変化させることによって階調画像を表示していることを特徴とする表示体である。
【０００５】
また、請求項２に記載の発明は、前記セルの回折効率と、前記画像上の画素の輝度とが比例していることを特徴とする請求項１に記載の表示体である。
【０００６】
（削除）
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量の差を変調することにより、前記回折効率を変化させていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の表示体である。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、前記セル内の計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部の幅の割合が１：１の場合を最大回折効率とし、前記セル毎に前記割合を変化させて回折効率を変化させていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の表示体である。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部とがその内部領域の振幅変調量及び／あるいは位相変調量において各々一状態を取るバイナリホログラムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの振幅変調量及び／あるいは位相変調量が連続的な値を有し、前記振幅変調量あるいは位相変調量の中心値により画線部と非画線部が分けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、前記情報が、平面上に配置された複数の情報単位の集まりで表現されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、前記計算機ホログラムが、前記複数の情報単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をフーリエ変換して物体光とすることにより得られるフーリエ変換型ホログラムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１３】
また、請求項９に記載の発明は、前記計算機ホログラムが、前記複数の情報単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をホログラム面から有限距離離して配置した位置での物体光として設定することにより得られたフレネルホログラムであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１４】
また、請求項１０に記載の発明は、少なくとも１ｍｍφの領域内にある複数の前記セルに同一の情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１５】
また、請求項１１に記載の発明は、表示体上の複数の領域において、それぞれ異なる情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１６】
また、請求項１２に記載の発明は、前記セル毎にそれぞれ別の情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１７】
また、請求項１３に記載の発明は、一方向に並んだ複数の前記セルには同一の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異なる情報が記録された複数種類の前記セルが配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１８】
また、請求項１４に記載の発明は、前記セルの大きさが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１９】
また、請求項１５に記載の発明は、前記セルに記録された情報が画像であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の表示体である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の表示体は、特定波長の光により再生可能な情報を記録した点型計算機ホログラムから成るセルを構成要素とし、セルを画素として複数配置し、各セルの回折効率により画素の輝度を変調して階調画像を表現していることを特徴としている。
ここで、回折効率とは通常観察条件下において観察者の瞳に入射する回折光（一般的には１次回折光）強度の、セルへの照明光強度に対する割合である（通常観察条件とは、太陽光による屋外照明環境、及び蛍光灯、白熱灯などの通常の室内照明環境において、観察者が肉眼により通常の観察を行うこととする）。これにより、通常の観察において、本発明の表示体上に、回折光により表示された階調画像を観察することができる（セルの回折効率と、画像上の画素の輝度とが比例している場合）。
あるいは、本発明の表示体上に、透過光もしくは正反射光により表示された階調画像を観察することができる（セルの回折効率と、画像上の画素の輝度とが反比例している場合）。
【００２１】
一般的に、透過光や正反射光は強すぎる場合が多く、前者の方が適度な輝度で画像を表示することができる。後者の場合には、画像を観察する際に、セルを構成する計算機ホログラムからの回折光の射出方向が影響しないため、セル毎に全く異なる情報を記録したり、セル毎に計算機ホログラムの搬送周波数を大きく変えた場合でも画像には全く影響せず、安定した階調画像表現が容易となる。
【００２２】
一方、レーザー光などの光を予め設定した条件で本発明の表示体上のセルに入射すると、情報が予め設定した位置においたスクリーン等に投影されるなどして再生される。このような情報は肉眼で読み取ることも、（スクリーン位置にＣＣＤカメラ等の受光器を置くなどして）機械で読み取ることも容易である。従って、本発明の表示体では任意にデザインされた（肉眼で観察できる）階調画像を表示できると共に、この階調画像とは独立したセルに記録された情報を隠蔽することができる。従って、カードや有価証券等に本発明の表示体を応用した際に、肉眼で観察可能な任意のデザインを表現することができ、セルに記録された情報の読み取りと併せて真偽判定等に役立てることができる。
【００２３】
また、記録する情報は二次元的な情報でも三次元的な情報でも良く、再生方法を知らなければ正確な再生が不可能とすることができると同時に、大きい情報量を記録／再生できる。なお、本発明における画像及び情報は、文字、数字、写真、図形、パターン、バーコード等、空間的な光の強度分布で表現されるものを指す。特に、三次元的な情報（立体像など）や階調画像も含む。
【００２４】
また、セルを計算機ホログラムとして作製する場合、計算機ホログラムのパターンは計算機中で生成されるので、セル毎に記録する情報を変えて本発明の表示体を作製することも容易である。また、情報だけではなく、情報の再生位置やホログラムの方式（フーリエ変換型ホログラム、フレネルホログラムなど）をセル毎に設定することが容易にでき、偽造防止効果を高くすることや、情報読み取りを容易にすることができる。更に、計算機ホログラムをキノフォーム型にすることにより、再生される情報の明るさを最大にすることができ、情報読み取りの誤差を少なくできると共に、偽造目的で光学的に複製することを極めて困難にできる。
【００２５】
また、セル毎に、計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量の差を変調することにより、セルの回折効率を変化させていることを特徴としている。位相変調量の変化は、計算機ホログラムを二次元的な複素振幅変調パターンと見なした際に、計算機ホログラム上の各点毎に複素振幅の位相項のみを変調すればよいため、計算が簡便であり、作製も容易である。特に、表面レリーフ型の計算機ホログラムの場合、位相変調量はレリーフの深さに対応するものであり、深さをセル毎に変調するだけで本発明の表示体が簡便に実現できる。
【００２６】
一方、セル内の計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部の割合を１：１を最大回折効率に対応させ、セル毎にこの割合を変化させて回折効率を変化させていることを特徴としている。これにより、位相変調量は一定に保ったままでも、本発明の表示体が実現できる。仮に、表示体毎に位相変調量にばらつきがあるような場合でも、それぞれの表示体において正しい階調画像を得ることができる。従って、位相変調量に細心の注意を払わずに、簡便に、安定した階調画像表現を実現した表示体を作製できる。
【００２７】
なお、本発明においては、計算機ホログラムパターンにおける振幅変調量あるいは位相変調量が計算機ホログラムパターンの中で中心値以上の部分を画線部と呼び、それ以下の部分を非画線部と呼ぶ。
【００２８】
ここで、セル毎に、バイナリホログラムであることを特徴としている。この場合、計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部とが振幅変調量及び／あるいは位相変調量において各々一状態しかないため、計算が簡略化でき、また作製も容易となる。特に、高解像度を有する電子線描画装置などが計算機ホログラムの作製には向いているが、これらの装置の多くは二値の二次元パターンの描画に適しており、バイナリホログラムは好適である。
【００２９】
一方、セル毎に、計算機ホログラムにおける局所的なパターンの振幅変調量及び／あるいは位相変調量が連続的な値を有し、振幅変調量あるいは位相変調量の中心値により画線部と非画線部が分けられることを特徴としている。このような計算機ホログラム（キノフォームなどを含む）は、パターンの振幅変調量及び／あるいは位相変調量を適切に設計することにより、回折効率の最適化、最大化などが可能となる。
【００３０】
また、情報が平面上に配置された複数の情報記録単位の集まりで表現されていることを特徴としている。平面状に配置した情報は情報面からホログラム面への波面伝搬の計算が簡略化でき、非常に簡便に作製することが出来る。更に、再生時にも平面上に情報が再生されるため、容易に正確な読み取りが可能となる。
【００３１】
ここで、計算機ホログラムとしては、複数の情報記録単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をフーリエ変換して物体光として記録したフーリエ変換型ホログラムであることを特徴としている。フーリエ変換型ホログラムをセルとして用いる場合、計算機上では高速フーリエ変換アルゴリズムによる波面伝搬の計算が行え、非常に容易にホログラムが作製できる。再生時には、再生情報は無限遠に投影されるので、任意の距離にスクリーンを置けば、距離に応じた大きさの再生情報を得ることができる。また、レンズを用いて再生光のフーリエ変換像をスクリーン等に結像しても情報が再生できる。
【００３２】
なお、フーリエ変換型ホログラムをセルとして用いて表現された階調画像を通常観察条件下で目視観察する際には、情報が照明光の波長分布によりぼけることと、情報がフーリエ変換されていることにより、情報の内容を認識することは極めて困難であり、隠蔽性が高められる。
【００３３】
また、計算機ホログラムが、複数の情報記録単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をホログラム面から有限距離離して配置した物体光として設定することにより得られたフレネルホログラムであることを特徴としている。
【００３４】
フレネルホログラムをセルとして用いる場合、計算機ホログラムの計算時における情報の配置位置にスクリーンを置くことにより、結像した再生情報をはっきりと観察することができる。すなわち、情報の配置位置を知っている者のみが正確な情報を読み取ることができ、セキュリティ性の高い情報記録が実現できる。
なお、フレネルホログラムをセルとして用いて表現された階調画像を通常観察条件下で目視観察する際には、情報の配置位置以外では正確な情報が再生されないことに加えて、情報が照明光の波長分布によりぼける効果が大きく、情報の内容を認識することは不可能である。
【００３５】
また、少なくとも１ｍｍφの領域内にある複数のセルに同一の情報を記録することを特徴としている。これにより、情報再生のために本発明の表示体を照明する光の入射位置が若干変化しても、安定した情報再生が可能となる。また、通常のレーザービームは１ｍｍφ前後のビーム径を持つので、これをそのまま照明光として利用しても、ビームの入射領域が同一の情報を再生するセルであるため、複数のセルからの情報が同時に再生されてもノイズの少ない、正確な情報が再生される。多くのセルから同一の情報を再生することは、再生された情報の明るさを向上させる効果もある。
【００３６】
更に、表示体上の複数の領域においてそれぞれ異なる情報を記録することを特徴としている。複数の領域からそれぞれ異なる情報が再生できるため、情報量を増やすことが出来ると共に、複数の情報を真偽判定に利用することにより偽造防止効果を一層高めることが出来る。
あるいは、セル毎にそれぞれ別の情報が記録されていることを特徴としている。これにより、非常に多くの情報量を記録／再生することができる。特に、セルが十分に小さければ、単位面積当たりにより多くの情報を記録でき、また、レーザー光源から発した通常のレーザービームをそのまま用いた照明では複数のセルを同時に照明してしまうことを利用して、適切なビーム以外では正確な情報を再生できなくすることができ、情報隠蔽効果を高めることができる。
【００３７】
または、一方向に並んだ複数のセルには同一の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異なる情報が記録された複数種類のセルが配置されていることを特徴としている。これにより、同一の情報が記録されたセル方向に対する情報再生時の照明光の入射位置の許容度が大きくなり、一方それと直交する方向においては情報記録密度を大きくできる。従って、レーザービーム等を直交方向に走査するなどして、容易に大量の情報を再生できると共に、走査方向と直交する方向におけるビーム等の入射位置精度の要求を低くすることができ、安定した多くの情報の再生が簡便に行える。また、走査によって再生された複数の情報の組み合わせによってはじめて正しい情報が読み取れるようにすることにより、偽造防止効果や情報隠蔽性を更に高めることができる。
【００３８】
このとき、セルの大きさが３００μｍ以下であることを特徴としている。セルの大きさを３００μｍ以下とすると、それを画素として階調画像を表現した際に、画素構造を判別しにくくでき、十分な解像度の画像を表示できる。また、観察者が顔を近づけて見ることを想定した場合、セルの大きさは１００μｍ以下が望ましい。１００μｍ以下であれば、視力１．０の観察者が３０ｃｍ程度離れて観察する場合でもセル構造は判別しにくくなり、実際的なほとんどの観察条件下において高品位な画像として観察することができるようになる。
また、セルサイズを３００μｍ以下、望ましくは１００μｍ以下にすることにより、情報量の増大、情報再生の安定性向上（照明光の入射する領域はセルサイズ以上が望ましいため）などのメリットがある。
【００３９】
また、セルに記録された情報が画像であることを特徴としている。これにより、情報をスクリーンに投影するなどして肉眼で観察して、容易に真偽判定が行える。また、セルを画素として表現した階調画像と、情報であるところの画像を比較することにより、誰にでも容易な真偽判定が実現できる（例えば、両者の画像を同一の絵柄にする、同一の意味を持つ別の画像にする等）。
【００４０】
以下、本発明の具体的な実施例を、図を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本発明の表示体の概要を示す図である。
本発明の表示体上に、セルを画素として階調を持った文字や画像が表示されている。各セルは計算機ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ； ＣＧＨ）であり、肉眼で観察される画像の階調が計算機ホログラムの回折効率の変化により表現されている。すなわち、計算機ホログラムからの回折光（主として１次回折光）の強度変化が階調に対応（比例、もしくは反比例）している。ここで、回折効率と階調とを反比例させる場合、厳密には０次以外の全ての回折効率の和と階調とが反比例することが望ましいが、一般的には１次回折効率が他の次数の回折効率よりもずっと大きいため、１次回折効率と階調とが反比例する条件で十分実用的である。
【００４２】
通常の照明条件下では、白色光で本発明の表示体が照明され、階調画像は記録した情報に依存して若干虹色を呈して見える場合と、白っぽく見える場合がある。記録された情報が空間的に狭い領域（計算機ホログラムからの射出角度範囲において）に対応している場合に前者のように見え、空間的に比較的広い領域に対応している場合に後者のように見える。このように、回折効率の変化で階調画像を表現する際には、計算機ホログラム中に記録した情報の空間的な分布によって目視観察時の色が変化するが、表示体上の各セルにおいて情報の空間的な分布領域をほぼ同様にして情報を記録しておけば、目視観察時に表示体が呈する色は均一にできる。
一方、情報の空間的な分布範囲をセル毎に適宜設計して、目視観察時の各セルにおける観察色を設定することができ、階調を伴ったカラー画像の表示も可能である。
【００４３】
本発明の表示体では、計算機ホログラムに記録された情報と、計算機ホログラムのセルを画素として表示される画像は独立にでき、それぞれを任意にデザインすることができる。通常の観察条件において肉眼で観察できるのは、セルを画素として表現された文字や画像だけであり、計算機ホログラム中に記録されたパターンは観察できない。セル毎の回折効率の変化は、情報再生の際に各セルから再生される情報の明暗に帰結するが、情報の内容には関与しない。
【００４４】
また、本発明の表示体を構成するセルは、表面レリーフ型計算機ホログラムであってもよく、エンボス技術等による安価な量産に適した形態とすることができる。
【００４５】
図２は、本発明の表示体からの情報再生を説明する図である。
図１の本発明の表示体にレーザービームなどを照明光として入射すると、各セルからの計算機ホログラムの回折光として情報が再生される。
このとき、本発明の表示体上である程度以上の領域に、同一の情報を記録した計算機ホログラムのセルを複数配置して置けば、照明光の入射位置の変動に対する許容量ができ、再生が容易に確実に行える。
また、一度に再生される情報が１種類であれば、Ｓ／Ｎの高い、クリアな情報が再生できる。ここで、通常のレーザービームは１ｍｍφ程度以上であることから、同一の情報を記録した領域の大きさは１ｍｍφ以上が望ましい。
【００４６】
図３は、本発明の表示体上の別の位置からの情報再生を説明する図である。
図１の本発明の表示体に、図２とは別の領域にレーザービームなどを照明光として入射した例である。特に、図２とは異なる階調の部分にレーザービームが入射している様子を示している。この場合も、各セルの計算機ホログラムからの回折光として図２と同一の情報が再生されるが、上述とは情報全体の明るさが異なる。しかし、再生情報内での明るさの空間的な分布は上の場合の再生結果に比例し、従って正確な情報再生が行える。このようにして、表示体上の比較的広い領域のセルを同一内容の情報を記録したセルとすることにより、誰にでも容易な情報再生が行える。
一方、場所による再生された情報の濃淡を検出して、真贋判定をより正確に行うことも可能である。
【００４７】
図４は、本発明の表示体からの別の情報再生を説明する図である。
図１の本発明の表示体に、図２、３とは別の領域にレーザービームなどを照明光として入射した例である。ただし、図３とは異なり、図２で照明した領域とは異なる情報を記録している例を示している。このように、領域毎に記録する情報を変えておくことにより、多くの情報が記録できる。多くの情報の記録・再生は、偽造防止や真贋判定において一層効果的である。
最も情報を多くするためには、セル毎に異なる情報を記録すればよい。また、１セルに記録する情報を多くすることも、情報量増加には効果的である。
なお、図４では、再生された情報も階調画像である例を示している。
【００４８】
図５〜７は、表面レリーフ型計算機ホログラムの場合の本発明の表示体における階調表現例を示している図である。
この例では、計算機ホログラムの断面形状が正弦波に近い場合を図示している。図では、計算機ホログラムの凹凸を濃淡で示した各図（ａ）と局所断面拡大図（ｂ）を左右に配置して示している。なお、断面形状の各図（ｂ）における深さＤの半分に相当する部分に破線を入れているが、破線の上に形状がある部分を画線部、破線の下を非画線部としている。
【００４９】
このとき、図５は、階調が最も明るい部分、すなわち表示輝度＝１００％に対応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示している。すなわち、この計算機ホログラムの画線部と非画線部の幅の割合はおよそ１：１であり、断面形状における深さＤも回折効率が最大となるようにしている。一方、図６及び図７は、階調がやや暗い部分、すなわち表示輝度＜１００％に対応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示しているが、図６が深さＤを図５の場合から変調して回折効率を減少させているのに対し、図７では画線部と非画線部の幅のバランスを図５の場合から変調して回折効率を減少させている。
【００５０】
従って、何れの方法でも階調表現が可能である。ただし、図６の方法では、図６（ａ）における画線部のパターンを変更せずに濃淡（深さ）の変更のみによって適当な回折効率の計算機ホログラムができるため、記録情報が同一である領域のセルについては多段階の階調表現時にも計算機ホログラムのパターンは計算し直す必要がなく、作製が簡便になる。
【００５１】
一方、図７の方法では、表現する階調に依らず、深さは常に一定と出来るため、深さを制御することが困難な描画装置（例えば一般的な電子線描画装置）を用いても正確な階調表現が可能となる。また、図７の方法で作製した本発明の表示体は、作製時に深さの誤差があっても、全体的な明るさは変化するものの、階調は正しく表現できる。
【００５２】
図８〜１０は、表面レリーフ型バイナリ計算機ホログラムの場合の本発明の表示体における階調表現例を示している図である。
本発明の表示体において、セルを構成する計算機ホログラムが表面レリ−フ型であり、かつバイナリホログラムである場合の階調表現の例を図８〜１０に示している。
【００５３】
バイナリホログラムの場合、計算機ホログラムの断面形状が矩形となり、計算機ホログラムの計算時及び作製時のデータ量の減少、作製装置に二値パターンの描画機能を持つ様々な装置が適用可能であるというメリットがある。
図では、計算機ホログラムの凹凸を濃淡で示した各図（ａ）と局所断面拡大図（ｂ）を左右に配置して示している。なお、断面形状の各図（ｂ）における深さＤの半分に相当する部分に破線を入れているが、破線の上に形状がある部分を画線部、破線の下を非画線部としている。
【００５４】
このとき、図８は、階調が最も明るい部分、すなわち表示輝度＝１００％に対応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示している。すなわち、この計算機ホログラムの画線部と非画線部の幅の割合はおよそ１：１であり、断面形状における深さＤも回折効率が最大となるようにしている。
【００５５】
一方、図９及び図１０は、階調がやや暗い部分、すなわち表示輝度＜１００％に対応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示しているが、図９が深さＤを図８の場合から変調して回折効率を減少させているのに対し、図１０では画線部と非画線部の幅のバランスを図８の場合から変調して回折効率を減少させている。従って、何れの方法でも階調表現が可能である。
【００５６】
ただし、図９の方法では、図９（ａ）における画線部のパターンを変更せずに濃淡（深さ）の変更のみによって適当な回折効率の計算機ホログラムができるため、記録情報が同一である領域のセルについては多段階の階調表現時にも計算機ホログラムのパターンは計算し直す必要がなく、作製が簡便になる。一方、図１０の方法では、表現する階調に依らず、深さは常に一定と出来るため、深さを制御することが困難な描画装置（例えば一般的な電子線描画装置）を用いても正確な階調表現が可能となる。
【００５７】
また、図１０の方法で作製した本発明の表示体は、作製時に深さの誤差があっても、全体的な明るさは変化するものの、階調は正しく表現できる。
【００５８】
以上、本発明の表示体の代表例について説明したがこれに限らず、以下のようにしてもよい。
・ 表面レリーフ型の計算機ホログラムについて、凸部を画線部、凹部を非画線部としたが、画線部と非画線部は入れ替えてもよい。
・ 表面レリーフ型の計算機ホログラムの断面形状は、正弦波状や矩形に限らず、計算機ホログラムの機能を実現するものならば、どのような断面形状としてもよい。
・表面レリーフ型の計算機ホログラムに限らず、セルからの回折効率を変化させることができれば、振幅変調型計算機ホログラムも含め、どのような形態の計算機ホログラムでも良い。
・ 輝度を暗くする場合に画線部の幅を太くする例について示したが、非画線部の幅を太くしても同様の効果がある。
・ 本発明の表示体のセルを構成する計算機ホログラムは透過型でも反射型でもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、上述したように、セルを画素として複数配置し、各セルの回折効率に比例、反比例して画素の輝度を変調することで階調画像を表示できる。また、階調画像とは独立したセルに記録された情報を隠蔽することができることで偽造・改竄行為を目的とした光学的な複製が困難となる。
【００６０】
また、セル毎に、計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量の差を変調することにより、セルの回折効率を変化させている。位相変調量の変化は、計算機ホログラムを二次元的な複素振幅変調パターンと見なした際に、計算機ホログラム上の各点毎に複素振幅の位相項のみを変調すればよいため、計算が簡便であり、作製も容易である。特に、表面レリーフ型の計算機ホログラムの場合、位相変調量はレリーフの深さに対応するものであり、深さをセル毎に変調するだけで本発明のホログラム表示体が簡便に実現できる。
【００６１】
また、少なくとも１ｍｍφの領域内にある複数のセルに同一の情報を記録することにより、情報再生のために本発明の表示体を照明する光の入射位置が若干変化しても、安定した情報再生が可能となる。また、通常のレーザービームは１ｍｍφ前後のビーム径を持つので、これをそのまま照明光として利用しても、ビームの入射領域が同一の情報を再生するセルであるため、複数のセルからの情報が同時に再生されてもノイズの少ない、正確な情報が再生される。多くのセルから同一の情報を再生することは、再生された情報の明るさを向上させる効果もある。
【００６２】
更に、表示体上の複数の領域においてそれぞれ異なる情報を記録する場合には、複数の領域からそれぞれ異なる情報が再生できるため、情報量を増やすことが出来ると共に、複数の情報を真偽判定に利用することにより偽造防止効果を一層高めることが出来る。
【００６３】
また、セル毎にそれぞれ別の情報が記録されている場合には、非常に多くの情報量を記録／再生することができる。特に、セルが十分に小さければ、単位面積当たりにより多くの情報を記録でき、情報記録密度を高めることができる。
【００６４】
また、一方向に並んだ複数のセルには同一の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異なる情報が記録された複数種類のセルが配置されている場合には、同一の情報が記録されたセル方向に対する情報再生時の照明光の入射位置の許容度が大きくなり、一方それと直交する方向においては情報記録密度を大きくできる。従って、レーザービーム等を直交方向に走査するなどして、容易に大量の情報を再生できると共に、走査方向と直交する方向におけるビーム等の入射位置精度の要求を低くすることができ、安定した多くの情報の再生が簡便に行える。また、走査によって再生された複数の情報の組み合わせによってはじめて正しい情報が読み取れるようにすることにより、偽造防止効果や情報隠蔽性を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の表示媒体の概要を説明する模式図である。
【図２】 本発明の表示体からの情報再生を説明する図である。
【図３】 本発明の表示体上の別の位置からの情報再生を説明する図である。
【図４】 本発明の表示体上からの別の情報再生を説明する図である。
【図５】 階調が最も明るい部分（輝度表示＝１００％）に対応したセルの１例であり、（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図６】 凹凸の深さによる輝度減少に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図７】 凹凸の線の比による輝度減少に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図８】 本発明のバイナリーホログラムの場合であって、階調が最も明るい部分（輝度表示＝１００％）に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図９】 本発明のバイナリーホログラムの場合であって、凹凸の深さによる輝度減少に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図１０】 本発明のバイナリーホログラムの場合であって、凹凸の線の比による輝度減少に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【発明が属する技術分野】
本発明は、セキュリティ性が高く、且つ情報記録密度が高い計算機ホログラムからなる表示体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
計算機ホログラムに情報を記録する方法としては、フーリエ変換型計算機ホログラムを利用する方法等が公知である。このような計算機ホログラムに、予め決められた光が入射すると、１次回折光により記録した情報が再生される。
しかし、このような計算機ホログラムを肉眼で観察すると、均一に光る領域、特に白っぽい領域として観察され、計算機ホログラムを応用した物品の意匠性を低下させる原因となっていた。また、隠蔽情報を記録する際に、情報が記録された領域が目視観察でも推測できてしまうという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ホログラムを肉眼で観察する際、均一に光る領域、特に白っぽい領域が無く、且つ記録される情報量を増大しても鮮明に階調画像を表示することができると共に、この情報読取の誤差を少なくすることができ、偽造・改竄目的で光学的に複製することが極めて困難な計算機ホロクラムからなる表示体を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、セルを画素として複数配置して画像を表示する表示体において、
前記セルが予め設定した情報を物体光として記録した点型計算機ホログラムから成り、
各セルの回折効率により前記画像上の画素の輝度を変化させることによって階調画像を表示していることを特徴とする表示体である。
【０００５】
また、請求項２に記載の発明は、前記セルの回折効率と、前記画像上の画素の輝度とが比例していることを特徴とする請求項１に記載の表示体である。
【０００６】
（削除）
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量の差を変調することにより、前記回折効率を変化させていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の表示体である。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、前記セル内の計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部の幅の割合が１：１の場合を最大回折効率とし、前記セル毎に前記割合を変化させて回折効率を変化させていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の表示体である。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部とがその内部領域の振幅変調量及び／あるいは位相変調量において各々一状態を取るバイナリホログラムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの振幅変調量及び／あるいは位相変調量が連続的な値を有し、前記振幅変調量あるいは位相変調量の中心値により画線部と非画線部が分けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、前記情報が、平面上に配置された複数の情報単位の集まりで表現されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、前記計算機ホログラムが、前記複数の情報単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をフーリエ変換して物体光とすることにより得られるフーリエ変換型ホログラムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１３】
また、請求項９に記載の発明は、前記計算機ホログラムが、前記複数の情報単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をホログラム面から有限距離離して配置した位置での物体光として設定することにより得られたフレネルホログラムであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１４】
また、請求項１０に記載の発明は、少なくとも１ｍｍφの領域内にある複数の前記セルに同一の情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１５】
また、請求項１１に記載の発明は、表示体上の複数の領域において、それぞれ異なる情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１６】
また、請求項１２に記載の発明は、前記セル毎にそれぞれ別の情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１７】
また、請求項１３に記載の発明は、一方向に並んだ複数の前記セルには同一の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異なる情報が記録された複数種類の前記セルが配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１８】
また、請求項１４に記載の発明は、前記セルの大きさが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の表示体である。
【００１９】
また、請求項１５に記載の発明は、前記セルに記録された情報が画像であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の表示体である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の表示体は、特定波長の光により再生可能な情報を記録した点型計算機ホログラムから成るセルを構成要素とし、セルを画素として複数配置し、各セルの回折効率により画素の輝度を変調して階調画像を表現していることを特徴としている。
ここで、回折効率とは通常観察条件下において観察者の瞳に入射する回折光（一般的には１次回折光）強度の、セルへの照明光強度に対する割合である（通常観察条件とは、太陽光による屋外照明環境、及び蛍光灯、白熱灯などの通常の室内照明環境において、観察者が肉眼により通常の観察を行うこととする）。これにより、通常の観察において、本発明の表示体上に、回折光により表示された階調画像を観察することができる（セルの回折効率と、画像上の画素の輝度とが比例している場合）。
あるいは、本発明の表示体上に、透過光もしくは正反射光により表示された階調画像を観察することができる（セルの回折効率と、画像上の画素の輝度とが反比例している場合）。
【００２１】
一般的に、透過光や正反射光は強すぎる場合が多く、前者の方が適度な輝度で画像を表示することができる。後者の場合には、画像を観察する際に、セルを構成する計算機ホログラムからの回折光の射出方向が影響しないため、セル毎に全く異なる情報を記録したり、セル毎に計算機ホログラムの搬送周波数を大きく変えた場合でも画像には全く影響せず、安定した階調画像表現が容易となる。
【００２２】
一方、レーザー光などの光を予め設定した条件で本発明の表示体上のセルに入射すると、情報が予め設定した位置においたスクリーン等に投影されるなどして再生される。このような情報は肉眼で読み取ることも、（スクリーン位置にＣＣＤカメラ等の受光器を置くなどして）機械で読み取ることも容易である。従って、本発明の表示体では任意にデザインされた（肉眼で観察できる）階調画像を表示できると共に、この階調画像とは独立したセルに記録された情報を隠蔽することができる。従って、カードや有価証券等に本発明の表示体を応用した際に、肉眼で観察可能な任意のデザインを表現することができ、セルに記録された情報の読み取りと併せて真偽判定等に役立てることができる。
【００２３】
また、記録する情報は二次元的な情報でも三次元的な情報でも良く、再生方法を知らなければ正確な再生が不可能とすることができると同時に、大きい情報量を記録／再生できる。なお、本発明における画像及び情報は、文字、数字、写真、図形、パターン、バーコード等、空間的な光の強度分布で表現されるものを指す。特に、三次元的な情報（立体像など）や階調画像も含む。
【００２４】
また、セルを計算機ホログラムとして作製する場合、計算機ホログラムのパターンは計算機中で生成されるので、セル毎に記録する情報を変えて本発明の表示体を作製することも容易である。また、情報だけではなく、情報の再生位置やホログラムの方式（フーリエ変換型ホログラム、フレネルホログラムなど）をセル毎に設定することが容易にでき、偽造防止効果を高くすることや、情報読み取りを容易にすることができる。更に、計算機ホログラムをキノフォーム型にすることにより、再生される情報の明るさを最大にすることができ、情報読み取りの誤差を少なくできると共に、偽造目的で光学的に複製することを極めて困難にできる。
【００２５】
また、セル毎に、計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量の差を変調することにより、セルの回折効率を変化させていることを特徴としている。位相変調量の変化は、計算機ホログラムを二次元的な複素振幅変調パターンと見なした際に、計算機ホログラム上の各点毎に複素振幅の位相項のみを変調すればよいため、計算が簡便であり、作製も容易である。特に、表面レリーフ型の計算機ホログラムの場合、位相変調量はレリーフの深さに対応するものであり、深さをセル毎に変調するだけで本発明の表示体が簡便に実現できる。
【００２６】
一方、セル内の計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部の割合を１：１を最大回折効率に対応させ、セル毎にこの割合を変化させて回折効率を変化させていることを特徴としている。これにより、位相変調量は一定に保ったままでも、本発明の表示体が実現できる。仮に、表示体毎に位相変調量にばらつきがあるような場合でも、それぞれの表示体において正しい階調画像を得ることができる。従って、位相変調量に細心の注意を払わずに、簡便に、安定した階調画像表現を実現した表示体を作製できる。
【００２７】
なお、本発明においては、計算機ホログラムパターンにおける振幅変調量あるいは位相変調量が計算機ホログラムパターンの中で中心値以上の部分を画線部と呼び、それ以下の部分を非画線部と呼ぶ。
【００２８】
ここで、セル毎に、バイナリホログラムであることを特徴としている。この場合、計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部とが振幅変調量及び／あるいは位相変調量において各々一状態しかないため、計算が簡略化でき、また作製も容易となる。特に、高解像度を有する電子線描画装置などが計算機ホログラムの作製には向いているが、これらの装置の多くは二値の二次元パターンの描画に適しており、バイナリホログラムは好適である。
【００２９】
一方、セル毎に、計算機ホログラムにおける局所的なパターンの振幅変調量及び／あるいは位相変調量が連続的な値を有し、振幅変調量あるいは位相変調量の中心値により画線部と非画線部が分けられることを特徴としている。このような計算機ホログラム（キノフォームなどを含む）は、パターンの振幅変調量及び／あるいは位相変調量を適切に設計することにより、回折効率の最適化、最大化などが可能となる。
【００３０】
また、情報が平面上に配置された複数の情報記録単位の集まりで表現されていることを特徴としている。平面状に配置した情報は情報面からホログラム面への波面伝搬の計算が簡略化でき、非常に簡便に作製することが出来る。更に、再生時にも平面上に情報が再生されるため、容易に正確な読み取りが可能となる。
【００３１】
ここで、計算機ホログラムとしては、複数の情報記録単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をフーリエ変換して物体光として記録したフーリエ変換型ホログラムであることを特徴としている。フーリエ変換型ホログラムをセルとして用いる場合、計算機上では高速フーリエ変換アルゴリズムによる波面伝搬の計算が行え、非常に容易にホログラムが作製できる。再生時には、再生情報は無限遠に投影されるので、任意の距離にスクリーンを置けば、距離に応じた大きさの再生情報を得ることができる。また、レンズを用いて再生光のフーリエ変換像をスクリーン等に結像しても情報が再生できる。
【００３２】
なお、フーリエ変換型ホログラムをセルとして用いて表現された階調画像を通常観察条件下で目視観察する際には、情報が照明光の波長分布によりぼけることと、情報がフーリエ変換されていることにより、情報の内容を認識することは極めて困難であり、隠蔽性が高められる。
【００３３】
また、計算機ホログラムが、複数の情報記録単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をホログラム面から有限距離離して配置した物体光として設定することにより得られたフレネルホログラムであることを特徴としている。
【００３４】
フレネルホログラムをセルとして用いる場合、計算機ホログラムの計算時における情報の配置位置にスクリーンを置くことにより、結像した再生情報をはっきりと観察することができる。すなわち、情報の配置位置を知っている者のみが正確な情報を読み取ることができ、セキュリティ性の高い情報記録が実現できる。
なお、フレネルホログラムをセルとして用いて表現された階調画像を通常観察条件下で目視観察する際には、情報の配置位置以外では正確な情報が再生されないことに加えて、情報が照明光の波長分布によりぼける効果が大きく、情報の内容を認識することは不可能である。
【００３５】
また、少なくとも１ｍｍφの領域内にある複数のセルに同一の情報を記録することを特徴としている。これにより、情報再生のために本発明の表示体を照明する光の入射位置が若干変化しても、安定した情報再生が可能となる。また、通常のレーザービームは１ｍｍφ前後のビーム径を持つので、これをそのまま照明光として利用しても、ビームの入射領域が同一の情報を再生するセルであるため、複数のセルからの情報が同時に再生されてもノイズの少ない、正確な情報が再生される。多くのセルから同一の情報を再生することは、再生された情報の明るさを向上させる効果もある。
【００３６】
更に、表示体上の複数の領域においてそれぞれ異なる情報を記録することを特徴としている。複数の領域からそれぞれ異なる情報が再生できるため、情報量を増やすことが出来ると共に、複数の情報を真偽判定に利用することにより偽造防止効果を一層高めることが出来る。
あるいは、セル毎にそれぞれ別の情報が記録されていることを特徴としている。これにより、非常に多くの情報量を記録／再生することができる。特に、セルが十分に小さければ、単位面積当たりにより多くの情報を記録でき、また、レーザー光源から発した通常のレーザービームをそのまま用いた照明では複数のセルを同時に照明してしまうことを利用して、適切なビーム以外では正確な情報を再生できなくすることができ、情報隠蔽効果を高めることができる。
【００３７】
または、一方向に並んだ複数のセルには同一の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異なる情報が記録された複数種類のセルが配置されていることを特徴としている。これにより、同一の情報が記録されたセル方向に対する情報再生時の照明光の入射位置の許容度が大きくなり、一方それと直交する方向においては情報記録密度を大きくできる。従って、レーザービーム等を直交方向に走査するなどして、容易に大量の情報を再生できると共に、走査方向と直交する方向におけるビーム等の入射位置精度の要求を低くすることができ、安定した多くの情報の再生が簡便に行える。また、走査によって再生された複数の情報の組み合わせによってはじめて正しい情報が読み取れるようにすることにより、偽造防止効果や情報隠蔽性を更に高めることができる。
【００３８】
このとき、セルの大きさが３００μｍ以下であることを特徴としている。セルの大きさを３００μｍ以下とすると、それを画素として階調画像を表現した際に、画素構造を判別しにくくでき、十分な解像度の画像を表示できる。また、観察者が顔を近づけて見ることを想定した場合、セルの大きさは１００μｍ以下が望ましい。１００μｍ以下であれば、視力１．０の観察者が３０ｃｍ程度離れて観察する場合でもセル構造は判別しにくくなり、実際的なほとんどの観察条件下において高品位な画像として観察することができるようになる。
また、セルサイズを３００μｍ以下、望ましくは１００μｍ以下にすることにより、情報量の増大、情報再生の安定性向上（照明光の入射する領域はセルサイズ以上が望ましいため）などのメリットがある。
【００３９】
また、セルに記録された情報が画像であることを特徴としている。これにより、情報をスクリーンに投影するなどして肉眼で観察して、容易に真偽判定が行える。また、セルを画素として表現した階調画像と、情報であるところの画像を比較することにより、誰にでも容易な真偽判定が実現できる（例えば、両者の画像を同一の絵柄にする、同一の意味を持つ別の画像にする等）。
【００４０】
以下、本発明の具体的な実施例を、図を参照しながら詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本発明の表示体の概要を示す図である。
本発明の表示体上に、セルを画素として階調を持った文字や画像が表示されている。各セルは計算機ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ； ＣＧＨ）であり、肉眼で観察される画像の階調が計算機ホログラムの回折効率の変化により表現されている。すなわち、計算機ホログラムからの回折光（主として１次回折光）の強度変化が階調に対応（比例、もしくは反比例）している。ここで、回折効率と階調とを反比例させる場合、厳密には０次以外の全ての回折効率の和と階調とが反比例することが望ましいが、一般的には１次回折効率が他の次数の回折効率よりもずっと大きいため、１次回折効率と階調とが反比例する条件で十分実用的である。
【００４２】
通常の照明条件下では、白色光で本発明の表示体が照明され、階調画像は記録した情報に依存して若干虹色を呈して見える場合と、白っぽく見える場合がある。記録された情報が空間的に狭い領域（計算機ホログラムからの射出角度範囲において）に対応している場合に前者のように見え、空間的に比較的広い領域に対応している場合に後者のように見える。このように、回折効率の変化で階調画像を表現する際には、計算機ホログラム中に記録した情報の空間的な分布によって目視観察時の色が変化するが、表示体上の各セルにおいて情報の空間的な分布領域をほぼ同様にして情報を記録しておけば、目視観察時に表示体が呈する色は均一にできる。
一方、情報の空間的な分布範囲をセル毎に適宜設計して、目視観察時の各セルにおける観察色を設定することができ、階調を伴ったカラー画像の表示も可能である。
【００４３】
本発明の表示体では、計算機ホログラムに記録された情報と、計算機ホログラムのセルを画素として表示される画像は独立にでき、それぞれを任意にデザインすることができる。通常の観察条件において肉眼で観察できるのは、セルを画素として表現された文字や画像だけであり、計算機ホログラム中に記録されたパターンは観察できない。セル毎の回折効率の変化は、情報再生の際に各セルから再生される情報の明暗に帰結するが、情報の内容には関与しない。
【００４４】
また、本発明の表示体を構成するセルは、表面レリーフ型計算機ホログラムであってもよく、エンボス技術等による安価な量産に適した形態とすることができる。
【００４５】
図２は、本発明の表示体からの情報再生を説明する図である。
図１の本発明の表示体にレーザービームなどを照明光として入射すると、各セルからの計算機ホログラムの回折光として情報が再生される。
このとき、本発明の表示体上である程度以上の領域に、同一の情報を記録した計算機ホログラムのセルを複数配置して置けば、照明光の入射位置の変動に対する許容量ができ、再生が容易に確実に行える。
また、一度に再生される情報が１種類であれば、Ｓ／Ｎの高い、クリアな情報が再生できる。ここで、通常のレーザービームは１ｍｍφ程度以上であることから、同一の情報を記録した領域の大きさは１ｍｍφ以上が望ましい。
【００４６】
図３は、本発明の表示体上の別の位置からの情報再生を説明する図である。
図１の本発明の表示体に、図２とは別の領域にレーザービームなどを照明光として入射した例である。特に、図２とは異なる階調の部分にレーザービームが入射している様子を示している。この場合も、各セルの計算機ホログラムからの回折光として図２と同一の情報が再生されるが、上述とは情報全体の明るさが異なる。しかし、再生情報内での明るさの空間的な分布は上の場合の再生結果に比例し、従って正確な情報再生が行える。このようにして、表示体上の比較的広い領域のセルを同一内容の情報を記録したセルとすることにより、誰にでも容易な情報再生が行える。
一方、場所による再生された情報の濃淡を検出して、真贋判定をより正確に行うことも可能である。
【００４７】
図４は、本発明の表示体からの別の情報再生を説明する図である。
図１の本発明の表示体に、図２、３とは別の領域にレーザービームなどを照明光として入射した例である。ただし、図３とは異なり、図２で照明した領域とは異なる情報を記録している例を示している。このように、領域毎に記録する情報を変えておくことにより、多くの情報が記録できる。多くの情報の記録・再生は、偽造防止や真贋判定において一層効果的である。
最も情報を多くするためには、セル毎に異なる情報を記録すればよい。また、１セルに記録する情報を多くすることも、情報量増加には効果的である。
なお、図４では、再生された情報も階調画像である例を示している。
【００４８】
図５〜７は、表面レリーフ型計算機ホログラムの場合の本発明の表示体における階調表現例を示している図である。
この例では、計算機ホログラムの断面形状が正弦波に近い場合を図示している。図では、計算機ホログラムの凹凸を濃淡で示した各図（ａ）と局所断面拡大図（ｂ）を左右に配置して示している。なお、断面形状の各図（ｂ）における深さＤの半分に相当する部分に破線を入れているが、破線の上に形状がある部分を画線部、破線の下を非画線部としている。
【００４９】
このとき、図５は、階調が最も明るい部分、すなわち表示輝度＝１００％に対応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示している。すなわち、この計算機ホログラムの画線部と非画線部の幅の割合はおよそ１：１であり、断面形状における深さＤも回折効率が最大となるようにしている。一方、図６及び図７は、階調がやや暗い部分、すなわち表示輝度＜１００％に対応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示しているが、図６が深さＤを図５の場合から変調して回折効率を減少させているのに対し、図７では画線部と非画線部の幅のバランスを図５の場合から変調して回折効率を減少させている。
【００５０】
従って、何れの方法でも階調表現が可能である。ただし、図６の方法では、図６（ａ）における画線部のパターンを変更せずに濃淡（深さ）の変更のみによって適当な回折効率の計算機ホログラムができるため、記録情報が同一である領域のセルについては多段階の階調表現時にも計算機ホログラムのパターンは計算し直す必要がなく、作製が簡便になる。
【００５１】
一方、図７の方法では、表現する階調に依らず、深さは常に一定と出来るため、深さを制御することが困難な描画装置（例えば一般的な電子線描画装置）を用いても正確な階調表現が可能となる。また、図７の方法で作製した本発明の表示体は、作製時に深さの誤差があっても、全体的な明るさは変化するものの、階調は正しく表現できる。
【００５２】
図８〜１０は、表面レリーフ型バイナリ計算機ホログラムの場合の本発明の表示体における階調表現例を示している図である。
本発明の表示体において、セルを構成する計算機ホログラムが表面レリ−フ型であり、かつバイナリホログラムである場合の階調表現の例を図８〜１０に示している。
【００５３】
バイナリホログラムの場合、計算機ホログラムの断面形状が矩形となり、計算機ホログラムの計算時及び作製時のデータ量の減少、作製装置に二値パターンの描画機能を持つ様々な装置が適用可能であるというメリットがある。
図では、計算機ホログラムの凹凸を濃淡で示した各図（ａ）と局所断面拡大図（ｂ）を左右に配置して示している。なお、断面形状の各図（ｂ）における深さＤの半分に相当する部分に破線を入れているが、破線の上に形状がある部分を画線部、破線の下を非画線部としている。
【００５４】
このとき、図８は、階調が最も明るい部分、すなわち表示輝度＝１００％に対応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示している。すなわち、この計算機ホログラムの画線部と非画線部の幅の割合はおよそ１：１であり、断面形状における深さＤも回折効率が最大となるようにしている。
【００５５】
一方、図９及び図１０は、階調がやや暗い部分、すなわち表示輝度＜１００％に対応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示しているが、図９が深さＤを図８の場合から変調して回折効率を減少させているのに対し、図１０では画線部と非画線部の幅のバランスを図８の場合から変調して回折効率を減少させている。従って、何れの方法でも階調表現が可能である。
【００５６】
ただし、図９の方法では、図９（ａ）における画線部のパターンを変更せずに濃淡（深さ）の変更のみによって適当な回折効率の計算機ホログラムができるため、記録情報が同一である領域のセルについては多段階の階調表現時にも計算機ホログラムのパターンは計算し直す必要がなく、作製が簡便になる。一方、図１０の方法では、表現する階調に依らず、深さは常に一定と出来るため、深さを制御することが困難な描画装置（例えば一般的な電子線描画装置）を用いても正確な階調表現が可能となる。
【００５７】
また、図１０の方法で作製した本発明の表示体は、作製時に深さの誤差があっても、全体的な明るさは変化するものの、階調は正しく表現できる。
【００５８】
以上、本発明の表示体の代表例について説明したがこれに限らず、以下のようにしてもよい。
・ 表面レリーフ型の計算機ホログラムについて、凸部を画線部、凹部を非画線部としたが、画線部と非画線部は入れ替えてもよい。
・ 表面レリーフ型の計算機ホログラムの断面形状は、正弦波状や矩形に限らず、計算機ホログラムの機能を実現するものならば、どのような断面形状としてもよい。
・表面レリーフ型の計算機ホログラムに限らず、セルからの回折効率を変化させることができれば、振幅変調型計算機ホログラムも含め、どのような形態の計算機ホログラムでも良い。
・ 輝度を暗くする場合に画線部の幅を太くする例について示したが、非画線部の幅を太くしても同様の効果がある。
・ 本発明の表示体のセルを構成する計算機ホログラムは透過型でも反射型でもよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、上述したように、セルを画素として複数配置し、各セルの回折効率に比例、反比例して画素の輝度を変調することで階調画像を表示できる。また、階調画像とは独立したセルに記録された情報を隠蔽することができることで偽造・改竄行為を目的とした光学的な複製が困難となる。
【００６０】
また、セル毎に、計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量の差を変調することにより、セルの回折効率を変化させている。位相変調量の変化は、計算機ホログラムを二次元的な複素振幅変調パターンと見なした際に、計算機ホログラム上の各点毎に複素振幅の位相項のみを変調すればよいため、計算が簡便であり、作製も容易である。特に、表面レリーフ型の計算機ホログラムの場合、位相変調量はレリーフの深さに対応するものであり、深さをセル毎に変調するだけで本発明のホログラム表示体が簡便に実現できる。
【００６１】
また、少なくとも１ｍｍφの領域内にある複数のセルに同一の情報を記録することにより、情報再生のために本発明の表示体を照明する光の入射位置が若干変化しても、安定した情報再生が可能となる。また、通常のレーザービームは１ｍｍφ前後のビーム径を持つので、これをそのまま照明光として利用しても、ビームの入射領域が同一の情報を再生するセルであるため、複数のセルからの情報が同時に再生されてもノイズの少ない、正確な情報が再生される。多くのセルから同一の情報を再生することは、再生された情報の明るさを向上させる効果もある。
【００６２】
更に、表示体上の複数の領域においてそれぞれ異なる情報を記録する場合には、複数の領域からそれぞれ異なる情報が再生できるため、情報量を増やすことが出来ると共に、複数の情報を真偽判定に利用することにより偽造防止効果を一層高めることが出来る。
【００６３】
また、セル毎にそれぞれ別の情報が記録されている場合には、非常に多くの情報量を記録／再生することができる。特に、セルが十分に小さければ、単位面積当たりにより多くの情報を記録でき、情報記録密度を高めることができる。
【００６４】
また、一方向に並んだ複数のセルには同一の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異なる情報が記録された複数種類のセルが配置されている場合には、同一の情報が記録されたセル方向に対する情報再生時の照明光の入射位置の許容度が大きくなり、一方それと直交する方向においては情報記録密度を大きくできる。従って、レーザービーム等を直交方向に走査するなどして、容易に大量の情報を再生できると共に、走査方向と直交する方向におけるビーム等の入射位置精度の要求を低くすることができ、安定した多くの情報の再生が簡便に行える。また、走査によって再生された複数の情報の組み合わせによってはじめて正しい情報が読み取れるようにすることにより、偽造防止効果や情報隠蔽性を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の表示媒体の概要を説明する模式図である。
【図２】 本発明の表示体からの情報再生を説明する図である。
【図３】 本発明の表示体上の別の位置からの情報再生を説明する図である。
【図４】 本発明の表示体上からの別の情報再生を説明する図である。
【図５】 階調が最も明るい部分（輝度表示＝１００％）に対応したセルの１例であり、（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図６】 凹凸の深さによる輝度減少に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図７】 凹凸の線の比による輝度減少に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図８】 本発明のバイナリーホログラムの場合であって、階調が最も明るい部分（輝度表示＝１００％）に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図９】 本発明のバイナリーホログラムの場合であって、凹凸の深さによる輝度減少に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
【図１０】 本発明のバイナリーホログラムの場合であって、凹凸の線の比による輝度減少に対応したセルの１例であり、
（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、である。
Claims (15)
- セルを画素として複数配置して画像を表示する表示体において、
前記セルが予め設定した、文字、数字、写真、図形、バーコードのいずれかを含む情報を物体光として記録した点型計算機ホログラムから成り、
各セルの回折効率により前記画像上の画素の輝度を変化させることによって階調画像を表示していることを特徴とする表示体。 - 前記セルの回折効率と、前記画像上の画素の輝度とが比例していることを特徴とする請求項１に記載の表示体。
- 前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量の差を変調することにより、前記回折効率を変化させていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記セル内の計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部の幅の割合が１：１の場合を最大回折効率とし、前記セル毎に前記割合を変化させて回折効率を変化させていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部とがその内部領域の振幅変調量及び／あるいは位相変調量において各々一状態を取るバイナリホログラムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記セル毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターンの振幅変調量及び／あるいは位相変調量が連続的な値を有し、前記振幅変調量あるいは位相変調量の中心値により画線部と非画線部が分けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記情報が、平面上に配置された複数の情報単位の集まりで表現されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記計算機ホログラムが、前記複数の情報単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をフーリエ変換して物体光とすることにより得られるフーリエ変換型ホログラムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記計算機ホログラムが、前記複数の情報単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をホログラム面から有限距離離して配置した位置での物体光として設定することにより得られたフレネルホログラムであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の表示体。
- 少なくとも１ｍｍφの領域内にある複数の前記セルに同一の情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示体。
- 表示体上の複数の領域において、それぞれ異なる情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記セル毎にそれぞれ別の情報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の表示体。
- 一方向に並んだ複数の前記セルには同一の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異なる情報が記録された複数種類の前記セルが配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記セルの大きさが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の表示体。
- 前記セルに記録された情報が画像であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の表示体。
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0792312A (ja) * | 1993-09-27 | 1995-04-07 | Toppan Printing Co Ltd | 回折格子パターンを有するディスプレイ |
| JPH09113843A (ja) * | 1995-10-20 | 1997-05-02 | Dainippon Printing Co Ltd | 回折格子記録媒体の表示態様提示装置 |
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