JP7263702B2 - Optical modulator and information recording medium - Google Patents
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Description
本発明は、光を回折することで像を再生する光変調素子、および、そのような光変調素子を有する情報記録媒体に関する。 The present invention relates to an optical modulation element that reproduces an image by diffracting light, and an information recording medium having such an optical modulation element.
原画像を再生可能なホログラム等の光変調素子として、様々なタイプの光変調素子が提案されている。例えば特許文献1乃至3は、凹凸パターンを有する位相変調型の光変調素子であって、光を回折して光像を再生する光変調素子を開示する。
Various types of light modulation elements have been proposed as light modulation elements such as holograms capable of reproducing an original image. For example,
ところで、光変調素子の意匠性を向上させ、あるいは、光変調素子の偽造を困難にし、または真贋判定を容易にするため、次のような特性を有する光変調素子の実現が望まれる。すなわち、光変調素子を通常の観察位置から観察した場合には意図した光像が観察されず、通常の観察位置とは異なる観察位置から観察した場合には意図した光像が観察される、という特性である。 By the way, in order to improve the design of the light modulation element, to make the counterfeiting of the light modulation element difficult, or to facilitate the authenticity determination, it is desired to realize the light modulation element having the following characteristics. That is, the intended optical image is not observed when the light modulation element is observed from the normal observation position, but the intended optical image is observed when the optical modulation element is observed from an observation position different from the normal observation position. It is a characteristic.
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、通常の観察位置から観察した場合には意図した光像が観察されず、通常の観察位置とは異なる観察位置から観察した場合には意図した光像が観察される光変調素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and when observed from a normal observation position, the intended optical image is not observed, and when observed from an observation position different from the normal observation position, the intended optical image is not observed. An object of the present invention is to provide an optical modulation element with which an optical image can be observed.
本実施形態による光変調素子は、
点光源からの光を回折することで像を再生する要素素子を備え、
前記要素素子は、前記要素素子が設けられた再生領域を見込む角度範囲内に前記点光源が観察される位置以外の位置から、前記再生領域を見込む角度範囲内に観察される第1像を再生する。
The optical modulation element according to this embodiment is
Equipped with an element element that reproduces an image by diffracting light from a point light source,
The element element reproduces a first image observed within the angle range of viewing the reproduction area from a position other than the position where the point light source is observed within the angle range of viewing the reproduction area provided with the element element. do.
上述の光変調素子は、前記再生領域を見込む角度範囲内に前記点光源が観察される位置から、前記再生領域を見込む角度範囲内に前記点光源とともに観察される第2像を更に再生してもよい。 The above-described light modulation element further reproduces a second image observed together with the point light source within the angular range of viewing the reproduction area from a position where the point light source is observed within the angle range of viewing the reproduction area. good too.
この場合、上述の光変調素子は、当該光変調素子の観察方向を表示する観察方向表示手段を更に備えてもよい。この場合、前記観察方向表示手段は、前記第1像を観察することができる観察方向を表示してもよい。 In this case, the light modulation element described above may further include viewing direction display means for displaying the viewing direction of the light modulation element. In this case, the observation direction display means may display the observation direction in which the first image can be observed.
また、前記要素素子は、計算機合成ホログラムを含み、
前記計算機合成ホログラムの作製時における前記第1像の原画像は、前記点光源が観察される位置以外の位置から前記再生領域を観察した場合に観察される前記第1像を、前記点光源が観察される位置以外の位置から前記再生領域を観察する方向に沿った方向に縮小した像となっていてもよい。
Further, the element element includes a computer-generated hologram,
The original image of the first image at the time of producing the computer-generated hologram is the first image observed when the reproduction area is observed from a position other than the position where the point light source is observed. The image may be reduced in a direction along the direction of observing the reproduction area from a position other than the observed position.
また、上述の光変調素子には、前記要素素子の一方の側に、開口部を有する遮光層が設けられ、
前記遮光層から前記要素素子に向かう側に見て、前記再生領域は、前記開口部によって区画されていてもよい。
Further, the above light modulation element is provided with a light shielding layer having an opening on one side of the element element,
When viewed from the light shielding layer toward the element element, the reproduction region may be partitioned by the opening.
あるいは、本実施の形態による情報表示媒体は、上述の光変調素子を備えている。この場合、情報記録媒体は、個人情報が記録された、ID証やパスポート(旅券)、クレジットカード等であってもよい。ID証は、例えば国民ID証、免許証、会員証、社員証および学生証などであってよい。また、本実施形態による情報記録媒体は、個人情報以外の情報が記録されたものであってもよい。例えば、紙幣や金券、商品券、その他のチケット、公的文書や機密情報などの各種の情報を記録したその他の媒体、および金銭的価値のある他の媒体等であってもよい。 Alternatively, the information display medium according to the present embodiment includes the light modulation element described above. In this case, the information recording medium may be an ID card, a passport (passport), a credit card, or the like on which personal information is recorded. The ID card may be, for example, a national ID card, a driver's license, a membership card, an employee card, a student card, or the like. Further, the information recording medium according to the present embodiment may record information other than personal information. For example, banknotes, cash vouchers, gift certificates, other tickets, other media recording various types of information such as official documents and confidential information, and other media with monetary value may be used.
本発明によれば、通常の観察位置から観察した場合には意図した光像が観察されず、通常の観察位置とは異なる観察位置から観察した場合には意図した光像が観察される光変調素子を提供することができる。また、そのような光変調素子を備えた情報記録媒体を提供することができる。 According to the present invention, the intended optical image is not observed when observed from a normal observation position, and the intended optical image is observed when observed from an observation position different from the normal observation position. element can be provided. Also, an information recording medium having such an optical modulation element can be provided.
以下、本発明の実施形態に係る光変調素子について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 An optical modulation element according to an embodiment of the present invention will be described below. In the drawings attached to this specification, for the convenience of illustration and ease of understanding, the scale and the ratio of vertical and horizontal dimensions are changed and exaggerated from those of the real thing.
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や、長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。 In addition, terms such as "parallel", "perpendicular", "identical", length and angle values, etc. that specify shapes and geometric conditions and their degrees used in this specification are strictly It is interpreted to include the extent to which similar functions can be expected without being bound by any particular meaning.
図1に、本実施形態の光変調素子の断面が示されている。また、図2および図3には、それぞれ、図1に示す光変調素子の平面図および斜視図が示されている。図1は、図2に示す光変調素子のI-I線に沿った断面を示す。また、図2および図3は、それぞれ、点光源からの光が入射された光変調素子であって、通常の観察位置から見た光変調素子と、通常の観察位置とは異なる観察位置から見た光変調素子と、を示している。 FIG. 1 shows a cross section of the optical modulation element of this embodiment. 2 and 3 respectively show a plan view and a perspective view of the light modulation element shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the light modulation element shown in FIG. 2 along line II. 2 and 3 show, respectively, the light modulation element to which the light from the point light source is incident, the light modulation element viewed from a normal observation position, and the light modulation element viewed from an observation position different from the normal observation position. and a light modulation element.
図1に示すように、本実施形態における光変調素子は、点光源からの光を回折することで像を再生する。そして、図2および図3から理解されるように、光変調素子を通常の観察位置から観察した場合には意図した光像が観察されず、通常の観察位置とは異なる観察位置から観察した場合に意図した光像が観察されるようにするための工夫がなされている。このような光変調素子は、観察者の観察位置によって光変調素子の外観に変化をもたらすことができ、光変調素子の意匠性を向上させることができる。また、通常の観察位置から観察した場合には意図した像が観察されない光変調素子は、偽造が困難である。また、そもそも、通常の観察位置からは観察されない像は気づかれにくい。したがって、例えば情報表示媒体にこのような光変調素子が設けられていれば、上記意図した像を情報表示媒体の真贋判定に用いることができる。 As shown in FIG. 1, the light modulation element in this embodiment reproduces an image by diffracting light from a point light source. As can be understood from FIGS. 2 and 3, when the light modulation element is observed from the normal observation position, the intended optical image is not observed, and when it is observed from the observation position different from the normal observation position. It is devised so that the intended optical image can be observed. Such a light modulating element can change the appearance of the light modulating element depending on the observation position of the observer, and can improve the design of the light modulating element. In addition, it is difficult to forge an optical modulation element that does not provide an intended image when viewed from a normal viewing position. Also, in the first place, an image that cannot be observed from a normal viewing position is difficult to notice. Therefore, if the information display medium is provided with such a light modulation element, the intended image can be used for authentication of the information display medium.
なお、以下の実施形態の光変調素子は、入射される光(入射光)の位相を変調して光像を再生する位相変調型のホログラム構造体を有するホログラム保持体として構成されている。ホログラム構造体は、特にフーリエ変換ホログラムによって構成される要素素子を含む。フーリエ変換ホログラムは、原画像のフーリエ変換像の波面情報を記録することで作製されるホログラムであり、いわゆるフーリエ変換レンズとして機能する。特に位相変調型のフーリエ変換ホログラムは、フーリエ変換像の位相情報を多値化して深さとして媒体に記録することで作製される凹凸面を有するホログラムであり、媒体の光路長差に基づく回折現象を利用して入射した光から原画像の光像を再生する。このフーリエ変換ホログラムは、例えば、所望の光像(すなわち原画像)を精度良く再生できる一方で、比較的簡単に作製することができる点で有利である。こうした位相変調型の光変調素子はキノフォームとも言われる。なお、このようなホログラムは、予定した入射光の波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計することが可能である。このようにして得られたホログラムは、計算機合成ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)とも呼ばれる。ただし、本発明を適用可能な光変調素子の要素素子は、フーリエ変換ホログラムには限定されず、他の方法で光像を再生するホログラムや他の構造を有する光変調素子に対しても本発明を適用することが可能である。 The light modulation element of the following embodiments is configured as a hologram holder having a phase modulation type hologram structure that modulates the phase of incident light (incident light) to reproduce an optical image. The hologram structure includes elementary elements which are constituted in particular by Fourier transform holograms. A Fourier transform hologram is a hologram produced by recording wavefront information of a Fourier transform image of an original image, and functions as a so-called Fourier transform lens. In particular, the phase modulation type Fourier transform hologram is a hologram with an uneven surface that is produced by recording the phase information of the Fourier transform image into multiple values and recording it as depth on the medium. is used to reproduce a light image of the original image from the incident light. This Fourier transform hologram, for example, is advantageous in that it can reproduce a desired optical image (that is, the original image) with high precision and that it can be produced relatively easily. Such a phase modulation type optical modulation element is also called a kinoform. It should be noted that such a hologram can be designed using a computer based on the wavelength and direction of incidence of incident light and the shape and position of an image to be reproduced. A hologram obtained in this way is also called a computer generated hologram (CGH). However, the element elements of the light modulation element to which the present invention can be applied are not limited to Fourier transform holograms, and the present invention can be applied to light modulation elements having other structures such as holograms that reproduce optical images by other methods. can be applied.
以下の説明では、ホログラム構造体に入射させる光(入射光)として様々な波長を含む白色光を例として挙げているが、入射光は必ずしも白色光である必要はない。すなわち、ホログラム構造体によって再生される光像の色に対応する波長の光が含まれていれば、再生光に含まれる波長は特に限定されない。また以下の説明では、特に断りがない限り、ホログラム構造体に対する入射光の入射角度が0°(すなわちホログラム構造体の入射面の法線方向に沿った角度)の場合を想定している。また本明細書において示される屈折率の具体的な値は、特に断りがない限り、波長589.3nmの光を基準としている。また以下の説明では、ホログラム構造体11に関して示される屈折率や凹凸面の特性値は、特に断りがない限り、屈折率が1.0の空気環境下においてホログラム構造体11が使用される場合を想定して導き出された値である。また、光変調素子は、光変調素子から20cm程度離れた位置から観察されるものとする。
In the following description, white light containing various wavelengths is taken as an example of light (incident light) to be incident on the hologram structure, but the incident light does not necessarily have to be white light. That is, the wavelength included in the reconstructed light is not particularly limited as long as the reconstructed light contains light of a wavelength corresponding to the color of the optical image reconstructed by the hologram structure. Further, in the following description, unless otherwise specified, it is assumed that the incident angle of the incident light with respect to the hologram structure is 0° (that is, the angle along the normal direction of the incident surface of the hologram structure). Further, the specific values of the refractive index shown in this specification are based on light with a wavelength of 589.3 nm unless otherwise specified. In the following description, unless otherwise specified, the refractive index and the characteristic values of the uneven surface shown for the
以下、図1乃至図16を参照して、本実施の形態の光変調素子について、さらに詳細に説明する。 Hereinafter, the light modulation element of this embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 16. FIG.
図1に示すホログラム保持体10は、ホログラム層1と、ホログラム層1の一方の面上に積層された基材4と、ホログラム層1の他方の面上に積層される反射層2と、を備える。このホログラム保持体10の一部には反射型のホログラム構造体11が設けられている。このホログラム構造体11では、ホログラム層1の他方の面が凹凸面1aを形成し、この凹凸面1aを被覆する反射層2も凹凸形状を有する。ホログラム構造体11が有する凹凸面1aは、原画像のフーリエ変換画像に対応した凹凸パターンを有し、フーリエ変換画像の画素毎に対応の凹凸深さを有する。例えば、基材4(例えばPET:ポリエチレンテレフタラート)上にホログラム層1を構成する樹脂(例えばUV硬化樹脂や熱可塑性樹脂)を塗布などで形成し、当該ホログラム層1に対して、UV硬化処理や熱圧処理とともに原版の凹凸面を押し当てる凹凸賦形処理が行われ、その後、当該ホログラム層1の凹凸面1a上に反射層2(例えばAl、ZnS、或いはTiO2など)を形成することにより、図1に示すホログラム保持体10を製造することができる。なお図示は省略するが、反射層2上に、粘着材、接着剤、及び/又はヒートシール層等の他の部材が更に形成されてもよい。
A
このようなホログラム構造体11に対して点光源や平行光源から光が入射すると、凹凸面1aの凹凸パターンに応じた光像(すなわち原画像)が再生される。この種のホログラム構造体11を有する光変調素子は、光像を投影するためのスクリーン等が不要であり、また点光源や平行光源等の特定の光源からの光が入射する場合にとりわけ良好に光像を再生するため、意匠用途、セキュリティ用途、或いはその他の用途に対して利便性良く広範に利用可能である。このような光変調素子によって再生可能な光像は特に限定されず、例えば文字、記号、線画、絵柄、模様(パターン)およびこれらの組み合わせ等を、原画像および再生可能な光像としうる。
When light is incident on the
上述のようにホログラム構造体11とホログラム構造体11を支持する基材4とを備える図に示すホログラム保持体(光変調素子)10は、一例として、パスポート等の情報記録媒体に好適に適用可能である。例えば、ホログラム構造体11によって再生される光像が文字、記号および絵柄のうちの少なくともいずれか1つに基づく情報を表すようにホログラム構造体11を設計することで、ホログラム構造体11を上記情報記録媒体の真贋判定等のセキュリティ用途に好適に用いることができる。
As described above, the hologram holder (optical modulation element) 10 shown in the figure including the
なお、図1およびその他の図において、ホログラム保持体10を基材4の側から見た場合にホログラム構造体11が占める領域が、符号「20」で示されている。以下では、この領域20を、光像の再生に寄与する領域という意味で、「再生領域」と呼ぶ。
In addition, in FIG. 1 and other figures, the area occupied by the
ホログラム構造体11は、図4に示すように観察者50および光源51aがホログラム構造体11に対して同じ側に配置される反射型ホログラム構造体と、図5に示すように観察者50および光源51bがホログラム構造体11を介して相互に異なる側に配置される透過型ホログラム構造体とに分類できる。反射型ホログラム構造体としては、例えば図1に示す反射層2のような入射光を反射するための追加の層が設けられる構造体の他に、追加の反射層を設けずにホログラム層1の凹凸面1aを空気に露出させて、UV硬化樹脂などのホログラム層1と空気との間の屈折率の差を利用して入射光を反射させる構造体がある。一方、透過型ホログラム構造体にはそのような反射層が設けられない。ただし、ホログラム層1に凹凸面1aが形成され、その凹凸面1aの光路長差に起因する回折現象によって所望の光像を再生する点で、反射型ホログラム構造体および透過型ホログラム構造体は共通する。なお凹凸面1aの具体的な凹凸深さについては、透過型ホログラム構造体および反射型ホログラム構造体のそれぞれに関して最適な値が存在する。以下において、反射型ホログラム構造体および透過型ホログラム構造体のいずれか一方についてのみ説明されている内容は、特に断りがない限り、基本的に反射型ホログラム構造体および透過型ホログラム構造体の両方に対して応用が可能である。
The
図6は、ホログラム構造体11の平面構造を示す概念図である。本実施形態のホログラム構造体11は、二次元的に規則的に配置された複数の要素素子(「ホログラムセル」とも呼ばれる)21を含む。各要素素子21は、上述の凹凸面1aを有するとともに、数nm~数mm四方(例えば2mm四方)の平面サイズを有し、再生光の位相を変調して光像を再生する。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the planar structure of the
凹凸面1aは多段形状(すなわち2段以上の段形状)を有し、凹凸面1aの段数は特に限定されない。複数色によって光像を再生する場合、凹凸面1aは3段以上の段数を有することが好ましく、特に4段以上の段数を有する凹凸面1aによれば複雑な構図を持つ原画像を高精細に再生することが可能である。図7および図8は、凹凸面1aの段構造の概略を示す要素素子21の断面図であり、図7は8段タイプの凹凸面1aを示し、図8は4段タイプの凹凸面1aを示す。なお図7および図8には、同じ階段形状が上記段数に応じた間隔で周期的に繰り返されて成る凹凸面1aを有する要素素子21が示されているが、実際の凹凸面1aは再生される光像(すなわち原画像)に応じた段形状を有する。なお、以下では、凹凸面1aの隣り合う頂部の間隔(図7および図8に示す符号「S」参照)を、ピッチと呼ぶ。ピッチSは、各要素素子21の凹凸面1a内で一定ではなくてよく、様々な値を取り得る。
The
凹凸面1aの画素サイズ(フーリエ変換画像の各画素に対応する各面の寸法(図7および図8に示す符合「T」参照))は、光像を精度良く再生する観点からは0.1μm~80.0μmの範囲にあることが好ましく、通常は1μm以上であることが好ましい。
The pixel size of the
図9は、各要素素子21の1次回折光の波長分布と回折効率との関係例を示すグラフである。図9において横軸は波長を示し、縦軸は回折効率を示す。回折効率は、ある方向へ回折する光の放射束を各要素素子21に入射する光の放射束で割った量で表され、ある方向への回折放射束をPで表し、入射放射束をP0で表した場合、回折効率ηは「η=P/P0」で表される無次元数である。各要素素子21は、波長に応じて特有の回折効率を示し、図9に示す例では、580nm付近の波長(図9の符合「H1」参照)を持つ光が1次回折光に関して最大回折効率Dmaxを示す。なお図9は1次回折光の波長分布の一例を示すが、-1次回折光の波長分布も波長に応じた特有の回折効率を示すとともに特定の波長において最大回折効率を示す。
FIG. 9 is a graph showing an example of the relationship between the wavelength distribution of first-order diffracted light and the diffraction efficiency of each
図10は、一般的なホログラム構造体11によって再生される光像100を説明するための概略図である。図11は、本実施形態のホログラム構造体11によって再生される光像100を説明するための概略図である。なお図10および図11の各々において反射型のホログラム構造体11で用いられる光源が符合「51a」で示され、透過型のホログラム構造体11で用いられる光源が符合「51b」で示されている。また以下の説明では、これらの光源51a、51bを符合「51」を使って集合的に表す。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an
一般に、回折現象において、入射光の波長が大きくなるほど、0次回折光以外の回折光の回折角が大きくなる。そのため、可視光波長帯域の全体にわたって同程度の回折効率を有する一般的なホログラム構造体11に対して光源51から白色光が入射した場合、ホログラム構造体11は図10に示すような虹色の光像100を再生する。一方、380nm以上780nm以下となる波長帯域において上述の最大回折効率を有する本実施形態のホログラム構造体11に対し、光源51から白色光が入射した場合、ホログラム構造体11は図11に示すような単色の光像100を再生する。すなわち本実施形態のホログラム構造体11(特に凹凸面1a)は、特定の波長およびその近傍の波長帯域の光に最適化された回折構造を有し、様々な波長を持つ光のうち特定の波長およびその近傍の波長帯域の光を選択的に使って特定色の光像100を再生する。例えば図11のホログラム構造体11は、青系の波長帯域において最大回折効率を示し、青色の光像100を再生する。
Generally, in the diffraction phenomenon, the larger the wavelength of incident light, the larger the diffraction angles of diffracted lights other than the 0th order diffracted light. Therefore, when white light from the light source 51 is incident on a
このように380nm以上且つ780nmよりも小さい波長帯域において回折効率が極大値(とりわけ単一の極大値)を示すホログラム構造体11は、白色光が入射される場合でも単色の光像100を再生することができる。このようにして再生される光像100は、色分散によるボケが殆ど含まれず、鮮明な像となる。また特定色で光像100を再生できるため、観察者50に対して、色に基づく特定の印象を与えることも可能であり、例えば光像100によって表される具体的な概念に通念上合った色で光像100を再生し、観察者50に対して光像100が示す概念を明確に伝えることも可能である。さらに、特定の単色の光像100を再生するようにホログラム構造体11が構成されるため、例えば真贋判定では、判定の基礎として、再生される光像100の「絵柄」だけではなく、当該光像100の「色」を用いることができ、信頼性の高い真贋判定を可能にする。また本実施形態のホログラム構造体11は、特定波長帯域の光を選択的に透過または反射する層を追加する必要がないため、製造コストを低減できるとともに、観察者50がホログラム構造体11を通して周囲を観察しても観察像に違和感がない。
Thus, the
一例として、図12に、ホログラム層1の屈折率が1.5であり、凹凸面1aにおける段数を8段にして、1段当たりの深さ(図7の符合「d」参照)を200nm、および最大深さ(図7の符合「D」参照)を1400nmにした反射型のホログラム構造体11(すなわち反射型の要素素子21)の回折特性を示す。図12において、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は回折効率を示し、0次回折光の波長分布は「W0」で示され、1次回折光の波長分布は「W1」で示され、-1次回折光の波長分布は「W-1」で示されている。
As an example, in FIG. 12, the refractive index of the
図12に示す例では、各要素素子21では、380nm以上780nmよりも小さい波長帯域において、0次回折光の極大値を示す波長が600nmに設定され、1次回折光の極大値を示す波長が533nmに設定され、-1次回折光の極大値を示す波長を685nmに設定されている。
In the example shown in FIG. 12, in each
このような回折特性を有する各要素素子21は、図13に示すように、点光源51に対応する光像(以下、単に「点光源」とも称する)100aと、1次回折光による光像100bと、-1次回折光による光像100cと、を含む光像100を再生する。1次回折光による光像100bは、緑色の像として再生される。また、-1次回折光による光像100cは、赤色の像として再生される。
As shown in FIG. 13, each
また、他の例として、図14に、ホログラム層1の屈折率が1.5であり、凹凸面1aにおける段数を8段にして、1段当たりの深さ(図7の符合「d」参照)を234nm、および最大深さ(図7の符合「D」参照)を1638nmにした反射型のホログラム構造体11(すなわち反射型の要素素子21)の回折特性を示す。図14において、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は回折効率を示し、0次回折光の波長分布は「W0」で示され、1次回折光の波長分布は「W1」で示され、-1次回折光の波長分布は「W-1」で示されている。
As another example, in FIG. 14, the refractive index of the
図14に示す例では、各要素素子21では、0次回折光の極大値を示す波長が702nmに設定され、1次回折光の極大値を示す波長が642nmに設定されるが、-1次回折光の極大値を示す波長は780nmよりも大きい波長(具体的には802nm)に設定されている。
In the example shown in FIG. 14, in each
このような回折特性を有する各要素素子21も、図12に示す回折特性を有する要素素子21と同様に、点光源100aと、1次回折光による光像100bと、-1次回折光による光像100cと、を含む光像100を再生する。ただし、1次回折光による光像100bが視認可能な赤色の光像として再生される一方、-1次回折光による光像100cは、視認可能な光像としては再生されない。なお実際には、可視光波長帯域外の光によって主に構成されるこの光像100cは、可視光波長帯域内の光を多少含むため、観察者50によっては視認できる場合もあるが、そのような場合であっても非常に不鮮明な光像として認識される。
Each of the
白色光を各要素素子21に入射させても特定色で光像を再生することを可能とするため、各要素素子21は、次のように形成されていることが好ましい。すなわち、各要素素子21についての1次回折光の回折効率の波長分布および-1次回折光の回折効率の波長分布における380nm以上780nm以下となる波長帯域での最大回折効率Dmaxが、当該最大回折効率Dmaxを含む回折効率の波長分布において、200nm以下の半値全幅FWHMを持つ極大値を形成するように形成されていることが好ましい。ここでいう半値全幅FWHMとは、回折効率の波長分布において、最大回折効率Dmaxの半分の値(Dmax/2)を持つ位置での波長帯域(波長幅)を示す(図9参照)。
In order to reproduce a light image in a specific color even when white light is incident on each
各要素素子21がこのような回折特性を有することによって、最大回折効率Dmaxに対応する波長およびその近傍の波長の光が、他の波長帯域の光よりも効率良く回折され、再生像に寄与する。そのため、様々な波長の光を含む白色光が各要素素子21に入射した場合であっても、各要素素子21は、最大回折効率Dmaxに対応する波長およびその近傍の波長の光によって、白色以外の色で光像を再生する。したがって、各要素素子21の回折特性(特に1次回折光の波長分布および-1次回折光の波長分布)を調整し、最大回折効率Dmaxに対応する波長を再生像の色に対応させることで、白色光を各要素素子21に入射させても特定色で光像を再生することが可能になる。
Since each
なお各要素素子21の凹凸面1aは、3段階以上の異なる高さを含み、1次回折光の回折効率の波長分布および-1次回折光の回折効率の波長分布における380nm以上780nm以下となる波長帯域に、最大回折効率の半分以上の回折効率となる他の極大値が存在しないことが好ましい。すなわち、各要素素子21の1次回折光の回折効率の波長分布および-1次回折光の回折効率の波長分布における380nm以上780nm以下となる波長帯域での二番目に大きい回折効率(図9の符合「H2」参照)の極大値は、最大回折効率Dmaxの半分未満であることが好ましい。この場合、再生像における色のにじみやラインの太りを効果的に防ぐことができ、光像を高精細に再生できる。
The
ところで、以上のようなホログラム構造体11に光を入射させた場合、点光源100aを中心として光像100が再生される。また、点光源100aは明るく目立つ。このため、観察者50は、再生される光像100を、点光源100aと共に観察するのが通常である。すなわち、通常、観察者50は、ホログラム構造体11を観察する際、単にホログラム構造体11(したがって再生領域20)を見込むことができる位置からホログラム構造体11を観察するだけでなく、ホログラム構造体11(再生領域20)を見込む角度範囲R内に点光源100aが観察される位置(例えば図2に示す位置X0)から観察する。このような観察位置を、以下では「通常の観察位置」とも呼ぶ。
By the way, when light is incident on the
ここで、ホログラム構造体11に対する入射光の入射角度は、通常0°若しくは0°近傍の角度が想定されることが多い。これに対応して、点光源100aと共に光像を観察する観察者50のホログラム構造体11に対する観察角度(通常の観察角度)も、通常0°(すなわちホログラム構造体11の入射面の法線方向に沿った角度)若しくは0°に比較的近い角度となる。一方、観察者50がホログラム構造体11を上記通常の観察位置以外の位置(すなわち、ホログラム構造体11(再生領域20)を見込む角度範囲R内に点光源100aが観察される位置以外の位置(例えば図3に示す位置X1))から観察した場合、そのホログラム構造体11に対する観察角度は、上記通常の観察角度よりも大きくなる。
Here, the incident angle of incident light with respect to the
以上を考慮して、図15に示すように、図示のホログラム保持体10では、ホログラム構造体11(再生領域20)を、通常の観察位置X0からホログラム保持体10を観察した場合には意図した光像である第1像101は観察されないが、通常の観察位置X0以外の観察位置X1から観察した場合には第1像101が観察されるようになっている。更に、図示の例では、通常の観察位置X0からホログラム保持体10を観察した場合には光源100aと共に第2像102が観察され、通常の観察位置X0以外の観察位置X1から観察した場合には第2像102が観察されないようになっている。
In consideration of the above, as shown in FIG. 15, in the illustrated
具体的には、まず、図16に示すように、第1像101の原画像である第1原画像201および第2像102の原画像である第2原画像202を含む原画200を作製する。このとき、通常の観察位置X0から観察した場合に観察される第2像102の原画像である第2原画像202を、この原画200の中央に配置し、通常の観察位置X0から観察した場合には観察されない第1像101の原画像である第1原画像201を、原画200の中央から離れた位置に配置する。原画200の中央に対する第1原画像201の位置は、第1像101を観察する位置として意図された観察位置(例えば図3に示す観察位置X1)からホログラム構造体11を観察した場合の観察角度に基づいて決定される。そして、作製された原画200を元に、計算機合成により、ホログラム構造体11を構成する各要素素子21を作製する。このようにして得られたホログラム構造体11は、図15に示すように、原画200の中央に配置された第2原画像202を再生する光L2よりも、原画200の中央から離れた位置に配置された第1原画像201を再生する光L1を、大きな角度で回折する。しがたって、ホログラム構造体11に点光源等から光を入射させると、第2像102を再生する光L2は、ホログラム構造体11を通常の観察位置X0から観察する観察者50の目に向かう。その一方で、第1像101を再生する光L1は、通常の観察位置X0から観察する観察者50の目に向かわず、通常の観察位置X0から外れた位置(図示の例では観察位置X1)に向かう。
Specifically, first, as shown in FIG. 16, an
なお、原画200の中央から離れた領域にも再生すべき画像が存在すると、この原画200を元に作製される各要素素子21の凹凸面1aのピッチSが、全体として小さくなる。より詳細には、1ピッチ当たりの平均の画素数が減る。このことにより、ホログラム構造体11において第2原画像202を再生する光よりも第1原画像201を再生する光が大きな角度で回折される。
If there is an image to be reproduced in an area distant from the center of the
なお、画素サイズTを小さくすることによっても、凹凸面1aのピッチSを小さくすることができる。したがって、第1原画像201を原画200の中央近傍に配置しても、この原画200を元に作製される凹凸面1aの画素サイズTを小さくしてピッチSを小さくすれば、第1原画像201を再生する光を、通常の観察位置X0から外れた位置に向けることができる。
By reducing the pixel size T, the pitch S of the
上述のように各要素素子21を設計することにより、通常の観察位置X0から観察した場合は第1像101が観察されずに第2像102のみが観察され、通常の観察位置X0とは異なる観察位置X1から観察した場合は第1像101を観察可能なホログラム構造体11を実現することができる。
By designing each
なお、上述のように、第1像101は通常の観察位置X0とは異なる観察位置X1から観察されることが意図されている。この場合、図3および図16から理解されるように、第1像101は、第1原画像201が観察位置X1からホログラム構造体11(再生領域20)を観察する方向に沿った方向DLに引き伸ばされた像、として観察される。したがって、図16に示すように、第1原画像201は、上記観察位置X1からホログラム構造体11(再生領域20)を観察した場合に観察される第1像101として意図された像(図3参照)を、上記方向DLに縮小した像となっている。
Note that, as described above, the
さらに、図示の例では、ホログラム保持体10には、再生領域20の観察方向を表示する観察方向表示手段15が設けられている。図1に示す例では、観察方向表示手段15は、遮光層30に印刷により設けられた矢印のマークであるが、これに限られない。例えばレンチキュラーレンズ等を利用して観察方向を表示するものであってもよい。例えば、観察方向表示手段15は、ホログラム保持体10に印刷層を設け、さらに当該印刷層上にレンチキュラーレンズを配置することによって作製することができる。この場合、印刷層には、レンチキュラーレンズを通して観察すると、観察角度によって異なる印象(色味や絵柄、鮮明さ等)を与えるように設計された画像を印刷する。このような観察方向表示手段15によれば、レンチキュラーレンズを通して上記画像を観察した場合に把握される印象の観察角度による変化によって、特定の観察方向(観察位置)を示すことができる。すなわち、例えば、第1像101を観察可能な観察位置X1から観察方向表示手段15を観察するとレンチキュラーレンズを通して上記画像から特定の印象が把握されるようにすることで、観察方向表示手段15は上記観察位置X1を示すことができる。また、観察方向表示手段15は、以下の方法によっても作製可能である。すなわち、ホログラム保持体10にレーザー発色層を設け、当該レーザー発色層上にレンチキュラーレンズを配置する。そして、上記レーザー発色層に対し、特定の方向からレンチキュラーレンズを通してレーザー光を入射させて、レーザー発色層にレーザーマーキングによる印を施す。このようにして作製された観察方向表示手段15は、レーザー光の入射方向と一致する方向から観察した場合に、上記レーザー発色層に施された印を鮮明に観察することができる。したがって、例えばレーザー光の入射方向と、第1像101を観察可能な観察位置X1から再生領域20を観察する方向と、を一致させることで、観察方向表示手段15を上記観察位置X1から観察すると、レーザー発色層に施された印が最も鮮明に観察されるようになる。すなわち、観察方向表示手段15は、観察方向の変化によるレーザー発色層の印の鮮明度の変化によって、上記観察位置X1を示すことができる。
Furthermore, in the illustrated example, the
また、図1に示す例では、観察方向表示手段15は、第1像101を観察することができる観察方向を表示している。このような観察方向表示手段15により、観察位置が通常の観察位置X0とは異なる観察位置X1となるように、観察者50を誘導することができる。この結果、観察者50は第1像101を見つけることが容易になる。なお、観察者50が第1像101を容易に見つけることを防止したい場合は、観察方向表示手段15は、第2像102を観察することができる観察方向を表示するものであってもよい。この場合、観察方向表示手段15により、観察位置が通常の観察位置X0となるように(したがって観察位置が通常の観察位置X0とは異なる観察位置X1とはならないように)、観察者50を誘導することができる。
In addition, in the example shown in FIG. 1, the observation direction display means 15 displays the observation direction in which the
なお、上述のように、点光源51からの光をホログラム構造体11(再生領域20)に入射させた場合に、点光源100aおよび第2像102以外に第1像101が再生されることにより、点光源100aの光および第2像102を再生する光L2の光量を低減させることができる。また、第1像101を再生する光L1の回折角を大きくすることにより、第1像101を再生する光L1が通常の観察位置X0から観察する観察者50の目に向かうことのないようにしている。これにより、通常の観察位置X0からホログラム構造体11(再生領域20)を観察する観察者50が、点光源100aの光および第2像102を再生する光L2を受けて感じる眩しさを低減させることができる。
As described above, when the light from the point light source 51 is incident on the hologram structure 11 (reproduction region 20), the
[ホログラム構造体11の製造方法]
次に、ホログラム構造体11(特に凹凸面1a)の製造方法の一例について説明する。以下に説明する方法は一例に過ぎず、所望の凹凸面1aを含むホログラム構造体11を適切に製造可能な他の方法を採用することが可能である。また反射型のホログラム構造体11(図4参照)および透過型のホログラム構造体11(図5参照)のいずれに対しても、以下に説明する製造方法は適用可能である。
[Method for producing hologram structure 11]
Next, an example of a method for manufacturing the hologram structure 11 (in particular, the
まず、原画像の2次元画像がコンピュータによって読み込まれる(Step1)。そしてコンピュータは、読み込んだ2次元画像の各画素値を振幅値とするとともに、各画素に対して0から2πの間のランダムな値を位相値として割り当てることにより、2次元複素振幅画像を得る(Step2)。そしてコンピュータは、この2次元複素振幅画像の2次元フーリエ変換を行うことによって、2次元フーリエ変換画像を得る(Step3)。なおコンピュータは、必要に応じて、繰り返しフーリエ変換法や遺伝的アルゴリズムなどの任意の最適化処理を行ってもよい(Step4)。そしてコンピュータは、2次元フーリエ変換画像の各画素の位相値を、複数段階(例えば「0」、「π/2」、「π」および「3π/2」の4段階、或いは「0」、「π/4」、「π/2」、「3π/4」、「π」、「5π/4」、「3π/2」および「7π/4」の8段階)に離散化する(Step5)。 First, a two-dimensional image of an original image is read by a computer (Step 1). Then, the computer obtains a two-dimensional complex amplitude image by setting each pixel value of the read two-dimensional image as an amplitude value and assigning a random value between 0 and 2π to each pixel as a phase value ( Step 2). The computer then obtains a two-dimensional Fourier transform image by performing a two-dimensional Fourier transform on this two-dimensional complex amplitude image (Step 3). Note that the computer may perform arbitrary optimization processing, such as an iterative Fourier transform method or a genetic algorithm, if necessary (Step 4). Then, the computer converts the phase value of each pixel of the two-dimensional Fourier transform image into multiple stages (for example, four stages of "0", "π/2", "π" and "3π/2", or "0", " π/4”, “π/2”, “3π/4”, “π”, “5π/4”, “3π/2” and “7π/4”) (Step 5).
そして、離散化された対応の位相値に応じた深さを各画素が有するように、2次元フーリエ変換画像に対応するホログラム構造体11(特に凹凸面1a)が作製される(Step6)。例えば、上述のStep5において2次元フーリエ変換画像の画素値が4段階に離散化された場合には、Step6において4段階の深さを持つ凹凸面1a(図8参照)がホログラム層1に形成される。凹凸面1aの深さは、実現しようとする回折効率特性だけではなく、様々な他の関連パラメータ(例えばホログラム構造体11(特にホログラム層1)を構成する材料の屈折率)も考慮されてコンピュータにより決定される。例えば青色の光像を再生するための反射型ホログラム構造体11として、凹凸面1aの段数が4段であり、当該凹凸面1aが1段当たり330nmの光路長を持つホログラム構造体11を作製することができる。なお、反射型のホログラム構造体11および透過型のホログラム構造体11はそれぞれ特有の凹凸面1aの深さ構造を有し、例えば同様の回折特性を実現しようとする場合であっても、ホログラム構造体11の凹凸面1aの深さの具体的な値は反射型と透過型との間で異なる。
Then, a hologram structure 11 (in particular, the concave-
ホログラム構造体11の製造装置は特に限定されず、例えば上述のStep1~5を実行するコンピュータによって制御される装置であってもよいし、当該コンピュータとは別個に設けられた装置であってもよい。また必要に応じて、上述のホログラム構造体11(特に凹凸面1a)の構造に対応する母型(すなわちマスター原版)を、フォトリソグラフィ技術に基づく露光装置や電子線描画装置等により作ってもよい(Step7)。例えば、母型に液状の紫外線硬化性樹脂を滴下し、基材フィルム(例えばPETフィルム(ポリエチレンテレフタラートフィルム))と母型とによって挟まれた状態の紫外線硬化性樹脂に対して紫外線を照射して硬化させ、その後、基材フィルムとともに紫外線硬化性樹脂を母型から剥離することによって、所望の凹凸面1aを有するホログラム構造体11を作製できる。他の方法として、例えば、熱可塑性の紫外線硬化性樹脂を用いる方法、熱可塑性樹脂を用いる方法、熱硬化性樹脂を用いる方法、および電離放射線硬化性樹脂を用いる方法が採用されてもよい。このように母型を使うことで、所望の凹凸面1aを有するホログラム構造体11を簡単且つ大量に複製することが可能である。
The apparatus for manufacturing the
反射型のホログラム構造体11の場合、凹凸面1a上に反射層2(例えばAlによって構成される反射層或いはZnSやTiO2によって構成される反射層(高屈折率層))が製造装置によって更に形成されてもよい。ただし、ホログラム層1と空気との間の屈折率の差を利用して再生光を反射させるホログラム構造体11の場合には、反射層2を追加的に設けることなく、ホログラム層1の凹凸面1aを空気に露出させたままでもよい。さらに必要に応じて、接着層等の他の機能層(例えばヒートシール層や隣接層間の密着性を高めるためのプライマー層など)がホログラム層1に対して形成されてもよい。また例えば、ホログラム層1の凹凸面1a上に反射層2を形成する場合、凹凸形状を有する反射層2の表面(ホログラム層1とは反対側の表面)上に接着層を形成し、当該接着層によって反射層2の表面の凹部を埋めるようにしてもよい。
In the case of the
[凹凸面の深さ]
一例として、反射型ホログラム構造体11において、ホログラム層1の屈折率が1.5であり、凹凸面1aの1段当たりの深さ(図7および図8の符合「d」参照)が110nmの場合、凹凸面1aの1段当たりの光路長は330nmとなる。この場合、凹凸面1aが4段の深さ構造を有することによって、ホログラム構造体11は青系の波長帯域において上述の最大回折効率を示し、青色の光像を再生する。
[Depth of uneven surface]
As an example, in the
他の例として、反射型のホログラム構造体11において、ホログラム層1の屈折率が1.5であり、凹凸面1aが8段の深さ構造を有し、1段当たりの深さが130nmの場合、ホログラム構造体11は青色の光像を再生する。また透過型のホログラム構造体11において、ホログラム層1の屈折率が1.5であり、凹凸面1aが4段の深さ構造を有し、1段当たりの深さが660nmの場合、ホログラム構造体11は青色の光像を再生する。また反射型のホログラム構造体11において、ホログラム層1の屈折率が1.5であり、凹凸面1aが8段の深さ構造を有し、1段当たりの深さが230nmの場合、ホログラム構造体11は赤色の光像を再生する。また反射型のホログラム構造体11において、ホログラム層1の屈折率が1.5であり、凹凸面1aが6段の深さ構造を有し、1段当たりの深さが220nmの場合、ホログラム構造体11は緑色の光像を再生する。
As another example, in the
なお上述の透過型のホログラム構造体11によって再生される光像の色(波長帯域)は、屈折率が1.0の空気環境下で使用される場合を想定している。また観察者が上述の反射型ホログラム構造体11によって再生される光像100を観察する場合、ホログラム層1の凹凸面1aが観察者とは反対側に配置され、観察者はホログラム層1を通して凹凸構造(すなわち凹凸面1a)を観察することになる。なお、ホログラム層1の凹凸面1aが観察者と同じ側に配置される場合、観察者が観察するホログラム構造体11からの反射像は、ホログラム層1を通過することなく表面で反射した光によって構成される。例えばカード型のホログラム保持体10の表面に凹凸面1aが形成される場合、ホログラム層1を通過することなく凹凸面1aで反射した光を観察者は観察することになる。このような場合、ホログラム層1の屈折率ではなく、ホログラム層1よりも観察者側の媒体の屈折率、例えば空気の屈折率1.0、に基づいた光路長で、凹凸面1aの1段当たりの深さを設定する必要がある。したがって、ホログラム層1(ホログラム構造体11)の屈折率を空気の屈折率1.0と仮定しつつ、凹凸面1aの構造を設計することで、観察者は所望像を観察することが可能である。具体的には、空気の屈折率を1.0として、凹凸面1aの1段当たりの深さを165nmとした場合、凹凸面1aの1段当たりの光路長は330nmとなる。この場合、凹凸面1aが4段の深さ構造を有することによって、ホログラム構造体11は青系の波長帯域において最大回折効率を示し、青色の光像を再生する。
The color (wavelength band) of the light image reproduced by the transmission
[凹凸面の深さと回折光のピーク波長の関係]
ホログラム構造体11の凹凸面1aの段数をNで表し、凹凸面1aの1段当たりで変調される光路長をlで表し、自然数をmで表した場合、回折光のピーク波長λは、以下の式で表される。
[Relationship between depth of uneven surface and peak wavelength of diffracted light]
When the number of steps of the
λ=N・l/(mN±1) λ=N·l/(mN±1)
上述のように本実施形態のホログラム構造体11は、白色光が入射した場合であっても、単色で光像を再生することができる。これは、例えば、任意の自然数mに対して、ホログラム構造体11の1次回折光および-1次回折光のいずれか一方が、可視光波長帯域の範囲においてピーク波長λを1つのみ有する場合に実現可能である。例えば光路長lが330nmであり、凹凸面1aの段数Nが4である場合、λ=1320/(4m±1)が成り立つ。したがって、m=1に対してはλ=440nmおよび264nm、m=2に対してはλ=188nmおよび146nm、m=3に対してλ=120nmおよび101nmとなる。mが4以上の場合のピーク波長λはさらに小さな値となる。これらのうち可視光波長帯域に含まれるピーク波長λは、m=1の場合のλ=440nmのみである。したがって、凹凸面1aの段数N=4であり、1段当たりの光路長がl=330nmであるホログラム構造体11を用いる場合、440nmの波長およびその近傍の波長の光によって、観察者50が視認可能な単色の光像を再生することができる。
As described above, the
以上のような実施形態によれば、光変調素子10は、点光源51からの光を回折することで像を再生する要素素子21を備えている。要素素子21は、要素素子21が設けられた再生領域20を見込む角度範囲R内に点光源100aが観察される位置X0以外の位置X1から、再生領域20を見込む角度範囲R内に観察される第1像101を再生する。このような光変調素子10は、通常の観察位置X0とは異なる観察位置X1から観察した場合に意図した光像である第1像101が観察されるため、光変調素子10の意匠性を向上させることができる。また、このような光変調素子10は、偽造が困難である。また、そもそも通常の観察位置X0から観察されない第1像101は気づかれにくいので、第1像101を光変調素子10の真贋判定に利用することができる。
According to the embodiment as described above, the
また、上記実施形態による光変調素子10は、再生領域20を見込む角度範囲R内に点光源100aが観察される位置X0から、再生領域20を見込む角度範囲R内に点光源100aとともに観察される第2像102を更に再生する。このような光変調素子10は、通常の観察位置X0から再生領域20を観察した場合に第2像102が観察され、通常の観察位置X0とは異なる観察位置X1から再生領域20を観察した場合に第1像101が観察される。したがって、観察位置を変えることにより、光変調素子10において観察される光像に変化をもたらすことができる。したがって、光変調素子10の意匠性を向上させることができる。あるいは、通常の観察位置X0から再生領域20を観察した場合に光像(第2像102)が観察されるため、第1像101がさらに気づかれにくくなる。さらに、点光源100aおよび第2像102の他に第1像101が再生されることにより、点光源100aの光および第2像102を再生する光L2の光量を低減させることができる。この結果、通常の観察位置X0から再生領域20を観察した場合に、観察者50が点光源100aおよび第2像102の光L2を受けて感じる眩しさを低減させることができる。
Further, the
また、上記実施形態による光変調素子10は、再生領域20の観察方向を表示する観察方向表示手段15を更に備えている。具体的には、観察方向表示手段15は、第1像101を観察することができる観察方向を表示する。この場合、観察位置が第1像101を観察可能な観察位置X1となるように、観察者50を誘導することができる。この結果、観察者50は、第1像101を容易に見つけることができる。なお、観察方向表示手段15は、第2像102を観察することができる観察方向を表示するものであってもよい。この場合、観察位置が通常の観察位置X0になるように(したがって観察位置が通常の観察位置X0以外の観察位置X1とならないように)、観察者50を誘導することができる。この結果、観察者50が第1像101を容易に見つけることを防止することができる。
Further, the
また、上記実施形態による光変調素子10において、要素素子21は、計算機合成ホログラムを含み、計算機合成ホログラムの作製時における第1像101の原画像201は、点光源100aが観察される位置X0以外の位置X1から再生領域20を観察した場合に観察される第1像101を、点光源100aが観察される位置X0以外の位置X1から再生領域20を観察する方向に沿った方向DLに縮小した像となっている。この場合、通常の観察位置X0以外の観察位置X1から再生領域20を観察した場合に観察される第1像101を、意図した形状の像にすることができる。
Further, in the
[変形例]
なお、上述してきた一実施形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、上述した実施形態の変形例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
[Modification]
Various modifications can be made to the embodiment described above. Modifications of the above-described embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following description and the drawings used in the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding portions in the above-described embodiment are used for the portions that can be configured in the same manner as in the above-described embodiment. Description is omitted.
図17に、変形例におけるホログラム保持体10aの断面を示す。また、図18および図19に、それぞれ、図17に示すホログラム保持体10aの正面図および斜視図を示す。図17は、図18に示すホログラム保持体10aのII-II線に沿った断面を示す。また、図18および図19は、それぞれ、点光源からの光が入射されたホログラム保持体10aであって、通常の観察位置から見たホログラム保持体10aと、通常の観察位置とは異なる観察位置から見たホログラム保持体10aと、を示している。
FIG. 17 shows a cross section of a
図17に示すホログラム保持体10aは、図1に示すホログラム保持体と比較して、基材4やホログラム層1、反射層2が大きく、ホログラム構造体11がホログラム層1の一部の領域にのみ形成されている点で異なっている。すなわち、再生領域20が、ホログラム保持体10aの一部の領域のみを占めている点で異なっている。また、ホログラム保持体10aの一側に(したがってホログラム構造体11の一側に)遮光層30が設けられている点で異なっている。また、再生領域20に、印刷等により図柄25が設けられている点で異なっている。他の構成は、図1に示すホログラム保持体10と略同一である。
A
まず、再生領域20に、印刷等で図柄25が設けられていることにより、観察者50は、ホログラム構造体11により再生される光像101、102を図柄25と共に観察することができる。これにより、ホログラム保持体10aの意匠性が向上する。なお、このような図柄25は、再生領域20の周囲の領域に(例えば後述する遮光層30上に)設けられてもよい。
First, since the
次に、遮光層30について説明する。遮光層30は、光の透過を規制するものであり、図17aに示すホログラム保持体10aにおいて、基材4の一方の面上に設けられている。遮光層30は、印刷により基材4上に形成されてもよい。あるいは、遮光層30として、紙や樹脂、金属、合成繊維等により形成されたシート状の部材が、基材4に隣接して配置されてもよい。遮光層30は、開口部30aを有している。そして、ホログラム保持体10aを遮光層30からホログラム構造体11に向かう方向に見た場合、再生領域20は、開口部30aによって区画されている。すなわち、遮光層30は、基材4の再生領域20以外の領域(ホログラム構造体11と重なる領域以外の領域)を覆っている。なお、図17に示すように、開口部30aには穴(空間)が設けられていてもよいし、穴(空間)とともに又は穴(空間)を設ける代わりに、開口部30aだけ透明体(すなわち透明な基材)によって構成してもよい。
Next, the
なお、図17に示すホログラム保持体10aにおいて、遮光層30が設けられていない場合、通常の観察位置X0以外の観察位置X1からホログラム保持体10aを観察しても、ホログラム保持体10aを介して点光源100aが観察されてしまう。このことを考慮して、図17に示すホログラム保持体10aにおいては、遮光層30およびその開口部30aにより、観察者50がホログラム保持体10aを介して点光源100aを観察可能な観察位置の範囲を制限している。
In addition, in the case where the
なお、透明基材4の一方の側に遮光層30をさらに積層する代わりに、基材4として遮光性の基材が用いられてもよい。その場合、例えば、基材4のホログラム構造体11と重なる領域に開口部4aを形成し、この開口部4aによって再生領域20を区画してもよい。なお、この開口部4aには、遮光層30の開口部30aと同様、穴(空間)が設けられていてもよいし、穴(空間)とともに又は穴(空間)を設ける代わりに、開口部だけ透明体(すなわち透明な基材)によって構成してもよい。
A light-shielding base material may be used as the
[用途]
上述のホログラム構造体11およびホログラム保持体(光変調素子)10、10aの使用形態や用途は特に限定されず、例えば、キャラクター像を再生するなどエンターテイメント用途および意匠用途として使用することが可能である。またセキュリティ用途では、例えば以下の対象に対してホログラム構造体11を適用可能である。ホログラム保持体10、10aを情報記録媒体やその他の媒体に適用する場合、例えばパスポート、ID証、紙幣、クレジットカード、金券、商品券、その他のチケット、公的文書、個人情報や機密情報などの各種の情報を記録したその他の媒体、および金銭的価値のある他の媒体等に対し、本発明に係る光変調素子を応用することが可能であり、これらの媒体の偽造を防ぐことができる。ここでいうID証には、例えば国民ID証、免許証、会員証、社員証および学生証などが含まれる。ホログラム保持体10、10aにおいて、ホログラム構造体11を保持する基材(図1の符合「4」参照)は、例えば紙、樹脂、金属、合成繊維、或いはこれらの組み合わせによって構成可能である。
[Use]
The
また、上述のホログラム保持体10、10aに対して本発明に係るホログラム構造体11を任意の方法で適用することが可能であり、例えば、ホログラム保持体10、10aの表面への凹凸形成、転写、貼付、挟み込み、或いは埋め込み等の技法を使って、本発明に係るホログラム構造体11を任意の物(すなわちホログラム保持体10、10a)に保持させることができる。したがって、ホログラム保持体10、10aを構成する部材の一部を利用してホログラム構造体11を形成してもよいし、ホログラム保持体10、10aに対してホログラム構造体11を付加的に設けてもよい。
Further, it is possible to apply the
また上述のホログラム構造体11は、単独で各種用途に利用されてもよいし、印刷層等の他の機能層と一緒に使用されて各種用途に利用されてもよい。
The
[ホログラム層の構成材料]
ホログラム層1を構成する材料は特に限定されないが、上述のように、各種樹脂によってホログラム層1を構成することが可能である。以下に、各種樹脂の具体例について列挙する。
[Constituent material of hologram layer]
The material forming the
ホログラム層1を構成する熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル変性ウレタン樹脂、エポキシ変性アクリル樹脂、エポキシ変性不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、ホログラム層1を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート(PET-G)、ポリ塩化ビニル(PVC)、アクリル酸エステル樹脂、アクリルアミド樹脂、ニトロセルロース樹脂、ポリスチレン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は単独重合体であっても2種以上の構成成分からなる共重合体であってもよい。また、これらの樹脂は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Examples of thermosetting resins forming the
上述の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂は、各種イソシアネート化合物、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛等の金属石鹸、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド等の有機過酸化物、ベンゾフェノン、アセトフェノン、アントラキノン、ナフトキノン、アゾビスイソブチロニトリル、ジフェニルスルフィド等の熱或いは紫外線硬化剤を含んでいてもよい。 The above-mentioned thermosetting resins or thermoplastic resins include various isocyanate compounds, metallic soaps such as cobalt naphthenate and zinc naphthenate, organic peroxides such as benzoyl peroxide and methyl ethyl ketone peroxide, benzophenone, acetophenone, anthraquinone, naphthoquinone, A thermal or ultraviolet curing agent such as azobisisobutyronitrile, diphenyl sulfide, etc. may be included.
ホログラム層1を構成する電離放射線硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ変性アクリレート樹脂、ウレタン変性アクリレート樹脂、アクリル変性ポリエステル樹脂等が挙げられ、中でもウレタン変性アクリレート樹脂が好ましく、特に特開2007-017643号公報で示される化学式で表されるウレタン変性アクリル系樹脂が好ましい。
Examples of the ionizing radiation-curable resin constituting the
上記電離放射線硬化性樹脂を硬化させる際には、架橋構造、粘度の調整等を目的として、単官能または多官能のモノマー、オリゴマー等を併用することができる。上記単官能モノマーとしては、例えば、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ビニルピロリドン、(メタ)アクリロイルオキシエチルサクシネート、(メタ)アクリロイルオキシエチルフタレート等のモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、2官能以上のモノマーとしては、骨格構造で分類するとポリオール(メタ)アクリレート(例えば、エポキシ変性ポリオール(メタ)アクリレート、ラクトン変性ポリオール(メタ)アクリレート等)、ポリエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、その他ポリブタジエン系、イソシアヌール酸系、ヒダントイン系、メラミン系、リン酸系、イミド系、ホスファゼン系等の骨格を有するポリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。さらに、紫外線、電子線硬化性である種々のモノマー、オリゴマー、ポリマーが利用できる。 When curing the ionizing radiation-curable resin, a monofunctional or polyfunctional monomer, oligomer, or the like can be used in combination for the purpose of adjusting the crosslinked structure and viscosity. Examples of the monofunctional monomer include mono(meth)acrylates such as tetrahydrofurfuryl (meth)acrylate, hydroxyethyl (meth)acrylate, vinylpyrrolidone, (meth)acryloyloxyethyl succinate, and (meth)acryloyloxyethyl phthalate. etc. In addition, as the bifunctional or higher monomers, when classified by the skeleton structure, polyol (meth)acrylate (e.g., epoxy-modified polyol (meth)acrylate, lactone-modified polyol (meth)acrylate, etc.), polyester (meth)acrylate, epoxy (meth)acrylate, ) acrylates, urethane (meth)acrylates, polybutadiene-based, isocyanuric acid-based, hydantoin-based, melamine-based, phosphoric acid-based, imide-based, and phosphazene-based poly(meth)acrylates having a skeleton. In addition, various monomers, oligomers and polymers that are UV and electron beam curable are available.
更に詳しくは、2官能のモノマーやオリゴマーとしては、例えば、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。3官能のモノマー、オリゴマー、ポリマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、脂肪族トリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。4官能のモノマーやオリゴマーとしては、例えば、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、脂肪族テトラ(メタ)アクリレート等が挙げられる。5官能以上のモノマーやオリゴマーとしては、例えば、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、ポリエステル骨格、ウレタン骨格、ホスファゼン骨格を有する(メタ)アクリレート等が挙げられる。官能基数は特に限定されるものではないが、官能基数が3より小さいと耐熱性が低下する傾向があり、また、20を超える場合には柔軟性が低下する傾向があるため、特に官能基数が3~20の範囲内のものが好ましい。 More specifically, examples of bifunctional monomers and oligomers include polyethylene glycol di(meth)acrylate, polypropylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, 1,6-hexanediol di(meth) acrylates and the like. Examples of trifunctional monomers, oligomers, and polymers include trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, and aliphatic tri(meth)acrylate. Examples of tetrafunctional monomers and oligomers include pentaerythritol tetra(meth)acrylate, ditrimethylolpropane tetra(meth)acrylate, and aliphatic tetra(meth)acrylate. Penta- or higher-functional monomers and oligomers include, for example, dipentaerythritol penta(meth)acrylate and dipentaerythritol hexa(meth)acrylate. Also included are (meth)acrylates having a polyester skeleton, a urethane skeleton, and a phosphazene skeleton. The number of functional groups is not particularly limited, but when the number of functional groups is less than 3, the heat resistance tends to decrease, and when the number of functional groups exceeds 20, the flexibility tends to decrease. Those within the range of 3 to 20 are preferred.
上記のような単官能または多官能のモノマーやオリゴマーの含有量は適宜調整可能だが、通常、電離放射線硬化性樹脂100重量部に対して50重量部以下とすることが好ましく、中でも0.5重量部~20重量部の範囲内が好ましい。 Although the content of the monofunctional or polyfunctional monomers and oligomers as described above can be adjusted as appropriate, it is usually preferably 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the ionizing radiation curable resin, especially 0.5 parts by weight. parts to 20 parts by weight is preferred.
また、ホログラム層1には必要に応じて、光重合開始剤、重合禁止剤、劣化防止剤、可塑剤、滑剤、染料や顔料などの着色剤、界面活性剤、消泡剤、レベリング剤、およびチクソトロピー性付与剤等の添加剤が適宜加えられてもよい。
Further, the
ホログラム層1の膜厚は、ホログラム層1が自己支持性を有する場合、0.05mm~5mmの範囲内が好ましく、中でも0.1mm~3mmの範囲内であることが好ましい。一方、ホログラム層1が自己支持性を有さずに透明基材上に形成される場合、ホログラム層1の膜厚は、0.1μm~50μmの範囲内が好ましく、中でも2μm~20μmの範囲内とすることが好ましい。また、ホログラム層1のサイズ(例えば平面視サイズ)は、ホログラム構造体11の用途に応じて適宜設定可能である。
When the
[他の変形例]
上述の各実施形態および各変形例で用いられるホログラム構造体11は、図6に示すように複数の要素素子21から構成されているが、単一の要素素子21によってホログラム構造体11が構成されていてもよい。
[Other Modifications]
The
また各要素素子21の平面視サイズおよび平面視形状も特に限定されず、各要素素子21は任意のサイズおよび形状を有しうる。例えば、各要素素子21の平面視形状を、正方形、長方形、台形等の四角形、他の多角形状(例えば三角形、五角形、六角形等)、真円、楕円、他の円形、星型形状、或いはハート型形状等であってもよく、ホログラム構造体11は2種類以上の平面視形状の要素素子21を有していてもよい。
Also, the planar view size and planar view shape of each
またホログラム構造体11には、任意の機能層が付加されてもよく、例えば透明蒸着層によってホログラム構造体11を覆ってもよい。特に光沢を持たない透明蒸着層を設けることによって、ホログラム構造体11が光沢を持つことを防いで、ホログラム構造体11を隠蔽することもできる。ホログラム構造体11を隠蔽する観点から、そのような透明蒸着層の全光線透過率は、80%以上であることが好ましく、とりわけ90%以上であることがより好ましい。また反射型のホログラム構造体11では反射性の蒸着層(図1の反射層2参照)によってホログラム構造体11を覆うことができる。反射性蒸着層の構成材料として、例えばMg、Al、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Se、Rb、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Au、Pb、もしくはBi等の金属が挙げられる。また、透明蒸着層の構成材料として、例えば、ZnSやTiO2などをはじめとする上記金属の酸化物及び硫化物が挙げられる。これらの材料を単独で用いて蒸着層が構成されてもよいし、2以上の材料が組み合わされて蒸着層が構成されてもよい。
Any functional layer may be added to the
ホログラム層1上(特に凹凸面1a上)に設けられる蒸着層の厚みは、所望の反射性、色調、デザインおよび用途等の観点から適宜に設定でき、例えば50Å~1μmの範囲内であることが好ましく、中でも100Å~1000Åの範囲内であることが好ましい。特に、蒸着層の透明性を優先する場合には蒸着層の厚みは200Å以下であることが好ましい一方で、蒸着層の隠蔽性を優先する場合には蒸着層の厚みは200Åを超える厚みであることが好ましい。また蒸着層の形成方法としては、蒸着層の一般的な形成方法を採用でき、例えば真空蒸着法、スパッタリング法およびイオンプレーティング法等が挙げられる。
The thickness of the deposited layer provided on the hologram layer 1 (especially on the
本発明は、上述の実施形態および変形例には限定されない。例えば、上述の実施形態および変形例の各要素に各種の変形が加えられてもよい。また、上述の構成要素および/または方法以外の構成要素および/または方法を含む形態も、本発明の実施形態に含まれうる。また、上述の構成要素および/または方法のうちの一部の要素が含まれない形態も、本発明の実施形態に含まれうる。また、本発明のある実施形態に含まれる一部の構成要素および/または方法と、本発明の他の実施形態に含まれる一部の構成要素および/または方法とを含む形態も、本発明の実施形態に含まれうる。したがって、上述の実施形態および変形例、および上述以外の本発明の実施形態の各々に含まれる構成要素および/または方法同士が組み合わされてもよく、そのような組み合わせに係る形態も本発明の実施形態に含まれうる。また、本発明によって奏される効果も上述の効果に限定されず、各実施形態の具体的な構成に応じた特有の効果も発揮されうる。このように、本発明の技術的思想および趣旨を逸脱しない範囲で、特許請求の範囲、明細書、要約書および図面に記載される各要素に対して種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 The invention is not limited to the embodiments and variants described above. For example, various modifications may be made to each element of the embodiments and modifications described above. Forms including components and/or methods other than the components and/or methods described above may also be included in embodiments of the present invention. Forms that do not include some of the components and/or methods described above may also be included in embodiments of the present invention. In addition, a form including some components and/or methods included in one embodiment of the present invention and some components and/or methods included in other embodiments of the present invention may also be included in the present invention. can be included in an embodiment. Therefore, the components and/or methods included in each of the above-described embodiments and modifications, and other embodiments of the present invention may be combined with each other, and the forms according to such combinations may also be implemented in the present invention. can be included in the form. Further, the effects achieved by the present invention are not limited to those described above, and specific effects according to the specific configurations of the respective embodiments can also be exhibited. Thus, various additions, changes, and partial deletions can be made to each element described in the claims, specification, abstract, and drawings without departing from the technical idea and gist of the present invention. is.
1 ホログラム層
1a 凹凸面
2 反射層
4 基材
10、10a ホログラム保持体
11 ホログラム構造体
15 観察方向表示手段
21 要素素子
50 観察者
51、51a、51b 点光源
100 光像
100a 点光源
100b 1次回折光像
100c -1次回折光像
101 第1像
102 第2像
201 第1原画像
202 第2原画像
1
Claims (6)
前記要素素子は、380nm以上780nm以下となる波長帯域において、1次回折光及び-1次回折光の波長分布が波長に応じた回折効率を示すとともに特定の波長において最大回折効率を示し、且つ、前記最大回折効率が当該最大回折効率を含む回折効率の波長分布において200nm以下の半値全幅を持つ極大値を形成するように形成され、
前記要素素子は、前記要素素子が設けられた再生領域を見込む角度範囲内に前記点光源に対応する光像が観察される位置以外の位置から、前記再生領域を見込む角度範囲内に観察される第1像を再生し、前記再生領域を見込む角度範囲内に前記点光源に対応する光像が観察される位置から、前記再生領域を見込む角度範囲内に前記点光源に対応する光像とともに観察される第2像を更に再生する、光変調素子。 Equipped with an element element that reproduces an image by diffracting light from a point light source,
In the wavelength band of 380 nm or more and 780 nm or less, the element element exhibits a diffraction efficiency corresponding to the wavelength of the first-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, exhibits a maximum diffraction efficiency at a specific wavelength, and The diffraction efficiency is formed so as to form a maximum value with a full width at half maximum of 200 nm or less in the wavelength distribution of the diffraction efficiency including the maximum diffraction efficiency,
The element element is observed within the angle range over which the reproduction area is viewed from a position other than the position at which the optical image corresponding to the point light source is observed within the angle range over which the reproduction area in which the element element is provided is viewed. A first image is reproduced , and observed together with a light image corresponding to the point light source within the angular range of viewing the reproducing region from a position where the optical image corresponding to the point light source is observed within the angular range of viewing the reproducing region. a light modulating element that further reproduces the second image obtained .
前記計算機合成ホログラムの作製時における前記第1像の原画像は、前記点光源に対応する光像が観察される位置以外の位置から前記再生領域を観察した場合に観察される前記第1像を、前記点光源に対応する光像が観察される位置以外の位置から前記再生領域を観察する方向に沿った方向に縮小した像となっている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光変調素子。 The element element includes a computer-generated hologram,
The original image of the first image at the time of producing the computer-generated hologram is the first image observed when the reproduction area is observed from a position other than the position where the light image corresponding to the point light source is observed. 4. The image according to any one of claims 1 to 3 , wherein the light image corresponding to the point light source is a reduced image in a direction along the direction in which the reproduction area is observed from a position other than the position where the light image corresponding to the point light source is observed. light modulation element.
前記遮光層から前記要素素子に向かう側に見て、前記再生領域は、前記開口部によって区画されている、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光変調素子。 A light shielding layer having an opening is provided on one side of the element element,
5. The light modulation element according to claim 1 , wherein said reproduction region is partitioned by said opening when viewed from said light shielding layer toward said element element.
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