JP7322871B2 - 光学素子、および、認証体 - Google Patents

Description

本発明の各実施形態は、光学素子、および、認証体に関する。本願は、２０１８年３月２０日に日本に出願された特願２０１８－０５３５４６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

商品券などの有価証券、紙幣、および、クレジットカードの偽造の防止と、商品のブランドプロテクションとを目的として、それらの物品に対し、ホログラム、回折格子、および、多層干渉膜などを用いた光学素子が付される。こうした光学素子の製造は容易でないため、光学素子は、光学素子が付された物品の偽造を防止する効果を有する。

上述した光学素子として、光学素子の真正を検証するときに、特別な検証器具を用いることなく目視のみによって検証が可能な光学素子が広く用いられている。なかでも、光学素子を観察する角度に応じて、光学素子が視認される色や、光学素子が表示する像が変化するものが広く用いられている。このうち、光学素子を観察する角度に応じて色が変化する光学素子は、上述したような、回折格子や多層干渉膜などとできる。

回折格子および多層干渉膜は、これらの光学素子を観察する角度を変化させると、観察者によって視認される光学素子の色が連続的に変化する特徴を有する。このように複数の色が観察者によって観察されるため、真正検証において光学素子が真正の光学素子であると判定する上で視認するべき色を明文化しにくい。また、光学素子の真正を検証する上で、光学素子を観察する角度のなかで、適切な角度の範囲が観察者に分かりにくい。

こうした問題を解決するために、所定の色に発色する光学素子として、格子構造が用いられている。格子構造における微細な構造の周期は可視光の波長以下である。格子構造は、導波モード共鳴といわれる現象によって、格子構造に入射した光のなかで、特定の波長の光のみを正反射方向に射出する特性を有する。そのため、格子構造によれば、観察者は、正反射方向以外の方向から光学素子を観察したときには、光学素子において所定の色を有した光を視認することができない。それゆえに、格子構造によれば、回折格子や多層干渉膜とは異なり、光学素子を観察するべき角度や、その角度において視認される色を規定することができる。結果として、光学素子の真正検証の方法を記述することができる。こうしたサブ波長の格子構造を用いた偽造防止用の光学素子には、例えば、特許文献１に記載の光学素子を挙げることができる。

特表２０１３－５２７９３８号公報

ところで、特許文献１に記載の光学素子では、第１の色が視認される第１の角度において光学素子を視認した後に、光学素子が広がる平面に対する法線を回転軸として、光学素子を回転させる。そして、第２の色が視認される第２の角度において光学素子を視認することによって、光学素子の真正を検証する。

ここで、光学素子を回転させるために観察者が行う手の動作は、他の動作、例えば、光学素子を傾ける動作に比べて自然な動作ではない。そのため、観察者による検証作業の作業性が低くなりやすく、これによって、検証の効率も低くなりやすい。また、サブ波長格子は、上述したように、正反射方向にのみ所定の色を有した光を放出する。そのため、観察者が光学素子を手に取った瞬間、あるいは、観察者が光学素子を平面上に載置し、次いで光学素子を観察した瞬間に、観察者が、光学素子が呈する色を視認できる可能性は低い。すなわち、そうした瞬間に観察者が正反射方向において光学素子を観察する可能性は低い。それゆえに、観察者は、光学素子が呈する色が視認できる角度を見つけた後に、光学素子を回転させ、さらに、光学素子を回転させた後にも、光学素子が呈する別の色が視認できる角度を見つける必要がある。結果として、観察者が光学素子の真正を検証するまでに時間を要するため、より容易に真正を検証することが可能な光学素子が求められている。

本発明は、真正の検証を容易に行うことを可能とした光学素子、および、認証体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための光学素子は、第１層と、前記第１層に接する第２層と、前記第２層に接する第３層とを備え、各層が透光性を有する。前記第１層は第１の屈折率を有する樹脂製の層であり、前記第２層に接する第１面を有し、前記第１面の少なくとも一部に凹部および凸部によって形成された格子構造を含み、前記第２層は前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する誘電体製の層であり、前記格子構造に追従した凹凸状を有し、前記第３層は、前記第２の屈折率よりも低い第３の屈折率を有する樹脂製の層である。前記第１面は凹凸面を有し、前記格子構造は第１格子構造と第２格子構造とを含み、前記凹凸面は、前記第１格子構造が位置する第１領域と、前記第１面に対向する平面視において前記第１領域に近接し、前記第２格子構造が位置する第２領域とを含む。前記第１格子構造の方位角と、前記第２格子構造の方位角とが互いに等しく、前記第１格子構造および前記第２格子構造の格子周期が、２５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記第１格子構造の格子周期と、前記第２格子構造の格子周期との差が、２０ｎｍ以上である。

上記構成によれば、第１格子構造および第２格子構造の両方において、各格子構造に起因する色の発現と消失とが同時に起こる。そのため、光学素子の真正検証では、光学素子が、第１格子構造に由来する色を呈する第１領域と、第２格子構造に由来する色を呈する第２領域とを備えるか否かを、一度に把握することができる。それゆえに、光学素子を回転させることによって、光学素子が２つの色を呈する状態を有するか否かを検証する場合に比べて、光学素子の真正をより容易に検証することができる。

上記光学素子において、前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域をさらに備え、前記第２層に対して前記第３層とは反対側に位置する光源から前記光学素子に対し光が照射されている状態を前記光源の側からある観察角度で観察するとき、前記光学素子は、前記第３領域が呈する色が、前記第１領域が呈する色、および、前記第２領域が呈する色の両方と異なる状態を有してもよい。

上記構成によれば、光学素子が第３領域を有するため、光学素子が第３領域を有しない場合に比べて、光学素子の観察者が、第１領域と第２領域との境界をより明確に認識することが可能である。

前記第３領域は、前記第１層の前記第１面において平坦面によって形成され、前記平坦面の平均粗さＳａが、２０μｍ以下であってもよい。上記構成によれば、第３領域において、第３領域に入射した光が正反射方向に反射され、第３領域が白色を呈する。これにより、導波モード共鳴によって正反射方向に特定の色を表示する第１領域および第２領域における境界がより明確になる。

上記光学素子において、前記第３領域は、前記第３領域に入射した光の正反射方向とは異なる方向に指向性を有した散乱構造、または、反射防止構造を含んでもよい。上記構成によれば、第３領域が、正反射方向では黒色を呈する。これにより、導波モード共鳴によって正反射方向に特定の色を表示する第１領域および第２領域における境界がより明確になる。

上記光学素子において、前記第３領域は、一定な幅を有してもよい。上記構成によれば、第１領域と第２領域との境界が、第３領域によって一様に強調することができる。光学素子が平面的な印象となりやすく、また、強い印象を与えやすい。なお、第３領域が直線状であると、印象がシャープになりやすい。また、曲線状の第３領域は、光学素子に柔らかな印象を与えやすい。

上記光学素子において、前記第３領域は、第１部分と第２部分とを含み、前記第１部分の幅は前記第２部分の幅と異なってもよい。上記構成によれば、第３領域の幅が異なることによって、光学素子にエレガントな印象を与えやすい。特に曲線と組み合わせるとリズミカルな印象となる。また、幅の変化は、連続的である場合は、自然な外観となりやすい。

上記光学素子において、前記第３領域の幅は、３０μｍ以上３０００μｍ以下であってもよい。上記構成によれば、第３領域の幅が３０μｍ以上であることによって、観察者が第３領域を視認することが可能である。また、第３領域の幅が３０００μｍ以下であることによって、第３領域が、第１領域および第２領域よりも目立つことが抑えられる。

上記光学素子において、前記第１領域および前記第２領域は、各々０．１ｍｍ^２以下の面積を有するように区画された複数のセルをそれぞれ含み、前記第１領域および前記第２領域は、前記セルの少なくとも一部に前記格子構造が位置する前記セルを含んでもよい。

上記構成によれば、各セルにおける格子構造の面積率によって、セルの輝度を変えることが可能である。

上記光学素子において、前記第１層に対して前記第２層とは反対側に位置する樹脂層をさらに備え、前記第１層の硬度が、前記樹脂層の硬度および前記第３層の硬度よりも高くてもよい。

上記構成によれば、光学素子に作用する外力を樹脂層と第３層とによって吸収することが可能である。これにより、第１層が有する格子構造の形状が外力によって変わることが抑えられる。

上記光学素子において、前記第１層は、紫外線硬化性樹脂によって形成され、前記第１層の厚さが、１μｍ以上１０μｍ以下であり、前記樹脂層および前記第３層は、熱可塑性樹脂によって形成されてもよい。上記構成によれば、第１層が有する格子構造の形状が外力によって変わることがより抑えられる。

上記光学素子において、前記第１層に対して、前記第２層とは反対側に位置する樹脂層をさらに備え、前記第１層、前記第３層、および、前記樹脂層の少なくとも１つがフィラーを含み、前記フィラーの平均粒径は、４００ｎｍ以下であってもよい。上記構成によれば、各層がフィラーを含まない場合と比べて、光学素子から射出される光の射出角の範囲が広がる。そのため、光学素子が呈する色を観察者が観察することが可能な観察角度の範囲が広がる。

本発明によれば、光学素子および認証体の真正検証を容易に行うことができる。

本発明の第１実施形態の光学素子の構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第１実施形態の光学素子の外観が概略的に図解された平面図。 本発明の第１実施形態の光学素子の構造が概略的に図解された平面図。 本発明のセルにおける方位角が概略的に図解された平面図。 図３のＩ‐Ｉ線、および、ＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第１実施形態の光学素子の作用が概略的に図解された断面図。 本発明の格子構造から射出される光の波長と方位角との関係が概略的に図解された斜視図。 本発明の格子構造から射出される光の波長と方位角との関係が概略的に図解された斜視図。 本発明の第１実施形態の光学素子の構造が模式的に図解された斜視図。 本発明の第１実施形態の作用が概略的に図解されている。 本発明の第１実施形態の作用が概略的に図解されている。 （ａ）本発明の第１実施形態の境界領域の構造が概略的に図解された平面図、（ｂ）ＩＩＩ‐ＩＩＩ線およびＩＶ‐ＩＶ線に沿う断面図。 （ａ）本発明の第１実施形態の境界領域の構造が概略的に図解された平面図、（ｂ）Ｖ‐Ｖ線に沿う断面図。 （ａ）本発明の第１実施形態の境界領域の構造が概略的に図解された平面図、（ｂ）ＶＩ‐ＶＩ線に沿う断面図。 本発明の光学素子の測色装置の構成が概略的に図解された装置構成図。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示されたグラフ。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示されたグラフ。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示されたグラフ。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示されたグラフ。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示された色度図。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示された色度図。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示されたグラフ。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示されたグラフ。 本発明の第１実施形態の構造の光学特性が示されたグラフ。 本発明の第１実施形態の境界領域が概略的に図解された平面図。 本発明の第１実施形態の領域の構成が概略的に図解された平面図。 本発明の第１実施形態の領域の構成が概略的に図解された平面図。 本発明の第１実施形態の領域の構成が概略的に図解された平面図。 本発明の第１実施形態の領域の構成が概略的に図解された平面図。 本発明の第１実施形態の構造が概略的に図解された平面図。 図３０におけるＶＩＩ‐ＶＩＩ線に沿う断面における構造が概略的に図解された断面図。 図３０におけるＶＩＩ‐ＶＩＩ線に沿う断面における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第１実施形態の光学素子が備える各領域の構造が概略的に図解された平面図および断面図。 本発明の第１実施形態の光学素子が備える各領域の構造が概略的に図解された平面図および断面図。 本発明の第１実施形態の他の例における構造が拡大図とともに概略的に図解された平面図。 本発明の第２実施形態の光学素子における構造が拡大図とともに概略的に図解された断面図。 本発明の第２実施形態の光学素子における他の例における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第２実施形態の光学素子における別の他の例における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第３実施形態の光学素子における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第４実施形態の光学素子における第１例の構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第４実施形態の光学素子における第２例の構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第５実施形態の光学素子における第１例の構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第５実施形態の光学素子における層構成が概略的に図解された断面図。 本発明の第６実施形態の光学素子の第１例における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第６実施形態の光学素子の第１例における作用が概略的に図解されている。 本発明の第６実施形態の光学素子の第１例における第１状態が概略的に図解された平面図。 本発明の第６実施形態の光学素子の第１例における第２状態が概略的に図解された平面図。 本発明の第６実施形態の光学素子の第１例における第３状態が概略的に図解された平面図。 本発明の第６実施形態の光学素子の第１例における第４状態が概略的に図解された平面図。 本発明の第６実施形態の光学素子の第２例における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第７実施形態の光学素子の第１例における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第７実施形態の光学素子の第２例における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第７実施形態の光学素子の第３例における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第７実施形態の光学素子の第４例における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第８実施形態の転写箔の構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第９実施形態の光学素子の構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第９実施形態の光学素子が適用されたカードの構造が概略的に図解された平面図。 本発明の第９実施形態の光学素子の構造が概略的に図解された平面図。 本発明の第１０実施形態の認証体における構造が概略的に図解された平面図。 図５８のＸＩＶ‐ＸＩＶ線に沿う断面における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第１１実施形態の認証体における構造が概略的に図解された断面図。 本発明の第１１実施形態の認証体の第１例における作用が概略的に図解されている。 本発明の第１１実施形態の認証体の第１例における作用が概略的に図解されている。 本発明の第１１実施形態の認証体の第１例における作用が概略的に図解されている。 本発明の第１１実施形態の認証体の第１例における作用が概略的に図解されている。 本発明の第１１実施形態の認証体の第２例における作用が概略的に図解されている。 本発明の第１１実施形態の認証体の第２例における作用が概略的に図解されている。 本発明の第１１実施形態の認証体の第２例における作用が概略的に図解されている。

［第１実施形態］
図１から図３５を参照して、本発明の光学素子の第１実施形態を説明する。なお、各図面において、同一または類似した機能を発揮する構成要素には全て同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、本開示の本発明の実施形態は、背景からの独自の単一の発明を元とする一群の実施形態である。また、本開示の各側面は、単一の発明を元とした一群の実施形態の側面である。本開示の各構成は、本開示の各側面を有しうる。本開示の各特徴（feature）は組合せ可能であり、各構成をなせる。したがって、本開示の各特徴（feature）、本開示の各構成、本開示の各側面、本開示の各実施形態は、組合せることが可能であり、その組合せは相乗的機能を有し、相乗的な効果を発揮しうる。

図１が示すように、光学素子１０は、第１層１１と、第１層１１に接する第２層１２と、第２層１２に接する第３層１３とを備えている。各層は、透光性を有している。光学素子１０は、セキュリティシールの全体または一部とできる。言い換えれば、セキュリティシールは、光学素子１０を含むことができる。また、光学素子１０は、可視のモチーフとできる。セキュリティシールの形態はパッチ、ストライプ、オーバーレイ、ステッカーとできる。光学素子１０は、第２層１２に対して第３層１３とは反対側に位置する光源から光が照射され、第２層１２に対して第３層１３とは反対側から観察される。光学素子１０において、第１層１１のなかで、第２層１２に接する面とは反対側の面が、観察者によって観察される観察面１０Ｓである。

第１層１１は、第１の屈折率ｎ１を有する樹脂製の層である。第１層１１は、第２層１２に接する表面１１Ｓの少なくとも一部に格子構造１１Ｇを含む。表面１１Ｓは、第１面の一例である。第２層１２は、格子構造１１Ｇに追従した凹凸状を有している。第２層１２は、第１の屈折率ｎ１よりも高い第２の屈折率ｎ２を有する誘電体製の層である。第３層１３は、第２の屈折率ｎ２よりも低い第３の屈折率ｎ３を有する樹脂製の層である。凹部と凸部で構成される最小構造単位である格子構造１１Ｇは１つの方向に沿って複数並べられ、格子パターンＧＰとして表面１１Ｓに広がる。格子パターンＧＰは、表面１１Ｓの凹凸面として形成できる。格子構造１１Ｇの格子周期は、２５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の可視波長以下のサブ波長であって、例えば４００ｎｍである。

第１層１１の屈折率ｎ１は、第３層１３の屈折率ｎ３と互いに同じであってもよいし、互いに異なってもよい。第１層１１の屈折率ｎ１と第３層１３の屈折率ｎ３との差は、０．２以下とでき、さらには、０．１以下とできる。第１層１１の屈折率ｎ１と第３層１３の屈折率ｎ３との差が、０．２以下であれば、彩度を上げやすい。第１層１１の屈折率ｎ１と第３層１３の屈折率ｎ３との差が、０．１以下であれば、最大の彩度に近づく。第１層１１の屈折率ｎ１と第２層１２の屈折率ｎ２との差、および、第３層１３の屈折率ｎ３と第２層１２の屈折率ｎ２との差は、それぞれ０．３以上であることが好ましく、０．５以上であることがより好ましい。

第１層１１の表面１１Ｓのなかで、格子構造１１Ｇが位置する領域が凹凸面である。すなわち、表面１１Ｓは、凹凸面を有する。本実施形態では、表面１１Ｓの全体が凹凸面であるが、表面１１Ｓの一部のみが凹凸面であってもよい。

図２は、観察面１０Ｓと対向する平面視における光学素子１０の外観を示している。光学素子１０は、モチーフ領域１１Ｓ１と背景領域１１Ｓ２とを備えている。モチーフ領域１１Ｓ１は第１領域の一例であり、背景領域１１Ｓ２は第２領域の一例である。モチーフ領域１１Ｓ１は、複数の画像要素１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｒ３，１１Ｒ４，１１Ｒ５から形成されている。背景領域１１Ｓ２は、パターン要素１１Ｐ１，１１Ｐ２から形成される。モチーフ領域１１Ｓ１は、文字、記号、物体形状、および、シンボルなどのデザイン全体のなかで主となる要素であって、特定の意味を有した輪郭を有する領域である。一方で、背景領域１１Ｓ２は、特別な意味を有していない領域であって、図２の例のようにストライプ状であってもよいし、その他の幾何学模様などの図形であってもよい。

モチーフ領域１１Ｓ１と背景領域１１Ｓ２とは、境界領域１１Ｓ３を介して隣り合っている。境界領域１１Ｓ３は、第３領域の一例である。光学素子１０がある観察角度で観察されたときに、光学素子１０は、境界領域１１Ｓ３が呈する色が、モチーフ領域１１Ｓ１が呈する色、および、背景領域１１Ｓ２が呈する色の両方と異なる状態を有する。光学素子１０が境界領域１１Ｓ３を有するため、光学素子１０が境界領域１１Ｓ３を有しない場合に比べて、光学素子１０の観察者が、モチーフ領域１１Ｓ１と背景領域１１Ｓ２との境界をより明確に認識することが可能である。なお、光学素子１０は、境界領域１１Ｓ３を有しなくてもよい。光学素子１０が境界領域１１Ｓ３を有しない場合には、モチーフ領域１１Ｓ１と背景領域１１Ｓ２とが接している。

図３は、図２に示した光学素子１０の一部を拡大した図である。モチーフ領域１１Ｓ１、背景領域１１Ｓ２、境界領域１１Ｓ３において、複数のセルＰｘが区画されている。各セルＰｘの面積は、０．１ｍｍ^２以下であることが好ましい。第１層１１の表面１１Ｓの全体において、複数のセルＰｘが隙間なく並んでいる。本実施形態では、表面１１Ｓと対向する平面視において、各セルＰｘは正方形状を有しているが、セルＰｘは、正三角形状および正六角形状などを有してもよい。また、各セルＰｘは、多角形状であって、かつ、互いに異なる長さを有した辺を含む形状であってもよい。セルＰｘにおいて、一辺の長さは０．３ｍｍ以下であることが好ましい。なお、一辺の長さが０．０８ｍｍ以下であることがより好ましい。この場合には、セルＰｘの一辺の長さが人の目の分解能よりも小さい値であるため、各セルＰｘが観察者によって視認されない。これにより、光学素子１０が、高解像度の像を表示することが可能である。

以下では、図示および説明の便宜上、観察面１０Ｓと対向する平面視での構造を用いて、第１層１１の表面１１Ｓ、すなわち第１層１１のなかで第２層１２との界面を形成する面について説明する。また、図３では、図示の便宜上、格子パターンＧＰが延びる方向を直線によって示している。ここでは例として、境界領域１１Ｓ３に隣接する画像要素１１Ｒ１およびパターン要素１１Ｐ２のうち、境界領域１１Ｓ３の輪郭からの距離が少なくとも３００μｍの領域内のセルＰｘに配置された格子構造の格子方向が互いに直交した場合を示している。なお、セルＰｘにおいて格子方向が互いに平行もしくは直交していれば、格子方向の組み合わせ方は任意である。

図４を参照して、格子方向を表す方位角の定義を説明する。
図４が示すように、光学素子１０の観察面１０Ｓに沿う任意の方向が、Ｘ方向であり、Ｘ方向に直交する方向がＹ方向である。本実施形態では、Ｘ方向が方位角において基準となる方向であり、Ｘ方向と格子構造が延びる方向とが形成する角度が方位角φである。そのため、第１セルＰｘ１における方位角φは０°であり、第２セルＰｘ２における方位角φは４５°である。また、第３セルＰｘ３における方位角φは９０°であり、第４セルＰｘ４における方位角φは１３５°である。なお、Ｘ方向は光学素子１０の水平方向と一致する場合が多く、その場合に利用する格子構造の方位角φは０°、９０°、または、０°および９０°であることが好ましい。このような設計とすることによって、光学素子１０の製造が容易であり、光学素子１０の生産効率を高めることができる。第１格子構造の方位角と、第２格子構造の方位角の差が１°以下のとき、それぞれの方位角は等しいと定義できる。

図５は、図３におけるＩ‐Ｉ線およびＩＩ‐ＩＩ線に沿う格子構造１１Ｇの断面構造を示している。図５では、図示の便宜上、画像要素に配置される第１格子構造１１Ｇ１の断面構造と、パターン要素に配置される第２格子構造１１Ｇ２の断面構造とを、紙面の上下方向において並べて示している。なお、各格子構造の断面構造は、１つのセルＰｘに位置する格子構造の断面構造を模式的に示している。また、図５では、図示の便宜上、各格子構造を、平坦面から離れる方向に突出する凸部を構成する面として示している。

図５が示すように、各格子パターンＧＰにおいて、互いに隣り合う格子構造の距離が格子周期ｄである。第１格子構造１１Ｇ１における格子周期が第１周期ｄ１であり、第２格子構造１１Ｇ２における格子周期が第２周期ｄ２である。本実施形態では、第１周期ｄ１が第２周期ｄ２よりも小さいが、第１周期ｄ１が第２周期ｄ２よりも大きくてもよい。本実施形態では、格子構造は、凸部と凹部を備えた最小単位の構造であって、格子構造が１つの方向において繰り返されたパターンが格子パターンＧＰである。

第１格子構造１１Ｇ１の格子方向と第２格子構造１１Ｇ２の格子方向とが互いに直交する場合は、第１周期ｄ１と第２周期ｄ２とは同じでもよいし、異なっていてもよい。一方で、第１格子構造１１Ｇ１の格子方向と第２格子構造１１Ｇ２の格子方向とが互いに平行である場合は、第１周期ｄ１と第２周期ｄ２とは異なっていることが好ましい。いずれの場合においても、光学素子１０は、式（１）を満たす構成であればよい。
｜ｄ１（ｎ２１－Ｒ）－ｄ２（ｎ２２－Ｒ）｜≧２５ … 式（１）

式（１）において、ｎ２１は第１格子構造１１Ｇ１が配置された領域における入射光に対する仮想層１２Ｖの有効屈折率、ｎ２２は第２格子構造１１Ｇ２が配置された領域における入射光に対する仮想層１２Ｖの有効屈折率、Ｒは第１層１１の屈折率ｎ１と入射光の角度θとによって規定される定数である。

また、モチーフ領域１１Ｓ１の平均色彩値Ｌ*ａ*ｂ*と背景領域１１Ｓ２の平均色彩値Ｌ*ａ*ｂ*との色差ΔＥ*ａｂが１３以上とできる。平均色彩値Ｌ*ａ*ｂ*は、任意の、例えば直径３ｍｍの範囲での色彩値Ｌ*ａ*ｂ*とできる。

図６は、光学素子１０において、格子構造１１Ｇが配置された領域に光が入射する様子を模式的に示している。入射光ＩＬは、第１層１１側から入射角θで第２層１２へ入射する。第２層１２は格子構造１１Ｇの形状にあたるが、可視波長以下の細かい構造、すなわちサブ波長格子においては格子構造が存在する領域を、実質的にｚ方向に一定の厚みを有した二次元平面的な層、すなわち仮想層１２Ｖと見なせることが知られている。この仮想層１２Ｖの屈折率ｎｅｆｆは有効屈折率あるいは実効屈折率といわれ、偏光方向によって値が異なる（光学異方性）。今回のように、構造に方向性がある場合に発生する光学異方性は構造複屈折といわれ、入射光と構造の方向との関係性によって有効屈折率が異なる。

図７は、方位角φが０°である格子構造１１Ｇの斜視構造を示している。一方で、図８は、方位角φが９０°である格子構造１１Ｇの斜視構造を示している。なお、本実施形態では図示の便宜上、格子構造を矩形状としているが、波状であってもよい。格子構造１１Ｇへの入射光が含む偏光成分のうち、格子構造１１Ｇの入射面に対して電場が垂直に振動している偏光がｓ偏光である。これに対して、格子構造１１Ｇの入射面に対して電場が平行に振動している偏光がｐ偏光である。なお、入射面とは、格子構造が広がる平面に対して垂直であり、かつ、入射光と反射光とを含む平面である。また、ｓ偏光およびｐ偏光の各々は、格子構造１１Ｇの方位角φには依存しない。言い換えれば、図７が示す格子構造１１Ｇに入射する入射光であっても、図８が示す格子構造１１Ｇに入射する入射光であっても、ｓ偏光およびｐ偏光を含む。

ここで、格子構造１１Ｇのような溝を有する構造では、上述のように溝が延びる方向、すなわち方位角φと電場の振動方向との関係によって光学異方性が生じる。格子構造１１Ｇに入射した光のなかで、電場の振動方向が格子構造１１Ｇの方位角φと平行な成分がＴＥ波である。一方で、格子構造１１Ｇに入射した光のなかで、電場の振動方向が格子構造１１Ｇの方位角φと直交する成分がＴＭ波である。図７を参照して先に説明したように、方位角φが０°である格子構造１１Ｇでは、電場の振動方向が格子構造１１Ｇの方位角φと平行な成分であるｐ偏光は、ＴＥ波と等しい。これに対して、図８を参照して先に説明したように、方位角φが９０°である格子構造１１Ｇでは、電場の振動方向が格子構造１１Ｇの方位角φと直交する成分であるｐ偏光は、ＴＭ波と等しい。

図９を参照して、格子構造１１Ｇが矩形形状である単純なモデルを用いて、仮想層１２Ｖの有効屈折率について説明する。
図９が示すように、周期ｄの格子構造の凸部に相当する領域の屈折率をｎａとし、凹部に相当する領域の屈折率をｎｂとし、周期ｄのうち凸部の占める幅をａとし、凹部の占める幅をｂとする。周期ｄに対する凸部の占有率をＦとすると、入射光のうちＴＥ波およびＴＭ波に対する有効屈折率ｎｅｆｆはそれぞれ式（２）および式（３）のように表される。

以下に、上記式（１）の導出過程を説明する。式（１）では、有効屈折率ｎ２１および有効屈折率ｎ２２はどちらも上記ＴＥ波およびＴＭ波の両方での屈折率を含めたものとして扱っている。上述のように格子構造１１Ｇの方位角φによって有効屈折率ｎ２１および有効屈折率ｎ２２の値は変化する。ここで、格子構造１１Ｇにおいて導波モード共鳴が生じるためには、下記の式（４）から式（７）で表される位相整合条件を満たす必要がある。この式が成り立つ特定波長の光が仮想層１２Ｖを伝搬し、観察者の方向へ射出される。なお、図６に示すような平坦面に形成された格子構造においては、入射光ＩＬの入射角θと射出光ＥＬの射出角θは等しい、すなわち正反射角度でゼロ次回折光として特定の色が観察される。
ｋｎ１ｓｉｎθ＋ｍＫ＝β … 式（４）
ｋ＝２π／λ … 式（５）
Ｋ＝２π／ｄ … 式（６）
β＝（２π／λ）・ｎｅｆｆ… 式（７）

なお、ｋは波数であり、ｎ１は第１層１１の屈折率であり、θは仮想層１２Ｖに入射する光の角度であり、ｍは回折次数であり、λは共鳴波長であり、Ｋは逆格子ベクトルであり、ｄは格子周期であり、βは伝搬定数であり、ｎｅｆｆは有効屈折率である。

式（４）に式（５）から式（７）を代入することによって、式（８）が導出される。
ｄ（ｎｅｆｆ－Ｒ）＝ｍλ … 式（８）
屈折率ｎ１および入射角θは、材料および入射角度を固定して考える場合には一定であるため、ここではｎ１ｓｉｎθを定数Ｒとして取り扱う。導波モード共鳴に寄与するのは主に１次回折光であるため、式８においてｍ＝１とすることができる。第１格子構造１１Ｇ１および第２格子構造１１Ｇ２について、式（８）より導かれる共鳴波長λをそれぞれλ１、λ２とすると、式（９）が成り立つ。
｜λ１－λ２｜＝｜ｄ１（ｎ２１－Ｒ）－ｄ２（ｎ２２－Ｒ）｜… 式（９）

可視波長域において、特定の色に該当する波長範囲が比較的狭い黄緑、黄、橙よりも広い２５ｎｍ以上の波長差がある場合に、２つの色で表示される２領域で色の違いを知覚できる。したがって、画像要素およびパターン要素に、式（９）の右辺が２５以上となるような第１格子構造１１Ｇ１および第２格子構造１１Ｇ２を設けることで色の違いを知覚でき、波長差｜λ１－λ２｜が大きいほど色の違いが明瞭になる。なお、格子構造の方位角に平行なＴＥ波の方が格子構造の方位角に直交なＴＭ波よりも構造に起因して有効屈折率が高くなり、仮想層１２Ｖと第１層１１との屈折率差が大きくなるため、正反射方向に射出する特定波長の強度が高く、光学効果としては支配的であるといえる。

図３を参照して先に説明した光学素子１０は、画像要素１１Ｒ１に図７が示す第１格子構造１１Ｇ１を備えることが可能であり、パターン要素１１Ｐ２に図８が示す第２格子構造１１Ｇ２を備えることが可能である。この場合において、画像要素１１Ｒ１が第１色を呈し、かつ、パターン要素１１Ｐ２が第２色を呈する状態が、光学素子１０、観察者、および、光源の相対位置における初期位置である。光学素子１０の法線を回転軸として光学素子１０を初期位置から９０°回転させると、画像要素１１Ｒ１において、ｓ偏光がＴＥ波に対応し、かつ、ｐ偏光がＴＭ波に対応する。これに対して、パターン要素１１Ｐ２において、ｓ偏光がＴＭ波に対応し、かつ、ｐ偏光がＴＥ波に対応する。これにより、画像要素１１Ｒ１が第２色を呈し、かつ、パターン要素１１Ｐ２が第１色を呈する。それゆえに、観察者は、光学素子１０の回転によって、画像要素１１Ｒ１が呈する色とパターン要素１１Ｐ２が呈する色とが反転したと認識する。

上述したように、第１格子構造１１Ｇ１の方位角φと、第２格子構造１１Ｇ２の方位角φとは、９０°以下であることが以下の理由から好ましい。光学素子１０の観察面１０Ｓと、観察者の視線を含む平面とが形成する角度が、観察角度である。格子構造が呈する色が視認される観察角度は、光源、観察者、および、光学素子１０の相対的な位置の関係で規定される。そのため、第１格子構造１１Ｇ１の方位角φと、第２格子構造１１Ｇ２の方位角φとが互いに異なっても、第１格子構造１１Ｇ１が呈する色が視認される観察角度と、第２格子構造１１Ｇ２が呈する色とが視認される観察角度とは、互いに等しい。言い換えれば、各格子構造１１Ｇ１，１１Ｇ２が呈する色が発現する観察角度と、各格子構造１１Ｇ１，１１Ｇ２が呈する色が消失する観察角度とは、２つの格子間において互いに等しい。

第１格子構造１１Ｇ１の方位角φと、第２格子構造１１Ｇ２の方位角φとの差が９０°である場合、第１格子構造１１Ｇ１から射出されるゼロ次回折光の波長と、第２格子構造１１Ｇ２から射出されるゼロ次回折光の波長とは互いに異なる。これにより、第１格子構造１１Ｇ１が呈する第１色と、第２格子構造１１Ｇ２が呈する第２色とが互いに異なる。第１格子構造１１Ｇ１の方位角φと第２格子構造１１Ｇ２の方位角φとの差を、０°よりも大きくかつ９０°未満の範囲に含まれる角度に設定した場合には、第１格子構造１１Ｇ１および第２格子構造１１Ｇ２の少なくとも一方が、第１色と第２色との中間色を呈する。第１格子構造１１Ｇ１が呈する色と、第２格子構造１１Ｇ２が呈する色とは、方位角φの差に応じて変わる。そのため、第１格子構造１１Ｇ１の方位角φと第２格子構造１１Ｇ２の方位角φとの差によって、１つの方向に沿って並ぶセルＰｘにおいて、各セルＰｘが呈する色を徐々に変化させたり、互いに隣り合うセルＰｘ間において、各セルＰｘが呈する色を急激に変えたりすることができる。

なお、格子構造１１Ｇにおいて、第１格子構造１１Ｇ１における方位角φと、第２格子構造１１Ｇ２における方位角φとの差が９０°に設定されたときに、第１格子構造１１Ｇ１が射出する光の波長と、第２格子構造１１Ｇ２が射出する光の波長との差が最も大きくなる。

図１０が示すように、光学素子１０では、例えば、光学素子１０の観察面１０Ｓに垂直な平面上において、光源ＬＳと観察者ＯＢとが、観察面１０Ｓの法線に対して対象となるように位置するとき、観察者ＯＢは、光学素子１０が射出するゼロ次回折光を視認することができる。言い換えれば、光学素子１０は、光源ＬＳから入射した入射光に対する正反射の方向に、格子構造１１Ｇの格子周期に応じた波長の光を射出することができる。

上述したように、本実施形態において、格子構造の格子周期は、可視波長以下、特に２５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下に設定されている。しかしながら、ゼロ次回折光による特定の波長を有した光のみが特定の方向に射出されるための格子周期は、格子構造の屈折率、および、格子構造に入射する入射光の入射角などによって変わる。以下において、格子構造がゼロ次回折光のみを射出するための条件、言い換えれば、サブ波長格子が１次回折光を射出しないための条件を説明する。

反射型の回折格子において、以下の式（１０）が成り立つことが知られている。
ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ２ ＝ ｍλ／ｎｄ … 式（１０）
なお、式（１０）において、θ１は回折格子に対する入射光の入射角であり、θ２は回折格子が射出する回折光の回折角であり、ｍは回折光の回折次数である。λは波長であり、ｎは回折格子の屈折率であり、ｄは回折格子の格子周期である。

ここで、屈折率ｎが１であり、かつ、回折格子が配置された平面に対して垂直な光が入射したと仮定したときの１次回折光について考える。このとき、入射角θ１は０°であり、回折次数ｍは１である。そのため、これらの数値を式（１０）に代入すると、以下の式（１１）が導かれる。

ｓｉｎθ２ ＝ λ／ｄ … 式（１１）
ｓｉｎθ２は－１以上１以下であるため、式（１１）における右辺（λ／ｄ）が１よりも大きいとき、式（１１）は成り立たない。言い換えれば、右辺（λ／ｄ）が１よりも大きいとき、１次回折光は回折格子から射出されない。したがって、上述した前提のもとでは、回折格子の格子周期が波長よりも小さいときに、回折格子はゼロ次回折光のみを射出する。

一方で、屈折率が１ではなく、かつ、入射角θ１が０°でない場合には、回折格子がゼロ次以外の次数の回折光を射出する場合もある。例えば、入射角θ１が３０°であり、かつ、波長λが６００ｎｍであると仮定したときの１次回折光について考える。このとき、入射角θ１は３０°であり、波長λは６００ｎｍであり、回折次数ｍは１である。そのため、これらの数値を式（１０）に代入すると、以下の式（１２）が導かれる。

１／２ ＋ ｓｉｎθ２ ＝６００／ｎｄ … 式（１２）
ｓｉｎθ２は－１以上１以下であるため、式（１２）の左辺（１／２＋ｓｉｎθ２）は－０．５以上１．５以下であり、屈折率ｎと格子周期ｄとの積が０以上４００以下を満たすとき、屈折率ｎと格子周期ｄとの組み合わせによって、回折格子が１次回折光を射出する。例えば、１次回折光が射出されるときの屈折率ｎと格子周期ｄとの組み合わせ（ｎ，ｄ）は、以下の通りである。

（ｎ，ｄ） ＝ （１，４００）、（１．５，２００）、（２，１００）
このように、回折格子の屈折率ｎによっては、回折格子の格子周期ｄが波長λ以下であっても、１次回折光やより高次の回折光が射出されることがある。言い換えれば、回折格子の格子周期ｄと、回折格子の屈折率ｎとの調整によって、回折格子がゼロ次回折光を射出する一方で、ゼロ次回折光よりも高次の回折光を射出しないように回折格子を構成することが可能である。

一方で、１次回折光の回折角θ２がゼロ次回折光の回折角θ２よりも大幅に大きくなるように設計することで、観察者に対する回折格子の相対位置が固定された状態において、ゼロ次回折光が観察者によって視認される一方で、１次回折光が観察者によって視認されないように、回折格子を構成することも可能である。これにより、回折格子を形成する材料の選択における自由度や、回折格子の格子周期における自由度を高めることはできる。

図１１が示すように、光源ＬＳと観察者ＯＢの視点とを固定した状態で、上述した平面と光学素子１０とが、垂直以外の角度で交差するように光学素子１０を傾ける。この場合には、光学素子１０は、観察者ＯＢの視線の方向にはゼロ次回折光を射出しないため、観察者は光学素子１０が射出する特定の波長の光を視認することができない。言い換えれば、観察者は、光学素子１０が呈する色を視認することができない。

光学素子１０では、第１格子構造１１Ｇ１および第２格子構造１１Ｇ２の両方において、各格子構造に起因する色の発現と消失とが同時に起こる。そのため、光学素子１０の全体において、特定の色を呈する状態と、特定の色を呈しない状態とが切り替わる。それゆえに、光学素子１０の真正検証では、光学素子１０が、第１格子構造１１Ｇ１に由来する色を呈するモチーフ領域１１Ｓ１と、第２格子構造１１Ｇ２に由来する色を呈する背景領域１１Ｓ２とを備えるか否かを、一度に把握することができる。結果として、光学素子１０を回転させることによって、光学素子１０が２つの色を呈する状態を有するか否かを検証する場合に比べて、光学素子１０の真正をより容易に検証することができる。

図１２から図１４を用いて、境界領域１１Ｓ３の構造を説明する。図１２から図１４では、（ａ）が境界領域１１Ｓ３におけるＸＹ平面に沿う概略的な構造を示し、（ｂ）が（ａ）における断面指示線に沿う断面構造を示している。

図１２は、無指向性の散乱構造の一例を示している。
図１２が示すように、無指向性の散乱構造は、構造の幅や高さが不規則な構成である。図示の便宜上、図１２では構造がＸ方向とＹ方向にランダムに並んだ形態としているが、方向も関係なく完全にランダムに凹凸構造が形成された形態であってもよい。この無指向性の散乱構造は、モチーフ領域１１Ｓ１の格子構造や背景領域１１Ｓ２の格子構造を形成する工程で同時に形成してもよいし、第１層１１から第３層１３を含む積層体を別の基材に転写したり、ラミネートしたりするときに物理的に生成されるものであってもよい。

図１３は、指向性の散乱構造の一例を示している。
図１３が示すように、指向性の散乱構造において、構造の幅や高さが不規則ではあるが、構造の並ぶ方向が揃っている。観察者が紙面手前から観察しているとすると、図１３に示す構造断面図に対して紙面の奥から紙面の手前に向けて光が入射する場合には、観察者側に散乱光が入ってくるため白色として知覚される。一方で、構造断面図に対して紙面の左から紙面の右に向けて光が入射する場合には、射出方向から観察しても光が弱く、散乱構造は、実質的に黒またはグレーに見える。つまり、光学素子１０を平面視した状態でどの方向に指向性の散乱構造を設けるかによって、境界領域を白色にも黒色にも表示可能である。例えば、境界領域１１Ｓ３に入射した光の正反射方向とは異なる方向に指向性を有した散乱構造によれば、第３領域が、正反射方向では黒色を呈する。これにより、導波モード共鳴によって正反射方向に特定の色を表示するモチーフ領域１１Ｓ１および背景領域１１Ｓ２における境界がより明確になる。

図１４は、モスアイ構造に代表される反射防止構造の一例を示している。
図１４が示すように、モスアイ構造による反射防止の原理とは、ナノオーダーの針状構造を設けることで、構造周辺の屈折率がゆるやかに変化するため、入射した光の反射や屈折が極めて小さくなり、結果的に黒色に見えるという原理である。図１４では、円錐状の構造を正方配列した例を示しているが、構造のＸＹ方向の断面積がＺ方向に変化する微細構造であればよく、配列も正方配列に限定されるものではない。

また、境界領域１１Ｓ３に格子構造１１Ｇを設けてもよい。この場合には、モチーフ領域１１Ｓ１や背景領域１１Ｓ２と同じく境界領域１１Ｓ３においても特定波長の色が表示される。境界領域１１Ｓ３内の平均色彩値Ｌ*ａ*ｂ*と、境界領域１１Ｓ３に隣接する画像要素およびパターン要素の少なくとも一方の要素内での平均色彩値Ｌ*ａ*ｂ*との色差ΔＥ*ａｂは、１３以上とできる。この条件を満たせば、境界領域１１Ｓ３に設ける格子構造１１Ｇは任意である。

境界領域１１Ｓ３に配置する格子構造１１Ｇは、光学素子１０と対向する平面視において縦方向に延びる、すなわち方位角φが９０°の格子構造１１Ｇであることが好ましい。格子構造１１Ｇの方位角φが０°の場合と９０°の場合とでは光学特性が異なる。

図１５から図２４を参照して、格子構造１１Ｇの方位角の違いによる特徴を説明する。なお、図１６から図２４は実験より得られた結果の一例である。当該実験は、格子周期ｄが３００ｎｍから５００ｎｍまで２０ｎｍ刻みに条件を振ったサンプルの測色結果に関する。サンプルは、第１層１１から第３層１３を含む積層体を基材でラミネートした形態とした。各条件５ｍｍ角の平面上に格子周期ｄが一定の格子構造１１Ｇを設け、それぞれ図７に示すように格子方向と平行に光を入射したα入射の場合と、図８に示すように格子方向と直交して光を入射したβ入射の場合とで分光反射率取得による測色を行なった。

当該測定は、図１５に示すような光学系を用いて行なった。サンプルへの入射角と受光角が等しくなるように光学系を準備し、サンプルホルダーに設置したサンプル表面約４ｍｍφの領域について反射光を受光し、反射光について測色した。なお、入射角および受光角は３０度を基本とした。分光器では生データとして、後に参照する図１６や図１７に示すような分光反射スペクトルが得られる。各波長に対する物体の反射率と光源の分光特性、ヒトの視感度から三刺激値ＸＹＺが導かれ、そこからＬ*ａ*ｂ*表色系などの各種色彩値へと変換される。

図１５に示すような方法によって、画像要素およびパターン要素に対して測定を行なうことで、それぞれの共鳴波長λ１、λ２を取得できる。すなわち、式（９）で示される共鳴波長λ１、λ２の差と、構造周期の差の関係を実験的に求めることができる。このように、図１５のように実験的に得られた結果から、共鳴波長λ１、λ２の差が２５ｎｍとなり、構造周期の差は２０ｎｍに相当することがわかる。言い換えれば、厳格には共鳴波長λ１、λ２と構造周期の差の関係は、式（９）で定式化できるが、実用的は、共鳴波長λ１、λ２の差と構造周期の差とが線形の関係であることから、実験値を用いた近似値を得ることができる。この近似値は、観察角度や、構造の材質に依存するが、現実的な観察角度や構造の材質は類似することから、ほとんどの現実的な構成において、十分に実用的である。

図１６および図１７は、格子構造１１Ｇの格子方向と入射方向の関係の異なるα入射およびβ入射の条件で、格子周期ｄの異なるサンプルを測定して得られた分光反射スペクトルである。図１６がα入射の条件で得られた分光反射スペクトルであり、図１７がβ入射の条件で得られた分光反射スペクトルである。

図１８は、図１６および図１７の結果について、格子構造１１Ｇの格子周期ｄと反射ピーク波長の関係を示したものである。
図１８が示すように、α入射、β入射どちらの場合も格子周期ｄと反射ピーク波長の関係が線形性を有している。しかし、α入射の場合は終始一貫した変化であるのに対して、β入射の場合は格子周期における３６０ｎｍから３８０ｎｍ付近を境に、両者の関係が異なっている。このことから、α入射となる格子構造１１Ｇの方が設計面および製造面において制御しやすいといえる。

図１９は、図１６および図１７の結果について、格子構造１１Ｇの格子周期ｄとピーク反射率の関係を示したものである。
図１９が示すように、全体的にα入射の方がβ入射よりも反射率が高い。これは、図１７において、格子周期ｄの細かい格子構造１１Ｇの反射ピークが、主成分である長波長側以外に短波長側にも現れていることに起因する。これらは格子方向と入射方向の関係で生じる偏光の影響によるものといえる。α入射となる構造設計では、主となる色相に該当する波長における反射率が高いほど、表示される色の発色が強くなり、視認性が高まる。

図２０および図２１は、図１６および図１７に示した分光反射率から、色彩値へ換算した結果である。図２０は、ＣＩＥ１９７６に基づくｕ’ｖ’色度図を示している。図２１は、ＣＩＥ Ｌａｂ表色系のａｂ色度図を示している。いずれも色度図に示した矢印の起点が格子周期３００ｎｍの色彩値であり、プロット間を結ぶ線にしたがって格子周期が２０ｎｍずつ大きくなっている。α入射とβ入射では、前者の方が全体的に色度図の外側に位置しており、後者と比べて高彩度である。高彩度であるほど、各色相の色味が強く感じられるようになるため、α入射すなわち格子方向と入射方向が平行な格子構造を設ける方が視認性は高くなる。

図２２には、青、緑、赤に相当する波長について、α入射とβ入射の場合で近しい色相となる格子周期ｄを図２１より抽出し、図１６および図１７より該当する分光反射スペクトルを重ね合わせたものである。４５０ｎｍ付近にピークを有するスペクトルが青であり、５００ｎｍ付近にピークを有するスペクトルが緑であり、６５０ｎｍ付近にピークを有するスペクトルが赤である。また、実線のスペクトルはα入射の結果を示し、破線のスペクトルはβ入射の結果を示す。それぞれの波長について実線と破線を比較すると、上述したように反射率に差があることが容易に分かる。

図２３および図２４には、それぞれα入射とβ入射について、測定する正反射角度を３０°を中心に２０°、４０°と変化させた場合の分光反射スペクトルを示す。図２３がα入射における分光反射スペクトルを示し、図２４がβ入射における分光反射スペクトルを示している。正反射角度２０°から４０°におけるピーク波長の中心の変動幅Ｓ１および変動幅Ｓ２を比較すると、β入射の変動幅Ｓ２が大きい。すなわち、光学素子１０を正反射角で観察するよう観察者に指示した場合に、β入射だと、同じ正反射でも観察する角度によって見える色相が大きくずれる可能性がある。一方、α入射の場合は色相の変動量が比較的小さいため、α入射となる構造設計にすることで観察される色の角度依存性を低くすることができる。

正反射角度によって色が変化する現象は、上記式（４）の位相整合条件より説明できる。入射角θが変化した場合、格子周期ｄは一定であるため、共鳴波長λが変化することになる。図７のように格子方向と入射方向が平行だと、入射角θが変化しても式（２）、式（３）におけるＦは変化しない、つまり有効屈折率が変化しないため、共鳴波長λの変化は小さい。一方で、図８のように格子方向と入射方向が直交する場合、入射角θによってＦが変化する。特に、第２層１２の誘電体製層の厚さが、第１層１１と第２層１２の境界面に形成された格子構造の形状に対して分布をもつ場合には、Ｆの変化が生じやすく、入射角θによる有効屈折率の変動が大きくなる可能性がある。

以上のように、α入射、すなわち格子方向と入射方向が平行な格子構造を設ける方が視認性や色安定性という観点で優れているといえる。一般的に、光学素子１０は、真上あるいは前方上側から光が当たるような照明環境下にて観察されることが多い。これを踏まえると、α入射となる状態は、図７のように観察者からみて格子構造１１Ｇの方位角が９０°すなわち縦方向となる。このような格子方向とする別のメリットとして、回折光が観察者の目に入りにくいことが挙げられる。これによれば、光学素子１０を傾けながら観察する場合に、本来見せたいモチーフ領域１１Ｓ１や背景領域１１Ｓ２のみに視線を集めることができる。

また、モチーフ領域１１Ｓ１、背景領域１１Ｓ２、および、境界領域１１Ｓ３に配置される格子構造１１Ｇすべてにおいて方位角が９０°である場合には、以下のような製造上のメリットがある。例えば、このような格子構造１１Ｇを備えたフィルムを作製する場合に、格子構造１１Ｇが形成された金属版を熱可塑性樹脂あるいは紫外線硬化性樹脂などに熱圧を加えて金属版の構造に樹脂を充填させ、硬化させることで作製する方法が考えられる。光学素子１０を大量生産する場合にはロールに金属版を巻き付け、長いフィルムにエンボスする方法があるが、これらの工程において、フィルムの流れ方向と格子構造の方向が平行である方が、成形性が高く狙った光学効果を得やすく、さらに、金属版に樹脂が取られて版がすぐに使えなくなるなどの不良が起こりにくくなる。

図２５は、境界領域１１Ｓ３の一態様を示している。
図２５（ａ）が示すように、境界領域１１Ｓ３は画像要素１１Ｒ１に接する部位と、パターン要素１１Ｐ１に接する部位とにそれぞれ輪郭を有しているが、この輪郭上の任意の点と、当該点における接線に直交し、もう一方の輪郭と交わる点との距離を境界領域１１Ｓ３の幅Ｗｂとする。

図２５（ｂ）が示すように、幅Ｗｂは境界領域全体で一定であってもよい。これにより、モチーフ領域１１Ｓ１と背景領域１１Ｓ２との境界が、境界領域１１Ｓ３によって一様に強調される。これにより、光学素子１０が平面的な印象となりやすく、また、強い印象を与えやすい。特に、境界領域１１Ｓ３が直線状であると、印象がシャープになりやすい。なお、曲線状の境界領域１１Ｓ３は、光学素子１０に柔らかな印象を与えやすい。

または、図２５（ｃ）が示すように、境界領域１１Ｓ３の幅は、幅Ｗｂ１および幅Ｗｂ２を含むように局所的に変化してもよい。すなわち、境界領域１１Ｓ３第１部分と第２部分とを含み、第１部分の幅Ｗｂ１が第２部分の幅Ｗｂ２と異なってもよい。これにより、境界領域１１Ｓ３の幅が異なることによって、光学素子１０の美観が高められる。境界領域１１Ｓ３の幅が異なることによって、光学素子１０にエレガントな印象を与えやすい。特に曲線と組み合わせるとリズミカルな印象となる。また、幅Ｗｂの変化は、連続的である場合は、自然な外観となりやすい。

境界領域１１Ｓ３の幅は、３０μｍ以上３０００μｍ以下でとできる。境界領域１１Ｓ３の幅が３０μｍ以上であることによって、観察者が境界領域１１Ｓ３を視認することが可能である。また、境界領域１１Ｓ３の幅が３０００μｍ以下であることによって、境界領域１１Ｓ３が、モチーフ領域１１Ｓ１および背景領域１１Ｓ２よりも目立つことが抑えられる。特に、境界領域１１Ｓ３の幅が３０μｍ以上３００μｍ未満の場合には、緻密な線が描けるため補助的な境界線として利用することができる。一方で、境界領域１１Ｓ３の幅が３００μｍ以上３０００μｍ以下の場合は、人の目で十分解像できる太さであるため、領域間の境界線、特に異なる絵柄の境界として利用することができる。

図２６から図２９を参照して、モチーフ領域１１Ｓ１、背景領域１１Ｓ２、および、境界領域１１Ｓ３の配置に関する変形例を説明する。
図２６では、モチーフ領域１１Ｓ１が３つの画像要素から形成され、モチーフ領域１１Ｓ１の外周に境界領域１１Ｓ３が設けられている。なお、境界領域１１Ｓ３および背景領域１１Ｓ２は格子構造１１Ｇを備えなくてもよく、平均粗さＳａが２０μｍ以下の実質的に平坦な面であってもよい。このような構造とすることで、例えば国旗のようなシンボルを表示させる場合に、モチーフ領域１１Ｓ１以外は白色となるため、シンボルのイメージを損なうことなく、見せたいデザインを強調させることができる。

図２７は、モチーフ領域１１Ｓ１が互いに接していない複数の画像要素から形成される場合の例を示す。このような場合においては、画像要素のそれぞれをモチーフ領域１１Ｓ１とみなし、それぞれに境界領域１１Ｓ３を設けてもよい。このような構造であっても、境界領域１１Ｓ３によって各画像要素の輪郭がはっきりと表示されるため、結果として、モチーフ領域１１Ｓ１全体の形状を観察者に印象付けることは可能である。

図２８は、背景領域１１Ｓ２および境界領域１１Ｓ３が、モチーフ領域１１Ｓ１の輪郭の一部に存在しない場合の例である。図２８が示すように、図２７のようにモチーフ領域１１Ｓ１の輪郭を完全に取り囲む構成でなくても、デザインが配置される領域の端にあたる部分においては、モチーフ領域１１Ｓ１の輪郭を認識できるため、境界領域１１Ｓ３がなくてもよい。ただし、モチーフ領域１１Ｓ１とデザイン領域の外側の色が類似している場合には、境界領域１１Ｓ３を設けて輪郭を際立たせる方がモチーフ形状を認識しやすい。

図２９は、デザイン領域全体がモチーフ領域１１Ｓ１で埋め尽くされた場合の例である。
図２９が示すように、一見すると意味をもたない図形であっても、デザイン全体に配置され、それ自体が「柄」という意味をもつ場合には、「柄」の一つひとつをモチーフ領域１１Ｓ１として扱ってもよい。このとき、モチーフ領域１１Ｓ１のそれぞれに境界領域１１Ｓ３を設ける場合は、表面１１Ｓのなかでモチーフ領域１１Ｓ１が位置しない領域を背景領域１１Ｓ２として扱える。デザイン全体の外観を考慮して境界領域１１Ｓ３を設けない場合には、近接する複数のモチーフ領域１１Ｓ１間を背景領域１１Ｓ２と見なしてもよいし、表面１１Ｓにおいてモチーフ領域１１Ｓ１が位置しない領域を境界領域１１Ｓ３とみなしてもよい。複数のモチーフ領域１１Ｓ１の最近接点の距離が１ｍｍ以下であれば、モチーフ領域１１Ｓ１同士が近接していると定義できる。

図３０から図３２を参照して、格子構造１１Ｇの変形例を説明する。
図３０は、ＸＹ平面上に方位角φで配列された格子構造１１Ｇを示している。図３０において格子構造１１Ｇに直交するＶＩＩ‐ＶＩＩ線における断面形状を図３１および図３２に示す。

図３１に示される構造が、基本となる構造である。図３１において、凸部における高さをＨｐ、凹部における高さをＨｖとすると、高さＨｐと高さＨｖとの距離Ｈが構造高さである。凸部と凹部の中心位置ＣＬを基準とした場合に、中心位置ＣＬよりも上側にある凸部の幅をｄｐとし、下側にある凹部の幅をｄｖとする。図３１の例において、幅ｄｐと幅ｄｖとは互いに等しい。

一方で、図３２に示される構造は、図３１に示される構造の変形例である。図３２が示す構造において、中心位置ＣＬを基準とした凸部の幅ｄｐと凹部の幅ｄｖとは互いに異なる。幅ｄｐと幅ｄｖの比率によって、上述の有効屈折率は変化する。有効屈折率が変化すると、式（４）から式（７）に示す位相整合条件を満たす共鳴波長λが変わるため、観察される色が変化することとなる。

このように、位相整合条件に含まれる変数の値によって観察される色は変化する。図３１および図３２では格子構造１１Ｇの凸部と凹部の幅の比率について示したが、その他にも格子構造１１Ｇの方位角φ、格子周期ｄによっても有効屈折率は変化する。

さらに、位相整合条件を満たすある一定条件のもとであっても、格子構造１１Ｇの構造高さＨによって、凸部と凹部それぞれで反射された光の干渉状態が異なり、観察される光の強度、言い換えると濃淡に相当する変数である彩度が変化する。

これらの変数の少なくとも１つを異ならせることで、モチーフ領域１１Ｓ１、背景領域１１Ｓ２、境界領域１１Ｓ３の色相や濃淡を変えられるため、色彩表現を自在に行える。図３３に一例を示す。モチーフ領域１１Ｓ１を形成する画像要素１１Ｒ１，１１Ｒ２および背景領域１１Ｓ２を形成するパターン要素１１Ｐ１，１１Ｐ２について、それぞれＸ方向に並ぶセルＰｘおよびその断面形状を示している。図３３（ａ）が画像要素１１Ｒ１の平面構造、および、ＶＩＩＩ‐ＶＩＩＩ線に沿う断面構造を示し、図３３（ｂ）が画像要素１１Ｒ２の平面構造、および、ＩＸ‐ＩＸ線に沿う断面構造を示し、図３３（ｃ）がパターン要素１１Ｐ１の平面構造、および、Ｘ‐Ｘ線に沿う断面構造を示し、図３３（ｄ）がパターン要素１１Ｐ２の平面構造、および、ＸＩ‐ＸＩ線に沿う断面構造を示している。

この例では、各要素内ではセルＰｘの格子構造１１Ｇが一様であり、特定の色でベタ塗りされたような外観となる。ただし、ＶＩＩＩ‐ＶＩＩＩ線からＸＩ‐ＸＩ線に従う断面については、要素ごとに異なり、例えば画像要素１１Ｒ１と画像要素１１Ｒ２とでは、格子構造１１Ｇの格子周期ｄは異なる（ｄ１＞ｄ２）一方で、構造高さＨは互いに等しい（Ｈ１＝Ｈ２）。これに対して、パターン要素において、方位角φが画像要素とは異なる。さらに、パターン要素１１Ｐ１とパターン要素１１Ｐ２では、格子構造１１Ｇの格子周期ｄは等しく（ｄ３＝ｄ４）、構造高さＨが異なる（Ｈ３＜Ｈ４）。

図３４は、光学素子１０における別の変形例を示している。画像要素１１Ｒ１とパターン要素１１Ｐ１について、それぞれＸ方向またはＹ方向に並ぶセルＰｘおよびその断面形状を示している。図３４（ａ）が画像要素１１Ｒ１の平面構造、および、ＸＩＩ‐ＸＩＩ線に沿う断面構造を示し、図３４（ｂ）がパターン要素１１Ｐ１の平面構造、および、ＸＩＩＩ‐ＸＩＩＩ線に沿う断面構造を示している。この例では、画像要素１１Ｒ１では、要素内において部分的に格子周期ｄが変化している。ＸＩＩ‐ＸＩＩ線に沿う断面において構造高さＨ１が一定であり、格子周期ｄ１と格子周期ｄ２とが互いに異なっている。

また、パターン要素１１Ｐ１では、格子周期ｄが一定であり、構造高さＨ３と構造高さＨ４とが互いに異なっている。このように、要素内において格子構造の方位角、格子周期、構造高さ、および、格子構造の凹部と凸部との比率のいずれかを変化させることによって、色相にグラデーションを付与したり、濃淡を付与したりすることができる。例えば、図２が示すような花びらを光学素子１０が表示する場合には、花びらの中心から外側に向けて色相の濃淡を変化させることによって、疑似的な立体感を表現することもできる。

図３５は、本実施形態の光学素子１０における他の例である。図３５は、図３と同様、観察面１０Ｓと対向する平面視における光学素子１０の構造を示している。
図３５が示すように、複数のセルＰｘは、表面１１Ｓと対向する平面視において、各セルＰｘの一部に位置する第１格子構造１１Ｇ１を備えるセルＰｘを含んでもよい。図３を参照して先に説明した例では、第１格子構造１１Ｇ１は、各セルＰｘの全体に位置している。これに限らず、各セルＰｘにおいて、そのセルＰｘの一部のみに第１格子構造１１Ｇ１が位置してもよい。各セルＰｘにおいて、セルＰｘの面積に対する第１格子構造１１Ｇ１の面積の比が面積率である。複数のセルＰｘには、面積率が互いに異なるセルＰｘが含まれてもよい。

各セルＰｘにおける面積率が高いほど、各セルＰｘの輝度が高い。そのため、複数のセルＰｘが、面積率が互いに異なるセルＰｘを含むことによって、モチーフ領域１１Ｓ１が呈する色において、同一の色相において輝度による濃淡を形成することが可能である。また、面積率は、漸次的に変化してもよい。これにより、モチーフ領域１１Ｓ１に擬似的な立体像を表示させることが可能でもある。この場合には、モチーフ領域１１Ｓ１が表示すべき立体像における輝度の高低、すなわち階調値に応じて、面積率を決定することができる。

また、光学素子１０は、モチーフ領域１１Ｓ１と背景領域１１Ｓ２とを備える一方で、境界領域１１Ｓ３を備えていない。そして、光学素子１０では、モチーフ領域１１Ｓ１と背景領域１１Ｓ２とが互いに接している。

本実施形態では、光学素子１０は、モチーフ領域１１Ｓ１の中央からモチーフ領域１１Ｓ１の外縁に向かう方向に沿って、セルＰｘにおける面積率が小さくなる部分を含み、かつ、モチーフ領域１１Ｓ１の外縁における面積率が最も小さい。

［第２実施形態］
図３６から図３８を参照して、光学素子の第２実施形態を説明する。本発明の第２実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子と比べて、格子構造を備える格子パターンの形状が異なる。そのため以下では、こうした相違点について詳しく説明する一方で、第２実施形態の光学素子において第１実施形態の光学素子に対応する構成には、第１実施形態と同一の符号を付すことによって、その詳しい説明を省略する。なお、以下に参照する図３６から図３８では、図示の便宜上、格子構造を平坦面から離れる方向に突出する凸部が並ぶ構造として示している。また、第２実施形態の光学素子では、観察者によって観察される格子構造の色が、ゼロ次回折光よりも高次の回折光に基づく場合もある。そのため以下では、格子構造が発色する効果が最も高い効率で現れる角度をｍ次とし、ｍ次における回折光をｍ次回折光とする。

上述したように、格子パターンは、複数の格子構造１１Ｇを含んでいる。複数の格子構造が並ぶ方向が第１方向Ｄ１であり、第１方向Ｄ１と直交する方向が第２方向Ｄ２である。各格子構造において、第１方向Ｄ１に沿い、かつ、第１層１１が広がる平面に垂直な断面における形状が、断面形状である。各格子パターンにおいて、格子群が繰り返し配置されている。格子群において、断面形状が互いに異なる２つ以上の格子構造が第２方向Ｄ２に沿って並んでいる。以下、本実施形態の光学素子について、より詳しく説明する。

図３６が示すように、第１実施形態の光学素子１０と同様、光学素子２０は、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３を備えている。光学素子２０は、第１方向Ｄ１において、３つの部分を含んでいる。すなわち、光学素子２０は、第１部分２０Ａ、第２部分２０Ｂ、および、第３部分２０Ｃを備えている。第１部分２０Ａ、第２部分２０Ｂ、および、第３部分２０Ｃは、格子構造が並ぶ方向において、記載の順に並んでいる。

格子パターンにおいて、各部分に属する複数の格子構造１１Ｇは、互いに同じ断面形状を有する。一方で、各部分間において、各部分に属する格子構造の断面形状は、互いに異なっている。格子パターンにおいて、第１部分２０Ａに属する部分が第１格子２０ＡＧであり、第２部分２０Ｂに属する部分が第２格子２０ＢＧであり、第３部分２０Ｃに属する部分が第３格子２０ＣＧである。

第１格子２０ＡＧは、複数の第１格子構造ＡＧＰを含んでいる。複数の第１格子構造ＡＧＰは、第１方向Ｄ１に沿って繰り返されている。第１格子２０ＡＧの断面形状は、波状である。第１格子２０ＡＧの格子周期は、第１周期ｄ１である。第１格子構造ＡＧＰは、第１方向Ｄ１に沿う断面において、１つの山部が２つの谷部によって挟まれた形状を有している。第１格子構造ＡＧＰは、一方の谷部と山部とを結ぶ斜面と、山部と他方の谷部とを結ぶ斜面とを有している。各斜面は、第１層１１が広がる平面に対して傾きを有している。

第１方向Ｄ１に沿う断面において、一方の斜面に対する接線と、複数の谷部を結ぶ直線とが形成する角度が第１接線角度θ１である。なお、複数の谷部を結ぶ直線は、第１層１１の表面にほぼ平行な直線である。なお、第１接線角度θ１は、第１層１１が広がる平面と斜面とが形成する角度に等しい。

第２格子２０ＢＧは、複数の第２格子構造ＢＧＰを含んでいる。複数の第２格子構造ＢＧＰは、第１方向Ｄ１に沿って繰り返されている。第２格子２０ＢＧの断面形状は、波状である。第２格子２０ＢＧの格子周期は、第２周期ｄ２である。第２周期ｄ２は、第１周期ｄ１に等しい。第２格子構造ＢＧＰは、第１格子構造ＡＧＰと同様、第１方向Ｄ１に沿う断面において、１つの山部が２つの谷部によって挟まれた形状を有している。第２格子構造ＢＧＰは、一方の谷部と山部とを結ぶ斜面と、山部と他方の谷部とを結ぶ斜面とを有している。各斜面は、第１層１１が広がる平面に対して傾きを有している。

第１方向Ｄ１に沿う断面において、一方の斜面に対する接線と、複数の谷部を結ぶ直線とが形成する角度が第２接線角度θ２である。第２接線角度θ２は、第１接線角度θ１とは異なる角度である。なお、第２接線角度θ２は、第１層１１が広がる平面と斜面とが形成する角度に等しい。本実施形態において、第２接線角度θ２は、第１接線角度θ１よりも小さい。一方で、上述したように、第２格子２０ＢＧの第２周期ｄ２は、第１格子２０ＡＧの第１格子周期ｄ１に等しい。そのため、第１方向Ｄ１に沿う断面において、第２格子構造ＢＧＰの断面形状と、第１格子構造ＡＧＰの断面形状とは互いに異なっている。

第３格子２０ＣＧは、複数の第３格子構造ＣＧＰを含んでいる。複数の第３格子構造ＣＧＰは、第１方向Ｄ１に沿って繰り返されている。第３格子２０ＣＧの断面形状は、波状である。第３格子２０ＣＧの格子周期は、第３周期ｄ３である。第３周期ｄ３は、第１周期ｄ１および第２周期ｄ２に等しい。第３格子構造ＣＧＰは、第１格子構造ＡＧＰと同様、第１方向Ｄ１に沿う断面において、１つの山部が２つの谷部によって挟まれた形状を有している。第３格子構造ＣＧＰは、一方の谷部と山部とを結ぶ斜面と、山部と他方の谷部とを結ぶ斜面とを有している。各斜面は、第１層１１が広がる平面に対して傾きを有している。

第１方向Ｄ１に沿う断面において、一方の斜面に対する接線と、複数の谷部を結ぶ直線とが形成する角度が第３接線角度θ３である。第３接線角度θ３は、第１接線角度θ１とは異なる角度であり、かつ、第２接線角度θ２とも異なる角度である。なお、第３接線角度θ３は、第１層１１が広がる平面と斜面とが形成する角度に等しい。本実施形態において、第３接線角度θ３は、第１接線角度θ１よりも小さく、かつ、第２接線角度θ２よりも小さい。一方で、上述したように、第３格子２０ＣＧの第３周期ｄ３は、第１周期ｄ１および第２周期ｄ２に等しい。そのため、第１方向Ｄ１に沿う断面において、第３格子構造ＣＧＰの断面形状は、第１格子構造ＡＧＰの断面形状、および、第２格子構造ＢＧＰの断面形状の両方と異なっている。

すなわち、本実施形態では、各格子パターンにおける上述した断面形状は、第１層１１が広がる平面に対して傾きを有した斜面を含んでいる。そして、複数の格子パターンは、第１層１１に対する斜面の傾斜角が互いに異なる格子構造を含んでいる。

こうした格子パターンによれば、各斜面における接線角度θ１，θ２，θ３を変えることによって、光学素子２０に入射した光が回折する角度を変えることができる。すなわち、第１格子２０ＡＧ、第２格子２０ＢＧ、および、第３格子２０ＣＧの間において、接線角度θ１，θ２，θ３を互いに異ならせることで、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧにおいてｍ次回折光が射出される角度を互いに異ならせることができる。これにより、複数の格子パターン全体において接線角度が等しい場合と比べて、ｍ次回折光が射出される角度の範囲を広げることができる。言い換えれば、観察者がｍ次回折光を観察することが可能な観察角度の範囲を広げることができる。なお、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧにおいて、断面形状が異なる一方で格子周期は等しいため、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧが呈する色はほぼ同じである。それゆえに、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧから射出されたｍ次回折光の集合は白色光を生成しない。

第１方向Ｄ１において、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧの幅は３００μｍ以下とでき、さらには、８５μｍ以下とできる。各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧの幅が３００μｍ以下であることによって、人の目の分解能では、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧを分離することができない。それゆえに、観察者は、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧが、互いに異なる角度で光を回折していると認識することはできない。

一般に、視力が１．０である人が、観察対象から５ｍ離れた位置から視覚１分で分離することが可能な間隔は、１．４５４ｍｍであることが知られている。こうした事項は、ランドルト環を用いて説明されている。なお、１分は、１°の６０分の１である。観察者が光学素子２０から３０ｃｍ離れた位置から光学素子２０を観察すると仮定した場合、観察者の目によって分離することが可能な間隔、すなわち分解能Ｒは、以下の式（１３）から導出することができる。

Ｒ ＝ １４５４ × （３０／５００） （μｍ） … 式（１３）
なお、式（１３）の右辺において、第１項の単位がμｍであり、第２項の単位がｃｍである。式（１３）より、分解能Ｒは８７．２４μｍである。そのため、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧの幅が８５μｍ以下であれば、人の目の分解能では、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧを分解することができない確実性を高めることができる。このため、各格子２０ＡＧ，２０ＢＧ，２０ＣＧの幅が８５μｍ以下であると、ジャギーのような像の違和感を抑制しやすい。

各格子構造ＡＧＰ，ＢＧＰ，ＣＧＰの断面形状が、互いに異なる接線角度を有した波形状であることは、ｍ次回折光が射出される方向を、接線角度によって制御することが可能である。これに対して、格子構造の断面形状が、光学素子２０の表面に対して平行な面と、表面に対して直交する面とから構成される矩形状である場合、ｍ次回折光、すなわちゼロ次回折光は、入射光に対する正反射の方向に射出される。例えば、光学素子２０の表面に対する入射光の入射角度が４５°である場合には、正反射光の射出角度も４５°である。そのため、観察者は、観察角度が４５°である方向から光学素子２０を観察しなければ、光学素子２０が射出する光を観察することができない。

正反射光の射出角度で光学素子２０を観察した場合には、光源から光学素子２０に向けて射出された光の正反射光も観察者によって観察される。そのため、観察者が、格子構造によって射出された光を視認しにくい場合がある。さらに、光学素子２０に対する光源の相対位置によって、光学素子２０を正反射の角度から観察することが難しい場合もある。この点で、ｍ次回折光が射出される方向を、接線角度によって制御することが可能であることで、光学素子２０がｍ次回折光を射出する角度の自由度が高くなる。そのため、上述した問題を解決することが可能にもなる。

３つの格子構造を含む格子パターンは、以下の構造を有してもよい。
図３７が示すように、格子パターンは、第１格子構造ＡＧＰ、第２格子構造ＢＧＰ、および、第３格子構造ＣＧＰを含んでいる。第１格子構造ＡＧＰ、第２格子構造ＢＧＰ、および、第３格子構造ＣＧＰが、第１方向Ｄ１に沿って記載の順に並んでいる。これにより、第１格子構造ＡＧＰ、第２格子構造ＢＧＰ、および、第３格子構造ＣＧＰが１つの格子群ＧＰＧを構成している。格子パターンにおいて、複数の格子群ＧＰＧが、第１方向Ｄ１に沿って繰り返されている。

第１方向Ｄ１において、第１格子構造ＡＧＰの格子周期が第１周期ｄ１であり、第２格子構造ＢＧＰの格子周期が第２周期ｄ２であり、第３格子構造ＣＧＰの格子周期が第３周期ｄ３である。第１周期ｄ１、第２周期ｄ２、および、第３周期ｄ３は、互いに等しい。

第１方向Ｄ１において、格子群ＧＰＧの周期Ｄは、２０μｍ以上であることが好ましい。格子群ＧＰＧの周期Ｄが大きいほど、より高次の回折光が同一の観察角度内に含まれる。言い換えれば、格子群ＧＰＧの周期Ｄが大きいほど、同一の次数の回折光が含まれる観察角度の範囲が狭くなる。これにより、ｍ次回折光の観察角度と他の回折光の観察角度との差を小さくすることで、観察者は、ｍ次回折光と同時に複数の回折光を視認することができる。これにより、観察者が光学素子２０から射出された光を視認することができる観察角度の範囲が広がる。

例えば、上述したように、断面形状が矩形状の回折格子では、入射光と回折格子の放線とが形成する角度を角度αとし、かつ、回折光と回折格子の放線とが形成する角度を角度βとするとき、以下の式（１４）が成り立つ。なお、角度αは入射角であり、角度βは回折角である。

ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ） ＝ ｍλ … 式（１４）
なお、式（１４）において、ｄは回折格子の周期であり、ｍは回折次数であり、λは光の波長である。周期および波長の単位はｎｍである。なお、図３７に示される格子構造１１Ｇでは、周期ｄが上述した格子群ＧＰＧの周期Ｄに相当する。式（１４）において、角度αを４５°に設定し、波長λを５００ｎｍに設定するとき、周期ｄを５０００ｎｍに設定すると、以下のように回折次数ｍと角度βとが決まる。
（ｍ，β） ＝ （１，－３７．４）、（２，－３０．５）、（３，－２４．０）…

また、周期ｄを１００００ｎｍに変更すると、以下のように回折次数ｍと角度βとが決まる。
（ｍ，β） ＝ （１，－４１．１）、（２，－３７．４）、（３，－３３．９）…

また、周期ｄを２００００ｎｍに変更すると、以下のように回折次数ｍと角度βとが決まる。
（ｍ，β） ＝ （１，－４３．０）、（２，－４１．１）、（３，－３９．２）…

このように、周期ｄが大きくなるほど、回折次数の異なる回折光間において、角度βの差が小さくなる。

ここで、人の目における瞳孔径が５ｍｍであり、かつ、観察者が光学素子２０を観察する距離を３０ｃｍであると仮定する。この場合、光学素子２０におけるある点から射出される光のうち、約１°の観察角度内に含まれる光が、観察者の目に入る。すなわち、観察者は約１°の観察角度内の光を積算した結果を視認している。つまり、約１°の観察角度の範囲内に特定の波長を有した回折光が含まれていると、この観察角度の範囲内において回折効率が高くなる。また、観察者が、観察角度が変わるように光学素子２０を傾けながら観察する場合、観察者が観察角度を２°以上変える間にわたって、光学素子２０の呈する色が特定の色に保持されていることによって、観察者は光学素子２０が呈する色を認識しやすい。そのため、光学素子２０は、観察角度における２°の範囲内に次数の異なる回折光を少なくとも２つ射出するような構成は、上記の効果を有することができる。この点で、光学素子２０における周期Ｄは、２０μｍ以上であれば、上記の効果を有することができる。

３つの格子構造を含む格子パターンは、以下の構造を有してもよい。
図３８が示すように、格子構造１１Ｇは、第１格子構造ＡＧＰ、第２格子構造ＢＧＰ、および、第３格子構造ＣＧＰを含んでいる。第１格子構造ＡＧＰ、第２格子構造ＢＧＰ、および、第３格子構造ＣＧＰが、第１方向Ｄ１に沿って記載の順に並んでいる。これにより、第１格子構造ＡＧＰ、第２格子構造ＢＧＰ、および、第３格子構造ＣＧＰが１つの格子群ＧＰＧを構成している。格子パターンにおいて、複数の格子群ＧＰＧが、第１方向Ｄ１に沿って繰り返されている。

第１格子構造ＡＧＰの格子周期が第１周期ｄ１であり、第２格子構造ＢＧＰの格子周期が第２周期ｄ２であり、第３格子構造ＣＧＰの格子周期が第３周期ｄ３である。第１周期ｄ１、第２周期ｄ２、および、第３周期ｄ３は、互いに異なる。第１方向Ｄ１において互いに隣り合う格子構造間では、格子周期の差が２０ｎｍよりも小さくできる。例えば、第１周期ｄ１を３００ｎｍに設定し、第２周期ｄ２を３１０ｎｍに設定し、かつ、第３周期ｄ３を２９０ｎｍに設定することが可能である。

格子構造間において格子周期が互いに異なるため、格子構造間において回折角が互いに異なる。格子構造間において、格子周期の差が小さいほど、回折角の差が小さくなる。上述したように、第１方向Ｄ１において互いに隣り合う格子構造間での格子周期の差が２０ｎｍよりも小さければ、各格子構造から射出されるｍ次回折光の回折角が互いにほぼ等しくなる。これにより、観察者は、各格子構造から射出されるｍ次回折光を分離することができない。そのため、観察者が光学素子２０から射出される光を観察することが可能な観察角度を広げることができる。

以上説明したように、光学素子の第２実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）複数の格子パターンにおいて、第１方向Ｄ１に沿う断面形状が互いに同一である場合と比べて、格子構造１１Ｇから射出される光を観察者が視認することが可能な観察角度を広げることができる。

（２）複数の格子パターンにおいて、第１方向Ｄ１に沿う断面形状に含まれる斜面の傾斜角が互いに同一である場合と比べて、格子パターン間における傾斜角の差に応じて、格子構造１１Ｇから射出される光を観察者が視認することが可能な観察角度を広げることができる。

［第２実施形態の変形］
なお、上述した第２実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
［断面形状］
・格子構造１１Ｇは、断面形状が互いに異なる格子構造を含んでもよい。また、断面形状は、４種以上の格子構造を含んでもよい。また、複数種の格子構造は、格子パターン内においてランダムに位置してもよい。

・格子構造１１Ｇの断面形状は、上述した波状に限らない。格子構造１１Ｇが波形状以外の形状を有する場合であっても、パターン格子が、断面形状が互いに異なる格子構造を含んでいることによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

［第３実施形態］
図３９を参照して、光学素子の第３実施形態を説明する。本発明の第３実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子１０と比べて、第１層がフィラーを含む点が異なっている。そのため、以下では、こうした相違点を詳しく説明する一方で、第３実施形態の光学素子において、第１実施形態の光学素子に対応する構成には、第１実施形態と同一の符号を付すことによって、その詳しい説明を省略する。

図３９が示すように、光学素子３０が備える第１層１１は、第１層１１を形成する樹脂中に分散したフィラー３１を含んでいる。フィラー３１の平均粒径は、４００ｎｍ以下である。第１層１１に入射した光の少なくとも一部は、第１層１１内に分散したフィラーによって散乱される。そのため、格子構造１１Ｇに入射する光には、互いに異なる入射角を有した光が含まれる。これにより、格子パターンＧＰが含む各格子構造１１Ｇは、その格子構造１１Ｇに入射した光の入射角に応じた正反射の方向に光を反射する。格子構造１１Ｇが反射した光は、フィラー３１によって散乱されることなく、または、フィラー３１によって散乱された後に、光学素子３０の外部に射出される。そのため、第１層１１がフィラーを含まない場合と比べて、光学素子３０から射出される光の射出角の範囲が広がる。結果として、光学素子３０が呈する色を観察者が観察することが可能な観察角度の範囲が広がる。

上述したように、フィラー３１の平均粒径は、４００ｎｍ以下とできる。これにより、ミー散乱が生じることが抑えられるため、第１層１１の透明性が少なからず高められる。フィラー３１の形状は、球状に限らない。そのため、本実施形態では、各フィラー３１において規定することが可能な複数の直径における平均値が、各フィラー３１の平均粒径である。ここで、フィラー３１などの散乱体の大きさと散乱現状との関係について、以下のことが知られている。散乱体の平均粒径が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲に含まれる場合には、散乱体によってミー散乱が生じる。ミー散乱では、可視域に含まれる光は、光の波長に関わらず同程度に散乱されるため、ミー散乱によって散乱された光は白色を有する光として視認される。なお、ミー散乱では、散乱体の粒径によって光の散乱角度が影響される。ミー散乱では、散乱体の粒径が大きいほど、光の進行方向における前方に対する散乱が強くなる。

これに対して、散乱体が光の波長に対して１／１０よりも小さい場合には、レイリー散乱が生じる。レイリー散乱では、光が散乱される方向は、散乱体の粒径に依存しない。レイリー散乱では、散乱体の粒径に関わらず、光の進行方向に対して８の字を描くような分布で、光が散乱される。また、レイリー散乱では、光の波長が短いほど、光の散乱が強くなる。

本実施形態のように、散乱体であるフィラー３１が分散した第１層１１に透明性が必要とされる場合には、フィラー３１の平均粒径は、少なくとも光の波長以下であり、かつ、フィラー３１の散乱はレイリー散乱である必要がある。この場合、フィラー３１の平均粒径は、４００ｎｍ以下とできる。フィラー３１の平均粒径をＤとし、光の波長をλとするとき、散乱断面積αは以下の式（１５）によって算出することができる。

α ＝πＤ／λ … 式（１５）
式（１５）を用いることによって、フィラー３１によって生じる散乱現象が、レイリー散乱であるか、あるいは、ミー散乱であるかを簡易的に判断することができる。散乱断面積αが０．４以上である場合には、主にレイリー散乱が生じる一方で、散乱断面積αが、０．４よりも大きく、かつ、３未満である場合には、主にミー散乱が生じることが知られている。それゆえに、フィラー３１に入射する光が可視域の光であって、例えば光の波長が４００ｎｍである場合には、フィラー３１の平均粒径が５０ｎｍ以下であれば、フィラー３１によって主にレイリー散乱を生じさせることができる。これにより、第１層１１における透明性が高い状態で、第１層１１に入射した光をフィラー３１によって散乱させることができる。

以上説明したように、第３実施形態の光学素子によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（３）第１層１１がフィラーを含まない場合と比べて、光学素子３０から射出される光の射出角の範囲が広がる。そのため、光学素子３０が呈する色を観察者が観察することが可能な観察角度の範囲が広がる。

［第４実施形態］
図４０および図４１を参照して、光学素子の第４実施形態を説明する。本発明の第４実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子１０と比べて、第３層１３において、第２層１２に接する面とは反対側の面の状態が異なっている。そのため以下では、こうした相違点を詳しく説明する一方で、第３実施形態の光学素子において第１実施形態の光学素子１０と対応する構成には同一の符号を付すことによって、その詳しい説明を省略する。また、以下では、第４実施形態における第１例と第２例とを順に説明する。

［第１例］
図４０が示すように、光学素子４０において、第３層１３は、熱可塑性を有した接着層である。第３層１３は、第３層１３の厚さ方向における中央よりも第２層１２に接する面とは反対側の面寄りの部分に分散したフィラー４１を含んでいる。第３層１３において、第２層１２に接する面が表面１３Ｆであり、表面１３Ｆとは反対側の面が裏面１３Ｒである。第３層１３において、フィラー４１は、上述したように、第３層１３の厚さ方向における中央よりも裏面１３Ｒ寄りに位置することが好ましく、裏面１３Ｒの近傍に位置することが好ましい。

上述したように、第３層１３は、熱可塑性を有した接着層である。第３層１３を形成する材料には、熱可塑性を有した接着剤を用いることができる。第３層１３が熱可塑性を有した接着層であるため、第３層１３が被転写体に接する状態で光学素子４０に熱および圧力を加えることにより、光学素子４０を被転写体に転写することができる。このとき、第３層１３に加えられた熱および圧力によって、第３層１３の裏面１３Ｒにフィラー４１に起因する凹凸が生じ、これによって、第３層１３の表面１３Ｆにも凹凸が生じる。結果として、第１層１１および第２層１２のなかで、光学素子４０の厚さ方向から見て、第３層１３に形成された凹凸と重なる部分にも、凹凸が生じる。これにより、第１層１１と第２層１２との界面において、格子パターンＧＰに対してフィラー４１に起因する凹凸が付加される。被転写体は、例えば、紙幣、パスポート、および、カードとできる。

第１層１１と第２層１２との界面における凹凸は、フィラー４１の大きさ、各層１１，１２，１３の厚さ、および、光学素子４０を転写するときの熱および圧力の条件によって、調節することができる。

格子パターンＧＰには、フィラー４１に起因する凹凸が付加されるため、格子パターンＧＰを構成する複数の格子構造１１Ｇには、格子構造１１Ｇに対する光の入射角が違いに異なる格子構造１１Ｇが含まれる。そして、各格子構造１１Ｇは、その格子構造１１Ｇにおける光の入射角に応じた射出角で、ｍ次回折光を反射する。各格子構造１１Ｇがｍ次回折光を射出する射出角の範囲は、各格子構造１１Ｇに付与された凹凸が有する曲率によって変わる。言い換えれば、観察者が、格子パターンＧＰが呈する色を観察することが可能な観察角度は、各格子構造１１Ｇに付与された凹凸の曲率によって変わる。

上述したように、光学素子４０が呈する色は、観察角度における２°以上の範囲において保たれることが好ましい。一方で、光学素子４０が呈する色を観察することができる観察角度の範囲が広すぎると、各観察角度において光学素子４０が射出する光の強度が低くなる。そのため、光学素子４０が呈する色を観察することができる観察角度の範囲は、２°以上１０°以下であることが好ましく、２°以上５°以下であることがより好ましい。こうした観察角度の範囲に、全ての格子パターンＧＰが射出するｍ次回折光の射出角が含まれることが好ましい。

そのため、フィラー４１に起因する凹凸の曲率は、過度に大きくないことが好ましい。以下の２つの方法により、フィラー４１に起因する凹凸の曲率が過度に大きくなることを抑えることができる。第１の方法では、フィラー４１を第３層１３において一様に分散させ、かつ、凹凸の曲率が過度に大きくならないように、転写における熱および圧力の条件を調節する。第２の方法では、フィラー４１として、球状を有するフィラーではなく、扁平な形状を有するフィラーを用い、かつ、第３層１３の厚さ方向において、フィラー４１の直径が小さくなるように、第３層１３にフィラー４１を分散させる。

［第２例］
図４１が示すように、光学素子４０は、第３層１３に接する第４層４２をさらに備えている。第４層４２は、第３層１３に接する表面４２Ｆを含んでいる。表面４２Ｆは、凹凸を含んでいる。

第４層４２の表面４２Ｆにおける凹凸は、種々の方法によって形成することができる。例えば、第３層１３を被転写体である第４層４２に転写するときに、熱および圧力によって変形した第３層１３に追従するように、第４層４２の表面４２Ｆに凹凸を形成することができる。この場合には、第３層１３には、熱可塑性を有した接着層を用いることができる。また、第４層４２には、例えば、紙や樹脂フィルムを用いることができる。あるいは、第４層４２に微粒子や繊維を分散させることによって、第４層４２の表面４２Ｆに凹凸を形成することができる。また、第４層４２の表面４２Ｆには、第４層４２を成膜するときに生じる脱泡やむらによっても凹凸を生じさせることができる。第２例においても、第１例と同様、第４層４２の表面４２Ｆに起因する凹凸を格子構造１１Ｇに付加することができる。そのため、第２例の光学素子４０によっても、第１例の光学素子４０と同様の効果を得ることができる。

なお、第４層４２が被転写体であり、かつ、第４層４２が微粒子を含む場合には、微粒子の平均粒径が、接着層である第３層１３の厚さと同程度であることが好ましい。また、第４層４２に対する転写において、熱および圧力の条件を調節することによって、格子構造１１Ｇに付与される凹凸が過度に大きくなることが抑えられる。

また、繊維が分散した第４層４２として、紙製の第４層４２を用いることができる。この場合、第４層４２を構成する繊維は、第４層４２の表面４２Ｆに平行に並んでいる。パルプ繊維は、直径が２０μｍ以上５０μｍ以下であり、かつ、長さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度の大きさを有する。そのため、格子パターンＧＰに付与される凹凸が過度に大きくなる場合がある。これに対して、セルロースナノファイバーは、直径が４ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、かつ、長さが５μｍ以上程度の大きさを有する。そのため、格子構造１１Ｇに付与される凹凸が過度に大きくなることが抑えられる。なお、セルロースナノファイバーは、パルプ繊維を分解することによって得られる繊維である。

以上説明したように、第４実施形態の光学素子によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（４）フィラー４１に起因する凹凸が格子パターンＧＰに付与されるため、複数の格子構造１１Ｇが、格子構造１１Ｇに対する光の入射角が互いに異なる格子構造１１Ｇを含むことができる。これにより、格子構造１１Ｇにおける射出角も異なるため、格子パターンＧＰから射出される光が観察される観察角度を広げることができる。

（５）第４層４２の表面４２Ｆに起因する凹凸が格子パターンＧＰに付与されるため、複数の格子構造１１Ｇが、格子構造１１Ｇに対する光の入射角度が互いに異なる格子構造１１Ｇを含むことができる。これにより、格子構造１１Ｇにおける射出角も異なるため、格子パターンＧＰから射出される光が観察される観察角度を広げることができる。

［第５実施形態］
図４２および図４３を参照して、光学素子の第５実施形態を説明する。本発明の第５実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子と比べて、第１層から第３層の他に、樹脂層を備える点が異なっている。そのため以下では、こうした相違点を詳しく説明する一方で、第５実施形態の光学素子において第１実施形態の光学素子１０と対応する構成には、第１実施形態の光学素子１０と同じ符号を付すことによって、その詳しい説明を省略する。

［第１例］
図４２が示すように、光学素子５０は、第１層１１に対して第２層１２とは反対側に樹脂層１４を備える。樹脂層１４は、第１層１１に接している。第１層１１の硬度は、第３層１３の硬度および樹脂層１４の硬度よりも高い。なお、これらの層の積層体において、第２層１２の厚さは他の層の厚さと比べて薄い。そのため、第２層１２の硬度は、光学素子５０が有する特性に対してあまり影響しないと見なすことが可能であるとして省略した。

例えば、第１層１１、第２層１２、第３層、および、樹脂層１４を供えるカードなどの媒体を製造する場合に、各層が有する微細な凹凸構造やフィラーなどの凹凸が、カードを形成する複数の層をラミネートする際に、格子パターンＧＰに対して付与されることがある。このとき、樹脂層１４および第３層１３が比較的弾性を有した材料によって形成されていることによって、樹脂層１４および第３層によって外部からの力を吸収することができる。また、第１層１１をこれらの層に対して硬度の高い材料によって形成することによって、積層体に外部から力が加わった場合にも、格子パターンＧＰの領域にまで微細な凹凸の影響が生じないようにすることができる。これにより、格子パターンＧＰが備える格子構造１１Ｇの形状が変形することを抑え、これによって、特定の方向において観察される色の純度および発色の強さを維持することができる。

上記の硬度を達成するために、第１層１１を形成する材料が紫外線硬化性樹脂であり、第３層１３および樹脂層１４を形成する材料が熱可塑性樹脂であってよい。さらに、第１層１１の厚さを、第１層１１に形成する格子構造１１Ｇの構造高さよりも厚くすることによって、第１層１１有する硬度による効果をより高めることができる。第１層１１の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下とできる。
なお、樹脂層１４は、上述したフィラーを含んでもよい。

［第２例］
図４３は、第１例の構造を含むカード５０Ｃの構造における一例を示している。
図４３が示す例では、例えば、第１層１１は成形層であり、第２層１２は反射層であり、第３層１３は接着層であり、樹脂層１４は剥離層である。これらの積層体を印字層１６に転写し、次いで、印字層１６に対して白色層１７と印字層１６とを順に積層する。そして、最上層である樹脂層１４、および、最下層である印字層１６の各々に保護層１５を積層してラミネートする。これにより、図４３に示すカード５０Ｃを得ることが可能である。

印字層１６は、例えばレーザー光線に反応することによって黒色となる材料によって形成されている。印字層１６のレーザー光線で炭化し黒色となる材料によって形成できる。印字層１６には、上述したラミネートの後に識別情報や顔画像などの生体情報を印字することが可能である。また、白色層１７には、ポリカーボネートなどによって形成された耐熱性の高い基材を用いることが好ましい。白色層１７の表面には、印刷が施されていてもよい。

保護層１５は、樹脂層１４に接する面に凹凸を有している。これにより、上述したラミネートの後に、カード５０Ｃには、保護層１５を介してカード５０Ｃに入射した光を散乱する効果が付与される。これによって、観察者が、カード５０Ｃから射出される光を視認することができる観察角度の範囲を広げることができる。このとき、第１層１１が第１例に記載の硬度および第１例に記載の厚さの少なくとも一方を有することができる。これによって、格子パターンＧＰの形状に対して保護層１５の凹凸が影響することを抑えつつ、すなわちカード５０Ｃから射出される光が有する明瞭な色相を保ちつつ、当該光が観察される角度範囲を広げることができる。

［第６実施形態］
図４４から図５０を参照して、光学素子の第６実施形態を説明する。本発明の第６実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子と比べて、レリーフ面を備えるレリーフ層を備える点が異なっている。そのため以下では、こうした相違点を詳しく説明する一方で、第６実施形態の光学素子において第１実施形態の光学素子１０と対応する構成には、第１実施形態の光学素子１０と同じ符号を付すことによって、その詳しい説明を省略する。また以下では、第６実施形態の光学素子における２つの例を順に説明する。

［第１例］
［光学素子の構成］
図４４を参照して、第１例の光学素子における構成を説明する。

図４４が示すように、光学素子６０は、上述した第１実施形態の光学素子１０と同様、第１層１１と、第１層１１に接する第２層１２と、第２層１２に接する第３層１３とを備えている。第１層１１は、第２層１２に接する裏面１１Ｒの少なくとも一部に格子構造１１Ｇを含む樹脂製の層である。裏面１１Ｒは、第１面の一例である。図４４では、図示の便宜上、裏面１１Ｒの全体に格子構造１１Ｇが位置するような断面形状が示されているが、本実施形態の光学素子６０では、裏面１１Ｒの一部に格子構造１１Ｇが形成されている。

第２層１２において、第１層１１の裏面１１Ｒに接する表面１２Ｆが、格子構造１１Ｇに追従した凹凸状である。表面１２Ｆは、第２面の一例である。第２層１２は、第１層１１の屈折率よりも高い屈折率を有した誘電体製の層である。第３層１３は、第２層１２よりも屈折率が低い樹脂製の層である。

光学素子６０は、裏面１１Ｒおよび表面１２Ｆとは異なるレリーフ面１３Ｒｅを含むレリーフ層を含んでいる。レリーフ面１３Ｒｅは、複数の反射面を含み、互いに隣り合う反射面間のピッチが、格子構造１１Ｇのピッチよりも大きい。本実施形態では、レリーフ層は、上述した第３層１３である。より詳しくは、第３層１３のなかで、第４層６１に接する面である裏面１３Ｒが、レリーフ面１３Ｒｅである。

なお、図４４では、図示の便宜上、裏面１３Ｒの全体にレリーフ面１３Ｒｅが位置しているが、本実施形態の光学素子６０では、裏面１３Ｒの一部にレリーフ面１３Ｒｅが位置している。また、レリーフ面１３Ｒｅは、光学素子６０の厚さ方向から見て、裏面１３Ｒのなかで格子構造１１Ｇと重なる位置に形成されている。

格子構造１１Ｇは、正反射方向を含む反射方向に、格子構造１１Ｇの格子周期に固有の色を呈する有色像を表示する。レリーフ面１３Ｒｅは、正反射方向とは異なる方向を含む反射方向に白色の反射光による反射像を表示する。光学素子６０は、有色像および反射像を表示しない第１状態、有色像を主として表示する第２状態、反射像を主として表示する第３状態、および、有色像および反射像を主として表示する第４状態を有する。光学素子６０が広がる平面と、観察者の視線を含む平面とが形成する角度が観察角度である。光学素子６０は、観察角度に応じて各状態のいずれかを有する。

光学素子６０は、さらに第４層６１を備えている。第４層６１は、反射層であってもよいし、屈折層であってもよい。第４層６１が屈折層である場合、第４層６１の屈折率は、第３層１３の屈折率と異なっている。第４層６１の屈折率が、第３層１３の屈折率と異なることによって、第４層６１は、レリーフ面１３Ｒｅにおける反射率を高めることができる。互いに隣接する２つの層において、界面における反射率は、２つの層の間における屈折率の差によって決まる。そのため、第４層６１の屈折率が第３層１３の屈折率とは異なることによって、第４層６１が反射層である場合と同様の効果が得られる。

上述したように、光学素子６０は、第２層１２に対して第３層１３とは反対側から観察される。そのため、第４層６１は、光透過性を有してもよいし、光透過性を有しなくてもよい。第４層６１は、単一の層から構成されてもよいし、複数の層から構成されてもよい。第４層６１が屈折層であり、かつ、複数の層から構成される場合には、第４層６１は、相対的に屈折率の低い層と、相対的に屈折率の高い層とを備えることができる。

レリーフ面１３Ｒｅは、上述したように複数の反射面を含んでいる。レリーフ面１３Ｒｅは、散乱および反射の少なくとも一方によって、白色光によって形成される反射像を表示する。レリーフ面１３Ｒｅは、上述したように複数の反射面を含み、複数の反射面は、レリーフ面１３Ｒｅ内において所定の規則で並んでもよいし、不規則に並んでもよい。レリーフ面１３Ｒｅでは、各反射面の向きや角度によって、レリーフ面１３Ｒｅが射出する光の射出方向を制御することができる。

格子構造１１Ｇは、上述した正反射方向を含む射出方向の範囲に光を射出する。格子構造１１Ｇが射出する光のなかで、正反射方向に射出される光の強度が最も大きい。これに対して、レリーフ面１３Ｒｅは、正反射方向とは異なる方向を含む射出方向の範囲に光を射出する。レリーフ面１３Ｒｅが射出する光のなかで、正反射方向とは異なる方向に射出される光の強度が最も大きい。言い換えれば、レリーフ面１３Ｒｅでは、レリーフ面１３Ｒｅが射出する光のなかで、正反射方向とは異なる方向に射出される光の強度が最も大きくなるように、反射面の向きや角度が設定されている。

レリーフ面１３Ｒｅにおいて、反射面の周期は４００ｎｍよりも大きく１０００ｎｍ以下であってもよいし、１０００ｎｍよりも大きくてもよい。レリーフ面１３Ｒｅが回折光を射出することを抑える上では、反射面の周期は１０００ｎｍよりも大きいことが好ましい。レリーフ面１３Ｒｅにおいて、例えば、反射面が延びる方向と直交する断面における形状は、鋸歯状でもよい。

格子構造１１Ｇが表示する有色像とは、可視光の波長に含まれる特定の波長の光によって形成される像である。有色像には、例えば、赤色の像、緑色の像、および、青色の像などの有彩色の像が含まれる。格子構造１１Ｇが赤色の像を表示する場合、格子構造１１Ｇが射出する光には、例えば、６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長の光が含まれる。格子構造１１Ｇが緑色の像を表示する場合、格子構造１１Ｇが射出する光には、例えば、４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長の光が含まれる。格子構造１１Ｇが青色の像を表示する場合、格子構造１１Ｇが射出する光には、例えば、４５０ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の波長の光が含まれる。なお、格子構造１１Ｇが有色像を表示するとは、格子構造１１Ｇが、有彩色を呈することと同義である。

レリーフ面１３Ｒｅが表示する反射像とは、レリーフ面１３Ｒｅでの反射あるいは散乱によって生じる白色光によって形成される像である。言い換えれば、レリーフ面１３Ｒｅが表示する反射像は無彩色の像であり、色相を有しない像である。レリーフ面１３Ｒｅは、各位置から射出される白色光の強度が互いに異なるように構成されてもよい。これにより、レリーフ面１３Ｒｅは、白色光の強度の差によって、言い換えれば明度の差によって、特定の画像を表示することができる。なお、レリーフ面１３Ｒｅが反射像を表示するとは、レリーフ面１３Ｒｅが、無彩色を呈することと同義である。

［光学素子の作用］
図４５から図４９を参照して、光学素子６０の作用を説明する。
図４５が示すように、光源ＬＳが放出した入射光ＩＬが光学素子６０に入射する角度が入射角αであり、光学素子６０が射出する射出光ＥＬが射出される角度が射出角βである。観察者ＯＢの視線方向を含む平面と、光学素子６０が広がる平面とが形成する角度が、観察角度θＯＢである。上述した正反射方向とは、入射角αと同一の大きさを有した射出角βで、射出光ＥＬが射出される方向である。光学素子６０において、格子構造１１Ｇは、正反射方向を含む反射方向に有色像を表示する一方で、レリーフ面１３Ｒｅは、正反射方向とは異なる方向を含む反射方向に白色光による反射像を表示する。光学素子６０は、観察角度θＯＢに応じて、以下の４つの状態のいずれかを有する。

なお、本実施形態では、格子構造１１Ｇが表示する有色像が月形状を有し、レリーフ面１３Ｒｅが表示する反射像が星形状を有する例を説明する。ただし、格子構造１１Ｇが表示する有色像の形状、および、レリーフ面１３Ｒｅが表示する反射像の形状は、任意の形状とすることが可能である。また、格子構造１１Ｇが表示する像が第１像であり、レリーフ面１３Ｒｅが表示する像が第２像である。

図４６は、光学素子６０の第１状態を示している。
図４６が示すように、光学素子６０の第１状態では、光学素子６０において、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２の両方が消失する。第１状態において、第１像Ｐ１を形成するための光における輝度、および、第２像Ｐ２を形成するための光における輝度が、観察者ＯＢによって第１像Ｐ１および第２像Ｐ２が識別されない程度に低い。言い換えれば、観察者ＯＢが光学素子６０を観察する観察角度θＯＢでは、格子構造１１Ｇが反射した光、および、レリーフ面１３Ｒｅが反射した光の輝度は、いずれも光学素子６０が貼られた媒体の反射光と比べて低いため、観察者ＯＢによって第１像Ｐ１および第２像Ｐ２が識別されない。

図４７は、光学素子６０の第２状態を示している。
図４７が示すように、光学素子６０の第２状態では、光学素子６０において、第１像Ｐ１が出現し、第２像Ｐ２は消失する。第１像Ｐ１が出現するとは、第１像Ｐ１における光の輝度が、第２像Ｐ２における光の輝度よりも高い状態で、光学素子６０が、第１像Ｐ１を表示することである。そのため、第２状態には、第１像Ｐ１が識別される一方で、第２像Ｐ２は識別されない状態が含まれる。また、第２状態には、光学素子６０において第１像Ｐ１および第２像Ｐ２が出現し、かつ、第１像Ｐ１における光の輝度が、第２像Ｐ２における光の輝度よりも高い状態が含まれる。

言い換えれば、観察者ＯＢが光学素子６０を観察する観察角度θＯＢでは、格子構造１１Ｇが反射した光を観察者が知覚しやすい一方で、レリーフ面１３Ｒｅが反射した光を観察者が知覚しにくい。

図４８は、光学素子６０の第３状態を示している。
図４８が示すように、光学素子６０の第３状態では、光学素子６０において、第２像Ｐ２が出現する。第２像Ｐ２が出現するとは、第２像Ｐ２における光の輝度が、第１像Ｐ１における光の輝度よりも高く、光学素子６０が、少なくとも第２像Ｐ２を表示することである。そのため、第３状態には、第２像Ｐ２が識別される一方で、第１像Ｐ１が識別されない状態が含まれる。また、第３状態には、光学素子６０が第２像Ｐ２および第１像Ｐ１を表示し、かつ、第２像Ｐ２における光の輝度が、第１像Ｐ１における光の輝度よりも高い状態が含まれる。

言い換えれば、観察者ＯＢが光学素子６０を観察する観察角度θＯＢでは、レリーフ面１３Ｒｅが反射した光の輝度は観察者が像を識別できる程度であり、格子構造１１Ｇが反射した光の輝度は観察者が識別できる程度ではない。

図４９は、光学素子６０の第４状態を示している。
図４９が示すように、光学素子６０の第４状態では、光学素子６０において、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２の両方が出現する。第１像Ｐ１および第２像Ｐ２の両方が出現するとは、光学素子６０が第１像Ｐ１および第２像Ｐ２の両方が観察者に識別される。この状態では、第１像Ｐ１における光の輝度が、第２像Ｐ２における光の輝度とほぼ等しくてもよい。言い換えれば、観察者ＯＢが光学素子５０を観察する観察角度θＯＢでは、格子構造１１Ｇが反射した光と、レリーフ面１３Ｒｅが反射した光の強度は、観察者ＯＢが識別できる程度である。なお、光学素子６０は第１状態から第３状態を有していればよく、光学素子６０において、第４状態は必須ではない。

このように、光学素子６０は、白色の反射光によって形成される反射像、すなわち無彩色の像と、特定の波長を有した光によって形成される有色像、すなわち有彩色の像とを表示する。ここで、無彩色の像と有彩色の像との判別は、無彩色の第１像と無彩色の第２像とを判別したり、有彩色の第１像と有彩色の第２像とを判別したりする場合に比べて、２つの像の判別に個人差が生じにくい。それゆえに、光学素子６０では、２つの有彩色の像、または、２つの無彩色の像に基づいて、光学素子６０の真正を検証させる場合と比べて、真正の検証に個人差が生じにくく、また、真正を検証する基準が明文化されやすい。

また、光学素子６０は、第１像Ｐ１が主として表示される第２状態と、第２像Ｐ２が主として表示される第３状態と、第１像Ｐ１と第２像Ｐ２との両方が表示されない第１状態とを含む。ここで、第２状態あるいは第３状態と第１状態とは、互いに対照的な状態であるため、第２状態あるいは第３状態と第４状態との判別に個人差が生じにくい。それゆえに、真正の検証に個人差が生じにくく、また、真正を検証する基準が、簡単に記述できる。

［第２例］
図５０を参照して、光学素子６０の第２例を説明する。
図５０が示すように、第２例の光学素子６０は、第１例の光学素子６０と同様、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３を備えている。一方で、第２例の光学素子６０では、第２層１２がレリーフ層である。第２層１２は、第２層１２の表面１２Ｆとは反対側の面、すなわち裏面１２Ｒとしてレリーフ面１２Ｒｅを含んでいる。なお、図５０では、裏面１２Ｒの全体にレリーフ面１２Ｒｅが位置しているが、レリーフ面１２Ｒｅは、裏面１２Ｒの全体に位置してもよいし、裏面１２Ｒの一部のみに位置してもよい。

第２例の光学素子６０では、第１層１１の屈折率と第２層１２の屈折率との差によって、格子構造１１Ｇにより反射された光による有色像を表示することができる。また、第２例の光学素子６０では、第２層１２の屈折率と第３層１３の屈折率との差によって、レリーフ面１２Ｒｅにより反射された光による反射像を表示することができる。

なお、第２例の光学素子６０において、第３層１３における第２層１２に接する面とは反対側の面は平坦面であってもよいし、第２層１２のレリーフ面１２Ｒｅにおける凹凸に追従する形状を有してもよい。

以上説明したように、光学素子の第６実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（６）光学素子６０が、有色像と白色光による反射像とを表示するため、２つの像の判別に個人差が生じにくい。それゆえに、光学素子６０では、真正の検証に個人差が生じにくく、また、真正を検証する基準が、簡単に記述できる。

（７）第２層１２が格子構造１１Ｇとレリーフ面１２Ｒｅとを含むため、第１層１１の屈折率と第２層１２との屈折率との差により格子構造１１Ｇでの反射率を高め、かつ、第２層１２の屈折率と第３層１３の屈折率との差によりレリーフ面１２Ｒｅでの反射率を高めることができる。

［第６実施形態の変形］
なお、上述した第６実施形態は、以下のように変更して実施することができる。

［レリーフ層］
・光学素子６０において、第１層１１がレリーフ層であってもよい。すなわち、第１層１１のなかで、格子構造１１Ｇを含む面とは反対側の面が、レリーフ面を含んでもよい。こうした場合にも、上述した（６）に準じた効果を得ることができる。

・第２例の光学素子６０において、第３層１３のなかでレリーフ面１２Ｒｅに接する面である表面は、レリーフ面１２Ｒｅに追従する形状を有している。そのため、第３層１３の表面もレリーフ面として機能することができる。

［第７実施形態］
図５１から図５４を参照して、光学素子の第７実施形態を説明する。本発明の第７実施形態の光学素子は、第６実施形態の光学素子６０と比べて、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３以外の層がレリーフ層である点が異なる。そのため以下では、こうした相違点を詳しく説明する一方で、第７実施形態の光学素子において、第６実施形態の光学素子６０と対応する構成には、第６実施形態と同じ符号を付すことによって、その詳しい説明を省略する。また以下では、第７実施形態の光学素子として４つの例を順に説明する。

［第１例］
図５１を参照して、第１例の光学素子を説明する。
図５１が示すように、光学素子７０は、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３を備えている。光学素子７０は、レリーフ面７１Ｒｅを含むレリーフ層７１をさらに備えている。レリーフ面７１Ｒｅは、上述した裏面１１Ｒおよび表面１２Ｆとは異なる面である。レリーフ面７１Ｒｅは複数の反射面を含み、互いに隣り合う反射面間のピッチが、格子構造１１Ｇのピッチよりも大きい。レリーフ面７１Ｒｅは、レリーフ層７１の裏面７１Ｒに含まれる。

光学素子７０は、反射層７２と、接着層７３とをさらに備えている。反射層７２は、レリーフ面７１Ｒｅに接し、かつ、レリーフ面７１Ｒｅの凹凸に追従する形状を有している。接着層７３は、反射層７２に対してレリーフ層７１とは反対側において反射層７２に接している。光学素子７０において、第３層１３が接着層として機能している。これにより、第１層１１および第２層１２から構成される多層体が、第３層１３によってレリーフ層７１に貼り付けられている。そのため、光学素子７０では、光学素子７０の厚さ方向から見て、格子構造１１Ｇとレリーフ面７１Ｒｅとが重なっている。

接着層７３は、反射層７２においてレリーフ層７１に接する面とは反対側の面の全体に位置してもよいし、一部に位置してもよい。
第１例の光学素子７０によれば、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３から形成される第１多層体と、レリーフ層７１、反射層７２、および、接着層７３から形成される第２多層体とを個別に製造することができる。また、第１例の光学素子７０によれば、接着層７３を用いて光学素子７０を被接着体に貼り付けることができる。

［第２例］
図５２を参照して、第２例の光学素子を説明する。
図５２が示すように、光学素子７０は、上述した第１例の光学素子７０と同様、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３に加えて、レリーフ層７１、反射層７２、および、接着層７３を備えている。第２例の光学素子７０は、さらに、第３層１３とレリーフ層７１との間に基材７４を備えている。基材７４において互いに隣り合う一対の面では、第３層１３が一方の面に位置し、レリーフ層７１が他方の面に位置している。基材７４は光透過性を有している。基材７４は、光学素子７０の製造時に、基材７４に対して形成される第１層１１およびレリーフ層７１の支持層として機能することができる。第２例の光学素子７０は、レリーフ層７１に対して基材７４側から観察される。

［第３例］
図５３を参照して、第３例の光学素子を説明する。
図５３が示すように、光学素子７０では、上述した第１例の光学素子７０と同様、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３に加えて、レリーフ層７１、反射層７２、および、接着層７３を備えている。第３例の光学素子７０は、さらに、第１基材７５と第２基材７６とを備えている。第１基材７５は、第３層１３とレリーフ層７１との間に位置している。第３層１３は接着層として機能し、これにより、第１層１１および第２層１２から構成される多層体が第３層１３によって第１基材７５に接着されている。接着層７３は、第２基材７６に接着されている。第１基材７５は、光透過性を有する。一方で、第２基材７６は、光透過性を有してもよいし、光透過性を有しなくてもよい。

第１層１１、第２層１２、および、第３層１３から構成される第１多層体は、格子構造１１Ｇと対向する平面視において、第１基材７５の一部に位置している。レリーフ層７１、反射層７２、および、接着層７３を備える第２多層体は、レリーフ面７１Ｒｅと対向する平面視において、第２基材７６の一部に位置している。光学素子７０の厚さ方向から見て、第１層１１はレリーフ層７１に重なっている。

［第４例］
図５４を参照して、第４例の光学素子を説明する。
図５４が示すように、光学素子７０は、第１例の光学素子７０と同様、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３に加えて、レリーフ層７１、反射層７２、および、接着層７３を備えている。光学素子７０は、さらに、第１基材７５、および、第２基材７６を備えている。第３層１３は接着層として機能し、第３層１３はレリーフ層７１に接着している。接着層７３は、第２基材７６に接着している。

上述した第１多層体は、格子構造１１Ｇと対応する平面視において、第１基材７５の一部に位置している。第２多層体は、レリーフ面７１Ｒｅと対向する平面視において、第２基材７６の一部に位置している。光学素子７０の厚さ方向から見て、第１層１１はレリーフ層７１に重なっている。

光学素子７０は、接着層７３に対して反射層７２側から観察される。そのため、第１基材７５は、光透過性を有する。一方で、第２基材７６は、光透過性を有してもよいし、光透過性を有しなくてもよい。

なお、光学素子７０の第１例から第４例において、各基材には、紙およびプラスチックフィルムなどを用いることができる。各基材には印刷が施されていてもよい。または、各基材は多層体であり、基材を構成する複数の層において、少なくとも一部の層に印刷が施されてもよい。

以上説明したように、第７実施形態の光学素子によれば、上述した（６）に加えて、以下に記載の効果を得ることができる。
（８）第１層１１、第２層１２、および、第３層１３以外の層がレリーフ面を備えるレリーフ層であるため、レリーフ層における設計の自由度が高まる。

［第７実施形態の変形］
なお、上述した第７実施形態は、以下のように変更して実施することができる。

［基材］
・第１例から第４例の光学素子７０において、格子構造１１Ｇと対向する平面視において、各基材は、第１多層体および第２多層体の少なくとも一方よりも小さくてもよい。

・第１層１１を含む第１多層体、および、レリーフ層７１を含む第２多層体は、２つの基材の間に内包されてもよい。言い換えれば、第１多層体および第２多層体の各々は、２つの基材によって挟まれた状態で、ラミネートされてもよい。

・各基材は、レーザー光線の照射によって発色するレーザー発色層であってもよい。そして、第１例における基材７４は、レーザー光線の照射によって基材７４に記録された情報を含んでもよい。

また、第３例の光学素子７０において、第１基材７５および第２基材７６の少なくとも一方が、レーザー光線の照射によって記録された情報を含むことができる。第１基材７５が情報を含む場合には、光学素子７０の厚さ方向から見て、レリーフ面７１Ｒｅが表示する第２像と、第１基材７５が含む情報とを重ねることによって、第２像の一部のみが視認される。これにより、光学素子７０において、偽造に対する耐性が高まる。これに対して、第２基材７６が情報を含む場合には、光学素子７０の厚さ方向から見て、格子構造１１Ｇが表示する第１像の全体と、レリーフ面が表示する第２像の全体とが視認される。

第３例の光学素子７０において、第１基材７５が情報を含む場合には、光学素子７０の厚さ方向から見て、格子構造１１Ｇが表示する第１像、および、レリーフ面７１Ｒｅが表示する第２像と、第１基材７５が含む情報とを重ねることによって、第１像の一部、および、第２像の一部のみが視認される。これにより、光学素子７０において、偽造に対する耐性が高まる。これに対して、第２基材７６が情報を含む場合には、光学素子７０の厚さ方向から見て、格子構造１１Ｇが表示する第１像の全体と、レリーフ面が表示する第２像の全体とが視認される。

［第８実施形態］
図５５を参照して、光学素子を備える転写箔を説明する。本発明の第８実施形態では、転写箔が備える光学素子が、第６実施形態の光学素子６０における第１例である場合を、転写箔の一例として説明する。

図５５が示すように、転写箔８０は、光学素子６０と、光学素子６０を被転写体に接着させるための接着層８１と、を含む接着体を備えている。転写箔８０は、さらに、支持層８２と剥離層８３とを備えている。転写箔８０において、支持層８２、剥離層８３、光学素子６０、および、接着層８１が、記載の順に積み重なっている。被転写体に転写された後の光学素子６０は、剥離層８３に対して光学素子６０とは反対側から観察される。そのため、剥離層８３は光透過性を有する。一方で、光学素子６０が転写されるとき、剥離層８３は支持層８２から剥離されるため、支持層８２は光透過性を有してもよいし、光透過性を有しなくてもよい。

転写箔８０は、格子構造１１Ｇとレリーフ面１３Ｒｅとを含む。そのため、被転写体には、転写箔８０の一部を転写するのみによって、第１像Ｐ１と第２像Ｐ２とを表示する光学素子６０を転写することができる。光学素子６０の転写には、例えば、ホットスタンプ方式を用いることができる。

［第８実施形態の変形例］
［転写箔］
・格子構造１１Ｇを含む第１転写箔と、レリーフ面１３Ｒｅを含む第２転写箔とを準備し、２つの転写箔を用いて光学素子を形成することが可能である。この場合には、光学素子の厚さ方向から見て、第１転写箔が含む格子構造１１Ｇと、第２転写箔が含むレリーフ面１３Ｒｅとが重なるように、被転写体に対して第１転写箔の一部と第２転写箔の一部とを転写すればよい。この場合には、光学素子を形成するときに、第１転写箔の一部が転写される位置と、第２転写箔の一部が転写される位置との位置合わせが必要である。そのため、光学素子において、偽造に対する耐性が高められる。

［光学素子］
・転写箔は、上述した光学素子６０に代えて、第１実施形態の光学素子１０、第２実施形態の光学素子２０、第３実施形態の光学素子３０、および、第４実施形態の光学素子４０を含んでもよい。また、転写箔は、上述した光学素子６０に代えて、第６実施形態における第２例の光学素子６０、第７実施形態における第１例および第２例の光学素子７０を含んでもよい。

［第９実施形態］
図５６から図５８を参照して、第９実施形態の光学素子を説明する。本発明の第９実施形態では、第６実施形態と比べて、第６実施形態におけるレリーフ面を、格子構造と同じ面に備える点が異なっている。

図５６が示すように、光学素子９０において、第１層９１は、格子構造１１Ｇおよびレリーフ面１１Ｒｅを第２層１２との界面に備えている。光学素子９０では、例えば、格子構造１１Ｇが形成された格子領域ＳＡ１と、レリーフ面１１Ｒｅが形成されたレリーフ領域ＳＡ２とが、交互に配置される。図５６では、図示の便宜上、第１層１１が格子領域ＳＡ１とレリーフ領域ＳＡ２とをそれぞれ一つずつ備え、かつ、第１層１１の裏面１１Ｒは、格子領域ＳＡ１およびレリーフ領域ＳＡ２以外の領域を有していない。しかしながら、格子領域ＳＡ１およびレリーフ領域ＳＡ２の数や配置は、光学素子９０が表示する像によって変更される。

上述したレリーフ面７１Ｒｅと同様、レリーフ面１１Ｒｅは、複数の反射面を含む。各反射面を含む構造における幅は、格子構造１１Ｇの幅よりも大きくてもよいし、各反射面を含む構造の高さは、格子構造１１Ｇの高さよりも高くてもよい。あるいは、反射面を含む構造の幅は格子構造１１Ｇの幅と同等であってもよく、また、反射面を含む構造の高さは格子構造１１Ｇの高さと同等であってもよい。ただし、レリーフ面１１Ｒｅによって表示される色は無彩色を主とし、かつ、レリーフ面１１Ｒｅは、格子構造１１Ｇによって有色像が表示される観察角度とは異なる観察角度に像を表示する。

上述したように、レリーフ面１１Ｒｅにおいて、反射面が延びる方向と直交する断面における形状は、例えば鋸歯状でもよい。反射面を含む構造が、レリーフ面１１Ｒｅにおいて回折光が発生しない程度に大きい場合には、レリーフ面１１Ｒｅにおいて、互いに隣り合う反射面のピッチが略一定であってよく、これによって、レリーフ面１１Ｒｅが特定の方向に白色光を反射することができる。一方で、反射面を含む構造が、レリーフ面１１Ｒｅにおいて回折光が発生する程度に小さい場合には、例えば、レリーフ面１１Ｒｅ内に、互いに異なる大きさを有した構造を混在させ、これによって、各大きさの構造に起因する回折光を混合することによって、光学素子９０に白色を表示させてもよい。

図５７（ａ）は、光学素子９０が格子構造１１Ｇによって表示する第１像Ｐ１の一例を示し、図５７（ｂ）は、光学素子９０がレリーフ面１１Ｒｅによって表示する第２像Ｐ２の一例を示している。なお、図５７は、光学素子９０が適用されたカード９０Ｃの平面構造を、カード９０Ｃが有する第３像Ｐ３とともに示している。なお、第３像Ｐ３は、カード９０Ｃの所有者を識別する識別情報を含んでいる。第３像Ｐ３は、例えば、所有者の顔画像、および、氏名、ＩＤ番号などの識別情報を含んでいる。

図５７（ａ）が示すように、光学素子９０は、第１像Ｐ１としてユーロを意味する記号を表示することが可能である。図５７（ｂ）が示すように、光学素子９０は、第２像Ｐ２としてユーロを意味する文字列（ＥＵＲＯ）を表示することが可能である。光学素子９０は、領域Ａにおいて、第１像Ｐ１の一部と第２像Ｐ２の一部とを表示することが可能である。すなわち、領域Ａには、第１像Ｐ１を表示するための格子構造１１Ｇの一部と、第２像Ｐ２を表示するためのレリーフ面１１Ｒｅの一部とが位置している。

図５８が示すように、領域Ａには、格子構造１１Ｇが位置するセルと、レリーフ面１１Ｒｅを形成する反射面を含む構造が位置するセルとが配置されている。
図５８（ａ）が示すように、セルＰｘとセルＰｘｒとは市松状に配置されてもよい。また、図５８（ｂ）が示すように、セルＰｘとセルＰｘｒとはストライプ状に配置されてもよい。また、図５８（ｃ）が示すように、セルＰｘとセルＰｘｒとは、１つのセルＰｘｒの周りを８つのセルＰｘによって取り囲むように配置されてもよい。なお、領域Ａにおいて、セルＰｘおよびセルＰｘｒの配置、および、セルＰｘの面積とセルＰｘｒの面積との比は、光学素子９０が表示する像に応じて変更可能である。例えば、領域Ａにおいて第１像Ｐ１の一部を第２像Ｐ２の一部よりも強調したい場合には、領域ＡにおいてセルＰｘが占める割合をセルＰｘｒが占める割合よりも大きくしてもよい。

［第１０実施形態］
図５９および図６０を参照して、本発明の第１０実施形態の認証体を説明する。以下では、認証体の実例であるカードについて説明する。カードの実例は、ＩＤカードや免許証、ライセンスカード、メンバーカード、クレジットカードである。なお、カードは、第７実施形態の光学素子７０における第３例をカードの一部として含んでいる。

［カードの構成］
図５９が示すように、カード１００は、カード１００の表面１００Ｆと対向する平面視において、２次元的に広がる板状を有している。カード１００は、表面１００Ｆを介して、第１画像１０１、第２画像１０２、および、第３画像１０３を表示する。また、カード１００は、表面１００Ｆを介して第１像Ｐ１および第２像Ｐ２を表示する。

本実施形態では、第１画像１０１は、顔画像１０１ａと背景画像１０１ｂとを含んでいる。顔画像１０１ａは、カード１００の所有者の顔を示す画像である。背景画像１０１ｂは、顔画像１０１ａを内部に含み、顔画像１０１ａの背景を構成している。第２画像１０２は、カード１００の所有者に関する情報を含んでいる。第２画像１０２は、文字および数字によって表現される情報を含んでいる。第３画像１０３は、カード１００に関する情報を含んでいる。第３画像１０３が含む情報は、カード１００の名称である。顔画像１０１ａと第２画像１０２はカードの所有者を識別する識別情報である。なお、カード１００は、表面１００Ｆを介して第１像Ｐ１および第２像Ｐ２を表示することが可能であればよい。上述した画像は、カード１００が表示することが可能な画像の一例である。

図６０は、図５９におけるＸＩＶ‐ＸＩＶ線に沿うカード１００の断面構造を示している。
図６０が示すように、認証体の一例であるカード１００は、光学素子７０を備えている。光学素子７０は、識別情報を覆っていてもよい。カード１００が備える光学素子７０では、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３を備える第１多層体が、剥離層７８をさらに備えている。剥離層７８は、第１層１１を覆っている。レリーフ層７１、反射層７２、および、接着層７３を備える第２多層体は、剥離層７９をさらに備えている。剥離層７９は、レリーフ層７１を覆っている。光学素子７０において、第２多層体は、第１基材７５によって覆われている。

第２基材７６の全体が、レーザー光線の照射前において、レーザー光線の照射によって発色する特性を有している。カード１００が備える第２基材７６は、レーザー光線の照射によって発色した部分である第１発色部７６ａと、第２発色部７６ｂとを含んでいる。第１発色部７６ａは、顔画像１０１ａを表示する部分であり、第２発色部７６ｂは、第２画像１０２を表示する部分である。

カード１００は、白色層１１１、下部保護層１１２、および、上部保護層１１３を備えている。白色層１１１は、白色に着色された層であり、第２基材７６に接している。白色層１１１のなかで、第２基材７６に接する面の一部には、印刷１１４が施されている。カード１００の厚さ方向から見て、印刷１１４は、第１発色部７６ａと重なる領域に位置している。印刷１１４は、背景画像１０１ｂを表示する。

下部保護層１１２は、白色層１１１のなかで、第２基材７６に接する面とは反対側の面に位置している。上部保護層１１３は、第１基材７５を覆い、かつ、第１基材７５との間に第１多層体を内包している。上部保護層１１３は、光透過性を有している。一方で、下部保護層１１２は、光透過性を有してもよいし、光透過性を有しなくてもよい。

［第１０実施形態の変形例］
［認証体］
・認証体は、カードに限らず、例えばパスポートなどの所有者を認証するために用いられる他の認証体として具体化されてもよい。

［光学素子］
・認証体は、上述した光学素子７０に代えて、第１実施形態の光学素子１０、第２実施形態の光学素子２０、第３実施形態の光学素子３０、第４実施形態の光学素子４０、第６実施形態の光学素子６０、および、第９実施形態の光学素子９０を含んでもよい。また、認証体は、上述した光学素子７０に代えて、第７実施形態の第１例、第２例、および、第４例における光学素子７０を備えてもよい。

［第１１実施形態］
図６１から図６８を参照して、本発明の第１１実施形態の認証体を説明する。以下では、認証体の一例としてカードの他の例を説明する。

［カードの構成］
図６１を参照して、カードの構成を説明する。カードの一例として、第１実施形態の光学素子１０を備えるカードについて説明するが、カードは、第１実施形態の光学素子１０に限らず、第２実施形態から第９実施形態の各々における光学素子を備えてもよい。

カード１２０は、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３に加えて、表示層１２１をさらに備えている。表示層１２１は、所定の情報を表示することができる。表示層１２１は、例えば、文字、数字、図形、および、ＱＲコード（登録商標）などを用いて所定の情報を表示することができる。カード１２０は、第１層１１において第２層１２に接する面とは反対側の面として、表面１２０Ｆを含んでいる。

表示層１２１は、第３層１３に接する表示面１２１Ｆ上に施された印刷によって、所定の情報を表示することができる。表示面１２１Ｆに印刷を施す方法は、例えば、活版印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷とできる。印刷に用いるインキには、機能性インキを用いることができる。機能性インキは、カード１２０に光を照射する光源の種類あるいは状態に応じて色が変わるインキ、および、観察者の観察角度に応じて色や光沢が変わるインキなどである。光源の種類あるいは状態に応じて色が変化するインキは、蓄光インキ、および、フォトクロミックインキとできる。観察角度に応じて色や光沢が変わるインキは、パールインキ、磁性インキ、および、カラーシフトインキとできる。

蓄光インキは、太陽光や蛍光灯などから放出された光エネルギーを吸収し、かつ、蓄積し、暗闇において徐々に発光する機能を有している。フォロクロミックインキは、紫外線に反応して発色するインキである。フォトクロミックインキは、フォトクロミックインキに対する紫外線の照射量に応じて、レッド、ブルー、パープル、および、イエローなどの互いに異なる色を呈する機能を有している。パールインキは、パール顔料が添加されたインキである。パールインキの光沢は、観察角度に応じて変わる。パールインキは、パール顔料として偏光パールから形成されたパール顔料を含むことによって、観察角度に応じて色調も変わる。機能性インキによれば、表示面１２１Ｆに形成された印刷の色が変わるか否かを容易に確認することができる。そのため、カード１２０の真正を、印刷の色に基づいて確実に検証することができる。

なお、表示面１２１Ｆに印刷を施す方法には、インクジェット方式、サーマルプリンタ方式、および、レーザー方式などを用いてもよい。これらの方式によれば、表示面１２１Ｆに形成する情報をカード１２０ごとに設定することが可能である。そのため、複数のカード１２０に共通する柄などは、上述した印刷によって相対的に高い速度で印刷し、かつ、各カード１２０で識別される識別情報は、インクジェット方式、サーマルプリンタ方式、および、レーザー方式などを用いて印刷することが好ましい。

なお、上述したように、カード１２０が備える光学素子は、第１実施形態の光学素子１０に限らず、第５実施形態および第６実施形態の各々における光学素子であってもよい。すなわち、カード１２０は、格子構造１１Ｇが表示する第１像Ｐ１、レリーフ面が表示する第２像Ｐ２、および、表示層１２１が表示する第３像を表示することが可能であってもよい。こうしたカード１２０では、第１像Ｐ１の輝度、および、第２像Ｐ２の輝度が十分に高い場合には、第１像Ｐ１が表示される観察角度、および、第２像Ｐ２が表示される観察角度の各々では、第３像が視認されにくい。一方で、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２の両方が表示されない観察角度では、第３像が視認される。それゆえに、観察者は、第３像を視認することができる。

第１像Ｐ１、第２像Ｐ２、および、第３像の各々が視認される観察角度は、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２の各々が発現する観察角度、すなわち、格子構造１１Ｇおよびレリーフ面の形状によって、任意に設定することが可能である。

カード１２０において、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３から構成される多層体は、３つの層が積み重なる方向において、７０％以上の透過率を有することができる。これにより、カード１２０が表示する像が視認されやすい。この場合特に、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３から構成される多層体である光学素子が識別情報を覆う場合、その識別のしやすさが向上する。例えば、道路運送車両の保安基準における第１９５条では、自動車の前面ガラスおよび側面ガラスの各々における透過率が７０％以上であることが義務づけられている。こうした基準に鑑みても、人が情報を明瞭かつ確実に視認する上では、情報を表示するための光が透過する透過体の透過率が７０％以上であることが好ましいと言える。

透明な多層体の透過率は、分光光度計を用いて測定することができる。カード１２０が観察される環境では、光源が太陽光または蛍光灯であることが想定される。そのため、カード１００に用いられる多層体の透過率として、５００ｎｍの波長における透過率を測定することが好ましい。多層体の透過率は、ＪＩＳ Ｋ７３７５：２００８「プラスチックの全光線透過率及び全光線反射率の求め方」に準拠する方法で測定することが好ましい。

［カードの作用］
図６２から図６８を参照して、カード１２０の作用を説明する。以下では、カード１２０の第１例における作用と、カード１２０の第２例における作用とを順に説明する。なお、カード１２０の第１例は、格子構造１１Ｇとレリーフ面とを含む光学素子を備え、かつ、観察者の目視によってカード１２０の真正が検証される構成である。これに対して、カード１２０の第２例は、格子構造１１Ｇを含む一方で、レリーフ面を含まない光学素子を備え、かつ、検証器によってカード１２０の真正が検証される構成である。

［第１例］
図６２から図６５を参照して、カード１２０の第１例における作用を説明する。
図６２は、観察者ＯＢが目視によってカード１２０の真正を検証する方法を模式的に示している。

図６２が示すように、観察者ＯＢは、カード１２０を手に持った状態でカード１２０を視認する。基準平面Ｐｈ０は、観察者ＯＢがカード１２０の観察を開始するときにカード１２０が配置される平面である。基準平面Ｐｈ０は、カード１２０の真正を検証するときの基準面である。観察者ＯＢは、基準平面Ｐｈ０に配置したカード１２０を、第１平面Ｐｈ１、第２平面Ｐｈ２、および、第３平面Ｐｈ３の各々に沿うように傾ける。観察者ＯＢは、カード１２０が各平面Ｐｈ１，Ｐｈ２，Ｐｈ３の各々に位置するときに、カード１２０を観察する。基準平面Ｐｈ０と第１平面Ｐｈ１とが形成する角度が第１角度θ１であり、基準平面Ｐｈ０と第２平面Ｐｈ２とが形成する角度が第２角度θ２であり、基準平面Ｐｈ０と第３平面Ｐｈ３とが形成する角度が第３角度θ３である。第１角度θ１は、第２角度θ２および第３角度θ３よりも大きく、かつ、第２角度θ２は、第３角度θ３よりも大きい。

光源ＬＳは、カード１２０に対して観察者ＯＢとは反対側に位置している。言い換えれば、光源ＬＳは、観察者ＯＢの前方に位置している。光源ＬＳ、カード１２０、および、観察者ＯＢは、カード１２０に入射した光源ＬＳの光が、カード１２０において、観察者ＯＢに向けて反射されるような相対位置で配置されている。カード１２０を観察するときには、点光源からの光が一方向からカード１２０に入射することが好ましい。しかしながら、実際には、カード１２０の観察時には、蛍光灯からの光や外光が、様々な方向からカード１２０に入射する。この場合であっても、カード１２０に入射した光に、カード１２０において観察者ＯＢに向けて反射される光が含まれていれば、カード１２０から射出される光の輝度が低くなるものの、観察者ＯＢは、カード１２０が表示する情報を視認することができる。

図６３から図６５は、それぞれカード１２０が表示する像を示している。図６３は、カード１２０が第１平面Ｐｈ１に配置されたときにカード１２０が示す像であり、図６４は、カード１２０が第２平面Ｐｈ２に配置されたときにカード１２０が示す像である。図６５は、カード１２０が第３平面Ｐｈ３に配置されたときにカード１２０が示す像である。なお、カード１２０は、第１像Ｐ１、第２像Ｐ２、および、第３像Ｐ３を表示することが可能に構成されている。

図６３が示すように、観察者ＯＢがカード１２０を第１平面Ｐｈ１に配置したとき、カード１２０は、第３像Ｐ３のみを表示している。なお、第３像Ｐ３は、カード１２０の所有者を識別する識別情報を含んでいる。第３像Ｐ３は、例えば、所有者の顔写真、および、氏名、ＩＤ番号などの識別情報を含んでいる。観察者ＯＢがカード１２０を第１平面Ｐｈ１に配置したときには、カード１２０は、第３像Ｐ３の全てを、表面１２０Ｆを介して外部に表示する。

図６４が示すように、観察者ＯＢがカード１２０を第２平面Ｐｈ２に配置したとき、カード１２０は、第２像Ｐ２を表示する。カード１２０の表面１２０Ｆと対向する平面視において、第２像Ｐ２は第３像Ｐ３の一部に重なる。そのため、本実施形態では、第３像Ｐ３の一部は、第２像Ｐ２によって隠蔽される。なお、第２像Ｐ２の輝度は、第３像Ｐ３の一部を完全に隠蔽しない程度の輝度であってもよい。

図６４が示すように、観察者ＯＢがカード１２０を第３平面Ｐｈ３に配置したとき、カード１２０は、第１像Ｐ１を表示する。一方で、カード１２０は、第２像Ｐ２を表示しない。カード１２０の表面１２０Ｆと対向する平面視において、第１像Ｐ１は第３像Ｐ３の一部に重なる。そのため、本実施形態では、第３像Ｐ３の一部は、第１像Ｐ１によって隠蔽される。なお、第１像Ｐ１の輝度は、第３像Ｐ３の一部を完全には隠蔽しない程度の輝度であってもよい。

このように、観察者ＯＢがカード１２０を基準平面Ｐｈ０に対して前方に傾けた場合に、カード１２０は、カード１２０の位置に応じて、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２を表示する。言い換えれば、観察者ＯＢが、観察空間において、カード１２０のなかで観察者ＯＢが把持した部分の位置をほぼ固定した状態で、カード１２０の表面１２０Ｆを観察者ＯＢに近づけた場合に、カード１２０の位置に応じて、カード１２０は、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２を表示する。

なお、観察者ＯＢが、例えば第２平面Ｐｈ２を基準面として、カード１２０を左右に傾けた場合にも、観察者ＯＢは、カード１２０が表示する第１像Ｐ１および第２像Ｐ２を視認することは可能である。言い換えれば、観察者ＯＢが、観察空間において、カード１２０の表面１２０Ｆと観察者ＯＢとの間の距離をほぼ変えずに、カード１２０を傾けたときにも、観察者ＯＢは、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２を視認することは可能である。しかしながら、観察者ＯＢは、第２像Ｐ２を容易に視認することができる一方で、観察者ＯＢは、以下の理由から、限られた観察条件においてのみ第１像Ｐ１を観察することができる。

上述したように、第１像Ｐ１は、カード１２０の表面に対する放線を含む平面に対して、光源ＬＳと観察者ＯＢとが対象な角度に位置する場合にのみ観察者ＯＢによって視認される。そのため、第２平面Ｐｈ２を基準としてカード１２０を左右に傾けた場合には、第２平面Ｐｈ２が基準平面Ｐｈ０と形成する角度が第３角度θ３である必要がある。ここで、第２平面Ｐｈ２は、観察者ＯＢが無意識にカード１２０を手に取ったときにカード１２０を配置する平面である。そのため、第２平面Ｐｈ２と基準平面Ｐｈ０とが形成する角度が第３角度θ３に一致する確率は低い。これに対して、観察者ＯＢが基準平面Ｐｈ０に対してカード１２０を前後に傾けたときに、観察者ＯＢが第３平面Ｐｈ３にカード１２０を配置する確率が高い。

それゆえに、カード１２０を観察するときには、観察者ＯＢの視線を含む平面に対して斜め上方に光源ＬＳが位置する状態で、観察者ＯＢがカード１２０を前後に傾けることが好ましい。これにより、観察者ＯＢが、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２の両方を観察する確率が高まる。そのため、観察者ＯＢによるカード１２０の真正の検証が、正確に行われやすい。

［第２例］
図６６から図６８を参照して、カード１２０の第２例における作用を説明する。
図６６は、検証器Ｖによってカード１２０の真正を検証する方法を模式的に示している。

図６６が示すように、カード１２０の表面１２０Ｆに、光源ＬＳからの光を入射角αで入射させ、かつ、射出角βで反射される反射光が検証器Ｖに入力されるように、カード１２０の真正を検証するための環境を設定する。検証器Ｖには、例えば、画像を読み取ることが可能なカメラ、および、輝度の分布を読み取ることが可能なセンサーなどを用いることができる。検証器Ｖは、第１像Ｐ１および第２像Ｐ２の各々を画像、もしくは、輝度などの光学的な情報として処理することが可能な機器であればよい。

図６７は、真正のカード１２０が表示する像を示している。一方で、図６８は、偽のカード２００が表示する像を示している。なお、図６７および図６８は、特定の観察条件において、各カード１２０，２００が表示する像を示している。

図６６が示すように、真正のカード１２０は、第３像Ｐ３の一部としてＱＲコード（登録商標）Ｐ３ａを示している。
これに対して、偽のカード２００は、第３像Ｐ３の一部としてＱＲコードＰ３ａを示すと同時に、第１像Ｐ１も表面２００Ｆを介して表示している。ここで、検証器Ｖは、上述した観察条件において、カード１００が表示するＱＲコードＰ３ａを読み取った場合に、カード１２０が真正であると判定する。この場合には、カード１２０は、第３像Ｐ３の一部としてＱＲコードＰ３ａを表示し、かつ、ＱＲコードＰ３ａが他の像とは重ならないため、検証器Ｖは、カード１２０を真正のカード１２０であると判定する。これに対して、カード２００は、第３像Ｐ３の一部としてＱＲコードＰ３ａを表示するものの、カード１２０の厚さ方向から見て、ＱＲコードＰ３ａに重なるように第１像Ｐ１を表示する。言い換えれば、検証器Ｖが読み取った情報には、ＱＲコード以外の情報も含まれる。そのため、検証器Ｖは、カード２００が偽物であると判定する。

本実施形態では、カード１２０，２００が表示するコードとしてＱＲコードＰ３ａを例示したが、カード１２０，２００が表示するコードは検証器Ｖによる読み取りが可能な他のコードでもよい。他のコードには、例えばバーコードとできる。なお、検証器Ｖによる検証には、第３像Ｐ３ではなく、第１像Ｐ１を用いてもよいし、第２像Ｐ２を用いてもよい。

また、上述した例では、検証器Ｖの位置が一カ所に固定されているが、検証器Ｖが可動式であり、かつ、検証器Ｖが、上述した射出角βに加えて、射出角βとは異なる角度である角度γでもカード１２０から射出された光を読み取ってもよい。この場合には、互いに異なる角度において得られた２つの情報を用いることによって、カード１２０の真正を二段階で検証することができる。これにより、真正か偽物かの判定の確度をより高めることができる。

［光学素子の形成材料］
以下、光学素子の形成に用いることが可能な材料を説明する。以下では、光学素子のなかで、第１層１１、第２層１２、および、第３層１３の各々を形成するための材料を説明する。

［第１層および第３層］
第１層１１および第３層１３の各々を形成するための材料には、以下の各種の樹脂を本質的に含むことができる。各層を形成するための材料には、例えば、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、アセタール系樹脂、および、セルロース系樹脂などを用いることができる。第１層および第３層の形成材料には、これらの樹脂のうちの１つのみを用いてもよいし、２つ以上を混合または、複合して用いてもよい。第１層１１および第３層１３を形成するための材料は、硬化剤、可塑剤、分散剤、各種レベリング剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、粘性改質剤、潤滑剤、および、光安定化剤などの少なくとも１つを含んでもよい。

第１層１１および第３層１３の各々を形成する方法には、例えば、熱エンボス法、キャスト法、および、フォトポリマー法などを挙げることができる。フォトポリマー法では、プラスチックフィルムなどの平坦な基材と、金属製のスタンパとの間に、放射線硬化樹脂を流し込む。そして、放射線の照射によって放射線硬化樹脂を硬化させた後、硬化された樹脂膜を基材ごと金属製のスタンパから剥離する。フォトポリマー法では、熱可塑性樹脂を利用するプレス法やキャスト法に比べて、微細凹凸構造の転写精度が高く、耐熱性や耐薬品性にも優れているため好ましい。

［第２層］
第２層１２を形成するための材料には、上述したように、光透過性を有した誘電体を用いることができる。誘電体には、金属、金属化合物、ケイ素化合物、または、これらの混合物を用いることができる。誘電体は、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、Ｔｉ_ｘＯ_ｘ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、および、ＩＴＯとできる。

第２層１２を形成する方法には、例えば、物理気相成長法、および、化学気相成長法などを用いることができる。物理気相成長法は、実例として、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンクラスタービーム法を適用できる。化学気相成長法には、実例として、プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、および、光化学気相成長法を適用できる。真空蒸着法は、生産性を高めやすい。イオンプレーティング法は、良質な反射層を形成しやすい。なお、物理気相成長法および化学気相成長法における成膜条件は、反射層の形成材料に応じて選択することができる。

第２層１２は、各種の印刷方式、キャスト方式、および、ダイコート方式などを用いて形成することもできる。この場合には、上述した誘電体の少なくとも１つが分散した樹脂を用いて、第２層１２を形成することができる。

［試験例］
［試験例１］
以下、実施例１を説明する。実施例１は、上述した第１０実施形態の認証体に対応する試験例である。試験例１では、第１層１１を含む第１転写箔と、レリーフ層７１を含む第２転写箔とを準備した。そして、第１転写箔の一部を第１基材７５に転写し、かつ、第２転写箔の一部を第２基材７６に転写した。第２基材７６としてレーザー光線の照射によって発色する基材を用いた。第１基材７５と第２基材７６とをラミネートすることによって、試験例１の認証体としてＩＤカードを得た。

より詳しくは、第１転写箔を製造するときに、まず、厚さが３８μｍであるＰＥＴフィルム（ルミラー（登録商標）、東レ（株））を支持層として準備した。支持層が備える１つの面に、剥離層用インキを塗布し、剥離層用インキを乾燥させることによって、剥離層を得た。剥離層７８の厚さは１μｍであった。次いで、剥離層７８上に第１層用インキをグラビア印刷法によって塗工した後、第１層用インキを乾燥させた。乾燥後の第１層用インキの厚さは２μｍであった。そして、乾燥後の第１層用インキに、格子構造１１Ｇを形成するための原版を押し当てることによって、格子構造１１Ｇを成形した。なお、成形時において、プレス圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ^２に設定し、プレス温度を８０℃に設定し、プレススピードを１０ｍ／ｍｉｎに設定した。

成型と同時に、支持層に対して剥離層７８とは反対側から、第１層用インキに紫外線を照射した。紫外線の照射には、高圧水銀灯を用い、かつ、高圧水銀灯の出力を３００ｍＪ／ｃｍ^２に設定した。これにより、第１層用インキを硬化させることによって、第１層１１を得た。そして、第１層１１上に、５０ｎｍの厚さを有するＴｉＯ_２膜を真空蒸着によって形成した。これにより、第２層１２が得られた。次いで、接着層用インキを塗工し、接着層用インキを乾燥させることによって、２．５μｍ以上４μｍ以下の厚さを有し、接着層として機能する第３層１３を得た。なお、乾燥時の温度を１２０℃に設定し、時間を４５秒に設定した。なお、第２転写箔を形成するときには、レリーフ面７１Ｒｅの成形に用いる原版を格子構造１１Ｇの成形に用いる原版と異ならせる以外は、第１転写箔と同じ方法を用いた。

上述した剥離層用インキ、第１層用インキ、レリーフ層用インキ、第３層用インキ、および、接着層用インキとして、以下の組成を有するインキを用いた。
［剥離層用インキ］
アクリル樹脂 ７０．０質量部
メチルエチルケトン ３０．０質量部
［第１層用インキ／レリーフ層用インキ］
紫外線硬化型アクリルアクリレート樹脂 ７０．０質量部
メチルエチルケトン ３０．０質量部
［第３層用インキ／接着層用インキ］
ウレタン樹脂 ５０．０質量部
シリカフィラー １０．０質量部
メチルエチルケトン ４０．０質量部

第１基材７５として、１００μｍの厚さを有し、かつ、透明なポリカーボネート基材（ＬＥＸＡＮ ＳＤ８Ｂ１４、ＳＡＢＩＣ社製）（ＬＥＸＡＮは登録商標）を準備した。第２基材７６として、１００μｍの厚さを有し、かつ、レーザー光線の照射によって発色するポリカーボネート基材（ＬＥＸＡＮ ＳＤ８Ｂ９４、ＳＡＢＩＣ社製）を準備した。第１転写箔を第１基材７５に転写した後、支持層を取り除いた。また、第２転写箔を第２基材７６に転写した後、支持層を取り除いた。転写時には、電気式のホットスタンプ機を用い、かつ、転写箔に接する面の温度を１２０℃に設定し、圧力を１．０５ｔ／ｃｍ^２に設定し、かつ、加圧する時間を１秒に設定した。

次いで、白色層１１１として、４００μｍの厚さを有し、かつ、白色の樹脂フィルム（ＬＥＸＡＮ ＳＤ８Ｂ２４、ＳＡＶＩＣ社製）を準備した。下部保護層１１２および上部保護層１１３として、１００μｍの厚さを有し、かつ、透明な樹脂フィルム（ＬＥＸＡＮ ＳＤ８Ｂ１４）を準備した。そして、下部保護層１１２、白色層１１１、第２基材７６、第１基材７５、および、上部保護層１１３を記載の順に積み重ねた状態で、これらの層をラミネートした。ラミネート時には、温度を２００℃に設定し、圧力を８０Ｎ／ｃｍ^２に設定し、加熱および加圧をする時間を２５分に設定した。そして、ラミネート後の多層体の一部をカード状に切り出した。

レーザー印字機を用いて、１０６４ｎｍの波長のレーザー光線を多層体に照射した。これにより、第２基材７６に、第１発色部７６ａと第２発色部７６ｂとを形成した。結果として、試験例１の認証体としてカードを得た。

［試験例２］
以下、試験例２を説明する。試験例２の転写箔は、上述した第８実施形態の転写箔に対応する試験例である。試験例１では、まず、試験例１と同じ支持層８２を準備した。支持層が備える１つの面に、試験例１と同様の方法で、剥離層８３を形成した。そして、試験例１と同様の方法で、剥離層８３上に第１層１１を形成し、かつ、第１層１１上に第２層１２を形成した。

次いで、第１層用インキを用いて第１層１１を形成したときと同様の方法で、第３層用インキを塗工し、かつ、第３層用インキを乾燥させた。そして、乾燥後の第３層用インキに、レリーフ面１３Ｒｅを形成するための原版を押し当てることによって、レリーフ面１３Ｒｅを成形した。なお、成形時における各種の条件を、格子構造１１Ｇを成形したときと同様の条件に設定した。

続いて、第２層１２を形成したときと同様の方法で、レリーフ面１３Ｒｅ上に第４層６１を形成した。また、試験例１において第３層１３を形成したときと同様の方法で、第４層６１上に接着層８１を形成した。これにより、試験例２の転写箔を得た。なお、試験例２において第３層１３を形成するための第３層用インキには、試験例１における第１層用インキと同様の組成を有するインキを用いた。

以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計，本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含むことができる。更に、本開示の範囲は、請求項により画される発明の特徴（feature）に限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴（feature）、その特徴（feature）のあらゆる組み合わせも含む。

本開示で用いられる「部分」、「要素」、「画素」、「セグメント」、「単位」「印刷体」、「物品」という用語は、物理的存在である。物理的存在は、物質的形態または、物質に囲まれた空間的形態を指すことができる。物理的存在は、構造体とできる。構造体は、特定の機能を有するものとできる。特定の機能を有した構造体の組合せは、各構造体の各機能の組合せにより相乗的効果を発現できる。

本開示および特に添付の特許請求の範囲内で使用される用語（例えば、添付の特許請求の範囲の本文）は、一般的に、「オープンな」用語として意図される（例えば、「有する」という用語は、「少なくとも有する」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「含むがそれに限定されない」などと解釈されるべきである。

また、用語、構成、特徴(feature)、側面、実施形態を解釈する場合、必要に応じて図面を参照すべきである。図面により、直接的かつ一義的に導き出せる事項は、テキストと同等に、補正の根拠となるべきである。

さらに、特定の数の導入された請求項の記載が意図される場合、そのような意図は、請求項に明示的に記載され、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しない。例えば、理解を助けるために、以下の添付の特許請求の範囲は、「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」の導入句の使用を含み、請求の列挙を導入することができる。しかしながら、そのような語句の使用は、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」によるクレーム記載の導入が、そのようなクレームを含む特定のクレームを、そのような記載を１つだけ含む実施形態に限定することを意味すると解釈されるべきではない。「１つ以上」または「少なくとも１つ」の冒頭の語句および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」）は、少なくとも「少なくとも」を意味すると解釈されるべきである。「１つ」または「１つ以上」）。請求項の記述を導入するために使用される明確な記事の使用についても同様である。

実施形態に関し付記する。
（付記１）
第１層と、前記第１層に接する第２層と、前記第２層に接する第３層とを備え、各層が透光性を有する光学素子であって、
前記第１層は第１の屈折率を有する樹脂製の層であり、前記第２層に接する第１面を有し、前記第１面の少なくとも一部に凹部および凸部によって形成された格子構造を含み、
前記第２層は前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する誘電体製の層であり、前記格子構造に追従した凹凸状を有し、
前記第３層は、前記第２の屈折率よりも低い第３の屈折率を有する樹脂製の層であり、
前記第１面は凹凸面を有し、
前記格子構造は第１格子構造と第２格子構造とを含み、
前記凹凸面は、前記第１格子構造が位置する第１領域と、前記第１面に対向する平面視において前記第１領域に近接し、前記第２格子構造が位置する第２領域とを含み、
前記第１格子構造の方位角と、前記第２格子構造の方位角とが互いに平行か、または直交し、
前記第１格子構造および前記第２格子構造の格子周期が、２５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
第１領域と第２領域の平均色彩値Ｌ*ａ*ｂ*の色差ΔＥ*ａｂが１３以上である
光学素子。

（付記２）
前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域をさらに備え、
前記第２層に対して前記第３層とは反対側に位置する光源から前記光学素子に対し光が照射されている状態を前記光源の側からある観察角度で観察するとき、前記光学素子は、前記第３領域が呈する色が、前記第１領域が呈する色、および、前記第２領域が呈する色の両方と異なる状態を有する
付記１に記載の光学素子。

（付記３）
前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方において、前記格子構造の方位角、前記格子構造の格子周期、前記格子構造の構造高さ、および、前記格子構造の凹部と凸部との比率のいずれかが変化している
付記１または２に記載の光学素子。

（付記４）
前記第３領域は、前記第１層の前記第１面において平坦面によって形成され、
前記平坦面の平均粗さＳａが、２０μｍ以下である
付記２に記載の光学素子。

（付記５）
前記第３領域は、前記第３領域に入射した光の正反射方向とは異なる方向に指向性を有した散乱構造、または、反射防止構造を含む
付記２に記載の光学素子。

（付記６）
前記第３領域は、一定な幅を有する
付記２に記載の光学素子。

（付記７）
前記第３領域は、第１部分と第２部分とを含み、前記第１部分の幅は前記第２部分の幅と異なる
付記２に記載の光学素子。

（付記８）
前記第３領域の幅は、３０μｍ以上３０００μｍ以下である
付記２に記載の光学素子。

（付記９）
前記第１領域および前記第２領域は、各々０．１ｍｍ^２以下の面積を有するように区画された複数のセルをそれぞれ含み、
前記第１領域および前記第２領域は、前記セルの少なくとも一部に前記格子構造が位置する前記セルを含む
付記１から８のいずれか一つに記載の光学素子。

（付記１０）
各セルにおいて、前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方は、面積率が互いに異なるセルを含む
付記９に記載の光学素子。

（付記１１）
前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方は、前記面積率が漸次的に変化する部分を含む
付記１０に記載の光学素子。

（付記１２）
前記第１層に対して、前記第２層とは反対側に位置する樹脂層をさらに備え、
前記第１層の硬度が、前記樹脂層の硬度および前記第３層の硬度よりも高い
付記１から１１のいずれか一つに記載の光学素子。

（付記１３）
前記第１層は、紫外線硬化性樹脂によって形成され、
前記第１層の厚さが、１μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記樹脂層および前記第３層は、熱可塑性樹脂によって形成される
付記１２に記載の光学素子。

（付記１４）
前記第１層に対して、前記第２層とは反対側に位置する樹脂層をさらに備え、
前記第１層、前記第３層、および、前記樹脂層の少なくとも１つがフィラーを含み、
前記フィラーの平均粒径は、４００ｎｍ以下である
付記１から１１に記載の光学素子。

（付記１５）
請求項１から１４いずれか一つに記載の光学素子を備え、前記光学素子が識別情報を覆う
認証体。

１０，光学素子，３０，４０，５０，６０，７０，９０…光学素子、１０Ｓ…観察面、１１，９１…第１層、１１Ｇ…格子構造、１１Ｇ１…第１格子構造、１１Ｇ２…第２格子構造、１１Ｒ，１２Ｒ，１３Ｒ，７１Ｒ…裏面、１１Ｒｅ，１２Ｒｅ，１３Ｒｅ，７１Ｒｅ…レリーフ面、１１Ｓ，１２Ｆ，１３Ｆ，４２Ｆ，１００Ｆ…表面、１１Ｓ１…モチーフ領域、１１Ｓ２…背景領域、１１Ｓ３…境界領域、１２…第２層、１２Ｖ…仮想層、１３…第３層、１４…樹脂層、１５…保護層、１６…印字層、１７…白色層、２０Ａ…第１部分、２０ＡＧ…第１格子、２０Ｂ…第２部分、２０ＢＧ…第２格子、２０Ｃ…第３部分、２０ＣＧ…第３格子、３１，４１…フィラー、４２，６１…第４層、５０Ｃ，９０Ｃ，１００…カード、７１…レリーフ層、７２…反射層、７３，８１…接着層、７４…基材、７５…第１基材、７６…第２基材、７６ａ…第１発色部、７６ｂ…第２発色部、７８，７９，８３…剥離層、８０…転写箔、８２…支持層、１０１…第１画像、１０１ａ…顔画像、１０１ｂ…背景画像、１０２…第２画像、１０３…第３画像、１１１…白色層、１１２…下部保護層、１１３…上部保護層、１１４…印刷。

Claims (12)

1. 第１層と、前記第１層に接する第２層と、前記第２層に接する第３層とを備え、各層が透光性を有する光学素子であって、
   前記第１層は第１の屈折率を有する樹脂製の層であり、前記第２層に接する第１面を有し、前記第１面の少なくとも一部に凹部および凸部によって形成された格子構造を含み、
   前記第２層は前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する誘電体製の層であり、前記格子構造に追従した凹凸状を有し、
   前記第３層は、前記第２の屈折率よりも低い第３の屈折率を有する樹脂製の層であり、
   前記第１面は凹凸面を有し、
   前記格子構造は第１格子構造と第２格子構造とを含み、
   前記凹凸面は、前記第１格子構造が位置する第１領域と、前記第１面に対向する平面視において前記第１領域に接するまたは前記第１領域から離れて配置され、前記第２格子構造が位置する第２領域とを含み、
   前記第１格子構造の方位角と、前記第２格子構造の方位角とが互いに等しく、
   前記第１格子構造および前記第２格子構造の格子周期が、２５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
   前記第１格子構造の格子周期と、前記第２格子構造の格子周期との差が、２０ｎｍ以上であり、
   前記第１領域に位置する格子パターンは、第１方向に沿って繰り返される格子群を含み、
   前記格子群は、前記第１格子構造、第３格子構造、および、第４格子構造を含み、各格子群において、前記第１格子構造、前記第３格子構造、および、前記第４格子構造が、前記第１方向に沿って並び、
   前記第１格子構造、前記第３格子構造、および、前記第４格子構造は、前記第１方向に沿う断面構造において、１つの山部が２つの谷部によって挟まれた形状を有し、一方の前記谷部と前記山部とを結ぶ斜面に対する接線と、前記谷部を結ぶ直線とが形成する角度が接線角度であり、
   前記第１格子構造、前記第３格子構造、および、前記第４格子構造において、前記接線角度が互いに異なり、
   前記第１格子構造、前記第３格子構造、および、前記第４格子構造において、格子周期が互いに異なり、前記第１格子構造、前記第３格子構造、および、前記第４格子構造における前記格子周期の差が２０ｎｍよりも小さい
   光学素子。
2. 前記第２領域は、前記第１領域から離れて配置され、
   前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域をさらに備え、
   前記第２層に対して前記第３層とは反対側に位置する光源から前記光学素子に対し光が照射されている状態を前記光源の側からある観察角度で観察するとき、前記光学素子は、前記第３領域が呈する色が、前記第１領域が呈する色、および、前記第２領域が呈する色の両方と異なる状態を有する
   請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第３領域は、前記第１層の前記第１面において平坦面によって形成され、
   前記平坦面の平均粗さＳａが、２０μｍ以下である
   請求項２に記載の光学素子。
4. 前記第３領域は、前記第３領域に入射した光の正反射方向とは異なる方向に指向性を有した散乱構造、または、反射防止構造を含む
   請求項２に記載の光学素子。
5. 前記第３領域は、一定な幅を有する
   請求項２から４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記第３領域は、第１部分と第２部分とを含み、前記第１部分の幅は前記第２部分の幅と異なる
   請求項２から４のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 前記第３領域の幅は、３０μｍ以上３０００μｍ以下である
   請求項２から６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記第１領域および前記第２領域は、各々０．１ｍｍ^２以下の面積を有するように区画された複数のセルをそれぞれ含み、
   前記第１領域および前記第２領域は、前記セルの少なくとも一部に前記格子構造が位置する前記セルを含む
   請求項１から７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 前記第１層に対して、前記第２層とは反対側に位置する樹脂層をさらに備え、
   前記第１層の硬度が、前記樹脂層の硬度および前記第３層の硬度よりも高い
   請求項１から８のいずれか一項に記載の光学素子。
10. 前記第１層は、紫外線硬化性樹脂によって形成され、
    前記第１層の厚さが、１μｍ以上１０μｍ以下であり、
    前記樹脂層および前記第３層は、熱可塑性樹脂によって形成される
    請求項９に記載の光学素子。
11. 前記第１層に対して、前記第２層とは反対側に位置する樹脂層をさらに備え、
    前記第１層、前記第３層、および、前記樹脂層の少なくとも１つがフィラーを含み、
    前記フィラーの平均粒径は、４００ｎｍ以下である
    請求項１から８のいずれか一項に記載の光学素子。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学素子を備え、前記光学素子が識別情報を覆う
    認証体。

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