(57)【要約】【課題】特定波長帯域を選択的に透過または反射する層を設けずに、白色光が入射した場合に虹色以外の特定色で光像を再生することができる光変調素子、およびそのような光変調素子を備える情報記録媒体を提供する。また０次回折光の影響を低減して所望の光像を鮮明に再生することができる光変調素子、およびそのような光変調素子を備える情報記録媒体を提供する。【解決手段】光変調素子は、入射される再生光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、要素素子は凹凸面を有する。要素素子についての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。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される再生光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、
前記要素素子は、凹凸面を有し、
前記要素素子についての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、光変調素子。
【請求項２】
前記要素素子の前記凹凸面は、３段階以上の異なる高さを含み、
前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−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、前記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、請求項１に記載の光変調素子。
【請求項３】
少なくとも２種類以上の前記要素素子が設けられ、
前記少なくとも２種類以上の要素素子は、前記最大回折効率を示す波長が相互に異なる、請求項１または２に記載の光変調素子。
【請求項４】
第１の領域および第２の領域を含み、
前記第１の領域には、第１タイプの要素素子を含む前記要素素子が配置され、
前記第２の領域には、第２タイプの要素素子を含む前記要素素子が配置され、  
前記第１タイプの要素素子についての前記最大回折効率を示す波長は、前記第２タイプの要素素子についての前記最大回折効率を示す波長とは異なり、
前記第１の領域に配置される前記要素素子が再生する光像は、前記第２の領域に配置される前記要素素子が再生する光像と形状の関連性を有する、請求項１または２に記載の光変調素子。
【請求項５】
前記最大回折効率は、前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布のうちの一方に含まれ、
前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布のうちの他方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が、当該他方の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、請求項１に記載の光変調素子。
【請求項６】
前記最大回折効率は、前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布の両方に含まれる、請求項１に記載の光変調素子。
【請求項７】
前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布のうちの前記一方において前記最大回折効率を示す波長と、前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布のうちの前記他方における前記最大回折効率を示す波長との差は、１００ｎｍ以下である、請求項５に記載の光変調素子。
【請求項８】
前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布のうちの一方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域に、当該一方の回折効率の波長分布での前記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せず、
前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布のうちの他方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域に、当該他方の回折効率の波長分布での前記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、請求項５〜７のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項９】
第１の領域および第２の領域を含み、
前記第１の領域には、第１タイプの前記要素素子が配置され、
前記第２の領域には、第２タイプの前記要素素子が配置され、
３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、前記第１タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布は、前記第２タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、前記第１タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布は、前記第２タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、
前記第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、前記第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、
前記第１タイプの要素素子の１次回折光によって再生される光像と−１次回折光によって再生される光像との相対位置は、前記第２タイプの要素素子の１次回折光によって再生される光像と−１次回折光によって再生される光像との相対位置と逆になっている、請求項５〜８のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項１０】
前記要素素子は、複数設けられ、第１タイプの要素素子および第２タイプの要素素子を含み、
３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、前記第１タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布は、前記第２タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、前記第１タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布は、前記第２タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、
前記第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、前記第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、
前記第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と重なり、前記第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と重なる、請求項５〜８のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項１１】
前記要素素子は、複数設けられ、第１タイプの要素素子および第２タイプの要素素子を含み、
３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、前記第１タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布は、前記第２タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布と異なっており、前記第１タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布は、前記第２タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布と異なっており、
前記第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、前記第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、
前記第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と重なり、前記第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と重なる請求項５〜８のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項１２】
前記要素素子は、複数設けられ、第１タイプの要素素子および第２タイプの要素素子を含み、
３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、前記第１タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布は、前記第２タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布と異なっており、前記第１タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布は、前記第２タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布と異なっており、
前記第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、前記第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、
前記第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と重なり、前記第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と重なる請求項５〜８のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項１３】
前記要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項１４】
前記要素素子についての０次回折光の前記最大回折効率が、２００ｎｍ以下の半値全幅を持つ極大値を形成する、請求項１３に記載の光変調素子。
【請求項１５】
前記要素素子についての前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布の少なくとも一方が、４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域に、回折効率の極大値を有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項１６】
前記要素素子についての０次回折光の回折効率の波長分布における４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が、前記要素素子についての前記１次回折光の回折効率の波長分布および前記−１次回折光の回折効率の波長分布の少なくとも一方の４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域に含まれる前記極大値の２５％未満である、請求項１５に記載の光変調素子。
【請求項１７】
第１の領域および第２の領域を含み、
前記第１の領域には、第１タイプの前記要素素子が配置され、
前記第２の領域には、第２タイプの前記要素素子が配置され、  
前記第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像および−１次回折光の光像は、前記第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像および−１次回折光の光像と関連性のある形状を有し、
前記第１タイプの要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られ、前記第２タイプの要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍよりも大きく且つ６９７ｎｍよりも小さい波長で得られる、請求項１または２に記載の光変調素子。
【請求項１８】
入射される再生光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、
前記要素素子は、３段階以上の異なる高さを含む凹凸面を有し、
前記要素素子は、第１波長の光を含む光により第１光像を再生し、前記第１波長とは異なる第２波長の光を含む光により前記第１光像と点対称な第２光像を再生する、光変調素子。
【請求項１９】
前記第１光像および前記第２光像の一方は、赤色に再生される、請求項１８に記載の光変調素子。
【請求項２０】
前記要素素子についての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の一方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、前記一方の回折効率の波長分布における６８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域に極大値を形成する、請求項１８または１９に記載の光変調素子。
【請求項２１】
前記要素素子への前記再生光の入射角度を変化させることで、前記要素素子についての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の他方における前記最大回折効率は、前記他方の回折効率の波長分布における６８０ｎｍよりも小さい波長帯域に極大値を形成することができる、請求項２０に記載の光変調素子。
【請求項２２】
前記一方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、前記最大回折効率の半分以上の回折効率となる極大値が存在しない、請求項２０または２１に記載の光変調素子。
【請求項２３】
入射される再生光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、
前記要素素子は、３段階以上の異なる高さを含む凹凸面を有し、
前記要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られる、光変調素子。
【請求項２４】
前記要素素子はフーリエ変換ホログラムである、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光変調素子を備える情報記録媒体。
【請求項２６】
前記光像は、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請求項２５に記載の情報記録媒体。
【請求項２７】
所定サイズの開口部を有する基材を更に備え、
前記光変調素子の少なくとも一部は、前記開口部に対応する位置に配置される請求項２５又は２６に記載の情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射される再生光の位相を変調して光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備える情報記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
例えば特許文献１は、原画像をフーリエ変換後に二値化してフィルム上に出力した振幅変調型の光変調素子を開示する。また特許文献２〜４は、凹凸パターンを有する位相変調型の光変調素子を開示する。これらの特許文献１〜４の光変調素子は、観察者と光源とが光変調素子を介して反対側に存在する透過型の光変調素子であるが、観察者および光源が光変調素子に対して同じ側に存在する反射型の光変調素子も知られている（例えば特許文献５参照）。
【０００４】
その他にも、例えば特許文献６および特許文献７は、可視光波長帯域の全体にわた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。また特許文献８は、記録情報を機械的に読み取り可能な第１の光回折構造が形成されている領域と、記録情報を目視で読み取り可能な第２の光回折構造が形成されている領域とが重畳しないように設けられた光変調素子（情報記録媒体）を開示する。また特許文献９は、再生像領域の中心に再生原画像パターンの明部を重ねることで、観察の邪魔となる０次回折光のスポット光を目立たなくさせる光変調素子を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８２８７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１２６５３５号公報
【特許文献３】特開２００７−１８３３３６号公報
【特許文献４】特開平０７−２９０２６４号公報
【特許文献５】特開２０１７−３７２７２号公報
【特許文献６】特開平１０−１５３９４３号公報
【特許文献７】特開２００４−１２６５３５号公報
【特許文献８】特開平０７−３２００１４号公報
【特許文献９】特開２００４−１２６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の光変調素子は、個別具体的な所望の光像を必ずしも再生することができなかった。
【０００７】
例えば特許文献１の振幅変調型の光変調素子では、再生可能な光像が、０次回折光による光像および当該０次回折光の光像を中心として点対称に再生される光像に限定される。したがって特許文献１の振幅変調型の光変調素子は、例えば、０次回折光の光像を中心とした一方側および他方側において相互に異なる絵柄の光像を再生したり、０次回折光の光像の周囲に単一の絵柄の光像を大きく再生したりすることはできない。一方、特許文献２の位相変調型の光変調素子は、凹凸パターンによりもたらされる光路長差を３種類以上とすることで、０次回折光の光像を中心とした一方側および他方側において相互に異なる絵柄を再生したり、０次回折光の光像の周囲に単一の絵柄を大きく再生したりすることが可能である。しかしながら特許文献２の光変調素子により再生される光像では、光変調素子に入射する再生光に対して０次回折光の割合が非常に低いため、光変調素子を通して周囲を観察した場合には情景がぼやけて観察されてしまう。
【０００８】
また特許文献１〜７の光変調素子はいずれも、可視光波長帯域の全体にわたってほぼ満遍なく光を回折するため、一般的な環境光である白色光が入射した場合、当該白色光を分光して波長毎に異なる位置に光像を再生し、全体として虹色の光像が再生される。このように虹色で光像が再生される場合、各種ライン（例えば輪郭ライン）が太るため、再生像の視認性が悪く、所望の光像を高精細に再生することができない。また再生像の色が虹色に限定されてしまうと、特定色（例えば赤や青などの単色）で光像を再生することができず、特定色によって特定の印象を観察者に与えることができない。
【０００９】
なお特定色で光像を再生する手法として、特定波長帯域の光のみを光変調素子に入射させたり、特定波長帯域の光のみを選択的に透過するカラーフィルターなどのフィルター層を光変調素子に付加したりすることが考えられる。しかしながら、特定波長帯域の光のみを光変調素子に入射させる場合には、使用可能な光源が限定されるため、光変調素子の用途が非常に限られる。またフィルター層を設ける場合には、製造コストが増大し、また光変調素子を通して観察する情景の色が特定波長帯域の色に限定されるため、観察者に違和感がもたらされる。
【００１０】
また特許文献８は、２種類の波長を回折する第１および第２の光回折構造が設けられているが、第１の光回折構造は機械的に読み取り可能な記録情報を再生するのに対し、第２の光回折構造は目視により読み取り可能な記録情報を再生する。したがって特許文献８の光変調素子も、上述の他の文献と同様に、白色光が入射した場合に所望の特定色を持った光像を視認可能に再生することができず、観察像の視認性は必ずしも良くない。また特許文献８の光変調素子には２種類の光回折構造が設けられるが、単一種類の光回折構造によって２種類以上の波長帯域の光を適切に回折させることができる光変調素子も望まれている。
【００１１】
また特許文献９の光変調素子は、観察の邪魔となる０次回折光のスポット光を目立たなくさせるために、０次回折光のスポット光と再生原画像パターンの明部を重ねるが、１次回折光と比較すると０次回折光の輝度は高い。そのため特許文献９の光変調素子を用いても、再生像において０次回折光のスポット光が依然として目立ち、０次回折光が再生像の視認性を悪化させうる。また０次回折光のスポット光が再生される位置に、再生原画像パターンの明部が存在しない場合には、０次回折光のスポット光を再生像パターンによって隠すことができない。
【００１２】
上述のように従来の光変調素子は、所望の視認性を持った光像を必ずしも適切に再生することができていなかった。特に、一般的に汎用されている白色光を再生光として用いることができ、原画像を工夫することなく、所望の光像を視認性良く再生することが可能な光変調素子の要望およびニーズは非常に高い。そのような視認性に優れた再生像は、意匠用途に適しているだけではなく、真贋判定などのセキュリティ用途にも適している。特に、セキュリティ用途で機器によって再生像を認証する場合、０次回折光の影響を抑えて他の回折光によって所望の光像を鮮明に再生させることにより、認証精度を向上させて信頼性に優れたセキュリティ性能を提供することが可能になる。
【００１３】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、特定波長帯域を選択的に透過または反射する層を設けずに、白色光が入射した場合に虹色以外の特定色（すなわち特定波長帯域の光）で光像を再生することができる光変調素子、およびそのような光変調素子を備える情報記録媒体を提供することを目的とする。また、０次回折光の影響を低減して所望の光像を鮮明に再生することができる光変調素子、およびそのような光変調素子を備える情報記録媒体を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様は、入射される再生光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、要素素子は、凹凸面を有し、要素素子についての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、光変調素子に関する。
【００１５】
要素素子の凹凸面は、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くてもよい。
【００１６】
少なくとも２種類以上の要素素子が設けられ、少なくとも２種類以上の要素素子は、最大回折効率を示す波長が相互に異なってもよい。
【００１７】
光変調素子は第１の領域および第２の領域を含み、第１の領域には、第１タイプの要素素子を含む要素素子が配置され、第２の領域には、第２タイプの要素素子を含む要素素子が配置され、第１タイプの要素素子についての最大回折効率を示す波長は、第２タイプの要素素子についての最大回折効率を示す波長とは異なり、第１の領域に配置される要素素子が再生する光像は、第２の領域に配置される要素素子が再生する光像と形状の関連性を有してもよい。
【００１８】
最大回折効率は、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のうちの一方に含まれ、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のうちの他方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が、当該他方の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してもよい。
【００１９】
最大回折効率は、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の両方に含まれてもよい。
【００２０】
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のうちの一方において最大回折効率を示す波長と、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のうちの他方における最大回折効率を示す波長との差は、１００ｎｍ以下であってもよい。
【００２１】
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のうちの一方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域に、当該一方の回折効率の波長分布での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せず、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のうちの他方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域に、当該他方の回折効率の波長分布での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くてもよい。
【００２２】
光変調素子は第１の領域および第２の領域を含み、第１の領域には、第１タイプの要素素子が配置され、第２の領域には、第２タイプの要素素子が配置され、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、第１タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布は、第２タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、第１タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布は、第２タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１タイプの要素素子の１次回折光によって再生される光像と−１次回折光によって再生される光像との相対位置は、第２タイプの要素素子の１次回折光によって再生される光像と−１次回折光によって再生される光像との相対位置と逆になっていてもよい。
【００２３】
要素素子は、複数設けられ、第１タイプの要素素子および第２タイプの要素素子を含み、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、第１タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布は、第２タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、第１タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布は、第２タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と重なり、第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と重なってもよい。
【００２４】
要素素子は、複数設けられ、第１タイプの要素素子および第２タイプの要素素子を含み、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、第１タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布は、第２タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布と異なっており、第１タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布は、第２タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布と異なっており、第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と重なり、第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と重なってもよい。
【００２５】
要素素子は、複数設けられ、第１タイプの要素素子および第２タイプの要素素子を含み、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、第１タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布は、第２タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布と異なっており、第１タイプの要素素子についての−１次回折光の回折効率の波長分布は、第２タイプの要素素子についての１次回折光の回折効率の波長分布と異なっており、第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像と重なり、第１タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される−１次回折光の光像と重なってもよい。
【００２６】
要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られてもよい。
【００２７】
要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、２００ｎｍ以下の半値全幅を持つ極大値を形成してもよい。
【００２８】
要素素子についての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の少なくとも一方が、４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域に、回折効率の極大値を有していてもよい。
【００２９】
要素素子についての０次回折光の回折効率の波長分布における４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が、要素素子についての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の少なくとも一方の４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域に含まれる極大値の２５％未満であってもよい。
【００３０】
光変調素子は第１の領域および第２の領域を含み、第１の領域には、第１タイプの要素素子が配置され、第２の領域には、第２タイプの要素素子が配置され、第１タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像および−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子によって再生される１次回折光の光像および−１次回折光の光像と関連性のある形状を有し、第１タイプの要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られ、第２タイプの要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍよりも大きく且つ６９７ｎｍよりも小さい波長で得られてもよい。
【００３１】
本発明の他の態様は、入射される再生光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、要素素子は、３段階以上の異なる高さを含む凹凸面を有し、要素素子は、第１波長の光を含む光により第１光像を再生し、第１波長とは異なる第２波長の光を含む光により第１光像と点対称な第２光像を再生する、光変調素子に関する。
【００３２】
第１光像および第２光像の一方は、赤色に再生されてもよい。
【００３３】
要素素子についての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の一方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、一方の回折効率の波長分布における６８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域に極大値を形成してもよい。
【００３４】
要素素子への再生光の入射角度を変化させることで、要素素子についての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の他方における最大回折効率は、当該他方の回折効率の波長分布における６８０ｎｍよりも小さい波長帯域に極大値を形成してもよい。
【００３５】
一方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極大値が存在しなくてもよい。
【００３６】
本発明の他の態様は、入射される再生光の位相を変調することで光像を再生する要素素子を備え、要素素子は、３段階以上の異なる高さを含む凹凸面を有し、要素素子についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られる、光変調素子に関する。
【００３７】
要素素子はフーリエ変換ホログラムであってもよい。
【００３８】
本発明の他の態様は、上記のいずれかの光変調素子を備える情報記録媒体に関する。
【００３９】
光像は、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してもよい。
【００４０】
情報記録媒体は、所定サイズの開口部を有する基材を更に備え、光変調素子の少なくとも一部は、開口部に対応する位置に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、特定波長帯域を選択的に透過または反射する層を設けずに、白色光が入射した場合に虹色以外の特定色で光像を再生することができる光変調素子、およびそのような光変調素子を備える情報記録媒体を提供することができる。また、０次回折光の影響を低減して所望の光像を鮮明に再生することができる光変調素子、およびそのような光変調素子を備える情報記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、ホログラム保持体の典型例を示す概略平面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、反射型のホログラム構造体の概念図である。
【図４】図４は、透過型のホログラム構造体の概念図である。
【図５】図５は、ホログラム構造体の平面構造を示す概念図である。
【図６】図６は、凹凸面の段構造の一例の概略を示す要素素子の断面図である。
【図７】図７は、凹凸面の段構造の他の例の概略を示す要素素子の断面図である。
【図８】図８は、各要素素子の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】図９は、一般的なホログラム構造体によって再生される光像を説明するための概略図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態のホログラム構造体によって再生される光像を説明するための概略図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態のホログラム構造体によって再生される光像を説明するための概略図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態のホログラム構造体によって再生される光像を説明するための概略図である。
【図１３】図１３は、変形例１−１に係る透過型ホログラム構造体の平面構造の一例を示す概念図である。
【図１４】図１４は、図１３の透過型ホログラム構造体によって再生される光像を説明するための概略図である。
【図１５】図１５は、変形例１−１に係る透過型ホログラム構造体の平面構造の他の例を示す概念図である。
【図１６】図１６は、図１５の透過型ホログラム構造体によって再生される光像を説明するための概略図である。
【図１７】図１７は、変形例１−１に係る透過型ホログラム構造体の他の例によって再生される光像を説明するための概略図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、図１８Ａは、変形例１−２に係るホログラム構造体の一例によって再生される光像を説明するための概略図であり、第１の領域を介して再生される光像を示す。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図１８Ａのホログラム構造体の第２の領域を介して再生される光像を示す。
【図１９Ａ】図１９Ａは、変形例１−２に係るホログラム構造体の他の例によって再生される光像を説明するための概略図であり、第１の領域を介して再生される光像を示す。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１９Ａのホログラム構造体の第２の領域を介して再生される光像を示す。
【図２０】図２０は、第２の実施形態に係る反射型のホログラム構造体の一例に係る０次回折光（Ｗ０）、１次回折光（Ｗ１）および−１次回折光（Ｗ−１）の各々の波長分布を示すグラフである。
【図２１】図２１は、図２０に示す特性を有するホログラム構造体によって再生される光像の例を示す。
【図２２】図２２は、第２の実施形態に係る反射型のホログラム構造体の他の例に係る０次回折光（Ｗ０）、１次回折光（Ｗ１）および−１次回折光（Ｗ−１）の各々の波長分布を示すグラフである。
【図２３】図２３は、図２２に示す特性を有するホログラム構造体によって再生される光像の例を示す。
【図２４】図２４は、第２の実施形態に係る反射型のホログラム構造体の他の例に係る０次回折光（Ｗ０）、１次回折光（Ｗ１）および−１次回折光（Ｗ−１）の各々の波長分布を示すグラフである。
【図２５】図２５は、図２４に示す特性を有するホログラム構造体によって再生される光像の例を示す。
【図２６】図２６は、第２の実施形態に係る反射型のホログラム構造体の他の例に係る０次回折光（Ｗ０）、１次回折光（Ｗ１）および−１次回折光（Ｗ−１）の各々の波長分布を示すグラフである。
【図２７】図２７は、図２６に示す特性を有するホログラム構造体によって再生される光像の例を示す。
【図２８Ａ】図２８Ａは、変形例２−１に係るホログラム構造体によって再生される１次回折光による光像ｂの一例を示す図である。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、変形例２−１に係るホログラム構造体によって再生される１次回折光による光像ｂの一例を示す図である。
【図２９】図２９は、変形例２−１に係るホログラム構造体の平面構造と、当該ホログラム構造体によって再生される光像とを概略的に示す図である。
【図３０】図３０は、変形例２−２に係る透過型ホログラム構造体の平面構造の一例を示す概念図である。
【図３１Ａ】図３１Ａは、図３０の透過型ホログラム構造体によって再生される光像の一例を説明するための概略図であり、第１の要素素子によって再生される光像を示す。
【図３１Ｂ】図３１Ｂは、図３０のホログラム構造体の第２の要素素子によって再生される光像を示す。
【図３１Ｃ】図３１Ｃは、図３１Ａに示す光像および図３１Ｂに示す光像が重なることで再生される光像を示す。
【図３２Ａ】図３２Ａは、変形例２−２に係る透過型ホログラム構造体によって再生される光像の他の例を説明するための概略図であり、第１の要素素子によって再生される光像を示す。
【図３２Ｂ】図３２Ｂは、図３２Ａのホログラム構造体の第２の要素素子によって再生される光像を示す。
【図３２Ｃ】図３２Ｃは、図３２Ａに示す光像および図３２Ｂに示す光像が重なることで再生される光像を示す。
【図３３】図３３は、変形例２−３に係る反射型のホログラム構造体の一例に係る０次回折光（Ｗ０）、１次回折光（Ｗ１）および−１次回折光（Ｗ−１）の各々の波長分布を示すグラフであり、特に、再生光の入射角度が０°の場合を示す。
【図３４】図３４は、再生光の入射角度が０°の場合に図３３に示す特性を有するホログラム構造体によって再生される光像の例を示す。
【図３５】図３５は、図３３のホログラム構造体に係る０次回折光（Ｗ０）、１次回折光（Ｗ１）および−１次回折光（Ｗ−１）の各々の波長分布を示すグラフであり、特に、再生光の入射角度が３０°の場合を示す。
【図３６】図３６は、再生光の入射角度が３０°の場合に図３５に示す特性を有するホログラム構造体によって再生される光像の例を示す。
【図３７】図３７は、光の波長（横軸）および比視感度（縦軸）の関係を示すグラフである。
【図３８】図３８は、一般的なホログラム構造体の波長（横軸）および回折効率（縦軸）の関係の一例を示す図である。
【図３９】図３９は、図３８の回折特性を持つホログラム構造体によって再生される光像の一例を示す図である。
【図４０】図４０は、第３の実施形態に係るホログラム構造体の波長（横軸）および回折効率（縦軸）の関係の一例を示す図である。
【図４１】図４１は、図４０の回折特性を持つホログラム構造体によって再生される光像の一例を示す図である。
【図４２Ａ】図４２Ａは、変形例３−１に係る反射型ホログラム構造体の一例によって再生される光像を説明するための概略図であり、第１の領域を介して再生される光像を示す。
【図４２Ｂ】図４２Ｂは、図４２Ａのホログラム構造体の第２の領域を介して再生される光像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
以下の各実施形態の光変調素子は、入射される再生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によって構成されており、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再生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。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。
【００４５】
以下の説明では、ホログラム構造体に入射させる再生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、再生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再生光の入射角度が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。
【００４６】
また本明細書において、「同一の形状を有する２以上の光像」の概念には、サイズが相互に同一であり且つ形状（全体の形）が同じ２以上の光像だけではなく、サイズが相互に異なり且つ形状が同じ２以上の光像も含まれる。すなわち、同一の形状を有する２以上の光像は、形状が同じであれば、サイズが互いに同じか否かは問われず、互いに相似の関係性を有する２以上の光像は「同一の形状を有する２以上の光像」に該当する。したがって、光像の構成波長が異なるために再生される大きさが相互に異なる２以上の光像は、全体の形が同じであれば、「互いに同一形状を有する２以上の光像」に該当する。
【００４７】
また本明細書において、「点対称」の関係を有する２つの光像の概念には、サイズが相互に同一であり且つ形状（全体の形）が同じ２つの光像だけではなく、サイズが相互に異なり且つ形状が同じ２つの光像も含まれる。すなわち、同一の形状を有する２つの光像は、形状が同じであり、且つ再生位置及び再生向きが点対称性を有していれば、サイズが互いに同じか否かは問われない。そのため、例えば互いに相似の関係性を有する２つの光像であって、再生位置及び再生向きが点対称性を有する２つの光像は「互いに点対称の関係を有する２つの光像」に該当する。したがって、光像の構成波長が異なるために再生される大きさが相互に異なる２以上の光像は、形状が同じであり、再生位置及び光像の向きが点対称性を有していれば、「互いに点対称の関係を有する２以上の光像」に該当する。
【００４８】
［第１の実施形態］
図１は、ホログラム保持体１０の典型例を示す概略平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００４９】
図１および図２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る反射層２と、ホログラム層１の他方の面上に積層された基材４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の一方の面が凹凸面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および図２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。
【００５０】
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。
【００５１】
上述のように光変調素子として機能するホログラム構造体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１および図２に示すホログラム保持体１０は、一例として、パスポート等の情報記録媒体を好適に構成しうる。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。なお、図１および図２に示すホログラム保持体１０では、透明の基材４が用いられているが、不透明な基材が代わりに用いられてもよい。その場合、例えば、基材に所定サイズの開口部４ａ（図２参照）を形成し、光変調素子として設けられるホログラム構造体１１の少なくとも一部を当該開口部４ａに対応する位置に配置することで、ホログラム保持体１０はパスポート等の情報記録媒体を好適に構成することが可能である。なお、開口部４ａ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４ａ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。また透明な基材４を用いる場合であっても、例えば基材４のうち開口部４ａ以外の部分に光の透過を規制する印刷体を設けることによって、基材４のうち基本的に開口部４ａのみを光が透過するようにホログラム保持体１０が構成されてもよい。またパスポート等の情報記録媒体に開口箇所を形成し、当該開口箇所にホログラム保持体１０が配置されてもよい。この場合、情報記録媒体の開口箇所には穴（空間）及び／又は透明体が設けられていてもよく、情報記録媒体のうち開口箇所以外の箇所に光の透過を規制する印刷体が設けられてもよく、情報記録媒体のうち開口箇所のみを光が透過するように情報記録媒体が構成されてもよい。
【００５２】
ホログラム構造体１１は、図３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４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２に示す反射層２のような再生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再生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。
【００５３】
図５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。
【００５４】
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６および図７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６は８段タイプの凹凸面１ａを示し、図７は４段タイプの凹凸面１ａを示す。なお図６および図７には、相互に同じ段形状の凹凸面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。なお凹凸面１ａの凹凸パターンのピッチ（すなわち画素ピッチ（図６および図７に示す符合「Ｐ」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。
【００５５】
図８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８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８に示す例では、５８０ｎｍ付近の波長（図８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８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。
【００５６】
本実施形態では、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。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８参照）。
【００５７】
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。
【００５８】
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８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。
【００５９】
図９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１０〜図１２は、第１の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９〜図１２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。
【００６０】
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９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１０〜１２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１０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。図１１のホログラム構造体１１は、緑系の波長帯域において最大回折効率を示し、緑色の光像１００を再生する。図１２のホログラム構造体１１は、赤系の波長帯域において最大回折効率を示し、赤色の光像１００を再生する。なお図１０〜図１２の光像１００は相互に大きさが異なっているが、これは光像１００を構成する光（すなわち１次回折光および／または−１次回折光）の波長の違いによってもたらされる回折角の相違に基づくものである。
【００６１】
こ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。
【００６２】
［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３参照）および透過型のホログラム構造体１１（図４参照）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。
【００６３】
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）。
【００６４】
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７参照）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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
［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６および図７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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
［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。
【００７１】
λ＝Ｎ・ｌ／（ｍＮ±１）
【００７２】
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。
【００７３】
［変形例１−１］
本変形例のホログラム構造体１１は、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域で最大回折効率を示す波長が異なる複数種類の要素素子２１が組み合わせられており、白色光が入射した場合に複数色で光像を再生することができる。すなわちホログラム構造体１１が少なくとも２種類以上の要素素子２１を含み、これらの少なくとも２種類以上の要素素子２１の最大回折効率を示す波長（特に可視光波長帯域（とりわけ３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域）における波長）が相互に異なる場合、各種類の要素素子２１の最大回折効率を示す波長に応じた色で光像を再生することができる。
【００７４】
図１３は、変形例１−１に係る透過型ホログラム構造体１１の平面構造の一例を示す概念図である。図１４は、図１３の透過型ホログラム構造体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１３および図１４に示すホログラム構造体１１は、市松模様状に配置された複数の第１の要素素子２１ａおよび複数の第２の要素素子２１ｂを含む。例えば、複数の第１の要素素子２１ａは青色の「Ｏ」の文字の光像１００を再生することを可能にする凹凸面１ａ（すなわち上述の最大回折効率）を有し、複数の第２の要素素子２１ｂは赤色の「Ｋ」の文字の光像１００を再生することを可能にする凹凸面１ａを有する。この場合、ホログラム構造体１１に白色光が入射すると図１４に示すようにホログラム構造体１１は青色の「Ｏ」および赤色の「Ｋ」を再生する。このように本変形例のホログラム構造体１１は、２種類の単色の光像１００を視認可能に再生することができる。なお図１４に示す例では、第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂがそれぞれ独立した光像１００を再生するが、第１の要素素子２１ａによって再生される光像と第２の要素素子２１ｂによって再生される光像とが少なくとも一部において重なっていてもよい。この場合、重なり部分の光像は、第１の要素素子２１ａによって再生される光像の色と第２の要素素子２１ｂによって再生される光像の色とが混ざった色を有する。
【００７５】
図１５は、変形例１−１に係る透過型ホログラム構造体１１の平面構造の他の例を示す概念図である。図１６は、図１５の透過型ホログラム構造体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１５および図１６に示すホログラム構造体１１は、市松模様状に配置された複数の第１の要素素子２１ａ、複数の第２の要素素子２１ｂおよび複数の第３の要素素子２１ｃを含む。例えば、複数の第１の要素素子２１ａは青色の光像１００を再生することを可能にする凹凸面１ａ（すなわち上述の最大回折効率）を有し、複数の第２の要素素子２１ｂは赤色の光像１００を再生することを可能にする凹凸面１ａを有し、複数の第３の要素素子２１ｃは緑色の光像１００を再生することを可能にする凹凸面１ａを有する。この場合、ホログラム構造体１１は、赤青緑の光像１００だけではなく、これらの光像１００のうちの２以上を重ね合わせることによって他の色の光像１００を再生することも可能である。例えば図１６に示すように、赤色円の光像１００、緑色円の光像１００および青色円の光像１００を重ねて再生することによって、赤色円および緑色円が重なった部分は黄色の光像１００となり、緑色円および青色円が重なった部分は水色の光像１００となり、青色円および赤色円が重なった部分は紫色の光像１００となり、赤色円、緑色円および青色円が重なった部分は白色の光像１００となる。
【００７６】
図１７は、変形例１−１に係る透過型ホログラム構造体１１の他の例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。各要素素子２１は、任意の階調を持つ色によって光像を再生することも可能であり、赤色の光像を再生する第１の要素素子２１ａ、青色の光像を再生する第２の要素素子２１ｂおよび緑色の光像を再生する第３の要素素子２１ｃの各々が、階調の異なる複数種類の要素素子を含むことができる。また任意の階調を持つ原画像に基づいて各要素素子２１を設計する場合にも、任意の階調を持つ色によって光像を再生することが可能である。これらの場合、ホログラム構造体１１は、白色光が入射した場合に図１７に示すようなフルカラーの光像１００を再生することも可能である。
【００７７】
なお上述の図１３および図１５に示すホログラム構造体１１は、縦方向および横方向の双方に関して隣接配置される要素素子２１の種類が互いに異なっているが、複数種類の要素素子２１の配置態様は特に限定されない。例えば、ホログラム構造体１１は、ストライプ状に配置された複数種類の要素素子２１を含んでいてもよく、縦方向および横方向のうちの一方に関しては隣接して配置される要素素子２１の種類が異なっているが、他方に関しては隣接して配置される要素素子２１の種類が同じであってもよい。また上述の市松模様状配置およびストライプ状配置が組み合わされた配置態様によって、複数種類の要素素子２１が配置されてもよい。
【００７８】
［変形例１−２］
ホログラム構造体１１は、異なる領域に異なるタイプの要素素子２１が配置されていてもよく、当該異なるタイプの要素素子２１は３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での１次回折光および／または−１次回折光の最大回折効率を示す波長が互いに異なっていてもよい。その一方で、異なる領域に配置される異なるタイプの要素素子２１によって再生される光像は、互いに形状の関連性を有していてもよい。ここでいう形状の関連性を有する光像には、例えば、視覚上同じ形状またはほぼ同じ形状を有する光像のペアが含まれ、これらの光像の大きさは相互に同じであってもよいし異なっていてもよい。また形状の関連性を有する光像には、例えば、互いの光像が組み合わされることで、特定の意図を持った絵柄や文字等を形成する光像のペアも含まれる。例えば図１３〜図１７に示すホログラム構造体１１は、観察者に対してホログラム構造体１１を相対的に移動させなくても１つの絵柄や文字等を光像として再生することができる。一方、以下に説明する図１８Ａ〜図１８Ｂに示すホログラム構造体１１および図１９Ａ〜図１９Ｂに示すホログラム構造体１１では、観察者に対してホログラム構造体１１を相対的に連続的に往復移動させることで、第１の領域２５の要素素子２１によって再生される光像の残像及び第２の領域２６の要素素子２１によって再生される光像の残像の組み合わせによって、上述の「形状の関連性を有する光像」を構成することができる。
【００７９】
図１８Ａは、変形例１−２に係るホログラム構造体１１の一例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り、第１の領域２５を介して再生される光像１００を示す。図１８Ｂは、図１８Ａのホログラム構造体１１の第２の領域２６を介して再生される光像１００を示す。図１８Ａおよび図１８Ｂのホログラム構造体１１は、第１の領域２５および第２の領域２６を含む。第１の領域２５には、少なくとも第１タイプの要素素子を含む複数の要素素子２１が配置され、第２の領域２６には、少なくとも第２タイプの要素素子を含む複数の要素素子２１が配置される。３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、第１タイプの要素素子についての最大回折効率を示す波長は、第２タイプの要素素子についての最大回折効率を示す波長とは異なる。図１８Ａおよび図１８Ｂに示すホログラム構造体１１では、最大回折効率を示す波長が青系波長帯域に含まれる第１タイプの要素素子２１が第１の領域２５に配置され、最大回折効率を示す波長が赤系波長帯域に含まれる第２タイプの要素素子２１が第２の領域２６に配置されている。そして、第１の領域２５に配置される複数の要素素子２１が再生する光像１００は、第２の領域２６に配置される複数の要素素子２１が再生する光像１００と、形状の関連性を有する。具体的には、同じ星形状を有し且つ色が異なる光像１００を、第１の領域２５の要素素子２１および第２の領域２６の要素素子２１は再生する。
【００８０】
図１９Ａは、変形例１−２に係るホログラム構造体１１の他の例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り、第１の領域２５を介して再生される光像１００を示す。図１９Ｂは、図１９Ａのホログラム構造体１１の第２の領域２６を介して再生される光像１００を示す。図１９Ａおよび図１９Ｂのホログラム構造体１１は、図１８Ａおよび図１８Ｂのホログラム構造体１１とほぼ同じ構造を有する。ただし、図１８Ａおよび図１８Ｂのホログラム構造体１１では、第１の領域２５の要素素子２１が再生する光像１００と第２の領域２６の要素素子２１が再生する光像１００とは相互に大きさが異なっているのに対し、図１９Ａおよび図１９Ｂのホログラム構造体１１では、第１の領域２５の要素素子２１が再生する光像１００と第２の領域２６の要素素子２１が再生する光像１００とは相互にほぼ大きさを有する。
【００８１】
第１の領域２５の要素素子２１の凹凸面１ａおよび第２の領域２６の要素素子２１の凹凸面１ａが同一サイズの原画像に基づいて作製される場合、回折光の波長（色）の相違に応じて、再生される光像１００の大きさが第１の領域２５と第２の領域２６との間で異なる（図１８Ａおよび図１８Ｂ参照）。一方、回折光の波長の相違に基づく光像１００の大きさの差を考慮して第１の領域２５の要素素子２１および第２の領域２６の要素素子２１を作製することにより、図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、第１の領域２５の要素素子２１が再生する光像１００と第２の領域２６の要素素子２１が再生する光像１００とをほぼ同じ大きさにすることが可能である。具体的には、第１の領域２５の要素素子２１を設計する際に用いる原画像の大きさを、第２の領域２６の要素素子２１を設計する際に用いる原画像の大きさと変えることによって、光像１００の大きさを第１の領域２５と第２の領域２６との間でほぼ同じにできる。また各要素素子２１の画素の大きさに応じて回折角を変えることができるので、要素素子２１を構成する各画素のサイズを第１の領域２５と第２の領域２６との間で変えることによって、光像１００の大きさを第１の領域２５と第２の領域２６との間でほぼ同じにできる。
【００８２】
上述のように本変形例のホログラム構造体１１には、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、形状が相互に関連し且つ色の異なる光像１００を再生する第１の領域２５および第２の領域２６が並んで設けられる。観察者５０は、そのホログラム構造体１１を移動させながら、第１の領域２５を介した光像１００の観察および第２の領域２６を介した光像１００の観察を連続的に繰り返し行うことによって、光像１００の形状の同一性を認識しつつ光像１００の色の変化を認識することができる。このようなホログラム構造体１１は、意匠用途に用いることもできるが、特に真贋判定などのセキュリティ用途に適している。観察者５０は、白色光を使って光像１００の形状の同一性の有無および光像１００の色の変化の有無を確認することで、ホログラム保持体１０（図１参照）の真贋を容易且つ確実に判定することが可能である。特に図１９Ａおよび図１９Ｂに示すホログラム構造体１１によれば、光像１００の色の変化および形状の同一性だけではなく、光像１００の大きさの同一性も確認することができるため、より精度の高い真贋判定を行うことができる。
【００８３】
［第２の実施形態］
本実施形態において、上述の第１の実施形態およびその変形例と同一または類似の要素には同一の符合を付し、その詳細な説明は省略する。また上述の第１の実施形態およびその変形例に関する説明事項のうち、本実施形態のホログラム構造体１１に対しても同様に適用可能な事項についての詳細な説明は省略する。
【００８４】
本実施形態に係るホログラム保持体１０およびホログラム構造体１１は、上述の第１の実施形態と同様の構成を有し、ホログラム構造体１１は、図１、図２および図５〜図７に示すような要素素子２１および凹凸面１ａを有し、また反射型（図３参照）および透過型（図４参照）のいずれであってもよい。またホログラム構造体１１の各要素素子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は、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。
【００８５】
本実施形態の一モードに係るホログラム構造体１１では、上述の最大回折効率が、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のうちの一方に含まれる。また、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のうちの他方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が、当該他方の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。また本実施形態の他のモードに係るホログラム構造体１１では、上述の最大回折効率が、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の両方に含まれる。すなわち、当該他のモードに係るホログラム構造体１１では、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と、−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と、が互いに等しい。これらのモードに係るホログラム構造体１１は、白色光が入射された場合、１次回折光および−１次回折光によって白色以外の色で第１光像および第２光像を再生することができる。
【００８６】
なお、上述の本実施形態のホログラム構造体１１は、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のうちの一方において、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率を示す波長と、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のうちの他方において、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率を示す波長との差が、１００ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域において、１次回折光の最大回折効率を示す波長と−１次回折光の最大回折効率を示す波長とが非常に近く、１次回折光によって再生される光像の色と−１次回折光によって再生される光像の色とが同じまたは非常に似た色系に含まれる。
【００８７】
なお、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のうちの一方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域に、当該一方の回折効率の波長分布での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、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のうちの一方における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の極大値は、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のうちの一方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率の半分未満であることが好ましい。また、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のうちの他方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域に、当該他方の回折効率の波長分布での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、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のうちの他方における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の極大値は、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のうちの他方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率の半分未満であることが好ましい。
【００８８】
これらの条件を満たすホログラム構造体１１は、色のにじみ（色の変化）やラインの太りを効果的に防いで、高精細な第１光像および第２光像を相互に異なる色で再生することが可能である。
【００８９】
以下、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の具体例について説明する。なお以下の説明において「最大回折効率」とは、可視光波長帯域に含まれる３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域における最大の回折効率を指す。
【００９０】
図２０は、第２の実施形態に係る反射型のホログラム構造体１１の一例に係る０次回折光、１次回折光および−１次回折光の各々の波長分布を示すグラフであり、横軸が波長を示し、縦軸が回折効率を示す。図２０等の各図面（特にグラフ）では、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。図２１は、図２０に示す特性を有するホログラム構造体１１によって再生される光像１００の例を示す。以下の説明および各図面において、０次回折光による再生像を「０次回折光像１００ａ」とも称し、１次回折光による再生像を「１次回折光像１００ｂ」とも称し、−１次回折光による再生像を「−１次回折光像１００ｃ」とも称し、これらの光像１００ａ、１００ｂ、１００ｃを集合的に表す場合には符合「１００」が使われる。
【００９１】
例えば、ホログラム構造体１１の凹凸面１ａにおける段数を８段にして、１段当たりの深さを２００ｎｍ（最大深さ１４００ｎｍ（図６の符合「Ｄ」参照））にした場合、図２０に示すように、０次回折光の最大回折効率を示す波長を６００ｎｍに設定し、１次回折光の最大回折効率を示す波長を５３３ｎｍに設定し、−１次回折光の最大回折効率を示す波長を６８５ｎｍに設定することができる。このホログラム構造体１１により白色光の再生光から再生される光像１００は、図２１に示すように、黄系〜橙系の０次回折光像１００ａを中心に点対称に配置された緑色の１次回折光像１００ｂおよび赤色の−１次回折光像１００ｃを含む。また１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃは同一の形状（図示の例では「Ｆ」形状）を有する。なお０次回折光像１００ａは、非回折波長および回折効率に依存した色を有する。
【００９２】
またホログラム構造体１１の凹凸面１ａにおける段数を４段にして、１段当たりの深さを１９０ｎｍ（最大深さ５７０ｎｍ（図７の符合「Ｄ」参照））にした場合、図２２に示すように、０次回折光の最大回折効率を示す波長を５７０ｎｍに設定し、１次回折光の最大回折効率を示す波長を４５６ｎｍに設定し、−１次回折光の最大回折効率を示す波長を７６０ｎｍに設定することができる。このホログラム構造体１１により白色光の再生光から再生される光像１００は、図２３に示すように、０次回折光像１００ａを中心に点対称に配置された同一形状の青色の１次回折光像１００ｂおよび赤色の−１次回折光像１００ｃを含む。
【００９３】
またホログラム構造体１１の凹凸面１ａにおける段数を４段にして、１段当たりの深さを２８０ｎｍ（最大深さ８４０ｎｍ）にした場合、図２４に示すように、０次回折光の最大回折効率を示す波長を４２０ｎｍに設定し、１次回折光の最大回折効率を示す波長を６７２ｎｍに設定し、−１次回折光の最大回折効率を示す波長を４８０ｎｍに設定することができる。このホログラム構造体１１により白色光の再生光から再生される光像１００は、図２５に示すように、０次回折光像１００ａを中心に点対称位置に配置された同一形状の赤色の１次回折光像１００ｂおよび青色の−１次回折光像１００ｃを含む。なお、０次回折光の最大回折効率を示す波長を可視光波長帯域外に設定することで、０次回折光像１００ａが視認されないようにすることも可能である。
【００９４】
またホログラム構造体１１の凹凸面１ａにおける段数を４段にして、１段当たりの深さを４００ｎｍ（最大深さ１２００ｎｍ）にした場合、図２６に示すように、０次回折光の最大回折効率を示す波長を６００ｎｍに設定し、１次回折光の最大回折効率を示す波長を５３３ｎｍに設定し、−１次回折光の最大回折効率を示す波長を４３６ｎｍに設定することができる。なお本例では、−１次回折光の２番目に大きい回折効率を示す波長が可視光波長帯域内（具体的には６８５ｎｍ）に設定され且つその回折効率も０．６以上の高い値を示す。したがって、−１次回折光像１００ｃの色は、４３６ｎｍおよびその近傍の波長に対応する色（すなわち青色）と６８５ｎｍおよびその近傍の波長に対応する色（すなわち赤色）とが混ざった色（すなわち紫色）となる。したがって、このホログラム構造体１１により白色光の再生光から再生される光像１００は、図２７に示すように、０次回折光像１００ａを中心に点対称位置に配置された同一形状の緑色の１次回折光像１００ｂおよび紫色の−１次回折光像１００ｃを含む。
【００９５】
なお上述の図２０〜図２７に示した光像１００は、本実施形態のホログラム構造体１１によって再生可能な光像１００の例に過ぎず、ホログラム構造体１１の回折特性を調整することによって、他の色で光像１００を再生することも可能である。ホログラム構造体１１の回折特性は任意の方法で調整することができ、例えば凹凸面１ａの段数、凹凸深さおよびホログラム構造体１１（特にホログラム層１）の屈折率を適宜選択することによって、０次回折光、１次回折光および−１次回折光の波長分布を調整できる。
【００９６】
このように本実施形態のホログラム構造体１１によれば、白色光を再生光として用いた場合にも、１次回折光および−１次回折光によって、特定波長（すなわち特定色）の光像１００を再生することができる。特に、１次回折光の最大回折効率を示す波長および−１次回折光の最大回折効率を示す波長を、相互に異なる色系の波長帯域に含まれるようにすることで、０次回折光像１００ａを中心とした点対称位置に、異なる色の１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃを再生することができる。なお、本実施形態のホログラム構造体１１も、上述の第１の実施形態のホログラム構造体１１と同様に、虹色以外の特定色で光像１００を再生するため、高精細な光像１００を再生することができるとともに、特定色に基づく特定の印象を観察者５０に付与することができる。また１次回折光の最大回折効率を示す波長および−１次回折光の最大回折効率を示す波長を、相互に同じ色系に含まれる波長に設定してもよい。この場合、０次回折光像１００ａを中心とした点対称位置に、同じ色系の１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃを再生することができる。
【００９７】
［変形例２−１］
図２８Ａおよび図２８Ｂは、変形例２−１に係るホログラム構造体１１によって再生される１次回折光による光像１００ｂの一例を示す図である。なお図２８Ａは、後述の第１の要素素子２１ａによって再生される０次回折光による光像１００ａおよび１次回折光による光像１００ｂを示し、図２８Ｂは、後述の第２の要素素子２１ｂによって再生される０次回折光による光像１００ａおよび１次回折光による光像１００ｂを示す。図２９は、変形例２−１に係るホログラム構造体１１の平面構造と、当該ホログラム構造体１１によって再生される光像１００とを概略的に示す図である。
【００９８】
本変形例に係るホログラム構造体１１は第１の領域２８および第２の領域２９を含み、第１の領域２８には複数の第１タイプの要素素子２１（以下「第１の要素素子２１ａ」とも称する）が配置され、第２の領域２９には複数の第２タイプの要素素子２１（以下「第２の要素素子２１ｂ」とも称する）が配置される。３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、第１の要素素子２１ａについての１次回折光の回折効率の波長分布は、第２の要素素子２１ｂについての１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、第１の要素素子２１ａについての−１次回折光の回折効率の波長分布は、第２の要素素子２１ｂについての−１次回折光の回折効率の波長分布と同じである。また第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光像１００ｂは、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光像１００ｃと同一の形状を有し、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光像１００ｃは、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光像１００ｂと同一の形状を有する。そして、第１の要素素子２１ａの１次回折光によって再生される光像と−１次回折光によって再生される光像との相対位置は、第２の要素素子２１ｂの１次回折光によって再生される光像と−１次回折光によって再生される光像との相対位置と逆になっている。
【００９９】
図２８Ａ、図２８Ｂおよび図２９に示すホログラム構造体１１の場合、第１の要素素子２１ａは、０次回折光像１００ａの一方側（図面右側）に１次回折光像１００ｂを再生するとともに他方側（図面左側）に−１次回折光像１００ｃを再生する。一方、第２の要素素子２１ｂは、０次回折光像１００ａの一方側（図面右側）に−１次回折光像１００ｃを再生するとともに他方側（図面左側）に１次回折光像１００ｂを再生する。このように、１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃの０次回折光像１００ａに対する相対位置の関係は、第１の要素素子２１ａと第２の要素素子２１ｂとの間で逆になっている。なお、第１の要素素子２１ａの回折角は第２の要素素子２１ｂの回折角と同じに設定される。一方、第１の要素素子２１ａの１次回折光および−１次回折光の波長分布は第２の要素素子２１ｂの１次回折光および−１次回折光の波長分布と同じである。そのため図２９に示すように、第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光像１００ｂは、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光像１００ｂと同じ色（図２９では緑色）を有し、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光像１００ｃは、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光像１００ｃと同じ色（図２９では赤色）を有する。
【０１００】
上述の構成を有する第１の領域２８および第２の領域２９を並べて配置することによって、０次回折光像１００ａを中心とした点対称の位置に反転色の光像１００を再生する回折素子（すなわち第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂ）が隣り合うことになる。したがって、白色光によって照明する領域を第１の領域２８および第２の領域２９との間で切り換えることによって、０次回折光像１００ａの両サイドに再生される光像については、形状の同一性をほぼ保ちつつ色を切り換えることができる。
【０１０１】
なお、上述のホログラム構造体１１は、相互に同一形状および同一色を有し且つ点対称に配置された２つの原画像を用いて、第１の領域２８の第１の要素素子２１ａおよび第２の領域２９の第２の要素素子２１ｂを作ることにより実現されうる。また第１の要素素子２１ａの凹凸面１ａの段数および１段当たりの深さは、第２の要素素子２１ｂの凹凸面１ａの段数および１段当たりの深さと同一にすることができる。また第１の領域２８の第１の要素素子２１ａによって光像１００が再生される位置と、第２の領域２９の第２の要素素子２１ｂによって光像１００が再生される位置とは、少なくとも部分的に重なっていてもよいし、互いに異なっていてもよい。
【０１０２】
［変形例２−２］
図３０は、変形例２−２に係る透過型ホログラム構造体１１の平面構造の一例を示す概念図である。図３１Ａは、図３０の透過型ホログラム構造体１１によって再生される光像１００の一例を説明するための概略図であり、第１の要素素子２１ａによって再生される光像１００を示す。図３１Ｂは、図３０のホログラム構造体１１の第２の要素素子２１ｂによって再生される光像１００を示す。図３１Ｃは、図３１Ａに示す光像および図３１Ｂに示す光像が重なることで再生される光像１００を示す。
【０１０３】
本変形例のホログラム構造体１１を構成する要素素子２１は、複数の第１タイプの要素素子（すなわち第１の要素素子２１ａ）と複数の第２タイプの要素素子（すなわち第２の要素素子２１ｂ）とを含む。これらの第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂが同一領域内において混在し、図示の例では、第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂが市松模様状に配置される。３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、第１の要素素子２１ａについての１次回折光の回折効率の波長分布は、第２の要素素子２１ｂについての１次回折光の回折効率の波長分布と同じであり、第１の要素素子２１ａについての−１次回折光の回折効率の波長分布は、第２の要素素子２１ｂについての−１次回折光の回折効率の波長分布と同じである。また第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−１および−１次回折光の光像１００ｃ−１は同一の形状を有し、且つ、０次回折光の光像１００ａ−１を中心とする点対称の関係を有する。同様に、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−２および−１次回折光の光像１００ｃ−２は同一形状を有し、且つ、０次回折光の光像１００ａ−２を中心とする点対称の関係を有する。
【０１０４】
また第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−２と同一の形状を有し、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−２と同一の形状を有する。第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−２と重なり、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−２と重なる。なお、第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−２とほぼ同じサイズを有し且つ大部分において（例えば１次回折光の光像１００ｂ−１および−１次回折光の光像１００ｃ−２の各々の５０％以上において）重なることが好ましい。同様に、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−２とほぼ同じサイズを有し且つ大部分において（例えば−１次回折光の光像１００ｃ−１および１次回折光の光像１００ｂ−２の各々の５０％以上において）重なることが好ましい。
【０１０５】
上述の構成を有する本変形例のホログラム構造体１１によって最終的に再生される光像１００は、図３１Ｃに示すように、第１の要素素子２１ａによって再生される光像（図３１Ａ参照）と第２の要素素子２１ｂによって再生される光像（図３１Ｂ）とが重なった合成像となる。すなわち、０次回折光像１００ａを中心とした点対称位置に同一形状且つ同色の光像が再生される。本変形例のホログラム構造体１１によれば、０次回折光像１００ａを中心とした点対称位置に、同色の光像を簡単に再生することが可能である。
【０１０６】
なおホログラム保持体１０は、本変形例のホログラム構造体１１を複数含んでいてもよく、各ホログラム構造体１１に含まれる第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂの１次回折光の波長分布および−１次回折光の波長分布を、ホログラム構造体１１間で変えてもよい。この場合、それぞれのホログラム構造体１１によって複数種類の光像１００（例えば相互に異なる色を有する光像１００）を再生することが可能である。
【０１０７】
なお上述の例では、１次回折光および−１次回折光の回折効率の波長分布が第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂ間で同じであるが、これらの波長分布が第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂ間で異なっていてもよい。すなわち３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、第１の要素素子２１ａについての１次回折光の回折効率の波長分布は、第２の要素素子２１ｂについての１次回折光の回折効率の波長分布と異なっていてもよく、また第１の要素素子２１ａについての−１次回折光の回折効率の波長分布は、第２の要素素子２１ｂについての−１次回折光の回折効率の波長分布と異なっていてもよい。この場合、上述の例と同様に、第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−２と同一の形状を有し重なってもよく、また第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−２と同一の形状を有し重なってもよい。特に、第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−２とほぼ同じサイズを有し且つ大部分において（例えば１次回折光の光像１００ｂ−１および−１次回折光の光像１００ｃ−２の各々の５０％以上において）重なることが好ましい。同様に、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−２とほぼ同じサイズを有し且つ大部分において（例えば−１次回折光の光像１００ｃ−１および１次回折光の光像１００ｂ−２の各々の５０％以上において）と重なることが好ましい。
【０１０８】
この場合、図３２Ａに示すような第１の要素素子２１ａによって再生される光像１００ａ−１、１００ｂ−１、１００ｃ−１と、図３２Ｂに示すような第２の要素素子２１ｂによって再生される光像１００ａ−２、１００ｂ−２、１００ｃ−２とが重なり、図３２Ｃに示すような光像１００が再生される。すなわち、０次回折光像１００ａを中心とした点対称位置に同一形状且つ異なる色の光像を再生することができる。
【０１０９】
例えば、上述の本変形例に係る反射型のホログラム構造体１１において、第１の要素素子２１ａの凹凸面１ａにおける段数を８段にして１段当たりの深さを２００ｎｍ（最大深さ１４００ｎｍ）にする一方で、第２の要素素子２１ｂの凹凸面１ａにおける段数を４段にして１段当たりの深さを１９０ｎｍ（最大深さ５７０ｎｍ）にすることができる。この場合、第１の要素素子２１ａの１次回折光像１００ｂ−１を緑色で再生し且つ−１次回折光像１００ｃ−１を赤色で再生しつつ、第２の要素素子２１ｂの１次回折光像１００ｂ−２を青色で再生し且つ−１次回折光像１００ｃ−２を赤色で再生する。そして、これらの光像が合成されて、最終的には、０次回折光像１００ａを中心とした点対称位置に赤紫色の光像と黄色の光像とが再生される。なお図３２Ａ〜図３２Ｃに示す例では、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光像１００ｃ−１と第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光像１００ｃ−２とが同系色の色（すなわち赤色）を有するが、相互に異なる系統の色を有していてもよい。
【０１１０】
また別の形態として、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域において、第１の要素素子２１ａについての１次回折光の回折効率の波長分布は、第２の要素素子２１ｂについての−１次回折光の回折効率の波長分布と異なっていてもよく、また第１の要素素子２１ａについての−１次回折光の回折効率の波長分布は、第２の要素素子２１ｂについての１次回折光の回折効率の波長分布と異なっていてもよい。この場合、第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像は、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光の光像は、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光の光像と同一の形状を有し、第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像は、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像と重なり、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光の光像は、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光の光像と重なってもよい。特に、第１の要素素子２１ａによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される１次回折光の光像１００ｂ−２とほぼ同じサイズを有し且つ大部分において（例えば１次回折光の光像１００ｂ−１および１次回折光の光像１００ｂ−２の各々の５０％以上において）重なることが好ましい。同様に、第１の要素素子２１ａによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−１は、第２の要素素子２１ｂによって再生される−１次回折光の光像１００ｃ−２とほぼ同じサイズを有し且つ大部分において（例えば−１次回折光の光像１００ｃ−１および−１次回折光の光像１００ｃ−２の各々の５０％以上において）と重なることが好ましい。
【０１１１】
この場合、図３２Ａに示すような第１の要素素子２１ａによって再生される光像１００ａ−１、１００ｂ−１、１００ｃ−１と、図３２Ｂにおいて括弧を伴って符合が示されている第２の要素素子２１ｂによって再生される光像１００ａ−２、１００ｂ−２、１００ｃ−２とが重なり、図３２Ｃに示すような光像１００が再生される。すなわち、０次回折光像１００ａを中心とした点対称位置に同一形状且つ異なる色の光像を再生することができる。
【０１１２】
なお本変形例のホログラム構造体１１において、第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂの配置態様は上述の市松模様状には限定されない。例えば、ストライプ状配置や、市松模様状配置およびストライプ状配置を組み合わせた配置態様によって、第１の要素素子２１ａおよび第２の要素素子２１ｂが配置されてもよい。
【０１１３】
［変形例２−３］
本変形例のホログラム構造体１１は、上述のホログラム構造体１１と同様に、入射される再生光の位相を変調することで光像を再生するフーリエ変換ホログラムとして構成された複数の要素素子２１を備える。各要素素子２１は、３段階以上の異なる高さを含む凹凸面１ａを有し、第１波長帯域の光（すなわち第１波長（上述の最大回折効率を示す波長）の光を含む１次回折光）により第１光像を再生し、第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の光（すなわち第１波長とは異なる第２波長（上述の最大回折効率を示す波長）の光を含む−１次回折光）により第１光像と点対称な第２光像を再生する。とりわけ第１光像および第２光像のうちの一方は、赤色に再生される。
【０１１４】
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の一方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、当該一方の回折効率の波長分布における６８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域に極大値を形成する。また各要素素子２１への再生光の入射角度を変化させることで、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の他方における３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率は、当該他方の回折効率の波長分布における６８０ｎｍよりも小さい波長帯域に極大値を形成することができる。
【０１１５】
図３３は、変形例２−３に係る反射型のホログラム構造体１１の一例に係る０次回折光（Ｗ０）、１次回折光（Ｗ１）および−１次回折光（Ｗ−１）の各々の波長分布を示すグラフであり、特に、再生光の入射角度が０°の場合を示す。図３４は、再生光の入射角度が０°の場合に図３３に示す特性を有するホログラム構造体１１によって再生される光像１００の例を示す。図３５は、図３３のホログラム構造体１１に係る０次回折光（Ｗ０）、１次回折光（Ｗ１）および−１次回折光（Ｗ−１）の各々の波長分布を示すグラフであり、特に、再生光の入射角度が３０°の場合を示す。図３６は、再生光の入射角度が３０°の場合に図３５に示す特性を有するホログラム構造体１１によって再生される光像１００の例を示す。なお図３３および図３５において、横軸が波長を示し、縦軸が回折効率を示す。
【０１１６】
例えば、反射型のホログラム構造体１１の各要素素子２１の凹凸面１ａにおける段数を８段にして、１段当たりの深さを２０７ｎｍ（最大深さ１４４９ｎｍ）にした場合、ホログラム構造体１１は図３３および図３５に示す回折特性を有するホログラム構造体１１を実現することができる。すなわち、ホログラム構造体１１に対する再生光の入射角度が０°の場合、０次回折光が６２１ｎｍにピーク波長を有し、１次回折光が５５２ｎｍにピーク波長を有し、−１次回折光が７０９ｎｍにピーク波長を有しうる。一方、ホログラム構造体１１に対する再生光の入射角度が３０°の場合、０次回折光が５４０ｎｍ近辺にピーク波長を有し、１次回折光が４７３ｎｍにピーク波長を有し、−１次回折光が６２４ｎｍにピーク波長を有しうる。
【０１１７】
図３３および図３５から明らかなように、一般に、ホログラム構造体１１に対する再生光の入射角度が０°から増大するにしたがって、各回折光のピーク波長は短波長側にシフトする。一方、可視光波長帯域における各色系統の波長帯域の幅は色系統間で均等ではなく、特に赤系に対応する波長帯域は他の色系統に対応する波長帯域よりも広い。そのため、赤系の波長帯域においてピーク波長を有する回折光による光像は、再生光の入射角度が変わっても、再生像の色味が赤色のまま変化しにくい傾向がある。一方、赤系以外の他の色系統の波長帯域においてピーク波長を有する回折光による光像は、再生光の入射角度が変わると、再生像の色が短波長側の色に変化しやすい傾向がある。
【０１１８】
したがってホログラム構造体１１の回折特性（特に上述の最大回折効率）を調整して、１次回折光による光像（すなわち第１光像）および−１次回折光による光像（すなわち第２光像）のうちの少なくとも一方を、主として赤色光（とりわけ６８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長に対応する光）によって再生することにより、再生光の入射角度が変わっても、当該少なくとも一方の光像を赤色で再生しうる。
【０１１９】
特に、１次回折光による再生像および−１次回折光による再生像のうちの一方を赤色（とりわけ６８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長に対応する色）に設定するとともに、他方を赤以外の色に設定してもよい。例えば図３３および図３５に示す回折特性を有するホログラム構造体１１では、再生光の入射角度が０°の場合には図３３及び図３４に示すように−１次回折光像１００ｃは赤色を有し且つ１次回折光像１００ｂは緑色を有するが、再生光の入射角度が３０°の場合には図３５及び図３６に示すように−１次回折光像１００ｃは赤色を維持するが１次回折光像１００ｂは青色になる。
【０１２０】
このように本変形例のホログラム構造体１１によれば、再生光の入射角度を変えても、１次回折光による光像および−１次回折光による光像のうちの少なくとも一方を赤色で再生することが可能である。このようなホログラム構造体１１は、意匠用途に用いることもできるが、特に真贋判定などのセキュリティ用途に適している。観察者５０は、ホログラム構造体１１に対する白色光の入射角度を変えながら１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃを観察し、１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃの一方または両方が赤色の状態を維持するか否かに応じてホログラム保持体１０の真贋を容易且つ確実に判定することが可能である。
【０１２１】
なお、上述の一方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は、最大回折効率の半分以上の回折効率となる極大値が存在しないことが好ましい。すなわち、上述の一方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の極大値は、最大回折効率の半分未満であることが好ましい。この場合、ラインの周縁における色のにじみや太りを効果的に防いで、高精細な光像再生することが可能である。
【０１２２】
［第３の実施形態］
本実施形態において、上述の第１の実施形態、第２の実施形態およびそれらの変形例と同一または類似の要素には同一の符合を付し、その詳細な説明は省略する。また上述の第１の実施形態、第２の実施形態およびそれらの変形例に関する説明事項のうち、本実施形態のホログラム構造体１１に対しても同様に適用可能な事項についての詳細な説明は省略する。
【０１２３】
本実施形態に係るホログラム保持体１０およびホログラム構造体１１は、上述の第１の実施形態と同様の構成を有し、ホログラム構造体１１は、図１、図２および図５〜図７に示すような要素素子２１および凹凸面１ａを有し、また反射型（図３参照）および透過型（図４参照）のいずれであってもよい。
【０１２４】
本実施形態のホログラム構造体１１は、再生される光像において０次回折光の影響を従来の光変調素子よりも実質的に低くすることで、視認性の高い再生像を提供することができる。
【０１２５】
図３７は、光の波長（横軸）および比視感度（縦軸）の関係を示すグラフである。比視感度は、人の目が感じる明るさの強さを表し、人の目が最大感度となる波長で感じる明るさの強さを「１」として、他の波長の明るさを感じる度合いを１以下の相対比によって表した無次元数である。
【０１２６】
人の目で実際に観察される再生像の明るさは、ホログラム構造体１１に入射させる再生光の波長強度分布と回折効率を掛け合わせたものに、更に比視感度を掛け合わせたものに相当する。したがって０次回折光のピーク波長を、比視感度が０．００５以下を示す波長帯域（具体的には４２１ｎｍ以下または６９７ｎｍ以上）に設定することによって、従来の光変調素子と比べ、０次回折光を視覚上著しく目立たなくすることができる。
【０１２７】
したがって本実施形態のホログラム構造体１１では、各要素素子２１についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られる。この場合、０次回折光によって再生される光像を目立たなくさせることができるため、他の回折光によって再生される光像の視認性を向上させることができる。またホログラム構造体１１では、各要素素子２１についての０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が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られてもよい。なお、本実施形態のホログラム構造体１１は、上述の第１の実施形態および第２の実施形態のホログラム構造体１１と同様に、各要素素子２１が凹凸面１ａを有し、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。
【０１２８】
なお、各要素素子２１についての０次回折光の最大回折効率は、２００ｎｍ以下の半値全幅を持つ極大値を形成することが好ましい。この場合、０次回折光の大部分（すなわちピーク回折効率の半分以上の回折効率が確保される波長帯域の０次回折光）が、視認されにくい４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上に含まれる。そのため、０次回折光によって再生される光像を顕著に目立たなくさせることができる。また各要素素子２１についての０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は、２００ｎｍ以下の半値全幅を持つ極大値を形成してもよい。
【０１２９】
また各要素素子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の少なくとも一方が、４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域に、回折効率の極大値を有することが好ましい。この場合、比視感度の高い波長帯域において１次回折光および−１次回折光のうちの少なくとも一方により光像が再生され、当該光像の鮮明性を向上させることができる。
【０１３０】
また特に、各要素素子２１についての０次回折光の回折効率の波長分布における４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が、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の少なくとも一方の４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域に含まれる極大値の２５％未満であることが好ましい。この場合、比視感度の高い波長帯域において、０次回折光の回折効率と比較し、１次回折光および−１次回折光のうちの少なくとも一方の回折効率を十分に大きくすることができる。これにより、１次回折光および−１次回折光のうちの少なくとも一方によって再生される光像の視認性を、より効果的に改善することができる。
【０１３１】
以下に説明する本実施形態のホログラム構造体１１は、再生光の位相を変調することで光像を再生するフーリエ変換ホログラムとして構成された複数の要素素子２１を備え、各要素素子２１は、３段階以上の異なる高さを含む凹凸面１ａを有する。そして上述のように、各要素素子２１についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られる。また各要素素子２１についての０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が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られてもよい。
【０１３２】
図３８は、一般的なホログラム構造体１１の波長（横軸）および回折効率（縦軸）の関係の一例を示す図である。図３９は、図３８の回折特性を持つホログラム構造体１１によって再生される光像１００の一例を示す図である。図４０は、第３の実施形態に係るホログラム構造体１１の波長（横軸）および回折効率（縦軸）の関係の一例を示す図である。図４１は、図４０の回折特性を持つホログラム構造体１１によって再生される光像１００の一例を示す図である。なお図３８および図４０において、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。
【０１３３】
図３８の回折特性を持つホログラム構造体１１は、反射型であり、上述の図５と同様の構成を有し、各要素素子２１の凹凸面１ａは、４段の凹凸構造を有し、１段当たりの深さが１８０ｎｍに設定され、屈折率が１．５であるホログラム層１に形成されている。この場合、図３８に示すように０次回折光の回折効率の波長分布において、回折効率は可視光波長帯域内（具体的には５４０ｎｍ近辺）においてピークを有する。そのため図３９に示すように、１次回折光像１００ｂと−１次回折光像１００ｃとの間において、０次回折光によって再生される光像１００ａが緑色で視認可能に出現する。
【０１３４】
一方、図４０の回折特性を持つホログラム構造体１１は、反射型であり、上述の図５と同様の構成を有し、各要素素子２１の凹凸面１ａは、４段の凹凸構造を有し、１段当たりの深さが２７７．５ｎｍに設定され、屈折率が１．５であるホログラム層１によって形成されている。この場合、図４０に示すように、各要素素子２１についての０次回折光の最大回折効率（図４０の符合「Ｈ０」参照）が、４２１ｎｍ以下の波長で得られる。また各要素素子２１についての０次回折光の当該最大回折効率が、２００ｎｍ以下の半値全幅を持つ極大値を形成する。また各要素素子２１についての０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が、４２１ｎｍ以下の波長で得られてもよく、各要素素子２１についての０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当該最大回折効率が、２００ｎｍ以下の半値全幅を持つ極大値を形成してもよい。また各要素素子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の少なくとも一方が、４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域に、回折効率の極大値（図４０の符合「Ｈ１」および「Ｈ−１」参照）を有する。また各要素素子２１についての０次回折光の回折効率の波長分布における４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域での最大回折効率が、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の少なくとも一方の４５６ｎｍ以上６６３ｎｍ以下となる波長帯域に含まれる極大値（図４０の符合「Ｈ１」および「Ｈ−１」参照）の２５％未満である。
【０１３５】
上述の図４０に示す回折特性を有するホログラム構造体１１によれば、図４１に示すように、１次回折光像１００ｂと−１次回折光像１００ｃとの間において、０次回折光による光像は視認可能なようには出現しない。
【０１３６】
以上説明したように本実施形態のホログラム構造体１１によれば、０次回折光によって再生される光像は視認されず或いは視認できても目立たないように出現するため、原画像を工夫することなく、１次回折光および−１次回折光による光像１００を視認性良く再生することができる。したがって、例えば中心に明部がない光像（すなわち原画像）を再生する場合にも、０次回折光により再生される光像が気にならないように、他の回折光によって光像を見やすく鮮明に再生することができる。
【０１３７】
なお本実施形態のホログラム構造体１１は、０次回折光による再生像が目立つ従来の光変調素子よりも視認性に優れた光像を再生できるため、意匠用途に適するとともに、真贋判定等のセキュリティ用途にも適している。特に、ホログラム構造体１１の回折特性を調整し、可視光波長帯域（例えば３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長帯域）において０次回折光のピーク波長を±１次回折光のピーク波長と異ならせることによって、０次回折光のピーク波長をカットするフィルターをホログラム構造体１１と併用することができる。一例として、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となる波長帯域で、０次回折光の回折効率の波長分布において最大回折効率の半分以上の回折効率を示す波長帯域が、±１次回折光の回折効率の波長分布において最大回折効率の半分以上の回折効率を示す波長帯域と重ならない場合に、そのような０次回折光のピーク波長をカットするフィルターを使用することが可能である。そのようなフィルターを用いる場合、０次回折光によって光像が再生されることをより確実に防ぐことができる。したがって、例えばセキュリティ用途において機器を使用してホログラム構造体１１の再生像の適否を判定する場合に、精度の高い判定を行うことができ、認証の信頼性を向上させられる。
【０１３８】
［凹凸面の深さ］
本実施形態のホログラム構造体１１は、上述の第１の実施形態のホログラム構造体１１の製造方法と同様の方法により製造することができ、０次回折光による光像を目立たないようにするための特有の凹凸深さを有する凹凸面１ａをホログラム層１に形成することができる。
【０１３９】
例えば、本実施形態の回折特性を持つ反射型のホログラム構造体１１は、上述の図５と同様の構成を有し、各要素素子２１の凹凸面１ａが４段の凹凸構造を有し、１段当たりの深さが２７７．５ｎｍに設定され、ホログラム層１の屈折率が１．５の場合に形成可能である。この場合、凹凸面１ａの１段当たりの光路長が８３２．５ｎｍとなり、−１次回折光によって青色の光像が再生され、１次回折光によって赤色の光像が再生され、０次回折光によって再生される光像は非常に暗く再生されて殆ど目立たない。
【０１４０】
また他の例として、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、各要素素子２１の凹凸面１ａが８段の凹凸構造を有し、１段当たりの深さが２７７．５ｎｍに設定される場合、−１次回折光によって青色の光像が再生され、１次回折光によって赤色の光像が再生され、０次回折光によって再生される光像は非常に暗く再生されて殆ど目立たない。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、各要素素子２１の凹凸面１ａが４段の凹凸構造を有し、１段当たりの深さが１６６５ｎｍに設定され、屈折率が１．０の空気環境下で使用される場合、−１次回折光によって青色の光像が再生され、１次回折光によって赤色の光像が再生され、０次回折光によって再生される光像は非常に暗く再生されて殆ど目立たない。
【０１４１】
一方、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、各要素素子２１の凹凸面１ａが４段の凹凸構造を有し、１段当たりの深さが１８０ｎｍに設定される場合、−１次回折光によって赤色の光像が再生され、１次回折光によって青色の光像が再生され、０次回折光によって再生される光像は明るい緑で再生されて目立つ（図３９参照）。
【０１４２】
［凹凸面の深さと再生像のピーク波長の関係］
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、ホログラム構造体１１によって再生される０次回折光のピーク波長λ０は、以下の式で表され、凹凸面１ａの段数Ｎには依存しない。
【０１４３】
λ０＝ｌ／ｍ
【０１４４】
上述のように本実施形態のホログラム構造体１１の特徴の一つは、０次回折光によって再生される光像が視覚上目立たないことである。これは、比視感度が０．００５以上の波長帯域（すなわち４２１ｎｍ〜６９７ｎｍ）において０次回折光のピーク波長λ０が存在しない場合に実現することが可能である。例えば反射型のホログラム構造体１１において光路長ｌが８３２．５ｎｍの場合、０次回折光のピーク波長λ０を８３２．５／ｍにすることができる。この場合、ｍ＝１に対してはλ０＝８３２．５ｎｍとなり、ｍ＝２に対してはλ０＝４１６．２５ｎｍとなり、ｍ＝３に対してはλ０＝２７７．５ｎｍとなる。ｍ＝４以降の場合にはλ０はさらに小さな値となる。これらの０次回折光のピーク波長λ０は、比視感度が０．００５以上の波長帯域（４２１ｎｍより大きく且つ６９７ｎｍよりも小さい波長帯域）に含まれないため、光路長ｌを８３２．５ｎｍとすることで、０次回折光の目立たない光像１００を観察することができる。
【０１４５】
［変形例３−１］
ホログラム構造体１１は複数の領域を含んでいてもよく、上述の本実施形態に係る複数の要素素子２１が配置される領域と、他の回折特性を有する複数の要素素子２１が配置される領域とが互いに並べられて配置されてもよい。
【０１４６】
図４２Ａは、変形例３−１に係る反射型ホログラム構造体１１の一例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り、第１の領域２５を介して再生される光像１００を示す。図４２Ｂは、図４２Ａのホログラム構造体１１の第２の領域２６を介して再生される光像１００を示す。
【０１４７】
図４２Ａおよび図４２Ｂのホログラム構造体１１は、第１の領域２５および第２の領域２６を含む。第１の領域２５には複数の第１タイプの要素素子２１が配置され、第２の領域２６には複数の第２タイプの要素素子２１が配置される。また第１タイプの要素素子２１によって再生される１次回折光の光像および−１次回折光の光像は、第２タイプの要素素子２１によって再生される１次回折光の光像および−１次回折光の光像と関連性のある形状を有する。ここでいう形状の関連性を有する光像には、例えば、視覚上同じ形状またはほぼ同じ形状を有する光像のペアが含まれ、これらの光像の大きさは相互に同じであってもよいし異なっていてもよい。また形状の関連性を有する光像には、例えば、互いの光像が組み合わされることで、特定の意図を持った絵柄や文字等を形成する光像のペアも含まれる。そして第１タイプの要素素子２１についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られる。一方、第２タイプの要素素子２１についての０次回折光の最大回折効率が、４２１ｎｍよりも大きく且つ６９７ｎｍよりも小さい波長で得られる。また第１タイプの要素素子２１についての０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が、４２１ｎｍ以下の波長または６９７ｎｍ以上の波長で得られてもよく、第２タイプの要素素子２１についての０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が、４２１ｎｍよりも大きく且つ６９７ｎｍよりも小さい波長で得られてもよい。
【０１４８】
さらに第１タイプの要素素子２１および第２タイプの要素素子２１に白色光が入射した場合に、第１タイプの要素素子２１の１次回折光像１００ｂおよび第２タイプの要素素子２１の−１次回折光像１００ｃは同系色（例えば赤色）を有し、第１タイプの要素素子２１の−１次回折光像１００ｃおよび第２タイプの要素素子２１の１次回折光像１００ｂは同系色（例えば青色）を有する。
【０１４９】
上述の第１の領域２５に白色光が入射されると、図４２Ａに示すように、第１タイプの要素素子２１による１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃは視認可能に再生されるが、０次回折光の光像は視認されないように或いは目立たないように再生される。一方、上述の第２タイプの要素素子２１が配置される第２の領域２６に白色光が入射されると、図４２Ｂに示すように、１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃとともに０次回折光像１００ａが視認可能に再生される。
【０１５０】
そして図４２Ａおよび図４２Ｂに示すホログラム構造体１１では、第１の領域２５および第２の領域２６が相互に隣り合って設けられる。観察者５０は、ホログラム構造体１１を移動させながら、第１の領域２５を介して再生される光像１００の観察および第２の領域２６を介して再生される光像１００の観察を連続的に繰り返すことによって、１次回折光像１００ｂおよび−１次回折光像１００ｃの形状および色の同一性を認識しつつ、０次回折光像１００ａの有無の変化を認識することができる。このようなホログラム構造体１１は、意匠用途に用いることもできるが、特に真贋判定等のセキュリティ用途に適している。観察者５０は、白色光を使って０次回折光像１００ａの変化の有無に応じて、ホログラム保持体１０の真贋を容易且つ確実に判定することが可能である。
【０１５１】
［用途］
上述のホログラム構造体１１（光変調素子）およびホログラム保持体１０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（光変調素子）を適用可能である。ホログラム保持体１０を情報記録媒体として使用する場合、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および情報記録媒体を応用することが可能であり、これら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において、ホログラム構造体１１を保持する基材（図２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。また基材に開口部（図２の符合「４ａ」参照）が形成される場合、当該開口部の全域をホログラム構造体１１で覆っていてもよいし、当該開口部の一部のみをホログラム構造体１１を配置してもよい。このホログラム構造体１１は、外観上は、透明部材として構成されうる。例えば、透過型のホログラム構造体１１を保持するホログラム保持体１０の裏面側に点光源を配置し、観察者がホログラム保持体１０の表面側からホログラム構造体１１を通して点光源を観察することで、観察者は、ホログラム構造体１１に記録されたセキュリティ情報を視認することができる。このセキュリティ情報は、例えば、ホログラム保持体１０の真贋判定などに利用できる。
【０１５２】
また、上述のホログラム保持体１０に対して本発明に係る光変調素子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、本発明に係る光変調素子を任意の物（すなわちホログラム保持体１０）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に対してホログラム構造体１１を付加的に設けてもよい。
【０１５３】
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。
【０１５４】
［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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
［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５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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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２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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【符号の説明】
【０１６８】
１  ホログラム層
１ａ  凹凸面
２  反射層
４  基材
１０  ホログラム保持体
１１  ホログラム構造体
２１  要素素子
２１ａ  第１の要素素子
２１ｂ  第２の要素素子
２１ｃ  第３の要素素子
２５  第１の領域
２６  第２の領域
２８  第１の領域
２９  第２の領域
５０  観察者
５１、５１ａ、５１ｂ  光源
１００  光像
１００ａ  ０次回折光像
１００ｂ  １次回折光像
１００ｃ  −１次回折光像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３２Ｃ】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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