(57)【要約】【課題】  簡単な方法でデザイン性やセキュリティー性に優れたホログラムを作製する方法を提供する。【解決手段】  計算機を用いた演算により所定の記録面上に振幅情報と位相情報を記録し、直交する二次元方向に視差を有する計算機合成ホログラム１を作製し、計算機合成ホログラム１に第１再生照明光３を照射して、計算機合成ホログラム１から第１再生像Ｏ’を再生させ、第１再生像Ｏ’近傍にホログラム記録材料２１を配置して反射型あるいは透過型の体積型ホログラム２１として記録することを特徴とする。【選択図】図８
2008250054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計算機を用いた演算により所定の記録面上に振幅情報と位相情報を記録し、直交する二次元方向に視差を有する計算機合成ホログラムを作製し、前記計算機合成ホログラムに第１再生照明光を照射して、前記計算機合成ホログラムから第１回折光を生じさせ第１再生像を再生させると共に、ホログラム記録材料に前記第１回折光と第１参照光を同時に入射させて反射型あるいは透過型の体積型ホログラムとして記録することを特徴とするホログラム作製方法。
【請求項２】
前記第１再生像を前記計算機合成ホログラムと離間した位置に再生させると共に、前記ホログラム記録材料を前記第１再生像近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載のホログラム作製方法。
【請求項３】
前記第１再生照明光の０次光は、前記ホログラム記録材料と被らないようにすることを特徴とする請求項１又は２に記載のホログラム作製方法。
【請求項４】
前記計算機合成ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記ホログラム記録材料は、前記第１再生照明光の波長を順に変えて１層の前記ホログラム記録材料中に多重記録するか、又は、前記第１再生照明光の波長を変える毎に別々の前記ホログラム記録材料中に記録された複数の異なる波長のホログラム層を一体に積層するかして、２波長以上の再生が可能なホログラムとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のホログラム作製方法。
【請求項５】
前記計算機合成ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記ホログラム記録材料は、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のホログラム記録材料を一体に積層し、前記異なる波長にそれぞれ対応する第１再生照明光を同時に照射し記録して、２波長以上の再生が可能なホログラムとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のホログラム作製方法。
【請求項６】
前記計算機合成ホログラムとして複数の異なる波長の計算機合成ホログラムを用い、前記ホログラム記録材料は、前記第１再生照明光の波長を順に変えて１層の前記ホログラム記録材料中に多重記録するか、又は、前記第１再生照明光の波長を変える毎に別々の前記ホログラム記録材料中に記録された複数の異なる波長のホログラム層を一体に積層するかして、２波長以上の再生が可能なホログラムとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のホログラム作製方法。
【請求項７】
前記第１再生像を再生させ、前記第１再生像近傍に配置した１段目のホログラム記録材料に前記第１回折光と第１参照光を同時に入射させて１段目のホログラムを記録し、記録した前記１段目のホログラムに第２再生照明光を照射して、前記１段目のホログラムから第２回折光を生じさせ第２再生像を再生させ、前記第２再生像近傍に配置した２段目のホログラム記録材料に前記第２回折光と第２参照光を同時に入射させて２段目のホログラムを反射型あるいは透過型の体積型ホログラムとして記録することを特徴とする請求項１記載のホログラム作製方法。
【請求項８】
前記第１再生照明光の０次光は前記１段目のホログラムに非入射又は第２再生照明光の０次光は２段目のホログラムに非入射の少なくとも一方とすることを特徴とする請求項７記載のホログラム作製方法。
【請求項９】
前記計算機合成ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラム作製時に第１再生照明光の波長を順に変えて前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを作製し、２段目のホログラムの作製時に、前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光を入射することで、１層の２段目のホログラム記録材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々の２段目のホログラム記録材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを記録することで多層記録することを特徴とする請求項７又は８に記載のホログラム作製方法。
【請求項１０】
前記計算機合成ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラム作製時に、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のホログラム記録材料を一体に積層し、前記異なる波長にそれぞれ対応する第１再生照明光を同時に照射して、記録し、２波長以上の再生が可能な前記１段目のホログラムを作製し、前記２段目のホログラムの作製時に、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のホログラム記録材料を一体に積層し、前記異なる波長にそれぞれ対応する前記第２再生照明光を前記１段目のホログラムに同時に照射して、記録し、２波長以上の再生が可能な前記２段目のホログラムを作製することを特徴とする請求項７又は８に記載のホログラム作製方法。
【請求項１１】
前記計算機合成ホログラムとして複数の異なる波長の計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラム作製時に第１再生照明光の波長を順に変えて前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを作製し、２段目のホログラムの作製時に、前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光を入射することで、１層の２段目のホログラム記録材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々の２段目のホログラム記録材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを記録することで多層記録することを特徴とする請求項７又は８に記載のホログラム作製方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項記載のホログラム作製方法により作製されたことを特徴とするホログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のホログラムを用いたことを特徴とするセキュリティー媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム作製方法に関し、特に、計算機合成ホログラムの再生像を記録した体積型ホログラムの作製方法及びその方法により作製されたホログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、偽造防止のためホログラムを金券やクレジットカード等に貼り付け又は一体に形成するものがある。このホログラムとして、計算機を用いた演算により所定の記録面上に干渉縞を記録させて作製する計算機ホログラムがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−２１４７５１号公報
【特許文献２】特開２００２−７２８３７号公報
【特許文献３】特開２００５−２１５５７０号公報
【非特許文献１】「３次元画像コンファレンス‘９９−３Ｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ‘９９−」講演論文集ＣＤ−ＲＯＭ（１９９９年６月３０日〜７月１日  工学院大学新宿校舎）、論文「ＥＢ描画によるイメージ型バイナリＣＧＨ（３）−隠面消去・陰影付けによる立体感の向上−」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これまでに提案されている上記従来の計算機ホログラムは、デザイン性やセキュリティー性に優れたホログラムであるが、レリーフ型のホログラムであり、体積型のホログラムと比較すると偽造されやすく、セキュリティー性の面で劣る部分がある。
【０００４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な方法でデザイン性やセキュリティー性に優れた体積ホログラムを作製する方法及びその方法により作製されたホログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のホログラム作製方法は、上記課題を解決するものであって、計算機を用いた演算により所定の記録面上に振幅情報と位相情報を記録し、直交する二次元方向に視差を有する計算機合成ホログラムを作製し、前記計算機合成ホログラムに第１再生照明光を照射して、前記計算機合成ホログラムから第１回折光を生じさせ第１再生像を再生させると共に、ホログラム記録材料に前記第１回折光と第１参照光を同時に入射させて反射型あるいは透過型の体積型ホログラムとして記録することを特徴とする。
【０００６】
また、前記第１再生像を前記計算機合成ホログラムと離間した位置に再生させると共に、前記ホログラム記録材料を前記第１再生像近傍に配置したことを特徴とする。
【０００７】
また、前記第１再生照明光の０次光は、前記ホログラム記録材料と被らないようにすることを特徴とする。
【０００８】
また、前記計算機合成ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記ホログラム記録材料は、前記第１再生照明光の波長を順に変えて１層の前記ホログラム記録材料中に多重記録するか、又は、前記第１再生照明光の波長を変える毎に別々の前記ホログラム記録材料中に記録された複数の異なる波長のホログラム層を一体に積層するかして、２波長以上の再生が可能なホログラムとすることを特徴とする。
【０００９】
また、前記計算機合成ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記ホログラム記録材料は、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のホログラム記録材料を一体に積層し、前記異なる波長にそれぞれ対応する第１再生照明光を同時に照射し記録して、２波長以上の再生が可能なホログラムとすることを特徴とする。
【００１０】
また、前記計算機合成ホログラムとして複数の異なる波長の計算機合成ホログラムを用い、前記ホログラム記録材料は、前記第１再生照明光の波長を順に変えて１層の前記ホログラム記録材料中に多重記録するか、又は、前記第１再生照明光の波長を変える毎に別々の前記ホログラム記録材料中に記録された複数の異なる波長のホログラム層を一体に積層するかして、２波長以上の再生が可能なホログラムとすることを特徴とする。
【００１１】
また、前記第１再生像を再生させ、前記第１再生像近傍に配置した１段目のホログラム記録材料に前記第１回折光と第１参照光を同時に入射させて１段目のホログラムを記録し、記録した前記１段目のホログラムに第２再生照明光を照射して、前記１段目のホログラムから第２回折光を生じさせ第２再生像を再生させ、前記第２再生像近傍に配置した２段目のホログラム記録材料に前記第２回折光と第２参照光を同時に入射させて２段目のホログラムを反射型あるいは透過型の体積型ホログラムとして記録することを特徴とする。
【００１２】
また、前記第１再生照明光の０次光は前記１段目のホログラムに非入射又は第２再生照明光の０次光は２段目のホログラムに非入射の少なくとも一方とすることを特徴とする。
【００１３】
また、前記計算機合成ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラム作製時に第１再生照明光の波長を順に変えて前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを作製し、２段目のホログラムの作製時に、前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光を入射することで、１層の２段目のホログラム記録材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々の２段目のホログラム記録材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを記録することで多層記録することを特徴とする。
【００１４】
また、前記計算機合成ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラム作製時に、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のホログラム記録材料を一体に積層し、前記異なる波長にそれぞれ対応する第１再生照明光を同時に照射して、記録し、２波長以上の再生が可能な前記１段目のホログラムを作製し、前記２段目のホログラムの作製時に、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のホログラム記録材料を一体に積層し、前記異なる波長にそれぞれ対応する前記第２再生照明光を前記１段目のホログラムに同時に照射して、記録し、２波長以上の再生が可能な前記２段目のホログラムを作製することを特徴とする。
【００１５】
また、前記計算機合成ホログラムとして複数の異なる波長の計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラム作製時に第１再生照明光の波長を順に変えて前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを作製し、２段目のホログラムの作製時に、前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光を入射することで、１層の２段目のホログラム記録材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々の２段目のホログラム記録材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを記録することで多層記録することを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明のホログラムは、前記ホログラム作製方法により作製されたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明のセキュリティー媒体は、前記ホログラムを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡単な方法でデザイン性やセキュリティー性に優れたホログラムを作製することができると共に、体積型ホログラムを作製する際の従来のＨ１ホログラムを作製する工程を減らすことができる。また、再生照明光の０次光は、ホログラム記録材料と被らないようにするので、０次光のノイズを発生しないようにすることができる。また、２波長以上の再生が可能なホログラムとするので、デザイン性やセキュリティー性がさらに拡張されたホログラムを作製することができる。
【００１９】
また、このように作製されたホログラムをセキュリティー媒体に用いることで、セキュリティー媒体のデザイン性やセキュリティー性がさらに向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照にして本実施形態のホログラムの作製方法を説明する。本実施形態では、まず、直交する二次元方向に視差を有する計算機合成ホログラム１を作製する。図１乃至８は、計算機合成ホログラム１を作製する原理を示す。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、原画像１０を記録面２０上に干渉縞として記録する方法を用いる。ここでは、説明の便宜上、図示のとおりＸＹＺ三次元座標系を定義し、記録面２０がＸＹ平面上に置かれているものとする。光学的な手法を採る場合、記録対象となる物体が原画像１０として用意されることになる。この原画像１０上の任意の点Ｐから発せられた物体光Ｏは、記録面２０の全面に向けて進行する。一方、記録面２０には、参照光Ｒが照射されており、物体光Ｏと参照光Ｒとの干渉縞が記録面２０上に記録されることになる。
【００２２】
記録面２０の位置に計算機ホログラムを作成するには、原画像１０、記録面２０、参照光Ｒを、コンピュータ上にデータとしてそれぞれ定義し、記録面２０上の各位置における干渉波強度を演算すればよい。具体的には、図２に示すように、原画像１０をＮ個の点光源Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，…，Ｐi，…，ＰNの集合として取り扱い、各点光源からの物体光Ｏ1，Ｏ2，Ｏ3，…，Ｏi，…，ＯNが、それぞれ演算点Ｑ（ｘ，ｙ）へと進行するとともに、参照光Ｒが演算点Ｑ（ｘ，ｙ）に向けて照射されたものとし、これらＮ本の物体光Ｏ1〜ＯNと参照光Ｒとの干渉によって生じる干渉波の演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における振幅強度を求める演算を行えばよい。物体光および参照光は、通常、単色光として演算が行われる。記録面２０上には、必要な解像度に応じた多数の演算点を定義するようにし、これら各演算点のそれぞれについて、振幅強度を求める演算を行えば、記録面２０上には干渉波の強度分布が得られることになる。
【００２３】
具体的には、物体上に配置した点光源の座標をＰi（ｘi，ｙi，ｚi）、点光源のもつエネルギーを４πＡi2とすると、ＸＹ平面上の演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における物体光の合成複素振幅値Ｏ（ｘ，ｙ）は、次の式（１）によって求めることができる。
【００２４】
【数１】
2008250054.tif 000003
ここで、Ａiは点光源Ｐiから発せられた物体光の振幅を表す係数を示し、ｒi（ｘ，ｙ）は、式（２）に示すように、点光源Ｐiと演算点Ｑ（ｘ，ｙ）との距離を示している。
【００２５】
【数２】
2008250054.tif 000004
すなわち、式（１）におけるＡi／ｒi（ｘ，ｙ）の項は、距離による振幅の減衰を示すものである。
【００２６】
また、指数関数の形で記述された次の項は、この物体光の周期的な振幅変動を複素振幅の形式で示す項であり、ｊは複素単位、ｋは波長をλとした場合にｋ＝２π／λ、φiはＰiにおける点光源の初期位相を示す。ここで、ｋｒi（ｘ，ｙ）なる項は、光路長を示しており、この光路長に初期位相φiを加えることにより、演算点Ｑ（ｘ，ｙ）における物体光の合成複素振幅値が与えられることになる。なお、初期位相φiは各物体光にそれぞれランダムに設定することが可能である。
【００２７】
また、平行光からなる参照光Ｒの入射ベクトルを（Ｒx，Ｒy，Ｒz）、振幅をＡR、座標原点での位相をφRとすると、演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における参照光Ｒの複素振幅値Ｒ（ｘ，ｙ）は、次の式（３）によって求めることができる。
【００２８】
【数３】
2008250054.tif 000005
【００２９】
【数４】
2008250054.tif 000006
このような強度分布を示す画像データに基づいて、実際の媒体上に物理的な濃淡パターンやエンボスパターンを形成すれば、原画像１０を干渉縞として記録したホログラムが作成できる。媒体上に高解像度の干渉縞を形成する手法としては、電子線描画装置を用いた描画が適している。電子線描画装置は、半導体集積回路のマスクパターンを描画する用途などに広く利用されており、電子線を高精度で走査する機能を有している。そこで、演算によって求めた干渉波の強度分布を示す画像データを電子線描画装置に与えて電子線を走査すれば、この強度分布に応じた干渉縞パターンを描画することができる。
【００３０】
ただ、一般的な電子線描画装置は、描画／非描画を制御することにより二値画像を描画する機能しか有していない。そこで、演算によって求めた強度分布を二値化して二値画像を作成し、この二値画像データを電子線描画装置に与えるようにすればよい。
【００３１】
図３は、このような二値化処理を用いて干渉縞パターンを記録する一般的な方法の概念図である。上述した演算により、記録面２０上の各演算点Ｑ（ｘ，ｙ）には、所定の干渉波強度値、すなわち干渉波の振幅強度値が定義されることになる。たとえば、図３(a) に示す演算点Ｑ（ｘ，ｙ）にも、所定の振幅強度値が定義される。そこで、この振幅強度値に対して所定のしきい値（たとえば、記録面２０上に分布する全振幅強度値の平均値）を設定し、このしきい値以上の強度値をもつ演算点には画素値「１」を与え、このしきい値未満の強度値をもつ演算点には画素値「０」を与えるようにする。したがって、図３(a) に示す演算点Ｑ（ｘ，ｙ）には、「１」か「０」のいずれかの画素値が定義されることになる。
【００３２】
そこで、図３ (b) に示すように、この演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置に単位領域Ｕ（ｘ，ｙ）を定義し、この単位領域Ｕ（ｘ，ｙ）を「１」か「０」のいずれかの画素値をもった画素として取り扱うようにすれば、所定の二値画像を得ることができる。この二値画像のデータを電子線描画装置に与えて描画を行えば、物理的な二値画像として干渉縞を描画することができる。実際には、この物理的に描画された干渉縞に基づいて、たとえばエンボス版を作成し、このエンボス版を用いたエンボス加工を行うことにより、表面に干渉縞が凹凸構造として形成されたホログラムを量産することができる
図４には、記録面２０上に二次元配列された単位領域Ｕ１〜Ｕ２４が示されている。この例では、いずれの単位領域も、一辺が２μｍの正方形となっているが、これは、記録面２０上に定義された演算点Ｑ１〜Ｑ２４が縦横に２μｍピッチで配置されているためである。記録面２０上に定義される演算点は、いわば干渉波強度のサンプル点としての機能を果たすことになるので、原画像１０上に定義された点光源のピッチ、原画像１０と記録面２０との距離、参照光Ｒの方向、波長などの光学的な条件設定を考慮して、干渉縞を記録するのに最適なピッチで配置すればよい。図４に示す例では、演算点Ｑのピッチは縦横ともに２μｍとしているが、縦横のピッチを変えるようにしてもよい（この場合、各単位領域は長方形となる）。また、図４に示す例では、正方形状の単位領域の中心点が各演算点上に重なるように、個々の単位領域を個々の演算点上に配置しているが、単位領域と演算点との位置関係は、必ずしもこのとおりにする必要はない。たとえば、各単位領域の左上隅点を基準点として定め、この左上隅点の基準点が演算点上に重なるように、個々の単位領域を配置してもかまわない。
【００３３】
上述したように、この図４に示す各演算点Ｑ１〜Ｑ２４には、それぞれ所定の干渉波強度値が演算される。そして、従来の一般的な手法では、各強度値は、所定のしきい値に基づいて二値化され、「１」または「０」の画素値に変換される。そこで、たとえば、画素値「１」が定義された演算点Ｑを含む単位領域Ｕを白画素、画素値「０」が定義された演算点Ｑを含む単位領域Ｕを黒画素として取り扱えば、白黒の二値画像が得られることになる。この二値画像に基づいて、白画素の部分を凹部、黒画素の部分を凸部（あるいはその逆）とする物理的な凹凸構造を形成すれば、ホログラム媒体が得られることになる。
【００３４】
しかしながら、このような一般的な計算機ホログラムの作成方法では、各単位領域に割り付けられるのは、白画素か黒画素かのいずれかに限定されることになるため、演算により求められた干渉波強度の階調値は失われてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態では、単位領域を第１の画素値をもった第１の領域と第２の画素値をもった第２の領域とに分割することにより定義される二値パターンを、「単位領域に対する第１の領域の占有率」を変えることにより複数通り用意しておき、各演算点の位置に、それぞれ各演算点についての干渉波強度に対応した占有率（「単位領域に対する第１の領域の占有率」）を有する二値パターンを割り付けるようにしたのである。
【００３６】
まず、図５に示すように、干渉波強度の値に応じて特定の階調値を画素に割り付ける。本実施形態では、図６に示すように、５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を予め用意しておく。いずれの二値パターンも、一辺が２μｍの正方形からなる単位領域内のパターンであり、第１の画素値「１」をもった第１の領域（図では白い部分）と、第２の画素値「０」をもった第２の領域（図ではハッチングが施された部分）とによって構成されている。もっとも、二値パターンＤ０には第２の領域のみしか含まれておらず、二値パターンＤ４には第１の領域のみしか含まれていないが、これは便宜上、他方の領域の面積が０である特別な場合と考えることにする。ここで、「単位領域（正方形全体）に対する第１の領域（白い部分）の占有率」に着目すると、二値パターンＤ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４についての当該占有率は、それぞれ０％，２５％，５０％，７５％，１００％となる。
【００３７】
いずれの二値パターンにおいても、図示のとおり、第１の領域（白い部分）は、単位領域（正方形全体）の縦幅に等しい縦幅を有し、所定の占有率に応じた横幅を有する矩形から構成されており、しかもこの第１の領域を構成する矩形は、単位領域の横幅に関する中心位置に配置されている。そして、単位領域内の第１の領域が配置された残りの部分が第２の領域（ハッチングが施された部分）となっている。なお、二値パターンは、図６に示したものに限らず、図７に示すような様々なパターン又はそれ以外のパターンでもよい。また、それぞれの二値パターンにそれぞれ異なる屈折率を対応させることで階調を表現してもよい。
【００３８】
さて、こうして用意された５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を、記録面上の各演算点位置に選択的に割り付けることにより、各演算点における干渉波強度を５段階の階調によって表現することが可能になる。図５に示す例では、各演算点における干渉波強度は、０〜４の５段階の強度値として与えられている。この５段階の強度値に、５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を割り当てるためには、たとえば、強度値０については二値パターンＤ０、強度値１については二値パターンＤ１、強度値２については二値パターンＤ２、強度値３については二値パターンＤ３、強度値４については二値パターンＤ４といった対応関係を予め定義しておけばよい。図７は、上述の対応関係に基づいて、図５に示す各強度値に対応する二値パターンを割り付けて得られる二値画像の一例を示す図である。一般的な方法により得られる二値画像と比較すると、いずれも二値画像であることに変わりはないものの、各演算点における干渉波強度値が階調情報をもったまま表現されている。
【００３９】
この図８に示すような二値画像が得られたら、この二値画像に基づいて、媒体上に物理的な干渉縞を形成すれば、品質の高い階調画像を再現することが可能な計算機ホログラム媒体が得られる。具体的には、図８における黒い部分を凸部、白い部分を凹部（またはその逆）とするエンボス構造を媒体上に形成すればよい。実際には、このような二値画像の形成は、電子線描画装置を用いた電子ビーム走査によって行うのが好ましい。現在、一般的に利用されている電子線描画装置における電子ビームのスポット径は０．０５μｍ程度、その走査精度は０．０１μｍ程度であり、図６に示すような寸法構成をもった二値パターンであれば十分に描画可能である。もちろん、図８に示すような二値画像を得るまでの工程は、所定のプログラムを組み込んだコンピュータによって行われ、このコンピュータによって作成された二値画像データを電子線描画装置に与えることにより、実際の物理的な描画処理が行われることになる。
【００４０】
なお、以上の方法において、分割領域上の演算点Ｑでの物体光の振幅と位相の記録には、上記で説明したような参照光との干渉による干渉縞で記録する方法以外に、特許文献２、３に記載されているように一面に溝を持った３次元セルの溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録する方法でもよい。
【００４１】
あるいは、非特許文献１に記載されたＡ．Ｗ．Ｌｏｈｍａｎｎ等の方法、Ｌｅｅの方法等で振幅と位相を記録するようにしてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、計算機合成ホログラム１の作製に干渉波の強度分布を使用したが、参照光と干渉させずに複素振幅分布を適用してもよい。
【００４３】
次に、得られた計算機合成ホログラム１としてのＣＧＨ原版１から、体積型ホログラムを作製する方法の第１実施形態を図９に示す。本実施形態では、図９（ａ）に示すように、得られたＣＧＨ原版１に第１再生照明光３をＣＧＨ原版１に対してＨ２ホログラム記録用感光材料２１を配置する側とは反対側から入射させる。この際、第１再生照明光３の０次光４0は、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１に被らないようにするとノイズが減り好ましい。ＣＧＨ原版１に第１再生照明光３を入射させると、ＣＧＨ原版１から第１回折光４が生じ、ＣＧＨ原版１の面に対して離間した記録のときの原画像Ｏの相対位置と同じ位置に原画像Ｏの第１再生像Ｏ’が再生結像される。この際、図９（ｂ）に示すように、ＣＧＨ原版１からの第１回折光４は、第１再生像Ｏ’の結像位置に向けて集光する。これによって、物体光の強度を高くすることができる。
【００４４】
そして、第１再生像Ｏ’のすぐ近傍にフォトポリマー、銀塩材料等からなるＨ２ホログラム記録用感光材料２１を配置し、第１再生照明光３と可干渉な同一光源からの平行光からなる第１参照光５を第１回折光４と反対側あるいは同じ側から任意の入射角で同時に入射させ、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１中にＨ２ホログラムを露光する。
【００４５】
ここで、比較のために従来の体積型ホログラムの作製方法としての２ステップ法について説明する。図１２は、従来の２ステップ法によりホログラムを作製する際の１段階目のＨ１ホログラムの撮影配置（ａ）と２段階目のＨ２ホログラムの撮影配置（ｂ）とを示す側面図である。まず、フォトポリマー、銀塩材料等のＨ１ホログラム記録用感光材料１１１を用い、図１２（ａ）に示すように、ホログラムに記録する物体（ここでは、立方体で示してある。）１００に面してそのＨ１ホログラム記録用感光材料１１１を配置する。そして、物体１００を所定波長のレーザ光で照明して物体１００で散乱された物体光１０１をＨ１ホログラム記録用感光材料１１１に入射させると共に、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１１の面に入射角θで物体光１００と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光１０２を同時に入射させ、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１１に物体１００のホログラムを露光する。このホログラムが露光されたＨ１ホログラム記録用感光材料１１１を後処理してＨ１ホログラム１１１を作製する。ここで、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１１とＨ１ホログラム１１１を同じ符号１１１で示す。
【００４６】
次いで、得られたＨ１ホログラム１１１に、図１２（ｂ）に示すように、記録のときの参照光１０２と共役な再生照明光１０３をＨ１ホログラム１１１に対して記録のときの参照光１０２が入射する側とは反対側から入射させる。すると、Ｈ１ホログラム１１１から回折光１０４が生じ、Ｈ１ホログラム１１１の面に対して記録のときの物体１００の相対位置と同じ位置に物体１００の像１００’が再生結像される。この物体１００の像１００’が結像される位置近傍にフォトポリマー、銀塩材料等からなる２段階目のＨ２ホログラム記録用感光材料１２１を配置し、再生照明光１０３と可干渉な同一光源からの平行光からなる参照光１０５を回折光１０４と反対側あるいは同じ側から任意の入射角で同時に入射させ、Ｈ２ホログラム記録用感光材料１２１中に２段階目のＨ２ホログラムを露光する。この２段階目のＨ２ホログラムが露光されたＨ２ホログラム記録用感光材料１２１を後処理してＨ２ホログラム１２１を作製する。ここで、Ｈ２ホログラム記録用感光材料１２１とＨ２ホログラム１２１を同じ符号１２１で示す。
【００４７】
以上のようにして記録されたＨ２ホログラム１２１は体積型ホログラムであり、参照光１０５を回折光１０４と反対側から入射させる場合は反射型ホログラムとして記録され、参照光１０５を回折光１０４と同じ側から入射させる場合は透過型ホログラムとして記録される。
【００４８】
このように従来の２ステップ法によるホログラム作製方法と比較して、本発明にかかる実施形態の方法では、ＣＧＨ原版１を使用するので、Ｈ２ホログラムに相当する体積型ホログラム２１を作製する際に従来のＨ１ホログラム１１１を作製する工程を減らすことができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、ＣＧＨ原版１として白色光の下でフルカラーの画像再生が可能なＣＧＨ原版１を用い、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１は、第１再生照明光３の波長を順に変えて１層のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中に多重記録するか、又は、第１再生照明光３の波長を変える毎に別々のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中に記録された複数の異なる波長のホログラム層を一体に積層するかして、２波長以上の再生が可能なＨ２ホログラム２１とするとよい。
【００５０】
また、ＣＧＨ原版１として白色光の下でフルカラーの画像再生が可能なＣＧＨ原版１を用い、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１は、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のＨ２ホログラム記録用感光材料２１を一体に積層し、異なる波長にそれぞれ対応する第１再生照明光３を同時に照射し記録して、２波長以上の再生が可能なＨ２ホログラム２１としてもよい。
【００５１】
また、ＣＧＨ原版１として複数の異なる波長のＣＧＨ原版１を用い、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１は、第１再生照明光３の波長を順に変えて１層のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中に多重記録するか、又は、第１再生照明光３の波長を変える毎に別々のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中に記録された複数の異なる波長のホログラム層を一体に積層するかして、２波長以上の再生が可能なＨ２ホログラム２１としてもよい。
【００５２】
さらに、ＣＧＨ原版１として白色光の下でフルカラーの画像再生が可能なＣＧＨ原版１を用い、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１は、波長の異なる第１再生照明光３を同時に照射し、１層のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中に多重記録して、２波長以上の再生が可能なＨ２ホログラム２１としてもよい。
【００５３】
次に、得られたＣＧＨ原版１から、体積型ホログラムを作製する方法の第２実施形態を示す。まず、図１０に示す本発明の第２実施形態について説明する。図１０（ａ）はＣＧＨ原版１から１段目のＨ１ホログラム１１を作製する際の撮影配置、図１０（ｂ）は１段目のＨ１ホログラム１１から２段目のＨ２ホログラム２１を作製する際の撮影配置を示す図である。
【００５４】
図１０（ａ）に示すように、ＣＧＨ原版１に面してフォトポリマー、銀塩材料等のＨ１ホログラム記録用感光材料１１を配置する。そして、ＣＧＨ原版１に第１再生照明光３を照射し、第１回折光４を生じさせ、原画像Ｏの第１再生像Ｏ’を結像させると共に、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１に第１回折光４を入射させる。そして、その第１回折光４と共にＨ１ホログラム記録用感光材料１１の面に入射角θで第１回折光４と可干渉な同一光源からの平行光からなる第１参照光５を同時に入射させ、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１に第１再生像Ｏ’のホログラムを露光する。この際、第１再生照明光３の０次光は、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１に被らないようにするとノイズが減り好ましい。そして、このホログラムが露光されたＨ１ホログラム記録用感光材料１１を後処理してＨ１ホログラム１１を作製する。ここで、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１とＨ１ホログラム１１を同じ符号１１で示す。
【００５５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、得られたＨ１ホログラム１１に面してフォトポリマー、銀塩材料等のＨ２ホログラム記録用感光材料２１を配置し、記録のときの第１参照光５と共役な第２再生照明光６をＨ１ホログラム１１に対して記録のときの第１参照光５が入射する側とは反対側から入射させる。この際第２再生照明光６の０次光は、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１に被らないようにするとノイズが減り好ましい。
【００５６】
すると、Ｈ１ホログラム１１から第２回折光７が生じ、その第２回折光７と共にＨ２ホログラム記録用感光材料２１の面に所定の入射角で第２回折光７と可干渉な同一光源からの平行光からなる第２参照光８を同時に入射させ、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１に第２再生像Ｏ’’のホログラムを露光する。この際、Ｈ２ホログラム２１を透過型とする場合第２参照光８を第２回折光７と同じ側から入射させ、Ｈ２ホログラム２１を反射型とする場合第２参照光８を第２回折光７と反対側から入射させる。このホログラムが露光されたＨ２ホログラム記録用感光材料２１を後処理してＨ２ホログラム２１を作製する。ここで、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１とＨ２ホログラム２１を同じ符号２１で示す。
【００５７】
図１１は、反射型として作製したＨ２ホログラム２１からそれと同一特性のＨ３ホログラム３１を複製する際の撮影配置を示す図である。図１１に示すように、体積型反射ホログラムからなるＨ２ホログラム２１にフォトポリマー等の体積型のＨ３ホログラム記録用感光材料３１を密着するかあるいは屈折率整合液を介して密着させて配置する。次に、Ｈ３ホログラム記録用感光材料３１側からＨ２ホログラム２１に、図９に示したＨ２ホログラム作製時の第１参照光５又は図１０に示したＨ２ホログラム作製時の第２参照光８と共役な第３再生照明光９をＨ２ホログラム作製時の第２参照光８が入射する側とは反対側から入射させる。そして、Ｈ３ホログラム記録用感光材料３１に入射した第３再生照明光９とＨ２ホログラム２１からの１次回折光とをＨ３ホログラム記録用感光材料３１中で干渉させてＨ３ホログラム記録用感光材料３１にＨ２ホログラム２１を複製する。
【００５８】
このように、現実の物体を使用せずに、簡単な方法でホログラムを作製することができる。さらに、コンピュータにより原画像を作製することができるので、微細な構造でデザイン性やセキュリティー性に優れたホログラムを作製することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、ＣＧＨ原版１として白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラム１を用い、１段目のＨ１ホログラム１１作製時に第１再生照明光３の波長を順に変えて各波長に対応する複数の１段目のＨ１ホログラム１１を作製し、２段目のＨ２ホログラム２１の作製時に、各波長に対応する複数の１段目のＨ１ホログラム１１を入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光６を入射することで、１層の２段目のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中にそれぞれの波長に対応するホログラムを多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々の２段目のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中にそれぞれの波長に対応するＨ２ホログラム２１を記録することで多層記録するとよい。
【００６０】
また、ＣＧＨ原版１として白色光の下でフルカラーの画像再生が可能なＣＧＨ原版１を用い、１段目のＨ１ホログラム１１作製時に、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のＨ１ホログラム記録用感光材料１１を一体に積層し、異なる波長にそれぞれ対応する第１再生照明光３を同時に照射して、記録し、２波長以上の再生が可能な１段目のＨ１ホログラム１１を作製し、２段目のＨ２ホログラム２１の作製時に、異なる波長にそれぞれ感度をもつ複数のＨ２ホログラム記録用感光材料２１を一体に積層し、異なる波長にそれぞれ対応する第２再生照明光６を１段目のＨ１ホログラム１１に同時に照射して、記録し、２波長以上の再生が可能な２段目のＨ２ホログラム２１を作製してもよい。
【００６１】
また、ＣＧＨ原版１として複数の異なる波長のＣＧＨ原版１を用い、１段目のＨ１ホログラム１１作製時に第１再生照明光３の波長を順に変えて各波長に対応する複数の１段目のＨ１ホログラム１１を作製し、２段目のＨ２ホログラム２１の作製時に、各波長に対応する複数の１段目のＨ１ホログラム１１を入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光６を入射することで、１層の２段目のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中にそれぞれの波長に対応するＨ２ホログラム２１を多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々の２段目のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中にそれぞれの波長に対応するホログラムを記録することで多層記録してもよい。
【００６２】
さらに、ＣＧＨ原版１として白色光の下でフルカラーの画像再生が可能なＣＧＨ原版１を用い、１段目のＨ１ホログラム１１作製時に、波長の異なる第１再生照明光３を同時に照射して、１層のＨ１ホログラム記録用感光材料１１中に多重記録して、２波長以上の再生が可能な１段目のＨ１ホログラム１１を作製し、２段目のＨ２ホログラム２１の作製時に、波長の異なる第２再生照明光６を１段目のＨ１ホログラム１１に同時に照射して、１層の２段目のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中にそれぞれの波長に対応するＨ２ホログラム２１を多重記録して、２波長以上の再生が可能なＨ２ホログラム２１としてもよい。
【００６３】
これにより、デザイン性やセキュリティー性がさらに拡張されたホログラムを作製することができる。
【００６４】
さらに、このように作製されたホログラムをカード、ブランドプロテクションラベル、紙幣、パスポート、シール、携帯用シール又は商品券等のセキュリティー媒体に用いることができる。
【００６５】
これにより、セキュリティー媒体のデザイン性やセキュリティー性がさらに向上する。
【００６６】
以上、本発明のホログラム作製方法を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】計算機合成ホログラムの記録方法の概念を示す斜視図である。
【図２】図１の演算処理の概念に基づく具体例を示す図である。
【図３】干渉波強度分布から二値画像を得る概念を示す図である。
【図４】記録面状に格子状に配列された領域を示す図である。
【図５】各領域の５値化された干渉縞強度を示す図である。
【図６】二値パターンの構成を示す図である。
【図７】他の二値パターンの構成を示す図である。
【図８】本実施形態により得られる二値画像を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図１１】第３のホログラムを示す図である。
【図１２】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…ＣＧＨ原版（計算機合成ホログラム）、ＣＧＨ原版用記録媒体
３…第１再生照明光
４…第１回折光
４0…０次光
５…第１参照光
６…第２再生照明光
７…第２回折光
８…第２参照光
９…第３再生照明光
１０…原画像
２０…記録面
１１…Ｈ１ホログラム、Ｈ１ホログラム記録用感光材料（１段目のホログラム記録材料）
２１…Ｈ２ホログラム、Ｈ２ホログラム記録用感光材料（２段目のホログラム記録材料）
３１…Ｈ３ホログラム、Ｈ３ホログラム記録用感光材料
【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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