(57)【要約】【課題】回折光学素子を認証装置に適用する。【解決手段】認証装置１００が、回折光学素子１を設けた認証手段２０と、回折光検出器８０とを有して構成され、回折光学素子５０を設けた被認証対象３０を認証手段２０に対して位置を合わせて、回折光学素子１の回折面に入射した入射光による回折光学素子１からの回折光を回折光学素子５０の回折面に入射させ回折光学素子５０からの回折光を回折光検出器８０により検出することにより、被認証対象３０と認証手段２０との照合が可能である。認証手段２０が被認証対象３０の認証手段２０に対する位置決めを行うアライメントマーク２１，２２を有し、被認証対象３０が被認証対象３０の認証手段２０に対する位置決めを行うアライメントマーク３１，３２を有しており、被認証対象３０が認証手段２０に対して光学的に位置決めされる。【選択図】図５
2007286499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折面に入射する特定の複数の波長の入射光に対して各波長毎に異なる回折像を形成させるように前記回折面が構成されている回折光学素子と、
前記回折面で回折した回折光が入射するように配置され、前記回折面に同じ入射角度で入射した少なくとも２種類以上の波長の入射光に対して各入射光毎に異なる回折像を形成させる回折光を検出可能な回折光検出手段とを有することを特徴とする回折光学系。
【請求項２】
回折面に入射する特定の複数の波長の入射光に対して各波長毎に異なる回折像を形成させ、前記回折面に異なる入射角度で入射する入射光に対して前記入射角度毎に異なる回折像を形成させるように前記回折面が構成されている回折光学素子と、
前記回折面で回折した回折光が入射するように配置され、各波長毎に異なる入射角度で前記回折面に入射した少なくとも２種類以上の入射光に対して各入射光毎に異なる回折像を形成させる回折光を検出可能な回折光検出手段とを有することを特徴とする回折光学系。
【請求項３】
前記回折光学素子の前記回折面に入射される入射光の波長幅が３０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の回折光学系。
【請求項４】
前記回折光学素子が、前記回折面が少なくとも２段以上の段数からなる階段を有して断面階段状に形成されたバイナリ光学素子で構成されていることを特徴とする１〜３のいずれかに記載の回折光学系。
【請求項５】
入射光の波長をλとしたとき、前記回折光学素子の前記階段の少なくとも１段の高さがλ以下であることを特徴とする請求項４に記載の回折光学系。
【請求項６】
前記回折光学素子の前記回折面を透過した透過光により前記回折像が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回折光学系。
【請求項７】
前記回折光学素子の前記回折面で反射した反射光により前記回折像が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回折光学系。
【請求項８】
前記回折光学素子の前記回折面を透過した透過光および前記回折面で反射した反射光により前記回折像が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回折光学系。
【請求項９】
前記回折光学素子の前記回折面が、印刷法、フォトリソグラフィー法、ナノプリント法、射出成形法もしくはガラスモールド法により形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の回折光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の前記回折光学素子が第１の回折光学素子として設けられた認証手段と、
請求項１もしくは２に記載の前記回折光検出手段とを有して構成され、
請求項１〜９のいずれかに記載の前記回折光学素子が第２の回折光学素子として設けられた被認証対象を前記認証手段に対して近接させた状態に位置を合わせて、前記第１の回折光学素子の前記回折面に入射した入射光による前記第１の回折光学素子からの回折光を前記第２の回折光学素子の前記回折面に入射させ前記第２の回折光学素子からの回折光を前記回折光検出手段により検出することにより、前記被認証対象と前記認証手段との照合が可能であることを特徴とする認証装置。
【請求項１１】
前記認証手段が前記被認証対象の前記認証手段に対する位置決めを行う第１の位置決め手段を有し、
前記被認証対象が前記被認証対象の前記認証手段に対する位置決めを行う第２の位置決め手段を有していることを特徴とする請求項１０に記載の認証装置。
【請求項１２】
位置決め用光線を第１の位置決め手段および第２の位置決め手段に照射することにより前記被認証対象が前記認証手段に対して光学的に位置決めされることを特徴とする請求項１１に記載の認証装置。
【請求項１３】
前記第１の位置決め手段が前記認証手段に少なくとも２箇所以上設けられ、前記第２の位置決め手段が前記被認証対象に少なくとも２箇所以上設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の認証装置。
【請求項１４】
前記被認証対象の前記認証手段に対する理想的な位置決め位置との位置決め誤差が５μｍ以下である場合に前記被認証対象と前記認証手段との照合が可能であることを特徴とする請求項１３に記載の認証装置。
【請求項１５】
前記被認証対象の前記認証手段に対する理想的な位置決め位置との位置決め誤差が２μｍ以下である場合に前記被認証対象と前記認証手段との照合が可能であることを特徴とする請求項１３に記載の認証装置。
【請求項１６】
前記第１の回折光学素子の前記回折面に入射される照合用光線の波長と前記位置決め用光線の波長とが同一であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の認証装置。
【請求項１７】
前記第１の回折光学素子の前記回折面に入射される照合用光線の波長と前記位置決め用光線の波長とが異なることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の認証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子を有する回折光学系および認証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カード、証書類、紙幣等の被転写体の全面あるいは一部に設けられている、各種の絵柄やマーク、デザインを、ホログラムにより表示する際に使用する光学素子を有するホログラム転写シートが知られている。ホログラム転写シートは、これに光を照射して目視もしくは読取用の機械で読み取ることで、上記カード等の偽造防止に役立っている。
【０００３】
光学素子として様々な種類のものが挙げられるが、レンズ面に光の回折作用を有する回折光学素子（Diffractive Optical Element,DOE）を設けたものがよく知られている。回折光学素子は、微小間隔（約１ｍｍ）当たり数百本程度の細い等間隔のスリット状もしくは溝状の格子構造を備えて作られた光学素子であり、光が入射するとスリットや溝のピッチ（間隔）と光の波長とで定まる方向に回折光束を生じさせて回折パターン（回折像）が形成される性質を有している。このような回折光学素子は種々の回折光学系に用いられており、例えば、色収差を低減させるため、特定次数の回折光を一点に集めてレンズとして使用するものなどが知られている。
【０００４】
回折光学系に用いられる上記のような回折光学素子には、鋸歯状の断面を持つレンズを階段形状に位相近似した構造を有するものがあり、このような回折光学素子は、電子集積回路と同様な方法で作製でき、基板のエッチングあるいは基板へのスパッタにより、基板表面に階段を形成するプロセスをＮ回繰り返すことで、２のＮ乗レベルの階段が形成される。例えば、リソグラフィーとエッチングを４回繰り返すことで、１６段の階段を有する回折光学素子を作製することができる。このような回折光学素子は、階段の段数がエッチング等のプロセスを繰り返すことで２倍ずつ増加する構造となっているため、バイナリ光学素子（Binary Optical Element,BOE）と称される（例えば、非特許文献１を参照）。
【非特許文献１】「回折光学素子入門」  株式会社オプトニクス社  ２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のようなバイナリ光学素子は、その階段状の回折面の形状（位相パターン）と光の波長とで定まる方向に回折光束を生じさせて回折像が形成される性質を有しているため、ある波長の光を入射させた場合には特定の方向に回折光を集光させて回折像を形成させることができるが、異なった波長の光を入射させた場合には集光させることができず回折像を形成させることができない（集光効率が低下する）といったように、集光させることのできる（集光効率が所定以上高い）回折光学素子の入射光としての使用波長が限定されていた。このため、回折光学素子が入射光の波長に拘らず回折像を形成させることが可能であれば、回折光学素子を様々な用途に使用可能になるものと思われる。
【０００６】
また、上記のようなバイナリ光学素子は、従来は、その回折面に入射する入射光の入射角度を変えずに使用するのが一般的であるが、入射光の入射角度を決めずに入射角度を様々に変えて回折面に入射させた場合であっても、入射光の入射角度を変化させない場合と同じように回折光を所定の方向に集光させ、所定の投影面に入射光の入射角度毎に異なる回折像を投影させることが可能であれば、回折光学素子の使用用途が、特に上記のようなカード等の偽造防止などセキュリティの分野において拡大する可能性が高い。
【０００７】
以上のような課題に鑑みて、本発明では、回折面に入射する入射光に対して各波長毎に異なる回折像を形成させ、また、回折面に異なる入射角度で入射する入射光に対して入射角度毎に異なる回折像を形成させる回折光学素子を有した回折光学系および認証装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために本発明の請求項１に係る回折光学系は、回折面に入射する特定の複数の波長の入射光に対して各波長毎に異なる回折像を形成させるように回折面が構成されている回折光学素子と、回折面で回折した回折光が入射するように配置され、回折面に同じ入射角度で入射した少なくとも２種類以上の波長の入射光に対して各入射光毎に異なる回折像を形成させる回折光を検出可能な回折光検出手段（例えば、実施形態における透過光用検出器２８０）とを有する。
【０００９】
また、前記課題を解決するために本発明の請求項２に係る回折光学系は、回折面に入射する特定の複数の波長の入射光に対して各波長毎に異なる回折像を形成させ、回折面に異なる入射角度で入射する入射光に対して入射角度毎に異なる回折像を形成させるように回折面が構成されている回折光学素子と、回折面で回折した回折光が入射するように配置され、各波長毎に異なる入射角度で回折面に入射した少なくとも２種類以上の入射光に対して各入射光毎に異なる回折像を形成させる回折光を検出可能な回折光検出手段（例えば、実施形態における透過光用検出器３８０）とを有する。
【００１０】
また、上記構成の回折光学系において、回折光学素子の回折面に入射される入射光の波長幅が３０ｎｍ以上であるのが好ましい。
【００１１】
また、上記構成の回折光学系において、回折光学素子が、回折面が少なくとも２段以上の段数からなる階段を有して断面階段状に形成されたバイナリ光学素子で構成されているのが好ましい。
【００１２】
さらに、上記構成の回折光学系において、入射光の波長をλとしたとき記回折光学素子の階段の少なくとも１段の高さがλ以下であるのが好ましい。
【００１３】
また、上記構成の回折光学系において、回折光学素子の回折面を透過した透過光もしくは回折面で反射した反射光により回折像が形成されるようにするのが好ましい。
【００１４】
一方、上記構成の回折光学系において、回折光学素子の回折面を透過した透過光および回折面で反射した反射光により回折像が形成されるようにしてもよい。
【００１５】
また、上記構成の回折光学系において、回折光学素子の回折面が、印刷法、フォトリソグラフィー法、ナノプリント法、射出成形法もしくはガラスモールド法により形成されるのが好ましい。
【００１６】
一方、前記課題を解決するために本発明に係る認証装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の回折光学素子が第１の回折光学素子として設けられた認証手段と、請求項１もしくは２に記載の回折光検出手段（例えば、実施形態における回折光検出器８０）とを有して構成され、請求項１〜９のいずれかに記載の回折光学素子が第２の回折光学素子として設けられた被認証対象を認証手段に対して近接させた状態に位置を合わせて、第１の回折光学素子の回折面に入射した入射光による第１の回折光学素子からの回折光を第２の回折光学素子の回折面に入射させ第２の回折光学素子からの回折光を回折光検出手段により検出することにより、被認証対象と認証手段との照合が可能である。
【００１７】
また、上記構成の認証装置において、認証手段が被認証対象の認証手段に対する位置決めを行う第１の位置決め手段を有し、被認証対象が被認証対象の認証手段に対する位置決めを行う第２の位置決め手段を有しているのが好ましい。
【００１８】
また、上記構成の認証装置において、位置決め用光線を第１の位置決め手段および第２の位置決め手段に照射することにより被認証対象が認証手段に対して光学的に位置決めされるのが好ましい。
【００１９】
さらに、上記構成の認証装置において、第１の位置決め手段が認証手段に少なくとも２箇所以上設けられ、第２の位置決め手段が被認証対象に少なくとも２箇所以上設けられているのが好ましい。
【００２０】
また、上記構成の認証装置において、被認証対象の認証手段に対する理想的な位置決め位置との位置決め誤差が５μｍ以下もしくは２μｍ以下である場合に被認証対象と認証手段との照合が可能であるのが好ましい。
【００２１】
また、上記構成の認証装置において、第１の回折光学素子の回折面に入射される照合用光線の波長と位置決め用光線の波長とが同一であるのが好ましい。
【００２２】
一方、上記構成の認証装置において、第１の回折光学素子の回折面に入射される照合用光線の波長と位置決め用光線の波長とが異なってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に関する回折光学系および認証装置によれば、認証手段に設けられた回折光学素子の回折面に入射した認証手段からの回折光を被認証対象に設けられた回折光学素子の回折面に入射して、被認証対象からの回折光を回折光検出手段により検出することにより、被認証対象と認証手段との照合が可能である。このような認証装置は、偽札や偽造カードの発見等、主にセキュリティ用途に使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図１乃至図５を参照して説明する。ここではまず、本発明に係る回折光学系を構成する回折光学素子の回折面の１ピッチ内の位相分布を表す位相パターン（回折面の形状）の設計方法について説明する。本実施例においては、回折光学素子の回折面の形状の算出のために位相回復法による計算機合成ホログラム（ＣＧＨ（Computer Generated Hologram））を用いるが、必ずしも位相回復法によるものに限られず、他の方法によるＣＧＨを用いて設計を行ってもよい。
【００２５】
従来においては位相回復法により単色光を回折光学素子に対して垂直入射する場合の回折光学素子の回折面の形状の設計が行われており、以下のような位相回復アルゴリズムが用いられている（図１（ａ）参照）。まず、初期位相パターン（回折光学素子の初期回折面形状）を決定し（Ｓ１１）、それをフーリエ変換して回折パターン（回折像として投影されるパターン）を取得する（Ｓ１３）。このとき、初期位相パターンとして、ランダムパターンがよい。そして、得られた回折パターンの位相をそのまま維持し、その強度のみ所望のパターンに置換する（Ｓ１４）。この置換された回折パターンを逆フーリエ変換することにより回折光学素子の位相パターン（回折面の形状）を取得できるが（Ｓ１５）、これを離散化された位相パターンに強制的に合わせる（Ｓ１２）。ここまでが一つのループとなる。そして、このようなループを繰り返すことで、すなわち、位相パターンのフーリエ変換による回折パターンの取得と、回折パターンの逆フーリエ変換による位相パターンの取得とを繰り返すことで、回折光学素子の回折面の形状がある所定の形状に収束する。
【００２６】
以上は、単色光を回折光学素子に対して垂直入射する場合の位相回復アルゴリズムであるが、本実施例においては、この位相回復アルゴリズムを応用し、入射波長により回折パターンが変化し、また、入射光の入射角度により回折パターンが変化する回折光学素子の設計を行う（図１（ｂ）参照）。本実施例では、上記の従来の場合と同様に、まず最初に回折素子の初期表面形状を与える。そして、入射光の波長および入射光の入射角度毎（λ1〜λN，θ1〜θN）に、上記位相回復アルゴリズムを１ループ分だけ実行し（Ｓ２１，Ｓ２３，Ｓ２５）、入射光の波長および入射光の入射角度毎に回折格子の位相パターン（回折面の形状）を取得する（Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６）。しかしながら、上記アルゴリズムにより取得された位相パターンは、入射光の波長および入射角度毎に相違しているため、本実施例では最小自乗法により入射光の波長および入射角度による位相パターンの違いを考慮した一つの最適な位相パターンを求める（Ｓ２７）。そして、当該最小自乗法に基づく位相パターンを次のループの初期位相パターンとして用い、各波長毎に位相パターンを取得したのち、最小自乗法により最適な位相パターンを求める。このようなことを繰り返すことで、回折素子の表面形状は、ある所定の状態に収束していく。ここで、回折光学素子の予測される集光効率（全回折光のうち特定の範囲に集光される回折光の割合）が約８０％になった場合に回折面の形状の算出を停止させ、すなわち位相回復アルゴリズムを停止させ、その時点で取得されている位相パターンを、波長の違いを考慮した回折素子の回折面の形状として決定する。
【００２７】
次に、上記のようにして回折面の形状が求められた多段の回折光学素子の実際の作製方法について、図２を参照して説明する。多段の回折光学素子は、以下のようにフォトリソグラフィーとエッチングとのプロセスを繰り返すことで作製される。まず、シリコン基板（シリコンに限らず、ＧａＡｓなどの半導体材料の基板であればよい）２上にレジスト膜３を塗布し、上記の計算により決定された回折面の形状に応じたレチクルマスクを通して露光を行う（図２（ａ）参照）。露光に使用する光線は、ｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）、電子線のほか、Ｘ線等の放射線であってもよい。また、レーザ光を使用した直接描画による露光方法であってもよい。さらに、２光束干渉させて露光を行ってもよい。露光に続いて現像がなされ、続くエッチングのプロセスが行われる。
【００２８】
エッチングは、エッチング装置を用いることでドライエッチングにより行われる。このときにエッチングガスは、基板（シリコン、ＧａＡｓ等）２の種類に応じて任意に選択するが、一例として四フッ化カーボンガスといったものが用いられる。このようにして、一回のフォトリソグラフィーおよびエッチングのプロセスが終了すると、図２（ｂ）のように、所望の深さの回折溝を有し、所望のパターンに応じた２段レンズ（２ＢＯＥ素子）が作製される。
【００２９】
この２段レンズに、さらに、フォトリソグラフィーおよびエッチングのプロセスを繰り返すことで４段レンズが作製され（図２（ｃ）および（ｄ）参照）、この４段レンズに、さらにフォトリソグラフィーおよびエッチングのプロセスを繰り返すことで８段レンズが作製される（図２（ｅ）および（ｆ）参照）。この８段レンズから、１６段レンズ、３２段レンズ、…といったように、フォトリソグラフィーおよびエッチングのプロセスを複数繰り返すと、回折面の形状が多段のバイナリ形状からなる回折光学素子を得ることが可能である。
【００３０】
また、上記のようにして作製された多段の回折光学素子の回折面の形状を、電気鋳造法により電着を行って金型に転写することも可能である。そして、基板ガラス上に十分に加熱され可塑性を有した紫外線硬化樹脂を滴下する。この後、滴下した紫外線硬化樹脂に所望の表面の反転形状が形成された上記金型を押し当てる。さらに、基板ガラス側から紫外線を照射することで、紫外線硬化樹脂を硬化させ、硬化させた紫外線硬化樹脂を金型および基板ガラスから取り外す。これにより、金型に形成されていた表面の形状が紫外線硬化樹脂に転写され、この紫外線硬化樹脂を回折光学素子の複製物として使用できる。このような回折光学素子の回折面の形成方法はガラスモールド法と称されるが、これに限らず、印刷法、ナノプリント法もしくは射出成形法により回折面を形成してもよい。
【００３１】
次に、上記の位相回復法によって設計された、回折光学素子の回折面の形状の一例を示す。図３に一例として示す回折光学素子１は所定の深さを有する複数の回折溝５が所定のピッチで形成されたいわゆるバイナリ光学素子であり、その入射面は所定の段数を有して階段状（いわゆるバイナリ形状）に形成されている。図３に示すように、この回折光学素子１は８段の階段を有する８段レンズで構成されているが、必ずしも８段レンズである必要はなく、４段レンズや２段レンズであってもよく、あるいは、８段よりも段数が多い１６段レンズや３２段レンズ等で構成してもよい。この回折光学素子１の階段の１段の高さＨは、例えば入射光の波長λｎｍ以下になるように設計されている。また、回折光学素子１の回折溝５の深さＤは２μｍ以上もしくは４μｍ以上であるのが好ましい。さらに、回折溝５のピッチ幅Ｐは４μｍ以下であるのが好ましいが、２μｍ以下であってもよい。さらに、ピッチ幅Ｐは入射光の波長λｎｍ以下であってもよく、また、入射光の波長λｎｍの２／３以下であってもよい。
【００３２】
次に、上記のようにして設計された回折光学素子を有する回折光学系について、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）に示す回折光学系２００は、回折光学素子２５０、ミラー２１０、透過光用検出器２８０および反射光用検出器２８５を有して構成される。ミラー２１０は、図示しない光源からの光を反射させて回折光学素子２５０の回折面に入射させることが可能である。透過光用検出器２８０および反射光用検出器２８５は、回折光学素子２５０の回折面で回折した回折光が入射するように配置され、回折像を形成させる回折光を検出可能である。透過光用検出器２８０および反射光用検出器２８５は、回折光を受光する受光素子を装備しており、透過光用検出器２８０および反射光用検出器２８５に接続されたパーソナルコンピュータ等の画像表示画面に回折像を表示させることができる。
【００３３】
回折光学素子２５０は、紙幣、カード２２０等、後述する被認証対象に、ナノプリント法、印刷法を用いて転写することで形成されている。転写された回折光学素子２５０の表面には、保護膜がコーティングされている。当該保護膜として、スパッタリングや蒸着で作製された薄膜であってもよいし、保護フィルムを貼付したものや、あるいは超硬質のセラミックス皮膜をコーティングしたいわゆるハードコートであってもよい。
【００３４】
ミラー２１０には圧電駆動型のＭＥＭＳ(Micro-electro-mechanical System)素子が設けられており、素子に印加する電圧の大きさを制御することでミラー２１０への入射光が所定の入射角度になるようにミラー２１０を回転させることが可能である。そして、ＭＥＭＳ素子によりミラー２１０を回転させて光源からの入射光の入射角度を変化させ、ミラー２１０で反射した反射光の回折光学素子２５０の回折面に対する入射角度を変えることが可能である。また、カード２２０が載置されている不図示の台にも同様に圧電駆動型のＭＥＭＳが設けられており、ＭＥＭＳ素子により不図示の台を回転させてカード２２０を回転させることでミラー２１０からの回折光学素子２５０の回折面への入射光の入射角度を所定の入射角度になるように変えることも可能である。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、図示しない光源から出射される青色光、赤色光および緑色光がミラー２１０で反射し、この反射光が回折光学素子２５０の回折面に略垂直方向に入射すると、青色光、赤色光および緑色光は、回折光学素子２５０の回折面で各波長毎に異なる方向に回折し回折光学素子２５０を透過して回折光として透過光用検出器２８０に入射する。透過光用検出器２８０では、各波長毎に異なる回折像を形成させる回折光を検出することが可能である。
【００３６】
また、図４（ａ）において、青色光、赤色光および緑色光のうちいずれかを選択して単色光をミラー２１０に入射させ、ミラー２１０を回転させることで、回折光学素子２５０の回折面に入射する入射光の入射角度を所定の角度ずつ変化させると、回折光学素子２５０の回折面に異なる入射角度で入射する入射光が入射角度毎に異なる方向に回折し、回折光が透過光用検出器２８０によって検出される。なお、ミラー２１０を回転させることで回折光学素子２５０の回折面への入射光の入射角度を変化させるのではなく、カード２２０の方を回転させることで回折光学素子２５０の回折面への入射光の入射角度を変化させるようにしてもよく、この場合も回折光学素子２５０によって入射光が入射角度毎に異なる方向に回折し、回折光が透過光用検出器２８０によって検出される。
【００３７】
また、図４（ａ）において、青色光、赤色光および緑色光のうち例えば青色光を選択して回折光学素子２５０の回折面への入射角度毎に異なる方向に回折する回折光を透過光用検出器２８０によって検出した後に、例えば赤色光を入射光として選択し、青色光の入射の場合と同様に回折光学素子２５０の回折面への入射角度を変化させた場合は、青色光の入射の場合とは異なる方向に入射角度毎に回折する回折光が透過光用検出器２８０によって検出される。すなわち、各波長毎および入射角度毎に異なる方向に回折する回折光が透過光用検出器２８０によって検出される。
【００３８】
なお、回折光学系２００では、上記のような回折光学素子２５０を透過した透過光による回折光を検出する構成に限らず、回折光学素子２５０で反射した反射光による各波長毎に異なる回折像を形成させる回折光を反射光用検出器２８５で検出してもよいし、あるいは、回折光学素子２５０の回折面の一部分を透過した透過光による透過光用検出器２８０を用いた回折光の検出と、回折光学素子２５０の回折面の残りの部分で反射した反射光による反射光用検出器２８５を用いた回折光の検出とを組み合わせてもよい。
【００３９】
さらに、回折光学素子２５０の回折面に入射させる入射光は、青色光、赤色光および緑色光からなる単色光の組み合わせに限らず、波長幅が３０ｎｍ以上である白色光を入射してもよい。白色光を回折光学素子２５０の回折面に入射した場合には、各波長の入射光が回折光学素子２５０によって波長により決まった方向に回折し、各波長毎に回折像を重ね合わたフルカラー画像を形成させる回折光を検出することが可能である。
【００４０】
図４（ｂ）に示す回折光学系３００は、回折光学素子３５０および透過光用検出器３８０を有して構成される。透過光用検出器３８０は、透過光用検出器２８０と同様にパーソナルコンピュータ等に接続され画像表示画面に回折像を表示させることができる。回折光学素子３５０は、上述の回折光学素子２５０と同様、紙幣、カード３２０等に、ナノプリント法等により転写することで形成されている。回折光学系３００では、図示しない光源からの光が回折光学素子３５０の回折面に入射し、透過光用検出器３８０が、回折光学素子３５０の回折面で回折した回折光が入射するように配置され、回折像を形成させる回折光を検出可能である。
【００４１】
図４（ｂ）に示すように回折光学系３００では、青色光が回折光学素子３５０の回折面の法線方向に対して入射角度θ１をなして回折光学素子３５０の回折面に入射し、緑色光が回折光学素子３５０の回折面の法線方向と同一の入射角度をなして回折光学素子３５０の回折面に入射し、さらに、赤色光が回折光学素子３５０の回折面の法線方向に対して入射角度θ２をなして回折光学素子３５０の回折面に入射する。
【００４２】
青色光が上記の入射角度で回折光学素子３５０の回折面に入射すると、回折光学素子３５０の回折面で回折光学素子３５０の回折面の法線方向に対して角度θ３をなす方向に回折し回折光学素子３５０を透過して回折光として透過光用検出器３８０に入射する。また、緑色光が上記の入射角度で回折光学素子３５０の回折面に入射すると、回折光学素子３５０の回折面で緑色光の入射方向、すなわち、回折光学素子３５０の回折面の法線方向に回折し回折光学素子３５０を透過して回折光として透過光用検出器３８０に入射する。さらに、赤色光が上記の入射角度で回折光学素子３５０の回折面に入射すると、回折光学素子３５０の回折面で回折光学素子３５０の回折面の法線方向に対して角度θ４をなす方向に回折し回折光学素子３５０を透過して回折光として透過光用検出器３８０に入射する。
【００４３】
このように、透過光用検出器３８０は、各波長毎に異なる入射角度で回折光学素子３５０の回折面に入射した２種類以上の入射光に対して（図４（ｂ）では、青色光、緑色光および赤色光からなる３種類の入射光）各入射光毎に異なる回折像を形成させる回折光を検出可能である。
【００４４】
以上、本発明に係る回折光学系について説明したが、以下では、上記回折光学系を構成する回折光学素子を利用した認証装置１００について説明する。図５に認証装置１００の概略構成を示す。この認証装置１００は、カード、紙幣等、被検物である被認証対象３０の真偽を認証手段２０を用いることで判定するものであり、略平板状の認証手段２０と、被認証対象３０を駆動する駆動系６０と、アライメント用検出器７０，７５と、回折光検出器８０のほか、ビームスプリッター１３，１４とミラー１５とを有して構成される。認証手段２０には、上記のように構成された回折光学素子１（特許請求の範囲の請求項１０で記載するところの第１の回折光学素子）が設けられている。一方、被認証対象３０にも、上記のように構成された回折光学素子５０（特許請求の範囲の請求項１０で記載するところの第２の回折光学素子）が設けられている。
【００４５】
被認証対象３０は、図示しないＸＹステージ上に載置されており、スリット状のアライメントマーク３１，３２が略十字状に２箇所に形成されている。この被認証対象３０は、図示しないバキュームチャックにより当該ＸＹステージ上に固定保持される。被認証対象３０は、当該バキュームチャックを作動、停止させることで、ＸＹステージに固定させ、あるいはＸＹステージから取り外して交換することが可能である。被認証対象３０を載置するＸＹステージは、モータ等からなる駆動系６０によりＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることが可能である。一方、認証手段２０は、被認証対象３０の下方に設けられており、図示しないステージ上に固定されている。認証手段２０にも、スリット状のアライメントマーク２１，２２が略十字状に２箇所の形成されている。なお、認証手段２０に形成されたアライメントマーク２１，２２および被認証対象３０に形成されたアライメントマーク３１，３２は、必ずしも略十字状に形成されている必要はなく、光を透過してアライメント用検出器７０，７５が光を検出可能であれば、どのような形状であってもよい。
【００４６】
図示しない光源から出射された青色光、赤色光および緑色光からなる多色光は、ビームスプリッター１３において反射して上方に、すなわち略平板状の認証手段２０の下面側に向かう。認証手段２０は、ビームスプリッター１３において反射した光源からの光がアライメントマーク２１を透過するような位置に位置してステージ上に固定されており、認証手段２０の下面側に達したビームスプリッター１３からの反射光はアライメントマーク２１を透過して被認証対象３０の下面側に向かう。また、光源から出射された光は、上記のようにビームスプリッター１３にて反射するほか、ビームスプリッター１３およびビームスプリッター１４を通過してミラー１５に達し、ミラー１５にて反射して上方に向かい、認証手段２０の下面側に達する。認証手段２０は、ミラー１５で反射した光源１０からの光が、アライメントマーク２２を透過するような位置に位置してステージ上に固定されており、認証手段２０の下面側に達したミラー１５からの反射光は、アライメントマーク２２を透過して被認証対象３０の下面側に向かう。
【００４７】
被認証対象３０を載置するＸＹステージは、上記のように、駆動系６０によりＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能になっており、ＸＹステージをＸ軸およびＹ軸方向に移動させて、アライメントマーク２１を透過した光がアライメントマーク３１を透過するような位置に、また、アライメントマーク２２を透過した光がアライメントマーク３２を透過するような位置に被認証対象３０を移動させることで、被認証対象３０が認証手段２０に対して光学的に位置決めされる。
【００４８】
被認証対象３０の上方にはアライメント用検出器７０が設けられており、光源からの光が被認証対象３０により遮られてアライメントマーク３１もしくはアライメントマーク３２を透過しない場合には、アライメント検出器７０，７５において光が検出されないが、光が被認証対象３０のアライメントマーク３１を透過すると、このアライメント検出器７０により光が検出され、一方、光が被認証対象３０のアライメントマーク３２を透過すると、アライメント検出器７５により光が検出される。このようなアライメント検出器７５として、例えば光パワーメータのような受光素子を装備したものが挙げられ、光パワーメータに接続された画像表示画面に表示される各アライメントマーク２１，３１，２２，３２を視ながら位置決めを行うことが可能である。
【００４９】
アライメント検出器７０，７５により光源からの光が検出されると、駆動系６０による被認証対象３０のＸ軸方向およびＹ軸方向の移動制御が停止され、被認証対象３０の認証手段２０に対するＸ軸およびＹ軸方向の位置合わせが完了する。被認証対象３０の位置合わせがなされると、被認証対象３０は、認証手段２０の上方に認証手段２０に対して離間する状態で、アライメントマーク３１およびアライメントマーク２１がＺ軸方向に合致し、アライメントマーク３２およびアライメントマーク２２がＺ軸方向に合致する状態となり、被認証対象３０の認証が可能な状態となる。なお、被認証対象３０の認証が可能な状態となる理想的な位置決め位置との位置決め誤差は、５μｍ以下もしくは２μｍ以下であるのが好ましい。
【００５０】
被認証対象３０の認証は、以下のようにして行われる。図示しない光源から出射されビームスプリッター１３を透過した青色光、赤色光および緑色光からなる多色光は、ビームスプリッター１４を透過してミラー１５に入射するほか、ビームスプリッター１４において反射して上方に向かい認証手段２０の下面側に達する。認証手段２０に達した光は、回折光学素子１の回折面に入射光として入射し、所定の方向に回折される。回折光学素子１を透過した回折光学素子１からの回折光は、被認証対象３０の下面側から回折光学素子５０に入射して、回折光学素子５０の回折面において所定の方向に回折される。
【００５１】
被認証対象３０の上方には、回折光学素子５０の回折面で回折した回折光が入射するように回折光検出器８０が配置され、回折像を形成させる回折光を検出可能である。回折光検出器８０は、回折光を受光する受光素子を装備しており、回折光検出器８０に接続されたパーソナルコンピュータ等の画像表示画面に回折像を表示させることができる。被認証対象３０が、偽札や偽造カード等でない場合には、認証手段２０の回折光学素子１からの回折光が回折光学素子５０の回折面において所定の方向に回折し、この回折光検出器８０により回折光が検出される。回折光検出器８０により回折光が検出されると、被認証対象３０の認証が行われる。
【００５２】
上記のように、被認証対象３０を載置するＸＹステージは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のほかＺ軸方向にも移動可能になっており、駆動系６０を作動させてＸＹステージをＺ軸方向に（上下に）移動させることで、認証手段２０からの回折光を被認証対象３０の回折光学素子５０により所定の方向に回折させ、回折光検出器８０により回折光が検出される。すなわち、認証手段２０に対する被認証対象３０の上下方向の離間長さが所定の長さになった場合に、回折光検出器８０が回折光を検出し、被認証対象３０の認証が行われる。
【００５３】
以上は被認証対象３０の認証が行われる場合であるが、被認証対象３０が偽札や偽造カード等である場合には、被認証対象３０をＺ軸方向に（上下に）移動させても、認証手段２０の回折光学素子１からの回折光が回折光学素子５０の回折面において所定の方向に回折しないため、たとえアライメントマーク３１，２１がＺ軸方向に合致し、アライメントマーク３２，２２がＺ軸方向に合致して、被認証対象３０の認証が可能な状態に被認証対象３０が認証手段２０に対して位置決めされた状態であっても、回折光検出器８０において回折光学素子５０からの回折光が検出されず、被認証対象３０の認証は行われない。
【００５４】
以上のように、本発明に係る認証装置を用いれば、回折光学素子１および回折光学素子５０の回折面における入射光の回折を利用することで、紙幣やカード等を被認証対象として被認証対象の認証を行うことが可能である。
【００５５】
なお、本実施例では、図５に示すように、アライメント用検出器７０，７５で検出するための位置決め用光線と、回折光学素子１および回折光学素子５０の回折面で回折させて回折光検出器８０で検出するための照合用光線とが、いずれも青色光、赤色光および緑色光からなる多色光であるが、例えば当該位置決め用光線を青色光に、当該照合用光線を赤色光にすることで、位置決め用光線と照合用光線との波長を別々にしてもよい。また、位置決め用光線の光源と照合用光線の光源とを別々にしてもよい。さらに、位置決め用光線および照合用光線は、可視光に限られず、赤外線や波長１．５μｍ帯でのレーザ光であってもよい。
【００５６】
また、上記実施例では、青色光、赤色光および緑色光を、いずれも回折光学素子１の回折面に対して同一の入射角度で入射させているが、青色光、赤色光および緑色光を、各々回折光学素子１の回折面に対して異なった入射角度で入射させ（特許請求の範囲の請求項２の記載内容に対応する）、各入射毎に設置された回折光検出手段により各回折光を検出するように構成してもよい。
【００５７】
なお、これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施例においては、上記のようにして設計された回折光学素子１および回折光学素子５０の回折面を入射光の入射面とし、回折される回折光を検出するように構成されていたが、回折光学素子１および回折光学素子５０の回折面を入射光の出射面とし、出射面からの回折光を検出するように構成してもよい。
【００５８】
また、図５に基づく上記の説明では、回折光学素子１および回折光学素子５０を透過した透過光を回折光として回折光検出器８０で検出するように構成されているが、検出される回折光は透過光に限られるわけではなく、回折光学素子１で反射し回折光学素子５０を透過した回折光、回折光学素子１を透過し回折光学素子５０で反射した回折光、もしくは回折光学素子１および回折光学素子５０で反射した回折光を回折光検出器８０で検出するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る回折光学系を構成する回折光学素子の回折パターンを計算機合成ホログラムにより取得するためのアルゴリズムを示すブロック図で、（ａ）は従来から用いられている単色光用の位相回復アルゴリズムで、（ｂ）は単色光用の位相回復アルゴリズムを応用して、白色光を入射光として回折光学素子の回折面に対する入射光の入射角度を変えた場合の回折パターンを取得するためのアルゴリズムである。
【図２】本発明に係る回折光学系を構成する回折光学素子の製造工程を（ａ）から（ｆ）の順で示す図である。
【図３】上記回折光学素子の回折面の形状を示す模式断面図である。
【図４】（ａ）は、上記回折光学素子の回折面に同じ入射角度で入射した２種類以上の波長の入射光による回折光を検出する回折光学系の模式図で、（ｂ）は、各波長毎に異なる入射角度で上記回折光学素子の回折面に入射した２種類以上の入射光に対して各入射光毎の回折光を検出する回折光学系の模式図である。
【図５】上記回折光学素子が設けられた認証手段を有して構成される認証装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  回折光学素子（第１の回折光学素子）  ２  基板  ３  レジスト膜  ５  回折溝  １３，１４  ビームスプリッター  １５  ミラー  ２０  認証手段  ２１，２２，３１，３２  アライメントマーク  ５０  回折光学素子（第２の回折光学素子）  ６０  駆動系  ７０，７５  アライメント用検出器  ８０  回折光検出器（回折光検出手段）  １００  認証装置  ２００  回折光学系  ２１０  ミラー  ２２０  カード  ２５０  回折光学素子  ２８０  透過光用検出器（回折光検出手段）  ２８５  反射光用検出器（回折光検出手段）  ３００  回折光学系  ３２０  カード  ３５０  回折光学素子  ３８０  透過光用検出器（回折光検出手段）
【図１】
2007286499.tif 000003
【図２】
2007286499.tif 000004
【図３】
2007286499.tif 000005
【図４】
2007286499.tif 000006
【図５】
2007286499.tif 000007