(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一様な平面の干渉縞が記録された複数の体積型ホログラムが重畳されるか多重記録されてなる複合ホログラムであって、特定の入射角の特定の波長の光のみがこれら複数の体積型ホログラムを順にブラッグ回折して特定の出射角で出射するように、前記複数の体積型ホログラム各々の干渉縞のスラント角とピッチが設定されていることを特徴とする複合ホログラム。
【請求項２】
２枚の体積型ホログラムが重畳されるか多重記録されてなることを特徴とする請求項１記載の複合ホログラム。
【請求項３】
偽造防止ホログラムとして用いられることを特徴とする請求項１又は２記載の複合ホログラム。
【請求項４】
立体物、模様等の物体像が記録された体積型ホログラムの一部の所定パターン領域にのみ前記複数の体積型ホログラムが重畳されるか多重記録されてなることを特徴とする請求項３記載の複合ホログラム。
【請求項５】
高指向性狭帯域波長フィルターとして用いられることを特徴とする請求項１又は２記載の複合ホログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合ホログラムに関し、特に、特定方向から特定波長の光が入射したのときのみ特定方向へ回折する複合ホログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＣＤカード、プリペイドカード、定期券、通帳、パスポート、身分証明書、商品等が真実なもので偽造されたものでないことを保証するために、立体像、模様等を記録したレリーフホログラム又はリップマンホログラムからなるラベル、シール等を対象物に貼着することが広く行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらのホログラムは、単純な再生照明光あるいは白色光により再生可能であり、これを複製等の手法を用いて偽造することは必ずしも困難なことではない。そのため、このようなホログラムからなるラベル、シール等のセキュリティー性は必ずしも高いものではなかった。
【０００４】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特定方向から特定波長の光が入射したのときのみ特定方向へ回折するホログラムであって、偽造防止ホログラム、狭帯域波長フィルター等の光学素子として使用可能な複合ホログラムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の複合ホログラムは、一様な平面の干渉縞が記録された複数の体積型ホログラムが重畳されるか多重記録されてなる複合ホログラムであって、特定の入射角の特定の波長の光のみがこれら複数の体積型ホログラムを順にブラッグ回折して特定の出射角で出射するように、前記複数の体積型ホログラム各々の干渉縞のスラント角とピッチが設定されていることを特徴とするものである。
【０００６】
この場合、例えば２枚の体積型ホログラムが重畳されるか多重記録されてなるものとすることができる。
【０００７】
本発明の複合ホログラムは、例えば偽造防止ホログラムとして用いることができ、立体物、模様等の物体像が記録された体積型ホログラムの一部の所定パターン領域にのみその複数の体積型ホログラムを重畳するか多重記録して構成することもできる。
【０００８】
本発明の複合ホログラムは、また、高指向性狭帯域波長フィルターとして用いることができる。
【０００９】
本発明においては、特定の入射角の特定の波長の光のみが複数の体積型ホログラムを順にブラッグ回折して特定の出射角で出射するように、その複数の体積型ホログラム各々の干渉縞のスラント角とピッチが設定されているので、特定の入射角で特定の波長の光が入射したときのみ、特定の出射角でその光が回折し、他の入射角及び波長においてはその出射角の方向へ回折しないので、例えば偽造防止ホログラムとして有用であり、また、高指向性狭帯域波長フィルター等の光学素子として使用可能なものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の複合ホログラムの原理と実施例について説明する。
図１に断面を示すように、一様な平面の干渉縞３、４（フリンジ）が記録された２枚の体積型ホログラム１、２が重畳されいる場合を考える。図１においては、干渉縞３、４はそれぞれ１面しか図示していないが、実際には一定ピッチで平行に多数の干渉縞が形成されている。以下に、ホログラム１に入射した光５がホログラム１の干渉縞３でブラッグ回折を受け、その回折光が今度はホログラム２に入射してその干渉縞４でブラッグ回折を受け、再びホログラム１あるいはホログラム２から回折光６として出射する場合について検討する。
【００１１】
ホログラム１、２の干渉縞３、４の法線Ｎ’、Ｎ”が何れも図１の平面内にあるとし、また、ホログラム１、２の平均屈折率は同じｎとする。
ホログラム１の干渉縞のスラント角（ホログラム１の平面に対する角度）をθ、干渉縞のピッチ（隣接する干渉縞間の距離）をＰとする。
ホログラム２の干渉縞のスラント角をφ、干渉縞のピッチをＱとする。
空気中から入射角Ｉで入射した光５のホログラム１内での屈折角をＩ’で表す。
【００１２】
空気中からホログラム１の法線に対して入射角Ｉで入射した光５で、ホログラム１のフリンジ３の面にその法線Ｎ’から（Ｉ’−θ）の角度で入射し、ホログラム１の平面に垂直な法線Ｎから（２θ−Ｉ’）の角度で回折し、ホログラム２のフリンジ４の面にその法線Ｎ”から（π＋２θ−φ−Ｉ’）の角度で入射し、ホログラム１（２）の平面に垂直な法線Ｎから（２φ＋Ｉ’−２θ−π）の角度で回折し、空気中に屈折角Ｄで出射する光６を考える。
【００１３】
ホログラム１のブラッグ波長は、
（２Ｐ／ｎ）×ｃｏｓ（Ｉ’−θ）                      ・・・（１）
ホログラム２のブラッグ波長は、
（２Ｑ／ｎ）×ｃｏｓ（π＋２θ−φ−Ｉ’）            ・・・（２）
である。この両波長が一致するときのみ光は上記のような回折を行う。
【００１４】
つまり、
Ｐｃｏｓ（Ｉ’−θ）＝−Ｑｃｏｓ（２θ−φ−Ｉ’）    ・・・（３）
ここで、
Ａ＝（θ−φ）／２
Ｂ＝（２Ｉ’−３θ＋φ）／２
ｒ＝−Ｐ／Ｑ
とおくと、上記（３）式は次のように書ける。
【００１５】
ｒｃｏｓ（Ａ＋Ｂ）＝ｃｏｓ（Ａ−Ｂ）                  ・・・（４）
（ｒ−１）ｃｏｓＡｃｏｓＢ＝（ｒ＋１）ｓｉｎＡｓｉｎＢ・・・（５）
ｔａｎＢ＝（ｒ−１）／｛（ｒ＋１）ｔａｎＡ｝          ・・・（６）
ｔａｎ｛（２Ｉ’−３θ＋φ）／２｝
＝（−Ｐ−Ｑ）／［（−Ｐ＋Ｑ）ｔａｎ｛（θ−φ）／２｝］・（７）
Ｉ’＝ｔａｎ-1〔（Ｐ＋Ｑ）／［（Ｐ−Ｑ）ｔａｎ｛（θ−φ）／２｝］〕
＋（３θ−φ）／２  ・・・（８）
となる。
【００１６】
つまり、入射光５の入射角Ｉは、
0003912700.tif 000002
となる。
【００１７】
また、そのときのブラッグ波長λは、
λ＝（２Ｐ／ｎ）ｃｏｓ〈ｔａｎ-1〔（Ｐ＋Ｑ）／［（Ｐ−Ｑ）×
ｔａｎ｛（θ−φ）／２｝］〕＋（θ−φ）／２〉・・（10）
となり、回折光６の回折角Ｄは、
Ｄ＝−ｓｉｎ-1《ｎｓｉｎ〈ｔａｎ-1〔（Ｐ＋Ｑ）／［（Ｐ−Ｑ）×
ｔａｎ｛（θ−φ）／２｝］〕＋（３φ−θ）／２〉》・（11）
となる。
【００１８】
以上の検討より明らかなように、一様な平面状の干渉縞を記録した２枚の体積型ホログラムを重畳するか、あるいは、１枚のホログラム媒体中に多重記録することにより、２つの干渉縞により順次回折される回折波長は（１０）式を満たす特定の単波長であり、その際の（９）式を満たす入射角Ｉ、（１１）式を満たす回折角Ｄも特定の１つの値であることが分かる。なお、光線の可逆性から、入射角Ｉと回折角Ｄを入れ換えても良いから、このような複合ホログラムは、特定の入射角Ｉ又はＤで特定の波長λの光が入射したときのみ、特定の出射角Ｄ又はＩでその光が回折し、他の入射角及び波長においてはその出射角の方向へ回折しないことが分かる。なお、３枚以上の体積型ホログラムを重畳するか、あるいは多重記録したものも同様な解析によりこのような解が存在し得る。
【００１９】
実際の数値例を示す。図２はホログラム１の干渉縞のスラント角θが−５０°、そのピッチＰが７００ｎｍ、ホログラム２の干渉縞のスラント角φが６０°、そのピッチＱが８００ｎｍ、両ホログラム１、２の平均屈折率ｎが１．５２のときの、図１の構成の複合ホログラムの入射角Ｉに対する回折角（出射角）Ｄ（太い実線）、ホログラム１の入射角Ｉに対するブラッグ波長λ（▲角系列）、ホログラム２の入射角Ｉに対するブラッグ波長λ（◇系列）を示す。図２から、両ホログラム１、２で順番にブラッグ回折される波長λは、λ＝８０１．１５７９ｎｍ、入射角Ｉは、Ｉ＝３２．０５９０１°、回折角（出射角）Ｄは、Ｄ＝−３０．５９１８１°となる。この値は、上記（９）〜（１１）式から求めた値と一致する。なお、当然、入射角Ｉと出射角Ｄは入替え可能である。
【００２０】
図３はホログラム１の干渉縞のスラント角θが−４０°、そのピッチＰが７００ｎｍ、ホログラム２の干渉縞のスラント角φが４５°、そのピッチＱが８００ｎｍ、両ホログラム１、２の平均屈折率ｎが１．５２のときの、図２と同様の図であり、λ＝６６２．５０２７ｎｍ、入射角Ｉは、Ｉ＝６．０９２９３４°、回折角（出射角）Ｄは、Ｄ＝−９．１３５６２６°となる。この場合も、上記（９）〜（１１）式から求めた値と一致する。また、同様に入射角Ｉと出射角Ｄは入替え可能である。
【００２１】
さて、以上のような複合ホログラムは、特定の２つの方向の一方から入射した特定の狭い波長帯域の光のみをその特定の２つの方向の他方へ回折し、他の方向、波長の光は直通するなり全く別の方向へ回折する特性を有するが、このような複合ホログラムを複製等の手法で偽造することは極めて困難であるのと同時に、再生のために光源、読み取り受光素子を所定の厳密な相対位置、方向に配置しなければならない。したがって、このようなホログラムは、例えば偽造防止ホログラムとして有用なものである。偽造防止ホログラムとして用いる場合は、図１のような２層のホログラム１、２が重ねてなるホログラム媒体、あるいは、干渉縞３、４を多重記録してなる１層構成のホログラム媒体をそのまま用いて、ＣＤカード、プリペイドカード、定期券、通帳、パスポート、身分証明書、商品等の対象物に貼り付けて用いることができる。また、図４に示すように、立体物、模様等の物体像１１を記録したフォトポリマー等の体積型ホログラム媒体１０の一部の所定パターン領域１２にのみ２つの干渉縞３、４を記録しておき、所定の方向（入射角Ｉ又はＤ）から所定波長（λ）の光を入射したときに、所定の方向（回折角Ｄ又はＩ）からこの所定パターン領域１２のパターンが読み取れるか否かにより、その媒体１０が真実なものか偽造されたものかを判断することができる。
【００２２】
また、本発明の複合ホログラムは、例えば指向性の強い狭帯域波長フィルターとしても用いることができる。その場合は、例えば図５に示すように、メタルハライドランプ等の高輝度の白色光源２１からの発散光を正レンズ２２により略平行な光束２３に変換して、高指向性狭帯域波長フィルター２０として用いる本発明の体積型ホログラム１と２を重畳あるいは多重記録してなる複合ホログラム２０にその光束２３の主光線が入射角Ｉ又はＤで入射するようにすればよい。このような配置で本発明の複合ホログラム２０を用いれば、出射角（回折角）Ｄ又はＩで出射する光２４は、光源２１からの放射された光の中の特定波長λの光であって、出射角がフィルター２０の何れの位置でも同じ角度Ｄ又はＩのもののみが選択されるので、出射光２４は単色波長で平行性が高いものとなる。すなわち、本発明による複合ホログラムは高指向性狭帯域波長フィルターとして用いることができる。
【００２３】
以上、本発明の複合ホログラムを原理といくつかの用途の例について説明してきたが、本発明はこれらに限定されず種々の変形、用途が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の複合ホログラムによると、特定の入射角の特定の波長の光のみが複数の体積型ホログラムを順にブラッグ回折して特定の出射角で出射するように、その複数の体積型ホログラム各々の干渉縞のスラント角とピッチが設定されているので、特定の入射角で特定の波長の光が入射したときのみ、特定の出射角でその光が回折し、他の入射角及び波長においてはその出射角の方向へ回折しないので、例えば偽造防止ホログラムとして有用であり、また、高指向性狭帯域波長フィルター等の光学素子として使用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合ホログラムの原理を説明するための図である。
【図２】本発明の１例の複合ホログラムの入射角に対する回折角、入射角に対する各ホログラムのブラッグ波長を示す図である。
【図３】別の例の複合ホログラムの図２と同様の図である。
【図４】本発明の複合ホログラムを偽造防止ホログラムとして用いる場合の１例の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の複合ホログラムを高指向性狭帯域波長フィルターとして用いる場合の配置を示す模式図である。
【符号の説明】
１、２…体積型ホログラム
３、４…干渉縞
５…入射光
６…出射（回折）光
１０…体積型ホログラム媒体
１１…物体像
１２…所定パターン領域
２０…高指向性狭帯域波長フィルター（複合ホログラム）
２１…白色光源
２２…正レンズ
２３…略平行光束
２４…出射光
【図１】
0003912700.tif 000003
【図２】
0003912700.tif 000004
【図３】
0003912700.tif 000005
【図４】
0003912700.tif 000006
【図５】
0003912700.tif 000007