(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の波面を再生する媒体であるホログラムにおいて、
互いにほぼ平行な二層のホログラムからなり、
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差（｜回折光Ａ１―回折光Ａ２｜）が、再生に使用するコヒーレンス特性を有する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
二層の間隔に依存して決まる二層のホログラムからの回折光の光路差（｜回折光Ａ１―（回折光Ｂ＋ｄ／ｃｏｓθ）｜及び｜回折光Ａ２―（回折光Ｂ＋ｄ／ｃｏｓθ）｜）が、前記光源のコヒーレンス度の低い距離範囲にあることを特徴とする二層構造ホログラム。
なお、ｄは二層の間隔、θは入射光の入射角（入射光が入射点に立てた法線に対してなす角）を示す。
【請求項２】
光の波面を再生する媒体であるホログラムにおいて、
互いにほぼ平行な二層のホログラムからなり、
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差（｜回折光Ａ１―回折光Ａ２｜）が、再生に使用するコヒーレンス特性を有する光源のコヒーレンス度が低い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
二層の間隔に依存して決まる二層のホログラムからの回折光の光路差（｜回折光Ａ１―（回折光Ｂ＋ｄ／ｃｏｓθ）｜及び｜回折光Ａ２―（回折光Ｂ＋ｄ／ｃｏｓθ）｜）が、前記光源のコヒーレンス度の高い距離範囲にあることを特徴とする二層構造ホログラム。
なお、ｄは二層の間隔、θは入射光の入射角（入射光が入射点に立てた法線に対してなす角）を示す。
【請求項３】
二層のホログラムがそれぞれ透過型ホログラムであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二層構造ホログラム。
【請求項４】
二層のホログラムがそれぞれ反射型ホログラムであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二層構造ホログラム。
【請求項５】
二層のホログラムのうち少なくとも一方の層において、要素ホログラムが空間的に離れて配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の二層構造ホログラム。
【請求項６】
要素ホログラムが表面レリーフ型ホログラムであることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の二層構造ホログラム。
【請求項７】
二層のホログラムがそれぞれ一枚の基材の表裏に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の二層構造ホログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複製・模造が困難であり、高いセキュリティ効果（偽造防止効果）を有すると共に、記録情報の隠蔽の効果も有するホログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のホログラムは単層構造のものが広く普及しており、同一平面内に複数の異なる要素ホログラムを形成したタイプも公知である。
他方、複層構造（両面にレリーフホログラムを形成したタイプ）のホログラムも存在する。
【０００３】
しかし、複層の各ホログラム（または、同一平面内の異なる要素ホログラム）からの回折光の間でのコヒーレント特性について考慮した公知技術については、未だ報告例はない。
従って、既存のホログラムからの回折光は、各ホログラムの独立な回折光として取り扱われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ホログラムの波面再生時に用いる再生用照明光のコヒーレント特性を利用して、特定の再生用照明光を用いない限り、正確な再生が不可能なホログラムを提案することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によるホログラムは、
光の波面を再生する媒体であるホログラムにおいて、
互いにほぼ平行な二層のホログラムからなり、
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
二層の間隔に依存して決まる二層のホログラムからの回折光の光路差が、前記光源のコヒーレンス度の低い距離範囲にあることを特徴とする。
【０００６】
請求項２のホログラムは、
光の波面を再生する媒体であるホログラムにおいて、
互いにほぼ平行な二層のホログラムからなり、
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
二層の間隔に依存して決まる各層の要素ホログラム同士からの回折光の光路差が、前記光源のコヒーレンス度の高い距離範囲にあることを特徴とする。
【０００７】
請求項３のホログラムは、二層のホログラムがそれぞれ透過型ホログラムであることを特徴とする。
【０００８】
請求項４のホログラムは、二層のホログラムがそれぞれ反射型ホログラムであることを特徴とする。
【０００９】
請求項５のホログラムは、二層のホログラムのうち少なくとも一方の層において、要素ホログラムが空間的に離れて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６のホログラムは、要素ホログラムが表面レリーフ型ホログラムであることを特徴とする。
【００１１】
請求項７のホログラムは、二層のホログラムがそれぞれ一枚の基材の表裏に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
実施形態１，２は、請求項１に従属し、実施形態３，４は、請求項２に従属する実施形態である。
【００１３】
＜実施形態１＞
図１は、反射型ホログラムの再生状態を示す説明図である。
あるコヒーレンス特性を有する入射光がホログラムに入射し、その一部がホログラム層Ａ内にある要素ホログラム１，２に入射し、回折光Ａ１，Ａ２を出射する。
要素ホログラム１と２は、それらからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように配置されているので、回折光Ａ１，Ａ２はコヒーレンス度が高い関係にある。
各層に、その層における複数の要素ホログラムからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が高い距離範囲内となるように、複数の要素ホログラムがあり、
【００１４】
同図の観察面では、ホログラム層Ａからの回折光Ａ１，Ａ２の複素振幅分布（図３(1),(2) に示す）のコヒーレントな和（図３(4) ）の２乗（＝強度）として観察される。
【００１５】
一方、ホログラム層ＡとＢは、その間隔ｄの２倍の距離が両層からの回折光同士のコヒーレンス度が低くなる光学的距離に設定されているので、観察面におけるホログラム層Ａからの回折光（Ａ１，Ａ２）とホログラム層Ｂからの回折光Ｂ（図４(3) に示す複素振幅分布）とは、コヒーレンス度が低い関係（インコヒーレント）にある。
【００１６】
コヒーレンス度が高い関係にある回折光が合わさる場合には、複素振幅分布の和として観察される。（図３(1) ＋図３(2) →図３(4) ）
コヒーレンス度が低い関係にある回折光が合わさる場合には、回折光の強度（複素振幅の２乗）分布の和として観察される。（図３(4) の２乗＋図３(3) の２乗→図３(c) ）
【００１７】
従って、観察面では、ホログラム層Ａからの回折光Ａ１，Ａ２のコヒーレントな和の強度分布と回折光Ｂの強度分布との和（図３(c) ）が観察される。
【００１８】
上記のことは、各層がより多くの要素ホログラムから構成される場合でも同様に成り立つため、観察面では、各層毎の回折光のコヒーレントな和に対する強度和が観察される。
【００１９】
上記の再生条件は、各層における要素ホログラムの空間的な配置と、各層間の距離と、再生に用いる光のコヒーレンス特性に依存する。
従って、ある特定の光に対して設計された本発明のホログラムは、ある特定の光でのみ上記のように観察される。
【００２０】
例えば、設定したコヒーレンス特性の光よりもコヒーレンス度の高い距離範囲が広い光に対しては、上記のすべての回折光が観察面上でコヒーレントに重ね合わされることになり、上記の条件で観察された強度分布（図３(c) ）とは異なる強度分布（図３(b) ）となる。
【００２１】
また、設定したコヒーレンス特性の光よりもコヒーレンス度の高い距離範囲が狭い光（あるいはインコヒーレントな光）に対しては、全ての回折光の強度の和が観察面に現れ（図３(a) ）、やはり図３(c) とは異なる観察結果となる。
インコヒーレントな照明条件とは、蛍光灯照明下での観察などのような一般的な観察条件である。
【００２２】
以上のように、設定されたコヒーレンス特性を有する再生光以外では、本発明のホログラムでの正しい観察結果が得られない。
【００２３】
ここで、適正な条件下（設計されたコヒーレンス度を持つ特定波長の光源により設定された角度で照明し、設定された距離にある観察面で観察／測定するという条件）で、本発明のホログラムから再生される強度分布を目視あるいは検出器により機械読み取りすることにより、ホログラムの真贋性が判断できる。
【００２４】
一方、適正な条件を知らなければこのホログラムの正確な再生は不可能であり、高い情報隠蔽性を持つことがわかる。
【００２５】
また、本発明のホログラムを偽造しようとする場合、二層構造であるために型を取るなどの機械的な複製は困難である。さらに、本発明のホログラムの二層の各表面を、型取りできないように樹脂などで覆ってもよく、この場合、実質的に機械的な複製は不可能である。
【００２６】
一方、本発明のホログラムを光学的に複製しようとする場合、一般に、高いコヒーレンス度を有する光を用いないとホログラムの露光（複製）は困難であり、この場合、全ての要素ホログラムがコヒーレントな関係で複製され、再生結果は全く異なるものとなる。
【００２７】
＜実施形態２＞
図２は、本発明の透過型ホログラムの再生状態を示す説明図である。
ホログラムの機能は実施形態１とほぼ同じであり、二層の間隔ｄが、各層のホログラムからの回折光のコヒーレンス度が低くなる光学的距離に設定されている必要がある。
【００２８】
なお、実施形態１，２の二層構造ホログラムは、図示したように、二層の間隔ｄ（透過型の場合）もしくはｄの２倍（反射型の場合）と等しい厚さの基材を用いれば、２つのホログラム層を基材の表裏に成形することが可能であり、シンプルな構造になる。
厳密には、この理論は基材の屈折率ｎ＝１の場合にのみ正しい。ｎ＝１でない場合には、光学的な距離はｎ倍になるので、基材の厚みはｄ／ｎにする必要がある。
【００２９】
上記の場合、入射光および回折光が共に垂直に近い場合は、ｄもしくは２ｄが光路差になるため、間隔ｄは容易に設計できる。
上記以外の場合でも、入射角と回折角の方向を考慮して、これによる光路長の差を求めれば、実施形態１，２を満足する適切な間隔ｄを設定できる。
【００３０】
このように、本発明では反射型ホログラムの場合の方が光学的距離を短くできるため、ホログラム基材を薄くできるメリットがある。
透過型ホログラムの場合には、表面レリーフ型ホログラムで反射膜を形成するような表面処理をしなくても使用できるので、簡便に低コストで実施できる。
【００３１】
ホログラム層Ａにおいてそれぞれの要素ホログラムが近接していると、ホログラム層Ａを透過した光の成分（ホログラムＡの要素ホログラムからの０次回折光）のみが、ホログラム層Ｂの要素ホログラムに入射することになり、ホログラム層Ｂの要素ホログラムの再生に寄与する光量が減ることになる。
【００３２】
しかし、要素ホログラムを空間的に離して配置することにより、ホログラム層Ａにおいて要素ホログラムの存在しない領域を透過する（ほとんど減衰をしていない）入射光によりホログラム層Ｂの要素ホログラムを再生することができるため、光の利用効率を高くでき、両層のホログラムからの回折光の強度比を最適にできる。
【００３３】
ホログラム層Ａにおいて要素ホログラムの存在しない空間的領域の透過率を高くしておくことにより、この効果は一層顕著になる。実施形態１のような反射型ホログラムの場合、ホログラム層Ｂからの回折光がホログラム層Ａを透過する際にも、上記の議論は有効である。
【００３４】
なお、ホログラム層Ｂにおける要素ホログラムの空間的な配置は、実施形態２のような透過型ホログラムの場合に、ホログラム層Ａからの各回折光を効率よく透過するために重要となる。
【００３５】
従って、要素ホログラムを空間的に離して配置することにより、コヒーレンス特性が明確になり、真偽判定が一層容易になる。
【００３６】
＜実施形態３＞
図４は、反射型ホログラムの再生状態を示す説明図である。
あるコヒーレント特性を有する入射光がホログラムに入射し、その一部がホログラム層Ａ内にある要素ホログラム１，２に入射し、回折光Ａ１，Ａ２を出射する。
【００３７】
要素ホログラム１と２は、それらからの回折光の光路差が、再生に使用する光源のコヒーレンス度が低い距離範囲内となるように配置されているので、回折光Ａ１，Ａ２はコヒーレンス度が低い関係にある。
そのため、観察面では、ホログラム層Ａからの回折光Ａ１，Ａ２のインコヒーレントな強度分布の和が観察される。
すなわち、回折光Ａ１の複素振幅（図６(1) ）の２乗と回折光Ａ２の複素振幅（図６(2) ）の２乗との和が、インコヒーレントな強度分布の和に相当する。
【００３８】
一方、ホログラム層Ａのホログラムからの回折光とホログラム層Ｂのホログラムからの回折光とは、両層からの回折光同士のコヒーレンス度が高い条件になるように、光学的距離（間隔ｄの２倍の距離）が設定されているので、観察面におけるホログラム層Ａからの回折光（Ａ１，Ａ２）とホログラム層Ｂからの回折光Ｂ３とは、コヒーレンス度が高い関係（コヒーレント）にある。
【００３９】
従って、観察面では、ホログラム層Ａからの回折光Ａ１，Ａ２のインコヒーレントな強度分布の和と、回折光Ｂとのコヒーレントな和として観察される。
【００４０】
言い換えれば、回折光Ａ１の複素振幅（図６(1) ）と回折光Ｂの複素振幅（図６(3) ）とのコヒーレントな和（図６(4) ）と、回折光Ａ２とのインコヒーレントな強度分布の和として観察される。（図６(4) の２乗＋図６(2) の２乗→図６(c) ）
【００４１】
上記のことは、各層がより多くの要素ホログラムから構成される場合でも同様に成り立つため、観察面では、各層毎の回折光のコヒーレントな和に対する強度和が観察される。
【００４２】
上記の再生条件は、各層における要素ホログラムの空間的な配置と、各層間の距離と、再生に用いる光のコヒーレンス特性と、ホログラムへの再生光の入射角度に依存する。
従って、ある特定の光に対して設計された本発明のホログラムは、ある特定の光でのみ上記のように観察される。
【００４３】
例えば、設定したコヒーレンス特性の光よりもコヒーレンス度の高い距離範囲が広い光に対しては、上記のすべての回折光が観察面上でコヒーレントに重ね合わされることになり、上記の条件で観察された強度分布（図６(c) ）とは異なる強度分布（図６(b) ）となる。
【００４４】
また、設定したコヒーレンス特性の光よりもコヒーレンス度の高い距離範囲が狭い光（あるいはインコヒーレントな光）に対しては、全ての回折光の強度の和が観察面に現れ（図６(a) ）、やはり図６(c) とは異なる観察結果となる。
【００４５】
＜実施形態４＞
図５は、本発明の透過型ホログラムの再生状態を示す説明図である。
ホログラムの機能は実施形態３とほぼ同じであり、二層の間隔ｄが、各層のホログラムからの回折光のコヒーレンス度が高くなる光学的距離に設定されている必要があり、ホログラムの観察結果は、実施形態３と同様になる。
【００４６】
なお、実施形態３，４の二層構造ホログラムは、図示したように、二層の間隔ｄ（透過型の場合）もしくはｄの２倍（反射型の場合）と等しい厚さの基材を用いれば、２つのホログラム層を基材の表裏に成形することが可能であり、シンプルな構造になる。
厳密には、この理論は基材の屈折率ｎ＝１の場合にのみ正しい。ｎ＝１でない場合には、光学的な距離はｎ倍になるので、基材の厚みはｄ／ｎにする必要がある。
【００４７】
上記の場合、入射光および回折光が共に垂直に近い場合は、ｄもしくは２ｄが光路差になるため、間隔ｄは容易に設計できる。
上記以外の場合でも、入射角と回折角の方向を考慮して、これによる光路長の差を求めれば、実施形態３，４を満足する適切な間隔ｄを設定できる。
【００４８】
ホログラム層Ａにおいてそれぞれの要素ホログラムが近接していると、ホログラム層Ａを透過した光の成分（ホログラムＡの要素ホログラムからの０次回折光）のみが、ホログラム層Ｂの要素ホログラムに入射することになり、ホログラム層Ｂの要素ホログラムの再生に寄与する光量が減ることになる。
【００４９】
しかし、要素ホログラムを空間的に離して配置することにより、ホログラム層Ａにおいて要素ホログラムの存在しない領域を透過する（ほとんど減衰をしていない）入射光によりホログラム層Ｂの要素ホログラムを再生することができるため、光の利用効率を高くでき、両層のホログラムからの回折光の強度比を最適にできる。
【００５０】
ホログラム層Ａにおいて要素ホログラムの存在しない空間的領域の透過率を高くしておくことにより、この効果は一層顕著になる。実施形態３のような反射型ホログラムの場合、ホログラム層Ｂからの回折光がホログラム層Ａを透過する際にも、上記の議論は有効である。
【００５１】
なお、ホログラム層Ｂにおける要素ホログラムの空間的な配置は、実施形態４のような透過型ホログラムの場合に、ホログラム層Ａからの各回折光を効率よく透過するために重要となる。
【００５２】
従って、要素ホログラムを空間的に離して配置することにより、コヒーレンス特性が明確になり、真偽判定が一層容易になる。
【００５３】
以上、実施形態１〜４では、複素振幅として扱うべき光を「振幅」のみで表現していたが、実際には「位相」を考慮する必要がある。
上述の説明では、振幅に符号を持たせることにより、位相が０（振幅が正に対応），π（振幅が負に対応）の状態のみを表現したものとして、単純な取り扱いをしてきたが、実際に任意の位相を考える場合には、上述の議論において、コヒーレントな重ね合わせの場合において、位相も考慮した複素振幅の和として取り扱うべきことになる。
インコヒーレントな場合は、振幅の２乗が光の強度になるので、上述と同様の取り扱いでよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明により、ホログラムの波面再生時に用いる再生用照明光のコヒーレンス特性（および、要素ホログラム間のコヒーレンス特性）に応じて、特定の再生用照明光を用いない限り、正確な再生が不可能なホログラムが提供される。
【００５５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射型ホログラムの再生状態を示す説明図。
【図２】本発明の透過型ホログラムの再生状態を示す説明図。
【図３】実施形態１，２に係るホログラムからの回折光（および、それらを重ね合わせた場合）の複素振幅分布・強度分布を示す説明図であり、(1) は層Ａの要素ホログラム１からの回折光の複素振幅分布、(2) は層Ａの要素ホログラム２からの回折光の複素振幅分布、(3) は層Ｂの要素ホログラム３からの回折光の複素振幅分布、(4) は層Ａの要素ホログラム１，２からの回折光のコヒーレントな和についての複素振幅分布、(a) は要素ホログラム１，２，３からの回折光の強度（複素振幅の２乗）の和の分布、(b) は要素ホログラム１，２，３からの回折光のコヒーレントな和についての強度（複素振幅の２乗）の分布、(c) は実施形態１，２に係るホログラムを適切に照明した場合にのみ検出される再生光の強度分布である。
【図４】本発明の反射型ホログラムの再生状態を示す説明図。
【図５】本発明の透過型ホログラムの再生状態を示す説明図。
【図６】実施形態３，４に係るホログラムからの回折光（および、それらを重ね合わせた場合）の複素振幅分布・強度分布を示す説明図であり、(1) は層Ａの要素ホログラム１からの回折光の複素振幅分布、(2) は層Ａの要素ホログラム２からの回折光の複素振幅分布、(3) は層Ｂの要素ホログラム３からの回折光の複素振幅分布、(4) は層Ａの要素ホログラム１，２からの回折光のコヒーレントな和についての複素振幅分布、(a) は要素ホログラム１，２，３からの回折光の強度（複素振幅の２乗）の和の分布、(b) は要素ホログラム１，２，３からの回折光のコヒーレントな和についての強度（複素振幅の２乗）の分布、(c) は実施形態３，４に係るホログラムを適切に照明した場合にのみ検出される再生光の強度分布である。
【００５６】
【符号の説明】
１…ホログラム層Ａの要素ホログラム１
２…ホログラム層Ａの要素ホログラム２
３…ホログラム層Ｂの要素ホログラム３
【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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