JP2003015510A - 計算機ホログラムから成る表示体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホログラムを肉眼で観察する際、均一に光る領
域、特に白っぽい領域が無く、且つ記録される情報量を
増大しても鮮明に階調画像を表示することができるとと
もに、この情報読取の誤差を少なくでき、偽造・改竄目
的で光学的に複製することが極めて困難な計算機ホロク
ラムからなる表示体を提供する。 【解決手段】セルを画素として複数配置して画像を表示
する表示体において、前記セルが予め設定した情報を物
体光として記録した点型計算機ホログラムから成り、各
セルの回折効率を変えることにより前記画像上の画素の
輝度を変化させることによって階調画像を表示している
ことを特徴とする表示体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、セキュリティ性が
高く、且つ情報記録密度が高い計算機ホログラムからな
る表示体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】計算機ホログラムに情報を記録する方法
としては、フーリエ変換型計算機ホログラムを利用する
方法等が公知である。このような計算機ホログラムに、
予め決められた光が入射すると、１次回折光により記録
した情報が再生される。しかし、このような計算機ホロ
グラムを肉眼で観察すると、均一に光る領域、特に白っ
ぽい領域として観察され、計算機ホログラムを応用した
物品の意匠性を低下させる原因となっていた。また、隠
蔽情報を記録する際に、情報が記録された領域が目視観
察でも推測できてしまうという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、ホログラムを
肉眼で観察する際、均一に光る領域、特に白っぽい領域
が無く、且つ記録される情報量を増大しても鮮明に階調
画像を表示することができると共に、この情報読取の誤
差を少なくすることができ、偽造・改竄目的で光学的に
複製することが極めて困難な計算機ホロクラムからなる
表示体を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた請求項１に記載の発明は、セルを画素として
複数配置して画像を表示する表示体において、前記セル
が予め設定した情報を物体光として記録した点型計算機
ホログラムから成り、各セルの回折効率により前記画像
上の画素の輝度を変化させることによって階調画像を表
示していることを特徴とする表示体である。

【０００５】また、請求項２に記載の発明は、前記セル
の回折効率と、前記画像上の画素の輝度とが比例してい
ることを特徴とする請求項１に記載の表示体である。

【０００６】また、請求項３に記載の発明は、前記セル
の回折効率と、前記画像上の画素の輝度とが反比例して
いることを特徴とする請求項１に記載の表示体である。

【０００７】また、請求項４に記載の発明は、前記セル
毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターン
の画線部と非画線部間の位相変調量の差を変調すること
により、前記回折効率を変化させていることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示体であ
る。

【０００８】また、請求項５に記載の発明は、前記セル
内の計算機ホログラムにおける局所的なパターンの画線
部と非画線部の幅の割合が１：１の場合を最大回折効率
とし、前記セル毎に前記割合を変化させて回折効率を変
化させていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か１項に記載の表示体である。

【０００９】また、請求項６に記載の発明は、前記セル
毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターン
の画線部と非画線部とがその内部領域の振幅変調量及び
／あるいは位相変調量において各々一状態を取るバイナ
リホログラムであることを特徴とする請求項１乃至５の
いずれか１項に記載の表示体である。

【００１０】また、請求項７に記載の発明は、前記セル
毎に、前記計算機ホログラムにおける局所的なパターン
の振幅変調量及び／あるいは位相変調量が連続的な値を
有し、前記振幅変調量あるいは位相変調量の中心値によ
り画線部と非画線部が分けられることを特徴とする請求
項１乃至５のいずれか１項に記載の表示体である。

【００１１】また、請求項８に記載の発明は、前記情報
が、平面上に配置された複数の情報単位の集まりで表現
されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか
１項に記載の表示体である。

【００１２】また、請求項９に記載の発明は、前記計算
機ホログラムが、前記複数の情報単位の集まりに相当す
る光の複素振幅分布をフーリエ変換して物体光とするこ
とにより得られるフーリエ変換型ホログラムであること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の表
示体である。

【００１３】また、請求項１０に記載の発明は、前記計
算機ホログラムが、前記複数の情報単位の集まりに相当
する光の複素振幅分布をホログラム面から有限距離離し
て配置した位置での物体光として設定することにより得
られたフレネルホログラムであることを特徴とする請求
項１乃至９のいずれか１項に記載の表示体である。

【００１４】また、請求項１１に記載の発明は、少なく
とも１ｍｍφの領域内にある複数の前記セルに同一の情
報が記録されていることを特徴とする請求項１乃至１０
のいずれか１項に記載の表示体である。

【００１５】また、請求項１２に記載の発明は、表示体
上の複数の領域において、それぞれ異なる情報が記録さ
れていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか
１項に記載の表示体である。

【００１６】また、請求項１３に記載の発明は、前記セ
ル毎にそれぞれ別の情報が記録されていることを特徴と
する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表示体で
ある。

【００１７】また、請求項１４に記載の発明は、一方向
に並んだ複数の前記セルには同一の情報が記録され、前
記一方向と直交する方向には異なる情報が記録された複
数種類の前記セルが配置されていることを特徴とする請
求項１乃至１１のいずれか１項に記載の表示体である。

【００１８】また、請求項１５に記載の発明は、前記セ
ルの大きさが３００μm以下であることを特徴とする請
求項１乃至１４のいずれか１項に記載の表示体である。

【００１９】また、請求項１６に記載の発明は、前記セ
ルに記録された情報が画像であることを特徴とする請求
項１乃至１５のいずれか１項に記載の表示体である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の表示体は、特定波長の光
により再生可能な情報を記録した点型計算機ホログラム
から成るセルを構成要素とし、セルを画素として複数配
置し、各セルの回折効率により画素の輝度を変調して階
調画像を表現していることを特徴としている。ここで、
回折効率とは通常観察条件下において観察者の瞳に入射
する回折光（一般的には１次回折光）強度の、セルへの
照明光強度に対する割合である（通常観察条件とは、太
陽光による屋外照明環境、及び蛍光灯、白熱灯などの通
常の室内照明環境において、観察者が肉眼により通常の
観察を行うこととする）。これにより、通常の観察にお
いて、本発明の表示体上に、回折光により表示された階
調画像を観察することができる（セルの回折効率と、画
像上の画素の輝度とが比例している場合）。あるいは、
本発明の表示体上に、透過光もしくは正反射光により表
示された階調画像を観察することができる（セルの回折
効率と、画像上の画素の輝度とが反比例している場
合）。

【００２１】一般的に、透過光や正反射光は強すぎる場
合が多く、前者の方が適度な輝度で画像を表示すること
ができる。後者の場合には、画像を観察する際に、セル
を構成する計算機ホログラムからの回折光の射出方向が
影響しないため、セル毎に全く異なる情報を記録した
り、セル毎に計算機ホログラムの搬送周波数を大きく変
えた場合でも画像には全く影響せず、安定した階調画像
表現が容易となる。

【００２２】一方、レーザー光などの光を予め設定した
条件で本発明の表示体上のセルに入射すると、情報が予
め設定した位置においたスクリーン等に投影されるなど
して再生される。このような情報は肉眼で読み取ること
も、（スクリーン位置にＣＣＤカメラ等の受光器を置く
などして）機械で読み取ることも容易である。従って、
本発明の表示体では任意にデザインされた（肉眼で観察
できる）階調画像を表示できると共に、この階調画像と
は独立したセルに記録された情報を隠蔽することができ
る。従って、カードや有価証券等に本発明の表示体を応
用した際に、肉眼で観察可能な任意のデザインを表現す
ることができ、セルに記録された情報の読み取りと併せ
て真偽判定等に役立てることができる。

【００２３】また、記録する情報は二次元的な情報でも
三次元的な情報でも良く、再生方法を知らなければ正確
な再生が不可能とすることができると同時に、大きい情
報量を記録／再生できる。なお、本発明における画像及
び情報は、文字、数字、写真、図形、パターン、バーコ
ード等、空間的な光の強度分布で表現されるものを指
す。特に、三次元的な情報（立体像など）や階調画像も
含む。

【００２４】また、セルを計算機ホログラムとして作製
する場合、計算機ホログラムのパターンは計算機中で生
成されるので、セル毎に記録する情報を変えて本発明の
表示体を作製することも容易である。また、情報だけで
はなく、情報の再生位置やホログラムの方式（フーリエ
変換型ホログラム、フレネルホログラムなど）をセル毎
に設定することが容易にでき、偽造防止効果を高くする
ことや、情報読み取りを容易にすることができる。更
に、計算機ホログラムをキノフォーム型にすることによ
り、再生される情報の明るさを最大にすることができ、
情報読み取りの誤差を少なくできると共に、偽造目的で
光学的に複製することを極めて困難にできる。

【００２５】また、セル毎に、計算機ホログラムにおけ
る局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量
の差を変調することにより、セルの回折効率を変化させ
ていることを特徴としている。位相変調量の変化は、計
算機ホログラムを二次元的な複素振幅変調パターンと見
なした際に、計算機ホログラム上の各点毎に複素振幅の
位相項のみを変調すればよいため、計算が簡便であり、
作製も容易である。特に、表面レリーフ型の計算機ホロ
グラムの場合、位相変調量はレリーフの深さに対応する
ものであり、深さをセル毎に変調するだけで本発明の表
示体が簡便に実現できる。

【００２６】一方、セル内の計算機ホログラムにおける
局所的なパターンの画線部と非画線部の割合を１：１を
最大回折効率に対応させ、セル毎にこの割合を変化させ
て回折効率を変化させていることを特徴としている。こ
れにより、位相変調量は一定に保ったままでも、本発明
の表示体が実現できる。仮に、表示体毎に位相変調量に
ばらつきがあるような場合でも、それぞれの表示体にお
いて正しい階調画像を得ることができる。従って、位相
変調量に細心の注意を払わずに、簡便に、安定した階調
画像表現を実現した表示体を作製できる。

【００２７】なお、本発明においては、計算機ホログラ
ムパターンにおける振幅変調量あるいは位相変調量が計
算機ホログラムパターンの中で中心値以上の部分を画線
部と呼び、それ以下の部分を非画線部と呼ぶ。

【００２８】ここで、セル毎に、バイナリホログラムで
あることを特徴としている。この場合、計算機ホログラ
ムにおける局所的なパターンの画線部と非画線部とが振
幅変調量及び／あるいは位相変調量において各々一状態
しかないため、計算が簡略化でき、また作製も容易とな
る。特に、高解像度を有する電子線描画装置などが計算
機ホログラムの作製には向いているが、これらの装置の
多くは二値の二次元パターンの描画に適しており、バイ
ナリホログラムは好適である。

【００２９】一方、セル毎に、計算機ホログラムにおけ
る局所的なパターンの振幅変調量及び／あるいは位相変
調量が連続的な値を有し、振幅変調量あるいは位相変調
量の中心値により画線部と非画線部が分けられることを
特徴としている。このような計算機ホログラム（キノフ
ォームなどを含む）は、パターンの振幅変調量及び／あ
るいは位相変調量を適切に設計することにより、回折効
率の最適化、最大化などが可能となる。

【００３０】また、情報が平面上に配置された複数の情
報記録単位の集まりで表現されていることを特徴として
いる。平面状に配置した情報は情報面からホログラム面
への波面伝搬の計算が簡略化でき、非常に簡便に作製す
ることが出来る。更に、再生時にも平面上に情報が再生
されるため、容易に正確な読み取りが可能となる。

【００３１】ここで、計算機ホログラムとしては、複数
の情報記録単位の集まりに相当する光の複素振幅分布を
フーリエ変換して物体光として記録したフーリエ変換型
ホログラムであることを特徴としている。フーリエ変換
型ホログラムをセルとして用いる場合、計算機上では高
速フーリエ変換アルゴリズムによる波面伝搬の計算が行
え、非常に容易にホログラムが作製できる。再生時に
は、再生情報は無限遠に投影されるので、任意の距離に
スクリーンを置けば、距離に応じた大きさの再生情報を
得ることができる。また、レンズを用いて再生光のフー
リエ変換像をスクリーン等に結像しても情報が再生でき
る。

【００３２】なお、フーリエ変換型ホログラムをセルと
して用いて表現された階調画像を通常観察条件下で目視
観察する際には、情報が照明光の波長分布によりぼける
ことと、情報がフーリエ変換されていることにより、情
報の内容を認識することは極めて困難であり、隠蔽性が
高められる。

【００３３】また、計算機ホログラムが、複数の情報記
録単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をホログラ
ム面から有限距離離して配置した物体光として設定する
ことにより得られたフレネルホログラムであることを特
徴としている。

【００３４】フレネルホログラムをセルとして用いる場
合、計算機ホログラムの計算時における情報の配置位置
にスクリーンを置くことにより、結像した再生情報をは
っきりと観察することができる。すなわち、情報の配置
位置を知っている者のみが正確な情報を読み取ることが
でき、セキュリティ性の高い情報記録が実現できる。な
お、フレネルホログラムをセルとして用いて表現された
階調画像を通常観察条件下で目視観察する際には、情報
の配置位置以外では正確な情報が再生されないことに加
えて、情報が照明光の波長分布によりぼける効果が大き
く、情報の内容を認識することは不可能である。

【００３５】また、少なくとも１mmφの領域内にある複
数のセルに同一の情報を記録することを特徴としてい
る。これにより、情報再生のために本発明の表示体を照
明する光の入射位置が若干変化しても、安定した情報再
生が可能となる。また、通常のレーザービームは１ｍｍ
φ前後のビーム径を持つので、これをそのまま照明光と
して利用しても、ビームの入射領域が同一の情報を再生
するセルであるため、複数のセルからの情報が同時に再
生されてもノイズの少ない、正確な情報が再生される。
多くのセルから同一の情報を再生することは、再生され
た情報の明るさを向上させる効果もある。

【００３６】更に、表示体上の複数の領域においてそれ
ぞれ異なる情報を記録することを特徴としている。複数
の領域からそれぞれ異なる情報が再生できるため、情報
量を増やすことが出来ると共に、複数の情報を真偽判定
に利用することにより偽造防止効果を一層高めることが
出来る。あるいは、セル毎にそれぞれ別の情報が記録さ
れていることを特徴としている。これにより、非常に多
くの情報量を記録／再生することができる。特に、セル
が十分に小さければ、単位面積当たりにより多くの情報
を記録でき、また、レーザー光源から発した通常のレー
ザービームをそのまま用いた照明では複数のセルを同時
に照明してしまうことを利用して、適切なビーム以外で
は正確な情報を再生できなくすることができ、情報隠蔽
効果を高めることができる。

【００３７】または、一方向に並んだ複数のセルには同
一の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異
なる情報が記録された複数種類のセルが配置されている
ことを特徴としている。これにより、同一の情報が記録
されたセル方向に対する情報再生時の照明光の入射位置
の許容度が大きくなり、一方それと直交する方向におい
ては情報記録密度を大きくできる。従って、レーザービ
ーム等を直交方向に走査するなどして、容易に大量の情
報を再生できると共に、走査方向と直交する方向におけ
るビーム等の入射位置精度の要求を低くすることがで
き、安定した多くの情報の再生が簡便に行える。また、
走査によって再生された複数の情報の組み合わせによっ
てはじめて正しい情報が読み取れるようにすることによ
り、偽造防止効果や情報隠蔽性を更に高めることができ
る。

【００３８】このとき、セルの大きさが３００μm以下
であることを特徴としている。セルの大きさを３００μ
m以下とすると、それを画素として階調画像を表現した
際に、画素構造を判別しにくくでき、十分な解像度の画
像を表示できる。また、観察者が顔を近づけて見ること
を想定した場合、セルの大きさは１００μm以下が望ま
しい。１００μm以下であれば、視力1.0の観察者が３０
ｃｍ程度離れて観察する場合でもセル構造は判別しにく
くなり、実際的なほとんどの観察条件下において高品位
な画像として観察することができるようになる。また、
セルサイズを３００μm以下、望ましくは１００μm以下
にすることにより、情報量の増大、情報再生の安定性向
上（照明光の入射する領域はセルサイズ以上が望ましい
ため）などのメリットがある。

【００３９】また、セルに記録された情報が画像である
ことを特徴としている。これにより、情報をスクリーン
に投影するなどして肉眼で観察して、容易に真偽判定が
行える。また、セルを画素として表現した階調画像と、
情報であるところの画像を比較することにより、誰にで
も容易な真偽判定が実現できる（例えば、両者の画像を
同一の絵柄にする、同一の意味を持つ別の画像にする
等）。

【００４０】以下、本発明の具体的な実施例を、図を参
照しながら詳細に説明する。

【００４１】図１は、本発明の表示体の概要を示す図で
ある。本発明の表示体上に、セルを画素として階調を持
った文字や画像が表示されている。各セルは計算機ホロ
グラム（Computer Generated Hologram; ＣＧＨ）であ
り、肉眼で観察される画像の階調が計算機ホログラムの
回折効率の変化により表現されている。すなわち、計算
機ホログラムからの回折光（主として１次回折光）の強
度変化が階調に対応（比例、もしくは反比例）してい
る。ここで、回折効率と階調とを反比例させる場合、厳
密には０次以外の全ての回折効率の和と階調とが反比例
することが望ましいが、一般的には１次回折効率が他の
次数の回折効率よりもずっと大きいため、１次回折効率
と階調とが反比例する条件で十分実用的である。

【００４２】通常の照明条件下では、白色光で本発明の
表示体が照明され、階調画像は記録した情報に依存して
若干虹色を呈して見える場合と、白っぽく見える場合が
ある。記録された情報が空間的に狭い領域（計算機ホロ
グラムからの射出角度範囲において）に対応している場
合に前者のように見え、空間的に比較的広い領域に対応
している場合に後者のように見える。このように、回折
効率の変化で階調画像を表現する際には、計算機ホログ
ラム中に記録した情報の空間的な分布によって目視観察
時の色が変化するが、表示体上の各セルにおいて情報の
空間的な分布領域をほぼ同様にして情報を記録しておけ
ば、目視観察時に表示体が呈する色は均一にできる。一
方、情報の空間的な分布範囲をセル毎に適宜設計して、
目視観察時の各セルにおける観察色を設定することがで
き、階調を伴ったカラー画像の表示も可能である。

【００４３】本発明の表示体では、計算機ホログラムに
記録された情報と、計算機ホログラムのセルを画素とし
て表示される画像は独立にでき、それぞれを任意にデザ
インすることができる。通常の観察条件において肉眼で
観察できるのは、セルを画素として表現された文字や画
像だけであり、計算機ホログラム中に記録されたパター
ンは観察できない。セル毎の回折効率の変化は、情報再
生の際に各セルから再生される情報の明暗に帰結する
が、情報の内容には関与しない。

【００４４】また、本発明の表示体を構成するセルは、
表面レリーフ型計算機ホログラムであってもよく、エン
ボス技術等による安価な量産に適した形態とすることが
できる。

【００４５】図２は、本発明の表示体からの情報再生を
説明する図である。図１の本発明の表示体にレーザービ
ームなどを照明光として入射すると、各セルからの計算
機ホログラムの回折光として情報が再生される。このと
き、本発明の表示体上である程度以上の領域に、同一の
情報を記録した計算機ホログラムのセルを複数配置して
置けば、照明光の入射位置の変動に対する許容量がで
き、再生が容易に確実に行える。また、一度に再生され
る情報が１種類であれば、Ｓ／Ｎの高い、クリアな情報
が再生できる。ここで、通常のレーザービームは１ｍｍ
φ程度以上であることから、同一の情報を記録した領域
の大きさは１ｍｍφ以上が望ましい。

【００４６】図３は、本発明の表示体上の別の位置から
の情報再生を説明する図である。図１の本発明の表示体
に、図２とは別の領域にレーザービームなどを照明光と
して入射した例である。特に、図２とは異なる階調の部
分にレーザービームが入射している様子を示している。
この場合も、各セルの計算機ホログラムからの回折光と
して図２と同一の情報が再生されるが、上述とは情報全
体の明るさが異なる。しかし、再生情報内での明るさの
空間的な分布は上の場合の再生結果に比例し、従って正
確な情報再生が行える。このようにして、表示体上の比
較的広い領域のセルを同一内容の情報を記録したセルと
することにより、誰にでも容易な情報再生が行える。一
方、場所による再生された情報の濃淡を検出して、真贋
判定をより正確に行うことも可能である。

【００４７】図４は、本発明の表示体からの別の情報再
生を説明する図である。図１の本発明の表示体に、図
２、３とは別の領域にレーザービームなどを照明光とし
て入射した例である。ただし、図３とは異なり、図２で
照明した領域とは異なる情報を記録している例を示して
いる。このように、領域毎に記録する情報を変えておく
ことにより、多くの情報が記録できる。多くの情報の記
録・再生は、偽造防止や真贋判定において一層効果的で
ある。最も情報を多くするためには、セル毎に異なる情
報を記録すればよい。また、１セルに記録する情報を多
くすることも、情報量増加には効果的である。なお、図
４では、再生された情報も階調画像である例を示してい
る。

【００４８】図５〜７は、表面レリーフ型計算機ホログ
ラムの場合の本発明の表示体における階調表現例を示し
ている図である。この例では、計算機ホログラムの断面
形状が正弦波に近い場合を図示している。図では、計算
機ホログラムの凹凸を濃淡で示した各図（ａ）と局所断
面拡大図（ｂ）を左右に配置して示している。なお、断
面形状の各図（ｂ）における深さDの半分に相当する部
分に破線を入れているが、破線の上に形状がある部分を
画線部、破線の下を非画線部としている。

【００４９】このとき、図５は、階調が最も明るい部
分、すなわち表示輝度＝１００％に対応するセルに使わ
れる計算機ホログラムの例を示している。すなわち、こ
の計算機ホログラムの画線部と非画線部の幅の割合はお
よそ１：１であり、断面形状における深さDも回折効率
が最大となるようにしている。一方、図６及び図７は、
階調がやや暗い部分、すなわち表示輝度＜１００％に対
応するセルに使われる計算機ホログラムの例を示してい
るが、図６が深さDを図５の場合から変調して回折効率
を減少させているのに対し、図７では画線部と非画線部
の幅のバランスを図５の場合から変調して回折効率を減
少させている。

【００５０】従って、何れの方法でも階調表現が可能で
ある。ただし、図６の方法では、図６（ａ）における画
線部のパターンを変更せずに濃淡（深さ）の変更のみに
よって適当な回折効率の計算機ホログラムができるた
め、記録情報が同一である領域のセルについては多段階
の階調表現時にも計算機ホログラムのパターンは計算し
直す必要がなく、作製が簡便になる。

【００５１】一方、図７の方法では、表現する階調に依
らず、深さは常に一定と出来るため、深さを制御するこ
とが困難な描画装置（例えば一般的な電子線描画装置）
を用いても正確な階調表現が可能となる。また、図７の
方法で作製した本発明の表示体は、作製時に深さの誤差
があっても、全体的な明るさは変化するものの、階調は
正しく表現できる。

【００５２】図８〜１０は、表面レリーフ型バイナリ計
算機ホログラムの場合の本発明の表示体における階調表
現例を示している図である。本発明の表示体において、
セルを構成する計算機ホログラムが表面レリ−フ型であ
り、かつバイナリホログラムである場合の階調表現の例
を図８〜１０に示している。

【００５３】バイナリホログラムの場合、計算機ホログ
ラムの断面形状が矩形となり、計算機ホログラムの計算
時及び作製時のデータ量の減少、作製装置に二値パター
ンの描画機能を持つ様々な装置が適用可能であるという
メリットがある。図では、計算機ホログラムの凹凸を濃
淡で示した各図（ａ）と局所断面拡大図(b)を左右に配
置して示している。なお、断面形状の各図（ｂ）におけ
る深さDの半分に相当する部分に破線を入れているが、
破線の上に形状がある部分を画線部、破線の下を非画線
部としている。

【００５４】このとき、図８は、階調が最も明るい部
分、すなわち表示輝度=１００％に対応するセルに使わ
れる計算機ホログラムの例を示している。すなわち、こ
の計算機ホログラムの画線部と非画線部の幅の割合はお
よそ１：１であり、断面形状における深さDも回折効率
が最大となるようにしている。

【００５５】一方、図９及び図１０は、階調がやや暗い
部分、すなわち表示輝度＜１００%に対応するセルに使
われる計算機ホログラムの例を示しているが、図９が深
さDを図８の場合から変調して回折効率を減少させてい
るのに対し、図１０では画線部と非画線部の幅のバラン
スを図８の場合から変調して回折効率を減少させてい
る。従って、何れの方法でも階調表現が可能である。

【００５６】ただし、図９の方法では、図９（ａ）にお
ける画線部のパターンを変更せずに濃淡（深さ）の変更
のみによって適当な回折効率の計算機ホログラムができ
るため、記録情報が同一である領域のセルについては多
段階の階調表現時にも計算機ホログラムのパターンは計
算し直す必要がなく、作製が簡便になる。一方、図１０
の方法では、表現する階調に依らず、深さは常に一定と
出来るため、深さを制御することが困難な描画装置（例
えば一般的な電子線描画装置）を用いても正確な階調表
現が可能となる。

【００５７】また、図１０の方法で作製した本発明の表
示体は、作製時に深さの誤差があっても、全体的な明る
さは変化するものの、階調は正しく表現できる。

【００５８】以上、本発明の表示体の代表例について説
明したがこれに限らず、以下のようにしてもよい。 ・ 表面レリーフ型の計算機ホログラムについて、凸部
を画線部、凹部を非画線部としたが、画線部と非画線部
は入れ替えてもよい。 ・ 表面レリーフ型の計算機ホログラムの断面形状は、
正弦波状や矩形に限らず、計算機ホログラムの機能を実
現するものならば、どのような断面形状としてもよい。 ・表面レリーフ型の計算機ホログラムに限らず、セルか
らの回折効率を変化させることができれば、振幅変調型
計算機ホログラムも含め、どのような形態の計算機ホロ
グラムでも良い。 ・ 輝度を暗くする場合に画線部の幅を太くする例につ
いて示したが、非画線部の幅を太くしても同様の効果が
ある。 ・ 本発明の表示体のセルを構成する計算機ホログラム
は透過型でも反射型でもよい。

【００５９】

【発明の効果】本発明は、上述したように、セルを画素
として複数配置し、各セルの回折効率に比例、反比例し
て画素の輝度を変調することで階調画像を表示できる。
また、階調画像とは独立したセルに記録された情報を隠
蔽することができることで偽造・改竄行為を目的とした
光学的な複製が困難となる。

【００６０】また、セル毎に、計算機ホログラムにおけ
る局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調量
の差を変調することにより、セルの回折効率を変化させ
ている。位相変調量の変化は、計算機ホログラムを二次
元的な複素振幅変調パターンと見なした際に、計算機ホ
ログラム上の各点毎に複素振幅の位相項のみを変調すれ
ばよいため、計算が簡便であり、作製も容易である。特
に、表面レリーフ型の計算機ホログラムの場合、位相変
調量はレリーフの深さに対応するものであり、深さをセ
ル毎に変調するだけで本発明のホログラム表示体が簡便
に実現できる。

【００６１】また、少なくとも１mmφの領域内にある複
数のセルに同一の情報を記録することにより、情報再生
のために本発明の表示体を照明する光の入射位置が若干
変化しても、安定した情報再生が可能となる。また、通
常のレーザービームは１ｍｍφ前後のビーム径を持つの
で、これをそのまま照明光として利用しても、ビームの
入射領域が同一の情報を再生するセルであるため、複数
のセルからの情報が同時に再生されてもノイズの少な
い、正確な情報が再生される。多くのセルから同一の情
報を再生することは、再生された情報の明るさを向上さ
せる効果もある。

【００６２】更に、表示体上の複数の領域においてそれ
ぞれ異なる情報を記録する場合には、複数の領域からそ
れぞれ異なる情報が再生できるため、情報量を増やすこ
とが出来ると共に、複数の情報を真偽判定に利用するこ
とにより偽造防止効果を一層高めることが出来る。

【００６３】また、セル毎にそれぞれ別の情報が記録さ
れている場合には、非常に多くの情報量を記録／再生す
ることができる。特に、セルが十分に小さければ、単位
面積当たりにより多くの情報を記録でき、情報記録密度
を高めることができる。

【００６４】また、一方向に並んだ複数のセルには同一
の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異な
る情報が記録された複数種類のセルが配置されている場
合には、同一の情報が記録されたセル方向に対する情報
再生時の照明光の入射位置の許容度が大きくなり、一方
それと直交する方向においては情報記録密度を大きくで
きる。従って、レーザービーム等を直交方向に走査する
などして、容易に大量の情報を再生できると共に、走査
方向と直交する方向におけるビーム等の入射位置精度の
要求を低くすることができ、安定した多くの情報の再生
が簡便に行える。また、走査によって再生された複数の
情報の組み合わせによってはじめて正しい情報が読み取
れるようにすることにより、偽造防止効果や情報隠蔽性
を更に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示媒体の概要を説明する模式図であ
る。

【図２】本発明の表示体からの情報再生を説明する図で
ある。

【図３】本発明の表示体上の別の位置からの情報再生を
説明する図である。

【図４】本発明の表示体上からの別の情報再生を説明す
る図である。

【図５】階調が最も明るい部分（輝度表示＝１００％）
に対応したセルの１例であり、（ａ）はセルを構成する
ＣＧＨの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一
部を拡大した断面図、である。

【図６】凹凸の深さによる輝度減少に対応したセルの１
例であり、（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡
で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面
図、である。

【図７】凹凸の線の比による輝度減少に対応したセルの
１例であり、（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃
淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面
図、である。

【図８】本発明のバイナリーホログラムの場合であっ
て、階調が最も明るい部分（輝度表示＝１００％）に対
応したセルの１例であり、（ａ）はセルを構成するＣＧ
Ｈの凹凸を濃淡で表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を
拡大した断面図、である。

【図９】本発明のバイナリーホログラムの場合であっ
て、凹凸の深さによる輝度減少に対応したセルの１例で
あり、（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で表
現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、で
ある。

【図１０】本発明のバイナリーホログラムの場合であっ
て、凹凸の線の比による輝度減少に対応したセルの１例
であり、（ａ）はセルを構成するＣＧＨの凹凸を濃淡で
表現した図、（ｂ）はＣＧＨの一部を拡大した断面図、
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１１Ｂ 7/0065 Ｇ１１Ｂ 7/0065 Ｆターム(参考） 2C005 HA02 HB01 HB10 HB15 JA15 JA18 JA19 JB02 JB08 JB09 KA31 KA40 LA19 LA31 LB17 LB34 2H049 CA05 CA08 CA22 CA28 2K008 AA13 EE04 FF07 FF11 FF21 FF27 HH01 HH02 HH27 5D090 BB16 DD01

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セルを画素として複数配置して画像を表示
   する表示体において、 前記セルが予め設定した情報を物体光として記録した点
   型計算機ホログラムから成り、 各セルの回折効率により前記画像上の画素の輝度を変化
   させることによって階調画像を表示していることを特徴
   とする表示体。
2. 【請求項２】前記セルの回折効率と、前記画像上の画素
   の輝度とが比例していることを特徴とする請求項１に記
   載の表示体。
3. 【請求項３】前記セルの回折効率と、前記画像上の画素
   の輝度とが反比例していることを特徴とする請求項１に
   記載の表示体。
4. 【請求項４】前記セル毎に、前記計算機ホログラムにお
   ける局所的なパターンの画線部と非画線部間の位相変調
   量の差を変調することにより、前記回折効率を変化させ
   ていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
   に記載の表示体。
5. 【請求項５】前記セル内の計算機ホログラムにおける局
   所的なパターンの画線部と非画線部の幅の割合が１：１
   の場合を最大回折効率とし、前記セル毎に前記割合を変
   化させて回折効率を変化させていることを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示体。
6. 【請求項６】前記セル毎に、前記計算機ホログラムにお
   ける局所的なパターンの画線部と非画線部とがその内部
   領域の振幅変調量及び／あるいは位相変調量において各
   々一状態を取るバイナリホログラムであることを特徴と
   する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示体。
7. 【請求項７】前記セル毎に、前記計算機ホログラムにお
   ける局所的なパターンの振幅変調量及び／あるいは位相
   変調量が連続的な値を有し、前記振幅変調量あるいは位
   相変調量の中心値により画線部と非画線部が分けられる
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載
   の表示体。
8. 【請求項８】前記情報が、平面上に配置された複数の情
   報単位の集まりで表現されていることを特徴とする請求
   項１乃至７のいずれか１項に記載の表示体。
9. 【請求項９】前記計算機ホログラムが、前記複数の情報
   単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をフーリエ変
   換して物体光とすることにより得られるフーリエ変換型
   ホログラムであることを特徴とする請求項１乃至８のい
   ずれか１項に記載の表示体。
10. 【請求項１０】前記計算機ホログラムが、前記複数の情
    報単位の集まりに相当する光の複素振幅分布をホログラ
    ム面から有限距離離して配置した位置での物体光として
    設定することにより得られたフレネルホログラムである
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載
    の表示体。
11. 【請求項１１】少なくとも１ｍｍφの領域内にある複数
    の前記セルに同一の情報が記録されていることを特徴と
    する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の表示体。
12. 【請求項１２】表示体上の複数の領域において、それぞ
    れ異なる情報が記録されていることを特徴とする請求項
    １乃至１１のいずれか１項に記載の表示体。
13. 【請求項１３】前記セル毎にそれぞれ別の情報が記録さ
    れていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
    １項に記載の表示体。
14. 【請求項１４】一方向に並んだ複数の前記セルには同一
    の情報が記録され、前記一方向と直交する方向には異な
    る情報が記録された複数種類の前記セルが配置されてい
    ることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に
    記載の表示体。
15. 【請求項１５】前記セルの大きさが３００μm以下であ
    ることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に
    記載の表示体。
16. 【請求項１６】前記セルに記録された情報が画像である
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記
    載の表示体。