JP7009789B2 - 光学素子および個人認証媒体 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、証券やカード媒体、またはパスポートや査証等のためにより高いセキュリティー性を付与するための光学素子と、この光学素子が適用された個人認証媒体とに関する。

近年、表面プラズモンを用いた加飾表示媒体を備えた光学素子の例が、証券、カード媒体および個人認証媒体等の様々なセキュリティー商材分野において報告されている。表面プラズモンは金属界面を伝搬する電磁波であり、この現象を用いて古くはステンドグラス等の着色に利用されている。また、同様にセキュリティー用途での図形、絵柄等の着色手法として、フォトニック結晶等の非常に微細な構造による方式も提案されている。

一方、紙幣用のセキュリティー用途では、基材の耐久性を考慮し、紙基材からポリマー基材へ変更する国が増えている。ポリマー基材にすることで、紙基材では光の反射のみを考慮すれば良かったが、透過光についても設計要素として検討すべきというニーズが高まっている。例えば、特許文献１では、透過観察において、マイクロ文字等の画像情報が観察されることが開示されている。また、特許文献２では、透過観察において、複数の微細な孔による画像情報が観察されることが開示されている。

ＷＯ２０１６－１２５８４３号 特表２０００－５０１０３６号公報

しかしながら、この種の光学素子は従来、片側から観察した光の反射光のみを設計することしか考慮されておらず、透過光の制御までは考慮されていないという問題がある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、証券やカード媒体、またはパスポートや査証等のためにより高いセキュリティー性を付与することができる光学素子を実現することを目的とする。さらに、この光学素子を適用することによって、より高い偽造防止機能を備えた個人認証媒体を実現することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

請求項１の発明は、第１の金属層と、第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層とを離間する金属層間透明層と、前記金属層間透明層とともに、前記第１の金属層を挟むように配置された第１の金属層側透明層と、前記金属層間透明層とともに、前記第２の金属層を挟むように配置された第２の金属層側透明層とが積層されてなる光学素子であって、前記第１の金属層は、前記金属層間透明層における第１の面に、少なくとも１方向に周期的に配置され、前記第１の金属層および前記第２の金属層は、積層方向における形状が凹形状または凸形状であり、前記第１の金属層側透明層側からの入射光の、前記第１の金属層へ入射した成分と、前記第１の金属層の無い部分へ入射した成分とのうち、少なくとも一部が前記第２の金属層において反射する。

従って、請求項１の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、第１の金属層側から入射光が入射した際に、入射光の第１の金属層での反射と、第２の金属層での反射との位相差、第１の金属層と第２の金属層との間での多重反射、および表面プラズモンの効果を用いて、入射光の波長に対して、反射光の波長を制御することが可能となる。また、凹部または凸部の形状を生かし、反射光の位相差に少しランダム性を持たせることによって、反射光に散乱性を持たせることが可能となる。これにより、第１の金属層側から光学素子面に垂直入射した入射光が第１の金属層で反射した際、隣り合う第１の金属層への光の入射成分を分配することも可能となる。
請求項２の発明は、第１の金属層と、第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層とを離間する金属層間透明層と、前記金属層間透明層とともに、前記第１の金属層を挟むように配置された第１の金属層側透明層と、前記金属層間透明層とともに、前記第２の金属層を挟むように配置された第２の金属層側透明層とが積層されてなる光学素子であって、前記第１の金属層は、前記金属層間透明層における第１の面に、少なくとも１方向に周期的に配置され、前記金属層間透明層に、屈折率を調整するための微粒子を添加し、前記第１の金属層側透明層側からの入射光の、前記第１の金属層へ入射した成分と、前記第１の金属層の無い部分へ入射した成分とのうち、少なくとも一部が前記第２の金属層において反射する。
従って、請求項２の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、第１の金属層側から入射光が入射した際に、入射光の第１の金属層での反射と、第２の金属層での反射との位相差、第１の金属層と第２の金属層との間での多重反射、および表面プラズモンの効果を用いて、入射光の波長に対して、反射光の波長を制御することが可能となる。また、金属層間透明層に、例えば、ジルコニアや酸化チタン等の屈折率の高いナノ微粒子を添加することで、媒質の屈折率を上げることが可能となる。また中空フィラーを添加することで、媒質の屈折率を下げることが可能となる。また、微粒子に、金、銀アルミ、銅、チタン、クロムを用いることで、プラズモン効果へ作用させることが可能となる。
請求項３の発明は、第１の金属層と、第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層とを離間する金属層間透明層と、前記金属層間透明層とともに、前記第１の金属層を挟むように配置された第１の金属層側透明層と、前記金属層間透明層とともに、前記第２の金属層を挟むように配置された第２の金属層側透明層とが積層されてなる光学素子であって、前記第１の金属層は、前記金属層間透明層における第１の面に、少なくとも１方向に周期的に配置され、前記第１の金属層は、厚みが１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であり、前記第２の金属層は、厚みが１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であり、前記金属層間透明層における前記第１の面と対向する第２の面に、非周期的に配置され、前記第１の金属層側透明層側からの入射光の、前記第１の金属層へ入射した成分と、前記第１の金属層の無い部分へ入射した成分とのうち、少なくとも一部が前記第２の金属層において反射する。
従って、請求項３の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、第１の金属層側から入射光が入射した際に、入射光の第１の金属層での反射と、第２の金属層での反射との位相差、第１の金属層と第２の金属層との間での多重反射、および表面プラズモンの効果を用いて、入射光の波長に対して、反射光の波長を制御することが可能となる。また、第１の金属層と第２の金属層とを蒸着によって作成することが可能となる。さらに、第２の金属層の厚みを抑え、光の透過性を確保しつつ、積極的にプラズモン効果を出すために、第１の金属層の厚みを出し、かつ反射光成分にて第１の金属層と第２の金属層との間の共鳴効果を実現することも可能となる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項の発明の光学素子において、前記第１の金属層側透明層の屈折率の変調と、前記第２の金属層側透明層の屈折率の変調とにより絵柄を形成する。

従って、請求項４の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、絵柄を形成することができる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明の光学素子において、前記第１の金属層側透明層の屈折率と、前記第２の金属層側透明層の屈折率とが異なることと、前記第１の金属層側透明層の屈折率と、前記金属層間透明層の屈折率とが異なることと、前記金属層間透明層の屈折率と、前記第２の金属層側透明層の屈折率とが異なることとのうちの少なくとも１つが成立する。

従って、請求項５の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、表面プラズモンでの光の共鳴状態を変化させることができるため、反射光のスペクトルをコントロールすることが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１または２の発明の光学素子において、前記第２の金属層は、前記金属層間透明層における前記第１の面と対向する第２の面に、前記第１の金属層が配置される方向と同じ方向に、前記第１の金属層と積層方向において重複しないように周期的に配置される。

従って、請求項６の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、第１の金属層側からだけではなく、第２の金属層側からの入射光の波長分布をコントロールすることも可能となる。また、第１の金属層側と第２の金属層側での波長分布のコントロールを変えることにより、見た目の色味を表裏で変えることも可能となる。さらには、光の素通りを低減し、波長分布のコントロールされた透過光の透過率を高めることも可能となる。

請求項７の発明は、請求項１または２の発明の光学素子において、前記第２の金属層は、前記第１の金属層が、前記第１の面において配置される周期と異なる周期で、前記金属層間透明層における前記第１の面と対向する第２の面に配置される。

従って、請求項７の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、表裏での反射光のスペクトルや強度を変えることが可能となる。

請求項８の発明は、請求項１乃至７のうち何れかの発明の光学素子において、前記第１の金属層と、前記第２の金属層とを、金属材料によって接続する。

従って、請求項８の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、第１の金属層と第２の金属層とが接する境界部に配置された金属材料による反射光も取り入れることで、反射光の位相差を変化させ、さらに反射光の散乱成分を増加させることが可能となる。

請求項９の発明は、請求項１乃至８のうち何れか１項の発明の光学素子において、前記金属層間透明層の厚みを１ｎｍ以上、１．０μｍ以下とする。

従って、請求項９の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、蒸着によって金属層間透明層を作成することが可能となる。また、金属層間透明層によって、第１の金属層と第２の金属層との間の光の回折現象を抑え、反射光および透過光の色の純度を上げることも可能となる。

請求項１０の発明は、請求項１または２の発明の光学素子において、前記第１の金属層、前記第２の金属層ともに、厚みが１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。

従って、請求項１０の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、第１の金属層および第２の金属層の厚みを出すことによって、積極的にプラズモン効果を出すことが可能となるとともに、反射光成分にて第１の金属層と第２の金属層との間の共鳴効果を実現することも可能となる。

請求項１１の発明は、請求項１または２の発明の光学素子において、前記第１の金属層、前記第２の金属層ともに、配置周期が１０ｎｍ以上、１μｍ以下である。

従って、請求項１１の発明の光学素子においては、以上のような手段を講じることにより、光の純度を高く保つことが可能となる。

請求項１２の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項の発明の光学素子である第１の光学素子と、請求項１乃至３のうち何れか１項の発明の光学素子である第２の光学素子とを、前記光学素子面上に配列して備え、前記第１の光学素子において前記第１の金属層が配置される第１の周期と、前記第２の光学素子において前記第１の金属層が配置される第２の周期とは異なる、光学素子群である。

従って、請求項１２の発明の光学素子群においては、以上のような手段を講じることにより、異なる周期構造を有する光学素子を複数配置することで、反射光のスペクトル分布を光学素子毎に制御することができる。これにより、図形や絵柄情報に異なる色分布を付与することが可能となり、多色化を実現することも可能となる。

請求項１３の発明は、請求項１２の発明の光学素子群において、前記第１の周期は、不規則な周期である。

従って、請求項１３の発明の光学素子群においては、以上のような手段を講じることにより、プラズモンの共鳴周波数を不規則とすることができるため、反射光の共鳴スペクトルをブロードにすることが可能となる。

請求項１４の発明では、請求項１乃至１１のうち何れか１項の発明の光学素子、または、請求項１２または１３の発明の光学素子群を備えた個人認証媒体である。

従って、請求項１４の発明の個人認証媒体においては、以上のような手段を講じることにより、透過光成分をコントロールすることができるようになり、もって、高いセキュリティー性を備えることが可能となる。

本発明によれば、証券やカード媒体、またはパスポートや査証等のためにより高いセキュリティー性を付与することができる光学素子を実現することが可能となる。さらに、この光学素子を適用することによって、より高い偽造防止機能を備えた個人認証媒体を実現することが可能となる。

第１の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。 微細凹凸形状を用いて金属層をパターニングするための方法を説明するための断面図である。 第２の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。 第３の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。 第４の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。 第５の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。 第６の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。 第７の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。 第７の実施形態に係る光学素子における金属層の平面配置例を示す平面図である。 第７の実施形態に係る光学素子における金属層の別の平面配置例を示す平面図である。 第７の実施形態に係る光学素子における金属層のさらに別の平面配置例を示す平面図である。 第８の実施形態に係る光学素子の構成例を示す平面図である。 個人認証媒体に適用される光学素子の構成例を示す断面図である。 個人認証媒体に適用される別の光学素子の構成例を示す断面図である。 第９の実施形態に係る個人認証媒体の一例を示す平面図である。 第１０の実施形態に係る秘匿情報記録体に適用される光学素子の構成例を示す断面図である。 第１０の実施形態に係る秘匿情報記録体に適用される光学素子の構成例を示す平面図であり、剥離した際の柄を示す図である。 実施例１におけるシミュレーションに適用された光学素子の構成を示す断面図である。 実施例１の光学素子の諸元を示す図である。 実施例１の光学素子に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。 実施例２におけるシミュレーションに適用された光学素子の構成を示す断面図である。 実施例２の光学素子の諸元を示す図である。 実施例２の光学素子に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。 実施例３の光学素子の諸元を示す図である。 実施例３の光学素子に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。 実施例４の光学素子の諸元を示す図である。 実施例４の光学素子に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。 実施例４の光学素子に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。 実施例４の光学素子に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ先行する実施形態の構成と関連しているので、同様または類似した機能を発揮する構成要素については、重複説明を避け、代わりに、全ての図面を通じて、同一の参照符号を付す。

（第１の実施形態：光学素子）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子１の構成例を示す断面図である。

本実施形態に係る光学素子１は、金属層２２と、金属層２４と、金属層２２と金属層２４とを離間する透明層２６とが積層されてなる。このような構成によって、金属層２２側（すなわち、図中下側）から入射光Ｌが入射した場合、金属層２２へ入射した光の成分Ｌａと、金属層２２の無い部分へ入射した光の成分Ｌｂとのうち、少なくとも一部が金属層２４において反射するようになる。

透明層２６の積層方向（すなわち、ｚ方向）への厚みΔｚは、１ｎｍ以上、１．０μｍ以下が好適である。これによって、蒸着によって透明層２６を作成することが可能となる。また、透明層２６によって、金属層２２と金属層２４との間の光の回折現象を抑え、反射光および透過光の色の純度を上げることも可能となる。

金属層２２は、光学素子面であるｘｙ平面における少なくとも１方向に周期的に配置される。図１の例では、金属層２２は、ｘ方向に長さＬ１を有し、ｘ方向に周期Ｐ１で周期的に配置されている（Ｌ１＜Ｐ１）。周期Ｐ１は、好適には、１０ｎｍ以上、１μｍ以下である。周期Ｐ１が１μｍを超えると、光の回折効果により、光の純度が落ちてしまうが、周期Ｐ１が１μｍ以下であれば、光の純度を高く保つことが可能である。また、金属層２２の厚みは、好適には、１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。

次に、周期Ｐ１で金属層２２を配置するためのパターニング方法について説明する。

図２は、微細凹凸形状を用いて金属層２２をパターニングするための方法を説明するための断面図である。

まず、図２（ａ）のように、樹脂等からなる透明層４４により、微細形状４２を形成する。次に、図２（ｂ）のように、全体にわたって蒸着等で金属膜を成膜する。この場合、微細形状４２の傾斜部には、金属の成膜がされにくいが、それ以外の平坦な部分には、金属の成膜がなされ、金属膜が形成される。この金属膜は、金属層２２となるものである。

その後、全体にエッチングをかけると、図２（ｃ）のように、平坦部に形成された金属膜（金属層２２）は残るが、微細形状４２の傾斜部の金属膜はエッチングされる。

その後、その表面にさらに透明層４４を形成すると、図２（ｄ）のように、微細形状は埋まってしまい、微細形状も無くなり、平坦部に成膜された金属膜が金属層２２として残る。

さらに、フェムト秒レーザ等の短パルスレーザによって部分的な加工を施すことで、金属層２２を露出させることも可能となる。短パルスレーザを用いることで、使用する材料の熱による影響を受けること無く加工することが可能である。

さらにまた、透明層４４の上部に金属層２４を配置すれば、透明層４４は、透明層２６として機能する。

一方、金属層２４は、本実施形態では、金属層２２とは異なり、光学素子面全体に配置されるので、光学素子面において周期的に配置されない。また、金属層２４の厚みは、好適には、１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下である。

これによって、金属層２２と金属層２４との両方を蒸着によって作成することが可能となる。さらに、金属層２４の厚みを抑え、光の透過性を確保しつつ、積極的にプラズモン効果を出すために、金属層２２の厚みを出し、かつ反射光成分にて金属層２２、２４間の共鳴効果を実現することも可能となる。

透明層２６に使用される材料としては、例えば、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、トリアジン（メタ）アクリレート等の熱硬化性樹脂、あるいはこれらの混合物、さらにはラジカル重合性不飽和基を有する熱成形性材料等を使用することが可能である。

透明層２６は、蒸着やスパッタにて薄膜を形成することによって実現することも可能であり、その場合、材料としては、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ、ＴｉＯ_２等、薄膜にて光の透過する物質を使用することが好適である。

金属層２２、２４に使用される材料としては、例えば、金、銀、アルミ、銅、チタン、クロム等が好適である。これら材料を使用することによって、光の反射、散乱、プラズモン共鳴による光の分光コントロールが可能となる。

光の反射、散乱、プラズモン共鳴による光の分光コントロールは、透明層２６の厚みΔｚおよび屈折率、金属層２２の周期Ｐ１、金属層２２、２４の厚み等のパラメータの調整により可能となる。

透明層２６に、屈折率を調整するための微粒子を添加するようにしても良い。透明層２６の媒質に、例えば、ジルコニアや酸化チタン等の屈折率の高いナノ微粒子を添加することで、屈折率を上げることができる。また、中空フィラーを添加すれば、逆に、透明層２６の媒質の屈折率を下げることが可能となる。さらには、微粒子に金、銀アルミ、銅、チタン、クロムを用いることで、プラズモン効果へ作用させることも可能となる。

また、特定エリアの金属層２２、２４を部分的に除去したり、あるいは露出させるために、レジスト原版にＥＢ露光を行い、現像処理、金属層エッチング処理を行うという一般的なフォトリソグラフィーの工程を使用することも可能である。

金属層２２、２４のように金属層が２つある場合、この工程を２回行うことで対処することができる。また、図示していないが、この工程を複数回行うことによって、さらなる金属層を設けることもできる。これによって、より複雑な反射光、透過光の強度、およびスペクトルの設計も可能となる。

以上のような構成によって、本実施形態に係る光学素子１によれば、第１の金属層側から入射光が入射した際に、入射光の第１の金属層での反射と、第２の金属層での反射との位相差、第１の金属層と第２の金属層との間での多重反射、および表面プラズモンの効果を用いて、入射光の波長に対して、反射光の波長を制御することが可能となる。

（第２の実施形態：光学素子）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光学素子２の構成例を示す断面図である。

本実施形態に係る光学素子２は、第１の実施形態に係る光学素子１の変形例であり、金属層２４が、ｘ方向に長さＬ２を有し、ｘ方向に周期Ｐ２で周期的に配置されている（Ｌ２＜Ｐ２）。

さらには、金属層２２と金属層２４とが積層方向、すなわち、図中ｚ方向において重複しないように配置される。これは例えば、長さＬ１＝長さＬ２、周期Ｐ１＝周期Ｐ２とし、ｘ方向において金属層２２と金属層２４とを交互に配置することによって実現される。

周期Ｐ（Ｐ１＝Ｐ２）は、好適には、１０ｎｍ以上、１μｍ以下である。周期Ｐが１μｍを超えると、光の回折効果により、光の純度が落ちてしまう。しかしながら、周期Ｐが１μｍ以下であれば、光の純度を高く保つことが可能である。

このように、金属層２２と金属層２４とが積層方向、すなわち、図中ｚ方向において重複しないように配置される場合、金属層２２、金属層２４ともに、厚みを１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下とする。これによって、積極的にプラズモン効果を出すことを可能とするのみならず、反射光成分にて金属層２２、２４間の共鳴効果を実現することも可能としている。

以上のような構成によって、本実施形態に係る光学素子２によれば、金属層２２側からだけではなく、金属層２４側からの入射光の波長分布をコントロールすることも可能となる。また、金属層２２側と金属層２４側での波長分布のコントロールを変えることにより、見た目の色味を表裏で変えることも可能となる。さらには、光の素通りを低減し、波長分布のコントロールされた透過光の透過率を高めることも可能となる。

（第３の実施形態：光学素子）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。

本実施形態に係る光学素子は、第２の実施形態に係る光学素子２の変形例であり、金属層２２と金属層２４との周期性を一致させない。

図４（ａ）は、周期Ｐ１＝周期Ｐ２、長さＬ２＞長さＬ１とすることによって金属層２２と金属層２４との周期性を一致させないようにした場合における光学素子３の一例を示す断面図である。

図４（ｂ）は、周期Ｐ１＜周期Ｐ２、長さＬ１＜長さＬ２とすることによって金属層２２と金属層２４との周期性を一致させないようにした場合における光学素子３’’の一例を示す断面図である。

図４（ｃ）は、周期Ｐ１＜周期Ｐ２、長さＬ１＞長さＬ２とすることによって金属層２２と金属層２４との周期性を一致させないようにした場合における光学素子３’’’の一例を示す断面図である。

以上のような構成によって、本実施形態に係る光学素子によれば、金属層２２と金属層２４との周期性を一致させないことで、光の回折方向を変化させ、プラズモン共鳴の波長をコントロールすることによって、表裏での反射光スペクトルや、反射光強度を変えることが可能となる。

（第４の実施形態：光学素子）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る光学素子の構成例を示す断面図である。

本実施形態に係る光学素子は、第２の実施形態に係る光学素子２の変形例であり、金属層２２の下層側（図中下側）に、透明層２８が積層され、金属層２４の上層側（図中上側）に、透明層３０が積層された構成としている。

図５（ａ）は、透明層２６、透明層２８、および透明層３０が、何れも異なる材質からなる場合における光学素子４の一例を示す断面図である。光学素子４では、透明層２８の屈折率ｎ１と、透明層３０の屈折率ｎ３とが異なることと、透明層２８の屈折率ｎ１と、透明層２６の屈折率ｎ２とが異なることと、透明層２６の屈折率ｎ２と、透明層３０の屈折率ｎ３とが異なることとのうちの少なくとも１つが成立する。

図５（ｂ）は、透明層２６が透明層２８と同じ材質からなる場合における光学素子４’の一例を示す断面図である。従って、光学素子４’では、金属層２２は、透明層２８に埋め込まれて配置されるように図示されている。

透明層２８、３０もまた、透明層２６と同様に、蒸着やスパッタにて薄膜を形成することによって実現されることが可能である。その場合、材料としては、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ、ＴｉＯ_２等のように、薄膜にて光を透過する物質を使用することが好適である。

以上のような構成によって、本実施形態に係る光学素子によれば、表面プラズモンでの光の共鳴状態を変化させることができるため、反射光スペクトルをコントロールすることが可能となる。

（第５の実施形態：光学素子）
図６は、本発明の第５の実施形態に係る光学素子５の構成例を示す断面図である。

本実施形態に係る光学素子５は、図５（ｂ）に示す光学素子４’の変形例であり、透明層２８に凹凸形状を設け、凹部に凸形状の金属層２２を、凸部に凸形状の金属層２４を蒸着により配置し、これら金属層２２、２４の表面を透明層３０で覆うとともに、透明層２８の下層側に、基材３４を積層した構成としている。

基材３４に使用される材料としては、ガラス基材の様なリジッドなものでも良いし、フィルム基材でも良い。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）等のプラスチックフィルムを使用することができるが、図示しない光学機能層を設ける時にかかる熱や圧力等によって変形や変質の少ない材料を使用することが望ましい。なお、用途や目的によっては紙や合成紙、プラスチック複層紙や樹脂含浸紙等を基材３４として使用しても良い。

本実施形態に係る光学素子５によれば、透明層２８の凹凸形状の裾野の傾斜角度によって、金属層２２、２４を蒸着した際に金属が成膜されない様に加工をすることが可能である。これによって、金属層２２と金属層２４との周期が同一とすることが可能となる。

（第６の実施形態：光学素子）
図７は、本発明の第６の実施形態に係る光学素子６の構成例を示す断面図である。

本実施形態に係る光学素子６は、第５の実施形態に係る光学素子５の変形例であり、金属層２２の形状を、凸形状ではなく、凹形状にしたものである。

以上のような構成によって、本実施形態に係る光学素子６によれば、金属層２２および金属層２４の積層方向、すなわちｚ方向における形状を凹形状または凸形状とすることによって、凹部または凸部の形状を生かし、反射光の位相差に少しランダム性を持たせることによって、反射光に散乱性を持たせることが可能となる。これにより、図中下側から光学素子６に垂直入射した入射光が、金属層２２で反射した際、隣り合う金属層２２への光の入射成分を分配することも可能となる。

（第７の実施形態：光学素子）
図８は、本発明の第７の実施形態に係る光学素子７の構成例を示す断面図である。

本実施形態に係る光学素子７は、第６の実施形態に係る光学素子６の変形例であり、図７に示す光学素子６における金属層２２と金属層２４とを、金属材料３６によって接続した構成としている。金属材料３６は、凹凸形状の透明層２８の裾野の傾斜部に金属を成膜することによって実現する。

図９は、図８に対応する光学素子７における金属層２２、２４の平面配置例を示す平面図である。

図８のような構成において、金属層２２と金属層２４とがｙ方向に延びている場合、図９に示すように、金属層２２と金属層２４とがｘｙ平面においてストライプ状に配置される。

図１０は、図８に対応する光学素子７における金属層２２、２４の別の平面配置例を示す平面図である。

金属層２２と金属層２４とが、ｘｙ平面において、同一サイズの正方形状であり、ｘ方向およびｙ方向においてそれぞれ等しい周期で正方格子状に交互に配置されている場合、光学素子７における金属層２２、２４の平面配置は図１０に示す通りとなる。

図１１は、図８に対応する光学素子７における金属層２２、２４のさらに別の平面配置例を示す平面図である。

この例においても、金属層２２と金属層２４とは、ｘｙ平面において、同一サイズの正方形状である。そして、金属層２２と金属層２４とは、ｘ方向においては、等しい周期で交互に一列に配列されている。しかしながら、ｙ方向における配置位置は一列に揃ってはおらず、Ｘ１に示すような奇数行の配列と、Ｘ２に示すような偶数行の配列とでは、ｘ方向に、１／２周期程度ずれている。

再び図８に示されるように、凹凸形状の透明層２８の傾斜が緩やかになるほど、金属材料３６は成膜されやすくなる。金属材料３６が成膜されると、透過光の割合は減り、反射光の割合が増える。また、プラズモン共鳴による効果についても、金属材料３６の有無によって変化がある。

以上のような構成によって、本実施形態に係る光学素子７によれば、金属層２２と金属層２４の接する境界部に配置された金属材料３６による反射も取り入れることで、反射光の位相差を変化させ、さらに反射光の散乱成分を増加させることが可能となる。

（第８の実施形態：光学素子群）
図１２は、本発明の第８の実施形態に係る光学素子１１の構成例を示す平面図である。

本実施形態に係る光学素子１１は、複数の単位セル４０から構成される。図１２では、４つの単位セル４０（＃１）～（＃４）を示しているが、これは一例であり、それよりも多い、または、それよりも少ない単位セル４０から構成されていても良い。

図１２に例示する各単位セル４０には何れも、図１０を用いて図示および説明したような光学素子７が、ｘｙ平面上に配列されている。

図１２に例示する光学素子１１では、金属層２２、２４のサイズは、単位セル４０毎に異なっており、単位セル４０（＃１）では、最も小さく、単位セル４０（＃２）、単位セル４０（＃３）、単位セル４０（＃４）の順に大きくなっている。したがって、周期も単位セル４０（＃１）では最も小さく、単位セル４０（＃２）、単位セル４０（＃３）、単位セル４０（＃４）の順に大きくなっている。

また、単位セル４０（＃１）～（＃４）のうちの何れかにおいて、周期を不規則にしても良い。

このように、光学素子１１は、周期の異なる複数の光学素子７がｘｙ平面上に配列されてなる光学素子群と理解することができる。

以上のような構成によって、本実施形態に係る光学素子１１によれば、異なる周期構造を有する複数の単位セル４０をｘｙ平面上に配列することで、反射光のスペクトル分布を、各単位セル４０毎に制御することができる。これにより、図形や絵柄情報に異なる色分布を付与することが可能となり、多色化を実現することも可能となる。

特に、単位セル４０（＃１）～（＃４）のうちの何れかの周期を、不規則にすることによって、プラズモンの共鳴周波数が不規則になるため、反射光の共鳴スペクトルをブロードにすることも可能となる。

（第９の実施形態：個人認証媒体）
前述した各実施形態において説明した光学素子の個人認証媒体への適用例にについて説明する。

図１３は、個人認証媒体に適用される光学素子１２の構成例を示す断面図である。

光学素子１２は、図１に例示される光学素子１の金属層２２の下層側（図中下側）に、透明層２８が積層され、さらに透明層２８の下層側（図中下側）に、基材３４が積層され、金属層２４の上層側（図中上側）に、透明層３０が積層されている。透明層３０が接着層として機能することにより、光学素子１２が、媒体３８に貼り付けられる。

図１４は、個人認証媒体に適用される別の光学素子１３の構成例を示す断面図である。

図１４に示す光学素子１３は、図１３に示す光学素子１２の変形例であり、透明層２８と基材３４との間に剥離層４１が設けられている。このような構成により、媒体３８への貼り付け後、剥離層４１によって、基材３４を剥離することが可能となる。

剥離層４１に適用される材料は、例えば、樹脂および滑剤である。樹脂としては、例えば、アクリル樹脂やポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂のように、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等が好適である。

また、滑剤としては、ポリエチレンパウダー、パラフィンワックス、シリコーン、カルナバロウ等のワックスが好適である。

これらは剥離層４１として、基材３４層上にグラビア印刷法やマイクログラビア法等、公知の塗布方法によって形成される。剥離層４１の厚みは、例えば０．５μｍ及至５μｍの範囲内である。

接着層として機能する透明層３０によって光学素子１３を媒体３８に接着した後、基材３４が不要な場合、このような剥離層４１において基材３４を剥がして除去する。

図１５は、図１３または図１４のように、光学素子１２、１３が媒体３８に貼り付けられてなる本実施形態に係る個人認証媒体４６の一例を示す平面図である。

媒体３８には、「ＣＡＲＤ」、「０１２３ ４５６７ ８９０１」、「ＴＡＲＯ ＡＢＣＤＥＦ」のような文字情報が印刷されており、媒体３８の右側の一部に顔形状の光学素子１２または光学素子１３が貼り付けられている。

以上のような構成によって、本実施形態に係る個人認証媒体４６によれば、光学素子１２、１３部分において透過光成分をコントロールすることが可能な、高いセキュリティー性を実現することが可能となる。

（第１０の実施形態：秘匿情報記録体）
前述した各実施形態において説明した光学素子の秘匿情報記録体への適用例にについて説明する。

図１６は、第１０の実施形態に係る秘匿情報記録体に適用される光学素子の構成例を示す断面図である。

図１７は、第１０の実施形態に係る秘匿情報記録体に適用される光学素子の構成例を示す平面図であり、剥離した際の柄を示す図である。

図１６は、透明層３０が接着層として機能するようにした場合の構成例を示している。この場合、金属層２４にアンカー層３２が部分的に設けられる。このアンカー層３２が設けられていない部分では、媒体３８側に、透明層３０が残り、透明樹脂残存部となり、アンカー層３２が設けられた部分は、金属層２４から、透明層３０が剥離し、剥離部となる。このアンカー層３２を部分的に設けることで、剥がした際に図１７（ｂ）のような柄が発現する。なお、媒体３８側には、金属層２４がないため、図１７（ａ）に示すように、柄は発現しない。アンカー層３２には、有機シラン化合物、塩化ビニル酢酸ビニル共重合樹脂等を用いることができる。アンカー層３２の厚さは、０．１μｍ以上、１μｍ以下とすることができる。

図１７（ｂ）に示す例では、剥がした際に、「ＶＥＩＬＥＤ」の文字が浮かび上がってくる。この「ＶＥＩＬＥＤ」の文字の部分は、金属層２４上の接着樹脂がないため、金属層２４でのプラズモンの共鳴周波数が変化し、光の透過、反射スペクトルが、接着樹脂層がある領域と異なる発色となる。そのため、接着樹脂の有無により異なる発色となるため、文字を識別しやすい。また、接着層は、破断しやすいため高精細な文字を表示できる。

このような表示素子を用いれば、表示素子を剥がす前には、文字等が認識されず、剥がした後では、鮮明な文字を認識できる。また、その文字は、光学素子側だけに現れる。なお、図１７では、金属層２２に柄を形成する例を示したが、金属層２４に柄を形成することもできる。また、図１６の構成において、金属層２２および透明層２８を省くこともできる。

上記説明したような光学素子に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションの結果を、実施例１～４として以下に説明する。

（実施例１）
図１８は、実施例１において考慮された光学素子１４の構成を示す断面図である。

図１８に例示される光学素子１４は、透明層２６、金属層２２、および透明層２８がこの順に積層されてなる。ただし、金属層２２は、ｘ方向に一定の周期Ｐ１で配置されている一方、ｙ方向には延びており、ｚ方向から見た場合、ｙ方向に連続する金属層２２の帯が、ｘ方向に周期Ｐ１で配置されたストライプ状に見える。金属層２２が欠如している部位は、透明層２８によって満たされている。

図１９は、実施例１の光学素子１４の金属層２２、透明層２６、透明層２８の諸元を示す図である。

図１９（ａ）に示すように、透明層２６は、材質がＳｉＯ_２、屈折率ｎ２＝１．５、厚みΔｚ＝１００ｎｍである。図１９（ｂ）に示すように、金属層２２は、材質がＡｌ、厚みＴ１＝１５０ｎｍ、周期Ｐ１＝４００ｎｍ、ｘ方向の長さＬ１＝２００ｎｍである。図１９（ｃ）に示すように、透明層２８は、材質が空気であり、屈折率ｎ１＝１である。

図２０は、実施例１の光学素子１４に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。図２０（ａ）は、図１８における下部側である透明層２８側から光学素子１４に入射した入射光が、金属層２２において反射した成分を示す分光スペクトルであり、図２０（ｂ）は、同入射光が、透明層２６を透過した後の分光スペクトルである。図２０（ａ）、（ｂ）ともに横軸は光の波長（μｍ）を示し、縦軸は１．０を最大値とした光の反射光成分、透過光成分の相対強度である。光の偏光を区別するために、ＴＥ（水平偏光）、ＴＭ（垂直偏光）の両方を記載している。

図２０（ａ）に示す反射光スペクトルでは、０．６μｍおよび０．４μｍ付近にピークが見える。ただし０．４μｍのピークは若干なだらかであり、シャープであるとは言えない。この結果、この付近の光の波長の純度が下がる。

（実施例２）
図２１は、実施例２において考慮された光学素子１５の構成を示す断面図である。

図２１に例示される光学素子１５は、図１８に例示される光学素子１４の透明層２６の上層側に金属層２４を積層し、さらに金属層２４の上層側に透明層３０を積層している。金属層２４は、周期構造がなく、ｘｙ平面一面に存在する。

すなわち、実施例２における光学素子１５は、実施例１における光学素子１４に対して、透明層２６の上層側にさらに、金属層２４および透明層３０が積層されている点が異なる。

図２２は、実施例２の光学素子１５の金属層２２、２４、透明層２６、２８、３０の諸元を示す図である。

図２２（ａ）に示すように、透明層３０は、材質がＳｉＯ_２、屈折率ｎ１＝１．５である。図２２（ｂ）に示すように、金属層２４は、材質がＡｌ、厚みＴ２＝５ｎｍである。図２２（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す透明層２６、金属層２２、透明層２８の諸元は、図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す実施例１と同一である。

図２３は、実施例２の光学素子１５に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。図２３（ａ）は、図２１における下部側である透明層２８側から光学素子１５に入射した入射光が、金属層２２において反射した成分を示す分光スペクトルであり、図２３（ｂ）は、同入射光が、金属層２４を透過した後の分光スペクトルである。図２３（ａ）、（ｂ）ともに横軸は光の波長（μｍ）を示し、縦軸は１．０を最大値とした光の反射光成分、透過光成分の相対強度である。光の偏光を区別するために、ＴＥ（水平偏光）、ＴＭ（垂直偏光）の両方を記載している。

実施例２では、厚み５ｎｍのＡｌの金属層２４を設けたことにより、０．４μｍ付近の光の波長の純度が上がる。その結果、図２３（ａ）に示す反射光スペクトルは、図２０（ａ）に示す実施例１の反射光スペクトルと比較して、０．４μｍ付近のピークが若干鋭くなっている。

それに伴い、図２３（ｂ）に示す透過スペクトルは、図２０（ｂ）に示す実施例１の透過スペクトルと比較して、０．６μｍ以上の光の反射が抑えられ、０．４μｍ～０．６μｍにおける値が際立つようになる。

実施例１と、実施例２との比較から、金属層２４を設けることにより、色の純度を上げることが可能となることが分かる。このような光の目視効果は、セキュリティー性の向上に活用することが可能である。

（実施例３）
実施例３でもまた、実施例２と同様に、図２１に示すような構成の光学素子１５をシミュレーションに適用した。

図２４は、実施例３の光学素子１４の金属層２２、２４、透明層２６、２８、３０の諸元を示す図である。

図２４（ａ）に示すように、透明層３０は、材質が空気、屈折率ｎ１＝１．０としている点が実施例２とは異なる。図２４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す金属層２４、透明層２６、金属層２２、透明層２８の諸元は、図２２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す実施例２における諸元と同一である。

図２５は、実施例３の光学素子１５に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。

図２５に示される分光スペクトルの結果を、実施例２で得られた図２３に示される分光スペクトルの結果と比較して説明する。

図２３と比較して図２５では、ＴＥ、ＴＭを平均化すると、光のスペクトルにピークがほとんど見られず、目視にて観察して場合、白色として観察できるようになる。実施例３は、実施例２と比べて、透明層３０の屈折率しか異なっていないので、透明層３０の屈折率を変えることで、色を付けたり、白色にしたりするスイッチ効果を持たせることが可能となることが分かる。

セキュリティーの分野においては、例えば、図１３の様な断面構成の媒体３８において、偽造のために、媒体３８から光学素子１２が剥離されることが想定される。

これに対して、前述したような白色にするスイッチ効果を活用すれば、金属層２４側から透明層３０が剥離されると、色の付いていた部分を白色化させることによって、剥がされたことを認識することが可能となる。また、剥がされたものが再度付着されても、気泡等が混入してしまい、色の再現がまばらになってしまうので、剥離を隠ぺいすることも不可能となる。

（実施例４）
実施例４でもまた、実施例２と同様に、図２１に示すような構成の光学素子１５をシミュレーションに適用した。

図２６は、実施例４の光学素子１４の金属層２２、２４、透明層２６、２８、３０の諸元を示す図である。

実施例４では、金属層２２の周期Ｐ１の周期を変化させた場合の光学特性の変化を把握するために、図２６（ｄ）に示すように、金属層２２の周期Ｐ１を、３００、４００、５００ｎｍと変化させている。図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）に示す透明層３０、金属層２４、透明層２６、透明層２８の諸元は、図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）に示す実施例２における諸元と同一である。従って、金属層２２の周期Ｐ１が４００ｎｍの場合は、実施例２の条件と同一である。

図２７乃至図２９は、実施例４の光学素子１５に対してなされたＲＣＷＡ法によるシミュレーションによって得られた分光スペクトルである。図２７は、金属層２２の周期Ｐ１が３００ｎｍである場合、図２８は、金属層２２の周期Ｐ１が４００ｎｍである場合、図２９は、金属層２２の周期Ｐ１が５００ｎｍである場合における結果である。図２８は、図２３と同一である。

図２７乃至図２９を見て分かるように、金属層２２の周期Ｐ１を変化させることで、反射および透過光のスペクトルを変化させることが可能となる。

なお、結果は図示していないが、例えば図３乃至図８のように、金属層２４にも周期Ｐ２を設定し、周期Ｐ２の値を変化させても、反射および透過光のスペクトルを変化させることが可能となる。

さらに、金属層２２、２４の周期のみならず、金属層２２、２４の厚み、凹凸、透明層２６、２８、３０の材質、厚み、金属材料３６の材質、厚み、傾斜角等のようなパラメータを変化させても、反射光、透過光に様々な変化を与えることが可能となる。すなわち、これらも、色を変化させるパラメータとして機能するので、光学素子の構成をより複雑にすることによって、色を変化させるパラメータが増えるので、反射光や透過光をより緻密にコントロールすることが可能となる。

このように、本発明によれば、証券やカード媒体、またはパスポートや査証等のためにより高いセキュリティー性を付与することができる光学素子を実現することが可能となる。

さらに、この光学素子を適用することによって、より高い偽造防止機能を備えた個人認証媒体を実現することが可能となる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１～７、１１～１５・・光学素子、２２、２４・・金属層、２６、２８、３０、４４・・透明層、３２・・アンカー層、３４・・基材、３６・・金属材料、３８・・媒体、４０・・単位セル、４１・・剥離層、４２・・微細形状、４６・・個人認証媒体。

Claims (14)

1. 第１の金属層と、
   第２の金属層と、
   前記第１の金属層と前記第２の金属層とを離間する金属層間透明層と、
   前記金属層間透明層とともに、前記第１の金属層を挟むように配置された第１の金属層側透明層と、
   前記金属層間透明層とともに、前記第２の金属層を挟むように配置された第２の金属層側透明層とが積層されてなる光学素子であって、
   前記第１の金属層は、前記金属層間透明層における第１の面に、少なくとも１方向に周期的に配置され、
   前記第１の金属層および前記第２の金属層は、積層方向における形状が凹形状または凸形状であり、
   前記第１の金属層側透明層側からの入射光の、前記第１の金属層へ入射した成分と、前記第１の金属層の無い部分へ入射した成分とのうち、少なくとも一部が前記第２の金属層において反射する、光学素子。
2. 第１の金属層と、
   第２の金属層と、
   前記第１の金属層と前記第２の金属層とを離間する金属層間透明層と、
   前記金属層間透明層とともに、前記第１の金属層を挟むように配置された第１の金属層側透明層と、
   前記金属層間透明層とともに、前記第２の金属層を挟むように配置された第２の金属層側透明層とが積層されてなる光学素子であって、
   前記第１の金属層は、前記金属層間透明層における第１の面に、少なくとも１方向に周期的に配置され、
   前記金属層間透明層に、屈折率を調整するための微粒子を添加し、
   前記第１の金属層側透明層側からの入射光の、前記第１の金属層へ入射した成分と、前記第１の金属層の無い部分へ入射した成分とのうち、少なくとも一部が前記第２の金属層において反射する、光学素子。
3. 第１の金属層と、
   第２の金属層と、
   前記第１の金属層と前記第２の金属層とを離間する金属層間透明層と、
   前記金属層間透明層とともに、前記第１の金属層を挟むように配置された第１の金属層側透明層と、
   前記金属層間透明層とともに、前記第２の金属層を挟むように配置された第２の金属層側透明層とが積層されてなる光学素子であって、
   前記第１の金属層は、前記金属層間透明層における第１の面に、少なくとも１方向に周期的に配置され、
   前記第１の金属層は、厚みが１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であり、
   前記第２の金属層は、厚みが１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であり、前記金属層間透明層における前記第１の面と対向する第２の面に、非周期的に配置され、
   前記第１の金属層側透明層側からの入射光の、前記第１の金属層へ入射した成分と、前記第１の金属層の無い部分へ入射した成分とのうち、少なくとも一部が前記第２の金属層において反射する、光学素子。
4. 前記第１の金属層側透明層の屈折率の変調と、前記第２の金属層側透明層の屈折率の変調とにより絵柄を形成するようにした、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学素子。
5. 前記第１の金属層側透明層の屈折率と、前記第２の金属層側透明層の屈折率とが異なることと、前記第１の金属層側透明層の屈折率と、前記金属層間透明層の屈折率とが異なることと、前記金属層間透明層の屈折率と、前記第２の金属層側透明層の屈折率とが異なることとのうちの少なくとも１つが成立する、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の光学素子。
6. 前記第２の金属層は、前記金属層間透明層における前記第１の面と対向する第２の面に、前記第１の金属層が配置される方向と同じ方向に、前記第１の金属層と積層方向において重複しないように周期的に配置される、請求項１または２に記載の光学素子。
7. 前記第２の金属層は、前記第１の金属層が、前記第１の面において配置される周期と異なる周期で、前記金属層間透明層における前記第１の面と対向する第２の面に配置される、請求項１または２に記載の光学素子。
8. 前記第１の金属層と、前記第２の金属層とを、金属材料によって接続した、請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の光学素子。
9. 前記金属層間透明層の厚みを１ｎｍ以上、１．０μｍ以下とした、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の光学素子。
10. 前記第１の金属層、前記第２の金属層ともに、厚みが１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の光学素子。
11. 前記第１の金属層、前記第２の金属層ともに、配置周期が１０ｎｍ以上、１μｍ以下である、請求項１または２に記載の光学素子。
12. 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学素子である第１の光学素子と、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の光学素子である第２の光学素子とを、光学素子面上に配列して備え、前記第１の光学素子において前記第１の金属層が配置される第１の周期と、前記第２の光学素子において前記第１の金属層が配置される第２の周期とは異なる、光学素子群。
13. 前記第１の周期は、不規則な周期である請求項１２に記載の光学素子群。
14. 請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の光学素子、または、請求項１２または１３に記載の光学素子群を備えた個人認証媒体。

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