JPH09134111A - 情報記録媒体 - Google Patents

情報記録媒体

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JPH09134111A
JPH09134111A JP8201372A JP20137296A JPH09134111A JP H09134111 A JPH09134111 A JP H09134111A JP 8201372 A JP8201372 A JP 8201372A JP 20137296 A JP20137296 A JP 20137296A JP H09134111 A JPH09134111 A JP H09134111A
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JP
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image
information recording
recording medium
images
diffraction pattern
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JP8201372A
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Rene Staub
スタウフ ルネ
Wayne Robert Tompkin
ロバート トンプキン ウェイン
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Original Assignee
Landis and Gyr Technology Innovation AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリーン上で観察でき、あるいは光電検出
器を用いてその強度分布を検査することができ、しかも
偽造が困難な情報記録媒体を提供する。 【解決手段】 情報記録媒体２は、微視的に細かい凹凸
構造９から形成され、コヒーレント光１０で照明した場
合に２つの空間的に異なる方向において物体の第１と第
２の像１１、１２を発生させる少なくとも１つの回折パ
ターンを有する。各像はスクリーン上で観察することが
でき、あるいは光電検出器を用いて分析することができ
る。２つの像は光度の強い像点および／または比較的光
度の弱い像点を有し、第１の像の光度の強い像点に対応
して第２の像の光度の弱い像点が形成される。この種の
情報記録媒体２は、例えば紙幣、パスポート、証明書、
クレジットカードなど全ての種類の書類用の機密保護要
素として適しており、機密情報はコヒーレント光で照明
した場合に観察できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報記録媒体、更
に詳細には、微視的に細かい凹凸構造から形成された回
折構造を有し、かつコヒーレント光（干渉性の光）で照
明された場合に空間的に分離した２方向に物体の第１と
第２の像を発生させる少なくとも１つの回折パターンを
備えた情報記録媒体に関する。また、本発明は、この情
報記録媒体の真偽を手動および／または機械的に検証す
る装置に関する。
【０００２】この種の情報記録媒体は好ましくは全ての
種類の書類用の機密保護要素として使用するのに適して
いる。というのはこの情報記録媒体にはコヒーレント光
で照明した場合にのみ目または光電検出器で識別できる
情報が設けられているからである。
【０００３】
【従来の技術】フーリエ、フレネル並びにフラウンホー
ファーホログラムでは、ホログラフィを用いて記録され
た物体は通常の照明状況、すなわちほぼコヒーレントで
ない（非干渉性）照明状況では見ることができない。し
かしコヒーレント光でホログラムを照明した場合には物
体は実像あるいは虚像として再現することができる。そ
れに対して例えばレインボーホログラムのような白色光
ホログラムの場合、あるいは所定の立体ホログラムの場
合には記録された物体は通常の照明状況でも識別するこ
とができる。ホログラフィーの分野の概略は、１９７９
年にアカデミックプレス出版社（Academic Press）から
出版された書籍「光学ホログラフィーのハンドブック
（Handbook of Optical Holography）」に記載されてい
る。
【０００４】ドイツ公開公報第４２３７４１５号から
は、レーザー光で照明した場合ホログラフィを用いて撮
影された二次元の物体の像を発生させるフーリエ変換ホ
ログラムを有する情報記録媒体が知られており、この物
体の像は対応して配置されたスクリーン上で見ることが
できる。スクリーン上に物体の可視像を発生させるため
には、レーザー光線によってホログラムのごく僅かの部
分面を照明するだけで十分である。すなわちフーリエ・
ホログラムは、このようにして再現された像が情報記録
媒体の変形には無関係であって、大きな焦点深度も有す
るという好ましい特性を有する。上記に引用した書籍の
フーリエホログラムに関する部分からは、再現する場合
に物体の単独の直接像だけではなく、第２の共役像も発
生することが知られている。照明方向が垂直である場合
には、両像はレーザー光線の軸に対して点対称に配置さ
れ、等しい輝度を有する。
【０００５】コヒーレント光で照明した場合にフーリエ
ホログラムによって発生する「ＣＳＩＲＯ」という語を
示す物体の２つの像の例が、ケンブリッジ大学出版（Ca
mbridge University Press）の「現代光学におけるケン
ブリッジの研究：２（Cambridge Studies in Modern Op
tics:2）」シリーズのピー・ハリハラン（P.Harihara
n）の書籍「光学ホログラフィー（Optical Holograph
y）」（ISBN0521311632）に写真で示されている。
【０００６】フーリエホログラムと通常の照明状況の元
で見ることのできるホログラムとの組み合せは、コヒー
レント光、例えばレーザーを用いて照明すると、スクリ
ーン上に「ＡＢＮＨ」という文字が観察されるユーロチ
ェックカードで実現されている。
【０００７】フーリエホログラムは、例えば表面レリー
フとも呼ばれる微視的に細かい凹凸構造（レリーフ構
造）として実現できるので、熱可塑性の層に刻印するこ
とによって、またはＵＶ硬化性の層に型どりすることに
よって安価な方法で製造することができる。可視光を発
するレーザーで照明すると、対応して配置されたスクリ
ーン上に物体の２つの像を等しい輝度で見ることができ
る。
【０００８】フーリエホログラフィーの代わりにコンピ
ュータで形成されるホログラムを用いて所定の像を発生
させることも可能である。特に適しているのが、表面レ
リーフとして製造することのできるキノフォーム（Kino
form）である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、スク
リーン上で観察することができ、かつ／または適当に配
置された光電検出器を用いてその強度分布を検査するこ
とができ、かつホログラフィ技術では模倣も複写もでき
ない像をコヒーレント光で照明した場合に発生させるこ
とが可能な情報記録媒体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、微視的
に細かい凹凸構造から形成された回折構造（９）を有
し、かつコヒーレント光（１０）で照明された場合に空
間的に分離した２方向に物体の第１と第２の像（２１、
２２）を発生させる少なくとも１つの回折パターン（１
７）を備えた情報記録媒体（２）であって、前記像（２
１、２２）がスクリーン（２４）上で観察されるかある
いは光電検出器（２７）を用いて分析することができる
情報記録媒体において、回折パターン（１７）は、前記
２つの像（２１、２２）が光度の強いおよび／または比
較的光度の弱い像点（１９、２０）を有し、かつ第１の
像（２１）の光度の強い像点（１９）に対応して第２の
像（２２）の光度の弱い像点（２０）が形成され、また
その逆の関係で形成されるような特性を有することを特
徴とする情報記録媒体によって解決される。
【００１１】本発明の好ましい実施形態では、第１の像
（２１）は、主として光度の強い像点（１０）を有し、
第２の像（２２）は主として光度の弱い像点（２０）を
有する。
【００１２】また、本発明の好ましい実施形態では、第
１と第２の像（２１、２２）は、回折パターン（１７）
を垂直入射方向でコヒーレントに照明した場合に入射方
向に関して点対称になる。
【００１３】更に、本発明の好ましい実施形態では、第
１の像（２１）は、第１の物体の光度の強い映像と第２
の物体の光度の弱い映像からなり、前記２つの映像が互
いに少なくとも部分的に重なり合い、また第２の像（２
２）が第１の物体の光度の弱い映像と第２の物体の光度
の強い映像からなり、これらの映像も同様に少なくとも
部分的に重なり合う。
【００１４】また、本発明の好ましい実施形態では、回
折パターン（１７）が、少なくとも２つの異なる回折構
造（９）の重ね合わせまたは並置によって形成される。
あるいは、回折パターン（１７）は、フーリエホログラ
ムまたはキノフォームと、基本凹凸形状を与える非対称
な凹凸形状を備えた回折構造（９）との重ね合わせとし
て形成される。
【００１５】本発明の他の実施形態では、回折パターン
（１７）が単純な回折構造（９）から形成されており、
コヒーレント光で照明した場合に限定された数の反射さ
れる回折光線（１１、１２）のみが発生され、回折光線
（１１、１２）の空間的な分離は、回折光線（１１、１
２）の最大発散よりも大きい。
【００１６】更に、本発明の好ましい実施形態では、情
報記録媒体（２）は、通常の照明状況の元での情報記録
媒体（２）の回転または揺動時に変化する光学的効果を
発生させる他の回折構造を有する。
【００１７】また、本発明は、コヒーレント光を発する
光源（２６）と、情報記録媒体（２）または情報記録媒
体（２）を備えた書類（１３）を収容する台（２５）
と、観察スクリーン（２４）および／または光電検出器
（２７）とを有する、請求項１から８までのいずれか１
項に記載の情報記録媒体（２）の真偽を手動および／ま
たは機械的に検証する装置において、情報記録媒体
（２）によって発生された２つの像が観察スクリーン
（２４）上で同時に観察され、ないしは光電検出器（２
７）が、情報記録媒体（２）によって回折された回折光
線（１１、１２）の一部の強度を測定し、分析するよう
に構成されていることを特徴とする。
【００１８】本発明の課題の解決手段は、ホログラムに
固有の特性、すなわち可干渉性の（コヒーレントな）光
波でホログラムを照明した場合に同じ像内容を再生しか
つほぼ同じ明るさの物体の直接像と共役像が発生するこ
とを防止すること、すなわち２つの像が異なる光度であ
ることを少なくとも達成しようとすることがその基礎に
なっている。この解決手段は、情報記録媒体において物
体の像を発生させる回折構造が、入射するコヒーレント
光を回折して強度の異なる回折光線にするように形成さ
れることによって達成される。そのためには特に非対称
の凹凸形状（プロフィール形状）を有する回折構造が適
している。
【００１９】情報記録媒体を模倣に対する高い安全性を
有する機密保護要素として使用する場合には、まず第１
に、唯一の物体の直接像と共役像を同時にであるが、異
なる輝度で観察スクリーン上で並べて観察できるように
機密保護要素を検査する装置を構成するのが好ましい。
そして次に、回折構造内に２つの異なる物体が記録され
るように情報記録媒体の回折構造を構成することが好ま
しい。再現時には、第１の物体の直接像が第２の物体の
共役像と重なり、そしてその逆も行われる。直接像は共
役像よりも本質的に明るいので、直接像は人間の観察者
により良好に識別することができる。ホログラフィを用
いて形成され模倣された偽造の場合には、２つの物体の
直接像と共役像はほぼ等しい明るさなので、スクリーン
上の像は程度の差はあれ明るい箇所と暗い箇所というよ
りは塗りつぶされた箇所としてしか識別することができ
ず、また２つの像はほぼ同じように見える。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
用いて詳細に説明する。
【００２１】図１は複合層１として形成された情報記録
媒体２を実寸を外れて示すものである。複合層１は支持
箔３を有し、その支持箔には、以下に記載する順序で中
間層４、第１の塗膜層５、反射層６、第２の塗膜層７並
びに接着層８が塗布されている。２つの塗膜層５、７間
には回折構造９が埋め込まれている。回折構造９は、例
えば格子構造として実現される微視的に細かい凹凸構造
（レリーフ構造）であって、その幾何学的パラメータで
あるライン間隔、方位並びに凹凸形状（プロフィール形
状）が所定の態様で局地的に変化する。
【００２２】図１に示される回折構造９は、非対称の鋸
歯状の凹凸形状を有するｘ軸に沿って並べられた１次元
の格子である。格子９はライン間隔ｄと凹凸高さｈによ
って特徴付けられている。格子９は入射するレーザー光
線１０の一部を正の一次回折光になる回折光線１１とし
て、また他の部分を負の一次回折光になる回折光線１２
として回折しかつ反射する。レーザー光線１０の他の部
分はゼロ次の回折光として反射される。
【００２３】レーザー光線１０の光は波長λの単色のコ
ヒーレント光である。ライン間隔ｄは、ｎを整数、θｎ
をｎ次の最大回折角度としてｓｉｎθｎ＝（ｎ＊λ）／
ｄの関係によってｎ＝１とｎ＝−１の最大回折光のみが
発生するように、設定されている。格子９の凹凸形状が
非対称であることによって、回折光線１１の強度は回折
光線１２の強度よりも大きい。その場合、鋸歯状の格子
９のパラメータｄとｈは好ましくは、回折光線１１が回
折光線１２よりも少なくとも２倍光度が強くなるように
選択されている。しかし鋸歯状の凹凸形状によって、大
量生産の場合でも２つの回折光線１１、１２が１０：１
の強度比となることが実現され、それにより目で容易に
異なる明るさとして知覚することが可能になる。
【００２４】回折構造９は、例えば加熱された刻印母型
を用いて微視的に細かい凹凸構造として塗膜層５に刻印
され、その場合塗膜層５は熱可塑性の材料から形成され
る。この種の刻印方法は例えばスイス特許公報第６６１
６８３号から知られている。米国特許公報第４７５８２
９６号並びに第４８４０７５７号から知られているよう
な他の方法においては、回折構造９は型取りによって塗
膜層５に形成され、その場合に塗膜層５はＵＶ硬化性の
塗料（ラッカー）からなる。反射層６の材料としては、
例えばアルミニウムのような金属または２つの塗膜層
５、７の屈折率とはかなり相違する屈折率を有する誘電
体が用いられる。
【００２５】反射層６の光学特性と厚み並びに両塗膜層
５、７の光学特性に従って回折光線１１、１２は反射お
よび／または透過により発生する。
【００２６】回折構造９の凹凸は、約０．１から１．５
マイクロメートルの範囲にある代表的な凹凸高さを有
し、一方回折構造９のライン間隔は約０．１から１０マ
イクロメートルとなる。約０．１５から１．５マイクロ
メートル厚さ（例えば１マイクロメートル）の第２の塗
膜層７を塗布することによって、凹凸は完全に埋め込ま
れる。好ましくは２つの塗膜層５と７に同一の材料、例
えば熱可塑性のアクリルポリマー塗料が使用される。第
２の塗膜層７は主として反射層６と接着層８間の付着媒
介剤として用いられる。場合によってはこれを省くこと
ができる。
【００２７】図２は、機密保護要素として用いられる情
報記録媒体２を有する書類１３を示す上面図である。書
類は例えば紙幣、パスポート、証明書、クレジットカー
ド、有価カード、有価証券などとすることができる。情
報記録媒体２は転写プロセスで書類１３上に接着され
る。その場合、複合層１の支持箔３（図１）は接着後に
除去される。情報記録媒体２は互いに並べて配置された
等しい大きさの３つの部分面１４、１５、１６を有し、
これら部分面はそれぞれ非対称の凹凸形状を有する格子
として形成された回折構造９（図１）を有する。これら
部分面を並べた配置は、並置とも呼ばれる。３つの格子
は同じ凹凸形状と凹凸高さｈ（図１）を有するが、基準
方向に関して異なる角度方位φ１、φ２およびφ３、例
えば、−１０°、−１８０°および＋１０°を有する。
【００２８】３つの部分面１４、１５および１６の格子
形状の回折構造９により回折パターン１７が形成され
る。回折パターン１７を垂直の入射方向でレーザー光線
１０（図１）を用いて、すなわちコヒーレント光を用い
て照明すると、３つの部分面１４、１５および１６の格
子での回折によって数と方向が明瞭な異る強度の回折光
線が発生する。回折光線の強度は、レーザー光線１０の
波長λが電磁スペクトルの可視領域にある場合には、情
報記録媒体２の平面に対して平行に配置されたスクリー
ン上に簡単な方法で輝度の異なる像点のパターンとして
観察できるようになる（図８を参照）。
【００２９】回折パターン１７の寸法は、例えば１．０
ミリメートルのレーザー光線１０の実効直径よりも小さ
いように選択されている。その寸法は代表的には０．２
ミリメートルである。従って回折パターン１７は通常
の、すなわち非干渉性の照明状況で少なくとも３０ｃｍ
の通常の視認距離から見た場合には、せいぜい点として
しか見えないか、あるいは全く見ることができない。回
折パターン１７の内部構造も目では解像できず、裸眼で
は隠れたままである。書類１３は好ましくは多数の同じ
回折パターン１７を有し、これらは程度の差はあるもの
のレーザー光線１０の照明点内に常に少なくとも１つ存
在するように、互いに離れて配置されている。
【００３０】回折パターン１７によってスクリーン上に
発生するパターン１８ａが図３（ａ）に図示されてい
る。パターン１８ａは、一次回折の６つの回折光線によ
って発生する光度の強い３つの像点１９と比較的光度の
弱い３つの像点２０から形成されている。光度の強い像
点１９は図面では縁取りされ、白色で塗りつぶした円と
して、一方光度の弱い像点２０は黒で塗りつぶした円と
して図示されている。光度の強い部分と光度の弱い部分
をこのように図示することは、以下の図面でも行なわれ
ている。部分面１４、１５、１６（図２）は等しい大き
さを有し、その格子は上述したような方位を有するの
で、３つの像点１９の輝度は同じ大きさであって、３つ
の像点２０の輝度も同じ大きさである。
【００３１】パターン１８ａは、回折パターン１７上に
垂直に入射するレーザー光線１０の入射方向に対して対
称になっているので、光度の強い像点１９に対応して光
度の弱い像点２０が点対称に形成される。部分面１４、
１５、１６の幾何学的形状とその相互の配置は、格子ラ
イン間隔ｄがそれぞれ対応する部分面１４、１５ないし
１６の寸法に対して十分に小さい場合には、パターン１
８ａには本質的な影響は与えない。スクリーン上でより
高い回折次数に関連する格子の回折光線が像点として観
察されるかどうかは、種々の条件に関係する。まず、格
子ライン間隔ｄとレーザー光線の波長λによって、どの
ような回折次数が発生するかが決まる。さらに、スクリ
ーンの寸法と形状並びに情報記録媒体２に対する距離並
びに場合によっては配置されている遮蔽部材によって、
どのような回折光線がスクリーン上に発生するかが決定
される。さらに回折光線の強度は、格子の凹凸形状と凹
凸高さｈ（図１）に関係する。
【００３２】図３（ｂ）には、鋸歯状の格子を有する同
じ大きさの９つの部分面を有する回折パターン１７（図
２）をコヒーレントに照明した場合にスクリーン上に発
生する輝度分布が図示されている。格子パラメータはｄ
１、ｄ２およびｄ３のライン間隔ｄとφ１、φ２および
φ３の方位φがそれぞれ３つの異なる値となっている。
【００３３】観察者の位置から見ると、スクリーン上に
発生する図３（ｂ）のパターン１８ｂはフーリエホログ
ラフィーにより２次元の物体の２つの像２１、２２とし
て観察される。その場合、第１の像２１の光度の強い像
点１９には第２の像２２の光度の弱い像点２０が対応
し、またその逆の関係に対応する。レーザー光線１０が
回折パターン１７を含む平面に垂直に入射されると、像
２１、２２はレーザー光線１０の点線の十字で示す入射
軸に関して点対称となる。回折パターン１７上にレーザ
ー光線１０が斜めに入射した場合には、像２１、２２は
光線軸に関してまだ近似的に対称性を保つ。２つの像２
１、２２の相対輝度の対称性は維持されている。回折パ
ターン１７に関連する格子の角度φは好ましくは、発生
する回折光線１１、１２（図１）の全体が空間的に分離
された方向の２つの光束に分解され、パターン１８ｂが
重なり合わない２つの像２１、２２として明瞭に識別で
きるように、設定されている。
【００３４】異なる格子構造を有する多数の部分面１
４、１５、１６等を組み合せて回折パターン１７とする
ことにより（その場合に部分面１４、１５、…は並べて
配置されている）、個々の格子構造に関連する回折光線
１１、１２の空間的な変調がもたらされる。従ってスク
リーン上に発生する像点１９、２０は、部分面１４、１
５、…の配置のフーリエ変換にほぼ対応する強度分布を
有する。これらの強度分布が識別可能かどうかは、格子
ライン間隔ｄに比較した部分面１４、１５、…の幾何学
的な寸法に関係する。
【００３５】図４（ａ）は、ライン間隔ｄ１と角度方位
φ１の第１の鋸歯状の回折格子を垂直に入射するレーザ
ー光線で照明した場合にスクリーン上に発生するパター
ン１８ｃを示す。矩形に描かれている像点はゼロ次回折
に対応する光点に対応する。図４（ｂ）はライン間隔ｄ
２と角度方位φ２を有する第２の鋸歯状の回折格子のパ
ターン１８ｄを示している。ライン間隔ｄ２はライン間
隔ｄ１よりも大きく設定されているので、パターン１８
ｄの像点の間隔はパターン１８ｃの像点の間隔よりも小
さい。図４（ｃ）はさらに、第１と第２の回折格子の重
ね合わせとして実現される第３の回折格子のパターン１
８ｅを示すものである。パターン１８ｅは第１と第２の
回折格子、すなわちパターン１８ｃと１８ｄの回折特性
のコンボリューション（相乗ないし畳み込み）に対応す
る。種々の像点は第３の回折格子が空間的に非対称であ
るために異なる輝度を有するが、図４ｃではそれは図示
されていない。
【００３６】第２の回折格子が、一般的な表面構造を有
する回折構造によって置き換えられる場合には、分離し
た個々の像点のパターン１８ｃ〜ｅの代わりに、線ない
し面を有するパターンを発生させることも可能である。
図５（ａ）には、ライン間隔ｄ１と角度方位φ１を有す
る第１の鋸歯状の回折格子を垂直に入射するレーザー光
線を用いて照明した場合にスクリーン上に発生するパタ
ーン１８ｃが再度示されている。図５（ｂ）は、粗い表
面として形成され、その組織が固有方向を有し、かつ垂
直に入射する光を所定の立体角領域へ拡散して散乱させ
る第２の回折構造のパターン１８ｆを示している。パタ
ーン１８ｆはほぼ輝度が一定の棒状の光点である。
【００３７】図５（ｃ）は、第１の回折格子と第２の回
折構造を重ね合わせることによって発生する第３の回折
構造のパターン１８ｇを示している。パターン１８ｆを
発生させる回折構造を９０°の角度だけ回転させ、また
パターン１８ｃを発生させる格子構造と重ねることによ
って、図５（ｄ）に示すパターン１８ｈを発生させる第
４の回折構造が発生する。そして図５（ｅ）には、２つ
のパターン１８ｇと１８ｈを発生させる第３と第４の回
折構造を部分面１４、１５（図２）に並べて配置したと
きに発生するパターン１８ｉが図示されている。ちなみ
に、パターン１８ｇと１８ｈは、ライン間隔が局地的に
変化され、ないしはその格子溝が湾曲されており、かつ
非対称の凹凸形状を有する他の回折格子によって発生さ
せることも可能である。
【００３８】並置と重ね合わせを任意に組み合せて、単
純な基礎となる回折構造から任意のパターンを発生させ
る回折パターンを形成することも可能である。図６
（ａ）〜（ｇ）のパターンを用いてその方法を説明す
る。図６（ａ）は、フーリエホログラフィーを用いて得
られる回折構造によってスクリーン上に発生するパター
ン１８ｊ並びに光線軸を定める十字線２３を示す。パタ
ーン１８ｊは第１の物体の直接像と共役像から形成され
る。図６（ｂ）は、スクリーン上で場所的に第１の物体
と同じ場所に見られる第２の物体の直接像と共役像をパ
ターン１８ｋとして示すものである。図６（ｃ）と図６
（ｄ）は互いに１８０°ねじれた非対称の格子構造のパ
ターン１８ｍないし１８ｎを示している。パターン１８
ｊと１８ｍないしは１８ｋと１８ｎを発生させる回折構
造を重ね合わせることによって図６（ｅ）と図６（ｆ）
に示すパターン１８ｐないし１８ｑが発生する。パター
ン１８ｐと１８ｑの基礎となる回折構造を並置すること
によって、パターン１８ｒが発生する。このパターンで
は、２つの物体がそれぞれ２回異なる輝度で相互に入り
組んた状態で観察される。
【００３９】任意の二次元の像を発生させる回折パター
ン１７（図２）として、特にキノフォーム（Kinoform）
が適している。キノフォームはその本来の形状は純粋な
位相物体である。すなわちキノフォームによって像発生
に使用されるコヒーレントな光線１０（図１）の位相が
局地的に変化する。しかし光線１０の振幅は変化を受け
ない。発生する像はゼロ次の回折方向に現れる。すなわ
ち発生する像と透過あるいは反射される光線１０は空間
的に分離していない。
【００４０】１９７１年にカークとジョーンズ（Kirk &
Jones）によって提案されたキノフォームの変形例で
は、凹凸高さが局地的に変化する付加的な回折格子がキ
ノフォームに重畳されており、それにより光線１０の振
幅を局地的に変化させることもできる。付加的な回折格
子によって、ゼロ次回折方向の単独の像の代わりに、部
分的に歪んだ正と負の回折次数の他の像が発生する。そ
の場合、回折次数の方向は付加的な回折格子の格子ライ
ン間隔と方位並びに光線１０の波長λによって定められ
る。また、キノフォームの各面エレメントによって所定
の回折方向に回折される光線の量は、付加的な回折格子
の局地的な凹凸高さに関係し、これは振幅変調に対応す
る。しかし振幅変調は所定のただ一つの回折次数に関し
てのみ正しい。
【００４１】位相物体としてのキノフォームは、刻印ま
たは型どりによって容易に製造できるために安価な大量
生産に適する表面レリーフとして製造することができ
る。キノフォームの詳細な説明は、北オランダ出版会社
（North-Holland Publishing Comany）からイー・ヴォ
ルフ（E.Wolf）によって出版された「プログレス・イン
・オプティクス（Progress in Optics）」シリーズの第
XVI巻（ISBN 0444850872）に記載されている。
【００４２】キノフォームはコンピュータで生成される
ホログラム（ＣＧＨ）の特殊な例である。コンピュータ
で生成されるホログラムについての概略は上述の「プロ
グレス・イン・オプティクス」の第XVI巻のウェイ・ホ
ン・リー（Wai-Hon Lee）の寄稿論文に示されている。
最初はコンピュータにより生成されるホログラムは振幅
ホログラムの形式で実現された。その後さらに開発する
ことによってキノフォーム、すなわちコンピュータによ
り生成される表面レリーフ形式のホログラムがもたらさ
れた。
【００４３】コンピュータにより生成されるホログラム
を製造するために、多数の方法が知られている。例え
ば、半導体技術で使用される方法と同様にマスクを用い
てコンピュータにより形成されるホログラムを合成する
ことが可能である。この種の方法は上述の「プログレス
・イン・オプティクス」シリーズの第XVI巻のジェイ・
ジェイ・クレールとシー・アイ・アンビトール（J.J.Cl
air and C.I.Ambitol）の論文に記載されている。他の
方法は、電子ビームが直接レジストからなる層を描画す
る電子ビームリソグラフィーである。次に表面レリーフ
を得るためにエッチングプロセスが行われる。その場
合、エッチング率、従って表面レリーフは電子ビームの
局地的な照明量によって決定される。キノフォームの表
面レリーフ（これに基本凹凸形状として機能する格子構
造が重畳される）もコンピュータにより生成されるホロ
グラムの方法で計算し、製造することができる。
【００４４】非対称であるが、所定の決まった凹凸高さ
の凹凸形状を有する回折格子をキノフォームの表面レリ
ーフ上に重畳させると、コヒーレント光で照明するとき
に、空間的に分離した方向に像が発生する。その場合、
これらの像は異なる明るさを有する。この重畳は、前述
の互いに無関係な２つの回折構造を重ね合わせることに
相当する。
【００４５】図７は、コヒーレントな照明を行なった場
合に回折パターン１７（図２）によってスクリーン上に
発生する像で、２つの異なる文字列を有する像を示す。
文字列は２つ、すなわち同色の光度の強い文字と光度の
弱い文字で存在する。光度の強い文字列は太字で、光度
の弱い文字列は縁取りした文字で示されている。第１の
文字列は「Schweiz」の単語からなり、第２の文字列は
「Suisse」の単語からなる。光度の強い文字列と光度の
弱い文字列「Schweiz」は同じ方位を有する。文字列「S
uisse」と「Schweiz」の相対的な配置は自由に選択する
ことができる。文字列は例えば互いに回動させることが
できる。
【００４６】好ましくは第１の文字列の光度の強い像と
第２の文字列の光度の弱い像は互いに少なくとも部分的
に重なっている。その場合、所定の技術では第２の文字
列の光度の強い像と第１の文字列の光度の弱い像も自動
的に互いに重なる。観察者の位置から見ると、スクリー
ン上に異なる２つの物体のそれぞれ２つの映像、すなわ
ち空間的に分離された２つの方向にそれぞれ光度の強い
映像と光度の弱い映像が現れる。光度の強い文字列と光
度の弱い文字列間の強度比が例えば１０：１である場合
に、光度の強い文字列が支配的に知覚される。それに対
して光度の弱い文字列は良く見て初めて識別できる。
「Schweiz」と「Suisse」の文字列を発生させる回折パ
ターン１７は例えば部分面１４、１５に並べて配置され
た２つの回折構造９からなり、これら両方は上述したよ
うに基本凹凸形状として機能する非対称の格子構造をキ
ノフォームに重畳することにより実現される。
【００４７】コヒーレントな照明を行なった場合スクリ
ーン上で得られる「Schweiz」と「Suisse」の文字列の
解像度、すなわち一般に像２１、２２の解像度は、回折
パターン１７の大きさが増大するにつれて増大する。回
折パターン１７が占める面が平方ミリメートルの十分の
幾つかの大きさである場合には、通常の照明状況の元で
は基本凹凸形状が重畳されていることにより回折パター
ン１７が情報記録媒体２上で占める面により識別可能な
変化する回折効果が得られる。しかしキノフォーム内に
記録されている情報は隠されたままである。
【００４８】接触法に従って対応する回折パターンの複
製をホログラフィを用いて行なうと、非対称の凹凸形状
に含まれている情報は失われてしまうので、コヒーレン
ト光で照明すると、直接像としてのまた共役像としての
「Schweiz」の文字列並びに「Suisse」の文字列はほぼ
等しい輝度で現れる。両文字列が重なっていることによ
ってこれらの文字列はスクリーン上では解読が容易でな
い明るい点列として見え、それによってコピーを簡単に
オリジナルと区別することができる。他のホログラフィ
を用いた複製方法では、コピーの場合には同一の像が等
しい輝度分布で照明光線の両側に現れるので、この場合
にもコピーは簡単にオリジナルと区別することができ
る。
【００４９】例えば格子からなる単純な回折構造９で
は、コヒーレント光で照明した場合には有限な数のディ
スクリートな回折光線１１、１２が現れ、これらの回折
光線はディスクリートな、分離された像点１９、２０を
有するパターンとして観察される。複雑な表面構造を有
する回折構造９、例えばキノフォームでは、コヒーレン
ト光で照明すると、連続的な輝度分布を有するパターン
として観察される空間的に連続する光の分布が現れる。
【００５０】回折パターン１７によって、あるいは空間
的に分離されているが、同時に照明される同じ回折パタ
ーン１７の組み合せによって発生する輝度分布は、焦点
深度が大きいことが特徴である。すなわち、スクリーン
上で見えるパターン１８は情報記録媒体２とスクリーン
間の間隔の大部分でかなり鮮明である。
【００５１】この特性は光線１０によって照明される面
積が、代表的には２から３平方ミリメートル以下であ
り、小さいことによって得られる。唯パターン１８の大
きさだけは、情報記録媒体２とスクリーンとの距離が増
大するにつれて増大する。
【００５２】コヒーレント光で照明した場合に発生する
パターン１８（図３から図７）の品質、または情報記録
媒体２（図２）の像の品質は、回折パターン１７の品質
に関係するだけでなく、情報記録媒体２が取り付けられ
ている書類１３の表面特性にも関係する。表面が平坦で
あると、回折構造９は局地的に非常に細かく起伏してお
り、細かなディテールを有する像を発生する。表面が粗
く、その表面に回折構造９を含む情報記録媒体２が相補
的に合うようになると、場所的に予め定まっている照明
光線１０と回折構造９の輪郭間の角度関係は多かれ少な
かれ失われてしまう。その結果、細かい輝度分布を有す
る単色像の代わりに、細かさがなくなった、不鮮明でか
つ／または潰れた像が発生する。
【００５３】従って粗い表面を有する書類１３、例えば
紙幣上に機密保護要素として情報記録媒体２を使用する
場合には、入射光線１０を限定された数のディスクリー
トな空間的に明瞭に分離された光線に回折する回折構造
であって、回折光線が分離した像点１９、２０として観
察されるかあるいは光電的に分析できる回折構造９を備
えた回折パターン１７とするのが好ましい。これには、
角度方位φ１からφ３の差が十分に大きいものとして、
図３（ａ）に示す６つの像点１９、２０だけのパターン
１８ａを発生させる、例えば図２に示す回折パターン１
７が適している。
【００５４】書類１３の表面が粗いことによって、回折
光線はその光束がかなり拡大し、発散が顕著になる。個
々の回折光線の発散は局地的に変化し、従って統計的に
分布する量である。しかし、各回折光線間の空間的な分
離が個々の回折光線の発散よりも大きい場合には、種々
の回折光線の強度の関係は各光束に残されており、検出
することができる。さらに光線１０が、個々の回折パタ
ーン１７の寸法よりも大きな直径を有するとともに、回
折パターン１７の全体が一体となって照明される場合に
は、回折光線の発散はもはや照明される面の場所の関数
とはならず、光束の方向と広がりはほぼ一定である。従
ってスクリーン上で、あるいは位置と感光面が光束の最
大発散に合わせられている光電検出器を用いて、強度の
関係を目でないし機器を用いて測定することができ、書
類１３の真偽を検証することができる。
【００５５】図８は、情報記録媒体２（図２）に回折パ
ターン１７の形式で記録されている情報をスクリーン２
４上に２つの像２１、２２として観察できるようにする
ための装置を示している。この装置は、情報記録媒体２
を有する書類１３を収容する台２５とコヒーレントな光
源として用いられるレーザー２６を有し、レーザー光線
１０は垂直入射方向で情報記録媒体２の少なくとも１つ
の部分面に入射する。情報記録媒体２の回折パターン１
７によって反射され、回折される光線を観察できるよう
にするために、スクリーン２４は入射した光を拡散して
散乱させるミルク状に曇ったガラスから作られるので、
回折パターン１７によって得られる像２１、２２は装置
の外側の観察点から観察することができる。従ってレー
ザー光線が直接観察者の目に入る危険はない。
【００５６】さらにスクリーン２４の形状と寸法は、発
生する像の全ての重要な部分が見えるように、予め定め
られている。波長λが例えば６７０ナノメートルであっ
て、従って赤の領域にあるレーザーダイオードを使用す
ることも可能であるので、市販の安価なレーザーダイオ
ードを使用することができる。一方の像２１、２２の光
度の強い像点１９に対応して、他方の像２２ないし２１
の光度の弱い像点２０が形成される。その場合、像２
１、２２は点対称にすることもでき、あるいは点対称で
ないようにすることもできる。
【００５７】好ましくは回折パターン１７は情報記録媒
体２上に複数に存在し、レーザー光線１０は、常に少な
くとも１つの回折パターン１７を照明するような大きさ
の直径を有する。従ってスクリーン２４上で見ることの
できる像の輝度分布は台２５上の情報記録媒体２の位置
には無関係である。
【００５８】図９には、情報記録媒体２内に隠れて記録
されている情報を機械的に検査する装置が図示されてい
る。この装置は上述の装置とは、スクリーン２４の代わ
りに光電検出器２７あるいは少なくとも１つの１次元ま
たは２次元のアレイの光電検出器が設けられているとこ
ろが相違している。回折パターン１７と光電検出器２７
の幾何学配置は、回折パターン１７から出た回折光線ま
たは像領域が光電検出器２７上に入射するように互いに
調整されているので、所定の回折光線の強度を測定する
ことができる。装置はさらに、測定された強度に基づい
て、特にその割合から、情報記録媒体２が真正であると
見なすべきかどうかの情報信号を形成するように構成さ
れている。
【００５９】回折パターン１７は不可視な機密保護要素
であって、この機密保護要素はコヒーレント光で照明し
た場合に初めて視認できる隠された情報を含んでいる。
【００６０】コヒーレント光で照明したときスクリーン
上に物体の像を発生させる任意の回折構造と、鋸歯状の
凹凸構造、すなわち一般に非対称の回折構造を有する回
折格子とを上述したように重ね合わせることは、任意の
回折構造の凹凸形状を空間的に非対称な基本凹凸形状で
変調していると考えることもできる。結果として、コヒ
ーレント光で照明した場合に基本凹凸形状の種類に従っ
て同じ物体の少なくとも２つの幾何学的に同じ像を発生
させる回折構造が得られ、その場合各像は空間的に分離
しており明るさが異っている。その場合に第１の像の光
度の強い点に対応して第２の像の光度の弱い点が形成さ
れるので、コントラスト反転という形での対称性が存在
する。このコントラスト反転は容易に検証可能な機密保
護の特徴となる。
【００６１】基本凹凸形状が局地的に変化し、所定の面
で凹凸形状が対称になる場合には、第１の像と第２の像
のある部分は輝度が相違するのではなく同じ輝度にな
る。さらに像点１９、２０はそれぞれ回折パターン１７
の構成に従って２つだけの輝度段階、すなわち光度が強
いのと弱いのの段階、ないしは明るいのと暗いのの輝度
段階を有することもでき、あるいは多数の輝度段階を有
することもできる。その場合、コントラスト反転の対称
性とは、光度が最強の像点に対応して光度の最も弱い像
点が形成され、二番目に光度の強い像点に対応して二番
目に光度の弱い像点が形成される、などを意味する。
【００６２】隠された情報を有する回折パターン１７は
情報記録媒体２上で多様な方法で他の回折構造９と組み
合せることができる。この他の回折構造の幾何学的パラ
メータであるライン間隔、方位並びに凹凸形状は所定の
方法で局地的に変化し、通常の照明状況で情報記録媒体
２を観察移動させると、例えば異なる色彩効果または明
と暗への変化など偶然に変化する回折光学的効果がもた
らされる。他の光学的効果は、隣接し合う面エレメント
が異なる輝度または異なる色彩で見えることにあり、そ
の場合情報記録媒体２が回転または揺動すると面エレメ
ントの相対輝度または色彩が変化する。回折構造９は、
特に例えば欧州特許公報ＥＰ３７５８３３に記載されて
いるホログラムまたは光学的可変デバイスから知られて
いるような変化する光学的効果を発生させることができ
る。回折構造９の光学的効果は簡単に視覚的に検査でき
る特徴となる。
【００６３】欧州特許公報ＥＰ１０５０９９には、通常
は機密保護要素の占める面のほんの一部にだけ回折構造
９が設けられている回折光学的な機密保護要素が記載さ
れている。面の残りは回折光学的には作用せず、人間の
観察者には特にミラーのように作用する。視覚効果には
利用されないこの面部分は、隠れた情報を記録する多数
の回折パターンを取り入れるのに適している。各回折パ
ターンはすべて同一に形成され、同一の情報を表すよう
にすることができ、あるいは所定のプランに従って回折
パターンごとに変化する情報を表すようにすることもで
きる。他の組み合せ例は、欧州特許公報ＥＰ３３５８３
３に記載されている方法で回折光学的な機密保護要素を
所定の区画に分割することである。各区画はさらに少な
くとも２つの小区画に分割される。各区画ごとに第１の
小区画には隠れた情報を記録する回折パターンが設けら
れ、他の小区画には非干渉性の可視光を回折させる任意
の回折パターンが形成される。第２、第３などの小区画
には、例えば他の観察角度で現れる像が形成される。
【００６４】他の例によれば、この種の回折パターン
に、コヒーレント光で照明した場合に初めて識別できる
情報だけでなく、通常の照明状況で変化する上述の種類
の変化する光学的効果も発生させる情報を持たせること
もできる。
【００６５】重ね合わされた２つの回折構造のライン間
隔ｄと凹凸高さｈは異なる値でもよく、あるいは同じ値
でもよい。反射層６と第２の塗膜層７は塗膜層５とは屈
折率が顕著に異る単一の層とすることもできるので、複
合層１は必要に応じて電磁スペクトルの可視領域の大き
な部分にわたってほぼ透明にすることができる。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、２つ
の像が光度の強いおよび／または比較的光度の弱い像点
を有し、かつ第１の像の光度の強い像点に対応して第２
の像の光度の弱い像点が形成されるような回折パターン
が用いられるので、スクリーン上で観察でき、あるいは
光電検出器を用いてその強度分布を検査することにより
真偽を簡単に検証でき、しかも偽造が困難な情報記録媒
体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合層として形成された回折構造を有する情報
記録媒体の横断面図である。
【図２】情報記録媒体を有する書類の上面図である。
【図３】（ａ）と（ｂ）は回折パターンの像を示す説明
図である。
【図４】（ａ）から（ｃ）は鋸歯状の回折格子により得
られる像を示す説明図である。
【図５】（ａ）から（ｅ）は回折構造によって発生され
るパターンを示す説明図である。
【図６】（ａ）から（ｇ）は回折構造によって発生され
る他のパターンを示す説明図である。
【図７】文字列を有する像を示す説明図である。
【図８】情報記録媒体に隠された情報を視覚的に検査す
る装置の構成を示す構成図である。
【図９】情報記録媒体に隠された情報を機械的に検査す
る装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
２ 情報記録媒体 ９ 回折構造 １０ レーザー光線 １１、１２ 回折光線 １７ 回折パターン １９ 光度の強い像点 ２０ 光度の弱い像点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｋ 19/06 Ｇ０６Ｋ 19/00 Ｄ (71)出願人 595156492 ＣＨ−6301 Ｚｕｇ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａ ｎｄ (72)発明者 ウェイン ロバート トンプキン スイス国 5400 エンネートバーデン レ ープハルデンヴェーク １

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微視的に細かい凹凸構造から形成された
    回折構造（９）を有し、かつコヒーレント光（１０）で
    照明された場合に空間的に分離した２方向に物体の第１
    と第２の像（２１、２２）を発生させる少なくとも１つ
    の回折パターン（１７）を備えた情報記録媒体（２）で
    あって、前記像（２１、２２）がスクリーン（２４）上
    で観察されるかあるいは光電検出器（２７）を用いて分
    析することができる情報記録媒体において、 回折パターン（１７）は、前記２つの像（２１、２２）
    が光度の強いおよび／または比較的光度の弱い像点（１
    ９、２０）を有し、かつ第１の像（２１）の光度の強い
    像点（１９）に対応して第２の像（２２）の光度の弱い
    像点（２０）が形成され、またその逆の関係で形成され
    るような特性を有することを特徴とする情報記録媒体。
  2. 【請求項２】 第１の像（２１）が主として光度の強い
    像点（１９）を有し、第２の像（２２）が主として光度
    の弱い像点（２０）を有することを特徴とする請求項１
    に記載の情報記録媒体。
  3. 【請求項３】 回折パターン（１７）を垂直入射方向で
    コヒーレントに照明した場合に前記２つの像（２１、２
    ２）が入射方向に関して点対称であることを特徴とする
    請求項１または２に記載の情報記録媒体。
  4. 【請求項４】 前記第１の像（２１）が第１の物体の光
    度の強い映像と第２の物体の光度の弱い映像からなり、
    前記２つの映像が互いに少なくとも部分的に重なり合
    い、また前記第２の像（２２）が第１の物体の光度の弱
    い映像と第２の物体の光度の強い映像からなり、これら
    の映像も同様に少なくとも部分的に重なり合うことを特
    徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の情
    報記録媒体。
  5. 【請求項５】 回折パターン（１７）が、少なくとも２
    つの異なる回折構造（９）の重ね合わせまたは並置によ
    って形成されていることを特徴とする請求項１から４ま
    でのいずれか１項に記載の情報記録媒体。
  6. 【請求項６】 回折パターン（１７）がフーリエホログ
    ラムまたはキノフォームと、基本凹凸形状を与える非対
    称な凹凸形状を備えた回折構造（９）との重ね合わせと
    して形成されていることを特徴とする請求項１から５ま
    でのいずれか１項に記載の情報記録媒体。
  7. 【請求項７】 回折パターン（１７）が単純な回折構造
    （９）から形成されており、コヒーレント光で照明した
    場合に限定された数の反射される回折光線（１１、１
    ２）のみが発生され、回折光線（１１、１２）の空間的
    な分離が、回折光線（１１、１２）の最大発散よりも大
    きいことを特徴とする請求項１に記載の情報記録媒体。
  8. 【請求項８】 情報記録媒体（２）が、通常の照明状況
    の元での情報記録媒体（２）の回転または揺動時に変化
    する光学的効果を発生させる他の回折構造を有すること
    を特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載
    の情報記録媒体。
  9. 【請求項９】 コヒーレント光を発する光源（２６）
    と、情報記録媒体（２）または情報記録媒体（２）を備
    えた書類（１３）を収容する台（２５）と、観察スクリ
    ーン（２４）および／または光電検出器（２７）とを有
    する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の情報
    記録媒体（２）の真偽を手動および／または機械的に検
    証する装置において、 情報記録媒体（２）によって発生された２つの像が観察
    スクリーン（２４）上で同時に観察され、ないしは光電
    検出器（２７）が、情報記録媒体（２）によって回折さ
    れた回折光線（１１、１２）の一部の強度を測定し、分
    析するように構成されていることを特徴とする情報記録
    媒体の真偽を手動および／または機械的に検証する装
    置。
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