JP2010020005A - ホログラム作成方法、ホログラム及びそのホログラムを用いたセキュリティー媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な方法でデザイン性やセキュリティー性に優れ、実物のような十分な立体感を得ることが可能なホログラムを作成するホログラム作成方法、ホログラム及びそのホログラムを用いたセキュリティー媒体を提供する。
【解決手段】 計算機を用いた演算により所定の記録面上に原画像を干渉縞として記録したホログラムを作成する方法において、立体像から構成される原画像と、前記原画像を記録するためのホログラム記録面と、前記ホログラム記録面に対して照射する参照光とを定義する段階と、前記ホログラム記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点について、各対象物から発せられた物体光と、前記参照光とによって形成される干渉波の強度を演算する段階と、前記演算する段階によって前記記録面上に得られた干渉波の強度分布に基づいて、媒体上に物理的な干渉縞を作成する段階と、を有し、前記原画像を定義する際に、前記立体像の最も手前の部分を前記ホログラム記録面の近傍に配置されるようにする。
【選択図】図９

Description

本発明は、ホログラム作成方法に関し、特に、蛍光灯等の大きな照明光で照明した場合にも奥行き幅の広い立体像を観察可能なホログラム作成方法、ホログラム及びそのホログラムを用いたセキュリティー媒体に関するものである。

偽造防止のためホログラムを金券やクレジットカード等に貼り付け又は一体に形成するものがある。

従来のホログラムは、レーザー光を２つに分岐し、片方のレーザー光を立体像の基となる被写体（物体）に照射しその散乱および反射光がホログラム記録材料に到達するようにし、もう一方のレーザー光を被写体に照射せずに直接ホログラム記録材料に到達するようにすることで、２つの経路をたどったレーザー光をホログラム記録材料上で干渉させ、その結果生じた干渉縞をホログラム記録材料に記録することで作成していた。この方法では、被写体の実物を用意する必要があるため、実物を用意することができない被写体（例えば、空中に浮いた文字列など）のホログラムを作ることができなかった。

これに対し、最近では、被写体を３次元ＣＧ（Computer Graphics）の形状及び材質データとして用意し、３次元ＣＧデータを基に、従来のホログラムの作成方法でホログラム記録材料に記録した干渉縞と同様の干渉縞パターンを計算機シミュレーションで生成し、生成した干渉縞パターンを微細加工することで作成する計算機合成ホログラム（CGH：Computer Generated Hologram）が実用化されている。ＣＧＨを用いると実物を用意できない被写体のホログラムを作成することができるため、偽造防止効果の高いホログラムとして注目されている（特許文献１参照）。

ホログラムを点光源や平行光で照明するとホログラムの手前や奥までボケの少ない立体像を観察できるが、照明する光が大きい（ホログラムへの入射角度範囲が広い）と、ホログラムから手前や奥に離れるほど像がボケ、鮮明な立体像を観察できなくなる。

一方、偽造防止用途や意匠用途などでホログラムを使うのは、物質的には平面のホログラム媒体を通して、奥行きのある立体像を観察できるというホログラムの不思議な見え方が求められるためであることが多い。

ホログラムの不思議な見え方を強調するには、奥行き方向に幅の広い立体像を観察できるようにすると効果が高いが、前述したとおりホログラムを照明する光が大きいと、ホログラムから手前や奥に離れるほど像がボケるため、無制限に立体像の奥行き方向の幅を広くすると逆効果となる。

そこで、ボケを最小限に抑えつつ奥行き幅の広い立体像とするために、図２２に示すように、ホログラム記録面２０に対して、手前と奥にほぼ均等の飛び出しと奥行き量となるような立体像１０’の配置にし、計算機合成ホログラムを作成することが行われている（特許文献２参照）。

特開２０００−２１４７５１号公報 特開平１１−２４５４１号公報 特開２００２−７２８３７号公報 特開２００５−２１５５７０号公報 「３次元画像コンファレンス‘９９−３Ｄ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ‘９９−」講演論文集ＣＤ−ＲＯＭ（１９９９年６月３０日〜７月１日 工学院大学新宿校舎）、論文「ＥＢ描画によるイメージ型バイナリＣＧＨ（３）−隠面消去・陰影付けによる立体感の向上−」

しかしながら、立体像をホログラム表面の手前と奥に飛び出しまたは奥行き量がほぼ均等になるように配置すると、全体として極端なボケは抑えられるが、手前に飛び出した部分が最もボケるため、実物のような手前が奥より鮮明に見えることによる十分な立体感を得ることが困難であった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な方法でデザイン性やセキュリティー性に優れ、実物のような見やすさと十分な立体感を得ることが可能なホログラムを作成するホログラム作成方法、ホログラム及びそのホログラムを用いたセキュリティー媒体を提供することである。

本発明のホログラムの作成方法は、上記課題を解決するものであって、計算機を用いた演算により所定の記録面上に原画像を干渉縞として記録したホログラムを作成する方法において、立体像から構成される原画像と、前記原画像を記録するためのホログラム記録面と、前記ホログラム記録面に対して照射する参照光とを定義する段階と、前記ホログラム記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点について、各対象物から発せられた物体光と、前記参照光とによって形成される干渉波の強度を演算する段階と、前記演算する段階によって前記記録面上に得られた干渉波の強度分布に基づいて、媒体上に物理的な干渉縞を作成する段階と、を有し、前記原画像を定義する際に、前記立体像の最も手前の部分を前記ホログラム記録面の近傍に配置されるようにすることを特徴とする。

また、前記立体像の最も手前の部分を前記ホログラム記録面の約±１ｍｍ以内に配置することを特徴とする。

また、前記立体像の最も奥の部分を前記ホログラム記録面の奥の約２ｍｍ〜２０ｍｍに配置することを特徴とする。

また、前記立体像の最も手前の部分から最も奥の部分までの奥行き範囲を約２ｍｍ以上とすることを特徴とする。

また、前記立体像は、奥行きを有する文字列からなることを特徴とする。

また、前記文字列は、リング状文字列からなることを特徴とする。

また、前記リング状文字列は、以下の条件式（１）を満足するように配置されることを特徴とする。
-4≦Zf/H≦4 ・・・（１）
ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。

また、前記リング状文字列は、以下の条件式（２）を満足するように配置されることを特徴とする。
|Zf/H|＜-Zr/H ・・・（２）
ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。
また、||は、絶対値を表す記号である。

また、前記リング状文字列は、以下の条件式（４）を満足するように配置される
ことを特徴とする。
-16≦Zr/H≦-6 ・・・（４）
ただし、Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。

さらに、本発明のホログラムは、前記ホログラム作成方法により作成されたことを特徴とする。

さらに、本発明のホログラムは、最も手前の部分をホログラム記録面の±１ｍｍ以内、最も奥の部分を前記ホログラム記録面の奥の２ｍｍ〜２０ｍｍ、前記最も手前の部分から前記最も奥の部分までの奥行き範囲を２ｍｍ以上とする像が再生されることを特徴とする。

また、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足するリング状文字列の像が再生されることを特徴とする。
-4≦Zf/H≦4 ・・・（１）
|Zf/H|＜-Zr/H ・・・（２）
ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。
また、||は、絶対値を表す記号である。

また、以下の条件式（４）を満足するリング状文字列の像が再生されることを特徴とする。
-16≦Zr/H≦-6 ・・・（４）
ただし、Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。

さらに、本発明のセキュリティー媒体は、前記ホログラムを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、デザイン性やセキュリティー性に優れ、偽造防止効果が高いホログラムを作成することが可能となる。また、奥行き範囲が広いため、実物のような十分な立体感を与えることが可能となる。さらに、大きな照明でも最前面の文字列が判読できるため、見やすくなる。また、大きな照明では判読できなかった奥に配置された文字列が点光源などの適切な照明では判読できるようになるため、偽造防止効果を一層高くすることが可能となる。

また、このように作成されたホログラムをセキュリティー媒体に用いることで、セキュリティー媒体のデザイン性やセキュリティー性がさらに向上する。

以下、図面を参照にして本実施形態の計算機合成ホログラムを説明する。図１乃至図８は、計算機合成ホログラム１を作成する原理を示す。

本実施形態では、図１に示すように、原画像１０を記録面２０上に干渉縞として記録する方法を用いる。ここでは、説明の便宜上、図示のとおりＸＹＺ三次元座標系を定義し、記録面２０がＸＹ平面上に置かれているものとする。光学的な手法を採る場合、記録対象となる物体が原画像１０として用意されることになる。この原画像１０上の任意の点Ｐから発せられた物体光Ｏは、記録面２０の全面に向けて進行する。一方、記録面２０には、参照光Ｒが照射されており、物体光Ｏと参照光Ｒとの干渉縞が記録面２０上に記録されることになる。

記録面２０の位置に計算機ホログラムを作成するには、原画像１０、記録面２０、参照光Ｒを、コンピュータ上にデータとしてそれぞれ定義し、記録面２０上の各位置における干渉波強度を演算すればよい。具体的には、図２に示すように、原画像１０をＮ個の点光源Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，…，Ｐ_i，…，Ｐ_Nの集合として取り扱い、各点光源からの物体光Ｏ₁，Ｏ₂，Ｏ₃，…，Ｏ_i，…，Ｏ_Nが、それぞれ演算点Ｑ（ｘ，ｙ）へと進行するとともに、参照光Ｒが演算点Ｑ（ｘ，ｙ）に向けて照射されたものとし、これらＮ本の物体光Ｏ₁〜Ｏ_Nと参照光Ｒとの干渉によって生じる干渉波の演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における振幅強度を求める演算を行えばよい。物体光および参照光は、通常、単色光として演算が行われる。記録面２０上には、必要な解像度に応じた多数の演算点を定義するようにし、これら各演算点のそれぞれについて、振幅強度を求める演算を行えば、記録面２０上には干渉波の強度分布が得られることになる。

具体的には、物体上に配置した点光源の座標をＰ_i（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）、点光源のもつエネルギーを４πＡ_i ²とすると、ＸＹ平面上の演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における物体光の合成複素振幅値Ｏ（ｘ，ｙ）は、次の式（Ａ１）によって求めることができる。
・・・（Ａ１）

ここで、Ａ_iは点光源Ｐ_iから発せられた物体光の振幅を表す係数を示し、ｒ_i（ｘ，ｙ）は、式（Ａ２）に示すように、点光源Ｐ_iと演算点Ｑ（ｘ，ｙ）との距離を示している。
・・・（Ａ２）

すなわち、式（１）におけるＡ_i／ｒ_i（ｘ，ｙ）の項は、距離による振幅の減衰を示すものである。

また、指数関数の形で記述された次の項は、この物体光の周期的な振幅変動を複素振幅の形式で示す項であり、ｊは虚数単位、ｋは波長をλとした場合にｋ＝２π／λ、φ_iはＰ_iにおける点光源の初期位相を示す。ここで、ｋｒ_i（ｘ，ｙ）なる項は、光路長を示しており、この光路長に初期位相φ_iを加えることにより、演算点Ｑ（ｘ，ｙ）における物体光の合成複素振幅値が与えられることになる。なお、初期位相φ_iは各物体光にそれぞれランダムに設定することが可能である。

また、平行光からなる参照光Ｒの入射ベクトルを（Ｒ_x，Ｒ_y，Ｒ_z）、振幅をＡ_R、座標原点での位相をφ_Rとすると、演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における参照光Ｒの複素振幅値Ｒ（ｘ，ｙ）は、次の式（Ａ３）によって求めることができる。
・・・（Ａ３）

したがって、式（１）で与えられた物体光合成振幅強度Ｏ（ｘ，ｙ）及び式（３）で与えられた参照光複素振幅値Ｒ（ｘ，ｙ）は、いずれも複素振幅の強度であるから、演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置における干渉縞の強度Ｉ（ｘ，ｙ）は、次の式（Ａ４）によって求めることができる。
・・・（Ａ４）

このような強度分布を示す画像データに基づいて、実際の媒体上に物理的な濃淡パターンやエンボスパターンを形成すれば、原画像１０を干渉縞として記録したホログラムが作成できる。媒体上に高解像度の干渉縞を形成する手法としては、電子線描画装置を用いた描画が適している。電子線描画装置は、半導体集積回路のマスクパターンを描画する用途などに広く利用されており、電子線を高精度で走査する機能を有している。そこで、演算によって求めた干渉波の強度分布を示す画像データを電子線描画装置に与えて電子線を走査すれば、この強度分布に応じた干渉縞パターンを描画することができる。

ただ、一般的な電子線描画装置は、描画／非描画を制御することにより二値画像を描画する機能しか有していない。そこで、演算によって求めた強度分布を二値化して二値画像を作成し、この二値画像データを電子線描画装置に与えるようにすればよい。

図３は、このような二値化処理を用いて干渉縞パターンを記録する一般的な方法の概念図である。上述した演算により、記録面２０上の各演算点Ｑ（ｘ，ｙ）には、所定の干渉波強度値、すなわち干渉波の振幅強度値が定義されることになる。たとえば、図３(a) に示す演算点Ｑ（ｘ，ｙ）にも、所定の振幅強度値が定義される。そこで、この振幅強度値に対して所定のしきい値（たとえば、記録面２０上に分布する全振幅強度値の平均値）を設定し、このしきい値以上の強度値をもつ演算点には画素値「１」を与え、このしきい値未満の強度値をもつ演算点には画素値「０」を与えるようにする。したがって、図３(a) に示す演算点Ｑ（ｘ，ｙ）には、「１」か「０」のいずれかの画素値が定義されることになる。

そこで、図３ (b) に示すように、この演算点Ｑ（ｘ，ｙ）の位置に単位領域Ｕ（ｘ，ｙ）を定義し、この単位領域Ｕ（ｘ，ｙ）を「１」か「０」のいずれかの画素値をもった画素として取り扱うようにすれば、所定の二値画像を得ることができる。この二値画像のデータを電子線描画装置に与えて描画を行えば、物理的な二値画像として干渉縞を描画することができる。実際には、この物理的に描画された干渉縞に基づいて、たとえばエンボス版を作成し、このエンボス版を用いたエンボス加工を行うことにより、表面に干渉縞が凹凸構造として形成されたホログラムを量産することができる。

図４には、記録面２０上に二次元配列された単位領域Ｕ１〜Ｕ２４が示されている。この例では、いずれの単位領域も、一辺が２μｍの正方形となっているが、これは、記録面２０上に定義された演算点Ｑ１〜Ｑ２４が縦横に２μｍピッチで配置されているためである。記録面２０上に定義される演算点は、いわば干渉波強度のサンプル点としての機能を果たすことになるので、原画像１０上に定義された点光源のピッチ、原画像１０と記録面２０との距離、参照光Ｒの方向、波長などの光学的な条件設定を考慮して、干渉縞を記録するのに最適なピッチで配置すればよい。図４に示す例では、演算点Ｑのピッチは縦横ともに２μｍとしているが、縦横のピッチを変えるようにしてもよい（この場合、各単位領域は長方形となる）。また、図４に示す例では、正方形状の単位領域の中心点が各演算点上に重なるように、個々の単位領域を個々の演算点上に配置しているが、単位領域と演算点との位置関係は、必ずしもこのとおりにする必要はない。たとえば、各単位領域の左上隅点を基準点として定め、この左上隅点の基準点が演算点上に重なるように、個々の単位領域を配置してもかまわない。

上述したように、この図４に示す各演算点Ｑ１〜Ｑ２４には、それぞれ所定の干渉波強度値が演算される。そして、従来の一般的な手法では、各強度値は、所定のしきい値に基づいて二値化され、「１」または「０」の画素値に変換される。そこで、たとえば、画素値「１」が定義された演算点Ｑを含む単位領域Ｕを白画素、画素値「０」が定義された演算点Ｑを含む単位領域Ｕを黒画素として取り扱えば、白黒の二値画像が得られることになる。この二値画像に基づいて、白画素の部分を凹部、黒画素の部分を凸部（あるいはその逆）とする物理的な凹凸構造を形成すれば、ホログラム媒体が得られることになる。

しかしながら、このような一般的な計算機ホログラムの作成方法では、各単位領域に割り付けられるのは、白画素か黒画素かのいずれかに限定されることになるため、演算により求められた干渉波強度の階調値は失われてしまう。

そこで、本実施形態では、単位領域を第１の画素値をもった第１の領域と第２の画素値をもった第２の領域とに分割することにより定義される二値パターンを、「単位領域に対する第１の領域の占有率」を変えることにより複数通り用意しておき、各演算点の位置に、それぞれ各演算点についての干渉波強度に対応した占有率（「単位領域に対する第１の領域の占有率」）を有する二値パターンを割り付けるようにしたのである。

まず、図５に示すように、干渉波強度の値に応じて特定の階調値を画素に割り付ける。本実施形態では、図６に示すように、５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を予め用意しておく。いずれの二値パターンも、一辺が２μｍの正方形からなる単位領域内のパターンであり、第１の画素値「１」をもった第１の領域（図では白い部分）と、第２の画素値「０」をもった第２の領域（図ではハッチングが施された部分）とによって構成されている。もっとも、二値パターンＤ０には第２の領域のみしか含まれておらず、二値パターンＤ４には第１の領域のみしか含まれていないが、これは便宜上、他方の領域の面積が０である特別な場合と考えることにする。ここで、「単位領域（正方形全体）に対する第１の領域（白い部分）の占有率」に着目すると、二値パターンＤ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４についての当該占有率は、それぞれ０％，２５％，５０％，７５％，１００％となる。

いずれの二値パターンにおいても、図示のとおり、第１の領域（白い部分）は、単位領域（正方形全体）の縦幅に等しい縦幅を有し、所定の占有率に応じた横幅を有する矩形から構成されており、しかもこの第１の領域を構成する矩形は、単位領域の横幅に関する中心位置に配置されている。そして、単位領域内の第１の領域が配置された残りの部分が第２の領域（ハッチングが施された部分）となっている。なお、二値パターンは、図６に示したものに限らず、図７に示すような様々なパターン又はそれ以外のパターンでもよい。また、それぞれの二値パターンにそれぞれ異なる屈折率を対応させることで階調を表現してもよい。

さて、こうして用意された５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を、記録面上の各演算点位置に選択的に割り付けることにより、各演算点における干渉波強度を５段階の階調によって表現することが可能になる。図５に示す例では、各演算点における干渉波強度は、０〜４の５段階の強度値として与えられている。この５段階の強度値に、５種類の二値パターンＤ０〜Ｄ４を割り当てるためには、たとえば、強度値０については二値パターンＤ０、強度値１については二値パターンＤ１、強度値２については二値パターンＤ２、強度値３については二値パターンＤ３、強度値４については二値パターンＤ４といった対応関係を予め定義しておけばよい。図８は、上述の対応関係に基づいて、図５に示す各強度値に対応する二値パターンを割り付けて得られる二値画像の一例を示す図である。一般的な方法により得られる二値画像と比較すると、いずれも二値画像であることに変わりはないものの、各演算点における干渉波強度値が階調情報をもったまま表現されている。

この図８に示すような二値画像が得られたら、この二値画像に基づいて、媒体上に物理的な干渉縞を形成すれば、品質の高い階調画像を再現することが可能な計算機ホログラム媒体が得られる。具体的には、図８における黒い部分を凸部、白い部分を凹部（またはその逆）とするエンボス構造を媒体上に形成すればよい。実際には、このような二値画像の形成は、電子線描画装置を用いた電子ビーム走査によって行うのが好ましい。現在、一般的に利用されている電子線描画装置における電子ビームのスポット径は０．０５μｍ程度、その走査精度は０．０１μｍ程度であり、図６に示すような寸法構成をもった二値パターンであれば十分に描画可能である。もちろん、図８に示すような二値画像を得るまでの工程は、所定のプログラムを組み込んだコンピュータによって行われ、このコンピュータによって作成された二値画像データを電子線描画装置に与えることにより、実際の物理的な描画処理が行われることになる。

なお、本実施形態では、計算機合成ホログラム１の作成に干渉波の強度分布、すなわち干渉縞分布を使用したが、参照光と干渉させずに複素振幅分布を適用してもよい。

例えば演算点Ｑでの物体光の振幅と位相の記録には、上記で説明したような参照光との干渉による干渉縞で記録する方法以外に、特許文献３、４に記載されているように一面に溝を持った３次元セルの溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録する方法でもよい。

あるいは、非特許文献１に記載されたＡ．Ｗ．Ｌｏｈｍａｎｎ等の方法、Ｌｅｅの方法等で振幅と位相を記録するようにしてもよい。

次に、本発明にかかる第１実施形態の計算機合成ホログラム１について説明する。図９は、第１実施形態の計算機合成ホログラム１を演算する際の原画像１０としての立体像１０’とホログラム記録面２０との位置関係を示す図である。

図９（ａ）は、立体像１０’をホログラム記録面２０の手前に配置した例であり、図９（ｂ）は、立体像１０’をホログラム記録面２０の奥に配置した例である。

第１実施形態の計算機合成ホログラム１は、立体像１０’の最も手前の部分１０’ａをホログラム記録面２０の近傍、±１ｍｍ以内に配置するものである。なお、厳格に±１ｍｍ以内ではなく、約±１ｍｍ以内であればよい。

また、立体像１０’の最も奥の部分１０’ｂをホログラム記録面２０の奥の２ｍｍ〜２０ｍｍに配置することが好ましい。なお、厳格に２ｍｍ〜２０ｍｍではなく、約２ｍｍ〜２０ｍｍであればよい。

さらに、立体像１０’の最も手前の部分１０’ａから最も奥の部分１０’ｂまでの奥行き範囲を２ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、厳格に２ｍｍ以上ではなく、約２ｍｍ以上であればよい。

このように、計算機合成ホログラム１を演算する際の原画像１０としての立体像１０’とホログラム記録面２０との位置関係を、このような位置関係として設定することにより、簡単な方法でデザイン性やセキュリティー性に優れ、実物のような見やすさと十分な立体感を得ることが可能となる。

次に、本発明にかかる第２実施形態の計算機合成ホログラム１について説明する。図１０は、第２実施形態の計算機合成ホログラム１を演算する際の原画像１０としてのリング状文字列１１０を示す図である。

第２実施形態の原画像１０として用いるリング状文字列１１０は、リング状に配置され、空中に浮いた文字列である。このようなリング状文字列１１０を被写体としたホログラムは、実物の被写体を用意できないため偽造防止効果の高いホログラムであると言われている。

ホログラムの不思議な見え方を強調しつつ、偽造防止効果の高いホログラムを作成する場合、従来の考え方では、図２３に示すように、リング状文字列１１０がホログラム記録面２０の手前と奥に飛び出しまたは奥行き量がほぼ均等になるように配置することになる。

ところが、リング状文字列１１０をホログラム記録面２０の手前と奥に飛び出しまたは奥行き量がほぼ均等になるように配置すると、全体として極端なボケは抑えられるが、文字どうしが重なり合わずに文字列として判読可能な部分であるリング状文字列の最も手前の部分１１０ａ及びリング状文字列の最も奥の部分１１０ｂがホログラム記録面２０から最も離れた位置に配置されることになるため、文字列がボケやすく観察しづらい計算機合成ホログラム１になってしまうという課題があった。

図１１は、第２実施形態の計算機合成ホログラム１を演算する際の原画像１０としてのリング状文字列１１０とホログラム記録面２０との位置関係を示す図である。

図１１（ａ）は、リング状文字列１１０をホログラム記録面２０の手前に配置した例であり、図１１（ｂ）は、リング状文字列１１０をホログラム記録面２０の奥に配置した例である。

ここで配置する文字の適切な奥行きを定めるため、特願2008-160136の方法で計算機合成ホログラムの再生像のシミュレーションを実施した。対象とした物体は、リング状文字列１１０を代表する文字「S」とした。ここで、文字や図形の代表的な寸法をHとあらわすことにする。例えば、本実施例の「S」であれば、「S」の最も下から最も上までの文字の高さが、代表的寸法Hとして適切である。また文字の奥行き配置（ホログラム表面からの距離）をZとする。

図１２に示すとおり、文字高さは0.2mm、0.4mm、0.8mm、1.6mm、3.2mmの5種類とした。また文字の奥行き配置は、ホログラム面に対して手前（観察者側）を正の値、奥（観察者と反対側）を負の値として、1.6mm、0.8mm、0.4mm、-0.2mm、-0.3mm、-0.4mm、-0.6mm、-0.8mm、-1.2mm、-1.6mm、-2.4mm、-3.2mm、-4.8mm、-6.4mm、-9.6mm、-19.2mm、-25.6mmの17種類とした。

まず、大きな照明でも文字が判読できる範囲を定めるため、幅300mmの照明光源をホログラムの上2m、後方2mの位置に配置した場合のシミュレーション結果を図１３〜図１５に示す。

図１３は、ホログラム面に対して、文字を手前に配置した場合を示す図である。図１３（ａ）〜（ｃ）は、ホログラム面に対して、それぞれ文字を1.6mm、0.8mm、0.4mm手前に配置した場合を示す。

図１４及び図１５は、ホログラム面に対して、文字を奥に配置した場合を示す図である。

図１４（ａ）〜（ｇ）は、ホログラム面に対して、それぞれ文字を-0.2mm、-0.3mm、-0.4mm、-0.6mm、-0.8mm、-1.2mm、-1.6mm奥に配置した場合を示す。

また、図１５（ａ）〜（ｇ）は、ホログラム面に対して、それぞれ文字を-2.4mm、-3.2mm、-4.8mm、-6.4mm、-9.6mm、-19.2mm、-25.6mm奥に配置した場合を示す。

以上の図１３〜図１５の再生シミュレーション画像を基に、それぞれの文字高さおよび奥行き配置の設定ごとに、文字「S」が判読できる場合を「○」、判読できない場合を「×」とした表を図１６に示す。図１６に示すとおり、大きな光源で照明した場合、-4≦Z/H≦4の範囲では文字が判読できるが、Z/H≦-6およびZ/H≧6の場合は文字が判読できないことがわかる。

第２実施形態の計算機合成ホログラム１は、原画像１０として奥行きを有する文字列を用いるものであり、文字列１１０の最も手前の部分１１０ａの奥行き配置Zfをホログラム記録面２０の近傍で以下の条件式（１）を満足するように配置するものである。
-4≦Zf/H≦4 ・・・（１）
ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。

特に、奥行きを有するリング状文字列１１０を用いるものであり、リング状文字列１１０の最も手前の部分１１０ａの奥行き配置Zfをホログラム記録面２０の近傍で以下の条件式（１）を満足するように配置するものである。
-4≦Zf/H≦4 ・・・（１）
ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。

また、観察者に、より近くに観察される物体がより遠くに観察される物体よりもボケないようにするために、リング状文字列１１０の最も奥の部分１１０ｂの奥行き配置Zrを、以下の条件式（２）を満足するように配置することが望ましい。
|Zf/H|＜-Zr/H ・・・（２）
ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。
また、||は、絶対値を表す記号である。

次に適切な照明光源であれば文字が判読できる範囲を定めるために、先ほどと同じホログラムを平行光で照明した場合のシミュレーション結果を図１７〜図１９に示す。

図１７は、ホログラム面に対して、文字を手前に配置した場合を示す図である。図１７（ａ）〜（ｃ）は、ホログラム面に対して、それぞれ文字を1.6mm、0.8mm、0.4mm手前に配置した場合を示す。

図１８及び図１９は、ホログラム面に対して、文字を奥に配置した場合を示す図である。

図１８（ａ）〜（ｇ）は、ホログラム面に対して、それぞれ文字を-0.2mm、-0.3mm、-0.4mm、-0.6mm、-0.8mm、-1.2mm、-1.6mm奥に配置した場合を示す。

また、図１９（ａ）〜（ｇ）は、ホログラム面に対して、それぞれ文字を-2.4mm、-3.2mm、-4.8mm、-6.4mm、-9.6mm、-19.2mm、-25.6mm奥に配置した場合を示す。

また、大きな光源の場合と同様に、再生シミュレーション画像を基に、文字「S」が判読できるか判読できないかを整理した表を図２０に示す。ここで文字高さ0.2mmに関しては、像のボケの影響ではなくシミュレーション方法に起因するノイズの影響で文字が判読し辛かったため、評価対象から外した。

図２０から、ホログラムを平行光で照明した場合、Z/H≧-16の範囲であれば文字が判読でき、Z/H≦-24の範囲の場合文字が判読できないことが分かる。以上より、大きな照明では文字が判読できないが、点光源や平行光などの適切な光源で照明した場合に文字が判読できる範囲は、以下の条件式（３）となる。
-16≦Z/H≦-6 ・・・（３）
ただし、Zはリング状文字列の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。

つまり、リング状文字列１１０の最も奥の部分１１０ｂの奥行き配置Zrをホログラム記録面２０の奥に、以下の条件式（３）を満足するように配置することが好ましい。
-16≦Zr/H≦-6 ・・・（４）
ただし、Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
Hはリング状文字列の高さ、
である。

図２１は、実際に作成されたホログラムの例である。実際の文字高さと奥行き配置は、
文字列(大）：文字高さ2.2mm, 手前1.2mm （Zf/H=0.54）,奥-5.7mm（Zr/H=-2.59）
文字列(中）：文字高さ0.76mm,手前1.1mm （Zf/H=1.44）,奥-5.5mm（Zr/H=-7.23）
文字列(小)：文字高さ0.55mm,手前0.92mm（Zf/H=1.67）,奥-5.3mm（Zr/H=-9.63）、
である。

このように、計算機合成ホログラム１を演算する際の原画像１０が空中に浮いたリング状文字列１１０で構成されているため、デザイン性やセキュリティー性に優れ、偽造防止効果が高いホログラムを作成することが可能となる。また、リング状文字列１１０とホログラム記録面２０との位置関係を、このような位置関係として設定することにより、奥行き範囲が広いため実物のような十分な立体感を与えることが可能となる。さらに、大きな照明でも最前面の文字列が判読できるため、見やすくなる。また、大きな照明では判読できなかった奥に配置された文字列が点光源などの適切な照明では判読できるようになるため、偽造防止効果を一層高くすることが可能となる。

さらに、このように作成されたホログラムをカード、ブランドプロテクションラベル、紙幣、パスポート、シール、携帯用シール又は商品券等のセキュリティー媒体に用いることができる。

これにより、セキュリティー媒体のデザイン性やセキュリティー性がさらに向上する。

また、実施形態では、計算機合成ホログラムに限って説明したが、コンピュータグラフィックスを原画として用いて作成するホログラフィックステレオグラムを用いても実施することができる。

以上、本発明のホログラムを実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。

計算機合成ホログラムの記録方法の概念を示す斜視図である。 図１の演算処理の概念に基づく具体例を示す図である。 干渉波強度分布から二値画像を得る概念を示す図である。 記録面状に格子状に配列された領域を示す図である。 各領域の５値化された干渉縞強度を示す図である。 二値パターンの構成を示す図である。 他の二値パターンの構成を示す図である。 本実施形態により得られる二値画像を示す図である。 本発明の第１実施形態の計算機合成ホログラム１を演算する際の原画像１０としての立体像１０’とホログラム記録面２０との位置関係を示す図である。 本発明の第２実施形態の計算機合成ホログラム１を演算する際の原画像１０としてのリング状文字列１１０を示す図である。 本発明の第２実施形態の計算機合成ホログラム１を演算する際の原画像１０としてのリング状文字列１１０とホログラム記録面２０との位置関係を示す図である。 文字の高さを示す図である。 大きな光源でホログラム面に対して、文字を手前に配置した場合のシミュレーション結果を示す図である。 大きな光源でホログラム面に対して、文字を奥に配置した場合のシミュレーション結果を示す図である。 大きな光源でホログラム面に対して、文字を奥に配置した場合のシミュレーション結果を示す図である。 大きな光源の場合の文字の可読判定表である。 平行光でホログラム面に対して、文字を手前に配置した場合のシミュレーション結果を示す図である。 平行光でホログラム面に対して、文字を奥に配置した場合のシミュレーション結果を示す図である。 平行光でホログラム面に対して、文字を奥に配置した場合のシミュレーション結果を示す図である。 平行光の場合の文字の可読判定表である。 実際に作成されたホログラムの例である。 従来の技術を示す図である。 リング状文字列１１０を従来の技術のように配置した例を示す図である。

符号の説明

１０…原画像
１０’…立体像
１１０…リング状文字列
２０…記録面

Claims (14)

1. 計算機を用いた演算により所定の記録面上に原画像を干渉縞として記録したホログラムを作成するホログラム作成方法において、
   立体像から構成される原画像と、前記原画像を記録するためのホログラム記録面と、前記ホログラム記録面に対して照射する参照光とを定義する段階と、
   前記ホログラム記録面上に多数の演算点を定義し、個々の演算点について、各対象物から発せられた物体光と、前記参照光とによって形成される干渉波の強度を演算する段階と、
   前記演算する段階によって前記記録面上に得られた干渉波の強度分布に基づいて、媒体上に物理的な干渉縞を作成する段階と、
   を有し、
   前記原画像を定義する際に、前記立体像の最も手前の部分を前記ホログラム記録面の近傍に配置する
   ことを特徴とするホログラム作成方法。
2. 前記立体像の最も手前の部分を前記ホログラム記録面の±１ｍｍ以内に配置する
   ことを特徴とする請求項１に記載のホログラム作成方法。
3. 前記立体像の最も奥の部分を前記ホログラム記録面の奥の２ｍｍ〜２０ｍｍに配置する
   ことを特徴とする請求項２に記載のホログラム作成方法。
4. 前記立体像の最も手前の部分から最も奥の部分までの奥行き範囲を２ｍｍ以上とする
   ことを特徴とする請求項３に記載のホログラム作成方法。
5. 前記立体像は、奥行きを有する文字列からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のホログラム作成方法。
6. 前記文字列は、リング状文字列からなる
   ことを特徴とする請求項５に記載のホログラム作成方法。
7. 前記リング状文字列は、以下の条件式（１）を満足するように配置される
   ことを特徴とする請求項６に記載のホログラム作成方法。
   -4≦Zf/H≦4 ・・・（１）
   ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
   Hはリング状文字列の高さ、
   である。
8. 前記リング状文字列は、以下の条件式（２）を満足するように配置される
   ことを特徴とする請求項７に記載のホログラム作成方法。
   |Zf/H|＜-Zr/H ・・・（２）
   ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
   Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
   Hはリング状文字列の高さ、
   である。
   また、||は、絶対値を表す記号である。
9. 前記リング状文字列は、以下の条件式（４）を満足するように配置される
   ことを特徴とする請求項８に記載のホログラム作成方法。
   -16≦Zr/H≦-6 ・・・（４）
   ただし、Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
   Hはリング状文字列の高さ、
   である。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載のホログラム作成方法により作成された
    ことを特徴とするホログラム。
11. 最も手前の部分をホログラム記録面の±１ｍｍ以内、最も奥の部分を前記ホログラム記録面の奥の２ｍｍ〜２０ｍｍ、前記最も手前の部分から前記最も奥の部分までの奥行き範囲を２ｍｍ以上とする像が再生されることを特徴とするホログラム。
12. 以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足するリング状文字列の像が再生されることを特徴とするホログラム。
    -4≦Zf/H≦4 ・・・（１）
    |Zf/H|＜-Zr/H ・・・（２）
    ただし、Zfはリング状文字列の最も手前の部分の奥行き配置、
    Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
    Hはリング状文字列の高さ、
    である。
    また、||は、絶対値を表す記号である。
13. 以下の条件式（４）を満足するリング状文字列の像が再生されることを特徴とする請求項１２に記載のホログラム。
    -16≦Zr/H≦-6 ・・・（４）
    ただし、Zrはリング状文字列の最も奥の部分の奥行き配置、
    Hはリング状文字列の高さ、
    である。
14. 請求項１０乃至請求項１３のいずれか１つに記載のホログラムを用いたことを特徴とするセキュリティー媒体。