CN1174611A - 衍射表面及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种衍射表面(100)及一种制作该表面的方法。可把表面(100)加到标签或其它一些东西上,以便鉴别附有该标签的商品的来历。表面(100)可包括一个区段光栅。例如,该表面可包括许多区段(350),当光照射区段(350)时,区段(350)会在一个遮断表面上产生一个可识别的图像。通过处理表示该图像的数据流来制作衍射光栅。处理上述数据流包括得到该数据流的付立叶变换。最好截断并量化该数据流。

Description

衍射表面及其制造方法

本发明涉及从一光学衍射表面产生投影图像。可用肉眼或用机器来确认这些图像，以便鉴别光学表面，或用于其它目的，例如，存储数据或文娱活动。

当前的问题是销售假冒商品。常用标记和商标来防止假冒。不过，难以防止未经授权就使用标记和商标。

国际申请PCT/AU92/00252中讨论了上述那些问题。

本发明的目的是克服或实质上改进上述那些问题。

这里公开了一种产生包括衍射光栅的衍射图案的方法，当光照该图案时，这图案在遮断源自照射光的衍射光的一个表面上产生可辨认的图像，所述方法包括下述这些步骤：

提供表示所述图像的原始数据流；

处理原始数据，以便确定所述光栅(因而还有所述图案)的形状，所处理的原始数据的特性对应于光栅的物理特性；

提供一块板，这块板具有一个要被变形以便具有对应于所述图案的形状的表面；

按照上述所处理的原始数据使上述板的表面变形，以便产生所述形状；而其特征是：

通过所述特性确定上述光栅的物理尺寸。

现在借助实例、参照附图来详细说明本发明的优选形式，附图中：

图1是一幅图像和由一幅图像产生衍射光栅的过程的示意图；

图2是可产生衍射光栅的数据的示意图；

图3是一个衍射光栅的示意图；

图4是一个光学表面的示意图，这个光学表面包括一个第一区域、一个第二区域以及所谓的过渡区域；

图5是图4的光学表面的近视特写图的示意图，显示了表面由栅格构成；

图6是图4的第一和第二区域的光学性质的示意图；

图7是图4的光学表面的一个栅格的一部分的示意图，显示了该栅格由一些所谓的区段构成；

图8是图7的一个单个的区段的示意图；

图9是一个由一束入射光产生投影图像类型的光字表面的示意图；

图10是图9的投影图像中的移动动画效果的一个例子的示意图；

图11是图9的投影图像中的强度的动画效果的一个例子的示意图；以及

图12是对于图9中所示的光学表面的一种设计的最佳实施例的近视特写图的示意图。

最佳实施例的详细说明

在图1(a)中，显示了一个会产生衍射光栅的图像，从而如果用合适的光源照射该光栅，衍射光将在屏上产生该图像。合适的光源的一个例子是固体激光器。更具体地说，为了看图像的目的，并不能方便地直接观察到实际光栅本身。只有通过适当光照光栅才能看衍射图像，在这种情况下，将在接收来自该光栅的衍射光的一个屏上看所述图像。

应该注意，图1(a)的图像包括一些阴影(即灰度)区域。要制作光栅，扫描图1(a)的图像或它的重排版，以便产生表示该图像的一个数据流，就如同下述的那样。通过将所述图像分解成大量的像素或元素并确定表示每个像素或元素的一种数据值或一组数据值，就得到上述数据流。选择扫描过程的像素的密度，以便在衍射图像得到所需的图像质量。例如，可把所述图像扫描成128×128、或256×128、或512×128像素阵列。然后，可从上述数据流用二维快速付立叶变换来计算产生衍射光栅的衍射图像。一般说来，一个任意图像的快速付立叶变换都是由两个非零的部分组成：一个所谓的实部和一个所谓的虚部。

本发明中，处理原始输入的图像(例如，图1(a)的图像)，使得所得到的处理过的图像的付立叶变换具有可忽略的虚部-也就是说，使得付立叶变换只是实的。下面说明用来产生处理过的图像的优选方法。用由此产生的衍射表面所产生的，且然后被投影到一个阻挡屏上的衍射图像，由原始的图像(例如图1(a)的图像)加上这原始的图像的旋转过的变型构成，对于从所述衍射表面的镜面反射(零级衍射束)出现这样一个图像对(原始图像加旋转过的图像)，而且，对于来自所述衍射表面的更高级的衍射强度较弱。

通常所用的付立叶变换技术的困难在于，付立叶变换的大多数信息包含在付立叶变换数据的一个小部分中。在本发明中，这就意味着只是由此得到的衍射图案的一个小区域导致产生图像。结果，许多入射判读光束将被衍射成通常的衍射光斑，导致被衍射的图像中的比较小的光强。克服这个缺陷的一种方法是，调制通过利用下述的一个随机相位噪声阵列的付立叶变换所产生的数据。在本发明中，如下所述，所述随机相位噪声阵列必须最好是两维奇对称的。

通过截断和量化由快速付立叶变换所提供的数据可使被衍射的图像得到进一步改善。可以截断所算出的量级的峰值的百分比，例如可达50％。然后，把所得到的截断的数据量化为在截断范围内的大量离散的等级。例如，在截断后，可以把由快速付立叶变换所产生的数据量化为在这个截断范围中的50个或10个离散的等级。

下面是包括一些变型在内的一个特定序列的函数的一个例子，为了将一个原始图像，转换成处理过的付立叶变换数据可计算该特定序列的函数，由所述处理过的付立叶变换数据可产生衍射表面。图1中的一系列图显示了这个步骤。

应该注意，本说明书中所指的图形，是用一计算机图形数据包(例如，Adobe Photo shop)或类似的数据包，可在计算机屏幕上产生并观察到的那些图形。还应该了解，为说明清楚起见，下面说明中所用的笛卡尔座标系，因而还有X和Y轴，都是任意的，并且只是包括在内或者涉及到。

1、原始的或输入图像，定位在一个矩形输入图像区域，而所述矩形输入图像区域，定位在笛卡尔座标系的上半平面中(正的Y值)，所述图像区域的下边缘在所述笛卡尔座标系的X轴上，而所述笛卡尔座标系的Y轴，把所述图像区域分为两个相等的一半，就如图1(a)所示的那样。图1(a)中的黑的区域是包含输入图像的输入图像区域-达种情况下是一架飞机的图像。应该了解，输入图像占所述输入图像区域的比例越小，所得到的衍射图像就越亮(即较高的强度)。可这样来理解，来自抛光过的光学表面的被衍射的光功率，大约占入射光功率的一个固定的比例，从而制成被衍射的图像，全部图像平面范围的一个较小部分，把这入射功率的大约固定的比例会聚成一个较小的区域，由此增加被衍射的图像的强度。

2、使输入图像数字化。把输入图像分解成笛卡尔阵列，而在该阵列中的每个元素或像素，都按照输入图像的对应的像素的值(即灰度等级)被指定一个数字化的或量化的值。选择所述阵列的尺寸，以便在数字化的图像中提供所需的分辨率。

在处理技术的这个最佳实施例中，采用一个离散的快速付立叶变换，以便确定衍射光栅数据。在笛卡尔数字化阵列的X和Y方向上的像素数据，因此应该优选地为2的幂；例如，该数字化阵列，可以是一个128×64个元素阵列，或一个256×128元素阵列，等等。

原始图像最好在四周围，有一些至少为一个像素宽度的黑色边界(即零值化)，尽管这个条件并非强制性的。如果在一个或更多的边界上出现非零像素，最终的快速付立叶变换的虚部将趋向偏离零，而理想地，所述虚部应该是零。不过，在快速付立叶变换输出中的一个小的非零的虚部，也可以导致一个令人满意的衍射光栅。

3、从数字化的输入图像产生“四分化的”图像。这个四分化的过程有众多变型，所有这些变型对于实际目的来说，都可产生令人满意的结果。这里说明两个这样的变型。第一个变型是一种严格的校正方法，不过，该方法在由所得到的衍射光栅所产生的图像中导致较少的缺陷，而第二种变型是一种近似，这种近似去除从第一种变型中所导致的缺陷。

量化方法：第一种变型

(i)把原始的数字化的图像，反射在笛卡尔座标系的下半个平面(负的Y值)中，由此，产生一个两倍于原始的数字化输入图像尺寸的总数字化图像，就如图1(b)所示的那样。

(ii)如图1(c)所示，使下半个平面(负的Y值)的图像关于Y轴反射(即左边到右边和右边到左边)。

(iii)四个笛卡尔象限对象‘互换’-即对角平移成相对的象限。换言之，象限1平移成象限3，象限3平移成象限1，象限2平移成象限4，而象限4平移成象限2，这样从图1(c)的图象产生图1(d)的图像。

(iv)在丢弃左半个平面的右边那列(在X＝-1处)并留下一列零值像素在左边的(负的最大的X值)边界的过程中，使所得到的图像的左半个平面(负的X值)向右移动一个像素(向正的X的方向)。在丢弃底部(负的最大的Y值)的那行中的像素并留下直接在Y轴下面处(在Y＝-1处)的一行零值像素的过程中，使下半个平面(负的Y值)向下(向负的Y方向)移动一个像素。图1(e)示出了这种方法应用于图1(d)的图像时的情况。如下所述，这种方法导致，在由所得到的衍射平面所产生的图像中，一条“黑线缺陷”。

四分化方法：第二种变型

这种方法是一种设计，用来去除上述第一种变型所产生的‘黑线缺陷’的近似方法。

第二种变型涉及第一种变型的上述步骤(i)、(ii)和(iii)，随后是下述步骤(iv)。

(iv)在丢弃左半个平面的右边那列(在X＝-1处)并留下一列零值的像素在左边的(负的最大X值)边界的过程中，使所得到的图像的左半个平面(负的X值)向右移动一个像素。然后，把该图像的右边那列(最大的X值)，复制成该图像的充满零的左边那列(负的最大X值)。在丢弃底部(负的最大的Y值)那行中的像素，并留下一行零值像素于直接位于Y轴下面处(在Y＝-1处)的过程中，使下半个平面(负的Y值)向下(向负的Y方向)移动一个像素。图1(f)示出了当应用这种方法于图1(d)的图像时，由这种方法所得到的图像。这种方法导致并不产生上述‘黑色线缺陷’的一种衍射表面。

4、确定奇对称随机相位噪声的贡献。这里用图1(g)的较小的16×16的阵列，说明用于确定该随机相位噪声贡献的方法。为便于清楚说明，包括了图1(g)的X和Y笛卡尔轴，就像在图1的其它图中那样。下面是构造一个随机相位噪声阵列的方法，例如，构造图1(g)的16×16的阵列的方法。

(i)如果数字化的输入图像是2^p(在X方向)×2^q的阵列，并定位该阵列于一个笛卡尔座标系的象限1。给这个2^p-1×2^q(在Y方向)的图像，首先产生一个2^p-1×2^q的阵列，并定位该阵列于一个笛卡尔座标系的象限1。给这个2^p-1×2^q的阵列指定一个随机数组，给该阵列中的每个像素指定一个随机数，除了左边的那列(在X＝-1处)和最顶部的那行(最大的Y值)都充满零(即具有零值)外。指定给上述阵列中那些随机数，都允许处于在0和359之间的范围内，并代表一个随机相位角，这个随相位角，要与已数字化并已四分化了的输入图像的对应像素结合在一起。

(ii)使第一象限随机数阵列关于Y轴反射到笛卡尔座标系的象素2，而被反射的象素2阵列向右(向正的X的方向上)移动一个像素，这些都是在丢弃充满零的右边那列(在X＝-1处)并留下充满零的左边的(负的最大的X值)一列的过程中进行的。

(iii)使所得到的上半个平面(正的Y值)阵列关于X轴反射，并使所得到的下半个平面(负的的Y值)向下(向负的Y方向)移动一个像素，这些都是在丢弃充满零的底部(负的最大的Y值)那行，并留下直接位于X轴下面(即在X＝-1处)的充满零的一行的过程中进行的。

(iv)取消下半个平面的那些值，从而，例如54°变为-54°，而180°变为-180°，等等。

已经如上所述构造了图1(g)的16×16随机相位阵列。图1(h)示出了一个典型的256×256随机相位噪声阵列，可与图1(e)或1(f)的那些已四分化的图像结合在一起，使用该阵列，以便产生一个衍射光栅。在图1(g)和1(h)中，用一种灰度深浅来代表每一像素的相位值，较淡的灰度阴影代表正的相位值，而较深的灰色阴影代表负的相位值。

应该注意可通过采用“种子”数来改变随机相位噪声数据，以便产生不同的随机相位噪声数据阵列。换言之，可“播种”相位噪声数据，从而使不同的相位噪声数据用于不同的衍射光栅图案中。在另一种变型中，源于采用不同的“被播种了的”相位噪声数据阵列的、大量的不同衍射光栅图案，可产生同样的或基本上同样的衍射过的图像。播种随机相位噪声数据，还可用来减少或作任何这样的光学噪声的区域，在通过由本发明的方法生产的衍射光栅，而产生的被衍射过的图像中，可辨别出这光学噪声。通过改变相位噪声数据阵列的“播种”数，可改变在所得到的被衍射的图像中的任何光学噪声，并因此使图像质量最佳。

5、复数的快速付立叶变换(FFT)输入数据的“实”和“虚”部，可从已四分化的图像和随机相位噪声数据阵列产生。对于在该阵列中的每个像素，进行下面的计算：

FFT输入的实部＝振幅×COSθ

FFT输入的虚部＝振幅×SINθ

这里：

振幅＝已四分化了的图像在那个像素处的值

θ＝在那个像素处的随机相位噪声数据阵列的值。

6、计算上述FFT输入数据的快速付立叶变换。目的是要获得全部实的FFT，由于这作为一个衍射光栅更易于以物理形式产生。由于已四分了的输入图像和随机相位噪声数据阵列的对称性质，所得到的FFT输出应该只是实的或近似只是实的。

在实践中，FFT输出中会出现某些非零的虚部，这虚部的大小特别依赖于所用的输入图像的四分化方法。一般来说，上述四分化方法的第一种变换是一种产生只有实的FFT输出的严格方法，而上述四分化方法的第二种变型是一种可在FFT输出中明显地产生非零虚值的近似方法。例如，已在一个特定的例子中发现，上述四分化方法的第一种变型对于最大为275的实部值产生最大为0.00002的最大虚部值(即在计算精度范围内，虚部为零)，而上述四分化方法的第二种变型(它是一种近似方法)对于最大为260的实部值产生为0.64的虚部值。

7、通过对每个像素把复数的FFT输出数据的复数，变为实数来产生基本衍射光栅数据。对每个像素，丢弃复数的FFT输出的虚部(它应该在任何情况都近似为零)，并只保留实部。图1(i)显示了由图1(f)的四分化了图像所得到的衍射光栅数据(即用四分化方法的第二种变型)。注意，在图1(i)中，对每个像素，把(只是实的)基本衍射光栅数据表示为灰度等级。

8、截断并量化基本衍射光栅数据，以便产生处理过的衍射光栅数据。把基本衍射光栅数据，限制为一定的极端值，并使任何在这些极限外的数据处于这些极端值。然后，在一组指定的量化等级外的数据处于这些极端值。然后，在一组指定的量化等级中，量化所得到的已截断的数据。

因此，截断和量化过程“扭曲”基本衍射光栅数据，或使基本衍射光栅数据不精确，因而，在理论上降低了由所得到的衍射光栅产生的被衍射的图像的质量。不过，实践中，用于复制物理衍射表面的的设备，具有一定的分辨率极限，因而，如果截断和量化过程以一种合适的方式与产生衍射表面的设备匹配，所得到的衍射表面，实际上可产生比没有该截断和量化过程的情况更好的整体质量的(考虑到被衍射的图像的分辨率和亮度两者)被衍射的图像。

然后，在两个指定的极限内，通常是在0和1之间，归一化被截断和量化的数据，从而在归一化后，在基本衍射光栅数据中，一个0.5的值近似等于一个零值，记住，基本衍射光栅数据可以是正的或负的，并且通常围绕零近似对称分布。

无论归一化与否，较低的被截断和量化的值代表在最终衍射表面中的最小调制，而较高的被截断和量化的值，代表在最终衍射表中的最大调制。在一个区段光栅图案的情况下(如这里所述的那样)，最小调制意味着没有蚀刻一个区段，而最大调制意味着最大蚀刻一个区段。

量化等级，在整个被截断的基本衍射光栅数据的范围内，无论是线性分布还是非线性分布，通常都代表在最终的衍射光栅的调制中均匀或线性的阶梯。然而，应该了解，在某些例子中，量化等级可以以一种非线性的方式，对应于用于最终的衍射光栅的调制值。图1(i)显示了由图1(i)的基本衍射光栅数据，所得到的处理过的衍射光栅数据(在截断和量化后)。在这种特定的情况下，已采用了50个量化等级。在图1(i)中，在每个像素处的处理过的衍射光栅数据的值，被表示为50个灰度等级之一。

典型地，业已发现，对被数字化为256*128个像素的阵列的一个输入图像，就如同在图1(a)的输入图像那样，当调整截断和量化，使得约2％至5％的基本衍射光栅数据值被截断，且所得到被截断的数据量化为50个量化等级时，由最终的衍射光栅得到好的结果，尽管应该了解到，其它的一些变化可以产业令人满意的结果。

截断基本衍射光栅数据，允许在处理过的衍射光栅数据阵列(即量化后的数据)中更多的值不同，并因此携带有用的信息。通过调整基本衍射光栅数据的截断和量化，使在被衍射的图像上的噪声最小，在处理过的衍射光栅数据阵列中，最少数目的像素有相同的数据值，截断过量会导致在最大或最小(即被截断了的)数据处的像素数目的增加，而截断太少会导致在小数据值处的像素数目的统计群聚，在较大的值处，几乎没有什么像素。例如，具有50个量化等级的最佳截断，通常会导致在处理过的衍射光栅数据阵列中，相等的数据值的数目并不超过全部数据点数目的百分之几。理想地，处理过的衍射光栅数据的平均值，应该在最大和最小的被截断的值之间的近似一半处，这使得在一个区段光栅图案中(如此处所述的那样)，区段的平均被刻蚀的面积(关于光栅取平均)将近似为网格图案的所包围的面积的50％。借助附图，在一个基于256*256的数据阵列的特定例子中，+698和-738的峰值数值被分别截断为+150和-150，由此，大约截断了全部数据点数目的2％。采用50个量化等级，这导致在处理过的数据阵列中，相等数值的最大数目为在该阵列中的全部点的数目的4％左右。这种截断和量化产生清楚和稳定的图像。另一方面，在同一例子中，业已发现，把上述峰值截断为+100和-100，会在被衍射的图像上显著增加噪声。

图1(K)和1(L)中示出了选择不同的截断和量化方案的效果。图1(K)显示了图1(I)的基本衍射光栅数据产生的一个栅射生成的第零极衍射图像，这里仅截断了0.2％的数据值，且只用了5个量化等级，而图1(L)示出了当截4％的数据值并用50个量化等级时所产生的被衍射的图像。显然，图1(L)的被衍射的图像比图1(K)的被衍射的图像质量高。

对于截断和量化的一种可供选择的方式，是采用一种非线性量化标度，以便以一种非线性或非均匀的方式给各种量化等级指定基本衍射光栅数据。，这些量化等级在最终的衍射光栅的调制中可代表线性的(即均匀的)或非线性的阶梯。应该注意，通过采用在那些量化等级两两之间的非线性关系以及调制最终的衍射光栅，可在被衍射的图像中产生显著的视觉效果。采用一种非线性标度，给各量化等级指定FFT数据，可以被设计成具有一种类似于截断和量化的效果，这在于给出在处理过的衍射光栅数据中可资利用的量化等级的最数目，非线性标度起的作用是使得在这些量化等级中数据值的分布匀匀-即可以确定非线性量化标度，以便使处理过的衍射光栅数据中，相等的数据值的数目最小。

如果用一束合适的判读光照如这里所述的所形成的一个衍射光栅表面，这衍射光栅表面将在屏幕上或光学传感器上提供一个投影的衍射光图案。这个衍射图案将包括一个零级图案，这个零级图案包括上述判读光束的镜面反射，并且围绕这个镜面反射的光斑对称地放置两个原始输入图像，这两个图像的每一个都是旋转了180°后的另一个图像。例如，由图1(j)的处理过的衍射光栅数据所形成的一个衍射光栅会在观察屏幕上或光学传感器上产生投影的零级衍射图像，这投影的零极衍射图像由上述镜面反射光斑和一对围绕该镜面反射光斑定位的原始输入图像构成，就如图1(L)所示的那样，图1(l)是图1(c)的一个简单的变型。(注意，在图1(k)和1(l)中，已忽略了中央定位在上述两个图像之间的中央衍射光斑)以一种类似的方式，更高级的(第一级、第二级等等)衍射图像由被一对原始输图像所围绕的一个衍射光斑构成，这对原始输入图像围绕更高级的衍射光斑定位。

如这里所述，有众多的用于“四分化”输入图像以便产生衍射光栅图案的方法的变型。上面特别说明了两种这样的变型-第一种变型和第二种变型。

第一种变型是一种精确的或严格的较正方法，但在所得到的被衍射的图像中产生一种所谓的“黑线缺陷”。如果如图1所说明的那样处理图1(a)的输入图像，并采用上述四分化方法的第一种变型，所得到的衍射光栅会产生有一条黑线、一个像素宽、沿着Y轴穿过图像的中心延续的一个零级衍射图像，就如图1(a)所示的那样。(图1a)中并未示出中央镜面反镜反射光斑)在大多数实际情况下，在一个用于观察这样的被衍射的图像的、调好的仪器上，会观察到这条黑线。

可用上述四分化方法的第二种变型去除“黑线缺隐”。这种四分化方法的第二种变型是一种近似方法，此方法并不提供一个严格地只有实部的快速付立叶变换输出数据阵列-即该快速付立叶变换输出阵列具有一个只是近似为零的虚部，而上述四分化方法的第一种变型通常产生一个在该计算方法精度范围内具有零虚部的快速付立叶变换输出数据阵列。然而，采用上述四分化方法的第二种变型所设计的衍射光栅将产生没有“黑线缺隐”的一个零级衍射图像。图1(l)是一幅通过由图1(a)的输入图像所设计的一个衍射光栅并用上述四分化方法的第二种变型所产生的零级衍射图像的图。(图1(l)中并未示出中央镜面反射乐斑)图1(l)的图像并未显示出“黑线缺隐”，而对于采用足够高分辨率的数字化阵列(例如一个256*128或更大的阵列)的大多数实际情况，在这个图像和“正确的”衍射图像(通过一个严格正确的衍射光栅产生)之间的任何其它偏差不会显著。结果，在许多实际情况中，更优选采用上述四分方法的第二种变型。

如上所述，理想地，原始矩形输入图像区域在围绕该输入图像区域的整条路上应该有至少一个像素宽度的一些黑色(零值)边界。不过，这个条件并非是强制性的，而如果在一个或多个边界上出现非零像素，所得到的快速付立叶变换输出数据阵列的虚部趋向于远离零。理想地，该快速付立叶变换输出阵列的虚部应该为零，以便允许产生精确的物理衍光栅。不过，一个非零的虚部也可导到产生令人满意的衍射的图像的衍射光栅图案。还如上所述，按照此处所述的方法所形成衍射光栅将围绕每个衍射级产生衍射图像，因此，如果适当成形输入图像和输入图像区域，就可能设计一种衍射光栅，这使得由这样一个衍射光栅所产生的各种衍射级，特别是零级和第一衍射级，连接在一起，以便形成一个连续的或“无缝的”衍射图像。为了获得零级和第一级的连续连接，就必须在输入图像区域的边界上包括非零像素。图1(n)示意性地示出了对于衍射光栅是一个如此处所述的区段光栅的情况，由这样的一个衍射光栅所产生的零级和第一级衍射图像。对于这样的一个区段光栅的情况，四个第一级被衍射的图像围绕着零级衍射图像。通过为说明清楚而包括的虚线的矩形，画出了图1(n)中的零级和第一级衍射图像。在这个例子中，已这样设计衍射光栅，使得每个衍射级中的图像是一个由四个箭头围绕着的中央衍射光斑，而零级和第一级衍射图案在衍射图像的边缘连接，以便形成一个无缝的图案，就如图1(n)所示的那样。应该了解，采用此处所述的方法，可产生具有这样性质的许多衍射光栅图案，这性质是零级和第一级衍射图像光滑地连接，以便形成一个‘无缝的’或连续的图案。

如上所述，采用一个随机相位噪声数据阵列，用来更均匀地横过衍射光栅表面散布衍射图像信息，由此，增加被衍射的图像相对于由该光栅产生的任何衍射光斑强度的强度。

图2(a)示意性地画出了没有上述随机相位噪声阵列所导出的一个典型的衍射光栅数据阵列的一个象限，而图2(b)示意性地画出了用一个随机相位噪声阵列所导出的该衍射光栅阵列的对应象限。图2(a)和图2(b)是64×64的数据阵列。通过比较图2(a)和图2(b)，显然，考虑到衍射图像信息聚集在所得到的衍射光栅图案中，采用随机数相位序列已克服了上述缺点，这是由于在图2(b)中衍射图像信息并未聚集在上述光栅的图案的任何一部分，而是横过整个光栅图案分布，而在图2(a)中，上述衍图像信息聚集在所述光栅图案的一个有限范围内。

用处理过的衍射光栅数据(如上导出)，去控制一个能产生物理衍射光栅的装置。用于此目的一种优选的装置是电子束平版印刷机。这种机器根据处理过的衍射光栅数据刻蚀一块由玻璃或某些其它合适的材料制成的适当制备好的板。换言之，通过调制记录在该板上的图案的面积、或宽度或一些其它性质，使处理过的衍射光栅数据刻蚀进所述板，在某一特定点的所述调制取决于在那个点的处理过的衍射光栅数据值。在这种情况下，可通过电子束平版印刷机，以一种适于判读的形式，重新安排或重新格式化上述处理的衍射数据。其它一些参数值-例如代表在一区段光栅的网格图案中网格的物理尺寸的参数或形成整个衍射表面的一些区段光栅的数目和布置，也都可以与处理过的衍射光栅数据一起输入，以便能产生刻蚀过的板。应该了解，用这种方法所形成的光栅图案如果被一束合适的判读光照射，就会在屏幕上或光学传感器上提供一个零级被衍射的图像，这图像由被一对原始的输入图像所围绕的一个中央镜反射光斑构成，就如图1(e)所示的那样。(图1(l)中并未示这个中央镜反射光斑)例如，可借助一个激光二极管进行上述照射，用一透镜装置适当地成形所述激光二极管的输出光束。应该了解，可用电子束平板印刷机来记录上述处理过的衍射光栅数据的正值或负值(即相反的值)。

如上所述，可处理任何输入图像，以便产生只有实部的或近似只有实部的处理过的衍射光栅数据阵列，用于记录在一块刻蚀过的板上，或用某些其它方式。

可以把处理过的衍射光栅数据直接记录在上述板上，或可以把该数据作为一个底下的衍射光栅的调制来记录。这个底下的衍射光栅可以是大量的光栅类型中的一种，例如，可以是一个简单的直线光栅。

之后，如果处理过的衍射光栅数据直接记录在上述板上，可借助在所述板上的大量的离散的点的每一点处的一个刻蚀过的区域的性质，来代表在那个点的处理过的数据的幅度。以这种方式，当用显微观察所得到的刻蚀过的板时，该板由一些列或坑的一个阵列构成，这里，每个列或坑代表在刻蚀过的板上的那个点处的处理过的衍射光栅数据的幅度。用来代表处理过的衍射光栅数据的刻蚀过的区域的性质可包括面积(平行于上述板的表面的平面)、形状(当从上述板的表面上方看时)位置、高度或深度、以及每个列或坑的高度或深度剖面。在一个简单的实施例中，每个列或坑的面积可代表在刻蚀过的板上的那个选处的处理过的衍射光栅数据的幅度。在这种情况下，上述列或坑可具有任何剖面形状(即当从所述板的上方看时的形状)，但是，例如，通常是方形或矩形形状。之后，如果以上述方式，形成在刻蚀过的板上的适当的发光处上的衍射图像就会围绕镜面反射方向呈现出来，用来照射光束以及围绕更高的衍射级。

通过把处理过的衍射光栅数据直接记录在刻蚀过的板上所产生的光栅的一个优选的实施例是所谓的区段光栅。通过在上述板上产生一个网格图案来生产区段光栅，这里，该网格图案由一些封闭的区域构成，例如，方形、矩形、三角形或某些其它形状的区域。例如，在一个优选的实施例中，一个区段光栅包括一个一些封闭的方块的网络图案。每个封闭的区域包括一个刻蚀过的区域，这里，该刻蚀过的区域的性质代表在那个点处的处理过的衍射光栅数据的幅度。用来代表处理过的衍射光栅数据的刻蚀过的区域的性质可包括面积(平行于上述板的表面的平面)、形状(当从所述板的表面的上方看时)位置、深度和深度剖面。在一个简单的实施例中，在网格图案中的每个封闭的区域可包括一个刻蚀过的区域，这里，该刻蚀过的区域的面积代表在那个点处的处理过的衍射光栅数据的幅度。对于这样的一种区段光栅的情况，形成在上述刻蚀过的板上的适当发光处上的被衍射过的图像将围绕上述镜面反射的方向呈现出来，用来照射光束以及围绕由结合进上述板的所述网络图案所得到的更高的衍射级。

在图3中，示意性地示出了一个区段光栅10。光栅10包括一系列的按箭头12的方向延伸的第一峰11，以及一系列按箭头14的方向延伸的第二峰13。峰11和13一般成直角，并提供一些封闭的方形成矩形的一个网络的图案。这些封闭的方形或矩形包括一些凹进的部分15，峰11和13置于水平面或凹进的部分15的平面上方。峰11和13的剖面是凹的，而且，或者两者都可以具有小于判读光束波长的横向宽度。照射峰11和13的光并不以通常的方式反射，这里由于峰11和13的横向宽度可小于入射光的波长。在这种设计方法中，通过在每个区段内调制刻蚀过的区域，即在网格图案的每个封闭区域内调制刻蚀过的区域，达到按照处理过的衍射光栅数据调制区段光栅。因此，在图3中，每个凹进的部分15已被刻蚀了一个区域，这个区域代表在那个点处的处理过的衍射光栅数据。例如，如果处理过的衍射光栅数据在0和1之间已被归一化，那么，一个0.4的值表明，在相应的区段中的刻蚀过的区域应该是整个区段面积的40％。在这种类型的区段光栅设计中，业已从经验上发现，可利用刻蚀过程的深度的调整，来使所得到的被衍射的图像的亮度和分辨率的组合最佳。已发现增加刻蚀深度会产生更亮的被衍射的图像，尽管刻蚀太深会在光栅的上表面引起过度蚀刻(由于被刻蚀的区域的壁并非完全垂直的)，这会导致减弱所得到的被衍射的图像的分辨率。因此，存在一个由刻蚀过程所确定的最佳刻蚀深度。

借助附图，打算与红色激光一起使用的、图3所示类型的一个区段光栅中的相邻的两个峰之间的间隔，典型地为0.5微米到1微米，而峰11和13至少在该区段光栅的某些部分中的宽度，典型地小于用来观察由该光栅产生的被衍射的图像的光的波长。用来代表一个区段光栅的网格图案里的每个封闭的区域内的处理过的衍射光栅数据的性质，一般被确定和被刻蚀的精度远小于该区段光栅的特征尺寸-例如采用目前可资利用的技术，在该光栅上的特征的定位精度为5毫微米到10毫微米-即大约为一个封闭的方形或矩形的边长的0.5％至1％。不过，这些数字只是说明性的，而不应该认为是限制性的。

一种用于记录处理过的衍射光栅数据的可供选择的技术是在一个下面的光栅的调制。下面的光栅例如可以是通常的直线衍射光栅，或者可代之以曲线构成的光栅。在这种情况下，处理过的付立叶变换中的幅度信息可记录为在刻蚀过的板上的每一点处的平面的光栅的宽度。形成在刻蚀过的板上的发光处的图像会围绕镜面反射方向呈现出来，用来照射光束，以及围绕对于未调制的光栅会正常出现的每个衍射级。

应该了解，本发明并不依赖于在光学表面的刻蚀过的和未刻蚀过的区域之间的，光反射率和光透射率之间的差别，而且，在此处所述的那些光学表面的那些最佳实施例中，那些表面将会均匀地光反射或透射。例如，在图3的表面的优选的实施便中，整个光学表面，包括峰11和13以及凹的部分15，将会均匀地光反射或透射。这样，本发明与众多的现有的方法不同(例如所谓的双相位全息法)，这些现有的方法仍赖于，在上述表面的处理过的和未处理过的区域之间的反射率或透射率之间的差别。

随后，可采用利用电子束平版印刷机所产生的刻蚀过的板，以便生产可用于商业的光学衍射表面。这种表面例如可以是薄的箔的形式。由刻蚀过的板生产光学箔的过程优选地涉及电镀该刻蚀过的板，以便产生原版薄片，由此原版薄片复制压纹薄片。用压纹薄片机械地把取自刻蚀过的板的表面图案复制成一层箔，然后，涂覆这层箔，以便为精细的压纹过的结构提供机械保护。关键点在于在上述箔中的压纹地的层均匀地光反射或透射，这是由于压纹过的表面或者一开始就具有所需的光反射或透射特性，或者在压纹后，用均匀的光反射率或透射率的一层来涂覆。上述箔的适当的发光导致产生，来自刻蚀过的板的被衍射的图像。因此，本发明的光学表面并不依赖于上述表面的被刻蚀过的和未被刻蚀过的区域之间的光反射率或透射率之间的差别。例如，对以一具银反射箔的形式所产生的图3的优选的实施例的情况，包括峰11和13以及凹的部分15在内的整个光学衍射表面均匀地光反射。应该了解，其它方法，例如注射模方法，也可代之以用来从刻蚀过的板产生可用于商业的光学表面。

如图3所示，采用一个区段光栅图案的一个优点，如上所述，与一个调制过的线光栅相反，就在于该区段光栅能使更多的量化等级结合进行付立叶变换数据的处理，并能产生刻蚀过的板。这是因为，对于区段光栅的情况，反射区域可在两维变化，而不是像对于线光栅的情况只是在一维变化。如果电子束平版印刷机对于线光栅的情况能够有几个量化等级，同样的电子束平版印刷机对于等效的区段光栅的情况能够有n²个量化等级。量化等级数目的增加导致被衍射的图像的质量的全面改善。因此，例如，对于区段光栅的情况，就可能用50个量化等级，这里对于等效的线光栅的情况，少于10才是可能的。的确，用于一个区段光栅的典型结构可涉及采用50个量化等级，以便产生清楚、稳定的被衍射的图像。

在上面讨论过的实施例中，把图像说明为投影在一个屏幕上。关于这一点，应该了解，可采用光传感器来识别图像。也就是说，可专门把图像制作成(设计成)特别适于机器判读(机器可识别的)。对于高度可靠的鉴别和鉴定用途。例如信用卡、个人身份证及产品保障，这会是特别有益的。

上面讨论过的光栅可用于任何物品，为了确定该物品的真实性。照射用于该物品的光栅，而图像投影在屏幕上并被观察，以便确定该物品的真实性。可以选择地，可把所述图像投影在一个光学传感器上，并用机器识别，以便确定上述物品的真实性。只给真实的物品提供光栅，不使用上面讨论过的生产光栅的方法，就不可能未经授权就复制该光栅。

在许多例子中，按照应用的要求标定衍射图像的尺寸及该衍射图像的间隔是有益的。通过标定如上所述生产的光栅图案，就可以以一种直接了当的方式来做到这一点。一般说来，减少光栅图案的尺寸会产生更大的且隔开的更宽的一些图像，而增加光栅图案的衍射理论，众所周知光栅大小的变化与图像的尺寸及间隔之间的关系。减小光栅尺寸的一个特别的优点是可完全去除第一级衍射图案。这就有这样的优点，即把所有的被衍射的光围绕镜面反射的方向会聚成所谓的“零级”被衍射的图像，用于照射光束，由此，使这些图像实际上更亮。这还有进一步的优点，即造成用光学显微镜观察图像光栅细节更加极为困难，因此，复制成假冒也更加极为困难。

采用这里所说明的技术，就可以用极小的光栅图案产生完全可以接受的且可识别的被衍射的图像。典型地，光栅图案的尺寸会占据一块边长为0.1毫米到0.5毫米的方形区域，尽管也可以用更大或更上的光栅图案。还有，可采用其它一些结构，例如，三角形、圆形或矩形。用来鉴定一件产品的一个衍射表面可由一系列横过该表面的、重复的基本光栅图案构成。这些光栅图案的每一个可以小至0.1毫米×0.1毫米。如果用适当成形的、实际上是单色的一束光照射，由这样的一个光栅图案所产生的、被投影的、被衍射图像是清楚和稳定的。如此处所述，这样的一个衍射表面可用来鉴别一个对象。

设计此处所述的光学表面，以便当适当照射时产生指定的被衍射的图像，围绕各种衍射级产生所述图像。特别感兴趣的是围绕镜面反射的方向所产生的被衍射的图像零级衍射图像。在图3所示的优选实施例中，光学表面由被峰11和13所确定的方形或矩形“栅格”的一个规则阵列构成，每个栅格包括一个近似为方形或矩形的凹的部分15，这里，在每个栅格中，如此处所述的那样确定峰11和13的宽度及凹的部分15的位形。

可规定图3的表面图案中的峰11和13的间隔，因而还有“栅格”的尺寸这规定与由图3的表面所产生的零级衍射图像的角尺寸和角位置无关。换言之，可开发大量图3所示类型的衍射表面图案，以便实际上产生同样的零级衍射图像，且具有峰11和13(而且还有凹的部分15的位形)的不同间隔的各种表面图案。

由图3的表面图案所产生的更高的衍射级的角位置，取决于峰11和13的间隔，对于更高的衍射级，较小的间隔产生较大的衍射角。

因此，这里所述类型的衍射表面可这样设计，使得独立于由这样的表面所产生的更高的衍射级的角位置来规定零级衍射图像的角尺寸及角位置。

因此，本发明的光学表面提供了，一种从用通常的全息技术所记录的伪造的光学表面不能得到的自由度。对于全息记录的表面的情况，通过记录装置的结构来规定各种衍射级的角位置，而且不可能独立于更高级图像的角位置规定一组全息投影图像的角位置。对于这里所述的光学表面，因而，与更高的衍射级的角位置无关地规定零级衍射图像的角尺寸和角位置的能力就提供了一种区分这里所述的光学表面和伪造的全息表面的方法。

采用这里所述的设计和生产衍射光学表面的技术，特别是图3所示的所谓区段光栅技术，就可能产生这样一些被衍射的图像，这些图像当一束特定的入射光横扫过光学表面时以一种特定的方式从一种图像演变成另一种。图4是光学表面100的一幅示意图。表面100包括三个区域：第一个区域101、第二个区域102以及所谓的过渡区域103。

在这个优选的实施例中，包括区域101、102及103在内的光学表面100由一些基本单元或栅格构成。图5是表面100的一个区域的一幅示意图，该图显示了表面100由栅格200构成。在这个实施例中，光学表面100中的那些栅格200都是方形的，且都有相同的尺寸，尽管应该了解到，其它的一些结构也是可以的。每个栅格200包括一个光学衍射表面图案，这个图案优选地可以是这里所述的一个所谓的区段光栅图案。不过，应该了解，本发明中，除了区段光栅图案，也可采用另一些光学表面图案。典型地，但非必须地，栅格200的边长范围是0.1mm到0.5mm。

典型地，区段光栅中的那些区段的边长(宽度)为判读光束波长的0.3倍到约2.0倍。所述宽度优选为上述波长的0.5倍到1.5倍。

图6示意性地示出了光学表面100的第一和第二区域101和102的光学性质。把第一个区域101设计为当用合适的一束光301照射时产生第一个被投影的图像300，而把第二个区域102设计成当用类似的光线照射时产生第二个被投影的图像302。把被投影的图像可设影在一个观察屏幕上用于目视鉴定，或者可投影在一个光学传感器上用于机器鉴定。在图6中，显示了把图像300和302投影在一个观察屏幕303上。图像300和302可以是任何图像，而这分别取决于光学表面101和102的图案。光束301优选为一束特定的激光。该光束优选地在光学表面上产生一个光斑，这个光斑在该光学表面的变换方向上-图6中箭头304的方向上-具有与栅格200的边长类似的尺寸。

当光束301从第一个区域101连续横扫过过渡区域103到第二个区域102时，第一个被投影的图像300会变换为第二个被投影的图像302。优选地，但非必须地，图像300到图像302的变换将是光滑和连续的。

图7示意性地示出了光学表面100的一幅近视特写图，此图显示了栅格200的一部分。在这个优选的实施例中，每个栅格200包括一个所谓的区段光栅图案(如此处所述的那样)，其中，每个栅个200的表面分成一些封闭的区域或“区段”的一个网格图案，这些区段的形状优选为方形或矩形，或者可以是某些其它形状。每个区段包括一个导致一个坑或列的刻蚀过的区域，这里，根据一种指定的方法来指定在该区段中的所述刻蚀过的区域的那些性质(例如，面积、位置和/或深度)，以便从所述网格的光学表面产生所需要的光学效果，这光学效果在本发明中就是如图6所示的被投影的图像。例如，可采用此处所述的方法来确定每个区段中的被刻蚀过的区域的技术规格。每个区段中的特征尺寸小于入射光束301的波长。例如，对于每个区段包括一个刻蚀过的坑的情况，围绕该坑的那些峰的宽度通常可小于光束301的波长。

在图7所示的优选的实施例中，每个栅格200中的区段光栅由一些方形的封闭的区域或“区段”350的一个网格图案构成，每个区段350具有规定的性质。在图7中，用虚线标明区段350的边界，图7所示的图案中包括这虚线只是为了说明的原因，每个区段350中并没有物理上的边界。在栅格200中的每个区段350可用它在该栅格中的位置来指定，从而，例如，在一特定的栅格中的(m，n)区段是在那个栅格中从左边起的第m个区段及从下面起第n个区段。用更精确的术语，在一个栅格中的第个区段可以在一个笛长尔座标系中分别用它在那个栅格中的x和y座标m和n(整数)来指定，用该栅格的左下角作为该座标系的原点。因此，在一个栅格中的(m，n)区段在所有其它栅格中具有相应的(m，n)区段。应该了解，也可以采用其它的栅格形状和其它的区段形状。而不是采用这里所考虑的方形栅格和区段形状。

在这个实施例中，在光学表面的第一个区域101中的所有栅格是相同的，且在第二个区域102中的所有栅格也是相同的，查与在第一个区域101中的那些栅格不同。把第一个区域101中的栅格设计成产生图像300，而把第二个区域102中的栅格设计成产生图像302，就如同图6所示的那样。

把过渡区域103中的栅格200设计成经历一个从区域101中的栅格的图案到区域102中的栅格的图案的指定的变换。因此，当光束301从第一个区域101横扫过过渡区域103到第二个区域102时，由光束301产生的图像将从图像300变换为图像302。这个图像变换优选地是光滑的，且可以是直接的(即图像300直接变换为图像302)，或者可以涉及到经过大量既不像图像300也不像图像302的中间图像。

在这个实施例中，用图5和图7帮助，可最好地说明从区域101的栅格到区域102的栅格的变换。如图5所示，在这个实施例中，栅格200是方形的，且安置成一个方形布局，尽管应该了解，其它的结构也是可以的。用一组座标(X，Y)来鉴别每个栅格，这里，(X，Y)格栅表示从左边起第X个栅格及从下面起第Y个栅格，就如图5所示的那样，-因而，X和Y就是该栅格的笛卡尔座标(整数)。

在过渡区域103中，所有具有相同的X值的栅格-即在同一列中的所有栅格-是相同的。然而，在过渡区域103中，具有不同X值的栅格-即在不同列中的栅格-是相同的，方式是这样的，即一个栅格的图案从区域101的图案横过上述过渡区域演变为区域102的图案。

这一点可列精确地表述如下。

考虑一个特定的区段(m，n)。把第(m，n)个区段的性质标明为P(m，n)。例如，这些性质可包括在该区段(m，n)中确定“坑”或“列”的那组座标-即在区段(m，n)中在记录光学表面100的过程中已被刻蚀过的区域。

例如，图8是一个典型的区段360的一幅示意图，区段360可以是图7的那些区段350之一。在图8中，假设区段360包括一个刻蚀过的区域或“坑”361，而在区段360中，区段360和刻蚀过的区域361两者都是方形的或者是矩形的。因此，可用座标[x1，x2，y1，y2，D]来指定区段360，这座标确定了在区段360中刻蚀的区域，就如同示出的那样，这里用参数D代表刻蚀过的区域的深度。在这样的一种结构中，第(m，n)个区段的那些性质P(m，n)可以只由对于第(m，n)个区段的座标[x1，x2，y1，y2，D]组成。不过，应该了解，在某些情况下，在指定第(m，n)个区段的那些性质P(m，n)时，还需要包括另外的信息，例如，刻蚀过的区域的深度剖面。

当横过过渡区域103增加栅格的X值时，在该栅格中的第(m，n)个区段的那些性质P(m，n)，按照一指定的函数F经历了从区域101中的那些性质P(m，n)到区域102中的那些性质P2(m，n)的变换。从数学上这可表述如下：

F{P1(m，n)→P2(m，n)}

换言之，函数F确定了第(m，n)个区段的那些性质横过过渡区域103从第一区域101中的那些性质质(m，n)到第二个区域102中的那些性质P2(m，n)的变换。

在这个实施例中，所有具有相同的X值的栅格都是相同的，因而，函数F并不是Y的函数。不过，另外的那些实施例中，可以不是这种情况。

在最简单的实施例中，函数F将只是栅格的座标X的函数，从而，在一个栅格中的所有那些区域，将经历从第一个区域的性质到第二个区域102的性质的相同的函数变换。

举一个特殊的例子，函数F可以只是X的线性函数，这意味着，当对于区域101的那些座标值开始，横过过渡区域103增加而到达对于区域102的那些座标值时，对于第(m，n)个区段的座标[x1，x2，y1，y2，D]经历一种线性变换。另一方面，函数F可以是非线性的。例如，函数F可以是这样的，对于第(m，n)个区段的座标[x1，x2，y1，y2，D]的变化，可出现在过渡区域103的中间，或者，可以选择地，可以出现在过渡区域的那个端部，而在中间几乎没有什么变化。

在另一个实施例中，函数F可依赖于X，而且还可依赖于m和n，从而，在一个栅格中的那些不同的区段(m，n)将经历从区域101的性质到区域102的性质的不同的函数变换。例如，在该栅格的右上角中的那些区段比在该栅格的左下角中的那些区段，在横过过渡区域103时经历一种更强的非线性变换。当在从图像300到图像302的变换中产生某一特殊的光学效果时，函数F对于区段鉴别数m和n以及栅格列数X的相关性是有益的。

函数F既可以是一个连续函数，也可以是一个整函数(即对于变量的整数值)。然而，变量X、m和n可只取离散值，在本说明书中，该离散值是整数值(0，1，2，3，…)。因此，函数F将只在X、m和n的一些离散值处“取样”。

不管函数F是否依赖于X或依赖于m和n，都应该优选地选择它，以便当光束301从区域101横扫过过渡区域103到区域102时产生从图像300到图像302的看上去是光滑的变换。可能必须采用一个非线性的函数F，以便产生一个看上去是光滑且是连续的，从图像300到图像302的变换。为了在图像变换过程中产生光滑图像的发散和会聚，重要之点还有函数F该变化不强烈并不包括强烈的不连续性。

应该了解，在图4至图8的优选的实施例中的那些变化是可以的。

例如，提供这样一个被投影的图像是重要的，这个图像由一个固定的图像成份和一个上述的“变换”图像成份。在这种情况下，光学表面100可由一些上述的基本单元或网格构成，但每个网格包括两个独立的子网格：一个第一子网格在所有的网格中都是相同的，并由此从任何地方在上述光学表面上产生一个固定的或恒定的被投影的图像；而一个第二子网格按照这里所述的原理设计而成，并因此产生一个图像，这个图像当一特定的光束横扫过上述光学表面时从一个特定的图像变换到另一个。

可易于横过一个表面重复这里所述的图像变换过程，以便能当一束光横扫过上述光学表面时多次连续地进行被投影的图像的变换-即图像1变换为图像2，而图像2又变换为图像3，等等。

类似地，应该了解，上述的图像300和图像302实际上可由大量的图像构成，并因此当一束光横扫过光表面时上述图像变换过程可涉及到多次把第一次被投影的图像变换成同样的，或者大量不同的第三次被投影的图像。(通过此处所述的合适的栅格200的图案可达到从光学表面100同时产生大量的图像)。例如，图7中的第一个区域101可产生几个被投影的图像，这几个被影的图像可变换或融合成由第二个区域102产生的一个单独的被投影的图像。

采用这里所述的用于设计和产生光学表面的技术，就可能当一特定的光束横扫过一个光学表面时，产生显示移动和/或强度的动画效果的被衍射的图像。图9是光学表面400的一幅示意图，这样设计光学表面400，使得一束特定的光401以一种特定的方式入射在表面400导致产生一束或多束被衍射的光402，所述被衍射的光束402当被表面404截断时产生图像403。表面404可以是一些设计用来给出所述图像403用于目视检查的屏幕，或者可以是一些设计用来能机器识别所述图像403的光学传感器。

把表面400设计成具有变化的表面性质，当入射光束横扫过表面400时，这变化的表面性质导致在一个或多个图像403中的动画效果。例如，动画效果可以是图像403中的移动效果或图像403中的强度的动画效果。动画效果还可以是连续的或是非连续的。

图10显示了图9的图像403的一个例子500，以及一种通过表面400的适当的图案可用于所述图像500的移动动画效果。在这种情况下，图像500是一个椭圆。可这样设计表面400，使得当光束401横扫过表面400时，椭圆500以一种连续或非连续的方式旋转，就如图10(a)至图10(d)示意性地示出的那样。图10(a)至图10(d)中的图像中所示出的动画，当光束401横扫过表面400时可以重复。应该了解，图10中所示出的椭圆500只是可由表面400产生的图像的一个例子。

可把光学表面400设计成产生任何图像或图像403。例如，图像403可以是产品名称或标识语，当光束401横扫过表面400时，它们可以旋转或平移。在另一个实施例中，图像403可以是人像、动物像或物体像，当光束401横扫过表面400时，这些像移动或变换形状。

图11示出了图9的图像403的另一个例子600，以及可施加到所述图像600上的强度的动画效果。在图11中，图像600是字“TEST”，尽管图像600可代之以一个标记或产品名称。可以以这样一种方式设计表面400，使得图像600由亮的字母(图11中的以实的阴影显示)和暗的字母(图11中用轮廓线示出)组成，当光束401横扫过表面400时，亮和暗的字母的组合变化。例如，图11(a)至11(d)显示了当光束401横扫过表面400时的一种可能的动画效果，如所示出的那样，亮的区域呈现为按T、E、S、T的顺序移过字TEST。当光束401横扫过表面400时，可重复图11(a)至图11(d)中的那些图像中所示出的强度活动性。

应该了解，可采用更复杂的强度的动画效果。例如，可这样设计表面400，使得当光束401横扫过表面400时，一个或更多个光的“波”沿着一条直线的，圆形的或弯曲的路线扫过图像403，这里，被衍射的图像403可以是任何图像。

在一个最佳的实施中，表面400可以由以矩形方式布置的一些衍射单元或栅格构成。图12以近视特写图的形式显示了图9所示的表面400的一个优选的实施例。在图12中，表面700由布置在所示出的方形网格中的栅格701构成。应该了解，也可代之以采用其它的栅格形状和布局。在图12所示的实施例中，这样成形光束401使得在表面400处的光斑702的尺寸大致与栅格701的尺寸相同。把每个栅格701设计成产生被衍射的光束402及被衍射的图像403。

把表面700设计成当光束401横扫过表面700时在图像403中产生移动和/或强度的动画效果(就如同图10和图11所说明的那样)。在图12所示的实施例中，每个栅格在图像403的动画序列中产生一个“画面”。例如，表面700可以由四种不同的栅格-703、704、705、和706组成，每种类型的栅格安置成所示出的列的形式。应该了解，基本栅格类型703、704、705、和706的其它布局也是可能的，并且可用于其它的实施例，以便产生另外的光学效果。

在一个实施例中，可把表面700设计成产生图10所示的图像500和动画效果，栅格703产生图10(a)所示的图像，栅格704产生图10(b)所示的图像，栅格705产生图10(c)所示的图像，而栅格706产生图10(d)所示的图像。因此，使光束401沿箭头707的方向横扫过所述表面，就会产生图10所示的图像500和动画效果。可横过表面700重复序列7 03、704、705、706。

在另一个实施例中，可把表面700设计成产生图11中所示的图像600及动画效果，栅格703产生图11(a)中所示的图像，栅格704产生图11(b)中所示的图像，栅格705产生图11(c)中所示的图像，而栅格706产生图11(d)中所示的图像。因此，使光束401沿箭头707的方向横扫过表面700，就会产生图11中所示的图像600及动画效果。可横过表面700重复序列703、704、705、706。

在图12所示的最佳实施例中，栅格类型703、704、705和706安置成列，光斑702，无论是圆形的还是椭圆形的，垂直于所述列(即沿箭头707的方向)上的尺寸优选地可与在同一方向上的那些栅格的尺寸相比，或者稍微大一些。光斑702在上述列的方向上-即垂直于箭头707的方向上-的尺寸，优选地可与同一方向上的那些栅格的尺寸相比。这里，光斑702是稳固的椭圆形，该椭圆的长轴优选地平行于上述列的方向，而所述长轴可显著地比同一方向上的那些栅格的尺寸更长。将会按序以这种方式从各种栅格类型产生不同的被衍射的图像，以便产生光滑的动画效果。

因此，表面700的一系列横过该表面所记录的衍射栅格的形式含有动画序列，这里，每个栅格产生该动画序列中的一个“画面”。通过按序产生这些“画面”，在观察屏幕404上产生所需要的动画效果。在图12中，每个画面被记录为一列栅格，并通过使一束特定的光沿近似于垂直该栅格列的方向横扫过表面700，来产生被衍射的图像中的动画效应，由此，在观察屏幕404上按序产生动画画面。不过，应该了解，栅格在表面700上的其它布局也是可以的。例如，动画序列中的每个画面可记录为一个单独的栅格，从而，单独一行栅格产生一种动画效果。一个完整的动画序列可以以这种方式，在一个栅格矩阵中，记录为一系列这样的栅格行。以这种方式，通过沿着一行栅格移动光斑702，然后沿着邻近的行移动光斑702，等等，直到已扫描了上述矩阵中的所有栅格，就可以重演整个动画序列。还应该了解，一个动画序列可由所需要的那么多的画面组成-例如，一个30个画面的序列，或一个300个画面的序列，或一个3000个画面的序列，可记录在表面700中。还应该了解，用这里所述的方法，可把上述移动和强度的动画效果两者都加入到一个动画序列。应该了解，图9、10、11和12中所说明的动画技术，也可用来产生图像变换，或所谓的‘变形’效应。

Claims (11)

1、一种产生包括衍射光栅的一种衍射图案的方法，当该图案被光照射时就会在一个表面上产生一个可识别的图像，所述表面截断来自所述照射光的被衍射的光，所述方法包括下述步骤：

提供表示上述图像的原始数据流；

处理上述原始数据，以便确定所述光栅因而还有所述图案的形状，使被处理过的原始数据的一种特性对应于上述光栅的一种物理特性；

提供具有一个表面的一块板，将该表面变形以便具有对应于所述图案的一种形状；

按照上述处理过的原始数据变形上述板的表面，以便产生所述形状；其特征是

通过所述特性来确定上述光栅的物理尺寸。

2、如权利要求1所述的方法，其特征是所述光栅包括许多表面部分，将光从这些表面部分衍射以便形成所述图像，所述那些表面部分遍布上述板的表面分布，以便基本上不会集中。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征是处理上述原始数据的步骤包括得到该原始数据流的一个付立叶变换。

4、如权利要求3所述的方法，其中所述的付立叶变换是快速付立叶变换。

5、如权利要求1至4中的任何一个所述的方法，其特征是使所述原始数据流的数据数字化。

6、如权利要求5所述的方法，其特征是通过付立叶变换处理上述原始数据流包括把一个随机数相位序列引入所述原始数据。

7、如权利要求5或6所述的方法，其特征是截断上述处理过的原始数据流。

8、如权利要求1或7中的任何一个所述的方法，其特征是所述提供上述原始数据流的步骤包括下述这些步骤：

产生一个初始图像；

产生一个表示上述图像的初始数据流；

处理所述初始数据流，以便提供所述原始数据流，其特征是所述原始数据流表示具有由笛卡尔X，-Y轴分开四个部分的一个图像，每个部分近似为所述图像的一半，这样安置上述这些部分，使得X，Y和-X，Y部分可提供一个完全的初始图像，而X，-Y和-X，-Y可显示一个完全的图像，其中，-X，Y部分是X，-Y部分围绕Z轴旋转后的再现，X，Y部分是-X，-Y部分也围绕Z轴旋转后的再现，而如果互换X，-Y和-X，-Y部分，就会提供所述初始图像。

9、如权利要求8所述的方法，其特征是把所述初始图像分成用来提供所述初始数据流的大量像素或栅格。

10、权利要求1至9中(当从属于权利要求3时)的任何一个的方法，其特征是还要处理所述原始数据，以便丢弃表示X＝-1的像素列的数据，并使其它的-X的列向正的X的方向移位一个像素，并且丢弃最大-Y的像素行，而剩下的那些-Y的行向-Y轴的方向移位一个像素。

11、如权利要求1至10中的任何一个所述的方法，其特征是所述衍射表面是一种原版表面，可从这表面制作一些复本，而所述方法包括下述这些步骤：

提供另一个表面，所述原版表面的一个复本被施加到这另一个表面，

把上述复本施加到所述另一个表面；

所述另一个表面基本上是均匀光反射或均匀光透射的。

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