JP3680590B2 - 回折格子パターンとその作製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に、回折格子からなる微小なセル（ドット）をマトリクス状に複数個配置し、それらの集まりによって表現されるパターンおよびその作製方法に関し、特に、一層セキュリティ性が高く偽造が困難であるパターンとその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
偽造技術の向上に応じて、通常の印刷技術だけでは対応が不十分であるため、ホログラムや回折格子の適用によって、適用商品（例えば、クレジットカードや商品券）のセキュリティ性を向上することが行なわれているが、ホログラムや回折格子に対しても、さらなるセキュリティ性の向上が望まれている。
また、ディスプレイの用途としても回折格子パターンは広く用いられており、パターンの表現の多彩化も要求されている。
【０００３】
このような要求に応えるために、
平面状の基板の表面に、回折格子からなる微小なドットを複数個配置することにより構成されるディスプレイ（パターン）が公知である。
【０００４】
上記ディスプレイを作製する方法としては、特開昭６０―１５６００４号公報に例示されるような方法が公知である。この方法は、レーザー光の２光束干渉による微小な干渉縞（回折格子）を、そのピッチ，方向，および光強度を変化させて、感光性フィルムに次々と露光するものである。
【０００５】
一方、レーザーではなく電子ビーム露光装置を用い、かつコンピュータ制御により、平面状の基板が載置されたＸ―Ｙステージを移動させて、基板の表面に、回折格子からなる複数の微小なドットを配置することにより、回折格子パターンが形成されたディスプレイを作製する方法も提案されている。
上記方法は、特開平２―７２３２０号公報や米国特許５，０５８，９９２号に開示されている。
【０００６】
尚、ディスプレイ（パターン）の構成単位である「セル」および「ドット」は同義語として扱われるが、形状（輪郭）や大きさに制約を受けないニュアンスのある用語「セル」、さらに製造物は「回折格子パターン」として、以後の説明を統一する。
【０００７】
ところで、このような回折格子パターンでは、描画対象である画像の各画素の持つ色情報と、セルを構成する回折格子の空間周波数，方向などの情報とが、１対１に対応し、一意に導出されることになる。
従って、描画対象となる画像が、企業の社章や登録標章などの一般に広く知れ渡っているようなものである場合、元データの入手が容易なことから、回折格子パターンの偽造も不可能ではなく、セキュリティの面で十分な効果が期待できない可能性がある。
【０００８】
また、セルの面積を制御することで、明度（輝度）を任意に変化させる提案として特開平３−３９７０１号公報が公知であるが、前記提案はセルの面積のみを制御するものであり、やはりセキュリティの面で十分な効果が期待できない可能性がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回折格子パターンは、セルが一定の矩形もしくは円形などの比較的単純な形状を成し、それらがマトリクス状に整然と配置されることで構成されていたため、上記のような問題を有していた。
【００１０】
本発明は、セルを構成単位とする回折格子パターンにあって、セル形状を任意にして、真偽判定を容易に行なえるようにすると共に、装飾性およびセキュリティ性の向上した回折格子パターンとその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、描画対象である画像に適宜変換を施し、回折格子パターンを構成する各セルの形状を、文字，数字，記号など（以後、これらを「キャラクター・データと称する）のような、それぞれ意味のある複雑な形状とすることで、上記の目的を達成する。
【００１２】
本発明の請求項１記載の回折格子パターンは、
回折格子からなる微小なセルが、基板表面に複数配置されて構成され、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，セルの並び方の少なくとも何れかが変化してなるパターンにおいて、
キャラクター・データ（文字，数字）の形状のセルが配置された部分を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の回折格子パターンは、
回折格子からなる微小なセルが、基板表面に複数配置されて構成され、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，セルの並び方の少なくとも何れかが変化してなるパターンにおいて、
キャラクター・データ（文字，数字，記号）の形状のセルが配置された部分を有しており、
空間周波数および方向が等しい同一の回折格子からなるセルによって、セルの輝度を表現するにあたり、輝度の異なるセルの間では、拡大，縮小，相似などの関連性がなく、全く別の形状であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の回折格子パターンは、
空間周波数および方向が等しい同一の回折格子からなり、輝度も等しいとみなせるセルの間でも、少なくとも一部分において形状が異なる部分を有するセルを含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の回折格子パターンは、
パターンを構成するセルが表現する色毎に、セルの形状が変化していることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の回折格子パターンの作製方法は、
コンピュータ・グラフィックスや、スキャナ, デジタルカメラなどにより得られる画像データを、セルの集まりに変換するステップと、
画像データを構成するセルを、輝度および／または色に応じて分別し、各セルの固有データを得るステップと、
別途、固有データ毎に、セルの形状を決定するステップと、
これら一連のステップにより定義されるセルを描画するステップ、
からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の回折格子パターンの作製方法は、
固有データ毎にセルの形状を決定するにあたり、文字，数字，記号の形状を与えることを特徴とする。
【００１８】
＜作用＞
セルをキャラクター・データの形状で構成することにより、セル単体を視覚しても、それが意味する情報を認識することができ、真偽判別用の情報をパターン内に混入した場合に、真偽判別が容易である。
また、比較的単純な形状のセルから構成されるパターン内に、セル形状を変化させてなる真偽判別用の情報を混入させた場合には、周りに比べて特異であるため発見が容易であるが、周りのセルもキャラクター・データの形状である場合には、混入させた情報を特定するのが困難となり、特別な情報を「隠す」上で有効である。（請求項１）
【００１９】
空間周波数および方向が等しい同一の回折格子からなるセルによって、セルの輝度を表現するにあたり、輝度の異なるセルの間では、全く別の形状とすることにより、パターン内で、色および見える方向の等しい領域でも輝度に変化を持たせることができる。（請求項２）
【００２０】
空間周波数および方向が等しい同一の回折格子からなり、輝度も等しいとみなせるセルの間でも、少なくとも一部分において形状が異なる部分を有するセルを含ませることにより、パターン内で、色，見える方向，および輝度の等しい領域でもセル形状に変化を持たせることができ、セキュリティ性（偽造防止効果）が向上する。（請求項３）
例えば、日本の国旗（日の丸）のパターンを作製する場合、白地の領域と赤地の領域があり、対応する２種類のセルだけで十分（輝度は、各領域内で均一）なため、２種類のセルを準備するだけで偽造は容易に行なえる。しかし、同一の色・輝度を持つ領域内にも任意形状のセルを混入させることで、その領域のセキュリティ性を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、回折格子セルを形成する状態を示す説明図である。
上述したように、回折格子セルの形成方法は、２光束干渉法により露光形成と電子線（ＥＢ）描画による形成の２通りが代表的であり、図１(a) が２光束干渉法，図１(b) が電子線（ＥＢ）描画法を示す説明図である。
【００２２】
レーザー光を用いる２光束干渉法では、感光材料面で２光束レーザーが干渉する以前に、所望形状の開口を持つマスクを設置し、レーザー光の入射形状を規定（整形）することでセル形状を確定する。（図１(a) ）
一方、電子線（ＥＢ）描画法では、セルの形状に合わせた輪郭の中で回折格子を描画してセル形状を確定する。（図１(b) ）
【００２３】
図２は、元となる画像データを、任意の法則ｆに基づいて変換することで、各画素の輝度値を考慮したセル形状に置換する状態を概念的に示す説明図である。
同図で示すように、元となる画像データが世間一般に広く認知されたものであり、入手が容易なものであっても、変換関数ｆが非公開であるならば、変換後の画像を作製することは極めて困難である。
【００２４】
図３に、本発明における回折格子パターンの作成手順の一例を示す。
工程ａにおいて、元となる画像データをキャラクターデータに変換する上での変換法則を決定する。
【００２５】
印刷物やコンピュータなどで一般的に使用されている様々なキャラクターデータは、各々固有の形状を持ちそれらは線の数や太さによって様々な明るさを知覚させることができる。
キャラクターデータの違いによるセルの輝度の違いを図４に表す。
【００２６】
図４に示すように、「〆」の形状であるセルを配置したマトリクスと「籠」の形状であるセルを配置したものでは、後者のほうにより明るさを感じる。
このように、キャラクターを構成する線の密度に基づき密度の低いものから高いものへのテーブルを作成し、それに明るさ変調を対応させることで（図５）、従来、セル形状を拡大，縮小することで明るさ変調を実現していた回折格子パターンよりも複雑なセル要素からなるパターンが作製される。（図６）
【００２７】
図７に示すように、キャラクターデータとして特殊な記号，マークをセル形状の候補として用意することも可能であり、また同一の明るさのセル形状を複数個用意することでセル形状の組み合わせを飛躍的に多くすることができる。
【００２８】
次いで、上記のようにして明るさ変調に基づいて用意した各種のセル形状を、任意の法則によりリストアップし、画像データの変換を行う。（図３；工程(b) ）
【００２９】
例えば、図７(a) に示す元画像に対して、
法則ｆ１ : 全て日本語を用いる。（図７(b) ）
法則ｆ２ : 全てアルファベットを用いる。（図７(c) ）
法則ｆ３ : 図５に登録されている各明るさ階調の先頭のデータを用いる。（図７(d) ）
などを適用することで、１つの元画像から様々な回折格子パターンを作成することができる。
【００３０】
ちなみに回折格子パターンにおける１つ１つのセル形状は極めて微小であるので法則ｆ１〜ｆ３による各回折格子パターンは肉眼で観察する限りでは同一のものとして知覚されるが、拡大して観察することでそれらの違いが判明する。
【００３１】
また、セル形状の種類を増やし、法則を複雑なものにすることで元画像が入手されたとしても同一のものを偽造することが極めて困難になる。
【００３２】
さらに、上記により得られたセル形状データの特定部分に意味のある言葉をマイクロ文字として入力することでセキュリティ性を高めることができる（図３；工程(c) ）
【００３３】
このように、従来の回折格子パターンは、矩形や円形などの比較的単純な形状のセルから構成され、真偽判別用の隠し情報としてマイクロ文字を混入させる場合には、前記セルを組み合わせてマイクロ文字を構成していたが、本発明では、セル自体がマイクロ文字となり、また、周辺のセルも何らかの形状を持つキャラクターデータであるので、マイクロ文字が様々なキャラクターデータに埋没することとなり、予めマイクロ文字の内容と位置を知らないものには発見が困難である。
【００３４】
また、各セルは、それぞれ固有の空間周波数，方向を持つ回折格子により構成されているため、任意の角度から入射した光を、各セルは対応する様々な方向に回折させる。その性質を利用することで、図８に示すように、特定の文字列や意味をなさない文字の羅列から意味のある別の単語を任意の方向に浮かび上がらせることも可能である。
【００３５】
すなわち、本発明では、各セルがキャラクターデータになっているため、連続でなく１〜数文字を間に挟み、特定方向にのみ認識が可能なマイクロ文字を挿入することができる。
図８の例では、各セルがアルファベットの形状で、各セルを構成する回折格子の方向に応じて、対応するセルからの回折光のみを視覚させることになる。
【００３６】
最後に、上記のような方法により作成されたキャラクターデータの外形を有するセルを、感光性フィルムに次々と露光（描画）することで、回折格子パターンが作製される。（図３；工程(d) ）
【００３７】
以上のようにして作製された回折格子パターンは、従来の単純な外形を持つセルの集合からなる回折格子パターンと比較し、各セルが任意の自由な外形を有することから、より回折格子パターンの持つ情報量が多い。
従って、その特長により、マイクロ文字を従来のように単純に並べるだけでなく、1 〜複数個セルを挟み飛び飛びで配置することや、光が強く回折する方向にのみ文字を浮かび上がらせるなど、様々な規則により効果的に配することが可能であり、その場合、より高いセキュリティ性が期待できることになる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の回折格子パターンは、キャラクターデータの外形を有するセルにより構成されることから、以下に示すような効果を有する。
【００３９】
(a) セル（キャラクターデータ）が意味のある形状を成しているため、回折格子パターンが企業の社章、登録標章等の一般に広く認知されているものを基にしたデザインであっても、偽造が困難である。
【００４０】
(b) 前記(a) の場合において、各セルは、明るさ（輝度）が同じであれば様々な形状をとることができ、いろいろな形状を組み合わせることで複雑な構成の回折格子パターンとすることができる。
また、その回折格子パターンを目視した時、セルがいろいろな形状をとっても、明るさはそろえられているので同一のデザインを知覚することができる。
【００４１】
(c) 任意の位置にマイクロ文字を配置することが可能である。その時、マイクロ文字以外のセルもキャラクターデータであり、何らかの意味のある形状を成しているので、マイクロ文字の位置，内容を事前に知らされていない者には、「隠し情報」であるマイクロ文字の発見が困難である。
【００４２】
(d) マイクロ文字は、隙間なく配置されていても、文字間に別の文字が存在していても構わない。その場合、光の強く回折する方向にのみマイクロ文字を認識させることも可能である。
【００４３】
(e) 従来、回折格子パターンを構成するセルは、目視ができないほど小さなものであるが、本発明によれば、セル自体が意味のある形状を成しているので、セルの形状も全体のデザインの一部として取り扱うような場合、セルは肉眼で確認することが可能な大きさでも構わない。
その場合、回折格子パターンを高速（短時間）で作製することが可能である。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】回折格子セルを形成する状態を示す説明図であり、図１(a) が２光束干渉法，図１(b) が電子線（ＥＢ）描画法を示す説明図。
【図２】一般的な画像データに対し任意の法則を適用し、キャラクターデータからなる画像データに変換を施す状態を概念的に示す説明図。
【図３】本発明における回折格子パターンの作成手順の一例を示す説明図。
【図４】キャラクターデータの違いによるセルの輝度の違いを表す説明図。
【図５】輝度とキャラクターデータの関係を示すテーブルの一例を示す説明図。
【図６】従来の一般的なセル形状と、本発明のセル形状による回折格子パターンの比較を表す説明図。
【図７】元画像(a) に対し、３種類の変換法則を適用した際のキャラクターデ ータからなるパターン(b),(c),(d) を示す説明図。
【図８】マイクロ文字を構成するセルにより、対応する回折方向にのみ意味のある言葉を知覚させる状態を概念的に示す説明図。

Claims (6)

1. 回折格子からなる微小なセルが、基板表面に複数配置されて構成され、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，セルの並び方の少なくとも何れかが変化してなるパターンにおいて、
   文字，数字の形状のセルが配置された部分を有することを特徴とする回折格子パターン。
2. 回折格子からなる微小なセルが、基板表面に複数配置されて構成され、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，セルの並び方の少なくとも何れかが変化してなるパターンにおいて、
   文字，数字，記号の形状のセルが配置された部分を有しており、
   空間周波数および方向が等しい同一の回折格子からなるセルによって、セルの輝度を表現するにあたり、輝度の異なるセルの間では、拡大，縮小，相似などの関連性がなく、全く別の形状であることを特徴とする回折格子パターン。
3. 空間周波数および方向が等しい同一の回折格子からなり、輝度も等しいとみなせるセルの間でも、少なくとも一部分において形状が異なる部分を有するセルを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回折格子パターン。
4. パターンを構成するセルが表現する色毎に、セルの形状が変化していることを特徴とする請求項１または２に記載の回折格子パターン。
5. コンピュータ・グラフィックスや、スキャナ, デジタルカメラなどにより得られる画像データを、セルの集まりに変換するステップと、
   画像データを構成するセルを、輝度および／または色に応じて分別し、各セルの固有データを得るステップと、
   別途、固有データ毎にセルの形状を決定するステップと、
   これら一連のステップにより定義されるセルを描画するステップ、
   からなることを特徴とする回折格子パターンの作製方法。
6. 固有データ毎にセルの形状を決定するにあたり、文字，数字，記号の形状を与えることを特徴とする請求項５記載の回折格子パターンの作製方法。

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