JP4243633B2 - Discrete pattern generation method, program, recording medium, and discrete pattern generation system - Google Patents

Discrete pattern generation method, program, recording medium, and discrete pattern generation system Download PDF

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本発明は、離散パターンに関し、より詳細には、低いディスクレパンシイを有し、かつ互いに重なり合わないように配置されたドットのパターンを含む離散パターンの生成方法および該離散パターンを生成するためのプログラム、該離散パターンを生成するためのコンピュータ可読なプログラムが記録されたコンピュータ可読な記録媒体並びに離散パターン生成システムに関する。   The present invention relates to a discrete pattern, and more particularly, to a method for generating a discrete pattern including a pattern of dots having low discrepancy and arranged so as not to overlap each other, and to generate the discrete pattern And a computer-readable recording medium on which a computer-readable program for generating the discrete pattern is recorded, and a discrete pattern generation system.

また、本発明は、ドットの充填率が急激に変化する部分を含む離散パターンに対しても良好な特性を与えることができるように、ドットの自動生成および削除を可能とする離散パターンの生成方法および該離散パターンを生成するためのプログラム、該離散パターンを生成するためのコンピュータ可読なプログラムが記録されたコンピュータ可読な記録媒体並びに離散パターン生成システムに関する。   In addition, the present invention provides a method for generating a discrete pattern that enables automatic generation and deletion of dots so that good characteristics can be given even to a discrete pattern including a portion in which the dot filling rate changes rapidly. The present invention also relates to a program for generating the discrete pattern, a computer-readable recording medium on which a computer-readable program for generating the discrete pattern is recorded, and a discrete pattern generation system.

さらに、本発明は、濃淡画像の2値化のためのディザリング・パターンを与えることが可能な離散パターンの生成方法および該離散パターンを生成するためのプログラム、該離散パターンを生成するためのコンピュータ可読なプログラムが記録されたコンピュータ可読な記録媒体並びに離散パターン生成システムに関する。   Furthermore, the present invention provides a method for generating a discrete pattern capable of providing a dithering pattern for binarization of a grayscale image, a program for generating the discrete pattern, and a computer for generating the discrete pattern The present invention relates to a computer-readable recording medium on which a readable program is recorded and a discrete pattern generation system.

これまで離散パターンを使用する種々の技術が知られている。離散パターンを使用する技術としては、例えば、透過型液晶表示装置の導光板や、散乱板、ディザリング・パターン、リソグラフィー用フォトマスク・パターン、滑り止め用のパターンなどを挙げることができ、近年では、DNAチップにおけるDNAの配置などに対する離散パターンの適用も検討されている。   Various techniques using discrete patterns have been known so far. As a technique using a discrete pattern, for example, a light guide plate of a transmissive liquid crystal display device, a scattering plate, a dithering pattern, a photomask pattern for lithography, a pattern for anti-slip, etc. can be mentioned in recent years. The application of discrete patterns to the arrangement of DNA in a DNA chip has also been studied.

上述した離散パターンは、従来では、いわゆる乱数発生器などを用いてランダムにドットを配置する、あるいは、方眼紙のような規則的な直交格子上にドットを配置することにより形成されている。しかしながら、従来の手法にしたがい、通常の乱数発生器を単に用いただけで生成されたランダムなパターンには、以下のような不都合がある。すなわち、ランダムにドットを配置したとしても、ドットは有限の大きさを有しているためドット間における重なりやドット密度にムラが生じてしまい、これがドット・パターンの概観を損ね、輝度ムラ、濃度ムラといった光学的な不都合を発生させてしまうことになるというものである。また、規則的に配置した場合には、ドット間あるいは外部の規則パターンとの干渉によって、モアレ等の光学的な不都合を発生させてしまう。   Conventionally, the discrete pattern described above is formed by randomly arranging dots using a so-called random number generator or by arranging dots on a regular orthogonal grid such as graph paper. However, according to the conventional method, the random pattern generated simply by using a normal random number generator has the following disadvantages. In other words, even if dots are randomly arranged, the dots have a finite size, resulting in unevenness in the overlap between dots and the dot density. This impairs the appearance of the dot pattern, causing unevenness in brightness and density. This would cause an optical inconvenience such as unevenness. In the case of regular arrangement, optical inconvenience such as moire occurs due to interference between dots or an external regular pattern.

そこで、ドット間の重なり、またはドット間に過度の接近なく不規則パターンを生成する方法が特開平10−153779号公報において提案されている。そこではまず「絶対乱数配置法」として、(1)乱数発生器により初期位置(x、y)をすべてのドットに対し与え、(2)重なっているドットに関しては再び乱数を発生させ位置を修正するという手順が提案されている。しかしながら、特開平10−153779号公報において開示されている計算方法では、50%を越える高い充填率の領域においてドット間の重なりを排除する計算が収束しないという不都合があることが知られている。すなわち特開平10−153779号公報に記載の手法では、ランダム性を保持したまま、ドット間の異常接近のない不規則パターンを生成することが実質的に困難であるという不都合がある。また、擬似乱数の多重発生に基づくこのような手法では、低充填率領域で仮にドット間の重なりが除去できても、ドット・パターン自体のムラを取り除くことが困難であるという不都合もある。   In view of this, Japanese Patent Laid-Open No. 10-153779 proposes a method for generating an irregular pattern without overlapping between dots or without excessive proximity between dots. First, as an “absolute random number arrangement method”, (1) the initial position (x, y) is given to all dots by a random number generator, and (2) random numbers are generated again for overlapping dots to correct the position. A procedure has been proposed. However, it is known that the calculation method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-153779 has a disadvantage that the calculation for eliminating the overlap between dots does not converge in a region with a high filling rate exceeding 50%. In other words, the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-153779 has a disadvantage that it is substantially difficult to generate an irregular pattern that does not have an abnormal approach between dots while maintaining randomness. In addition, such a method based on multiple generations of pseudo-random numbers has a disadvantage that it is difficult to remove the unevenness of the dot pattern itself even if the overlap between dots can be removed in the low filling rate region.

図1には、特開平10−153779号公報に記載の手法により形成されるドット・パターンの例を示す。図1に示したドット・パターンは、(1)直線または曲線から形成される2次元規則格子点上にドットを配置し、それを初期位置とし、(2)乱数発生器により初期位置からの変位を与え、(3)重なっているドットに関しては再び乱数を発生させ位置を修正するというプロセスにより生成されたものである。図1に示されるように、この方法によれば、格子点からの変位を小さく保つ限りにおいてはドット間の重なりなくドットを配置することが可能である。しかしながら格子点からの摂動としてランダム位置を生成する方法では、充填率が比較的高い、例えば50%を越えるような領域において、モアレ模様の発生を避けつつ充分な不規則性を有するパターンを生成することが困難である。また、擬似乱数の多重発生に基づくこのような手法では、仮にドット間の重なりが除去できても、ドット同士に凝集がしばしば見られ、一様性の高いランダムパターンを生成するのが困難である。   FIG. 1 shows an example of a dot pattern formed by the technique described in JP-A-10-153779. In the dot pattern shown in FIG. 1, (1) a dot is placed on a two-dimensional regular lattice point formed from a straight line or a curve, and this is used as an initial position. (3) The overlapping dots are generated by the process of generating random numbers again and correcting the positions. As shown in FIG. 1, according to this method, dots can be arranged without overlapping between dots as long as the displacement from the lattice points is kept small. However, in the method of generating random positions as perturbations from lattice points, a pattern having sufficient irregularity is generated while avoiding the generation of moire patterns in a region where the filling rate is relatively high, for example, exceeding 50%. Is difficult. In addition, with such a method based on multiple generations of pseudo-random numbers, even if the overlap between dots can be removed, agglomeration between the dots is often seen, and it is difficult to generate a highly uniform random pattern. .

この理由について、以下に考察する。上述したランダム・ドットを利用する公知例において、ドットの寸法を100μm程度とし、充填率を70%として配置する場合について考察する。ここで、図1に示すようにドットの形状を完全な正方形と仮定する。上述したドットの寸法の場合には、上述の充填率では、ドットの間にはわずか20μmの間隔が生成されるにすぎない。図1には、正確な縮尺率で、ドット100およびドット間の間隔102を示す。この規則的な格子から出発して、ランダムに摂動を与えた場合には、図1の破線で示すドット104が得られる。これらのドット104は、図1にも示されるように極めて制限された不規則性(以下、本発明においてはランダム性という。)を有するパターンしか生成し得ないことがわかる。この理由は、互いに隣り合ったドット同士は、互いに飛び越さず、また、位置の修正についても充填率が高いため、制限された範囲でしか行うことができないためである。   The reason for this will be discussed below. In the above-described known example using random dots, the case where the dot size is set to about 100 μm and the filling rate is set to 70% will be considered. Here, it is assumed that the dot shape is a perfect square as shown in FIG. In the case of the above-described dot dimensions, the above-described filling rate produces only a 20 μm spacing between the dots. FIG. 1 shows the dots 100 and the spacing 102 between the dots at an accurate scale. Starting from this regular lattice, when the perturbation is given randomly, the dot 104 shown by the broken line in FIG. 1 is obtained. It can be seen that these dots 104 can only generate patterns having extremely limited irregularities (hereinafter referred to as randomness in the present invention) as shown in FIG. This is because the dots adjacent to each other do not jump over each other, and the correction of the position can be performed only within a limited range because the filling rate is high.

図1に示した従来例では、正方格子を用いて説明しているが、ドット同士が接近しすぎないという条件の下では、他の種類の規則格子であっても多かれ少なかれ、ドット・パターンのランダム性が制限されてしまうことになる。すなわち、所定のドットを初期位置として与え、これに対して摂動としてランダムな配置を生成する方法は、充填率が高くなると原理的に真にランダムに近いドット・パターンを与えることができないという不都合を生じさせ、ランダムなパターンを充填率にかかわらずに生成する点からは、充分なものとはいえない。   In the conventional example shown in FIG. 1, a square lattice is used. However, under the condition that the dots are not too close to each other, other types of regular lattices can be used more or less. Randomness will be limited. In other words, the method of giving a predetermined dot as an initial position and generating a random arrangement as a perturbation to this has the disadvantage that, in principle, a dot pattern that is nearly truly random cannot be given when the filling rate increases. This is not sufficient from the viewpoint of generating a random pattern regardless of the filling rate.

さらに、上述した方法により生成されたドット・パターンの光学的特性について考察すると、ドット・パターンを光線が透過または反射する際のモアレ模様の発生という問題も生じる。従来、印刷技術の分野では、モアレ模様の排除の方法につき多くの研究・提案がなされている。例えば特開2000−94756号公報においては、プリンタのハーフトーン処理において、紙送りのドラム回転による規則的な印刷の揺らぎと、印刷網点パターンとにより生成されるモアレ(いわゆる送りムラ・すじムラ)を回避する技術が提案されている。   Further, considering the optical characteristics of the dot pattern generated by the above-described method, there also arises a problem of generation of a moire pattern when light rays are transmitted or reflected through the dot pattern. Conventionally, in the field of printing technology, many studies and proposals have been made on methods for eliminating moire patterns. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-94756, moire (so-called feed unevenness / streaks unevenness) generated by regular printing fluctuations due to rotation of a paper feed drum and a printing dot pattern in halftone processing of a printer. A technique for avoiding this problem has been proposed.

このため、特開2000−94756号公報においては網点配置にランダム性が導入されている。すなわち、規則格子上に配列する印刷網点に対してランダムに摂動を与えることにより、モアレなどにより生成される上述したムラが良好に改善されている。しかしながら、先に述べた理由により、上述した方法をそのままランダム性を有し、かつ一様な離散パターンに直接適用することは困難である。   For this reason, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-94756, randomness is introduced in the dot arrangement. In other words, by randomly perturbing the printing halftone dots arranged on the regular lattice, the above-described unevenness generated by moire or the like is improved satisfactorily. However, for the reasons described above, it is difficult to directly apply the above-described method to a uniform discrete pattern having randomness as it is.

プリンタといった印刷技術の他にも、上述したランダムなドット・パターンの生成およびモアレ模様の低減といった問題は、種々の分野、例えば、背面照明装置(以下、本発明においてはバック・ライトという。)を含んだ表示装置においても発生する。   In addition to printing technologies such as printers, the above-described problems such as generation of random dot patterns and reduction of moire patterns have caused problems in various fields, for example, backlighting devices (hereinafter referred to as backlights in the present invention). It also occurs in the display device that contains it.

例えば代表的な例として、透過型液晶表示装置は小型・軽量に制作できること、消費電力が低いことなどから、いわゆるIT革命のハード面での核となる技術として近年ますますその重要度を増している。しかし従来型のディスプレイ、すなわちCRTとは異なり、液晶それ自体は発光しないため、バックライト・ユニットを用いて液晶セル全体を照明する必要がある。とりわけ最近は液晶表示装置にカラー化・高精細化の要求が強まっており、それに応じてバックライト・ユニットにも広い面積を一様に明るく照明できる特性が強く求められている。   For example, as a representative example, transmissive liquid crystal display devices can be made small and light, and have low power consumption. Therefore, these technologies are becoming increasingly important as a core technology in the so-called IT revolution hardware. Yes. However, unlike conventional displays, ie CRTs, the liquid crystal itself does not emit light, so it is necessary to illuminate the entire liquid crystal cell using a backlight unit. In particular, recently, there is an increasing demand for color display and high definition for liquid crystal display devices, and accordingly, the backlight unit is also strongly required to have a characteristic capable of uniformly illuminating a wide area uniformly.

図2は、バックライト・ユニットを含む典型的な表示装置として、透過型液晶ディスプレイを示す。図2に示した透過型液晶表示装置を例に取り、上述したランダムなドット・パターンおよびモアレに対する対応策について以下に説明する。図2に示すように、従来の透過型液晶表示装置は、バックライト・ユニットを含んで構成されており、このバックライト・ユニットは、ランダムにドット・パターン106が形成された導光板108と、導光板108に隣接して配置される蛍光管CFLと、この蛍光管CFLを覆って、蛍光管CFLから放出される光線を効率的に導光板108へと入射させるためのリフレクタ112と、導光板108により散乱された光線を効率的に例えば図示しない液晶パネルへと反射させるための反射シート114とを含んで構成されている。   FIG. 2 shows a transmissive liquid crystal display as a typical display device including a backlight unit. Taking the transmissive liquid crystal display device shown in FIG. 2 as an example, countermeasures against the above-described random dot pattern and moire will be described below. As shown in FIG. 2, the conventional transmissive liquid crystal display device includes a backlight unit. The backlight unit includes a light guide plate 108 on which dot patterns 106 are randomly formed, A fluorescent tube CFL disposed adjacent to the light guide plate 108, a reflector 112 for covering the fluorescent tube CFL and allowing light emitted from the fluorescent tube CFL to efficiently enter the light guide plate 108, and the light guide plate A reflection sheet 114 for efficiently reflecting, for example, a light beam scattered by 108 to a liquid crystal panel (not shown) is configured.

導光板108に形成されたドット・パターン106は、可能な限りランダムとなるように形成されていて、モアレ模様といった問題が改善されている。図2に示すように、バックライト・ユニットには、拡散シート116と、プリズム・シート118aと、118bとが配置されていて、液晶パネルへと照射される光線を規制している。   The dot pattern 106 formed on the light guide plate 108 is formed to be as random as possible, and the problem of moire pattern is improved. As shown in FIG. 2, the backlight unit is provided with a diffusion sheet 116, a prism sheet 118a, and 118b, and regulates the light rays irradiated to the liquid crystal panel.

上述したバックライト・ユニットは、ノートパソコンといった小型が要求される装置においては、図2に示したように側面照明方式(サイドライト方式)が広く採用されている。図2に示したバックライト・ユニットにおいては、蛍光管といった冷陰極線管(CFL)から出た光線は、アクリル樹脂などから形成される導光板108の底面に形成されたドット・パターン、または導光板108の下側に配置された反射シート114で散乱され、導光板上面に配された拡散シート116、さらにプリズム・シート118a、118bを通過して図示しない液晶パネルへと照射され、ユーザにより観測されることになる。すなわち図2に示したバックライト・ユニットは、線状光源を面状光源に変換するためのデバイスということができる。   As the backlight unit described above, a side lighting system (side light system) is widely adopted as shown in FIG. In the backlight unit shown in FIG. 2, the light emitted from the cold cathode ray tube (CFL) such as a fluorescent tube is a dot pattern formed on the bottom surface of the light guide plate 108 formed of acrylic resin or the like, or the light guide plate. The light is scattered by the reflection sheet 114 disposed below the light 108, passes through the diffusion sheet 116 disposed on the upper surface of the light guide plate, and further passes through the prism sheets 118 a and 118 b to the liquid crystal panel (not shown) and is observed by the user. Will be. That is, it can be said that the backlight unit shown in FIG. 2 is a device for converting a linear light source into a planar light source.

図2に示されるようにいわゆるサイドライト方式を採用する限りにおいては、光源の光を散乱して液晶パネルへと反射させるための機構が不可欠であり、この機構は、バックライト・ユニットの輝度向上を達成するための重要な要素技術となる。このため従来から導光板108の底面、または反射シート114に対して製法上の様々な検討がなされている。例えば、特開平8−085001号公報では、負のスクイ角を持つ切削工具を使って導光板底面に機械加工を施し、故意に散乱面を形成して散乱効果を得る検討が行われている。しかしながら上述した方法では、バックライト・ユニットの輝度の一様性を定量的に制御するのが困難であること、また光の散乱方向に偏りが生じて散乱光線が無駄となるため、高い輝度の質の良いバックライト・ユニットを得るには不向きであること、といった不都合がある。   As long as the so-called sidelight system is adopted as shown in FIG. 2, a mechanism for scattering the light from the light source and reflecting it to the liquid crystal panel is indispensable. This mechanism improves the brightness of the backlight unit. It will be an important elemental technology to achieve For this reason, various investigations on the manufacturing method have been conventionally made on the bottom surface of the light guide plate 108 or the reflection sheet 114. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 8-085001, a study is performed to obtain a scattering effect by intentionally forming a scattering surface by machining a bottom surface of a light guide plate using a cutting tool having a negative rake angle. However, in the above-described method, it is difficult to quantitatively control the luminance uniformity of the backlight unit, and the scattered light is wasted due to the bias in the light scattering direction. There is a disadvantage that it is not suitable for obtaining a high quality backlight unit.

さらに、これまで特開平7−294745号公報で、導光板底面に凹面型の断面形状を持つ溝を施して、光線を導光板上面に散乱させる方法、特開平6−242320号公報で、二酸化チタン等の粒子状顔料を塗布したパターンを導光板底面に形成する方法などが提案されている。上述した従来の方法は、ある種の幾何学的周期性を持った散乱体、すなわちドット・パターンを導光板に形成するという点において共通の特徴を有している。しかしながら、液晶表示装置には、通常カラーフィルタやプリズム・シートといった微細な周期パターンを含む要素が必然的に含まれるので、ドット構造の配列に周期性がある場合には、ドット構造と光線が光学的に干渉してモアレ模様を生じることになる。このようなモアレ模様は、光源としての価値を著しく低下させることになるため、可能な限り、または完全に発生しないようにすることが望ましい。   Furthermore, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-294745, a method of forming a groove having a concave cross-sectional shape on the bottom surface of the light guide plate to scatter light rays on the top surface of the light guide plate, and in Japanese Patent Laid-Open No. 6-242320, titanium dioxide is disclosed. For example, a method of forming a pattern coated with a particulate pigment on the bottom surface of a light guide plate has been proposed. The conventional method described above has a common feature in that a scatterer having a certain geometric periodicity, that is, a dot pattern is formed on the light guide plate. However, since liquid crystal display devices normally include elements including fine periodic patterns such as color filters and prism sheets, if the arrangement of dot structures is periodic, the dot structure and the light beam are optical. Resulting in moire patterns. Such a moire pattern significantly reduces the value as a light source, and therefore it is desirable to prevent it from occurring as completely or completely as possible.

上述したように、バックライト・ユニットを使用する透過型液晶表示装置といった表示装置において導光板108に形成されたドット・パターンにより生成されるモアレ模様についても、これまで上述したような種々の要素技術を使用してその低減が検討されている。   As described above, the moiré pattern generated by the dot pattern formed on the light guide plate 108 in the display device such as the transmissive liquid crystal display device using the backlight unit is also various element technologies as described above. Its reduction is being investigated using

例えば特開平9−269489号公報では、マイクロドットと称する微小な散乱体を導光板底面にランダムに多数配置して光散乱を生じさせる方法が開示されており、さらには、特開2000−171797号公報でその改善について検討されている。また、特開平11−250713号公報では、反射型の液晶表示装置への応用を企図して導光板上面にランダムにドットを配置する試みもなされている。図3には、反射型液晶表示装置に対してランダムに生成されたドット・パターンを適用する従来例を示す。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-269489 discloses a method in which a large number of minute scatterers called micro dots are randomly arranged on the bottom surface of a light guide plate to cause light scattering, and further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-171797. The publication discusses the improvement. In Japanese Patent Laid-Open No. 11-250713, an attempt is made to randomly arrange dots on the upper surface of the light guide plate for application to a reflective liquid crystal display device. FIG. 3 shows a conventional example in which a randomly generated dot pattern is applied to a reflective liquid crystal display device.

図3に示されるように従来では、従来の方法により擬似乱数を用いてランダムに形成されたドット・パターンを含む導光板がバックライト・ユニットを構成するために使用されている。図3に示すバックライト・ユニットでは、擬似的にランダムに形成された複数のドット120が形成された導光板122に対して、蛍光管CFLと、リフレクタ124とが隣接して配置されている。図4に示した導光板120と、蛍光管CFLと、リフレクタ124とは、フレーム126により保持されていて、矢線Aの方向へと光線を反射させるバックライト・ユニットを構成している。図3に示したバックライト・ユニットには、図2において説明したように、反射シートと、拡散シートと、プリズム・シートとが配置されているが、図3においては省略して示している。   As shown in FIG. 3, conventionally, a light guide plate including a dot pattern randomly formed by using a pseudo random number by a conventional method is used to constitute a backlight unit. In the backlight unit shown in FIG. 3, the fluorescent tube CFL and the reflector 124 are arranged adjacent to the light guide plate 122 on which a plurality of pseudo-random dots 120 are formed. The light guide plate 120, the fluorescent tube CFL, and the reflector 124 shown in FIG. 4 are held by a frame 126 and constitute a backlight unit that reflects light rays in the direction of the arrow A. As described with reference to FIG. 2, the backlight unit shown in FIG. 3 includes a reflection sheet, a diffusion sheet, and a prism sheet, which are omitted in FIG.

図3に示した従来のバックライト・ユニットに使用される導光板122には、導光板122の散乱強度をできるだけ導光板122の全体にわたり均一とするといった光学的な要求から、例えば導光板122の中心領域と、導光板122の四隅の領域とにおいて、ドットの充填率分布を連続的に変化させることが要求される場合がある。このため、与えられた連続的な充填率分布を満足するように初期位置を生成する簡便な手法の確立についても検討が行われている。例えば格子間隔が異なる領域を連結させて充填率を連続的に変化させたパターンの形成が従来試みられている。しかしながらこの方法では、充填率の変化する境界部において、多くの場合につなぎ目が目視されてしまうといった欠陥が発生する。   The light guide plate 122 used in the conventional backlight unit shown in FIG. 3 has an optical requirement that the scattering intensity of the light guide plate 122 is as uniform as possible throughout the light guide plate 122. In some cases, it is required to continuously change the dot filling rate distribution in the central region and the four corner regions of the light guide plate 122. For this reason, the establishment of a simple method for generating the initial position so as to satisfy a given continuous filling rate distribution is also being studied. For example, conventionally, formation of a pattern in which the filling rate is continuously changed by connecting regions having different lattice intervals has been attempted. However, with this method, defects such as joints are often observed at the boundary where the filling rate changes.

このようなつなぎ目は、与えられた充填率分布に見合うように連続的に形状の変化する2次元格子を、ドットを形成する面全体にわたり生成することにより低減することができるとも考えられる。しかしながら、分布が単純で、簡単な解析関数で与えられる場合を除けば、上述した格子生成自体が高度、かつ大規模な計算を必要とするものである。すなわち格子点からの摂動を考える従来の方法は、不規則性において不充分であるばかりではなく、充填率分布への対応という点で充分に満足されるものではない。   It is considered that such a joint can be reduced by generating a two-dimensional lattice whose shape continuously changes so as to match a given filling rate distribution over the entire surface on which dots are formed. However, except for the case where the distribution is simple and given by a simple analytic function, the above-described lattice generation itself requires a high-level and large-scale calculation. That is, the conventional method of considering the perturbation from the lattice point is not satisfactory in terms of not only the irregularity but also the correspondence to the filling rate distribution.

さらに、上述したバックライト・ユニットに対しては、輝度向上、または光線に対する角度依存性を改善するべく、バックライト・ユニットの構造自体を変更することも提案されている。例えば、沖庸次・勝間田実、’99最新液晶プロセス技術、プレスジャーナル、平成10年9月10日発行、第441頁では、導光板上面にプリズムを直接形成したバックライト・ユニットが提案されている。また、上述した以外にも、拡散シート、プリズム・シートなどの光学的シートを省略することも提案されている。   Further, for the above-described backlight unit, it has been proposed to change the structure of the backlight unit itself in order to improve the brightness or to improve the angle dependency on the light beam. For example, Koji Okita and Minoru Katsuda, '99 latest liquid crystal process technology, press journal, published on September 10, 1998, page 441, proposed a backlight unit in which a prism is directly formed on the upper surface of a light guide plate. Yes. In addition to the above, it has also been proposed to omit optical sheets such as diffusion sheets and prism sheets.

しかしながら、上述した検討は、いずれも導光板の散乱機構を正確に制御することを必要とするため、モアレ模様や干渉縞の発生する可能性を高めてしまうことになり、モアレ模様の低減に対しての対策をより厳密に講じる必要を生じてしまう。さらには、上述した従来の擬似的にランダムなドット・パターンは、上述した高充填率分布への対応という点では不充分であること、ドット・パターンの一様さ自体が不充分であること、またバックライト・ユニットの構造によっては、ある種の干渉縞が不可避であることなど、より高品質のドット・パターンを含む離散パターンを提供する必要がある。このためには、離散パターンのランダム性に加えて、均一さに対する指標を新たに導入した上で、より厳密な条件を満足したランダムな離散パターンの生成方法を提供することが望まれていた。   However, all of the above-described studies require that the scattering mechanism of the light guide plate be accurately controlled, which increases the possibility of occurrence of moire patterns and interference fringes. It becomes necessary to take all the measures more strictly. Furthermore, the above-described conventional pseudo-random dot pattern is insufficient in terms of the correspondence to the above-described high filling rate distribution, and the uniformity of the dot pattern itself is insufficient. Further, depending on the structure of the backlight unit, it is necessary to provide a discrete pattern including a higher quality dot pattern, such as that some kinds of interference fringes are unavoidable. For this purpose, in addition to the randomness of the discrete pattern, it has been desired to provide a method for generating a random discrete pattern that satisfies a stricter condition after newly introducing an index for uniformity.

一方で、近年では多次元空間中の所定のある領域から不規則、かつ一様にサンプル点を抽出するという問題に対して、LDS法を使用することが、特に数値積分といった数学的な分野において検討されてきている。例えば、二宮祥一らの情報処理、第39巻、794頁、1998年においては、金融派生商品の価格計算をモンテカルロ法と同様の多重数値積分の近似によって行う場合には、擬似乱数のかわりにFAURE数列やSOBOL数列などの決定的なLDSによって、多次元空間において不規則かつ一様に分布したサンプルを利用することによって精度の高い計算を非常に高速に行えることが示唆されている。   On the other hand, in recent years, the use of the LDS method for the problem of sampling sample points irregularly and uniformly from a predetermined region in a multidimensional space is particularly important in mathematical fields such as numerical integration. It has been studied. For example, in the information processing by Shoichi Ninomiya et al., Vol. 39, p. 794, 1998, when calculating the price of financial derivatives by approximation of multiple numerical integration similar to the Monte Carlo method, instead of pseudo-random numbers It has been suggested that deterministic LDS such as a FAURE sequence and a SOBOL sequence can perform highly accurate calculations by using irregularly and uniformly distributed samples in a multidimensional space.

また、米国特許第5、872、725号明細書および特開平11−259452号公報において説明されているように、これらは数学的に偏り、または非一様性を意味するディスクレパンシイとして定義される量の上限が定められている数列であって、モンテカルロ法のような多重積分の計算の収束を劇的に速める数列であるが故に使用されている。また、レイ・トレーシング法におけるレンダリング速度向上のためにも、上述したLDS法を用いた数値積分が使用される場合も報告されている。   Also, as described in US Pat. No. 5,872,725 and JP-A-11-259542, these are defined as discrepancies that mean mathematically biased or non-uniformity. It is used because it is a number sequence that has an upper limit on the amount to be performed and that dramatically speeds up the convergence of multiple integral calculations such as the Monte Carlo method. It has also been reported that the numerical integration using the LDS method described above is used to improve the rendering speed in the ray tracing method.

すなわち、上述したようにランダム性にのみ直接依拠したドット・パターンにより形成される擬似ランダムなドット・パターンでは、上述した不都合を改善しつつ、良好な導光板、該導光板を利用するバックライト・ユニット、該バックライト・ユニットを含む透過型液晶表示装置を提供するなどの光学部材には、不充分であり、このため、ディスクレパンシイを制御して初期分布を生成する新規な方法が必要とされていた。本発明においては、用語“ディスクレパンシイ”とは、例えば手塚、“点列のディスクレパンシイについて”、「離散構造とアルゴリズムIV」、室田一雄編、近代科学社、第3章に記載されるように、離散したドットの分布の一様さの指標を意味する。   That is, as described above, in the pseudo-random dot pattern formed by the dot pattern that directly depends only on the randomness, while improving the above-described disadvantages, a good light guide plate, a backlight that uses the light guide plate, Insufficient optical members such as providing a unit, a transmissive liquid crystal display device including the backlight unit, and therefore, a new method for generating an initial distribution by controlling discrepancy is required It was said. In the present invention, the term “discrepancy” is described in, for example, Tezuka, “About Discrepancy of Point Sequences”, “Discrete Structure and Algorithm IV”, Kazuo Murota, Modern Sciences, Chapter 3. As used herein, it means an indicator of the uniformity of the distribution of discrete dots.

また、銀塩写真フィルムのように連続的な階調を含む画像、すなわち連続階調画像を、印刷や複写などで行われているように二値表現だけが可能な媒体で表現する手法であるハーフトーニング(halftoning)においても、離散的なドットパターンを取り扱う必要が生じる。印刷、製版の分野ではハーフトーニングを網掛けとも呼んでいる。上述した技術は、より一般的には、微小ドットの密度で画像の濃淡を表現する二値化手法であるということができる。   In addition, it is a technique for expressing an image including continuous gradation, such as a silver halide photographic film, that is, a continuous gradation image on a medium capable of only binary expression as in printing or copying. In halftoning, it is necessary to handle a discrete dot pattern. In the fields of printing and plate making, halftoning is also called shading. The above-described technique can be said to be a binarization technique that more generally expresses the density of an image with the density of minute dots.

近年では、デジタル信号処理技術、プリンタおよびファクシミリ技術の進展により、このような二値化手法に対する産業上の要求は大変大きく、様々な手法が提案されてきている。文献により表現は異なるものの、以後、同じ大きさを持つ微小ドットの密度で濃淡を表現する手法を、FM(frequency modulated)スクリーン法と呼ぶ。このFMスクリーン法は、計算手法の観点から大別すると、誤差拡散法と、マスク法に大別される。   In recent years, due to the progress of digital signal processing technology, printer and facsimile technology, industrial requirements for such a binarization method are very large, and various methods have been proposed. Although the expression varies depending on the literature, a method of expressing the density with the density of minute dots having the same size is hereinafter referred to as an FM (frequency modulated) screen method. The FM screen method is roughly classified into an error diffusion method and a mask method when roughly divided from the viewpoint of a calculation method.

誤差拡散法は、入力画像を一画素ごとに、しきい値と比較することによって二値あるいは多値画像に変換し、その際に出力値と入力値との間に生じた誤差を所定の近傍の画素群に重みづけして拡散することによって、画像濃度を保存しようとするものである。この場合、入力画像と出力画像の画素は、1対1に対応することになる。この方法による出力画像は比較的画質がよく解像性もよいとされ、広く実用にされている。しかし、単に所与のしきい値と比較して二値化を進めてゆくマスク法に比べ、1画素ごとにやや複雑な計算が必要とされる。また、入力画像によってドットを打つ位置が異なるため、混色の程度を予測するのがむずかしく、色の再現性が悪いとされている。また、誤差拡散法を適用する境界領域において過渡的な領域が出現すること、ワームやserpentine rasterと呼ばれる虚像がしばしば観察されることなども、未解決な問題と考えられている(谷萩隆嗣、マルチメディアとディジタル信号処理、コロナ社、1997、295ページ)。加えて、電子的なハードウェアの進歩は近年目覚しく、誤差拡散にともなう計算量は必ずしも致命的な問題とはならないが、画質において問題が存在することは、改善を要する問題であると認識されている。   The error diffusion method converts an input image into a binary or multi-valued image by comparing it with a threshold value for each pixel, and the error generated between the output value and the input value at that time The image density is stored by weighting and diffusing the pixel group. In this case, the pixels of the input image and the output image have a one-to-one correspondence. The output image obtained by this method has a relatively high image quality and good resolution, and is widely used. However, a slightly more complicated calculation is required for each pixel as compared with the mask method in which binarization is advanced in comparison with a given threshold value. Further, since the positions where dots are shot differ depending on the input image, it is difficult to predict the degree of color mixing, and color reproducibility is considered to be poor. In addition, the appearance of a transient region in the boundary region to which the error diffusion method is applied, and the fact that a virtual image called a worm or serpentine raster is often observed are considered to be unsolved problems (Tatsumi Tanizaki, Multimedia and digital signal processing, Corona, 1997, 295 pages). In addition, the progress of electronic hardware has been remarkable in recent years, and the amount of calculation due to error diffusion is not necessarily a fatal problem, but the existence of problems in image quality is recognized as a problem that requires improvement. Yes.

誤差拡散法の画質上の問題を軽減するために、周辺への誤差の割り当ての分布を変えたり(Floyd-Steinberg法をはじめ様々な分布がある)、また、拡散の走査方向を最適化する試みなどがさまざまなされている(たとえばT.Asano、 “Digital halftoning algorithm based on random space-filling curve”、 Proc. International
Conference on Image Processing、 1996、 545、参照)。しかし、ひとつの画素の誤差を、周囲の有限の領域に振り分けるという手法では、多かれ少なかれ宿命的に画質上の問題が発生することはある程度避けることができない。この理由は、誤差拡散法では、走査方向によって、誤差を発生する側と、誤差を受け持たされる側の区別が導入されることになる。そのような区別は、二値化画像を構成するドットが平等であるべき限りにおいては、人為的なものに過ぎないからである。
In order to alleviate the image quality problem of the error diffusion method, the distribution of error allocation to the surroundings is changed (there are various distributions including the Floyd-Steinberg method), and an attempt to optimize the scanning direction of diffusion Etc. (for example, T. Asano, “Digital halftoning algorithm based on random space-filling curve”, Proc. International
Conference on Image Processing, 1996, 545). However, with the technique of allocating the error of one pixel to the surrounding finite area, it is unavoidable to some extent that a problem in image quality occurs more or less fatally. This is because the error diffusion method introduces a distinction between a side that generates an error and a side that is responsible for the error depending on the scanning direction. This is because such distinction is only artificial as long as the dots constituting the binarized image should be equal.

画像の二値化においても同じことが言える。本来、二値化画像は、全体として元の画像を正しく再現するように決められるべきである。画素間に一方だけを考えた関係を導入する手法は、本質的に近似でしかありえない。上述したように、誤差拡散法の改良は長い歴史を持っているが、いずれも、誤差拡散アルゴリズムの存在を前提にした、対症療法的なものであった。最善の二値化アルゴリズムは、おそらく全ドットの相互の関係に基づくものであろうが、階調勾配の再現なども可能な実用的なアルゴリズムは、今まで知られていなかった。   The same can be said for image binarization. Originally, the binarized image should be determined so as to correctly reproduce the original image as a whole. A technique for introducing a relationship in which only one of the pixels is considered can be essentially an approximation. As described above, the improvement of the error diffusion method has a long history, but all of them are symptomatic treatments based on the existence of an error diffusion algorithm. The best binarization algorithm is probably based on the mutual relationship of all dots, but no practical algorithm that can reproduce gradation gradients has been known so far.

以下さらに、二値化画像の画質に関するUlichneyの基準と、マスク法の従来技術についての説明を行う。Ulichneyは視覚的に好ましいFMスクリーンパターンの条件として以下の二つの条件を挙げている(R. A. Ulichney、 Proceedings of the IEEE、 76 (1988) 56.)。
1.ドットの分布についての動径フーリエ成分が、「青色ノイズ」特性をもつこと、
2.ドットの分布が等方的であること、である。
In the following, Ulrichney's standard regarding the image quality of the binarized image and the conventional technique of the mask method will be described. Ulichney lists the following two conditions for visually preferred FM screen patterns (RA Ulichney, Proceedings of the IEEE, 76 (1988) 56.).
1. The radial Fourier component of the dot distribution has a "blue noise"characteristic;
2. The dot distribution is isotropic.

これらの基準は、画質評価の標準的な指標として現在広く受け入れられている。
Ulichneyの発見は誤差拡散アルゴリズムの改良という方向性に沿って提案されてきたものであったが、その後、その知見をマスク法に適用して、誤差拡散法の欠点の一部を補う二値化手法を構成することが検討されている。すなわち、Ulichneyの示した上記の定量的基準を満たすように、二値化の際のしきい値を与えるマスクを製作することが考えられた。それがしばしば「青色ノイズマスク法」と呼ばれている手法である。その代表的な論文として、Mitsa-Parker(T. Mitsa and K. J. Parker、 J. Opt. Soc. Am. A、 9 (1992) 1920)を挙げることができる。同様に、特許公報第2622429、米国特許第5、111、310号明細書を従来法を総説するものとして挙げることができる。
These standards are now widely accepted as standard indicators for image quality evaluation.
Ulichney's discovery has been proposed in the direction of improving the error diffusion algorithm, but it was later applied to the mask method to binarize to compensate for some of the disadvantages of the error diffusion method. It is being considered to construct a method. In other words, it was considered to produce a mask that gives a threshold value for binarization so as to satisfy the above-mentioned quantitative criteria shown by Ulichney. This is a technique often called “blue noise mask method”. A typical paper is Mitsa-Parker (T. Mitsa and KJ Parker, J. Opt. Soc. Am. A, 9 (1992) 1920). Similarly, Patent Publication No. 2622429 and US Pat. No. 5,111,310 can be cited as a review of conventional methods.

図4には、マスク法(組織的ディザ法)の処理の概念図を示す。図4(a)が読み取り画像、図4(b)がディザマトリックス、図4(c)が表示画像を示す。マスク法は一般に、読み取り画像に対して、所与の行列のしきい値と比較して二値化を行う方法である。図4に示したものは、そのうちでももっとも簡単な、原画素と二値化画像の画素が1対1に対応したマスク法を示す。そこでは、「ディザマトリクス」と呼ばれる数表に示された値と、原画素の輝度値を比較して、その大小関係によって、二値化画像の白黒を決定する方式が説明されている。青色ノイズマスク法が目指すのは、結果として得られた二値画像(図4(c)がそれにあたる)が、等方的な青色ノイズ特性をもつことである。したがって、連続階調画像の二値化問題は基本的に、ドットパターンの最適化問題と等価であると言える。青色ノイズ特性とは、理想的には所定の階調レベルにおいてドット一個あたりの面積と、充填率との比に関連する主波長を中心としてドットが分布する離散パターンを意味する。   FIG. 4 shows a conceptual diagram of processing of the mask method (organized dither method). 4A shows a read image, FIG. 4B shows a dither matrix, and FIG. 4C shows a display image. In general, the mask method is a method of binarizing a read image by comparing it with a threshold value of a given matrix. FIG. 4 shows the simplest mask method in which the original pixel and the binary image pixel have a one-to-one correspondence. There, a method is described in which the value shown in a numerical table called “dither matrix” is compared with the luminance value of the original pixel, and the black and white of the binarized image is determined based on the magnitude relationship. The aim of the blue noise mask method is that the resulting binary image (as shown in FIG. 4C) has isotropic blue noise characteristics. Therefore, it can be said that the binarization problem of the continuous tone image is basically equivalent to the dot pattern optimization problem. The blue noise characteristic ideally means a discrete pattern in which dots are distributed around a dominant wavelength related to the ratio between the area per dot and the filling rate at a predetermined gradation level.

なおマスク法にはこの他にも、原画素ひとつに、多数のドットを含むドットパターン(ディザリングビットマップと呼ばれる)を対応させる方法もある。便宜上これを、1対多マスク法と呼び、図4において説明した方法を1対1マスク法と呼ぶ。   As another mask method, there is a method in which a dot pattern including a large number of dots (referred to as a dithering bitmap) is associated with one original pixel. For convenience, this is called a one-to-many mask method, and the method described in FIG. 4 is called a one-to-one mask method.

上述したように、また特開2000−59626号公報に詳述されているように、現在のほとんどすべての二値化手法は、上述したUlichneyの基準を基に設計されている。Ulichney自身が誤差拡散法に基づいて提示したように、Ulichneyの基準を満たす二値化画像は実際上、ざらつき感や幾何学模様のない滑らかな画像となることが知られている。しかしながら、Ulichneyの基準はマクロ量についての制限となっており、それを実際に製作する直接的な基準とはなっていない、という不都合がある。さらに具体的に考えると、仮に望ましいパワースペクトル(Wiener-Khinchinの定理によりドット位置の分布についての自己相関関数のフーリエ変換と等しい)についての条件を提示されたとしても、実際にドットパターンないし、それをもとにしたしきい値マスクを作ることは容易ではない。また、等方性についての制限が与えられたとしても、それを実現する方法は自明ではない。この不都合は、Ulichneyの基準を発展的に継承した、Lauらの「緑色ノイズマスク」法についての一連の研究にも当てはまる(例えば、D. L. Lau、 G. R. Arce、 and N. C. Gallaghe、 Proc. IEEE、 86 (1998) 2424 参照)。   As described above and as described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-59626, almost all current binarization methods are designed based on the above-mentioned Ulichney criteria. As presented by Ulichney himself based on the error diffusion method, it is known that a binarized image that meets Ulichney's criteria is actually a smooth image without roughness or geometric patterns. However, Ulichney's standard is a limit on the amount of macro, and it has the disadvantage that it is not a direct standard for actual production. More specifically, even if the conditions for the desired power spectrum (equal to the Fourier transform of the autocorrelation function for the dot position distribution by Wiener-Khinchin's theorem) are presented, It is not easy to make a threshold mask based on the above. Moreover, even if a limit on isotropic property is given, a method for realizing it is not obvious. This inconvenience also applies to a series of studies on the “green noise mask” method of Lau et al. That inherited Ulichney's standards (for example, DL Lau, GR Arce, and NC Gallaghe, Proc. IEEE, 86 ( 1998) 2424).

さらに、Ulichneyの条件では、ドットパターンのムラを直接的に表す有効な指標が存在しないという点で、不満足なものである。実際、Ulichney(R. A. Ulichney、 Proceedings of the IEEE、 76 (1988) 56.))によれば、白色雑音によるドットパターン(すなわち、各ドットの位置を擬似乱数で確率抽出したパターン)が与えられているが、Ulichneyのanisotropyなる量では「完全に等方的(-10dB)」と判定されている。   Furthermore, Ulichney's condition is unsatisfactory in that there is no effective index that directly represents dot pattern unevenness. In fact, according to Ulichney (RA Ulichney, Proceedings of the IEEE, 76 (1988) 56.)), a dot pattern based on white noise (that is, a pattern in which each dot position is extracted with a pseudo random number) is given. However, the amount of Ulichney's anisotropy is judged to be “completely isotropic (−10 dB)”.

さらに、1対多青色マスク法の現状について説明を行うと、誤差拡散法の煩雑な計算処理を簡便にするという目的で、青色ノイズ特性を持つドットパターンを異なる輝度ごとに用意し、原画素の輝度値にしたがって、元画素をそのドットパターンで置き代えてゆく二値化手法が、米国特許第4、920、501号明細書に開示されている。まず1対多マスク法の概要について図に示す。図5に示すように、原画像OPを小区画に分割する(図5(a))。その代表輝度値(Jとした)に対応する散開型のドットパターンを選択する(図5(b)。それがその小区画の二値化画像となる(図5(c))。図5では階調を256階調とし、その256枚のドットパターンをあらかじめメモリ上に格納していることを想定している。表1には、米国特許第4,920,501号明細書に開示された手法をまとめる。   Furthermore, the current state of the one-to-multiple blue mask method will be described. For the purpose of simplifying the complicated calculation process of the error diffusion method, a dot pattern having a blue noise characteristic is prepared for each different luminance, US Pat. No. 4,920,501 discloses a binarization method in which the original pixel is replaced with its dot pattern in accordance with the luminance value. First, the outline of the one-to-many mask method is shown in the figure. As shown in FIG. 5, the original image OP is divided into small sections (FIG. 5A). An open-type dot pattern corresponding to the representative luminance value (denoted as J) is selected (FIG. 5B), which becomes a binarized image of the small section (FIG. 5C). It is assumed that the gradation is 256 gradations, and the 256 dot patterns are stored in the memory in advance, and Table 1 summarizes the methods disclosed in US Pat.

このドットパターン生成手法は、初期配置を乱数で生成することと、それをシミュレーテド・アニーリング法(西森英稔、スピングラス理論と情報統計力学、岩波書店、1999、9.4節参照)で緩和させてゆくことにある。この従来法は、白色雑音特性をもつ初期配置に、最適化手法を用いることでその周波数特性を改善させうるということを示した。さらに、このアルゴリズムで、Ulichney条件をよく満たすような青色マスクが製作できるとされている。しかし擬似乱数により生成された初期配置は明らかにムラが大きく、そのままでは高品質な二値化ができないという不都合があった。   In this dot pattern generation method, the initial arrangement is generated by random numbers and it is relaxed by the simulated annealing method (see Hidemori Nishimori, Spin Glass Theory and Information Statistical Mechanics, Iwanami Shoten, 1999, Section 9.4). There is. This conventional method shows that the frequency characteristics can be improved by using an optimization method for the initial arrangement with white noise characteristics. Furthermore, it is said that this algorithm can produce a blue mask that well meets Ulichney conditions. However, the initial arrangement generated by the pseudo random numbers is obviously uneven, and there is a problem that high quality binarization cannot be performed as it is.

特開平10−275228号公報においては、上述した方法の改良が検討されている。特開平10−275228号に開示された方法は、後述するMitsa-Parker条件を満たすように、初期パターンとしての中間階調パターンから、他のパターンを順次シミュレーテド・アニーリング法を用いて決めるものである。その初期パターンは、乱数により「ダーツ投げ」的に決めるのではなく、従来技術を用いて最適なものを採用することを指摘するにすぎない。いずれにしても、特開平10−275228号公報に開示の初期位置生成→最適化、という手順でパターンを作る方法である。   In Japanese Patent Laid-Open No. 10-275228, improvement of the above-described method is studied. The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-275228 is to sequentially determine other patterns from the intermediate gradation pattern as an initial pattern using a simulated annealing method so as to satisfy Mitsa-Parker conditions described later. is there. The initial pattern is not determined by “dart throwing” by random numbers, but merely points out that the optimum pattern is adopted using conventional technology. In any case, this is a method of creating a pattern by the procedure of initial position generation → optimization disclosed in JP-A-10-275228.

しかしながら、特開平10−275228号公報でも開示されているように、仮に中間階調のパターンを、Ulichney基準の意味で最適に選んだとしても、それから生成される多階調のパターンは必ず幾分かは最適でない。たとえば、中間階調において、ドットパターンを、最近接ドットの間隔がある値にほとんど集中するように最適化したものとする。そこにひとつドットを加えると、そのドット近傍では、必ず最適でないドット間隔を持った場が出現する。なぜなら、過去にすでに作ったドットは固定されているものと考えるからである。   However, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-275228, even if an intermediate gradation pattern is optimally selected in the meaning of the Ulichney standard, the multi-gradation pattern generated from it is always somewhat Is not optimal. For example, it is assumed that the dot pattern is optimized so that the interval between the nearest dots is almost concentrated on a certain value in the intermediate gradation. When one dot is added there, a field with a non-optimal dot interval always appears in the vicinity of the dot. This is because dots that have already been made in the past are considered fixed.

すなわち、これらの手法は、ドットパターンの最適化という観点からは、原理的な不都合を生じる。また、特開平10−275228号公報においては、出発パターンの最適化方法については、なんら具体的に改良を検討しているわけではない。   In other words, these methods cause inconveniences in principle from the viewpoint of dot pattern optimization. Japanese Patent Laid-Open No. 10-275228 does not specifically consider improvement of the starting pattern optimization method.

さらに、1対1青色マスク法を用いて最適な二値化を行うことについても未だ充分な訳ではなく、種々の改良検討が行われている。MitsaとParkerは、1対1青色マスクの製作においては、下記式の条件が満たされるべきことを説明している(T.Mitsa and K.J.Parker、 J. Opt. Soc. Am. A、 9 (1992) 1920.)。   Furthermore, optimal binarization using the one-to-one blue mask method is not yet sufficient, and various improvements are being studied. Mitsa and Parker explain that the following conditions must be met in the production of a one-to-one blue mask (T. Mitsa and KJParker, J. Opt. Soc. Am. A, 9 (1992 1920.)

上式中、p(i,j,g2)は、g2階調のマスクパターンにおける(i,j)区画の出力値(0または1)を表す。この条件は、「g1階調において(i,j)区画が黒ならば、それより高いg2階調でもその区画は黒である」ということを述べている。これを便宜上 Mitsa-Parker条件と呼ぶことにする。特開2000−59626号公報に詳述されているように、これが満たされていれば、 In the above equation, p (i, j, g 2 ) represents the output value (0 or 1) of the (i, j) section in the g 2 gradation mask pattern. This condition states that "in g 1 gradation (i, j) if partition black, the partition is black at high g 2 tone than". This is called the Mitsa-Parker condition for convenience. As detailed in JP 2000-59626 A, if this is satisfied,

という関係から、しきい値マスクを作ることができる(256階調を仮定した)。すなわち、 Mitsa-Parker条件の下では、1対多マスク法のためのしきい値マスクを用いて、1対1マスク用のしきい値マスクを製作することができるといえる。 Therefore, a threshold mask can be created (assuming 256 gradations). That is, under the Mitsa-Parker condition, it can be said that a threshold mask for a one-to-one mask can be manufactured using a threshold mask for the one-to-many mask method.

これを前提に、特開2001−298617号公報においては、青色ノイズ特性をもつしきい値マスクの製作法が開示されている。そこでは、低階調のドットパターンから始めて(そこではベイヤー行列に基づく規則的ディザ法を使って点を打つ)、前段階の(より低い)階調パターンにおけるドットに斥力ポテンシャルを与え、ポテンシャルの最低の点に新たにドットを打つという手順で、順次高階調のパターンを製作する。そこでは、この原理を用いて均質で青色ノイズ特性をもつドットパターンを製作できるとされている。なお、この公知例は、W.Purgathofer、 R.F.Tobler、 and M.Greler、 Proceedings of the International Conference on Image Processing、 1032 (1994) に述べられているものと実質的に同等である。彼らはまた、   On the premise of this, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-298617 discloses a method of manufacturing a threshold mask having blue noise characteristics. It starts with a low-tone dot pattern (where the dots are hit using a regular dither method based on the Bayer matrix) and gives a repulsive potential to the dots in the previous (lower) gray-scale pattern, High-gradation patterns are produced sequentially by the procedure of placing new dots at the lowest point. It is said that a dot pattern having a uniform blue noise characteristic can be manufactured using this principle. This known example is substantially equivalent to that described in W. Purgathofer, R. F. Tobler, and M. Greler, Proceedings of the International Conference on Image Processing, 1032 (1994). they again,

のような斥力ポテンシャルを提案している。rがドットからの距離である。この式は、距離がsという大きさを越えると急速にポテンシャルが減少することを示す。これは、Ulichney基準をミクロ的に言い換える試みと解釈することができる。というのは、Ulichney自身、最近接のドット間隔が「主波長」の周りに適度に集中していれば、青色ノイズ特性をもつパターンが作成できることを述べているからである。しかしながら、このような観点からパターンの望ましいスペクトル特性を得ようとする手法は今まで提案されていない。 The repulsive potential is proposed. r is the distance from the dot. This equation shows that the potential decreases rapidly when the distance exceeds the size of s. This can be interpreted as an attempt to paraphrase the Ulichney criteria microscopically. This is because Ulichney himself states that a pattern with blue noise characteristics can be created if the nearest dot spacing is moderately concentrated around the “main wavelength”. However, a method for obtaining a desirable spectral characteristic of a pattern from such a viewpoint has not been proposed so far.

彼らの方法、また、特開2001−298617号公報で開示された方法は、力学的緩和過程としては充分なものではない。上述したように、ある階調において、ドットパターンが、最近接ドットの間隔がsという値にほとんど集中するように最適化されていたとする。そこにひとつドットを加えると、そのドット近傍では、必ず最適でないドット間隔を持った場が出現する。なぜなら、過去にすでに作ったドットは固定されているものと考えるからである。   Their method and the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-298617 are not sufficient as a mechanical relaxation process. As described above, it is assumed that the dot pattern is optimized so that the interval between the nearest dots is almost concentrated on the value s in a certain gradation. When one dot is added there, a field with a non-optimal dot interval always appears in the vicinity of the dot. This is because dots that have already been made in the past are considered fixed.

より最近、強力な緩和アルゴリズムがHillerらによって提案された(S.Hiller、 O.Deussen、 and A.Keller、 “Tiled Blue Noise Samples”、 Proceedings of the 6th International Fall Workshop on Vision、 Modeling、 and Visualization 2001、 in press)。彼らによる方法、擬似乱数でドットパターンを生成した後、Lloyd法と呼ばれる緩和アルゴリズムを適用し、高速に青色ノイズ特性を持つドットパターンを生成したと報告している。Lloydの方法とは、いわゆるボロノイ分割を元にして、各ボロノイ多角形の重心にドットを移動させる操作を反復することによって、最近接ドット間隔を平準化する方法である。これを図6に示す。図6(a)がランダムに生成された初期位置とそのボロノイ分割を示し、図6(b)がLloyd緩和していく様子を示し、図6(c)が緩和後のドットパターンである。Hillerらはさらに、適切に境界にもボロノイ図形を生成することで、区画の間の継ぎ目といった問題なく、一様な二値化画像を生成できると主張している。 More recently, strong mitigation algorithms have been proposed by Hiller et al. (S.Hiller, O.Deussen, and A.Keller, "Tiled Blue Noise Samples", Proceedings of the 6 th International Fall Workshop on Vision, Modeling, and Visualization 2001, in press). After generating dot patterns with their method, pseudo-random numbers, they applied a relaxation algorithm called Lloyd method, and reported that they generated dot patterns with blue noise characteristics at high speed. The Lloyd method is a method of leveling the nearest dot interval by repeating the operation of moving dots to the center of gravity of each Voronoi polygon based on so-called Voronoi division. This is shown in FIG. FIG. 6A shows randomly generated initial positions and their Voronoi division, FIG. 6B shows a state where Lloyd relaxation is performed, and FIG. 6C shows a dot pattern after relaxation. Hiller et al. Further argue that by properly generating Voronoi shapes at the boundaries, uniform binarized images can be generated without problems such as seams between the compartments.

この手法では、今まで述べてきた緩和過程に特有の問題点が改善されている。すなわち、ドットを緩和されるものと、緩和させるものに分割することなく、全体を緩和させることで、一様なパターンを生成している。しかも緩和の原理は、ドット間の最近接間隔を直接的に最適化する方法に基づくものである。   This approach improves the problems inherent in the mitigation process described so far. That is, a uniform pattern is generated by relaxing the whole without dividing the dots into those that relax and those that relax. Moreover, the principle of relaxation is based on a method of directly optimizing the closest interval between dots.

しかしながらHillerらの方法には2つの不都合があることも判明している。第一に、ボロノイ分割に基づいた彼らの方法では、階調を段階的に変化させたドットパターンを作るのが原理的に難しいことである。第二に、初期位置生成に擬似乱数を用いているために、緩和後のパターンにはムラが見られることにある。   However, Hiller et al.'S method has also been found to have two disadvantages. First, in their method based on Voronoi division, it is theoretically difficult to create a dot pattern in which the gradation is changed stepwise. Second, since pseudorandom numbers are used for initial position generation, unevenness is observed in the relaxed pattern.

上述したように、50%を越えるような高い充填率領域に至るまで連続的に充填率分布を持たせ、かつ目視される光学的な不都合を生じさせないパターンを生成することを可能とする方法は、提案されていない。さらに、充填率に対して強い上限が課されることは、光学的部材の輝度、透過率、反射率を制御する上で大きな障害となるので、充填率の分布が存在しても互いの充填率には制限されずに離散パターンを生成することで、より高い柔軟性を付与しつつ、かつモアレ模様を発生させずに充填率分布を良好に付与することができることが望まれていた。加えて、疑似乱数生成法を用いるランダムなドット・パターンを生成方法では、高い充填率には対応できないことに加え、ドットの分布の偏りが大きく、その修正に手間と時間を要するといった計算機資源上の不都合があった。   As described above, there is a method that allows a pattern having a continuous filling rate distribution up to a high filling rate region exceeding 50% and generating no visually inconvenient pattern. Not proposed. In addition, imposing a hard upper limit on the filling rate is a major obstacle to controlling the brightness, transmittance, and reflectance of optical members, so even if there is a distribution of filling rate, mutual filling By generating a discrete pattern without being limited by the rate, it has been desired that the filling rate distribution can be favorably imparted without giving a moire pattern while imparting higher flexibility. In addition, the random dot pattern generation method using the pseudo-random number generation method cannot cope with a high filling rate, and in addition, the distribution of the dot distribution is large, and it requires labor and time to correct it. There was an inconvenience.

特に、低充填率から高充填率に至るまで任意の充填率分布が与えられたとき、とりわけドット径あたりの充填率変化が1パーセントを越えるような急峻な充填率勾配が存在する場合に好適な、ドットパターンの生成手法を提示することが必要とされていた。またその手法を用いて遮光フィルム,フォトマスク等にドットを生成することにより,むらや色づき,モアレなどの障害を引き起こさない光学部材を製造することが必要とされていた。また特に充填率勾配が大きい場合にでもドットの追加及び削除を適応的に行い充填率分布を適正に保つようなドットパターン生成方法が必要とされていた。   In particular, when an arbitrary filling rate distribution is given from a low filling rate to a high filling rate, it is particularly suitable when there is a steep filling rate gradient in which the filling rate change per dot diameter exceeds 1%. It was necessary to present a dot pattern generation method. In addition, it has been necessary to produce an optical member that does not cause obstacles such as unevenness, coloring, and moire by generating dots on a light-shielding film, a photomask, or the like using this method. In addition, there is a need for a dot pattern generation method that adaptively adds and deletes dots even when the filling rate gradient is large and maintains the filling rate distribution appropriately.

また、これまでマクロな言葉で記述されたUlichney基準と等価な内容を、ドット位置を定義するミクロ量だけを使って述べることができ、それを具体的に実現するアルゴリズムが必要とされていた。また、Ulichney基準では十分に表現できないムラについての定量的基準を提示した上で、それを具体的に満足するドットパターン生成方法を提示できれば、実用上の利益はきわめて大きい。   In addition, contents equivalent to the Ulichney standard described in macro language can be described using only the micro quantity that defines the dot position, and an algorithm that specifically realizes it has been required. In addition, if a dot pattern generation method that specifically satisfies the requirements can be presented after presenting a quantitative standard for unevenness that cannot be expressed sufficiently by the Ulichney standard, the practical benefit is extremely large.

また、従来、出力側の解像度と、階調表現に必要なビット数により、タイル的分割のサイズはほぼ決まり、それが、知覚しうるartifactsを除去する手法に制限を与えていた。タイル内での階調勾配を許せばその制約を取り外すことができるが、そのような二値化手法が必要とされていた。   Conventionally, the size of the tile-like division is almost determined by the resolution on the output side and the number of bits necessary for gradation expression, which restricts the method for removing perceptible artifacts. Such a binarization technique has been required, although the restriction can be removed if the gradation in the tile is allowed.

さらには、これまでUlichney基準を,ドットの位置を定義するミクロ量と直結した形で表現するアルゴリズムを提案することが必要とされていた。   Furthermore, it has been necessary to propose an algorithm that expresses the Ulichney criterion in a form directly linked to the micro quantity that defines the dot position.

また、原画像のタイル的分割に伴う虚像や画質劣化を起こさない高品質な二値化方法を、階調の連続的な勾配を考慮することで実現することが必要とされていた。   In addition, it has been necessary to realize a high-quality binarization method that does not cause a virtual image or image quality deterioration due to tiled division of an original image by considering a continuous gradient of gradation.

すなわち、これまで充分にランダムに配置され、ディスクレパンシイが低く、互いに重なり合いのない離散パターンを生成するための方法が必要とされていた。   That is, there has been a need for a method for generating discrete patterns that are sufficiently randomly arranged, have low discrepancy, and do not overlap each other.

さらに、これまで上述したドット・パターンを充填率にかかわらず、充分にランダムに配置することが可能な、離散パターン生成方法が必要とされていた。   Further, there has been a need for a discrete pattern generation method that can arrange the above-described dot patterns at random sufficiently regardless of the filling rate.

また、上述した離散パターンを生成するためのプログラムおよび該プログラムを記録した記録媒体が必要とされていた。   Further, a program for generating the above-described discrete pattern and a recording medium on which the program is recorded are required.

さらには、上述した離散パターンを生成するための離散パターン生成システムが必要とされていた。   Furthermore, a discrete pattern generation system for generating the above-described discrete pattern has been required.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の第1の構成では、ランダム性が改善された離散パターンを形成するために、所定の区画においてディスクレパンシイを低減させた配置を初期位置として採用する。このため、離散パターンの一様なランダム性が確保されることになる。さらに、本発明においては上述した低ディスクレパンシイのドット・パターンを初期位置として使用して、有限の大きさを持つドットの間に斥力が作用するものとして位置変位させることで、ドット間の重なりを排除する。   The present invention has been made in view of the above problems, and in the first configuration of the present invention, the discrepancy is reduced in a predetermined section in order to form a discrete pattern with improved randomness. The arrangement is adopted as the initial position. For this reason, the uniform randomness of a discrete pattern is ensured. Further, in the present invention, the above-described low discrepancy dot pattern is used as the initial position, and the position is displaced as a repulsive force acts between dots having a finite size, thereby allowing the dot to be displaced. Eliminate overlap.

本発明においては、ドット間に斥力が作用すると仮定してドットの重なりを排除するプロセスを、斥力緩和法と定義する。このため、充填率が高い場合であっても与えられた充填率においてディスクレパンシイの低い初期位置から、斥力緩和法によりドット間の重なり合いを解消し、かつディスクレパンシイの低く保持された離散パターンを生成することが可能となる。加えて、本発明は、所定の区画ごとに充填率およびディスクレパンシイを低減することが可能となるので、充填率が連続して変化する場合であっても、ドット・パターンのランダム性の一様さの変化による不都合、すなわち充填率の変化する境界の生成といった不都合を生じることなく、充分なランダム性を有し、かつ充填率が連続して変化する離散パターンを提供することを可能とする。   In the present invention, a process for eliminating dot overlap on the assumption that repulsive force acts between dots is defined as a repulsive force relaxation method. For this reason, even when the filling rate is high, from the initial position where the discrepancy is low at the given filling rate, the overlap between dots is eliminated by the repulsive force relaxation method, and the discrepancy is kept low. A discrete pattern can be generated. In addition, since the present invention makes it possible to reduce the filling rate and discrepancy for each predetermined section, even if the filling rate changes continuously, the randomness of the dot pattern can be reduced. It is possible to provide a discrete pattern having sufficient randomness and continuously changing the filling rate without causing the disadvantage due to the change in uniformity, that is, the generation of the boundary where the filling rate changes. To do.

本発明の第2の構成では、ドットを自動的に生成および削除することにより、所定の充填率に基づき、良好な離散パターンを提供することが可能となる。本発明の第2の構成では、初期ドットの生成からドットの自動生成を行うこともできるし、初期ドットを上述したロー・ディスクレパンシイ・シーケンス法により生成しておき、ドットの位置を緩和させた後に充填率に関連してドットの自動生成・自動削除を行うこともできる。   In the second configuration of the present invention, it is possible to provide a good discrete pattern based on a predetermined filling rate by automatically generating and deleting dots. In the second configuration of the present invention, automatic generation of dots can be performed from generation of initial dots, or initial dots are generated by the above-described low discrepancy sequence method, and dot positions are relaxed. It is also possible to automatically generate and delete dots in relation to the filling rate after the process.

本発明の第3の構成では、まずドットパターンの初期位置を生成し、それを緩和させて、二値化パターンを得るという手順をとる。とりわけ、本発明の第3の構成では、Ulichney基準のうち、等方性という性質を考える。等方的という性質は、日常の言葉でいえば、ひとつにはドットパターンにムラがないということである。この目的のためには、上述したロー・ディスクレパンシイ・シーケンス(LDS)を用いることができる。これは、ムラの指標としてのディスクレパンシイに上限が定められた数列であって、適当な数学的操作で不規則性を導入することができる。新たにディスクレパンシイなる量を、定量化の手段として取り入れたことにより、濃淡画像の2値化を効果的に行うことができる。   In the third configuration of the present invention, first, an initial position of the dot pattern is generated and relaxed to obtain a binarized pattern. In particular, in the third configuration of the present invention, an isotropic property is considered in the Ulichney criterion. The isotropic nature is that, in everyday terms, there is no uneven dot pattern. For this purpose, the above-described low discrepancy sequence (LDS) can be used. This is a numerical sequence in which an upper limit is set for discrepancy as an index of unevenness, and irregularities can be introduced by appropriate mathematical operations. By incorporating a new discrepancy amount as a means of quantification, it is possible to effectively binarize a grayscale image.

本発明により提供される上述した離散パターンを含む光学的部材は、モアレ模様といった不都合を生じることなく、高い輝度を一様に与えることを可能とする、光学的変調要素の提供を可能とする。   The optical member including the above-described discrete pattern provided by the present invention makes it possible to provide an optical modulation element that can uniformly provide high luminance without causing a problem such as a moire pattern.

すなわち、本発明の上記課題は、本発明の離散パターン、該離散パターンを用いた光学部材、導光板、サイドライト装置、透過型液晶表示装置、該離散パターンの生成方法および該離散パターンを生成するためのプログラム、該離散パターンを生成するためのコンピュータ可読なプログラムが記録されたコンピュータ可読な記録媒体並びに離散パターン生成システムを提供することにより解決される。   That is, the above-described problem of the present invention is to generate the discrete pattern of the present invention, an optical member using the discrete pattern, a light guide plate, a sidelight device, a transmissive liquid crystal display device, a method for generating the discrete pattern, and the discrete pattern. The invention is solved by providing a program for reading, a computer-readable recording medium on which a computer-readable program for generating the discrete pattern is recorded, and a discrete pattern generation system.

すなわち、本発明によれば、コンピュータ・システムを使用して2次元的に配置される離散したドットから形成される離散パターンであって、光線を、光線の散乱、光線の透過、または光の吸収により受動的に制御し、導光板、散乱板、ディザリング・パターン、リソグラフィー用フォトマスクパターンとされる離散パターンを生成するための方法であって、該方法は、
所定の区画を与えるステップと、
前記所定の区画に配置するドットの数を決定するステップと、
前記ドットの位置座標を、横Lx、縦Lyの矩形型の区画に含まれる前記ドットが、4000以下の場合に、下記式(1)
That is, according to the present invention, a discrete pattern formed from discrete dots arranged two-dimensionally using a computer system, wherein the light beam is scattered, transmitted by light, or absorbed. A method for generating a discrete pattern that is passively controlled by a light guide plate, a scattering plate, a dithering pattern, and a photomask pattern for lithography, the method comprising:
Providing a predetermined compartment;
Determining the number of dots to be arranged in the predetermined section;
When the dots included in a rectangular section of horizontal Lx and vertical Ly are 4000 or less in position coordinates of the dots, the following formula (1)

を満たし(上記式(1)中、Nは、その区画に含まれるドットの数であり、Dは、N個のドットのうち、基準座標(0、0)から任意の座標点(x、y)までの線分を対角線とする矩形領域に含まれるドットの数をA(x、y)として下記式(2)で与えられる。)、 (In the above formula (1), N is the number of dots included in the section, and D is an arbitrary coordinate point (x, y) from the reference coordinates (0, 0) among the N dots) ), The number of dots included in the rectangular area with the line segment up to the diagonal line as A (x, y) is given by the following equation (2)):

かつ、下記式(3) And the following formula (3)

で与えられるSが0.7以下である(ただし(3)において、gは、該領域における各ドットの平均的動径分布関数g(r)をr以上r以下の範囲での積分値で割ったもので、gavは、gのr以上r以下の範囲での平均値である。rおよびrは、所与の充填率を満たすようにドットを正方格子に配列したときに、その格子定数Δrに対して、それぞれ1倍および4倍の値にとる。ドットの充填率とは、ドットの最大径の2乗にドットの個数を乗じたものを、該領域の面積で割ったものである。)ように決定するステップと、
前記決定された位置座標を初期位置として設定するステップと、
前記位置座標が決定されたドットが互いに重なり合わないように前記ドットの位置座標を変化させるステップと、
座標軸ごとに第1の生成行列を生成し、記憶するステップと、
前記第1の生成行列と下三角要素がランダム値を有するスクランブル行列との積により、第2の生成行列を生成し、記憶するステップと、
N個のドットとそれぞれ対応するN個の自然数集合の中の一つの自然数nの二進展開を第1のベクトルとして生成するステップと、
前記第1のベクトルと前記第2の生成行列との積から第2のベクトルを生成するステップと、
座標ごとに前記第2のベクトルの要素を2進小数の各桁の値として前記ドットの位置座標を生成するステップと、
nを所定の増加分だけ増加して、繰り返し発生させた点座標の総数が前記区画内のドットの数Nとなるまで位置座標を生成するステップと
を含む、離散パターン生成方法が提供される。
( 1 ) is 1 or less (in (3), g 1 is an average radial distribution function g (r) of each dot in the region in the range of r 1 to r 2. divided by the integrated value, g av is .r 1 and r 2 is the average value at r 1 or r 2 the following range of g 1 are square lattice dots to meet a given fill factor The values of the lattice constant Δr are 1 and 4 respectively, and the dot filling rate is obtained by multiplying the square of the maximum dot diameter by the number of dots. Divided by the area of the area.)
Setting the determined position coordinates as an initial position;
Changing the position coordinates of the dots so that the dots for which the position coordinates are determined do not overlap each other;
Generating and storing a first generator matrix for each coordinate axis;
Generating and storing a second generator matrix by a product of the first generator matrix and a scramble matrix having a lower triangular element having a random value;
Generating a binary expansion of one natural number n in a set of N natural numbers respectively corresponding to N dots as a first vector;
Generating a second vector from a product of the first vector and the second generator matrix;
Generating the position coordinates of the dots with the elements of the second vector for each coordinate as values of each digit of a binary decimal;
generating a position coordinate until n is increased by a predetermined increment and the total number of repeatedly generated point coordinates reaches the number N of dots in the section.

本発明では、さらに前記所定の区画を複数所定の境界条件を使用して隣接し、所定の大きさの離散パターンを生成するステップを含むことができる。前記位置座標を変化させるステップは、互いに隣接する前記ドットのサイズと距離とに関連する隣接する前記ドット間の斥力を算出するステップを含むことができる。   The present invention may further include a step of generating a discrete pattern having a predetermined size by adjoining the predetermined sections using a plurality of predetermined boundary conditions. The step of changing the position coordinate may include calculating a repulsive force between the adjacent dots related to the size and distance of the adjacent dots.

本発明の前記位置座標を変化させるステップは、
所定のドットについて該ドット付近存在する他のドットからの斥力を算出するステップと、
該斥力の大きさに応じて前記所定のドットを変位させるステップと、
変位された前記所定のドットに関して斥力を算出するステップと、
前記斥力を所定の範囲にあるドットについて合計するステップと
を含むことができる。
The step of changing the position coordinates of the present invention includes:
Calculating a repulsive force from other dots existing in the vicinity of the dot for a predetermined dot;
Displacing the predetermined dot according to the magnitude of the repulsive force;
Calculating a repulsive force with respect to the predetermined dot displaced;
Summing the repulsive forces for dots within a predetermined range.

本発明の前記位置座標を変化させるステップは、さらに、第1の斥力の合計と、該第1の斥力の合計の直前に算出された第2の斥力の合計との間の差が、所定の収束条件を満たすまで実行させるステップを含むことができる。前記斥力は、前記ドットの間の距離に対して、所定値以下では一定であり、前記ドット間の距離が所定値を越える場合には、前記ドット間の距離の増大に応じて減少することが好ましい。本発明では、ロー・ディスクレパンシイ・シーケンス法を使用して前記ドットの初期位置を与えることができる。   The step of changing the position coordinates of the present invention further includes that the difference between the total of the first repulsive force and the total of the second repulsive force calculated immediately before the total of the first repulsive force is a predetermined value. A step of executing until a convergence condition is satisfied may be included. The repulsive force is constant below a predetermined value with respect to the distance between the dots, and when the distance between the dots exceeds a predetermined value, the repulsive force may decrease as the distance between the dots increases. preferable. In the present invention, the initial position of the dots can be given using a low discrepancy sequence method.

本発明によれば、上記いずれか1項に記載のステップをコンピュータが実行するためのプログラムが提供される。   According to the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute any one of the steps described above.

本発明によれば、上記記載のプログラムを記録したコンピュータ可読な記録媒体が提供される。   According to the present invention, there is provided a computer-readable recording medium on which the program described above is recorded.

本発明によれば、
光線を、光線の散乱、光線の透過、または光の吸収により受動的に制御し、導光板、散乱板、ディザリング・パターン、リソグラフィー用フォトマスクパターンとされる離散パターンを生成するための離散パターン生成システムであって、
上記記載の各ステップにより離散パターンを与えるための手段と、
前記離散パターンを形成するドットの位置座標を記録する記憶手段と、
該記憶手段に含まれた位置座標を出力するためのプリンタ手段と、
該プリンタ手段により離散パターンが形成されるパターン受容要素とを含む
離散パターン生成システムが提供できる。
According to the present invention,
Discrete patterns for passively controlling light rays by light scattering, light transmission, or light absorption to produce discrete patterns that are light guide plates, scattering plates, dithering patterns, lithographic photomask patterns A generation system,
Means for providing a discrete pattern by each of the steps described above;
Storage means for recording position coordinates of dots forming the discrete pattern;
Printer means for outputting the position coordinates contained in the storage means;
A discrete pattern generation system including a pattern receiving element in which a discrete pattern is formed by the printer means can be provided.

本発明では、前記離散パターンは、光学的部材の光強度変調要素または濃淡画像の2値化パターンとされてもよい。   In the present invention, the discrete pattern may be a light intensity modulation element of an optical member or a binary pattern of a grayscale image.

以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明するが、本発明は後述する実施の形態に制限されるものではない。以下、パートIとして、本発明の第1の構成である初期配置を与えた後、ドット間に斥力モデルを適用して斥力の緩和を行い、LDS法によるランダムな離散パターンの形成を説明し、パートIIにおいて、本発明の第2の構成であるドットを自動的に生成・削除することによる離散パターンの形成について説明する。さらに、パートIIIとして、本発明の第3の構成である良好な青色ノイズ特性を与えることができる濃淡画像の二値化パターンの生成について説明する。また、さらにパートIVとして、上述したLDS法およびドット自動生成法に基づいて得られた離散パターンを使用する光学的部材、サイドライト装置、および透過型液晶表示装置について説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments described below. Hereinafter, as part I, after giving the initial arrangement which is the first configuration of the present invention, repulsion is applied by applying a repulsion model between dots, and formation of a random discrete pattern by the LDS method is described. In Part II, the formation of a discrete pattern by automatically generating / deleting dots, which is the second configuration of the present invention, will be described. Furthermore, as part III, generation of a binarized pattern of a grayscale image that can provide good blue noise characteristics according to the third configuration of the present invention will be described. Further, as part IV, an optical member, a sidelight device, and a transmissive liquid crystal display device that use discrete patterns obtained based on the above-described LDS method and dot automatic generation method will be described.

パート I:LDS法およびドット間の斥力を仮定してドットを緩和させることによる離散パターンの形成
以下、パートIとしてセクションAにおいて、離散パターンの初期位置の決定について説明し、セクションBにおいて斥力緩和法によりドット間の重なりを排除して離散パターンを形成する方法について説明し、セクションCにおいて、充填率を連続的に変化させる場合の取り扱いについて説明し、セクションDにおいて、本発明により与えられる離散パターンのディスクレパンシイの範囲およびランダム性の判断基準について説明する
Part I: Formation of Discrete Pattern by Relaxing Dots by Assume LDS Method and Repulsive Force Between Dots Hereinafter, in Part A, the determination of the initial position of the discrete pattern will be described as Part I. Describes a method of forming a discrete pattern by eliminating overlap between dots, and in section C, a description is given of how to change the filling rate continuously. In section D, the discrete pattern given by the present invention is described. Explain the range of discrepancy and criteria for determining randomness

<セクションA>
低ディスクレパンシイを有する離散パターンの初期位置の生成
(A−1)ディスクレパンシイの数学的定式化
縦Lx、横Lyの長さを有する長方形、正方形といった矩形領域にN個の点が分布する場合に、そのディスクレパンシイは、以下のように与えることができる。
<Section A>
Generation of initial position of discrete pattern having low discrepancy (A-1) Mathematical formulation of discrepancy N points in a rectangular area such as a rectangle having a length Lx, a length Ly having a length Ly, and a square When distributed, the discrepancy can be given as follows.

全体の矩形領域の中の位置(x、y)に対して原点(0、0)と位置(x、y)を対角線とする矩形の領域を考える。この領域の面積が正方形の中で占める割合をVとすると、V=x×y/(Lx×Ly)である。また、考えているN個の点のうち、この矩形領域の中に含まれる点の個数をA(x、y)とすると、N個の点のうち、上述した矩形領域に含まれる点の割合は、A(x、y)/Nとなる。点の分布が理想的に一様であれば、どのような矩形領域をとっても中に含まれる点の割合は、ちょうど矩形領域の面積が全体の正方形中で占める割合と同じになるはずである。   Consider a rectangular area whose diagonal is the origin (0, 0) and position (x, y) with respect to position (x, y) in the entire rectangular area. V = x × y / (Lx × Ly), where V is the proportion of the area occupied by the area in the square. Further, if the number of points included in the rectangular area among the N points considered is A (x, y), the ratio of the points included in the above-described rectangular area out of the N points. Becomes A (x, y) / N. If the distribution of points is ideally uniform, the proportion of the points contained in any rectangular region should be exactly the same as the proportion of the area of the rectangular region in the entire square.

そこで、この両者の差が0からどれだけずれているか調べれば、点の偏りが分かることになる。本明細書においては、ディスクレパンシイを、(A(x、y)/N−Vの二乗を、(x、y)を上述した正方形内の全ての位置について積分したものの平方根として定義する。すなわち、ディスクレパンシイの2乗をD(Lx、Ly;N)とすると、D(Lx、Ly;N)は、下記式で与えられる。   Therefore, by examining how much the difference between the two deviates from 0, the deviation of the points can be understood. In this specification, the discrepancy is defined as the square root of (A (x, y) / N−V squared, where (x, y) is integrated for all the positions in the square described above. That is, if the square of the discrepancy is D (Lx, Ly; N), D (Lx, Ly; N) is given by the following equation.

上述したディスクレパンシイを使用すれば、理想的な分布ではディスクレパンシイは0となり、また、例えば原点にすべての点が固まっているような非常に偏った状況では、最大値である1/9となる。 If the above-described discrepancy is used, the discrepancy is 0 in an ideal distribution, and is 1 which is the maximum value in a very biased situation where all points are fixed at the origin, for example. / 9.

一方で、仮に真にランダムに生成された点列の場合について考察する。このような真にランダムに生成された点列については、ディスクレパンシイは、それほど小さくはならない。この理由は、たとえばサイコロを6回振ってランダムな数を作った場合、1から6まで偏りなく1回ずつ出る場合より、どれかの数が複数現れる場合の方がしばしば見受けられるということから直感的に理解できる。ランダムさと、偏りの無さ、すなわち一様性とは異なる概念であり、ランダム性を有し、かつディスクレパンシイの低い点列が必要な場合には、初期位置においてすでにディスクレパンシイを低くするべく生成された点列を用いる必要がある。LDSは、そもそも定義からディスクレパンシイが低いという特徴を持つことに本発明者らは着目し、鋭意検討の結果LDS法を所定の区画内にドットを配置する現実の問題に適用することが有効であることを見出したのである。   On the other hand, let us consider the case of a point sequence generated truly at random. The discrepancy is not so small for such a truly randomly generated point sequence. The reason for this is that, for example, when a random number is created by rolling the dice six times, it is more intuitive that one of the numbers appears more frequently than when the number is one at a time from 1 to 6. Can understand. When random and low-discrepancy point sequences are required, randomness is not the same as non-uniformity, i.e., uniformity. It is necessary to use a sequence of points generated to make it low. The present inventors pay attention to the fact that LDS has the characteristic of low discrepancy from the definition, and as a result of intensive studies, the LDS method can be applied to the actual problem of arranging dots in a predetermined section. They found it to be effective.

(A−2)LDS法を適用するためのフローチャート
図7には、本発明において使用することができるLDS法のフローチャートを示す。本発明において使用するLDS法は、ステップS1から開始し、ステップS2において座標軸ごとに生成行列1の算出を行う。生成行列の詳細については例えば、「離散構造とアルゴリズムIV」、室田一雄編、近代科学社に詳細に説明されている。ついで、ステップS3において下三角要素にランダムな値を有するスクランブル行列を生成し、ステップS4において、生成行列1とスクランブル行列の積を生成行列2として記憶する。本発明においては、スクランブル行列を使用せずに初期配置を生成することも可能である。しかしながら、ドット数が多い場合には、スクランブル行列を併用することが、より一様な離散パターンを生成する点では好ましい。
(A-2) Flowchart for Applying the LDS Method FIG. 7 shows a flowchart of the LDS method that can be used in the present invention. The LDS method used in the present invention starts from step S1, and the generator matrix 1 is calculated for each coordinate axis in step S2. Details of the generator matrix are described in detail, for example, in “Discrete Structure and Algorithm IV”, edited by Kazuo Murota, Modern Science. Next, a scramble matrix having a random value in the lower triangular element is generated in step S3, and the product of the generator matrix 1 and the scramble matrix is stored as a generator matrix 2 in step S4. In the present invention, it is also possible to generate an initial arrangement without using a scramble matrix. However, when the number of dots is large, it is preferable to use a scramble matrix together in terms of generating a more uniform discrete pattern.

ステップS5においては、所定の位置に対応して付された自然数nの二進展開を行い、その結果をベクトルxとして記憶させる。ステップS6においては、座標軸ごとの生成行列2をベクトルxに乗じて、ベクトルyを生成する。ステップS7においては、座標軸ごとにベクトルyの要素を二進小数の各桁の値として、新たな座標を生成し、ステップS8において、nを1だけ増加させて所定の個数、例えばN個になるまでステップS5からステップS8までを繰り返して、N個のLDS法により生成された座標が定められることになる。   In step S5, binary expansion of the natural number n assigned to a predetermined position is performed, and the result is stored as a vector x. In step S6, a vector y is generated by multiplying the vector x by the generator matrix 2 for each coordinate axis. In step S7, a new coordinate is generated with the element of vector y as a binary decimal value for each coordinate axis, and in step S8, n is increased by 1 to a predetermined number, for example, N. Steps S5 to S8 are repeated until the coordinates generated by the N LDS methods are determined.

(A−3)LDS法の具体的な手順
図7に示したLDS法における離散パターンの生成の手順を、1次元について適用する場合につき以下に詳細に説明する。後述する手順は、説明のために使用するものであり、本発明は、2次元以上のいかなるより高い次元でもそのまま応用することができる。
(A-3) Specific Procedure of LDS Method A procedure for generating a discrete pattern in the LDS method shown in FIG. 7 will be described in detail below when applied to one dimension. The procedure described below is used for explanation, and the present invention can be applied as it is in any higher dimension of two or more dimensions.

本発明において使用するLDS法による初期位置決定では、ネット理論を拡張したNiederreiterの構成法を使用して高速化を実現する。本発明では、初期位置としてのランダム性も重要となるので、手塚、“点列のディスクレパンシイについて”、「離散構造とアルゴリズムIV」、室田一雄編、近代科学社、第3章によるランダムなスクランブルを適用した一般化Niederreiter sequenceを用いることにより、ランダム性と小さなディスクレパンシイとを併せ持つ数列を生成した。   In the initial position determination by the LDS method used in the present invention, a high speed is realized by using the Niederreiter configuration method which extends the net theory. In the present invention, randomness as an initial position is also important. Therefore, Tezuka, “About Discrepancy of Point Sequences”, “Discrete Structure and Algorithm IV”, edited by Kazuo Murota, Modern Science, Chapter 3 By using a generalized Niederreiter sequence with a random scramble, we generated a sequence with both randomness and small discrepancy.

LDSの典型的な生成方法では、ネット理論を用いる。ディスクレパンシイの定義にあるようにいかなる大きさの領域を考えても、その中に入る点の大きさの総和が区画の大きさに近づく必要がある。そのため素数pのべき乗で階層的に一辺の長さが小さくなるp進ボックスによって区画を小区画へと分割し、さまざまな大きさのボックスによって区画がP進ボックスにより入れ子的に埋め尽くされている状況を考え、その中から、点の入るべき位置を自然数のp進展開係数を元に位置座標を決定することによって、ディスクレパンシイを低くするものである。   A typical LDS generation method uses net theory. Regardless of the size of the area as in the definition of discrepancy, the sum of the sizes of the points that fall within it must be close to the size of the partition. Therefore, a partition is divided into small partitions by a p-adic box whose side length is hierarchically reduced by a power of a prime number p, and the partitions are filled with a P-adic box by boxes of various sizes. Considering the situation, a position coordinate is determined based on a natural number p-adic expansion coefficient from among the positions where a point should be entered, thereby reducing the discrepancy.

これを具体的に説明すると、1、2、3、4と順に並んだ自然数を用いる場合には、同じ数の重なりは生じないものの、端から順に並んでいくため広く区画の全体に散らばった点列を作ることはできない。   Specifically, when natural numbers arranged in order of 1, 2, 3, 4 are used, the same number of overlaps does not occur, but they are arranged in order from the end, so that they are widely scattered throughout the whole section. You cannot make a line.

このため本発明においては、元となる自然数の列にそれぞれ座標値を対応させる厳密に決定論的な方法を用い、ランダムな点列のような偏りを排除しつつ、自然数のように端から順に並ぶことの無い点列を与える方法を採用する。この基本的な考え方としては、区画をまず大きな単位で小区画へと分割し、それぞれの小区画に点を配置し、点の数が増えてくると、より細かい小区画へと分割し、別々の位置を占めるようにさせるものである。   For this reason, in the present invention, a strictly deterministic method for associating coordinate values with the original natural number sequence is used to eliminate the bias like a random point sequence, and in order from the end like natural numbers. A method of giving a sequence of points that are not arranged is adopted. The basic idea is to first divide the compartment into smaller units, place points in each of the smaller compartments, and if the number of points increases, divide it into smaller subdivisions and separate them. It occupies the position of.

ここで、自然数の列についてその性質を考えると、まず1の位が1から9まで速く変化し、その後、上位の桁が順にゆっくりと変化する。そこで、この桁取りを逆に1の位が上位にくるよう並べ、桁毎に異なる大きさで分割された小区画を、元の自然数が少し変化するごとに大きく変化させて区画の全体を覆うことにより、偏りなく位置座標を生成することができる。すなわち、本発明において採用する生成方法においては、自然数を10進法では無く、2進法で表現した後、各桁に現れる数値を所定の方式によって置き換える。すなわち、元となる自然数列を2進数で表示した後、より速く変化する下位の桁が座標値の上位桁に対応して大きな区画の全体にわたる位置変化をもたらし、変化の遅い上位の桁が座標値の下位の桁に対応して細かな位置変化をもたらすよう変換することにより、より不規則性を高めるものである。   Here, considering the nature of the sequence of natural numbers, the first place changes rapidly from 1 to 9, and then the upper digit changes slowly in order. Therefore, this digit arrangement is reversely arranged so that the one's place is higher, and the small division divided by different sizes for each digit is changed greatly every time the original natural number slightly changes to cover the whole division. Thus, the position coordinates can be generated without deviation. That is, in the generation method employed in the present invention, a natural number is expressed in binary not in decimal, and then a numerical value appearing in each digit is replaced by a predetermined method. In other words, after displaying the original natural number sequence in binary, the lower digit that changes faster causes the position change over the entire large section corresponding to the upper digit of the coordinate value, and the upper digit that changes slowly is the coordinate The irregularity is further increased by performing conversion so as to bring about a fine position change corresponding to the lower digit of the value.

具体的に説明すると、例えば1から5までの自然数を2進数としてあらわすと、順に、1、10、11、100、101となる。ここで、例えばabcdという展開がされた自然数nにつき、abcdを逆からに配置して、やはり2進数の小数で0.dcbaに対応させる。この場合、上述した自然数の場合の実施の形態では、順に、0.1、0.01、0.11、0.001、0.101となり、それぞれ1/2、1/4、3/4、1/8、5/8であるから図8に示すように、0から1の間で次第に細かくなる小区画が中心Crに対してランダムに分布する点列が得られる。   More specifically, for example, when natural numbers from 1 to 5 are expressed as binary numbers, they are 1, 10, 11, 100, and 101 in order. Here, for example, abcd is arranged in reverse from a natural number n expanded as abcd, and 0. It corresponds to dcba. In this case, in the embodiment in the case of the natural number described above, the order is 0.1, 0.01, 0.11, 0.001, 0.101, respectively, and is 1/2, 1/4, 3/4, Since 1/8 and 5/8, as shown in FIG. 8, a point sequence is obtained in which small sections that gradually become smaller between 0 and 1 are randomly distributed with respect to the center Cr.

2次元上の座標値を求める際には、x座標とy座標といった各次元ごとに独立に変化するように上述した方法を用いて次元ごとに異なる変換行列を適用して各桁の値を変換し、元となる自然数列から対応する座標点をドットごとに算出する。図9には、各座標軸ごとにに用いるべき座標の位置に順に自然数を割り当てることにより位置座標を生成して得られた2次元における低ディスクレパンシイの離散パターンを示す。図9中、縦軸については、上述した変換を施すことにより矢線で示される変換が行われて座標が生成され、2次元的な位置座標が得られている。図9においては、それぞれ横軸および縦軸が交差する位置座標に、ドット10を配置して、LDS法により生成された初期配置としている。   When obtaining coordinate values in two dimensions, the value of each digit is converted by applying a different conversion matrix for each dimension using the method described above so that it changes independently for each dimension, such as x coordinate and y coordinate. Then, the corresponding coordinate point is calculated for each dot from the original natural number sequence. FIG. 9 shows a two-dimensional discrete pattern of low discrepancy obtained by generating position coordinates by sequentially assigning natural numbers to the positions of coordinates to be used for each coordinate axis. In FIG. 9, with respect to the vertical axis, by performing the above-described conversion, the conversion indicated by the arrow line is performed to generate coordinates, and two-dimensional position coordinates are obtained. In FIG. 9, dots 10 are arranged at position coordinates where the horizontal axis and the vertical axis cross each other, and an initial arrangement generated by the LDS method is used.

本発明においては、さらに桁の並べ替えにスクランブル法と呼ばれる一定の入れ替えを行うことによって、より点座標の並び方にバリエーションを与えることが好ましい。スクランブル法を採用する場合には、あらかじめ各次元毎に与えておいた生成行列を記憶装置に保管しておき、変換したい自然数の2進数表示の各桁の数値からなるベクトルxと乗算を行うことで、ベクトルyを生成させることにより容易に拡張することができる。   In the present invention, it is preferable to provide a variation in the arrangement of the point coordinates by performing a certain exchange called a scramble method for rearranging the digits. When the scramble method is adopted, a generator matrix previously given for each dimension is stored in a storage device, and multiplication is performed with a vector x composed of numerical values of binary numbers of natural numbers to be converted. Thus, it can be easily expanded by generating the vector y.

図10には、区画内に50個のドット10を配置するものとして、上述したLDS法により生成されたドット・パターンを含む離散パターンを示す。図10においては、縦軸および横軸は、規格化した単位長さで示されており、区画は、正方形とされている。   FIG. 10 shows a discrete pattern including the dot pattern generated by the LDS method described above, assuming that 50 dots 10 are arranged in a section. In FIG. 10, the vertical axis and the horizontal axis are represented by standardized unit lengths, and the sections are squares.

図11は、上述した本発明において用いる低ディスクレパンシイのドット・パターンを例示した図である。図11においては、ドット間の重なり合いについて特に処理しておらず、いわゆる初期位置に対応するものである。図11(a)が、本発明によりLDS法を使用して得られたドット・パターンであり、図11(b)が比較のために擬似乱数発生法を使用して生成したドット・パターンを示す。   FIG. 11 is a diagram illustrating a low discrepancy dot pattern used in the present invention described above. In FIG. 11, the overlap between dots is not particularly processed, and corresponds to a so-called initial position. FIG. 11A shows a dot pattern obtained by using the LDS method according to the present invention, and FIG. 11B shows a dot pattern generated by using a pseudo random number generation method for comparison. .

図11(a)と、図11(b)とを比較してわかるように、LDS法を使用して生成された初期位置は、ドット間の重なり合いの処理をしていないにもかかわらず、図11(b)に示す擬似乱数発生法により生成されるドット・パターンに比較して、充分な一様性を示しており、著しくドットの密度が低い箇所や、高い箇所が生成されていないことがわかる。一方で、擬似乱数発生法を使用して生成されたドット・パターンは、図11(b)に示すように局所的に濃度の高い箇所および低い箇所が生成されており、ランダムではあるものの、一様性が、図11(a)に示す本発明の場合に比較して不充分であることが示されている。   As can be seen by comparing FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b), the initial position generated using the LDS method is not shown in FIG. Compared to the dot pattern generated by the pseudo-random number generation method shown in FIG. 11 (b), the uniformity is sufficiently high, and the location where the density of dots is extremely low or high is not generated. Recognize. On the other hand, in the dot pattern generated using the pseudo random number generation method, as shown in FIG. 11B, a locally high-density portion and a low-density portion are generated. It is shown that the aspect is insufficient as compared with the case of the present invention shown in FIG.

本発明において低ディスクレパンシイの離散パターンを生成する際には、ネット理論を使用する他にも、別の実施の形態として、Good Lattice Point(GLP)法といった方法も用いることができる。図12には、GLP法を使用して得られた低ディスクレパンシイのドット・パターンを示す。図12に示したドット・パターンは、ドット10が、GLP法により正方形で示された区画内に配置されて、初期配置とされている。図12に示したドット・パターンを得る場合には、生成ベクトルを(h1、h2)として選択した場合、自然数kに対してGLPは、(((h1×k)modn)/n、((h2×k)modn/n)で与えられる。例えば、2つの隣り合ったフィボナッチ数列をF(m−1)およびF(m)で定義する場合、n=F(m)、生成ベクトルを(1、F(m−1))とすることができる。   In the present invention, when generating a discrete pattern with low discrepancy, in addition to using net theory, as another embodiment, a method such as a Good Lattice Point (GLP) method can be used. FIG. 12 shows a low discrepancy dot pattern obtained using the GLP method. In the dot pattern shown in FIG. 12, the dots 10 are arranged in the sections indicated by squares by the GLP method, and are initially arranged. When the dot pattern shown in FIG. 12 is obtained, when the generation vector is selected as (h1, h2), the GLP is (((h1 × k) modn) / n, ((h2 Xk) modn / n) For example, if two adjacent Fibonacci sequences are defined by F (m−1) and F (m), n = F (m) and the generated vector is (1, F (m-1)).

図12は、F(m−1)=987、F(m)=1587を用いて作成したドット・パターンを例示したものである。図12に示されるように上述したGLP法においてもディスクレパンシイが小さい一様な分布が得られる。しかしながら、GLP法を使用する図12のドット・パターンから理解されるように、それぞれのドットは、LDS法に比較して比較的規則的に並んでしまうという特徴があり、例えば液晶表示装置などモアレ模様を発生させたくない用途には不向きである。   FIG. 12 illustrates a dot pattern created using F (m−1) = 987 and F (m) = 1487. As shown in FIG. 12, even in the GLP method described above, a uniform distribution with small discrepancy can be obtained. However, as can be understood from the dot pattern of FIG. 12 using the GLP method, each dot is characterized by being relatively regularly arranged as compared with the LDS method. It is not suitable for applications that do not want to generate patterns.

しかしながら、モアレ模様が重要な要因とならない場合、具体的には滑り止めや意匠的な用途、ディザリング・パターンとして本発明の離散パターンを使用する場合には、充分なランダム性を有する離散パターンを与えることができる。同様にして本発明の他の実施の形態においてはまた、素数の平方根の小数部を用いるRichtmeyer sequenceや、座標軸ごとに異なる素数によるp進展開を用いるHalton sequenceも、低ディスクレパンシイのパターン生成に使用可能である。   However, when the moire pattern is not an important factor, specifically, when the discrete pattern of the present invention is used as an anti-slip, design application, or dithering pattern, a discrete pattern having sufficient randomness is used. Can be given. Similarly, in other embodiments of the present invention, a Richtmeyer sequence using a fractional square root of a prime number and a Halton sequence using p-adic expansion with different prime numbers for each coordinate axis are also used to generate a low discrepancy pattern. Can be used.

<セクションB>
斥力緩和法による隣接するドットの重なり合いの排除
(B−1)斥力緩和法の概説
格子点からの摂動を考える従来手法では、すでに説明したように高い充填率領域において本質的に不都合が発生する。すなわち、乱数の逐次発生に由来する方法は、高い充填率領域においてドット間の重なりのない不規則パターンを作ることは実質上不可能に近いためである。ドット間にある種の相互作用を導入することなしには、50%を越える高い充填率の不規則パターンを生成することは困難であり、特に本発明においてはドット間の重なり排除を、比較的疎な充填率の区画はもちろんのことながら、50%以上の高い充填率の区画についても容易に適用できることが必要とされる。また、この斥力緩和法は、後述する本発明の第二の構成および第三の構成においても、関数の形状を適宜変更することにより好適に適用することができる。
<Section B>
Elimination of Overlapping of Adjacent Dots by Repulsive Force Relaxation Method (B-1) Outline of Repulsive Force Relaxation Method In the conventional method considering perturbation from a grid point, inconveniences are inherently generated in a high filling rate region as described above. That is, the method derived from the sequential generation of random numbers is substantially impossible to create an irregular pattern with no overlap between dots in a high filling rate region. Without introducing some kind of interaction between dots, it is difficult to generate irregular patterns with a high filling rate exceeding 50%. Needless to say, the present invention can be easily applied to a section having a high filling rate of 50% or more as well as a section having a low filling ratio. This repulsive force relaxation method can also be suitably applied to the second and third configurations of the present invention described later by appropriately changing the function shape.

本発明においては、充填率とは、所定の区画内にドットを配置する際のドット面積と、区画の面積との比を使用することができる。この際、様々な幾何学的形状をもつドットに対応するために、上記ドット面積を、ドットの最大径の2乗にドットの個数を乗じたものとして定義する。また、単にドットの数と区画の面積との比を充填率の定義として使用することもできる。   In the present invention, as the filling rate, a ratio of a dot area when a dot is arranged in a predetermined partition and a partition area can be used. At this time, in order to correspond to dots having various geometric shapes, the dot area is defined as the square of the maximum dot diameter multiplied by the number of dots. Alternatively, the ratio between the number of dots and the area of the compartment can be used as the definition of the filling rate.

原理的には、初期位置を擬似乱数発生法で定めた場合にも斥力緩和法によりドット間の重なり排除を達成することは可能である。しかしながら、擬似乱数発生法により初期位置を定めた場合には、多くの場合には後述するように網目状のムラがパターンに出現し、このムラを除去するのに多大な処理と処理のための時間を要することとなる。このため、予めディスクレパンシイの低い初期位置を例えば、LDS法により生成し、この初期位置に対して斥力緩和法を適用することで、よりいっそう一様性の高められた離散パターンを生成することが好ましい。   In principle, even when the initial position is determined by the pseudo random number generation method, it is possible to achieve the elimination of overlap between dots by the repulsive force relaxation method. However, when the initial position is determined by the pseudo-random number generation method, in many cases, as will be described later, a mesh-like unevenness appears in the pattern, and a large amount of processing and processing are required to remove this unevenness. It will take time. For this reason, an initial position with low discrepancy is generated in advance by, for example, the LDS method, and a repulsive force relaxation method is applied to this initial position, thereby generating a discrete pattern with even higher uniformity. It is preferable.

上述したように例えばLDS法を使用して初期配置を生成しただけでは、一様性、ランダム性は充分であるものの現実のドットの有限の大きさのため、ドット間に重なりが生じ、ドット見えなどの不都合が生じる原因となる。そこでこれら分布の再構成処理(重なり排除)が不可欠である。本発明においては、LDS法を使用して生成された初期位置に配置されたドットを、互いに相互作用する2次元粒子系と見なし、隣接するドット間の重なりを、初期位置から斥力により緩和される過程と見なして排除する。すなわち、本発明においては、ドット間に対して少なくとも粒子間の距離がゼロの近傍で強い斥力を及ぼす相互作用模型を適用するものである。このため、初期位置で互いに重なり合ったドットの間では、高いポテンシャル・エネルギー状態となり、互いに重なり合ったドットのみを効率的に移動可能とし、ドット間の重なり合い排除することが可能となる。   As described above, for example, when the initial arrangement is generated only using the LDS method, the uniformity and randomness are sufficient, but due to the finite size of the actual dots, overlap occurs between the dots, and the dots appear. It causes inconvenience such as. Therefore, reconstruction processing (overlapping elimination) of these distributions is indispensable. In the present invention, the dots arranged at the initial position generated using the LDS method are regarded as two-dimensional particle systems that interact with each other, and the overlap between adjacent dots is reduced by repulsive force from the initial position. Eliminate it as a process. That is, in the present invention, an interaction model that applies a strong repulsive force at least in the vicinity of the distance between particles is zero with respect to the distance between dots. For this reason, between dots that overlap each other at the initial position, a high potential energy state is obtained, and only the dots that overlap each other can be moved efficiently, and the overlap between dots can be eliminated.

このようなモデルを採用する場合には、緩和時間の経過に応じて隣接したドットが斥力によって互いに適当な間隔を持った状態に落ち着くことになるものと考えることができる。本発明においては、上述した過程を、斥力緩和法と定義する。本発明においては、緩和の程度に応じて、また緩和をもたらす力学的機構に応じて特定の用途に適する様々なパターンを生成することができる。   When such a model is adopted, it can be considered that the adjacent dots are settled in a state having an appropriate interval by repulsion as the relaxation time elapses. In the present invention, the above-described process is defined as a repulsive force relaxation method. In the present invention, various patterns suitable for a specific application can be generated according to the degree of relaxation and depending on the mechanical mechanism that provides relaxation.

図13は、ドットの形状を正方形とした場合に、ドット12、ドット14、ドット16間に斥力が作用するものとした場合の斥力緩和法の原理を示した概略図である。図13においては、ドットを、斥力的に相互作用する2次元粒子系と見なす。ある時点でドット12の周りにドット14およびドット16が配置されているものとする。本発明においては、隣接するドット間の距離が近いほど大きい斥力を受けるように斥力のモデルを与える。   FIG. 13 is a schematic diagram showing the principle of the repulsive force relaxation method when a repulsive force acts between the dots 12, 14 and 16 when the dot shape is a square. In FIG. 13, a dot is regarded as a two-dimensional particle system that interacts repulsively. It is assumed that dots 14 and 16 are arranged around the dots 12 at a certain time. In the present invention, a repulsive force model is provided so as to receive a larger repulsive force as the distance between adjacent dots is shorter.

緩和過程を経た後のドットの座標は、例えば金森順次郎ら、「固体―構造と物性」、岩波書店、第255頁;N.E.キューサック、「構造不規則系の物理」、吉岡書店、第110頁、1994年に記載されているいわゆる分子動力学法基づいて計算される。しかし不規則パターンを作るという目的のためには、本発明においてはドットの運動方程式をあらわに解く必要はない。そこで、本明細書においては、最も簡単な場合を実施の形態として、斥力が例えば、久保亮五ら、「大学演習熱学・統計力学」、裳華房、384頁、1961年に記載されているような分子場模型に基づくものとして説明する。しかしながら、本発明においてはさらに複雑なモデルを採用することも可能である。   The coordinates of the dots after the relaxation process are described, for example, by Shiro Kanamori et al., “Solid-Structure and Physical Properties”, Iwanami Shoten, page 255; E. It is calculated based on the so-called molecular dynamics method described in Qussac, “Physics of Structurally Irregular Systems”, Yoshioka Shoten, page 110, 1994. However, for the purpose of creating an irregular pattern, it is not necessary to explicitly solve the equation of motion of dots in the present invention. Therefore, in this specification, the simplest case is described as an embodiment, and the repulsive force is described in, for example, Ryogo Kubo et al. It is assumed that it is based on a molecular field model. However, a more complex model can be adopted in the present invention.

分子場模型は、ある時点での分布から、注目するひとつのドットに作用する力を計算し、その力に基づいて次のステップの変位を計算する方法である。図13に示すようにドット12は、周囲に隣接するドット14およびドット16から斥力を受ける。図13には、ドット14およびドット16からドット12に作用するそれぞれの力をB14およびB16として示し、力B14、B16の合力を矢線Bで示している。同様にドット12およびドット16についても斥力を適用する。このようにすることで、ある時点において、それぞれのドットごとに周囲から受ける力が算出されることになる。この力に比例させて各ドットに変位を与え、次の時点での分布を求める。この作業を繰り返えすことにより、強い斥力を発生させるようなドット間の重なり合いを次第に排除することができることになる。 The molecular field model is a method of calculating the force acting on one focused dot from the distribution at a certain point in time and calculating the displacement of the next step based on the force. As shown in FIG. 13, the dot 12 receives a repulsive force from the adjacent dots 14 and 16. Figure 13 shows the respective forces acting from the dot 14 and dot 16 in the dot 12 as B 14 and B 16, shows the resultant force of the force B 14, B 16 at arrow line B. Similarly, repulsive force is applied to the dots 12 and 16. By doing so, the force received from the surroundings for each dot is calculated at a certain point in time. Displacement is given to each dot in proportion to this force, and the distribution at the next time point is obtained. By repeating this operation, it is possible to gradually eliminate the overlap between dots that generates a strong repulsive force.

(B−2)斥力緩和法における斥力モデル
本発明において使用する斥力緩和法の目的は、有限の大きさを持つドット間の重なりもしくは異常接近を排除し、ドット間の距離を適正に保つことであるから、用いる相互作用の模型は、2つのドット間の距離がある限界Dを越えて近づくと大きな斥力を及ぼし、その限界の外では距離とともに急速にその大きさが減少するものであることが望ましい。すなわち、斥力モデルを特徴付けるパラメターとしては、斥力の到達範囲Dに加えて、斥力の減衰距離Lが存在することが好ましい。
(B-2) Repulsive force model in the repulsive force relaxation method The purpose of the repulsive force relaxation method used in the present invention is to eliminate overlapping or abnormal approach between dots having a finite size, and to keep the distance between dots appropriate. For this reason, the interaction model used has a large repulsive force when the distance between two dots approaches a certain limit D, and its size decreases rapidly with distance outside the limit. desirable. That is, as a parameter characterizing the repulsive force model, it is preferable that a repulsive force attenuation distance L exists in addition to the repulsive force reachable range D.

本発明においては上述したモデルを定式化するために図14に示す座標系を設定する。すなわち、パターンを生成するための2次元平面(もしくは曲面)上においてある任意のドットに注目し、そのドットの中心を原点として2次元極座標(r、θ)を設定する。始線OO’のドット18、19に対する位置関係は、任意とすることができる。ドット19の中心Pが、位置(r、θ)に来た場合に作用する力を、下記式   In the present invention, a coordinate system shown in FIG. 14 is set in order to formulate the above-described model. That is, paying attention to an arbitrary dot on a two-dimensional plane (or curved surface) for generating a pattern, two-dimensional polar coordinates (r, θ) are set with the center of the dot as the origin. The positional relationship of the start line OO ′ with respect to the dots 18 and 19 can be arbitrary. The force acting when the center P of the dot 19 comes to the position (r, θ) is expressed by the following equation:

で定義する。上記式中、
は、大きさがrであるベクトルOPを表す。
Defined in In the above formula,
Represents a vector OP of magnitude r.

本発明においては、斥力の到達範囲Dを角度θに依存させることもでき、例えば図14に示したように、D(θ)=OQのように定義することもできる。上記式は、ドット間に作用する力がいわゆる中心力であることを意味する。この条件は、緩和過程の進行に伴いドット群が渦を巻き、重なり排除が効率よく行えないなどの不都合を生じないようにする点で効果的であることが見出された。   In the present invention, the reach range D of the repulsive force can be made to depend on the angle θ, and can be defined as D (θ) = OQ, for example, as shown in FIG. The above formula means that the force acting between the dots is a so-called central force. It has been found that this condition is effective in that the dot group is swirled with the progress of the relaxation process so as not to cause inconveniences such that the overlap removal cannot be performed efficiently.

力の大きさの指標となる関数F(r、θ)は、rに依存しない所定の有限の関数F(θ)に対し、下記式 A function F (r, θ) serving as an index of the magnitude of force is expressed by the following equation for a predetermined finite function F 1 (θ) that does not depend on r.

の条件を満たすものを選択することができる。F(r、θ)は、正が斥力を示し、負が引力を示すものとする。ただし関数D(θ)は、一般にドットの最大径sまたはドットの平均間隔Δrのオーダの任意の関数である。ここでドットの平均間隔は、ドットを所定の充填率を満たすように正方格子上に並べた場合の格子間隔として定義することができる。 Those satisfying the conditions can be selected. As for F (r, θ), it is assumed that positive indicates repulsive force and negative indicates attractive force. However, the function D (θ) is generally an arbitrary function on the order of the maximum dot diameter s or the average dot interval Δr. Here, the average interval of dots can be defined as a lattice interval when dots are arranged on a square lattice so as to satisfy a predetermined filling rate.

以下に、本発明の実施の形態においてにおいて使用することができる斥力モデルを例示する。また、便宜上斥力の減衰距離Lを、自然対数の底eを用いて下記式   Below, the repulsion model which can be used in embodiment of this invention is illustrated. For convenience, the repulsive force attenuation distance L is expressed by the following equation using the base e of the natural logarithm.

で定める。上記式から明らかなように、本発明においては、Lは一般にθに依存するものとすることができる。 Determined by As is apparent from the above formula, in the present invention, L can generally depend on θ.

(B−3)斥力モデルの具体例   (B-3) Specific example of repulsion model

(1)等方的斥力モデル
本発明においては、上記式において使用されるF、F、Dのθ依存性を無視したものを等方的斥力モデルと定義する。この場合、所定のドットの中心が中心ドット周りの半径Dの円に入ると、互いにドットの間に強い斥力が生じることになる。上述の条件を満足する関数形は、種々あるが、数値計算的な取り扱いの点からは、べき関数と指数関数を組み合わせた以下の斥力モデルを採用することができる。
(a)指数関数型
(1) Isotropic Repulsive Model In the present invention, an isotropic repulsive model is defined by ignoring the θ dependence of F, F 1 and D used in the above equation. In this case, when the center of a predetermined dot enters a circle having a radius D around the center dot, a strong repulsive force is generated between the dots. Although there are various function forms that satisfy the above-mentioned conditions, the following repulsive model combining a power function and an exponential function can be adopted from the viewpoint of numerical calculation.
(A) Exponential function type

(b)湯川型 (B) Yukawa type

(c)べき乗型 (C) Power type

(d)レナードジョーンズ(LJ)型 (D) Leonard Jones (LJ) type

(ただし、m、n、αは、実数であり、m>n、かつα>1である。)
(e)複合型
(However, m, n, and α are real numbers, and m> n and α> 1.)
(E) Composite type

(ただし、m、n、αは、実数であり、m>n、かつα>1である。) (However, m, n, and α are real numbers, and m> n and α> 1.)

図15には、上述したそれぞれの斥力モデルを、図中における曲線が類似する位置となるようなパラメータを使用して算出したグラフを示す。図15では、すべてのモデルに対しD=0.1mmとし、F=5とした。使用したその他のパラメータを、表2にまとめる。 FIG. 15 shows a graph in which each repulsion model described above is calculated using parameters such that the curves in the figure are located at similar positions. In FIG. 15, D = 0.1 mm and F 1 = 5 for all models. The other parameters used are summarized in Table 2.

本発明において説明する上述した斥力モデルの実施の形態においては、いわゆる剛体球モデルのバリエーションとしてr<Dで力の大きさが一定となるもののみを挙げている。しかしながらrに依存させることもでき、この場合には斥力は、rに応じて単調に減少することが望ましい。   In the embodiment of the repulsive force model described in the present invention, as a variation of the so-called hard sphere model, only those in which the magnitude of the force is constant when r <D are listed. However, it can be made dependent on r, and in this case, it is desirable that the repulsive force decreases monotonously according to r.

図15から理解されるように、これらの関数形の違いがドット・パターンから生成される離散パターン対してに劇的な違いを与えることはない。本発明の離散パターンを光学的な用途に提供し、この際モアレ模様を排除するためにランダムな離散パターンを作るといった目的においては、n=1の指数関数型でも充分である。しかしながら、ドット間の距離をある狭い範囲に限定したい場合などには、LJ型または各斥力モデルを使用することもできるし、これらの斥力モデルに、例えば線形結合させた複合型のモデルを採用することもできる。   As can be seen from FIG. 15, these functional differences do not give dramatic differences to the discrete pattern generated from the dot pattern. For the purpose of providing the discrete pattern of the present invention for optical use and creating a random discrete pattern in order to eliminate the moire pattern, an exponential function of n = 1 is sufficient. However, when it is desired to limit the distance between dots to a certain narrow range, the LJ type or each repulsive force model can be used, and for example, a composite type model that is linearly coupled to these repulsive force models is adopted. You can also

例えば、上述した極小値を有する斥力モデルは、ドットの変位範囲を一定以下にとどめたい場合に有効であり、この理由は、所定の位置においてドット間の力が引力的に極小となることによる。ただしこれらの極小点を持つ例えばLJ型の斥力モデルは、他に比べて数値誤差が蓄積しやすいので、数値計算の場合には誤差に注意することが必要とされる。   For example, the above-described repulsive force model having the minimum value is effective when it is desired to keep the displacement range of the dots below a certain value, because the force between the dots is attractively minimized at a predetermined position. However, for example, an LJ-type repulsive model having these minimum points tends to accumulate numerical errors as compared with other models, so that it is necessary to pay attention to errors in numerical calculations.

(2)異方的斥力モデル
上述した斥力モデルにおいて、斥力がθ依存性を持つモデルを、本発明においては異方的斥力モデルとする。以下に、本発明の実施の形態において使用することができるの異方的斥力モデルを例示的に列挙する。実際のパターンを作る上では、上述したθ依存性は重要な要素となる。円形や正多角形などの対称性のよい形状を持つドットであれば、等方的な斥力模型にも相当の利用価値がある。しかし対称性の低い形状のドットをより一様に分布させるためには、本発明においては、ドット形状に応じて斥力の到達範囲を異方的とすることが好ましい。この場合の斥力モデルについても、数多く例示することができるが、ドットの形状が矩形とされている特定の実施の形態については、特に有用な斥力モデルとして、以下の2つのモデルを挙げることができる。
(2) Anisotropic Repulsion Model In the above-described repulsive force model, a model in which the repulsive force has θ dependence is referred to as an anisotropic repulsive force model in the present invention. The anisotropic repulsion models that can be used in the embodiments of the present invention are listed below as an example. In making an actual pattern, the above-described θ dependency is an important factor. The isotropic repulsion model has a considerable utility value as long as it has a highly symmetrical shape such as a circle or a regular polygon. However, in order to more uniformly distribute dots having a low symmetry shape, it is preferable in the present invention that the reach of the repulsive force is anisotropic according to the dot shape. Many examples of the repulsion model in this case can be exemplified, but the following two models can be given as particularly useful repulsion models for a specific embodiment in which the dot shape is rectangular. .

(a)楕円モデル
指数型、べき型、LJ型など種々のものがありえるが、一例として最も簡単なn=1の指数型の楕円模型については、下記式
(A) Ellipse model There are various types such as exponential type, power type, LJ type, etc. As an example, the simplest exponential elliptical model with n = 1 is represented by the following formula:

で与えられる。ただし、上記式中、 Given in. However, in the above formula,

である。図16には、各パラメータの関係を示す。図16では、Dは、楕円の長軸であり、kDは、楕円の短軸であり、rは、隣接する他のドットの中心までの距離である。上記式で与えられる斥力場を図17に示す。図17に示した斥力場は、パラメータkを0.3としたときに与えられるものである。 It is. FIG. 16 shows the relationship between the parameters. In FIG. 16, D is the major axis of the ellipse, kD is the minor axis of the ellipse, and r is the distance to the center of another adjacent dot. The repulsive force field given by the above equation is shown in FIG. The repulsive force field shown in FIG. 17 is given when the parameter k is 0.3.

(b)矩形モデル
このモデルにおいても、指数型、べき型、LJ型など種々例示することができるが、最も簡単なn=1の指数型の矩形モデルについては下記式、
(B) Rectangular model Also in this model, various types such as exponential type, power type, and LJ type can be exemplified, but the simplest exponential rectangular model with n = 1 is represented by the following formula:

により与えられる。上記式中、R(r、θ)は下記式、 Given by. In the above formula, R (r, θ) is the following formula:

で表される。矩形モデルを使用した場合の斥力場を図18に示す。ただし、図18においては、k=1とした。 It is represented by FIG. 18 shows the repulsive force field when the rectangular model is used. However, in FIG. 18, k = 1.

これまで説明した斥力モデルは、いわゆる剛体球のクラスに属するモデルである。しかしながら、本発明においては、上述したモデルに限定されることはなく、ドット間の距離が近くなると強い反発力を生ずるという性質を有していさえすれば、例えばN.E.キューサック、「構造不規則系の物理」、吉岡書店、1994年に記載されるような、これまで知られたいかなる斥力モデルでも用いることができる。   The repulsion model described so far is a model belonging to the class of so-called hard spheres. However, in the present invention, the model is not limited to the above-described model, and as long as it has a property of generating a strong repulsive force when the distance between dots is short, for example, N.I. E. Any repulsive model known so far can be used, such as described in Cusack, “Structural Irregular Physics”, Yoshioka Shoten, 1994.

(B−4)斥力緩和法における収束判定条件
緩和過程の進行を数値的に表す上でもっとも妥当な変量としては、ドット一つあたりのポテンシャル・エネルギーEを挙げることができる。このポテンシャル・エネルギーEは、厳密には、斥力との間において下記式
(B-4) Convergence Judgment Condition in Repulsive Force Relaxation Method The most appropriate variable for numerically representing the progress of the relaxation process is the potential energy E per dot. Strictly speaking, this potential energy E is expressed by

の関係を満たすスカラ関数Vに対して、 For a scalar function V that satisfies

のように定義される。上記式中、gradは、2次元の勾配演算子(gradient)を表し、 Is defined as follows. In the above formula, grad represents a two-dimensional gradient operator,

は、ドットiから見たドットjのポテンシャル・エネルギーEを表している。また、Nは、全ドット数である。n=1の等方的指数関数モデルにつき、Vの関数形を具体的に例示すると下記式、 Represents the potential energy E of dot j viewed from dot i. N is the total number of dots. For the isotropic exponential model with n = 1, the function form of V is specifically exemplified as follows:

で表される。図19には、上記したV(r)において、D=0.1、L=0.04、F=5とした場合のrに対するVの形を示す。 It is represented by FIG. 19 shows the shape of V with respect to r when D = 0.1, L 1 = 0.04, and F 1 = 5 in V (r) described above.

本発明における収束判定条件としては、k=0.5の指数型モデルを採用し、ドット形状を矩形ドットとし、上記V(r)を評価関数として用いた場合には、一様で重なりのないパターンを生成するため緩和過程の第nステップにおける1ドットあたりのポテンシャル・エネルギーEの減少率を、 As a convergence determination condition in the present invention, when an exponential model of k = 0.5 is adopted, the dot shape is a rectangular dot, and the above V (r) is used as an evaluation function, it is uniform and does not overlap. the rate of decrease in potential energy E n per dot in the n steps of the relaxation process for producing a pattern,

とすることが好ましいことが見出された。 It has been found that it is preferable.

他の模型、もしくは異方的な場合も同様にしてポテンシャル・エネルギーEを計算できる。しかしながら計算式が煩雑になる場合は、類似する関数を収束判定に供することも実際的は可能である。また、本発明においては図19に示したグラフをいくつかの直線で近似して、収束判定を行うこともできる。さらに、楕円模型の収束判定を、上記等方的モデルの関数Vで代用することもできる。この理由は、本発明においてはドットの動力学自体を扱うものではなく、Vは、ドットの接近の様子を示す単なる目安に過ぎないためである。さらに、本発明の別の実施の形態においては、ドット間の距離に対して急速に大きさが減少する関数のうち、比較的ポテンシャル・エネルギーEに類似した評価関数を使用することもできる。なお、上述した収束判定条件は、斥力緩和法の計算時間、使用する評価関数などにより適宜必要に応じて設定することができる。   The potential energy E can be calculated in the same manner for other models or anisotropic cases. However, when the calculation formula becomes complicated, it is practically possible to use a similar function for the convergence determination. In the present invention, the convergence determination can also be made by approximating the graph shown in FIG. 19 with several straight lines. Furthermore, the convergence determination of the elliptic model can be substituted with the function V of the isotropic model. This is because the present invention does not deal with dot dynamics itself, but V is merely a measure of how dots approach. Furthermore, in another embodiment of the present invention, an evaluation function that is relatively similar to the potential energy E can be used among functions that rapidly decrease in size with respect to the distance between dots. Note that the above-described convergence determination condition can be appropriately set as necessary depending on the calculation time of the repulsive force relaxation method, the evaluation function to be used, and the like.

(B−5)斥力緩和法の実際の処理プロセス
図20には、本発明において使用する斥力緩和法のフローチャートを示す。図20に示されたプロセスは、ステップS11から開始し、ステップS12において、上述したLDS法によりドットの初期位置を算出する。その後、ステップS13においては、各ドットにつき、周囲からの斥力を算出する。この場合には、上述したいかなる斥力モデルでも、必要に応じて選択することができる。ステップS14においては、各ドットにつき、算出された斥力の合力に基づき、ドットの位置座標を初期位置から変位させ、ステップS15においてステップS14において生成された位置座標を新たなドットの分布として記憶させる。
(B-5) Actual Processing Process of Repulsive Force Relaxation Method FIG. 20 shows a flowchart of the repulsive force relaxation method used in the present invention. The process shown in FIG. 20 starts from step S11, and in step S12, the initial dot position is calculated by the above-described LDS method. Thereafter, in step S13, the repulsive force from the surroundings is calculated for each dot. In this case, any of the repulsive models described above can be selected as necessary. In step S14, for each dot, based on the resultant repulsive force, the dot position coordinate is displaced from the initial position, and in step S15, the position coordinate generated in step S14 is stored as a new dot distribution.

ステップS16においては、新たなドットの配置に基づいて、ポテンシャル・エネルギーを計算させ、ステップS17において上述した収束判定条件を使用してポテンシャル・エネルギーが収束したか否かを判断する。ポテンシャル・エネルギーEが充分に小さくない場合には、再度ドットについて斥力を計算させ、変位を行わせ、新しい分布を生成し、エネルギーを算出させ、収束するまでポテンシャル・エネルギーEを低下させる。ステップS17の判断において、収束判定条件よりもエネルギーの変化が小さくなった場合(yes)には、ポテンシャル・エネルギーEは収束したものとして、最終的なドットの位置を離散パターンとして登録し、ステップS18で終了する。   In step S16, the potential energy is calculated based on the new dot arrangement, and it is determined in step S17 whether the potential energy has converged using the convergence determination condition described above. If the potential energy E is not sufficiently small, the repulsive force is calculated again for the dots, the displacement is performed, a new distribution is generated, the energy is calculated, and the potential energy E is lowered until convergence. If the change in energy becomes smaller than the convergence determination condition in the determination in step S17 (yes), the potential energy E has been converged and the final dot position is registered as a discrete pattern, and step S18. End with.

表3には、上述したLDS法を使用した場合と、従来の擬似乱数を使用した場合に得られる初期位置について、斥力緩和法を使用して離散パターンを生成した結果をまとめる。   Table 3 summarizes the results of generating discrete patterns using the repulsive force relaxation method for the initial positions obtained when the above-described LDS method is used and when the conventional pseudorandom numbers are used.

表3においては、2次元直交直線座標(x、y)上の点(0、0)から点(x、L)へ引いた線分を対角線とする矩形領域に、全部でN個のドットがあるパターンについてD(Lx、Ly;N)を計算した結果に対して、10を乗じた値で示している。表3の計算に際しては、周期的境界条件を適用し、小区画を0.1mm角の正方形ドットとし、充填率を50%として計算し、緩和時間はLDSと擬似乱数で共通とした。なお、擬似乱数発生法により算出されたディスクレパンシイについては、緩和時間の影響を判断するために緩和時間を5倍にまで延ばして挙動を判断した。その結果を、擬似乱数発生法の1225ドットのデータにおけるかっこ内の値で示す。表3からわかるように、LDSと擬似乱数の差はNと共に拡大して行くので、擬似乱数にとってこれは最も条件のよいところでLDSとの比較を行ったことになる。表2に示されるように擬似乱数を使用した場合には、緩和前および緩和後の双方において、LDS法を使用した場合に比べてディスクレパンシイが大きいことがわかる。 In Table 3, a total of N dots are formed in a rectangular region whose diagonal is a line segment drawn from the point (0, 0) to the point (x, L) on the two-dimensional orthogonal linear coordinate (x, y). The result of calculating D (Lx, Ly; N) for a certain pattern is shown as a value obtained by multiplying by 10 6 . In the calculation of Table 3, the periodic boundary condition was applied, the small sections were calculated as square dots of 0.1 mm square, the filling rate was calculated as 50%, and the relaxation time was common to LDS and pseudorandom numbers. Note that the behavior of the discrepancy calculated by the pseudo random number generation method was determined by extending the relaxation time up to 5 times in order to determine the effect of the relaxation time. The result is indicated by the value in parentheses in the 1225-dot data of the pseudo random number generation method. As can be seen from Table 3, since the difference between LDS and pseudorandom numbers increases with N, this is a comparison with LDS at the best conditions for pseudorandom numbers. As shown in Table 2, when pseudorandom numbers are used, it can be seen that the discrepancy is greater both before and after relaxation than when the LDS method is used.

また、LDS法を使用し、斥力緩和法で形成された離散パターンは、僅かにディスクレパンシイが増加する傾向にあるものの、充分にディスクレパンシイが低い状態を保持していることが理解される。一方で、従来の擬似乱数発生法を使用する場合には、斥力緩和法によりディスクレパンシイは、大きく、または小さくなっているが、これは、擬似乱数発生法を使用した場合には、一様性に劣るため、斥力緩和によりドットの移動する距離が大きいものもあるためと推定される。これに対応して緩和時間に対する依存性も大きく、斥力緩和法は従来の擬似乱数発生法においても効果的ではあるものの、計算機資源、計算労力の面でLDS法と併用することが好ましいといえる。   In addition, it is understood that the discrete pattern formed by the repulsive force relaxation method using the LDS method has a sufficiently low discrepancy although the discrepancy tends to increase slightly. Is done. On the other hand, when the conventional pseudorandom number generation method is used, the discrepancy is increased or decreased by the repulsive force relaxation method. This is presumed to be due to inferiority and, in some cases, the distance traveled by the dots is long due to repulsion. Correspondingly, the dependence on relaxation time is large, and the repulsive force relaxation method is effective even in the conventional pseudorandom number generation method, but it can be said that it is preferable to use it together with the LDS method in terms of computer resources and computational effort.

図21は、本発明により生成された離散パターンと、擬似乱数を用いた方法を使用して生成された離散パターンとを比較して示した図である。図21(a)が、本発明によりLDS法および斥力緩和法を使用して生成した離散パターンであり、図21(b)が、擬似乱数発生法および斥力緩和法を使用して生成した離散パターンである。適用する斥力モデルについては同一のモデルを使用した。図21(a)に示されるように、本発明にしたがって生成された離散パターンは、そのランダム性が一様で、ほとんどドットの濃淡は観測されない。   FIG. 21 is a diagram showing a comparison between a discrete pattern generated according to the present invention and a discrete pattern generated using a method using pseudo-random numbers. FIG. 21A is a discrete pattern generated using the LDS method and the repulsive force relaxation method according to the present invention, and FIG. 21B is a discrete pattern generated using the pseudorandom number generation method and the repulsive force relaxation method. It is. The same repulsive force model was used. As shown in FIG. 21A, the discrete pattern generated according to the present invention has a uniform randomness, and almost no dot density is observed.

しかしながら、図21(b)に示す擬似乱数発生法を使用して生成された離散パターンは、ドットの濃淡が目視で観測され、一様性が劣ることが示されている。図21に示した結果は、本発明において使用するLDS法が良好な初期位置を与えることに加え、本発明において採用する斥力緩和法が、ディスクレパンシイを小さく抑えつつ、隣接したドット間の重なり合いを排除することが可能であることを示すものである。   However, in the discrete pattern generated using the pseudo random number generation method shown in FIG. 21B, the density of the dots is visually observed, indicating that the uniformity is inferior. The results shown in FIG. 21 indicate that the LDS method used in the present invention gives a good initial position, and the repulsive force relaxation method employed in the present invention reduces the discrepancy while reducing the distance between adjacent dots. It shows that it is possible to eliminate overlap.

図22には、図20のプロセスを使用して、初期位置をLDS法により与え、かつ等方的な指数関数型斥力モデルを使用して得られた本発明の離散パターンを示す。斥力モデルにおいて使用したパラメターは、n=1、D=0.8mm、L1=0.4Dであり、ドット形状は、0.1mm角の正方形とした。図22は、区画内に生成された離散パターンのうち、4mm×5mmを拡大して示したものである。さらに、図22では、充填率を70%と設定している。図22に示されるように、本発明によれば高い充填率においても良好な一様性を持つランダムな離散パターンを形成することができることが示される。   FIG. 22 shows the discrete pattern of the present invention obtained using the process of FIG. 20 and using the isotropic exponential repulsion model with the initial position given by the LDS method. The parameters used in the repulsion model were n = 1, D = 0.8 mm, L1 = 0.4D, and the dot shape was a 0.1 mm square. FIG. 22 is an enlarged view of 4 mm × 5 mm among the discrete patterns generated in the section. Furthermore, in FIG. 22, the filling rate is set to 70%. As shown in FIG. 22, according to the present invention, it is shown that a random discrete pattern with good uniformity can be formed even at a high filling rate.

なお、図22の計算においては、緩和時間を非常に長くとっても正方格子の規則的な配列に帰着されることはない。逆に言えばこのことは、正方格子から、擬似乱数に基づく摂動で図22に示した適切な不規則パターンが生成され得ないことを意味しており、本発明が採用するLDS法および斥力緩和法の相乗的な効果により、良好な離散パターンが生成されているものと結論することができる。   In the calculation of FIG. 22, even if the relaxation time is very long, it does not result in a regular arrangement of square lattices. In other words, this means that the appropriate irregular pattern shown in FIG. 22 cannot be generated from the square lattice by perturbation based on pseudo-random numbers, and the LDS method and repulsive force relaxation employed by the present invention. It can be concluded that a good discrete pattern has been generated by the synergistic effect of the law.

図23には、同じ充填率(70%)において、矩形的指数関数型モデルを採用した場合に得られた本発明の離散パターンを示す。使用した斥力モデルにおけるパラメータは、n=1、D=0.1mm、L=0.15Dであり、ドットの形状は、0.1mmの正方形とした。図23に示した領域は、図22において説明したと同一の領域である。図23に示されるように、斥力模型のパラメ−タを調整することのみにより、用途に応じて離散パターンの様相をかなり自由に変化させることが見出された。   FIG. 23 shows a discrete pattern of the present invention obtained when a rectangular exponential model is employed at the same filling rate (70%). The parameters in the repulsion model used were n = 1, D = 0.1 mm, L = 0.15D, and the dot shape was a 0.1 mm square. The region shown in FIG. 23 is the same region as described in FIG. As shown in FIG. 23, it has been found that only by adjusting the parameters of the repulsion model, the aspect of the discrete pattern can be changed considerably freely depending on the application.

図22および図23の結果から、ドットの形状に応じて、最適な斥力モデルが存在することが示される。例えば、長方形のドットに関しては、楕円型の斥力到達範囲をもつ斥力模型が適合するといえる。上述した本発明の高い柔軟性は、従来の方法においてはまったく得られないものであり、例えば特開平10−153779号公報において開示されている方法に比較して、はるかに高い柔軟性を与えることができると共に、高い充填率においても良好な一様性の離散パターンを提供することを可能とするものである。   The results shown in FIGS. 22 and 23 indicate that there is an optimum repulsive force model according to the dot shape. For example, for a rectangular dot, it can be said that a repulsion model having an elliptical repulsion range is suitable. The high flexibility of the present invention described above cannot be obtained by the conventional method at all, and gives much higher flexibility than the method disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-153379. It is possible to provide a discrete pattern with good uniformity even at a high filling rate.

一方で、上述した斥力緩和法を適用する場合、境界条件の扱いが重要となる。何の条件も課さないとドットが区画の全体が広がってしまうためである。場合によっては、ドットの配置される領域を複数の区画に分割して条件を変えて不規則パターンを計算させたい状況も考えられる。このためつなぎ目などを排するという観点からは境界条件の選択は、特に重要となる。   On the other hand, when the repulsive force relaxation method described above is applied, the handling of boundary conditions is important. This is because if no condition is imposed, the entire area of the dot spreads. In some cases, it may be possible to calculate an irregular pattern by dividing a region where dots are arranged into a plurality of sections and changing the conditions. For this reason, the selection of boundary conditions is particularly important from the viewpoint of eliminating joints and the like.

一様分布か、それに近いような充填率分布の場合には、いわゆる周期的境界条件により斥力を計算して充分良い結果が得られる。しかし端部において充填率が最大になる場合などには、上述した力学的な斥力モデルによるドットの再配列を行う結果、充填率分布に誤差が生じる場合もある。この理由は、周期的境界条件を使用するために、境界において仮想的に充填率の不連続が生じるためである。そのような場合、LDS法で生成した初期位置を境界において反転させ、それを外場として記憶し、それ以後の境界条件とすることもできる。本明細書においては、上述した境界条件の設定を、自己相似境界条件と定義する。その説明を模式的に図24に示す。この境界条件を用いると充填率の不連続もなくなり、良好な結果が得られることが見出された。なお、初期位置を境界条件として使えることは、LDS法により与えられる初期位置自体が高い一様性を有し、かつランダムなためである。   If the distribution is uniform or close to that, a sufficiently good result can be obtained by calculating the repulsive force using a so-called periodic boundary condition. However, when the filling rate is maximized at the end, an error may occur in the filling rate distribution as a result of the rearrangement of dots by the above-described dynamic repulsion model. This is because, due to the use of the periodic boundary condition, a discontinuity of the filling rate occurs virtually at the boundary. In such a case, the initial position generated by the LDS method can be inverted at the boundary, stored as an external field, and used as a boundary condition thereafter. In the present specification, the setting of the boundary condition described above is defined as a self-similar boundary condition. The explanation is schematically shown in FIG. It has been found that using this boundary condition eliminates the discontinuity of the filling rate and gives good results. The reason why the initial position can be used as a boundary condition is that the initial position itself given by the LDS method has high uniformity and is random.

また、いったん個々の区画について独立に離散パターンを計算させ、これらの離散パターンを接合しようとする場合には、まず自己相似境界条件を用いて部分的な離散パターンを計算させ、その後谷間の部分について斥力緩和法を使用して計算を実行させることができる。その際、境界条件は、周囲のパターンから得られる図24に示すような外場を採用することができる。図24においては、所定の区画内のドットを10aで示し、境界Bndに対して反転されたドットを10bで示している。後述するように所定の充填率分布を守った上で周囲と継ぎ目のないパターンが得られるのは、ドット間に斥力緩和法による相互作用を導入しているためと考えられる。   In addition, once discrete patterns are calculated independently for each section and these discrete patterns are to be joined, first, a partial discrete pattern is calculated using self-similar boundary conditions, and then the valley portion is calculated. Calculations can be performed using repulsion relaxation methods. At that time, as the boundary condition, an external field as shown in FIG. 24 obtained from the surrounding pattern can be adopted. In FIG. 24, a dot in a predetermined section is indicated by 10a, and a dot inverted with respect to the boundary Bnd is indicated by 10b. As will be described later, the reason why a seamless pattern is obtained while maintaining a predetermined filling rate distribution is considered to be because an interaction by a repulsive force relaxation method is introduced between dots.

<セクションC>
充填率の連続的な変化:確率抽出法
離散パターンを現実的な用途に適用する場合には、一様なランダム性を保持させつつ充填率を変化させることが必要となる場合も発生する。本発明においては、ドットの充填率を連続して変化させ、かつ目視される欠陥を離散パターンに与えないようにするために確率抽出法を使用する。本発明を透過型液晶表示装置のバックライト・ユニットの導光板などに適用する場合に必要とされる充填率分布を、図25に示す。図25の左下隅の充填率は、約60%、その対角側が約30%程度の充填率とされていて、それらの間を充填率の等高線で示す。
<Section C>
Continuous change of filling rate: probability extraction method When applying a discrete pattern to a practical application, it may be necessary to change the filling rate while maintaining uniform randomness. In the present invention, the probability extraction method is used in order to continuously change the filling rate of dots and not to give visible defects to the discrete pattern. FIG. 25 shows a filling rate distribution required when the present invention is applied to a light guide plate of a backlight unit of a transmissive liquid crystal display device. The filling rate in the lower left corner of FIG. 25 is about 60%, and the diagonal side is about 30%, and the contours of the filling rate are shown between them.

このような充填率分布を与えるのは、四隅において散乱性を増加させることで、透過型液晶表示装置の画面の四隅で現われがちな低輝度領域を解消するためである。図22に示すような連続的な充填率分布は、格子点からのランダム摂動を考える従来の方法では、モアレ模様や、目視される境界を生成させることなく実現することは、実質的に困難である。本発明においては、確率抽出法を採用し、離散パターンを生成する全領域を所定の大きさ、例えば、数mm程度の区画に分け、そこにまずおのおの充填率を定義する。このとき、区画iの充填率をdiとして定義する。充填率から、下記式   The reason for providing such a filling factor distribution is to eliminate low luminance regions that tend to appear at the four corners of the screen of the transmissive liquid crystal display device by increasing the scattering properties at the four corners. The continuous filling rate distribution as shown in FIG. 22 is substantially difficult to realize without generating a moire pattern or a visible boundary in the conventional method in which random perturbation from a lattice point is considered. is there. In the present invention, the probability extraction method is adopted, and the entire region for generating the discrete pattern is divided into sections of a predetermined size, for example, about several mm, and each filling rate is first defined therein. At this time, the filling rate of the section i is defined as di. From the filling rate, the following formula

で与えられる変量を定義する。ここで和は、すべての区画にわたって行う。この量を各区画に定義された確率とみなし、その確率に応じて所定の充填率とすべき区画を選択する。すなわち、Uを区間(0、1)で定義されたディスクレパンシイとし、方程式 Define the variables given by. Here, the sum is performed over all sections. This amount is regarded as a probability defined for each section, and a section to be set to a predetermined filling rate is selected according to the probability. That is, let U be the discrepancy defined in interval (0, 1), and the equation

から区画kを選択する。離散的関数Fは、累積確率分布に相当する量である。そうして区画k内で再度2組のディスクレパンシイの値を用いて位置を選択する。このようにして選択することにより、初期位置において任意の充填率分布を実現することができる。以下の再構成処理によりドットのずれが生じるものの、この充填率が連続関数で与えられている限り、また、斥力模型の到達範囲と減衰距離が正しく充填率に応じてスケーリングされている限り、充填率分布のずれはほとんど無視し得る。本発明においては、上述した手法を確率抽出法と定義する。 To select partition k. The discrete function F k is an amount corresponding to the cumulative probability distribution. Then, the position is selected again using the two sets of discrepancy values in the section k. By selecting in this way, an arbitrary filling rate distribution can be realized at the initial position. Although the following reconstruction process causes dot displacement, as long as this filling rate is given as a continuous function, and as long as the reach and attenuation distance of the repulsion model are correctly scaled according to the filling rate, filling Deviations in the rate distribution are almost negligible. In the present invention, the above-described method is defined as a probability extraction method.

確率抽出法と緩和法を組み合わせて使う場合、斥力のパラメターを充填率によってスケールするのは重要である。充填率が70%程度から10%程度まで変化する導光板等の用途に関しては、   When using a combination of probability extraction and relaxation, it is important to scale the repulsive parameters by the filling factor. For applications such as light guide plates where the filling rate varies from about 70% to about 10%,

の範囲に取るのが望ましい。ここでΔrはドットの平均間隔であり、ドットを所与の充填率を満たすように正方格子上に並べたときの格子間隔と定義する。充填率αとは It is desirable to take in the range. Here, Δr is an average interval of dots, and is defined as a lattice interval when dots are arranged on a square lattice so as to satisfy a given filling rate. What is the filling factor α


のような関係で結ばれる。ここでsはドットの最大径である。例えば、ドットが0.1mm、充填率50%であれば、約0.14mmとなる。上記範囲の中で斥力模型に応じて適切にパラメターを選べば、ドット間の平均的な距離がほぼΔrを中心にして分布する。Δrの数倍にもなるDを取った場合、ドットの重なり等がうまく排除されないことが判明している。このスケーリングを行うことで、充填率が変化する場合はもちろん、ドットの径が連続的に変化する場合にも、共通のDおよびLを用いて、ドットの重なりなどのない均一な不規則パターンを得ることができる。

It is tied in a relationship like Here, s is the maximum dot diameter. For example, if the dot is 0.1 mm and the filling rate is 50%, it is about 0.14 mm. If an appropriate parameter is selected in accordance with the repulsion model within the above range, the average distance between the dots is distributed about Δr. It has been found that when D which is several times larger than Δr is taken, dot overlap and the like are not eliminated well. By performing this scaling, not only when the filling rate changes but also when the dot diameter changes continuously, a uniform irregular pattern without overlapping dots is used by using the common D and L. Obtainable.

図26は、本発明において、確率抽出法を使用して生成された連続的に充填率の変化する離散パターン、およびその部分的拡大図を示した図である。図26に示した離散パターンは、矩形ドットに対し、図25に比例する充填率分布を持つ充填率とされている。図26の算出においては、斥力モデルを、n=1、k=0.5、D=Δr[mm]、L=0.4Dの楕円指数型とした。ドット径は0.1mmとして充填率を計算した。図26に示されるように、本発明により生成された連続的に充填率が変化する離散パターンは、充填率の変化する境界領域において目視される一様性の低下はなく、またモアレ模様といった問題も発生することなく、良好な離散パターンを与えることがわかる。 FIG. 26 is a diagram showing a discrete pattern with a continuously changing filling rate generated by using the probability extraction method and a partially enlarged view thereof in the present invention. The discrete pattern shown in FIG. 26 has a filling rate with a filling rate distribution proportional to FIG. 25 for rectangular dots. In the calculation of FIG. 26, the repulsive force model is an elliptical exponent type with n = 1, k = 0.5, D = Δr [mm], and L 1 = 0.4D. The filling rate was calculated with a dot diameter of 0.1 mm. As shown in FIG. 26, the discrete pattern with the continuously changing filling rate generated according to the present invention has no deterioration in uniformity seen in the boundary region where the filling rate changes, and there is a problem such as a moire pattern. It can be seen that a good discrete pattern can be obtained without occurrence.

<セクションD>
離散パターンのLDS法におけるディスクレパンシイの範囲
(D−1)ディスクレパンシイの範囲
<Section D>
Discrepancy range in the LDS method of discrete patterns (D-1) Discrepancy range

ディスクレパンシイについての計算を、様々のパターンについて実行させた結果を図27に示す。ここでは横軸にN、すなわち計算領域におけるドット数を取っている。図27に示されるように、それぞれのディスクレパンシイは所定の区画内に配置されるドットの数に応じて変化している。図27において+は充填率50%の一様パターンについて、擬似乱数によってドットを分布させたときのDの値を示す。図27の一点鎖線で示すように、この値は、図27に示したNの範囲内では、D=0.15/Nの直線の周りに分布する。ここでDは、ランダムなパターンに対してある正方形領域を取り、各ドットの中心座標に対して計算される。Nは、その正方形領域内に入るドットの個数である。図27中、◇は一様充填率(50%)の時に擬似乱数によって決めた初期配置を、斥力緩和法によって重なり排除を行ったものである。この場合は、斥力緩和法によってムラが減少させられるために、Dの値は、分布の揺らぎの範囲内で擬似乱数そのものよりも小さくなる傾向にある。しかし図21において説明したように、LDSで初期位置を決めた場合(○および黒三角)に比べて、分布には多少なりとも偏りが存在しており、分布の揺らぎの範囲内でDの値はそれらよりは大きくなるといえる。図27を含む様々な計算結果により、図21のようなムラが現れないためには、Dの値は、所定の条件を満たすことが必要であることがわかった。ここでDは、ランダムなパターンに対してある正方形領域を取り、各ドットの中心座標に対して計算される。Nは、その正方形領域内に入るドットの個数である。ここでDは、ランダムなパターンに対してある正方形領域を取り、各ドットの中心座標に対して計算される。Nは、その正方形領域内に入るドットの個数である。ただし、充填率分布が存在するランダムなドット・パターンの場合は、計算領域内で[(最大充填率)―(最小充填率)]/(最大充填率)の値が0.05を越えないようにする。この理由は、充填率の分布がムラとしてDに反映されないようにするためである。また、計算領域の充填率は、計算領域を10個以上100個以下のドットが入るような大きさの区画に分割した場合に、その区画に入るドットの個数から求めるものとする。   FIG. 27 shows the results of calculation for discrepancy for various patterns. Here, the horizontal axis indicates N, that is, the number of dots in the calculation area. As shown in FIG. 27, each discrepancy changes in accordance with the number of dots arranged in a predetermined section. In FIG. 27, + indicates the value of D when dots are distributed by pseudo-random numbers for a uniform pattern with a filling rate of 50%. As shown by the one-dot chain line in FIG. 27, this value is distributed around a straight line of D = 0.15 / N within the range of N shown in FIG. Here D takes a square area for a random pattern and is calculated for the center coordinates of each dot. N is the number of dots that fall within the square area. In FIG. 27, ◇ represents the initial arrangement determined by the pseudo random number at the uniform filling rate (50%) and the overlap removal is performed by the repulsive force relaxation method. In this case, since the unevenness is reduced by the repulsive force relaxation method, the value of D tends to be smaller than the pseudorandom number itself within the range of the fluctuation of the distribution. However, as described with reference to FIG. 21, the distribution is more or less biased compared to the case where the initial position is determined by LDS (◯ and black triangle), and the value of D is within the range of fluctuation of the distribution. Can be larger than them. From various calculation results including FIG. 27, it was found that the value of D needs to satisfy a predetermined condition in order to prevent the unevenness as shown in FIG. 21 from appearing. Here D takes a square area for a random pattern and is calculated for the center coordinates of each dot. N is the number of dots that fall within the square area. Here D takes a square area for a random pattern and is calculated for the center coordinates of each dot. N is the number of dots that fall within the square area. However, in the case of a random dot pattern with a filling rate distribution, the value of [(maximum filling rate)-(minimum filling rate)] / (maximum filling rate) should not exceed 0.05 in the calculation area. To. The reason for this is to prevent the distribution of the filling rate from being reflected in D as unevenness. The filling rate of the calculation area is obtained from the number of dots entering the section when the calculation area is divided into sections having a size of 10 to 100 dots.

上述した検討の結果、本発明において提供されるべき一様性を与えるためには、所定の区画内に配置されるドットの数が4000以下の場合に、ディスクレパンシイの2乗であるDが、下記式   As a result of the above-described examination, in order to provide the uniformity to be provided in the present invention, when the number of dots arranged in a predetermined section is 4000 or less, D is the square of the discrepancy. Is the following formula

を満足することが必要であることが見出された。ここでNの範囲を4000以下に決めたのは、これ以上になると、ディスクレパンシイを計算する領域が大きくなり、充填率分布が存在するような場合にはそれがDの誤差を生じさせることがあるためである。本発明においてはさらに、斥力緩和法により生成された離散パターンについては、Nが50から4000の範囲で、D≦0.13/N1.15を満たす時に、明らかに目視し得るムラのない、一様な離散パターンとなることが判明した。 It has been found necessary to satisfy Here, the range of N is decided to be 4000 or less. If it exceeds this, the area for calculating the discrepancy increases, and if there is a filling rate distribution, it causes an error of D. Because there are things. Further, in the present invention, the discrete pattern generated by the repulsive force relaxation method has no unevenness that is clearly visible when N is in the range of 50 to 4000 and D ≦ 0.13 / N 1.15 is satisfied. It turned out to be a uniform discrete pattern.

さらに、本発明においては、上式に加えて、Nが50から4000の範囲で、D≦0.30/N1.15を満たすときに、目視し得るムラの存在しない非常に一様なランダム・パターンが得られることが判明した。図に示したように、一様な充填率分布(50%)に対してLDSを初期値に使い、斥力緩和法で重なり排除を行った場合の離散パターン(○)はこの条件を満たしている。この場合のディスクレパンシイは、LDSによるものよりも僅かに増加する傾向にあるが、擬似乱数の場合の減少の度合いと比べれば、その変化ははるかに小さい。確率抽出法により充填率分布をつけ、LDSで初期位置を与えた場合(黒三角)は、Dの値にばらつきが大きくなる傾向にあるが、そのばらつきの範囲内で上記条件を満たす。 Further, in the present invention, in addition to the above formula, when N is in the range of 50 to 4000 and D ≦ 0.30 / N 1.15 is satisfied, a very uniform random with no visible unevenness is present.・ It was found that a pattern was obtained. As shown in the figure, the discrete pattern (◯) when LDS is used as the initial value for uniform filling rate distribution (50%) and overlap elimination is performed by the repulsive force relaxation method satisfies this condition. . The discrepancy in this case tends to increase slightly compared to that due to LDS, but the change is much smaller than the degree of decrease in the case of pseudorandom numbers. When the filling rate distribution is given by the probability extraction method and the initial position is given by the LDS (black triangle), the value of D tends to vary greatly, but the above condition is satisfied within the variation range.

ここで留意するべきことは、ディスクレパンシイが低いことが直接ランダムな離散パターンを与えないことにある。ディスクレパンシイが低いことは、一様性といった点では良好ではあるものの、規則的な格子でもディスクレパンシイが同程度に低い離散パターンがあり得る。このような場合には、いくらディスクレパンシイを低く抑えたところで、モアレ模様が発生して特に光学的な用途には適用するには不適切である。すなわち、ディスクレパンシイが低いことは、本発明において一様性を与えるための必要条件であるが、一様で、かつランダムな離散パターンを与えるための十分条件ではない。   It should be noted that the low discrepancy does not directly give a random discrete pattern. A low discrepancy is good in terms of uniformity, but there can be a discrete pattern with a discrepancy as low as a regular lattice. In such a case, a moire pattern is generated when the discrepancy is suppressed to a low level, which is inappropriate for application to optical applications. That is, a low discrepancy is a necessary condition for providing uniformity in the present invention, but is not a sufficient condition for providing a uniform and random discrete pattern.

そこで、本発明者らは、目視観察において一様であり、かつ実用上問題のないランダム性を与える離散パターンを複数種、本発明の方法により生成して鋭意検討を加えた。   Therefore, the inventors of the present invention have intensively studied by generating a plurality of types of discrete patterns that are uniform in visual observation and give randomness with no practical problem by the method of the present invention.

図28は、擬似乱数発生法を使用して発生された離散パターンを示した図であり、図29は、LDSおよび斥力緩和法を用いて生成された離散パターンを示した図である。図28および図29に示されるように、両者には一様性といった点で、大きな違いがあることがわかる。本発明者らは、図28および図29に示される離散パターンから実測されるDの計算を行った。計算にあたっては、図28および図29に示したように、点Pを固定し、矩形領域の一辺の長さx1およびy1を変化させてDを計算した。   FIG. 28 is a diagram showing a discrete pattern generated using the pseudo random number generation method, and FIG. 29 is a diagram showing a discrete pattern generated using the LDS and the repulsive force relaxation method. As shown in FIGS. 28 and 29, it can be seen that there is a great difference between the two in terms of uniformity. The present inventors calculated D actually measured from the discrete patterns shown in FIGS. In the calculation, as shown in FIGS. 28 and 29, the point P was fixed, and D was calculated by changing the lengths x1 and y1 of one side of the rectangular area.

その手順の概略を示すために、領域を正方形(x1=y1)とし、その1辺とDとの関係を、図30に示す。図30(a)が図29に示した離散パターンについて得られたディスクレパンシイであり、図30(b)が、図29において実測されたディスクレパンシイを示す。図28のパターンに比べ、図29のパターンのDが小さいことが明らかに見て取れる。これは図28におけるムラの存在を反映した結果である。すなわちDは実際に不規則パターンの一様さの指標となっていることを実証するものである。   In order to show the outline of the procedure, the area is a square (x1 = y1), and the relationship between one side and D is shown in FIG. FIG. 30A shows the discrepancy obtained for the discrete pattern shown in FIG. 29, and FIG. 30B shows the discrepancy actually measured in FIG. It can be clearly seen that D of the pattern of FIG. 29 is smaller than the pattern of FIG. This is a result reflecting the existence of unevenness in FIG. That is, D proves that it is actually an index of the uniformity of the irregular pattern.

(D−2)ランダム性の指標
本発明者らは、ランダム性の指標として総変動量Sを下記式により定義した。
(D-2) Randomness Index The present inventors defined the total variation S 1 as a randomness index by the following equation.

上記式中、gは、所定のドットを中心とした動径分布関数であり、 In the above formula, g is a radial distribution function centered on a predetermined dot,

で定義される。ここでδは、ディラックのデルタ関数、Rは所定のドットを原点とした場合の他のドットまでの距離を表し、その和は、対象とする領域における(原点ドット以外の)すべててのドットの中心位置にわたって算出する。また、上記式中Nは、その領域に入るドットの総数である。和をとる領域は、原点ドットを中心にした正方形領域とし、その正方形の中に例えば50個以上のドットが入るようにすることを目安とすることができる。 Defined by Here, δ represents the Dirac delta function, R represents the distance to other dots when the predetermined dot is the origin, and the sum is the sum of all dots (except the origin dot) in the target region. Calculate over the center position. In the above formula, N is the total number of dots entering the area. The area to be summed is a square area centered on the origin dot, and for example, it can be a guideline that 50 or more dots are included in the square.

上記の関数は、半径rの円周上における単位長さあたりのドットの存在確率密度と解釈できる。これは規格化条件   The above function can be interpreted as the existence probability density of dots per unit length on the circumference of the radius r. This is a standardized condition

が成り立つことから理解できる。例えば、図31に示す5×5の正方格子の各格子点にドットが配置されている場合について説明する。この場合には、中心位置周りの動径分布関数は、下記式 Can be understood from the fact that For example, a case where dots are arranged at each lattice point of a 5 × 5 square lattice shown in FIG. 31 will be described. In this case, the radial distribution function around the center position is

で与えられる。上式中、aは格子定数である。これが上記規格化条件を満たすことも容易に確かめられる。
実際にはデルタ関数は、下記式
Given in. In the above formula, a is a lattice constant. It can be easily confirmed that this satisfies the above-mentioned standardization condition.
Actually, the delta function is

のようなガウス関数で置き換えて計算する。これはひとつには有限の測定誤差を考慮したものである。ここでsは、下記式 Replace with a Gaussian function like This is partly due to finite measurement errors. Where s is the following formula

となるように選択する。Nに関係しているのは、gを計算する際周囲のドット個数が有限であることを考慮に入れたものである。Δrは所与の充填率を満たす正方格子を考えたときの格子定数である。 Select to be. What is related to N is that it takes into account that the number of surrounding dots is finite when calculating g. Δr is a lattice constant when a square lattice satisfying a given filling factor is considered.

上述した正方格子のgを図32(a)に示す。図32(a)は、s=a/24とした場合のgを示している。図32(a)に示されるように、ピークがトゲ状シャープに変化していることは、ドットが規則的に配置されていることに対応する。これは中心ドットに対して周囲のドットの位置が規則的に離散しているためである。逆にいえば、もしもドットの配置が不規則であれば、充分大きなNに対しては、原点ドットに対して平均されたgにおいて図32(a)のようなシャープなピークは現れず、滑らかな関数になることが期待される。そこで、rからrの範囲で、下記式、 FIG. 32A shows g of the square lattice described above. FIG. 32A shows g when s = a / 24. As shown in FIG. 32A, the fact that the peak changes to a sharp shape corresponds to the regular arrangement of dots. This is because the positions of surrounding dots are regularly dispersed with respect to the center dot. Conversely, if the dot arrangement is irregular, for a sufficiently large N, a sharp peak as shown in FIG. 32A does not appear in g averaged with respect to the origin dot, and smooth. It is expected to be a simple function. Therefore, in the range of r 1 to r 2 ,

で定義される関数に対して、 For the function defined in

と定義し、これを規則性の指標、すなわち総変動量とする。ただし、ここでのgもしくはgは、原点のドット位置を様々に変えたときの平均的な分布関数と見なされる。 This is defined as an index of regularity, that is, the total variation. However, g or g 1 here is regarded as an average distribution function when the dot position of the origin is changed variously.

ここで、gavを下記式 Where g av is the following formula

とした。この値を図32(a)では点線で示した。Sは、図32(a)における面積A、B、C、D...の和に対応している。 It was. This value is indicated by a dotted line in FIG. S 1 is the area in FIG. 32 (a) A, B, C, D. . . It corresponds to the sum of

上述した正方格子に対してsを変化させてシミュレーションを行った結果を図32(b)に示す。規則格子では、原点ドットに対して平均した分布関数は、任意のドットの周りの分布関数に厳密に等しい。ここではsの値を上から順にa/24、a/10、a/2とし、r=1、r=3とおいた。図32(b)に示した計算例は規則格子を使った例ではあるが、ガウス関数をドット中心位置の揺らぎを表す関数と解釈することができるので、sを大きくすることが擬似的に不規則性を再現することになる。図32(b)において横に引かれた破線は、gav、すなわちgの平均値である。ここでは5×5の格子を例として考えているので、gavは、図32(b)において1から3の範囲において計算するものとした。図32(b)に示すように、関数がなだらかであるほどSの値が小さくなっていることがわかる。すなわち、規則性が低いほどSの値は小さいと結論される。 FIG. 32B shows the result of simulation performed by changing s with respect to the above-described square lattice. In a regular grid, the distribution function averaged over the origin dot is exactly equal to the distribution function around any dot. Here, the values of s were set to a / 24, a / 10, and a / 2 in order from the top, and r 1 = 1 and r 2 = 3. Although the calculation example shown in FIG. 32B is an example using a regular lattice, the Gaussian function can be interpreted as a function representing the fluctuation of the dot center position, so it is not possible to increase s in a pseudo manner. The regularity will be reproduced. The broken line drawn horizontally in FIG. 32B is g av , that is, the average value of g 1 . Here, since a 5 × 5 lattice is considered as an example, g av is calculated in the range of 1 to 3 in FIG. As shown in FIG. 32 (b), it can be seen that the value of S 1 as a function is gradually becomes smaller. That is, the value of S 1 the lower regularity is concluded that small.

ここで本発明の離散パターンを光学的用途に提供する場合に、モアレ模様などの不都合を生じさせないためには、ドットの規則性が充分に低くなければならない。本発明者らは実際に生成されたランダムなドット・パターンに対し鋭意検討を加えた結果、Dについて上述した条件を満たすと共に、r=1.0Δr、r=4.0Δrとしたとき、Sが0.7以下である場合に実用上問題のないランダム性を有していることが見出され、さらにはSが、下記式、 Here, when the discrete pattern of the present invention is provided for optical applications, the regularity of the dots must be sufficiently low in order not to cause inconvenience such as a moire pattern. As a result of intensive studies on the actually generated random dot pattern, the present inventors satisfy the above-described condition for D, and when r 1 = 1.0Δr and r 2 = 4.0Δr, It is found that when S 1 is 0.7 or less, it has randomness with no practical problem, and S 1 is represented by the following formula:

を満たすことが実質上モアレ模様を確実に発生させない点で好ましいことが見出された。また、本発明者らは、鋭意検討を加え、この条件を満たさないパターンは、多かれ少なかれドットが規則性を残しているため、モアレ模様が目視で確認できるほどに生成するという不都合を与えることを確認した。 It has been found that satisfying the above conditions is preferable in that a moiré pattern is not reliably generated. In addition, the inventors of the present invention have made extensive studies, and the pattern that does not satisfy this condition has the disadvantage that the moire pattern is generated to the extent that the moire pattern can be visually confirmed because the dots remain more or less regular. confirmed.

(D−3)離散パターンからのディスクレパンシイおよび総変動量の算出
上述したディスクレパンシイおよび総変動量を現実の離散パターンから算出するためには、種々の方法を採用することができる。例えば、離散パターンをディジタルカメラ、スキャナなどによりディジタル・データとする。その後、得られた離散パターンを含むディジタル・データから、図28、図29において説明した手法を使用してディスクレパンシイを算出する。さらに、離散パターンのディジタル・データから上述した(D−2)において説明した各パラメータを算出し、総変動量Sを求めることにより、離散パターンを含む物体から、本発明において規定される離散パターンの一様なランダム性を判断することができる。
(D-3) Calculation of Discrepancy and Total Variation from Discrete Pattern In order to calculate the above-described discrepancy and total variation from an actual discrete pattern, various methods can be employed. . For example, a discrete pattern is converted into digital data by a digital camera, a scanner, or the like. Thereafter, the discrepancy is calculated from the obtained digital data including the discrete pattern using the method described with reference to FIGS. Moreover, to calculate the parameters described in the above-described from the digital data of discrete patterns (D-2), by obtaining a total change amount S 1, discrete patterns from an object containing a discrete pattern, as defined in the present invention Can be determined.

離散パターンは、2次元的形状として与えることも可能である。また、フォトリソグラフィーといった手段により物体に対して離散パターンを付する場合には、離散パターンは、3次元形状として形成することができる。離散パターンが、3次元形状として形成されている場合には、離散パターンを形成する構造のいかなる部分を基準として用いて、本発明の一様性、ランダム性の判断を行うことができる。さらに、適切なディスクリミネーション、トリミングといった画像処理を行い、必要な特性を与える領ドット形状を特定し、そのドットにつき、本発明の一様性、ランダム性を有することを判断することもできる。   The discrete pattern can be given as a two-dimensional shape. When a discrete pattern is attached to an object by means such as photolithography, the discrete pattern can be formed as a three-dimensional shape. When the discrete pattern is formed as a three-dimensional shape, the uniformity and randomness of the present invention can be determined using any part of the structure forming the discrete pattern as a reference. Further, it is possible to perform image processing such as appropriate discrimination and trimming, specify a region dot shape that gives necessary characteristics, and determine that the dot has the uniformity and randomness of the present invention.

加えて、本発明においては、モアレ模様が発生しないことが特に光学的用途に使用する場合には必要とされる。この場合には、上述したように測定された離散パターンのディジタル・データから得られた離散パターンの動径分布関数を検討することもできる。本発明において、特にモアレ模様を発生させないためには、上述した離散パターンの平均的動径分布関数が、鋭いピークを有しないことが好ましい。しかしながら、モアレ模様が問題とならない、例えばスリップ防止用のパターン、ディザリング処理のためのパターンなどにおいては、特に動径分布関数の制限に配慮する必要はない。   In addition, in the present invention, it is necessary that the moire pattern does not occur particularly when used for optical applications. In this case, the radial distribution function of the discrete pattern obtained from the digital data of the discrete pattern measured as described above can be examined. In the present invention, in order not to generate a moire pattern in particular, it is preferable that the average radial distribution function of the discrete pattern described above does not have a sharp peak. However, it is not necessary to pay particular attention to the restriction on the radial distribution function in the case where the moire pattern is not a problem, for example, a slip prevention pattern or a dithering pattern.

パートII:ドット自動生成法による離散パターンの生成
本発明における第一の構成では、上述したように領域全体を小区画に分割し、各小区画内では充填率が一様であるとみなして各小区画に対して確定的な点列発生方法を使ってドットを生成した後、小区画内部及び小区画どうしの間に発生した充填率の不具合を、緩和法を使って緩和させることにより、ドットパターンを生成することもできる。しかしながら、生成するドットの個数は小区画単位でドットを生成させる段階で既に決定しており、緩和法の過程でドット数が増減することはない。したがって充填率分布関数の勾配が急激に変化する部分において、予め定められた充填率ではなく、充填率を必要に応じて変化させるべく、ドットを生成することが望ましい場合もある。
Part II: Generation of Discrete Pattern by Automatic Dot Generation Method In the first configuration of the present invention, as described above, the entire region is divided into small sections, and the filling rate is assumed to be uniform within each small section. After generating dots using a deterministic point sequence generation method for a small section, the dots can be reduced by using the relaxation method to mitigate defects in the filling rate that occurred inside and between the small sections. A pattern can also be generated. However, the number of dots to be generated has already been determined at the stage of generating dots in units of small blocks, and the number of dots does not increase or decrease during the relaxation method. Therefore, it may be desirable to generate dots so that the filling rate is changed as necessary instead of the predetermined filling rate in the portion where the gradient of the filling rate distribution function changes rapidly.

図33には、予め充填率を定めておき、ドットをランダム化させるように斥力緩和法により緩和させた場合の実施の形態を示す。図33に示されたドットパターンでは、充填率の勾配が大きいため、充填率の谷の部分で、緩和に伴うドットの移動の自由度が制限され、その結果、緩和過程においても望ましい時間的変化を示さないことが原因である。このような欠陥は、上記のように小区画ごとにドットの初期個数を固定する方法では多かれ少なかれ見られるという不都合があった。この場合は、ドットを小区画ごとに生成または削除することにより、図33に示したような不都合を防止することができる。   FIG. 33 shows an embodiment in which the filling rate is determined in advance, and the dots are relaxed by the repulsive force relaxation method so as to be randomized. In the dot pattern shown in FIG. 33, since the gradient of the filling rate is large, the degree of freedom of movement of the dots due to relaxation is limited in the valley portion of the filling rate, and as a result, a desirable temporal change also in the relaxation process. This is because it does not show. Such a defect has a disadvantage that it is more or less seen in the method of fixing the initial number of dots for each small section as described above. In this case, the inconvenience shown in FIG. 33 can be prevented by generating or deleting dots for each small section.

以下、本発明におけるドット自動生成による離散パターンの生成について詳細に説明する。本発明においては、パートIにおいて説明したと同様に、ドットを所定の領域へと配置する。しかしながら、本発明のドット自動生成法では、入力データとして、1)ドットを生成する矩形領域、2)1つのドットの面積、3)矩形領域上に定義された充填率分布関数を与える。本発明のドット自動生成・削除法において使用する矩形領域および充填率分布関数を図34に示す。図34(a)が矩形領域を示したものであり、図34(b)が図34(a)に示した矩形領域上に定義された充填率分布関数を示した図である。   Hereinafter, generation of a discrete pattern by automatic dot generation in the present invention will be described in detail. In the present invention, as described in Part I, dots are arranged in a predetermined area. However, in the automatic dot generation method of the present invention, 1) a rectangular area for generating dots, 2) an area of one dot, and 3) a filling rate distribution function defined on the rectangular area are given as input data. FIG. 34 shows a rectangular area and a filling rate distribution function used in the dot automatic generation / deletion method of the present invention. 34A shows a rectangular area, and FIG. 34B shows a filling rate distribution function defined on the rectangular area shown in FIG. 34A.

図35において本発明において用いるドットに関連する概念であるバブルを説明する。ここで、図35においてはドットをPi(i=1、 …、 n)とする。本発明の特定の実施の形態においては、すべてのドットは同じ面積Aを持つものとする。ドットPiの中心(xi、 yi)を指定すると、充填率分布関数を使ってその位置での充填率Gi(xi、 yi)%が計算できる。充填率とは、単位面積当たりのドットの面積総和の百分率である。1つのドット位置を考えたとき、その位置で指定した充填率が満たされるために他のドットが内在してはいけない円形領域を決めることができる。この円形領域のことをバブルBとして定義する。図35に示した実施の形態においては、中心(xi,yi)にドットが配置されており、直径diのバブルBが面積Sとされているのが示されている。   In FIG. 35, a bubble which is a concept related to dots used in the present invention will be described. Here, in FIG. 35, the dots are Pi (i = 1,..., N). In a particular embodiment of the invention, all dots are assumed to have the same area A. When the center (xi, yi) of the dot Pi is specified, the filling rate Gi (xi, yi)% at that position can be calculated using the filling rate distribution function. The filling rate is a percentage of the total area of dots per unit area. When one dot position is considered, since the filling rate specified at that position is satisfied, it is possible to determine a circular area in which other dots should not be included. This circular area is defined as bubble B. In the embodiment shown in FIG. 35, a dot is arranged at the center (xi, yi), and a bubble B having a diameter di has an area S.

このバブルBは、中心が[xi、 yi]で、直径がdi(xi、yi)とされており、本発明においては、たとえば具体的には、下記式により与えることができる。   The bubble B has a center of [xi, yi] and a diameter of di (xi, yi). In the present invention, specifically, for example, it can be given by the following equation.

上記式中、Gi(xi,yi)は、百分率で表示した充填率であり(例えば80%)、Aは、ドットの面積である。上述したように、本発明においては、ドットの面積は予め与えられているので、矩形領域内の一点[xi、yi]を指定すると、充填率分布関数を使ってその位置でのバブルの直径dを求めることができる。 In the above formula, G i (x i , y i ) is a filling rate expressed as a percentage (for example, 80%), and A is an area of a dot. As described above, in the present invention, since the dot area is given in advance, if one point [xi, yi] in the rectangular region is designated, the bubble diameter d at that position is determined using the filling factor distribution function. Can be requested.

本発明は、上述したバブルを使用して、以下、
1) 初期ドットの生成ステップ(省略可能)
2) 引力斥力モデルを用いたドット座標値の更新ステップ
3) 適応的なドットの追加削除ステップ
のステップを用いることにより、ドットの自動生成・自動削除を行い、生成されたドットを含めて力学的な緩和を行わせることで、特に充填率分布が急に変化する領域において良好な離散パターンを生成する。
The present invention uses the bubbles described above, and
1) Initial dot generation step (optional)
2) Dot coordinate value update step using attractive repulsion model
3) By using the adaptive dot addition / deletion step, automatic dot creation / deletion is performed, and dynamic relaxation including the generated dots is performed. A good discrete pattern is generated in a region that changes to.

以下、初期ドット生成ステップについて説明する。初期ドット生成ステップは、本発明においては、使用することもできるし、また、省略することができる。初期ドット生成ステップを省略する場合には、ドットが0個の初期状態からスタートすることになる。その後順次ドットを増加させ、ドット自動生成・削除ステップでドットを順次矩形領域内に追加してゆくことができる。しかしながら本発明においては、所望するドットパターンに近いドットパターンを最初に生成しておくことにより、所望するドットパターンを生成するまでの計算時間、記憶容量といったハードウエア資源を節約できる。本発明において、初期ドット生成ステップを省略する実施の形態においては、後述するドットの引力・斥力緩和による位置座標更新ステップおよびドット追加削除ステップを繰り返して適用することにより、ハードウエア資源の容量に応じて実行することが可能なので、以下、本発明の実施の形態においては、初期ドット生成ステップを含む手順について説明する。   Hereinafter, the initial dot generation step will be described. The initial dot generation step can be used or omitted in the present invention. If the initial dot generation step is omitted, the dot starts from the initial state of zero. Thereafter, the dots can be sequentially increased, and the dots can be sequentially added to the rectangular area in the dot automatic generation / deletion step. However, in the present invention, by generating a dot pattern close to the desired dot pattern first, it is possible to save hardware resources such as calculation time and storage capacity until the desired dot pattern is generated. In the embodiment in which the initial dot generation step is omitted in the present invention, the position coordinate update step and the dot addition / deletion step by dot attraction / repulsive force relaxation, which will be described later, are repeatedly applied, so that the hardware resource capacity is increased. Hereinafter, in the embodiment of the present invention, a procedure including an initial dot generation step will be described.

上述したように、本発明において採用する初期ドット生成ステップは、計算時間を短縮する目的のために、求めたいドットパターンに近いドットパターンを生成するステップである。本発明においては、上述した初期ドット生成ステップにおいていくつかの方法を使用することができる。図36には、本発明において使用することができる4分木を使用する方法を示す。図36に示された四分木を使用する方法は、まず矩形領域の中心にバブルを配置する。このバブルの直径は上記式からその点における充填率を使用して計算したものである。このバブルが矩形領域の十分な面積を覆っているsで示された区画では、そのバブルを残してこれ以上の分割をしない。十分な領域を覆っていないisで示された区画では、4分木を使用して矩形領域を4つの小区分に分割し、それぞれの小区分に対して同じ処理を行ない、それぞれの小区分についてバブルを配置する。この処理を再帰的に繰り返すことにより、図36(c)で示されるようにバブルを与え、与えられたバブルの中心位置をドットの位置として決定することで、初期ドットを生成する。本発明のさらに別の実施の形態においては、初期ドットを上述したパートIで説明したように、充填率分布を使用したLDS法により生成することもできる。   As described above, the initial dot generation step employed in the present invention is a step of generating a dot pattern close to the desired dot pattern for the purpose of shortening the calculation time. In the present invention, several methods can be used in the initial dot generation step described above. FIG. 36 shows a method of using a quadtree that can be used in the present invention. In the method using the quadtree shown in FIG. 36, a bubble is first placed at the center of a rectangular area. The bubble diameter is calculated from the above formula using the filling rate at that point. In the section indicated by s where the bubble covers a sufficient area of the rectangular area, the bubble is left and no further division is performed. In the section indicated by is not covering enough area, the quadrangular tree is used to divide the rectangular area into four subsections, and the same processing is performed for each subsection. Place a bubble. By repeating this process recursively, a bubble is given as shown in FIG. 36C, and an initial dot is generated by determining the center position of the given bubble as the dot position. In still another embodiment of the present invention, the initial dots can be generated by the LDS method using the filling rate distribution as described in Part I above.

本発明においては、ついで引力斥力モデルを用いてドットの位置座標を調節して最適な引力・斥力ポテンシャル内において初期ドットの配置を修正する。ドット座標値更新ステップでは、2つのバブルが近接した位置にある場合にそれらに斥力を作用させ、また離れた位置にある場合には引力を働かせて、これらの力が釣り合う位置にバブルを移動させ、移動後のポテンシャルエネルギーが最低となる位置座標へとバブル中心位置を設定する。   In the present invention, the dot position coordinates are then adjusted using the attractive force repulsion model to correct the initial dot arrangement within the optimum attractive force / repulsive potential. In the dot coordinate value update step, if two bubbles are close to each other, a repulsive force is applied to them, and if they are separated from each other, an attractive force is applied to move the bubbles to a position where these forces are balanced. Then, the bubble center position is set to the position coordinates where the potential energy after movement becomes the lowest.

より具体的に説明するため、2つのバブルB1、B2の間のポテンシャルを考察する。2つのバブルの中心は、それぞれ[x1、 y1]、 [x2、 y2]、であり、直径がそれぞれd1(x1、 y1)、 d2(x2、 y2)であるとする。2つのバブルの中心間の距離を変数rで表すと、rが下式で計算される値r0であるとき、2つのバブルは接している状態で、引力・斥力ともに均衡した状態である。この状態を斥力関数と共に図37に示す。図37に示すように、互いに隣接するバブルは、バブルが重なり合う場合には、斥力が作用し、バブル境界が接している場合には、斥力および引力が共に作用せず、バブルが互いに離れている場合には、引力が作用する構成とされている。   To explain more specifically, consider the potential between two bubbles B1 and B2. The centers of the two bubbles are [x1, y1] and [x2, y2], respectively, and the diameters are d1 (x1, y1) and d2 (x2, y2), respectively. When the distance between the centers of the two bubbles is represented by a variable r, when r is a value r0 calculated by the following equation, the two bubbles are in contact with each other, and both the attractive force and the repulsive force are balanced. This state is shown in FIG. 37 together with the repulsive function. As shown in FIG. 37, when bubbles overlap each other, repulsive force acts when the bubbles overlap, and when the bubble boundary is in contact, neither repulsive force nor attractive force acts, and the bubbles are separated from each other. In some cases, an attractive force is applied.

この状態を安定状態と考え、力が作用しない状態とする。また、図37に示されるように、rがr0より大きいときに引力が、r0より小さいとき斥力が働くようにバブル間力を決める。1つの例として、下式f(r)のようにバブル間力f(r)を定めることができる。 This state is considered as a stable state, and a state in which no force is applied. Also, as shown in FIG. 37, the inter-bubble force is determined so that the attractive force works when r is larger than r0 and the repulsive force works when r is smaller than r0. As one example, the inter-bubble force f (r) can be determined as in the following expression f (r).

図37に示した上記式が表す関数f(r)は、斥力到達距離Dを有しており、斥力項と、引力項とを含んでいる。本発明において、ドットを自動的に生成する場合には、特に斥力ばかりではなく、図37に示した引力を考慮することが好ましい。このため、パートIで示された各種ポテンシャルのうち、引力項を含む関数をドット自動生成ステップにおいて使用することができる。この理由としては、ドット自動生成法を用いた場合には、生成されるドットと他のドットとの間の斥力ばかりではなく、離れたドットへと近づけることを考慮することが必要とされるためである。   The function f (r) represented by the above equation shown in FIG. 37 has a repulsive force reach distance D, and includes a repulsive force term and an attractive force term. In the present invention, when dots are automatically generated, it is preferable to consider not only repulsive force but also attractive force shown in FIG. For this reason, among the various potentials shown in Part I, a function including an attractive term can be used in the dot automatic generation step. This is because when using the automatic dot generation method, it is necessary to consider not only the repulsive force between the generated dot and other dots, but also approaching to a distant dot. It is.

本発明において採用するドット自動生成ステップにおいては、新たに生成された1つのバブルBi[xi、 yi]は、周囲に位置する複数のバブルから上記式により与えられる力を受けて新たな座標を取得することになる。この際、ポテンシャル・エネルギーによる運動方程式としては、たとえば下記式を用いることができる。   In the automatic dot generation step employed in the present invention, a newly generated bubble Bi [xi, yi] receives a force given by the above formula from a plurality of bubbles located around and acquires new coordinates. Will do. At this time, for example, the following equation can be used as the equation of motion by potential energy.

ここでtは、時間であり、mは、ドット質量であり、cは、ドットの移動の際の抵抗を表す係数である。この上記式を、差分を使って書き換えた式を用いて、反復毎に時間Δtを一定量増加させることにより、移動先の位置を計算する。このようにして求まったバブルの中心位置をドットの位置として決定する。 Here, t is time, m is dot mass, and c is a coefficient representing resistance at the time of dot movement. The position of the movement destination is calculated by increasing the time Δt by a certain amount for each iteration using an expression obtained by rewriting the above expression using the difference. The center position of the bubble thus obtained is determined as the dot position.

さらに、本発明のドット生成方法においては、3番目のステップである、適応的なドットの追加削除ステップを実行する。このドット自動生成ステップは、生成されたドットの移動とともに、反復処理の中で繰り返し行われる処理である。ドット追加削除ステップでは、矩形領域内に適正な数のバブルを生成するために、反復計算の過程で重なりの激しいバブルを削除し、隙間部分には、新規のバブルを追加する処理を行う。本発明においては、上述したドット追加削除ステップにおいて使用することができる方法は種々考えられるものの、1つの方法として、ドローネ三角形分割を利用してバブルの追加削除を行う方法を挙げることができる。   Further, in the dot generation method of the present invention, an adaptive dot addition / deletion step, which is the third step, is executed. This automatic dot generation step is a process that is repeatedly performed in the iterative process along with the movement of the generated dots. In the dot addition / deletion step, in order to generate an appropriate number of bubbles in the rectangular area, a bubble having a large overlap is deleted during the iterative calculation, and a new bubble is added to the gap. In the present invention, various methods that can be used in the above-described dot addition / deletion step are conceivable, but one method is a method of performing bubble addition / deletion using Delaunay triangulation.

本発明において、ドローネ三角形分割を利用する方法では、まず既存のバブル中心を結ぶドローネ三角形メッシュを生成する。メッシュの辺長さとその両端のバブルから計算されるr0値(バブル半径の和)とを比較する。辺長がr0と比べてある割合以上に大きい場合には、その辺の中点に新しいバブルを生成する。一方辺長がr0と比べてある割合以下に小さい場合には、両端のバブルのどちらか一方を削除する。このバブルの追加削除は、必ずしも反復の度に行う必要はなく、反復数回に一回行うだけでもよい。   In the present invention, in the method using Delaunay triangulation, a Delaunay triangle mesh connecting existing bubble centers is first generated. Compare the side length of the mesh with the r0 value (sum of bubble radii) calculated from the bubbles at both ends. If the side length is greater than a certain percentage compared to r0, a new bubble is generated at the midpoint of that side. On the other hand, if the side length is smaller than a certain ratio compared to r0, either one of the bubbles at both ends is deleted. It is not always necessary to perform this bubble addition / deletion every time it is repeated.

本発明においては、上述したドローネ三角形分割以外にもいかなる方法を使用しても、バブルの生成・削除処理を行うことができる。たとえば、隣接するバブルの距離に対して一定のしきい値を設けておき、このしきい値以上に離れたバブルの間の重心に新たなバブルを生成する方法、またバブル間の距離に最小しきい値を設けておき、最小しきい値よりも小さな距離しか離れていないバブルのうちの一方を消滅させる方法など、適切にバブルを追加削除することができる限り本発明においては、いかなる方法でも採用することができる。   In the present invention, bubble generation / deletion processing can be performed by any method other than the Delaunay triangulation described above. For example, a certain threshold is set for the distance between adjacent bubbles, and a new bubble is generated at the center of gravity between bubbles that are more than this threshold, and the distance between bubbles is minimized. Any method can be used in the present invention as long as a bubble can be added or deleted appropriately, such as a method of extinguishing one of bubbles that are separated by a distance smaller than the minimum threshold by setting a threshold. can do.

以下、本発明のドット自動生成法の具体的な実施の形態を詳細に説明する。本発明においては、ドット自動生成法は、ドットの自動生成および自動削除を適応的に行い充填率分布を適正に保つことを目的として行われる。このために本発明において使用することができる処理プロセスを、図38に示す。図38(a)は、所定の矩形領域にドットを生成させるための概略的な手順を示し、図38(b)には、ドット追加・削除プロセスの概略的な手順を示す。本発明のドット自動生成処理における入力データは、3種類あり、ドットを生成した矩形領域と、ドット面積と、充填率分布関数である。この矩形領域は、ドットを生成したい領域に、充填率分布が正確に得られるように、本発明の特定の実施の形態では、端部付近のマージンをつけた領域として与える。ドット面積は、上記式を使って充填率からバブル直径を計算するときに使われる。3つめの入力データである充填率分布関数は、ドットを生成する矩形領域上に定義された充填率分布関数である。このドット生成において使用することができる矩形領域を図39(a)に示し、充填率分布関数を図39(b)に示す。矩形領域内の一点を与えると、その点での充填率はこの充填率分布関数から計算される。   Hereinafter, specific embodiments of the automatic dot generation method of the present invention will be described in detail. In the present invention, the automatic dot generation method is performed for the purpose of adaptively performing automatic dot generation and deletion and keeping the filling rate distribution appropriate. A processing process that can be used in the present invention for this purpose is shown in FIG. FIG. 38A shows a schematic procedure for generating dots in a predetermined rectangular area, and FIG. 38B shows a schematic procedure of the dot addition / deletion process. There are three types of input data in the automatic dot generation process of the present invention, which are a rectangular area where dots are generated, a dot area, and a filling rate distribution function. In the specific embodiment of the present invention, this rectangular region is given as a region with a margin near the end so that the filling factor distribution can be accurately obtained in the region where dots are to be generated. The dot area is used when calculating the bubble diameter from the filling rate using the above formula. The filling rate distribution function which is the third input data is a filling rate distribution function defined on a rectangular area where dots are generated. A rectangular region that can be used in this dot generation is shown in FIG. 39 (a), and a filling rate distribution function is shown in FIG. 39 (b). Given a point within the rectangular area, the fill factor at that point is calculated from this fill factor distribution function.

図38のフローチャートを使用してドット自動生成・自動削除処理について説明すると、ドット自動生成・削除処理は、ステップS20から開始し、ステップS21において、矩形領域と、ドット面積と、充填率分布関数とを入力する。ついで、図38の手順では、ステップS22において矩形領域境界にドットを生成する宣言を行う。この宣言の後、図38(b)に示したドット自動生成・削除の手順を、矩形領域の境界について実行する。図38(b)の手順が収束した後、図38(a)に示すステップS23へと結果を渡し、矩形領域内部にドットを生成する宣言を行う。その後、再度図38(b)に示した手順を使用して、矩形領域の内部にドットを生成させ、その結果をステップS24へと渡して結果を出力させ、ステップS26で本発明のドット自動生成・自動削除処理を終了する。   The automatic dot generation / deletion process will be described using the flowchart of FIG. 38. The automatic dot generation / deletion process starts from step S20, and in step S21, a rectangular area, a dot area, a filling rate distribution function, Enter. Next, in the procedure of FIG. 38, a declaration for generating dots on the boundary of the rectangular area is made in step S22. After this declaration, the dot automatic generation / deletion procedure shown in FIG. 38B is executed for the boundary of the rectangular area. After the procedure of FIG. 38 (b) has converged, the result is passed to step S23 shown in FIG. 38 (a) to declare that a dot is generated inside the rectangular area. Thereafter, using the procedure shown in FIG. 38 (b) again, dots are generated inside the rectangular area, the result is passed to step S24, and the result is output. In step S26, the automatic dot generation of the present invention is performed. -Terminate the automatic deletion process.

上述したステップS22で生成した矩形境界上のドット座標値を固定したうえで、ステップS23を実行させるのは、矩形領域の境界領域にバブルを生成しておくことで、ステップS23で生成するドットが反復計算過程で矩形外部に移動しないようにするためである。すなわち、ステップS22の手順を予め実行しておくことで、境界付近に位置するドットは、境界上のドットから斥力をうけるため、矩形外部にはみださないようにすることができる。   The dot coordinate value on the rectangular boundary generated in step S22 described above is fixed, and step S23 is executed by generating a bubble in the boundary area of the rectangular area. This is to prevent movement outside the rectangle in the iterative calculation process. That is, by executing the procedure of step S22 in advance, the dots located near the boundary are repelled from the dots on the boundary, so that they do not protrude outside the rectangle.

またこの際に用いる矩形領域は、図39(a)に示すように、実際に利用される領域にマージンをつけて矩形領域が与えられている。この理由は、ステップS22の実行により、利用する領域境界線に沿ってドットが整列することになり、もしマージンがない場合には矩形領域が互いに隣接する境界部でモアレなどを生じる原因となる。このため、利用したい領域境界にドットが整列しないようにするために、マージンをつけて矩形領域を生成する。図39(a)ではドットを生成する領域を矩形領域として図示しているが、本発明においては、目的に応じて任意の形状の領域を使用することができる。また、図39(a)では、ドットを生成する領域を平面領域として図示しているが、本発明においては、目的に応じて曲面形状など立体的な領域を使用することもできる。   Further, as shown in FIG. 39A, the rectangular area used at this time is given with a margin to the area actually used. This is because the execution of step S22 aligns dots along the boundary line of the area to be used, and if there is no margin, it causes moiré or the like at the boundary between adjacent rectangular areas. Therefore, a rectangular area is generated with a margin in order to prevent dots from being aligned with the area boundary to be used. In FIG. 39 (a), an area for generating dots is illustrated as a rectangular area, but in the present invention, an area having an arbitrary shape can be used according to the purpose. Further, in FIG. 39A, the region for generating dots is shown as a planar region, but in the present invention, a three-dimensional region such as a curved surface shape can be used according to the purpose.

さらに、本発明においては、図38(a)のステップS22で行う処理は線分(1次元図形)を対象に、一方ステップS23で行う処理は矩形領域(2次元図形)を対象に行うが、それぞれのステップにおいて使用する処理は同様に、図38(b)で示した手順を用いることができる。図38(b)の手順を説明すると、ステップS28においてまず最初に初期ドットを生成する。この場合については、本発明においてはLDS法、または乱数発生法のいずれでも使用することができる。しかしながら、本発明の特定の実施の形態では、良好な離散パターンを比較的短時間で得るためには、LDS法を使用して初期ドットを生成することもできる。ついで、ステップS29において反復計算の過程で、ドットの座標値を更新する。この反復計算は、ステップS30におけるドット座標値の更新量が所定のしきい値よりも小さくなった場合に、ドットの移動がほぼ終了したものと判断し(yes)、その結果をステップS23へと渡す。 Furthermore, in the present invention, the process performed in step S22 in FIG. 38A is performed on a line segment (one-dimensional figure), while the process performed in step S23 is performed on a rectangular area (two-dimensional figure). Similarly, the process shown in FIG. 38B can be used for the processing used in each step. The procedure in FIG. 38B will be described. First, in step S28, initial dots are generated. In this case, in the present invention, either the LDS method or the random number generation method can be used. However, in particular embodiments of the present invention, initial dots can also be generated using the LDS method in order to obtain a good discrete pattern in a relatively short time. Next, in step S29, the coordinate value of the dot is updated in the process of iterative calculation. In this iterative calculation, when the update amount of the dot coordinate value in step S30 becomes smaller than a predetermined threshold value, it is determined that the movement of the dot is almost completed (yes), and the result is returned to step S23. hand over.

それ以外の場合(no)には、ステップS31でドットの自動生成・自動削除を行い、再度ステップS29におけるドット座標値の更新を実行する。再度ステップS30の判断を行い、ドットの座標値の更新量が十分に微小である場合(yes)にその結果出力データとしてステップS24へと渡し、矩形領域内部に充填されたドットパターンの出力を行い、ステップS26で処理を終了する。以下、それぞれのステップに関して、以下に詳しく述べる。   In other cases (no), automatic dot generation / deletion is performed in step S31, and the dot coordinate value is updated again in step S29. The determination in step S30 is performed again, and when the update amount of the coordinate value of the dot is sufficiently small (yes), the result is passed to step S24 as output data, and the dot pattern filled in the rectangular area is output. In step S26, the process ends. Hereinafter, each step will be described in detail below.

以下、まず図38(b)のステップS28の初期ドットを生成するステップについて詳細に説明する。このステップは先に述べたように、求めたいドットパターンに近いドットパターンを最初に生成しておくことにより、計算時間を短縮させるために行う処理である。図36において示したように、上述したように4分木を使う方法を使用して初期ドットを生成することができる。なお、本発明において4分木を使用する場合には、ステップS22における処理では対象が線分なので、2分木を使い、ステップS23における処理では対象が矩形領域であるために4分木を使って初期ドットを生成することができる。   Hereinafter, the step of generating the initial dot in step S28 in FIG. 38B will be described in detail. As described above, this step is processing to reduce the calculation time by first generating a dot pattern close to the desired dot pattern. As shown in FIG. 36, the initial dot can be generated using the method using a quadtree as described above. Note that when a quadtree is used in the present invention, the target is a line segment in the process in step S22, and thus a binary tree is used. In the process in step S23, the target is a rectangular area, and thus a quadtree is used. To generate initial dots.

また、本発明においては上述したように、予めLDS法により初期ドットを与えておく方法を用いることができる。即ち矩形領域を複数の小区画に分割し、各小区画に対しては、充填率を一定と考えて、LDSを使って初期ドットを生成することができる。また、本発明においては、初期ドットを予め生成しておく場合には、初期ドットに対して、各小区画ごとに充填率分布に揺らぎを与えておき、より離散パターンの離散性を向上させることもできる。   In the present invention, as described above, a method in which initial dots are given in advance by the LDS method can be used. That is, the rectangular area is divided into a plurality of small sections, and the initial dot can be generated using LDS, assuming that the filling rate is constant for each small section. Further, in the present invention, when the initial dots are generated in advance, the initial dot is given fluctuations in the filling rate distribution for each small section, thereby improving the discreteness of the discrete pattern. You can also.

以下、図38において、ステップS29のドットの座標値を更新するステップについて述べる。このステップでは、各ドットに対して1つのバブル(円形領域)を対応させ、バブル間に引力・斥力を作用させることにより、ドットの新しい位置を計算する。バブル間に作用する力は上記式を使って計算する。また、ドットの運動については、上記式の運動方程式を使用して解析を行い、引力・斥力の総和が減少するようにドットの新しい位置座標を計算する。   Hereinafter, in FIG. 38, the step of updating the coordinate value of the dot in step S29 will be described. In this step, one bubble (circular region) is associated with each dot, and an attractive force / repulsive force is applied between the bubbles to calculate a new position of the dot. The force acting between bubbles is calculated using the above formula. The dot motion is analyzed using the above equation of motion, and the new dot coordinate is calculated so that the sum of the attractive and repulsive forces decreases.

なお、ステップS22における処理ではバブルを生成する対象が線分であるために、1つのバブルはその両側に位置するバブルから力を受けて、線分上において新しい位置に移動する。一方、ステップS24における処理では、対象が矩形領域であるために、1つのバブルは周囲に位置するバブルから力を受けて、2次元的に矩形領域内の新しい位置へと移動する。この際、バブル間の斥力および引力は、上記式に示すように、一定距離(本発明における特定の実施の形態においては、1.5r0)以上離れたバブルからは力を受けないように定めれば、一定距離以上近傍にあるバブルからの力のみを考慮するだけですむことになるので、安定した収束を期待でき、また計算時間を節約することができる。   In the process in step S22, since the target for generating the bubble is a line segment, one bubble receives a force from the bubbles located on both sides thereof and moves to a new position on the line segment. On the other hand, in the process in step S24, since the target is a rectangular area, one bubble receives a force from the surrounding bubbles and moves two-dimensionally to a new position in the rectangular area. At this time, as shown in the above formula, the repulsive force and the attractive force between the bubbles should be determined so as not to receive a force from a bubble separated by a certain distance (1.5r0 in the specific embodiment of the present invention) or more. Since it is only necessary to consider the force from a bubble near a certain distance, stable convergence can be expected and calculation time can be saved.

さらに、本発明のドット自動生成・自動削除処理における反復計算の実行を判断する処理である、ステップS30を説明する。上述した処理によりすべてのドットの移動距離を計算する。その距離の最大値が予め定められたしきい値以下である場合には、ドットの移動距離は微小であると判断して(yes)、反復計算を終了する。それ以外の場合(no)には、ドットの自動生成・自動削除ステップへと進む。また、本発明においては、移動距離以外にも引力・斥力の総和の変化量が所定のしきい値以下となった時点で反復計算を終了させることもできる。   Further, step S30, which is a process for determining execution of iterative calculation in the automatic dot generation / automatic deletion process of the present invention, will be described. The moving distance of all dots is calculated by the above-described processing. If the maximum value of the distance is less than or equal to a predetermined threshold value, it is determined that the dot moving distance is very small (yes), and the iterative calculation is terminated. In other cases (no), the process proceeds to a dot automatic generation / automatic deletion step. In the present invention, the iterative calculation can be terminated when the amount of change in the sum of the attractive force and the repulsive force becomes a predetermined threshold value or less in addition to the moving distance.

ついで、ステップS31では、ドット自動生成・自動削除を実行する。まず、ステップS31では、互いに隣接する2つのバブル中心間距離と、r0値(2つのバブル半径の和)とを比較する。バブル中心間距離rがr0値と比べて、たとえば所定のしきい値以上大きい場合には、その2つのバブルの間に新しいバブルを追加する。その際のしきい値としては、たとえばバブル間の距離が1.8r0といった値を用いることができる。一方、rがr0と比べてある割合または最小しきい値よりも小さい場合には、どちらか一方のバブルを削除する。その割合または最小しきい値としては、0.5r0といった値を用いることができる。   In step S31, automatic dot generation / deletion is executed. First, in step S31, the distance between two adjacent bubble centers is compared with the r0 value (sum of two bubble radii). When the distance r between the bubble centers is larger than the r0 value, for example, by a predetermined threshold value or more, a new bubble is added between the two bubbles. As a threshold value at that time, for example, a value such as a distance between bubbles of 1.8r0 can be used. On the other hand, if r is smaller than a certain ratio or minimum threshold value compared with r0, one of the bubbles is deleted. A value such as 0.5r0 can be used as the ratio or the minimum threshold.

なお、本発明においては隣接するバブルを特定することが必要となる。この隣接するバブルを特定する手法としては、ステップS22における処理では対象が線分であるために、線分上のバブル列を順序づけて保持しておくことができる。一方、ステップS23における処理の場合には対象が矩形領域であるために、線分を対象とする場合ほど容易ではない。このため、まずドローネ3角形分割を使ってバブル中心をノードとする3角形メッシュを生成する。その結果3角形の辺で結ばれた2つのバブルを隣接バブルと判断することができる。   In the present invention, it is necessary to specify adjacent bubbles. As a technique for specifying this adjacent bubble, since the target is a line segment in the processing in step S22, the bubble columns on the line segment can be held in order. On the other hand, in the case of the processing in step S23, since the object is a rectangular area, it is not as easy as when a line segment is the object. For this reason, a triangular mesh having a bubble center as a node is first generated using Delaunay triangulation. As a result, the two bubbles connected by the sides of the triangle can be determined as adjacent bubbles.

また、前回の反復で新規に追加されたバブルが安定した場所に移動しないうちに、上述した追加削除判定を行うと、新たに追加したバブルが削除判定条件に合致し、削除されてしまう可能性がある。よって、ステップS31のドット自動生成・自動削除手順は、反復の度に行うのではなく、所定の反復回数(5-10回程度)ごとに一度だけ実行させることが好ましい。   In addition, if the above-described addition / deletion determination is performed before the newly added bubble has moved to a stable location in the previous iteration, the newly added bubble may meet the deletion determination condition and be deleted. There is. Therefore, it is preferable that the dot automatic generation / deletion procedure in step S31 is not performed every time it is repeated, but only once every predetermined number of repetitions (about 5-10 times).

図40には、上述した本発明のドット自動生成処理により生成される以前のドットパターンを示し、図41には、本発明にしたがってドットが生成された直後のドットパターンを示す。図41に示したハッチングで示した新たなドットは、その後周囲ドットからの引力・斥力に応じて最も安定な状態となる位置座標を取得し、たとえば急激に分布関数が変化する領域においてモワレなどの光学的な不都合を抑制することを可能としている。   FIG. 40 shows a dot pattern before being generated by the above-described automatic dot generation processing of the present invention, and FIG. 41 shows a dot pattern immediately after a dot is generated according to the present invention. For the new dots shown by hatching shown in FIG. 41, the position coordinates that become the most stable state are obtained in accordance with the attractive force / repulsive force from the surrounding dots, and for example, moire in a region where the distribution function changes abruptly. It is possible to suppress optical inconvenience.

パートIII:力学的スケーリング則に基づく濃淡画像の2値化
本発明においては、上述したLDSおよび斥力緩和法を利用して、所定の青色ノイズを満足する濃淡画像の2値化を行うことが可能である。本発明における濃淡画像の2値化においては、初期パターンをLDS法を用いて生成した後、この初期ドットパターンに対して斥力緩和法を適用して、力学的多体問題として濃淡画像の二値化のためのディザリング・パターンを提供する離散パターンを提供することが可能である。以下、本発明による濃淡画像の二値化について詳細に説明する。
Part III: Binarization of grayscale image based on mechanical scaling law In the present invention, it is possible to binarize a grayscale image satisfying a predetermined blue noise by using the above-described LDS and repulsive force relaxation method. It is. In the binarization of the grayscale image in the present invention, after the initial pattern is generated using the LDS method, the repulsive force relaxation method is applied to the initial dot pattern, and the binary of the grayscale image is obtained as a dynamic many-body problem. It is possible to provide a discrete pattern that provides a dithering pattern for optimization. Hereinafter, binarization of a grayscale image according to the present invention will be described in detail.

本発明の濃淡画像の二値化への適用は、上述したようにある任意のiドットと、iドットに隣接したドットとの間に斥力を与え、その力学的時間発展を追うことにより行われる。ここで、iドットに対して、本発明においては、運動方程式としてm、cを定数として下記式、   The application of the grayscale image of the present invention to binarization is performed by applying a repulsive force between an arbitrary i dot and a dot adjacent to the i dot as described above, and following its mechanical time evolution. . Here, for i dots, in the present invention, m and c are constants as equations of motion,

を使用する。最右辺の総和記号は、iドットに隣接するすべてのドットにわたる斥力のベクトル和を意味する。上記式は、速度に比例する減衰項を含んだものとされている。ここで、t0を初期時刻とする。上記式の一般解は、t>t0に対し、 Is used. The summation symbol on the rightmost side means a vector sum of repulsive forces over all dots adjacent to i dots. The above equation includes an attenuation term proportional to speed. Here, t 0 is an initial time. The general solution of the above equation is for t> t 0

として得ることができる。ここで、定数の比c/mの値は、任意に設定できる。この比を大きくした場合、たとえばmをcに対して小さくとった場合は、具体的には、軽い粒子を粘性の強い流体中で運動させる場合に相当する。この場合には、c/mが大なので、指数関数の項は、1よりも遙かに小さく、無視することができる。このため、粒子の位置は、良好に下記式、 Can be obtained as Here, the value of the constant ratio c / m can be arbitrarily set. When this ratio is increased, for example, when m is reduced with respect to c, specifically, it corresponds to a case where light particles are moved in a viscous fluid. In this case, since c / m is large, the exponential term is much smaller than 1 and can be ignored. For this reason, the position of the particles is preferably

で示される差分方程式で記述できる。上記式中、右辺の相互作用力の項に含まれた未知量を、過去の時刻の値で置き換えた。多体問題の言葉でいえば、多体相関を平均場近似したことにあたる。 It can be described by the difference equation shown by In the above formula, the unknown amount included in the term of the interaction force on the right side was replaced with the value of the past time. Speaking of the many-body problem, it is equivalent to the mean field approximation of the many-body correlation.

本発明においては、上述した条件の下で力学的緩和法を、LDSと組み合わせて用いることで、良好な効果を得ることができることが見出されたのである。以後、本発明の濃淡画像の2値化方法を、DLDS(dynamical LDS)法として参照する。Ulichney(R. A. Ulichney、 Proceedings of the IEEE、 76 (1988) 56.)によれば、Ulichneyの基準として上に挙げた青色ノイズ特性とは、もともと、最近接ドット間隔が主波長(principal wavelength)近傍に集中すべきとの想定から考えられたものである。0から1の間に規格化された階調αに対して(すなわち、α=1が黒、α=0が白)、主波長は下記式、   In the present invention, it has been found that a good effect can be obtained by using the mechanical relaxation method in combination with LDS under the above-described conditions. Hereinafter, the binarization method of the grayscale image of the present invention is referred to as a DLDS (dynamical LDS) method. According to Ulichney (RA Ulichney, Proceedings of the IEEE, 76 (1988) 56.), the blue noise characteristic listed above as Ulichney's standard is that the closest dot spacing was originally near the principal wavelength. It was thought from the assumption that it should concentrate. For a gradation α normalized between 0 and 1 (ie, α = 1 is black and α = 0 is white), the dominant wavelength is:

で定義される。ただし、aはドット1個あたりの面積である。最近接ドット間隔が、主波長近傍に集中するような等方的ドットパターンは、青色ノイズ特性をもつことが知られている。本発明では、上述した主波長に対してドット間斥力の到達長さDを、主波長程度に設定するものである。すなわち、Dを斥力到達範囲として、 Defined by Here, a is the area per dot. It is known that an isotropic dot pattern in which the closest dot interval is concentrated in the vicinity of the dominant wavelength has blue noise characteristics. In the present invention, the reach length D of the repulsive force between dots with respect to the above-described main wavelength is set to about the main wavelength. That is, let D be a repulsive force reachable range,

として設定する。これはミクロ量についての直接的な規定であり、フーリエ変換等の複雑な処理なしに、結果として現れるドットパターンが、低いディスクレパンシイを保ちながら青色ノイズ特性を持つことを保証するものである。なお、本発明においては、斥力は等方的な中心力であるものとする。 Set as. This is a direct rule for micro quantities, and ensures that the resulting dot pattern has blue noise characteristics while maintaining low discrepancy without complex processing such as Fourier transformation. . In the present invention, the repulsive force is an isotropic central force.

斥力の到達範囲の階調依存性は多少最適化の自由度を持っている。しかしながら、上述した主波長を力学的なスケーリングのために使用して、DLDS法を用いることにより、優れた特性の2値化パターンを得ることができる。この手法を、以下、スケーリングDLDS法と呼ぶ。   The gradation dependence of the reach of repulsion has some degree of freedom of optimization. However, by using the above-described dominant wavelength for dynamic scaling and using the DLDS method, a binarized pattern having excellent characteristics can be obtained. This method is hereinafter referred to as a scaling DLDS method.

上述したスケーリングDLDS法を適用することができる2値化手法について、より詳細に説明する。図42には、本発明を好適に適用することができる2値化処理の概略図を示す。図42(a)は、濃淡画像である原画像OPを示し、図42(b)は、区画ごとの濃度勾配を示し、図42(c)は、濃度勾配に関連して生成されたドットパターンを示す。図42(a)に示すように、原画像OPの複数の画素を覆うような区画に対して、その区画における階調勾配に忠実に初期ドットを発生させ、それをスケーリングDLDS法で最適化する。図に示す原画像には、図42(b)の等高線で示されるように濃度勾配が存在しているのが模式的に示されている。図42(b)では、等高線が高い側が濃度が低く、低い側が濃度が高くされている。その濃度勾配に対応して生成されたドットパターンが図42(c)に示されている。図42(b)と図42(c)とは、PrおよびPlどうしが対応する関係となっている。   The binarization method to which the above-described scaling DLDS method can be applied will be described in more detail. FIG. 42 shows a schematic diagram of binarization processing to which the present invention can be preferably applied. 42A shows the original image OP which is a grayscale image, FIG. 42B shows the density gradient for each section, and FIG. 42C shows the dot pattern generated in relation to the density gradient. Indicates. As shown in FIG. 42A, for a section covering a plurality of pixels of the original image OP, an initial dot is generated faithfully to the gradation gradient in the section, and is optimized by the scaling DLDS method. . In the original image shown in the figure, it is schematically shown that a density gradient exists as shown by the contour lines in FIG. In FIG. 42 (b), the higher the contour line, the lower the density, and the lower side, the higher the density. The dot pattern generated corresponding to the density gradient is shown in FIG. FIG. 42B and FIG. 42C have a relationship in which Pr and Pl correspond to each other.

また、本発明のスケーリングDLDS法は、周囲の区画におけるドットパターンを記憶させておき、それらのドットの作る斥力場を固定された外場として考え、各ドットの位置座標を斥力緩和法により取得させる。本発明のスケーリングDLDS法によれば、区画間の継ぎ目を実質的には見えなくすることができるので、小区画の間に現れがちな障害を実質的に除去できる。   The scaling DLDS method of the present invention stores dot patterns in the surrounding sections, considers the repulsive field created by those dots as a fixed external field, and obtains the position coordinates of each dot by the repulsive force relaxation method. . According to the scaling DLDS method of the present invention, the joints between the sections can be substantially invisible, so that obstacles that tend to appear between the small sections can be substantially eliminated.

本発明においては、原画像における連続的階調変化を含むような領域を、基本区画として考える。濃度は、0〜255の階調に均等に割り当てられており、それぞれの階調に対して充填率が定められている。当該区画は、複数の原画素を含む。その区画における初期配置の生成にあたっては、上述した確率抽出法を利用する。これにより、位置による階調変化と調和した初期ドットパターンが得られる。   In the present invention, an area including a continuous gradation change in the original image is considered as a basic section. The density is equally assigned to the gradations of 0 to 255, and the filling rate is determined for each gradation. The section includes a plurality of original pixels. In generating the initial arrangement in the section, the above-described probability extraction method is used. As a result, an initial dot pattern in harmony with the gradation change depending on the position is obtained.

ついで、LDS法を使用して生成された初期ドットパターンに対して斥力緩和法を適用してドットパターンの周波数特性を改善してゆく。その際には、ドット間斥力の到達範囲Dは、主波長に対するスケーリング則に関連して階調値の関数としてスケーリングするのを基本とする。しかしながら、本発明においては階調の勾配に応じて、   Next, the repulsion relaxation method is applied to the initial dot pattern generated using the LDS method to improve the frequency characteristics of the dot pattern. In this case, the reach range D of the repulsive force between dots is basically scaled as a function of the gradation value in relation to the scaling law with respect to the dominant wavelength. However, in the present invention, depending on the gradient of the gradation,

のように、主波長に関連した関数を使用して斥力の到達範囲を変更することもできる。 In this way, the reach of the repulsive force can be changed using a function related to the dominant wavelength.

本発明者らが鋭意検討した結果、ディザリィング・ビットマップの1画素あたり、100分の0.2以上の階調勾配がある場合には、   As a result of intensive studies by the inventors, when there is a gradation gradient of 0.2 / 100 or more per pixel of the dithering bitmap,

で与えられる関数を使用することが効果的に青色ノイズ特性を得ることができることが確認された。図43には、上記式を使用した斥力緩和法を使用して得られたドットパターンを示す。図43に示されるように、本発明のDLDS法によりドット間の間隔が、階調勾配に見合ってスケールリングされており、モワレ、ムラなどの欠陥のない、良好な2値化画像が得られているのが示されている。 It was confirmed that the blue noise characteristic can be obtained effectively by using the function given by. FIG. 43 shows a dot pattern obtained using the repulsive force relaxation method using the above equation. As shown in FIG. 43, the interval between dots is scaled in accordance with the gradation gradient by the DLDS method of the present invention, and a good binarized image free from defects such as moire and unevenness can be obtained. Is shown.

また、上述したスケーリングDLDS法では、原画像全体をひとつの小区画と見て初期ドットを生成して2値化作業を行うこともできるが、計算の高速化などには、原画像を小区画に分割することが望ましい。図44には、本発明における濃淡画像の二値化における小区画への分割を用いる場合の実施の形態を示す。図44に示された区画すべてをスキャンするにあたり、境界外に生成ドットがない場合は、上述した自己相似境界条件を使用して、ドットパターンを生成することができる。すなわち、初期配置を境界に折り返し、境界において形成される斥力場を外場として採用して、斥力緩和法を適用することができる。すでにドットパターンを生成した区画を境界として持つ区画(例えば図44の「P3」で指定された区画の左側境界)については、外部区画のドットパターンの一部(境界に接する領域)を記憶しておき、それを外場の源として扱うことができる。このようにすれば、区画の境界で継ぎ目などは生じない。誤差拡散法では、画質向上のため、小区画のスキャンにも様々な方式が存在するが、本発明の手法では、このような工夫の必要がなくなり、簡素なソフトウエアおよびハードウェアを用いることができる。   In the above-mentioned scaling DLDS method, the entire original image can be viewed as one small section to generate initial dots and binarization work can be performed. It is desirable to divide into two. FIG. 44 shows an embodiment in which division into small sections is used in binarization of a grayscale image in the present invention. When all the sections shown in FIG. 44 are scanned and there are no generated dots outside the boundary, the above-described self-similar boundary condition can be used to generate a dot pattern. That is, the repulsive force relaxation method can be applied by turning the initial arrangement around the boundary and adopting the repulsive field formed at the boundary as the external field. For a section having a section that has already generated a dot pattern as a boundary (for example, the left boundary of the section specified by “P3” in FIG. 44), a part of the dot pattern of the external section (the area that touches the boundary) is stored. It can be treated as a source of external fields. In this way, a seam or the like does not occur at the boundary between the sections. In the error diffusion method, there are various methods for scanning small sections in order to improve the image quality. However, in the method of the present invention, such a device is not necessary and simple software and hardware can be used. it can.

図45には、図44に示した小区画に分割した後に、自己相似境界条件を使用して得られた濃淡2値化ドットパターンの拡大図を示す。図45には境界が含まれているが、知覚するのは困難なのが示されている。また図45では例えば、図45の下側部分ではかなり急な階調勾配が与えられているが、階調によって、ドット間隔が主波長の程度で正しくスケールされており、光学的に大きな不都合が生じていないことがわかる。図45に示すように、本発明によれば、各区画において、周囲のドットパターンと調和させてドットパターンを生成することが可能となり、画像分割に伴う虚像、モワレ模様などがまったく現れない良好な二値化画像が得られることが示される。   FIG. 45 shows an enlarged view of the light and dark binary dot pattern obtained by using the self-similar boundary condition after being divided into the small sections shown in FIG. FIG. 45 includes a boundary, but is shown to be difficult to perceive. In FIG. 45, for example, a considerably steep gradation gradient is given in the lower part of FIG. 45, but the dot interval is correctly scaled by the degree of the main wavelength depending on the gradation, and there is a great optical disadvantage. It turns out that it has not occurred. As shown in FIG. 45, according to the present invention, it is possible to generate a dot pattern in harmony with surrounding dot patterns in each section, and no virtual images, moire patterns, etc. associated with image division appear at all. It is shown that a binarized image is obtained.

本発明者らは、さらに上述したスケーリングDLDS法を用いて、1対多マスク法におけるドットパターンの生成について検討を加えた。図5に示した1対多マスク法に対して、本発明を適用する場合について説明する。すなわち、1対多マスク法において各階調のドットパターンを作成するにあたり、スケーリングDLDS法を適用した。この場合には、各階調のドットパターンは、厳密にはMitsa-Parker条件を満足しないものの、本発明者らが検討したところ、1対多青色マスク法として充分に適用することができることが見出された。本発明において使用する決定的数列としてのLDSの特性から、異なる階調間でのドットパターンは独立したものとはならず、隣接する階調のパターンの間で相関が存在する。この相関は、連続的に階調が変化する場合の原画像の好ましい二値化のためには必要な条件とされており、本発明のスケーリングDLDS法が十分に1対多青色マスク法に対して適用することができる。   The present inventors further examined the dot pattern generation in the one-to-many mask method using the above-described scaling DLDS method. A case where the present invention is applied to the one-to-many mask method shown in FIG. 5 will be described. That is, the scaling DLDS method was applied to create a dot pattern of each gradation in the one-to-many mask method. In this case, although the dot pattern of each gradation does not strictly satisfy the Mitsa-Parker condition, the present inventors have found that it can be sufficiently applied as a one-to-multiple blue mask method. It was done. Due to the characteristics of LDS as a definitive sequence used in the present invention, dot patterns between different gradations are not independent, and there is a correlation between adjacent gradation patterns. This correlation is a necessary condition for preferable binarization of the original image when the gradation changes continuously, and the scaling DLDS method of the present invention is sufficient for the one-to-multiple blue mask method. Can be applied.

図46は、異なる階調の間でのLDSの相関を示した図である。図46では階調0.32と0.30が比較されている。なお、図46では、階調0.32としたときに階調0.30のドットに対して追加されるドットを■、階調0.30のドットを□で示している。図ではドット■を、ドット□に対して上書きしているため、黒く見える部分が、階調0.32において追加されたドットである。このような異なる階調間での相関は、階調変化に伴う擬似画像を除去するために望ましい。   FIG. 46 is a diagram showing the correlation of LDS between different gradations. In FIG. 46, the gradations 0.32 and 0.30 are compared. In FIG. 46, when the gradation is 0.32, the dots added to the gradation 0.30 dots are indicated by ■ and the gradation 0.30 dots are indicated by □. In the figure, since the dot ■ is overwritten on the dot □, the portion that appears black is a dot added at the gradation 0.32. Such a correlation between different gradations is desirable in order to remove a pseudo image accompanying a gradation change.

図46に示されたドットパターンに対して斥力緩和法を適用して緩和させたドットパターンを図47に示す。斥力緩和法による再配置が行われることにより、青色ノイズ特性をもつドットパターンに特徴的な、最近接ドット間隔がよく揃ったパターンが生成されている。また、図47においては、異なる二階調での重なりは初期配置ほど明確ではないが、0.02という比較的大きな階調差(本発明において説明する特定の実施の形態においては、階調を全体で256階調としているので、0.02の階調差は、約5階調分の差に対応する)にもかかわらず、大部分のドットは□と■で重なりを持っていることがわかる。したがって、スケーリングDLDS法で生成したパターンは、1対多青色しきい値マスクとしてきわめてよい特性を有していることが示される。これをしきい値マスクとして使用する際には、境界においてつなぎ目を生じさせないために、ドットの緩和過程において周期的境界条件を課するのが望ましい。   FIG. 47 shows a dot pattern relaxed by applying the repulsive force relaxation method to the dot pattern shown in FIG. By performing the rearrangement by the repulsive force relaxation method, a pattern having a well-aligned nearest dot characteristic, which is characteristic of a dot pattern having a blue noise characteristic, is generated. In FIG. 47, the overlap between two different gradations is not as clear as in the initial arrangement, but a relatively large gradation difference of 0.02 (in a specific embodiment described in the present invention, the gradation is entirely However, even though the gray level difference of 0.02 corresponds to the difference of about 5 gray levels), most of the dots are overlapped with □ and ■. . Therefore, it is shown that the pattern generated by the scaling DLDS method has very good characteristics as a one-to-multiple blue threshold mask. When this is used as a threshold mask, it is desirable to impose periodic boundary conditions in the dot relaxation process so as not to create seams at the boundaries.

また、本発明は、従来の1対1青色マスク生成手法において、出発点となる青色ノイズドットパターンの生成についても適用することができる。上述のMitsa-Parkerらの論文、または米国特許第5,543,941号明細書で開示された1対1のしきい値マスク作成方法では、中間階調において、青色ノイズ特性を持つドットパターンを出発点として用いる。本発明のスケーリングDLDS法で生成したドットパターンは、きわめて優れた青色ノイズ特性をもつため、その使用に使用することができることが確認できた。   The present invention can also be applied to the generation of a blue noise dot pattern as a starting point in the conventional one-to-one blue mask generation method. In the one-to-one threshold mask generation method disclosed in the above-mentioned Mitsa-Parker et al. Paper or US Pat. No. 5,543,941 specification, a dot pattern having blue noise characteristics is used as a starting point in an intermediate gradation. . Since the dot pattern generated by the scaling DLDS method of the present invention has extremely excellent blue noise characteristics, it was confirmed that it can be used for its use.

さらに、本発明者らは、本発明のスケーリングDLDS法を、ボロノイ分割に基づき、青色ノイズ特性を持つドットパターンの生成に適用した。本発明における確率抽出法とスケーリングDLDS法を適用してドットパターンを作る際、運動方程式の差分表現における右辺の相互作用力を求める必要がある。これは原則として、計算領域のすべてのドット対について計算を行わなければならない。このため、本発明においてはいわゆるバケット探索法を用いるなど、データ構造を工夫することで計算速度を相当に高速化可能である。ここで、ドット対を特定するにあたり、ボロノイ分割を利用するのは好ましい方法のひとつである。すなわち、あるタイムステップにおいて、図6(a)に示したようなボロノイ分割を行い、あるドットに働く斥力は、そのドットの属するボロノイ多角形に隣接するボロノイ多角形内部に存在するものについてだけ計算する。この近似は、連続階調画像の再現において、充分に現実的な近似となることが確認できた。   Furthermore, the present inventors applied the scaling DLDS method of the present invention to the generation of a dot pattern having blue noise characteristics based on Voronoi division. When the dot pattern is created by applying the probability extraction method and the scaling DLDS method in the present invention, it is necessary to obtain the interaction force on the right side in the differential expression of the equation of motion. In principle, this requires calculation for all dot pairs in the calculation area. For this reason, in the present invention, the calculation speed can be considerably increased by devising the data structure such as using a so-called bucket search method. Here, in specifying a dot pair, it is one of the preferable methods to use Voronoi division. That is, at a certain time step, Voronoi division as shown in FIG. 6 (a) is performed, and the repulsive force acting on a certain dot is calculated only for those existing inside the Voronoi polygon adjacent to the Voronoi polygon to which the dot belongs. To do. It has been confirmed that this approximation is a sufficiently realistic approximation in reproducing a continuous tone image.

本発明者らは、さらに、本発明のスケーリングDLDS法をHillerの緩和法に基づいてムラのないドットパターンをつくる方法について適用することを検討した。Hillerらの方法における初期位置生成を本発明のスケーリングDLDS法を用いて行うことで、これまで避けがたいとされてきたムラを避けることができることが可能であることが見出された。   The present inventors further examined the application of the scaling DLDS method of the present invention to a method of creating a dot pattern without unevenness based on Hiller's relaxation method. It has been found that by performing the initial position generation in the method of Hiller et al. Using the scaling DLDS method of the present invention, it is possible to avoid the unevenness that has been considered to be unavoidable until now.

パート IV:本発明による離散パターンを使用する光学部材、サイドライト装置、透過型液晶表示装置およびCCD用フォトマスクの製造
本発明者らは、LDS法および斥力緩和法を使用した離散パターンを含む光学部材、導光板、サイドライト・ユニット、CCD用フォトマスクなどの光学的部材、および液晶表示装置および離散パターン生成システムについてさらに検討を加えた。本発明において上述した離散パターンの生成方法を使用して生成された離散パターンは、種々の方法により平面、または立体上にパターニングすることができ、本発明の離散パターンを含む物体とすることができることが見出された。図48には、本発明の離散パターンを生成するために使用したコンピュータ・システムの実施の形態を示す。
Part IV: Manufacture of optical members, sidelight devices, transmissive liquid crystal display devices and photomasks for CCDs using discrete patterns according to the present invention We have optical optics including discrete patterns using LDS and repulsive force relaxation methods Further studies were made on optical members such as members, light guide plates, sidelight units, CCD photomasks, and liquid crystal display devices and discrete pattern generation systems. The discrete pattern generated using the method for generating a discrete pattern described above in the present invention can be patterned on a plane or a solid by various methods, and can be an object including the discrete pattern of the present invention. Was found. FIG. 48 illustrates an embodiment of a computer system used to generate the discrete pattern of the present invention.

図48に示すコンピュータ・システムは、上述した離散パターンの生成方法を実行するための中央処理装置(CPU)と、各種パラメータおよびドットの位置座標といった離散パターンの生成に必要となるデータを記憶するための記憶手段とを少なくとも含むコンピュータ22と、必要な表示を行うためのディスプレイ手段24と、各種パラメータを入力するための入力手段26と、本発明の離散パターンの生成方法を実行させるためのプログラムが記録された記憶媒体から、プログラムを読み取るとともに、生成された離散パターンに対応するディジタル・データを所定のフォーマットで書き込むための読出・書込手段28とを含んで構成されている。   The computer system shown in FIG. 48 stores a central processing unit (CPU) for executing the above-described discrete pattern generation method and data necessary for generating the discrete pattern such as various parameters and dot position coordinates. A computer 22 including at least a storage unit, a display unit 24 for performing necessary display, an input unit 26 for inputting various parameters, and a program for executing the discrete pattern generation method of the present invention. Read / write means 28 for reading a program from a recorded storage medium and writing digital data corresponding to the generated discrete pattern in a predetermined format.

本発明の離散パターン生成方法により生成された離散パターンから、当該離散パターンを含む物体を製造するためには、まず、コンピュータ22により得られた離散パターンを、プリンタ手段29によりハード・コピーとして出力させるか、またはディジタル・データとして読出:書込手段28へと出力させる。離散パターンがハード・コピーとして出力される場合には、本発明の離散パターンが記録された記録紙自体が、そのまま離散パターンを含む物体とされる。例えば、インクジェット・プリンタや、電子写真方式を使用するカラー・プリンタなどのプリンタ手段29により、コンピュータ22により得られた離散パターンを、ディザリング・パターンとして用い、そのまま紙、プラスチックシートといったパターン受容要素に印刷することもできる。また、プリンタ手段としては、可視光領域のレーザを使用するプリンタ手段を挙げることもできる。   In order to manufacture an object including a discrete pattern from the discrete pattern generated by the discrete pattern generation method of the present invention, first, the discrete pattern obtained by the computer 22 is output as a hard copy by the printer means 29. Or read as digital data: output to writing means 28. When a discrete pattern is output as a hard copy, the recording paper itself on which the discrete pattern of the present invention is recorded is used as an object including the discrete pattern as it is. For example, a discrete pattern obtained by the computer 22 by a printer means 29 such as an ink jet printer or a color printer using an electrophotographic method is used as a dithering pattern, and is directly used as a pattern receiving element such as paper or a plastic sheet. It can also be printed. Further, as the printer unit, a printer unit that uses a laser in the visible light region can be exemplified.

このような可視光レーザを使用するプリンタ手段としては、ディジタル・データを直接使用して、レーザといった方法により直接、離散パターン受容要素として使用される感光性フィルムに対して出力を行い、現像・定着後に各種フォトマスクといった光学部材として使用可能な物体とすることができるものを挙げることができる。このようなフォトマスクは、フォトレジストを使用するマイクロフォトリソグラフィーに提供することができ、感光性材料に対して本発明の離散パターンを付与することを可能とする。さらに、本発明においては、パターン受容要素としては、感光性樹脂を挙げることができ、本発明の離散パターン生成システムにより、可視光レーザにより感光性樹脂を層状に硬化させ、直接本発明の離散パターンを含む3次元物体を製造させることも可能である。   As a printer means using such a visible light laser, digital data is directly used to directly output to a photosensitive film used as a discrete pattern receiving element by a method such as a laser, and development and fixing. The thing which can be set as the object which can be used as optical members later, such as various photomasks, can be mentioned. Such a photomask can be provided for micro-photolithography using a photoresist, and makes it possible to apply the discrete pattern of the present invention to a photosensitive material. Furthermore, in the present invention, the pattern receiving element may include a photosensitive resin. The discrete pattern generation system of the present invention cures the photosensitive resin in layers with a visible light laser, and directly applies the discrete pattern of the present invention. It is also possible to manufacture a three-dimensional object including

図49には、本発明の離散パターンを含む光学部材の実施の形態であるフォトマスクの平面図を示す。フォトマスクは、ゼラチン・シート、ポリエチレンテレフタレートまたは光学的な適切な特性を含むように構成された複合シートといった光学シートに、ハロゲン化銀といった感光性材料を添加するなどして光強度を変調することができる光学的部材である。このフォトマスクは、例えばポジ型フォトレジスト、ネガ型フォトレジストといった感光性材料に対して適切なマイクロリソグラフィー法を使用して3次元的な構造を与えることができる。   In FIG. 49, the top view of the photomask which is embodiment of the optical member containing the discrete pattern of this invention is shown. Photomask modulates light intensity by adding a photosensitive material such as silver halide to an optical sheet such as gelatin sheet, polyethylene terephthalate or composite sheet configured to contain optically appropriate properties. It is an optical member capable of This photomask can give a three-dimensional structure using a microlithography method suitable for a photosensitive material such as a positive photoresist or a negative photoresist.

図50には、本発明の離散パターンを使用してマイクロフォトリソグラフィーにより離散パターンが形成された導光板30を示す。図50に示した導光板には、図示しない蛍光管CFLから照射される光線を矢線Cの方向へと散乱する。図50に示す導光板30には、このために光線を散乱させる離散パターン31が、導光板30の矢線Cで示される光線が放出される側とは反対側の面に形成されている。離散パターン31は、本発明の離散パターンの生成方法により生成されたものであり、フォトマスクを使用したマイクロリソグラフィーにより形成されている。   FIG. 50 shows a light guide plate 30 having a discrete pattern formed by micro-photolithography using the discrete pattern of the present invention. In the light guide plate shown in FIG. 50, light rays emitted from a fluorescent tube CFL (not shown) are scattered in the direction of arrow C. In the light guide plate 30 shown in FIG. 50, a discrete pattern 31 that scatters light rays for this purpose is formed on the surface of the light guide plate 30 opposite to the side from which the light rays indicated by arrow C are emitted. The discrete pattern 31 is generated by the discrete pattern generation method of the present invention, and is formed by microlithography using a photomask.

図50に示した実施の形態においては、離散パターン31は、四角錐台の形状とされ、導光板30における凹部として形成されたドット32から形成されている。本発明において使用することができるドットの形状、大きさについては特に制限はなく、特定の用途に対応して選択することができ例えば、多角形、円形、正方形、矩形、長円形、円錐台、多角形台を含む群から選択される少なくとも1つの2次元または3次元形状から適宜選択して使用することができる。さらに、本発明においては、これらの形状を複数混合して用いることも可能であるし、蛍光管CFLに対する配置を変化させて散乱性を調節することも可能である。   In the embodiment shown in FIG. 50, the discrete pattern 31 has a quadrangular pyramid shape and is formed from dots 32 formed as concave portions in the light guide plate 30. The shape and size of the dot that can be used in the present invention is not particularly limited, and can be selected according to a specific application, for example, polygon, circle, square, rectangle, oval, truncated cone, It can be used by appropriately selecting from at least one two-dimensional or three-dimensional shape selected from a group including a polygon base. Further, in the present invention, a plurality of these shapes can be mixed and used, and the scattering property can be adjusted by changing the arrangement with respect to the fluorescent tube CFL.

図51は、図50に示したドット32を詳細に示した拡大上面図である。図51に示されたドット32は、長辺32aが蛍光管CFLに向いており、短辺32bが、蛍光管CFLに対して垂直に配置されている。これらのドット32は、光線を散乱させることができるように導光板30の全面にわたり形成されている。しかしながら、導光板30の特に四隅における散乱性を向上させるために、図51に示した導光板のドット32には、導光板30の全体にわたり、本発明において使用する確率抽出法を使用して、ドット32に対して充填率分布が与えられている。例えば、充填率分布は、中央部では、充填率が低く、四隅に向かって充填率が50%以上、図51に示した実施の形態においては67%程度となるように高められている。   FIG. 51 is an enlarged top view showing in detail the dots 32 shown in FIG. 51, the long side 32a faces the fluorescent tube CFL, and the short side 32b is arranged perpendicular to the fluorescent tube CFL. These dots 32 are formed over the entire surface of the light guide plate 30 so that light rays can be scattered. However, in order to improve the scattering property, particularly at the four corners of the light guide plate 30, the probability extraction method used in the present invention is used for the dots 32 of the light guide plate shown in FIG. A filling rate distribution is given to the dots 32. For example, the filling rate distribution is increased so that the filling rate is low in the central portion, the filling rate is 50% or more toward the four corners, and about 67% in the embodiment shown in FIG.

図52は、図51に示したドット32のさらに詳細な上面図(a)と、ラインD−Dに沿った断面図(b)とを示す。図51に示される実施の形態においては、ドット32は、四角錐台の形状を有している。ドット32は、導光板30に対して凹部を形成することにより構成された3次元形状とされていて、その凹部深さdが8μmとされているのが示されている。また、ドット32の長辺lgは、図示した実施の形態においては100μmとされ、短辺shtが、30μmとされている。また、四角錐台として形成されるドット32の勾配βは、必要な散乱性を与えることができるように、深さdとの関係において適宜設定することができる。   FIG. 52 shows a more detailed top view (a) of the dot 32 shown in FIG. 51 and a cross-sectional view (b) along the line DD. In the embodiment shown in FIG. 51, the dots 32 have a quadrangular pyramid shape. It is shown that the dot 32 has a three-dimensional shape formed by forming a recess with respect to the light guide plate 30, and the recess depth d is 8 μm. Further, the long side lg of the dot 32 is 100 μm in the illustrated embodiment, and the short side sht is 30 μm. In addition, the gradient β of the dots 32 formed as a quadrangular pyramid can be appropriately set in relation to the depth d so that necessary scattering properties can be given.

図53は、上述したドット32の導光板30の全体における充填率分布を、等高線で示した図である。図53に示された導光板30の実施の形態においては導光板30の中央部では充填率は約10%程度とされ、導光板30の四隅に向かって散乱効果を高めるために充填率が高められており、特に破線で示した蛍光管CFLから離れた角部34においては、充填率が70%を越えるまで高められているのが示される。本発明の離散パターン生成方法では、LDS法、斥力緩和法を使用し、確率抽出法により充填率分布を生成するため、上述したような充填率分布を生成しても、目視される境界が確認できない良好な導光板を提供することができる。   FIG. 53 is a diagram showing the filling rate distribution of the dots 32 described above in the entire light guide plate 30 with contour lines. In the embodiment of the light guide plate 30 shown in FIG. 53, the filling rate is about 10% at the center of the light guide plate 30 and the filling rate is increased to increase the scattering effect toward the four corners of the light guide plate 30. In particular, in the corner portion 34 away from the fluorescent tube CFL indicated by a broken line, it is shown that the filling rate is increased to exceed 70%. In the discrete pattern generation method of the present invention, the LDS method and the repulsive force relaxation method are used, and the filling rate distribution is generated by the probability extraction method. Therefore, even if the filling rate distribution as described above is generated, the visible boundary is confirmed. A good light guide plate that cannot be provided can be provided.

図54は、本発明の光学部材として使用される導光板30の別の実施の形態を示した図である。図54に示した導光板30には、本発明の離散パターン31が、光線を放出する側とは反対側の面に複数のドット36により形成されている。図54に示した実施の形態においては、ドット36は、円錐台の形状とされており、図54に示した特定の実施の形態においては、円錐台は、直径が100μmであり、高さが15μmとされている。また、円錐台なので、蛍光管CFLに対してドット36自体は、特に方向性を有してはいない。   FIG. 54 is a diagram showing another embodiment of the light guide plate 30 used as the optical member of the present invention. In the light guide plate 30 shown in FIG. 54, the discrete pattern 31 of the present invention is formed by a plurality of dots 36 on the surface opposite to the light emitting side. In the embodiment shown in FIG. 54, the dots 36 are in the shape of a truncated cone. In the particular embodiment shown in FIG. 54, the truncated cone has a diameter of 100 μm and a height of 15 μm. Moreover, since it is a truncated cone, the dot 36 itself has no particular directionality with respect to the fluorescent tube CFL.

図55は、さらに本発明の導光板30のさらに別の実施の形態を示した図である。図55に示される導光板30には、蛍光管CFLに対する配置が互いに異なるドット38、ドット40を含む本発明の離散パターンが付されていて、これらが領域(a)、領域(b)、領域(c)として区分されているのが示されている。ドット38は、導光板に対して凹部として形成された四角錐台であり、長辺が100μm、蛍光管CFLに対して垂直な短辺が70μmとされ、ドット40は、ドット38と同一の形状ではあるが、蛍光管CFLに対しての配置が、ドット中心まわりに回転されて形成されている。図55に示した導光板30の実施の形態では、上述した複数のドットの中心座標を本発明の離散パターンの生成方法を使用して与え、その後にドットを回転させることにより生成することができる。図55に示した実施の形態においては、さらに領域(b)としてドット38と、ドット40とを混在させた領域を形成することにより隅部における散乱性を調節する構成が採用されている。図55に示した実施の形態においては、ドットの蛍光管CFLに対する相対配置のみを調整することにより、部分的に導光板30から放出される光線の分布を変化させることを可能とする。   FIG. 55 is a view showing still another embodiment of the light guide plate 30 of the present invention. The light guide plate 30 shown in FIG. 55 is provided with the discrete pattern of the present invention including dots 38 and dots 40 that are different from each other in arrangement with respect to the fluorescent tube CFL, and these are regions (a), (b), and regions. It is shown that it is classified as (c). The dot 38 is a quadrangular pyramid formed as a recess with respect to the light guide plate, the long side is 100 μm, the short side perpendicular to the fluorescent tube CFL is 70 μm, and the dot 40 has the same shape as the dot 38. However, the arrangement with respect to the fluorescent tube CFL is formed by rotating around the dot center. In the embodiment of the light guide plate 30 shown in FIG. 55, the center coordinates of the plurality of dots described above can be provided by using the discrete pattern generation method of the present invention, and then the dots can be rotated. . In the embodiment shown in FIG. 55, a configuration is adopted in which the scattering property at the corner is adjusted by forming a region in which dots 38 and dots 40 are mixed as region (b). In the embodiment shown in FIG. 55, it is possible to partially change the distribution of light emitted from the light guide plate 30 by adjusting only the relative arrangement of dots to the fluorescent tube CFL.

図56には、本発明の導光板30を含むサイドライト装置の部分断面図を示す。本発明のサイドライト装置は、例えば透過型液晶表示装置のバックライト・ユニットとして使用することができ、図56に示したバックライト・ユニットには、さらに拡散シート、プリズム・シートといった光学部材が含まれているが、説明の便宜上、拡散シート、プリズム・シートといった本発明においては本質的ではない構成要素については省略している。図56に示すように、本発明のサイドライト装置は、光源42と、この光源を保持するためのランプソケット44と、本発明の離散パターンが形成された導光板46と、光源42を覆って、光源42からの光線を効率的に導光板46へと入射させるためのリフレクタ48とを含んで構成されている。上述した光源としては、蛍光管CFLを使用することができる。   FIG. 56 shows a partial sectional view of a sidelight device including the light guide plate 30 of the present invention. The sidelight device of the present invention can be used, for example, as a backlight unit of a transmissive liquid crystal display device, and the backlight unit shown in FIG. 56 further includes optical members such as a diffusion sheet and a prism sheet. However, for convenience of explanation, components that are not essential in the present invention such as a diffusion sheet and a prism sheet are omitted. As shown in FIG. 56, the side light device of the present invention covers the light source 42, the lamp socket 44 for holding the light source, the light guide plate 46 on which the discrete pattern of the present invention is formed, and the light source 42. , And a reflector 48 for efficiently allowing the light beam from the light source 42 to enter the light guide plate 46. As the light source described above, a fluorescent tube CFL can be used.

リフレクタ48に隣接して、導光板46の下側には、銀といった高反射率の材料から形成された反射シート50が配置されていて、光源42からの光線をより効率的に矢線Eで示される方向へと放出する構成とされている。図55に示したサイドライト装置に使用される反射シート50には、導光板46に反射シート50が密着することによりニュートンリングが形成され、バックライト・ユニットとして構成した場合にモアレ模様以外にも、ニュートンリング状の模様による品位低下を防止することは必要とされる場合が生じる。   A reflection sheet 50 made of a highly reflective material such as silver is disposed adjacent to the reflector 48 and below the light guide plate 46, and the light from the light source 42 is more efficiently indicated by the arrow E. It is set as the structure discharge | released to the direction shown. In the reflection sheet 50 used in the sidelight device shown in FIG. 55, a Newton ring is formed by the reflection sheet 50 being in close contact with the light guide plate 46, and in addition to the moire pattern when configured as a backlight unit. In some cases, it is necessary to prevent the deterioration of the quality due to the Newton ring pattern.

特に近年では、透過型液晶表示装置におけるバックライト・ユニットの反射効率を上げるため、銀などの金属を、ポリエチレンテレフタレートといったシートにスパッタリングで付着させたものが使われるようになっている。このような高反射率の反射シート50を導光板46に密着させると、反射シート50のたわみによって上述したようにニュートンリング状の縞模様が観察され、透過型液晶表示装置の表示品質を著しく低下させてしまうことになる。この干渉縞を抑制するために、反射シート50と導光板との間に、20μm程度の隙間を形成することが有効である。   Particularly in recent years, in order to increase the reflection efficiency of a backlight unit in a transmissive liquid crystal display device, a metal such as silver deposited on a sheet of polyethylene terephthalate by sputtering has been used. When the reflection sheet 50 having such a high reflectance is brought into close contact with the light guide plate 46, Newton ring-like stripe patterns are observed as described above due to the deflection of the reflection sheet 50, and the display quality of the transmissive liquid crystal display device is significantly deteriorated. I will let you. In order to suppress this interference fringe, it is effective to form a gap of about 20 μm between the reflection sheet 50 and the light guide plate.

図57は、図56において説明した反射シート50の上面図を示す。図57に示すように、反射シート50には、本発明によりドット52を含んで生成された離散パターンを含む凹凸が形成されているのが示されている。反射シート50に形成された離散パターンを形成するドット52は、UV硬化性インクなどを使用するスクリーン印刷といった方法により形成され、光学的特性を必要以上に低下させないように、光学的濃度が低くされている。図57に示した実施の形態においては、離散パターンは、ドット52として、100μm径の高さ15μm程度とされている。   FIG. 57 shows a top view of the reflection sheet 50 described in FIG. As shown in FIG. 57, it is shown that the reflection sheet 50 is formed with unevenness including a discrete pattern generated by including the dots 52 according to the present invention. The dots 52 forming the discrete pattern formed on the reflective sheet 50 are formed by a method such as screen printing using UV curable ink, and the optical density is lowered so as not to deteriorate the optical characteristics more than necessary. ing. In the embodiment shown in FIG. 57, the discrete pattern is a dot 52 having a diameter of 100 μm and a height of about 15 μm.

図58には、本発明により生成された離散パターンを含む反射シート50の概略的な断面図を示す。図58に示されるように、本発明の離散パターンを含んで形成された反射シート50は、ポリエチレンテレフタレートといった基材54上にスパッタリングといった方法により堆積された銀といった反射層56と、この反射層56上に形成されたドット52からなる本発明の離散パターンとを含んで構成されている。図示しない導光板は、反射シート50に対してドット52を介して接触することで、反射シート50と、導光板との間の不適切な接触または近接を防止して、ニュートンリング状の模様の発生を低減させている。   FIG. 58 shows a schematic cross-sectional view of the reflection sheet 50 including a discrete pattern generated according to the present invention. As shown in FIG. 58, the reflective sheet 50 formed to include the discrete pattern of the present invention includes a reflective layer 56 such as silver deposited by sputtering on a base material 54 such as polyethylene terephthalate, and the reflective layer 56. And the discrete pattern of the present invention comprising the dots 52 formed thereon. A light guide plate (not shown) is brought into contact with the reflective sheet 50 via the dots 52 to prevent inappropriate contact or proximity between the reflective sheet 50 and the light guide plate, and a Newton ring-like pattern is formed. Occurrence is reduced.

上述した離散パターンを形成するドット52の充填率をあまり上げると反射効率が低下するので、充填率は、約10%以下とすることが望ましい。図57および図58に示した実施の形態においては、充填率は、反射シート全面にわたり均一で、2.5%とされている。   If the filling rate of the dots 52 forming the discrete pattern described above is increased too much, the reflection efficiency is lowered. Therefore, the filling rate is preferably about 10% or less. In the embodiment shown in FIGS. 57 and 58, the filling rate is uniform over the entire surface of the reflection sheet and is 2.5%.

本発明により生成された離散パターンは、一様性とランダム性とを共に充分に満足させているので、重なったドットが目視されたり、ムラとして目視されたりすることはない。また、アクリル樹脂などで製造された導光板とは、スクリーン印刷により形成された樹脂からなるドットであるため、導光板下部を損傷することによる不都合を低減することを可能とする。   The discrete pattern generated according to the present invention sufficiently satisfies both uniformity and randomness, so that overlapping dots are not visually observed or uneven. In addition, the light guide plate made of acrylic resin or the like is a dot made of resin formed by screen printing, so that it is possible to reduce inconvenience due to damage to the lower portion of the light guide plate.

図59には、本発明の離散パターンを含む導光板を使用した透過型液晶表示装置の分解斜視図を示す。図59に示す本発明の実施の形態の透過型液晶表示装置58は、透過型液晶表示装置58の有効画面を画成するための表示用ウインドウ60を画成する上部フレーム62と、本発明のサイドライト装置を使用したバックライト・ユニット64と、上部フレーム62とバックライト・ユニット64との間に配置された液晶表示パネル66と、スペーサ68と、拡散シート70と、プリズム・シート72とを含んで構成されている。   FIG. 59 is an exploded perspective view of a transmissive liquid crystal display device using a light guide plate including a discrete pattern according to the present invention. The transmissive liquid crystal display device 58 of the embodiment of the present invention shown in FIG. 59 includes an upper frame 62 that defines a display window 60 for defining an effective screen of the transmissive liquid crystal display device 58, and the present invention. A backlight unit 64 using a sidelight device, a liquid crystal display panel 66 disposed between the upper frame 62 and the backlight unit 64, a spacer 68, a diffusion sheet 70, and a prism sheet 72 are provided. It is configured to include.

バックライト・ユニット64は、下側ケース74上に載置されていて、上部フレーム62と、一体として保持されることで透過型液晶表示装置58を構成している。図59に示した透過型液晶表示装置におけるバックライト・ユニットは、本発明の導光板76を含んで構成されており、蛍光管CFLから照射された光線を効率よく、また四隅における輝度変化、またモアレ模様といった不都合を生じさせずに液晶表示パネル66へと放出させ、良好な表示を行うことを可能としている。   The backlight unit 64 is placed on the lower case 74 and is held integrally with the upper frame 62 to constitute a transmissive liquid crystal display device 58. The backlight unit in the transmissive liquid crystal display device shown in FIG. 59 is configured to include the light guide plate 76 of the present invention, and efficiently emits light emitted from the fluorescent tube CFL, changes in luminance at four corners, The liquid crystal display panel 66 is released without causing inconvenience such as a moiré pattern, and a good display can be performed.

図60は、本発明のさらに他の実施の形態である、遮光シートを示す。このような遮光シートは、液晶表示装置に使用され、液晶表示装置の輝度一様性を改善する等の目的で散乱板の透過率を場所により変化させたい場合に使用される。たとえば、いわゆるエッジライト型の構成では、ランプ際に輝線と呼ばれる明暗模様が生じることがしばしばある。これは輝線の部分で透過率を局所的に下げることでおおむね消すことができる。液晶表示装置を構成する散乱板、もしくは透明フィルムに、白インクをUV硬化性樹脂で溶解したものを印刷し、ドットパターンを形成することで、遮光シートに対してこのような効果を付与することができる。特にこの種のドットパターンの特徴は、充填率勾配が大きいことである。上述したような導光板のスタンパーパターンでは、望ましい実施例における充填率勾配は、高々ドット径あたり0.4パーセント程度であるが、遮光印刷では、数ミリの幅にドットでグラデーションをつける必要があり、その数倍から10倍の充填率勾配を要求される。このため、本発明のドット自動生成・自動削除法が特に有効に適用できる。   FIG. 60 shows a light-shielding sheet which is still another embodiment of the present invention. Such a light shielding sheet is used in a liquid crystal display device, and is used when the transmittance of the scattering plate is to be changed depending on the location for the purpose of improving the luminance uniformity of the liquid crystal display device. For example, in a so-called edge light type configuration, a bright and dark pattern called a bright line often occurs at the time of a lamp. This can be largely eliminated by locally reducing the transmittance at the bright line portion. To give this effect to the light-shielding sheet by printing a scattering plate or a transparent film that makes up a liquid crystal display device with white ink dissolved in a UV curable resin and forming a dot pattern. Can do. In particular, this type of dot pattern is characterized by a large filling rate gradient. In the stamper pattern of the light guide plate as described above, the filling rate gradient in the preferred embodiment is at most about 0.4% per dot diameter, but in light-shielding printing, it is necessary to add gradation with dots to a width of several millimeters. A filling rate gradient of several to 10 times is required. For this reason, the dot automatic generation / deletion method of the present invention can be applied particularly effectively.

図60に示された本発明により形成された遮光シート80は、手前側に面と平行に配されたランプ近傍の輝線を消すために、透過率の低い領域80aが端部に沿って設けられている。また、ランプと逆の辺では、導光板端からの光漏れとその反射光により、しばしば輝度がその領域で高くなることがあるが、これを補正するために、その近傍で透過率の低い領域80bが端部に沿って設けられている。これらの間の領域80cと、領域80a、80bとの間には充填率分布の傾斜が大きいので、ドットが局在化しがちとなる。ここで、本発明におけるドット自動生成・自動削除法を使用することで、ドットの局在を解消し、良好な離散パターンを与えることが可能となる。   The light shielding sheet 80 formed according to the present invention shown in FIG. 60 is provided with a low transmittance region 80a along the end portion in order to erase the bright line near the lamp arranged in parallel with the surface on the front side. ing. Also, on the opposite side of the lamp, the luminance often increases in that region due to light leakage from the edge of the light guide plate and its reflected light. To correct this, a region with low transmittance in the vicinity 80b is provided along the end. Since the gradient of the filling rate distribution is large between the region 80c between these and the regions 80a and 80b, the dots tend to be localized. Here, by using the dot automatic generation / deletion method according to the present invention, it is possible to eliminate dot localization and provide a good discrete pattern.

図61には、本発明が適用できるさらに別の実施の形態であるCCDレンズのフォトマスク82の実施の形態を示す。CCDレンズのフォトマスク82も、微小ドットパターンを光学的変調要素として使用して、透過率を制御し、フォトマスクとして供されている。本発明の離散パターンをフォトマスクとして適用する場合には、ドットをランダムに、かつ中心対称な密度分布を持たせるように配置することで、微小CCDレンズ用のフォトマスクを作成する方法が説明されている。ランダムにしてドットの規則配列を避けるのは、フォトマスクが回折格子として働き、透過光に色づきなどの問題が生ずるのを避けるためである。   FIG. 61 shows an embodiment of a photomask 82 for a CCD lens, which is still another embodiment to which the present invention can be applied. The photomask 82 of the CCD lens is also used as a photomask by controlling the transmittance using a minute dot pattern as an optical modulation element. When the discrete pattern of the present invention is applied as a photomask, a method of creating a photomask for a micro CCD lens by arranging dots randomly and having a centrally symmetric density distribution is described. ing. The reason why random dot arrangement is avoided is to prevent the photomask from acting as a diffraction grating and causing problems such as coloring of transmitted light.

図61に示したフォトマスク82は、光透過性支持体84に本発明のドット86を含んで形成された本発明の離散パターン88が形成されている。図61に示した離散パターンは、ドットの密度勾配をレンズの凹凸として転写するため、その充填率勾配は比較的大きく、ドット径あたりの充填率勾配は、遮光印刷パターンと同じ程度とされている。本発明の離散パターンをフォトマスクとして用いることにより、従来技術では不可避であった透過光におけるムラの問題は生じず、精度よくCCDレンズを製作できる。   The photomask 82 shown in FIG. 61 is formed with the discrete pattern 88 of the present invention formed by including the dots 86 of the present invention on the light transmissive support 84. The discrete pattern shown in FIG. 61 transfers the density gradient of dots as lens irregularities, so that the filling rate gradient is relatively large, and the filling rate gradient per dot diameter is about the same as that of the light-shielding printing pattern. . By using the discrete pattern of the present invention as a photomask, the problem of unevenness in transmitted light, which is inevitable in the prior art, does not occur, and a CCD lens can be manufactured with high accuracy.

また、本発明の離散パターンを使用して、フォトリソグラフィの用の光を均一化するためのフィルタを作成した。本発明のスケーリングDLDS法により与えられた離散パターンは、階調勾配を持ちつつ、任意の階調において主波長に関する制約を満たしたドットパターンを提供でき、良好な特性のフィルタを提供することができ、透過光におけるムラ(区画分割に伴う虚像を含む)や色づきといった不都合の発生した良好な特性のフィルタを提供することができた。   Moreover, the filter for equalizing the light for photolithography was created using the discrete pattern of this invention. The discrete pattern given by the scaling DLDS method of the present invention can provide a dot pattern that satisfies the restrictions on the dominant wavelength at any gradation while having a gradation gradient, and can provide a filter with good characteristics. Thus, it was possible to provide a filter with good characteristics in which inconveniences such as unevenness in transmitted light (including virtual images associated with partitioning) and coloring occurred.

本発明の離散パターンは、上述したように光線の散乱、光線の透過、光線の吸収のいずれかにより種々の光学的特性を与えることができる部材に使用することができ、このような光学的特性を与えることができる光学部材としては、具体的には例えば、導光板、散乱板、ディザリング・パターン、リソグラフィー用フォトマスク・パターンなどを挙げることができる。   As described above, the discrete pattern of the present invention can be used for a member that can give various optical characteristics by any of light scattering, light transmission, and light absorption, and such optical characteristics. Specific examples of the optical member capable of providing a light guide plate include a light guide plate, a scattering plate, a dithering pattern, a photomask pattern for lithography, and the like.

また、本発明の離散パターンは、特に光学的特性は必要とされない、例えばタイヤ、靴底などの滑り止めパターンにも使用することができる。   In addition, the discrete pattern of the present invention can be used for an anti-slip pattern such as a tire or a shoe sole that does not require optical characteristics.

さらに、本発明の離散パターン生成方法は、種々のプログラミング言語、例えばC言語により記述することができ、本発明のプログラムを記述したコードは、フロッピー(登録商標)・ディスク、ハード・ディスク、コンパクト・ディスク、光磁気ディスク、ディジタル・バーサタイル・ディスク(DVD)、磁気テープといった記憶媒体に記憶することができる。   Further, the discrete pattern generation method of the present invention can be described in various programming languages, for example, C language, and the code describing the program of the present invention is a floppy (registered trademark) disk, hard disk, compact disk, etc. It can be stored in a storage medium such as a disk, a magneto-optical disk, a digital versatile disk (DVD), or a magnetic tape.

上述したように、本発明によれば、
(1)低充填率から50%以上の高充填率に至るまで任意の充填率分布を、光学的な品質低下を生じさせることなく、
(2)ドット間の重なりや異常接近のない、
(3)高い一様性を保持しつつ、充分なランダム性を保持した
離散パターンの生成方法を提供することができる。本発明の離散パターンを含む導光板、散乱板、サイドライト装置などの光学的性質は、光線照射の一様性、輝度分布などを顕著に改善することを可能とする、離散パターン、該離散パターンを用いた光学部材、導光板、サイドライト装置、透過型液晶表示装置、該離散パターンの生成方法および該離散パターンを生成するためのプログラム、該離散パターンを生成するためのコンピュータ可読なプログラムが記録されたコンピュータ可読な記録媒体並びに離散パターン生成システムを提供するものである。
As mentioned above, according to the present invention,
(1) Arbitrary filling rate distribution from low filling rate to high filling rate of 50% or more, without causing optical quality degradation,
(2) No overlap between dots or abnormal approach,
(3) It is possible to provide a method for generating a discrete pattern that maintains sufficient randomness while maintaining high uniformity. The optical properties of the light guide plate, the scattering plate, the sidelight device, etc. including the discrete pattern according to the present invention can significantly improve the uniformity of light irradiation, the luminance distribution, etc., and the discrete pattern An optical member, a light guide plate, a sidelight device, a transmissive liquid crystal display device, a method for generating the discrete pattern, a program for generating the discrete pattern, and a computer-readable program for generating the discrete pattern are recorded A computer-readable recording medium and a discrete pattern generation system are provided.

また、本発明によれば、ドット径あたりの充填率変化が1パーセントを越えるような急峻な充填率勾配が必要とされる場合に、特に本手法を使うと、任意の充填率分布に従った良好な特性の離散パターンを得ることが可能である。このように生成された離散パターンは、液晶表示装置の遮光シートに好適に適用することができ、一様な輝度をもつ液晶表示装置の遮光シートを作成することが可能となる。同様に、本発明を微小CCDレンズ製作用のフォトマスクに適用することで、精度の高いCCDレンズを作成することができる。   In addition, according to the present invention, when a steep filling rate gradient is required such that a change in filling rate per dot diameter exceeds 1%, this method is used to follow an arbitrary filling rate distribution. It is possible to obtain a discrete pattern with good characteristics. The discrete pattern generated in this manner can be suitably applied to a light shielding sheet for a liquid crystal display device, and a light shielding sheet for a liquid crystal display device having uniform luminance can be created. Similarly, by applying the present invention to a photomask for producing a minute CCD lens, a highly accurate CCD lens can be produced.

また、本発明においては、連続階調の白黒又はカラー画像を、濃度に関して二値あるいは多値に変換して出力するインクジェットプリンタ等をはじめレーザービームプリンタ、ファクシミリや印刷機などの機器において中間調を好ましく表現できる。すなわち、ざらつき感、むら、規則的な模様、などの障害がなく一様で滑らかに中間調を表現できる。総じて言えば、本発明は、良好に分散した一様に不均一な離散パターンを提供することを可能とし、本発明の離散パターンは、良好な特性を有する光学的変調要素およびこの光学的変調要素を含む光学的部材並びに濃淡画像の2値化パターンを提供することを可能とするものといえる。   Further, in the present invention, halftones are used in devices such as an ink jet printer that outputs a continuous tone black-and-white or color image after being converted into binary or multi-valued density, and laser beam printers, facsimiles, and printing machines. It can be expressed preferably. In other words, a uniform and smooth halftone can be expressed without any obstacles such as rough feeling, unevenness, and regular patterns. Generally speaking, the present invention makes it possible to provide a well-distributed and uniformly non-uniform discrete pattern, the discrete pattern of the present invention comprising an optical modulation element having good characteristics and the optical modulation element It can be said that it is possible to provide an optical member including a binary pattern of a grayscale image.

従来の擬似乱数発生法により生成されたドット・パターンを示した図。The figure which showed the dot pattern produced | generated by the conventional pseudorandom number generation method. 従来の透過型液晶表示装置の構成を示した分解斜視図。The disassembled perspective view which showed the structure of the conventional transmissive liquid crystal display device. 従来のランダムな離散パターンを適用した反射型液晶表示装置を示した分解斜視図。The disassembled perspective view which showed the reflection type liquid crystal display device to which the conventional random discrete pattern was applied. 従来の濃淡画像の二値化プロセスを示した図。The figure which showed the binarization process of the conventional grayscale image. 従来の1対多マスク法の二値化プロセスを示した図。The figure which showed the binarization process of the conventional one-to-many mask method. 従来の規則的ディザ法を使用した濃淡画像の二値化プロセスを示した図。The figure which showed the binarization process of the grayscale image using the conventional regular dither method. 本発明のおいて使用するLDS法のフローチャート。The flowchart of the LDS method used in this invention. 本発明における点列の生成方法を示した図。The figure which showed the production | generation method of the point sequence in this invention. 本発明においてLDS法による初期位置の生成を説明した図。The figure explaining the production | generation of the initial position by LDS method in this invention. 本発明によりLDS法を使用してドット数50の場合に生成された初期位置を示した図。The figure which showed the initial position produced | generated in the case of 50 dots using the LDS method by this invention. LDS法により生成された初期位置と、擬似乱数により生成された初期位置と、を示した図。The figure which showed the initial position produced | generated by LDS method, and the initial position produced | generated by pseudorandom numbers. 本発明においてGLP法を使用して生成された低ディスクレパンシイを有する初期位置を示した図。The figure which showed the initial position which has the low discrepancy produced | generated using GLP method in this invention. 本発明において使用する斥力緩和法の概略図。Schematic of repulsive force relaxation method used in the present invention. 本発明における斥力緩和法に使用する座標系を示した概略図。Schematic which showed the coordinate system used for the repulsive force relaxation method in this invention. 斥力モデルのrに対する依存性を示した図。The figure which showed the dependence with respect to r of a repulsive force model. 斥力モデルの各パラメータの関係を示した図。The figure which showed the relationship of each parameter of a repulsion model. 楕円モデルを使用して得られた斥力場を示した図。The figure which showed the repulsive force field obtained using the ellipse model. 矩形モデルを使用して得られた斥力場を示した図。The figure which showed the repulsion field obtained using the rectangular model. rに対するVの収束性を示した図。The figure which showed the convergence of V with respect to r. 本発明において使用する斥力緩和法のフローチャート。The flowchart of the repulsive force relaxation method used in this invention. LDS法および斥力緩和法により生成された離散パターンと、擬似乱数により生成された離散パターンとを示した図。The figure which showed the discrete pattern produced | generated by the LDS method and the repulsive force relaxation method, and the discrete pattern produced | generated by the pseudorandom numbers. 図20に示したプロセスにより得られた本発明に離散パターンを示した図。The figure which showed the discrete pattern in this invention obtained by the process shown in FIG. 図20に示したプロセスにより斥力として矩形モデルを使用して生成された本発明の離散パターンを示した図。The figure which showed the discrete pattern of this invention produced | generated using the rectangular model as a repulsion by the process shown in FIG. 本発明で使用する自己境界条件を示した図。The figure which showed the self-boundary condition used by this invention. 離散パターンにおける充填率分布を示した図。The figure which showed the filling rate distribution in a discrete pattern. 確率抽出法を使用して得られた離散パターンを示した図。The figure which showed the discrete pattern obtained using the probability extraction method. 各方法により生成された離散パターンのディスクレパンシイを、ドットの数に対してプロットした図。The figure which plotted the discrepancy of the discrete pattern produced | generated by each method with respect to the number of dots. 擬似乱数を用いた方法による離散パターンの一様性を示した図。The figure which showed the uniformity of the discrete pattern by the method using pseudorandom numbers. LDS法および斥力緩和法による離散パターンの一様性を示した図。The figure which showed the uniformity of the discrete pattern by the LDS method and the repulsive force relaxation method. 離散パターンから実測されたディスクレパンシイを示した図。The figure which showed the discrepancy measured from the discrete pattern. 正方格子の各格子点にドットを配置する際の正方格子を、5×5の構成として示した図。The figure which showed the square lattice at the time of arrange | positioning a dot at each lattice point of a square lattice as a 5x5 structure. 正方格子について得られるgの値を示した図。The figure which showed the value of g obtained about a square lattice. 斥力緩和法により生成された充填率変化の急な部分での離散パターンを示した図。The figure which showed the discrete pattern in the abrupt part of the filling rate change produced | generated by the repulsion relaxation method. 本発明において使用する矩形領域と充填率分布関数を示した図。The figure which showed the rectangular area | region used in this invention, and a filling rate distribution function. 本発明において使用するバブルを定義した図。The figure which defined the bubble used in this invention. 本発明におけるドット自動生成のための領域分割方法を示した図The figure which showed the area division | segmentation method for the dot automatic generation in this invention 本発明において使用するバブル間に作用させる力を示した図。The figure which showed the force made to act between the bubbles used in this invention. 本発明のドット自動生成・自動削除手法のフローチャート。The flowchart of the dot automatic production | generation / automatic deletion method of this invention. 本発明においてドット自動生成・自動削除を行う場合に使用する矩形領域と、充填率分布関数の実施の形態を示した図。The figure which showed embodiment of the rectangular area | region used when performing dot automatic generation and automatic deletion in this invention, and a filling rate distribution function. 本発明のドット自動生成処理により生成される以前のドットパターンを示した図。The figure which showed the previous dot pattern produced | generated by the dot automatic production | generation process of this invention. 本発明にしたがってドットが追加された直後のドットパターンを示した図。The figure which showed the dot pattern immediately after a dot was added according to this invention. 本発明を好適に適用することができる2値化処理の概略図。Schematic of the binarization process which can apply this invention suitably. 本発明により斥力緩和法を使用して得られたドットパターンを示した図。The figure which showed the dot pattern obtained using the repulsion relaxation method by this invention. 本発明における濃淡画像の二値化における小区画への分割を用いる場合の実施の形態を示した図。The figure which showed embodiment in the case of using the division | segmentation into the subsection in the binarization of the gray image in this invention. 本発明において得られた濃淡画像の二値化パターンを示した図。The figure which showed the binarization pattern of the grayscale image obtained in this invention. 階調0.32と0.30の異なる階調の間でのLDSの相関を示した図。The figure which showed the correlation of LDS between the different gradations of the gradations 0.32 and 0.30. 図46に示されたドットパターンに対して斥力緩和法を適用して緩和させたドットパターンを示した図。The figure which showed the dot pattern relaxed by applying the repulsive force relaxation method with respect to the dot pattern shown in FIG. 本発明において使用するコンピュータ・システムを示した図。The figure which showed the computer system used in this invention. 本発明の光学部材の実施の形態を示した図。The figure which showed embodiment of the optical member of this invention. 本発明の光学部材の実施の形態を示した図。The figure which showed embodiment of the optical member of this invention. 図32の離散パターンのドットの拡大詳細図。FIG. 33 is an enlarged detailed view of dots of the discrete pattern of FIG. 32. 図33に示したドットのさらに詳細な拡大詳細図。FIG. 34 is a more detailed enlarged detail view of the dots shown in FIG. 33. 本発明の実施の形態における充填率分布を示した図。The figure which showed the filling rate distribution in embodiment of this invention. 本発明の別の実施の形態におけるドット形状を示した図。The figure which showed the dot shape in another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施の形態を示した図。The figure which showed another embodiment of this invention. 本発明のサイドライト装置の実施の形態を示した断面図。Sectional drawing which showed embodiment of the sidelight apparatus of this invention. 本発明の離散パターンが形成された反射シートを示した図。The figure which showed the reflective sheet in which the discrete pattern of this invention was formed. 図57に示した反射シートの拡大断面図。FIG. 58 is an enlarged cross-sectional view of the reflection sheet shown in FIG. 57. 本発明の透過型液晶表示装置の分解斜視図。1 is an exploded perspective view of a transmissive liquid crystal display device of the present invention. 本発明により離散パターンが形成された遮光シートの斜視図。The perspective view of the light shielding sheet in which the discrete pattern was formed by this invention. 本発明により離散パターンが形成されたCCD用フォトマスクを示した図。The figure which showed the photomask for CCD in which the discrete pattern was formed by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…ドット
12…ドット
14…ドット
16…ドット
18…ドット
19…ドット
22…コンピュータ
24…ディスプレイ手段
26…入力手段
28…読出・書込手段
29…プリンタ手段
30…導光板
31…離散パターン
32…ドット
34…導光板の角部
36…ドット
38…ドット
40…ドット
42…光源
44…ランプソケット
46…導光板
48…リフレクタ
50…反射シート
52…ドット
54…基材
56…反射層
58…透過型液晶表示装置
60…表示用ウインドウ
62…上部フレーム
64…バックライト・ユニット
66…液晶表示パネル
68…スペーサ
70…拡散シート
72…プリズム・シート
74…下側ケース
76…導光板
80…遮光シート
82…フォトマスク
84…光透過性支持体
86…ドット
88…離散パターン
10 ... dot 12 ... dot 14 ... dot 16 ... dot 18 ... dot 19 ... dot 22 ... computer 24 ... display means 26 ... input means 28 ... read / write means 29 ... printer means 30 ... light guide plate 31 ... discrete pattern 32 ... Dot 34 ... corner 36 of light guide plate ... dot 38 ... dot 40 ... dot 42 ... light source 44 ... lamp socket 46 ... light guide plate 48 ... reflector 50 ... reflection sheet 52 ... dot 54 ... substrate 56 ... reflection layer 58 ... transmission type Liquid crystal display 60 ... Display window 62 ... Upper frame 64 ... Backlight unit 66 ... Liquid crystal display panel 68 ... Spacer 70 ... Diffusion sheet 72 ... Prism sheet 74 ... Lower case 76 ... Light guide plate 80 ... Light shielding sheet 82 ... Photomask 84 ... light transmissive support 86 ... dot 88 ... discrete pattern

Claims (11)

コンピュータ・システムを使用して2次元的に配置される離散したドットから形成される離散パターンであって、光線を、光線の散乱、光線の透過、または光の吸収により受動的に制御し、導光板、散乱板、ディザリング・パターン、リソグラフィー用フォトマスクパターンとされる離散パターンを生成するための方法であって、該方法は、
所定の区画を与えるステップと、
前記所定の区画に配置するドットの数を決定するステップと、
前記ドットの位置座標を、横Lx、縦Lyの矩形型の前記区画に含まれる前記ドットのドット数が4000以下の場合に、下記式(1)
を満たし(上記式(1)中、Nは、その区画に含まれるドットの数であり、Dは、N個のドットのうち、基準座標(0、0)から任意の座標点(x、y)までの線分を対角線とする矩形領域に含まれるドットの数をA(x、y)として下記式(2)で与えられる。)、
かつ、下記式(3)
で与えられるSが0.7以下である(ただし(3)において、gは、該領域における各ドットの平均的動径分布関数g(r)をr以上r以下の範囲での積分値で割ったもので、gavは、gのr以上r以下の範囲での平均値である。rおよびrは、所与の充填率を満たすようにドットを正方格子に配列したときに、その格子定数Δrに対して、それぞれ1倍および4倍の値にとる。ドットの充填率とは、ドットの最大径の2乗にドットの個数を乗じたものを、該領域の面積で割ったものである。)ように決定するステップと、
前記決定された位置座標を初期位置として設定するステップと、
前記位置座標が決定されたドットが互いに重なり合わないように前記ドットの位置座標を変化させるステップと、
座標軸ごとに第1の生成行列を生成し、記憶するステップと、
前記第1の生成行列と下三角要素がランダム値を有するスクランブル行列との積により、第2の生成行列を生成し、記憶するステップと、
N個のドットとそれぞれ対応するN個の自然数集合の中の一つの自然数nの二進展開を第1のベクトルとして生成するステップと、
前記第1のベクトルと前記第2の生成行列との積から第2のベクトルを生成するステップと、
座標ごとに前記第2のベクトルの要素を2進小数の各桁の値として前記ドットの位置座標を生成するステップと、
nを所定の増加分だけ増加して、繰り返し発生させた点座標の総数が前記区画内のドットの数Nとなるまで位置座標を生成するステップと
を含む、離散パターン生成方法。
A discrete pattern formed from discrete dots arranged two-dimensionally using a computer system, in which the light is passively controlled and guided by light scattering, light transmission, or light absorption. A method for generating a discrete pattern which is an optical plate, a scattering plate, a dithering pattern, a photomask pattern for lithography,
Providing a predetermined compartment;
Determining the number of dots to be arranged in the predetermined section;
The position coordinates of the dot, horizontal Lx, the number of dots the dots included in a rectangular form the compartments of the vertical Ly is the case of 4000 or less, the following equation (1)
(In the above formula (1), N is the number of dots included in the section, and D is an arbitrary coordinate point (x, y) from the reference coordinates (0, 0) among the N dots) ), The number of dots included in the rectangular area with the line segment up to the diagonal line as A (x, y) is given by the following equation (2)):
And the following formula (3)
( 1 ) is 1 or less (in (3), g 1 is an average radial distribution function g (r) of each dot in the region in the range of r 1 to r 2. divided by the integrated value, g av is .r 1 and r 2 is the average value at r 1 or r 2 the following range of g 1 are square lattice dots to meet a given fill factor The values of the lattice constant Δr are 1 and 4 respectively, and the dot filling rate is obtained by multiplying the square of the maximum dot diameter by the number of dots. Divided by the area of the area.)
Setting the determined position coordinates as an initial position;
Changing the position coordinates of the dots so that the dots for which the position coordinates are determined do not overlap each other;
Generating and storing a first generator matrix for each coordinate axis;
Generating and storing a second generator matrix by a product of the first generator matrix and a scramble matrix having a lower triangular element having a random value;
Generating a binary expansion of one natural number n in a set of N natural numbers respectively corresponding to N dots as a first vector;
Generating a second vector from a product of the first vector and the second generator matrix;
Generating the position coordinates of the dots with the elements of the second vector for each coordinate as values of each digit of a binary decimal;
a step of generating position coordinates until n is increased by a predetermined increment and the total number of point coordinates repeatedly generated is equal to the number N of dots in the section.
さらに前記所定の区画を複数所定の境界条件を使用して隣接し、所定の大きさの離散パターンを生成するステップを含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising: adjoining the predetermined partition using a plurality of predetermined boundary conditions to generate a discrete pattern of a predetermined size. 前記位置座標を変化させるステップは、互いに隣接する前記ドットのサイズと距離とに関連する隣接する前記ドット間の斥力を算出するステップを含む、請求項1または2に記載の離散パターン生成方法。   The discrete pattern generation method according to claim 1, wherein the step of changing the position coordinates includes a step of calculating a repulsive force between the adjacent dots related to a size and a distance of the adjacent dots. 前記位置座標を変化させるステップは、
所定のドットについて該ドット付近に存在する他のドットからの斥力を算出するステップと、
該斥力の大きさに応じて前記所定のドットを変位させるステップと、
変位された前記所定のドットに関して斥力を算出するステップと、
前記斥力を所定の範囲にあるドットについて合計するステップと
を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の離散パターン生成方法。
The step of changing the position coordinates includes:
Calculating a repulsive force from other dots present in the vicinity of the dot for a predetermined dot;
Displacing the predetermined dot according to the magnitude of the repulsive force;
Calculating a repulsive force with respect to the predetermined dot displaced;
The method of generating a discrete pattern according to claim 1, further comprising: summing up the repulsive force for dots within a predetermined range.
前記位置座標を変化させるステップは、さらに、最新に計算された斥力の合計と、該最新に計算された斥力の合計の直前に計算されていた斥力の合計との間の差が、所定の収束条件を満たすまで実行させるステップを含む、請求項4に記載の離散パターン生成方法。 The step of changing the position coordinate further includes the step of calculating a difference between a sum of the latest calculated repulsive forces and a sum of the repulsive forces calculated immediately before the sum of the most recently calculated repulsive forces. The discrete pattern generation method according to claim 4, comprising a step of executing until a condition is satisfied. 前記斥力は、前記ドットの間の距離に対して、所定値以下では一定であり、前記ドット間の距離が所定値を越える場合には、前記ドット間の距離の増大に応じて減少する
請求項4に記載の離散パターン生成方法。
The repulsive force is constant below a predetermined value with respect to the distance between the dots, and decreases when the distance between the dots exceeds a predetermined value when the distance between the dots exceeds a predetermined value. 4. The discrete pattern generation method according to 4.
ロー・ディスクレパンシイ・シーケンス法は、前記式(2)を使用して前記ドットの初期位置を与える、請求項1に記載の離散パターン生成方法。 The discrete pattern generation method according to claim 1 , wherein the low discrepancy sequence method gives an initial position of the dot using the equation (2) . 請求項1〜7のいずれか1項に記載のステップをコンピュータが実行するためのプログラム。   The program for a computer to perform the step of any one of Claims 1-7. 請求項8に記載のプログラムを記録したコンピュータ可読な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the program according to claim 8 is recorded. 光線を、光線の散乱、光線の透過、または光の吸収により受動的に制御し、導光板、散乱板、ディザリング・パターン、リソグラフィー用フォトマスクパターンとされる離散パターンを生成するための離散パターン生成システムであって、
請求項1〜7に記載の各ステップにより離散パターンを与えるための手段と、
前記離散パターンを形成するドットの位置座標を記録する記憶手段と、
該記憶手段に含まれた位置座標を出力するためのプリンタ手段と、
該プリンタ手段により離散パターンが形成されるパターン受容要素とを含む
離散パターン生成システム。
Discrete patterns for passively controlling light rays by light scattering, light transmission, or light absorption to produce discrete patterns that are light guide plates, scattering plates, dithering patterns, photomask patterns for lithography A generation system,
Means for providing a discrete pattern by each step according to claims 1-7;
Storage means for recording position coordinates of dots forming the discrete pattern;
Printer means for outputting the position coordinates contained in the storage means;
A discrete pattern generation system including a pattern receiving element on which a discrete pattern is formed by the printer means.
前記離散パターンは、光学的部材の光強度変調要素または濃淡画像の2値化パターンである、請求項10に記載の離散パターン生成システム。
The discrete pattern generation system according to claim 10, wherein the discrete pattern is a light intensity modulation element of an optical member or a binarized pattern of a grayscale image.
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