JPH09502277A

JPH09502277A - 回折素子

Info

Publication number: JPH09502277A
Application number: JP7506090A
Authority: JP
Inventors: リー，ロバート・アーサー
Original assignee: コモンウェルス・サイエンティフィック・アンド・インダストリアル・リサーチ・オーガナイゼーション
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1997-03-04
Also published as: CA2168772C; ATE208049T1; EP0766103A1; DE69428901T2; DE69427308D1; DE712500T1; EP0712500A4; TW275109B; DE69428901D1; DE766103T1; EP0712500B1; DE69427308T2; ATE201512T1; WO1995004948A1; EP0766103B1; CA2168772A1; US5825547A; EP0712500A1

Abstract

(57)【要約】回折素子であって、光源による照明を受けたときに前記素子の回りの特定の視角範囲から観察可能な１つ以上の回折画像を生成する表面起伏構造を有し、この表面起伏構造（１）の少なくとも１部分は、一連のトラック（２）状に配列され、各トラック（４，５）は、１つの回折画像の１つの成分を生成する１つの回折表面（３）を有し、前記回折素子が生成する前記回折画像の内の少なくとも１つは、複数の前記トラックが生成する画像成分によって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】回折素子本発明は、回折素子（deffractive device）に関するものである。特に、本発明は、光源による照明を受けたときに、素子の回りの特定の視角範囲から観察可能な１つ以上の回折画像を生成する、回折素子に関するものである。この素子は多数の異なる用途に使用可能であるが、特に、銀行紙幣、クレジット・カード、小切手、株式証券（share certificates）及びその他類似の書類上に、偽造防止用保安手段（anti-forgery security device）としての応用可能性を有する。光を当てると回折画像を生成する回折素子は、幾つかの異なったタイプのものが知られている。１９８８年１月に、オーストラリアの１０ドル紙幣が、キャプテン・クックの回折式肖像を特色として発行された。この画像に用いられている回折格子は、殆どの部分では、実質上連続したラインで構成されており、そしてこれらラインの形状や構成は、目視する回折画像における微細部分を生成するために、光学破滅理論（optical catastrophe theory）に従って決められたものである。国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９０／００３９５号（この内容は言及により本願に含めるものとする）は、光学回折画像を生成するためのある代替の方法を開示している。この場合、その回折素子は、多数の小さな回折格子構造体に分割され、その構造体の各々が光線を回折して画素として機能し、そしてこれらの画素の組み合わせにより画像全体を形成するようになっている。開示された構成の好適な態様によれば、各画素の各回折格子は、複数の反射性又は透過性の溝又はラインから成っていて、これらは、通常、当該画素を横切って湾曲している。溝又はラインの曲率は、局所的な画像強度（例えば、シェーディング）と局所的な光学的構造安定性との双方を決定する。各画素格子内における溝又はラインの間隔は、局所的な色特性を決め、三原色以外のものは画素の混合によって生成される。平均的な溝又はラインの方位（orientation）は、移動効果又はカラー効果を決める。各画素格子の全体的な表面構造は、ある有限の数の異なった値の平均曲率及び平均間隔を有する、異なる格子タイプのパレット（palette）から選択される。回折素子において画素格子を用いることによる利点は、かかる素子により２つ以上の回折画像の生成が可能となることである。格子のあるものには、特定のライン間隔／曲率／方位特性をもたせることができ、これが、ある１つの特定の視角範囲から目視可能な１つの画像の生成に寄与する。一方、他の格子は、それとは異なる表面特性を有し、それとは異なった視角範囲から目視可能な別の画像の生成に寄与する。このような結果を得ることは、連続格子式の回折素子では、格段に困難である。画素格子式の回折素子の他の利点は、デジタル形式で画像情報の記憶が可能となることである。しかしながら、回折素子上の所定の表面領域を各画素のために割かなければならず、これは、限られたスペースに画像情報を記憶する方法として最も効率的なもの、というものではない。従って、回折格子内における画像情報のより効率的な記憶に対する余地がある。更に、画素格子式の回折素子では、隣接する格子間には避けられない不連続部がある。これらの不連続部において、回折効果が起きる。通常、これら異質な回折効果は、回折素子が生成する意図した回折効果に比較して確実に小さくすることが可能であるが、異質な回折効果はそれでも検出可能である。この異質回折効果は、減少させることが望ましい。本発明によれば、表面に起伏構造（relief structure）を有し、光源による照明を受けると、素子の回りの特定の視角範囲から観察可能な１つ以上の回折画像を生成する、回折素子を提供する。この場合、前記表面起伏構造の少なくとも１部は、一連のトラック状に配列し、また各トラックは回折画像の１成分を生成する回折表面を有するので、回折素子によって生成される回折画像の内の少なくとも１つは、それらトラックの内の複数のものによって生成される各画像成分から形成される。トラックの形状、サイズ及び構成は、任意の適当なものでよい。個々のトラックは、０.５ｍｍより大きな長さを有することが好ましい。更に、各トラックは０.２５ｍｍより狭い幅を有することが好ましい。０.２５ｍｍの幅は、接近して回折素子を見るときの人間の目の解像度のほぼ限界を表わしているので、０.２５ｍｍ未満の幅を有するトラックは、人間の目で別々に認識できそうにないものである。トラックの構成は、任意の適当なものでよい。１好適実施例では、トラックは直線かつ互いに平行で、横並び構成である。別の配列では、トラックは、同心円状の円弧を形成してもよい。他の構成では、トラックは湾曲ラインの形状でもよい。全てのトラックを、同じ１つの回折画像の成分を生成するようにできるが、これらのトラックを用いて２つ以上の回折画像を生成することが好ましい。２つの回折画像を生成する１つの配列では、１つおきのトラックが一方の画像に寄与し、他の１つおきのトラックが他方の画像に寄与する。全てのトラックが同一幅であることは必須ではないが、それは好ましい特徴である。それら２つの画像用のトラックを交互に配列することは必須ではなく、それらは、どのような順序で生起するようにしてもよい。また、３つ以上の画像に関連した３つ以上のタイプのトラックがあってもよい。好適な配列の１つでは、各トラックの回折表面は、トラックの幅に渡って延びる一連のライン又は溝で構成する。また、ライン又は溝の代わりとして、円、多角形又は必要な回折効果を与えることができるその他の形状を用いることも可能である。別の好適な配列では、回折表面は、平行四辺形状の圧こん（indentatio n）のパターンで構成する。別の好適な配列では、各トラックの回折表面は、一連のライン又は溝から成り、これらは、トラックに沿って概して長さ方向に延在する。かかるライン又は溝は真っすぐでも湾曲したものでもよく、配列によっては正弦波形状に周期的に波動するものでもよい。また、ライン又は溝は、短い離散的なのものでもよく、あるいはトラックの長さに渡って実質上連続したものでもよい。特に好適な配列では、表面起伏構造は、横方向の溝又は平行四辺形パターンをもつトラックに、長さ方向の溝又は平行四辺形パターンをもつトラックを散在させたもので構成し、これによって、トラックの方向から回折素子を見たときは一方のトラック集合からの回折効果が観察でき、トラックの方向とは直交する方向から回折素子を見たときは他方のトラック集合からの回折効果が観察可能となるようにする。各トラック表面上の回折用のライン又はその他の形状の方位及び間隔は、方位、曲率及びトラックに沿った間隔に関して連続的に変化するものとし、そして方位、曲率及び間隔の変動を、画像情報をトラックに符号化するための手段とすること、が好ましい。選択自由の改良として、回折トラックが生成する画像の内の１つを均一又は空白画像とすることができ、そしてこの空白画像には、選択したトラック上での回折表面のある領域の物理的な破壊又は修正により画像情報が符号化されて、それに対応する拡散的反射領域を生成することができる。以下に、本発明の形態例を示す添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。ここで理解すべきは、図面の具体性は、先の本発明の記載の一般性に取って代わるものではないということである。図面の簡単な説明図１は、本発明の１実施例による回折素子について、その表面起伏構造の１領域の概略を表す図である。図２は、図１の表面起伏構造の１つの部分の概略を表す図である。図３は、図１の表面起伏構造の他の部分の概略を表す図である。図４は、本発明の１実施例による回折格子に用いたトラックについて、その２つの部分のより詳細な概略を表す図である。図５は、本発明の代替実施例における２本の隣接するトラックについて、その１部分の詳細な概略を表す図である。図６は、本発明の別の実施例によるトラックの１部分の概略描写を示す。図７は、本発明の１実施例による２本の隣接するトラックについて、その１部分の概略描写を示す。図８は、図４に示したタイプの１実施例による２本の隣接するトラックについて、その１部分のコンピュータにより生成した詳細描写を示す。図９は、図５に示したタイプの１実施例による数本のトラックについて、これを示す表面起伏回折構造の１領域のコンピュータにより生成した詳細描写を示す。図１０は、本発明の別の実施例による２本の隣接するトラックについて、その１部分のコンピュータにより生成した詳細描写である。図１１は、本発明の別の実施例による２本の隣接するトラックについて、その 1部分のコンピュータにより生成した詳細描写である。好適実施例の説明先ず最初に図１を参照する。表面起伏構造の部分１は、一連のトラック２の配列にし、そして各トラックは、回折画像の１成分を生成する回折表面３を有している。図示した実施例では、２つの別個の画像、即ち左側トラック４により１つ、そして右側トラック５により１つの画像を生成する。個々のトラック４及び個々のトラック５がそれぞれ生成する画像成分によって、それら２つの回折画像を形成する。トラック２の各々は、適切な長さであれば任意のものでよい。各トラックの長さは０.５ｍｍより大きいことが好ましく、そして便宜上、各トラックはこの回折素子の全長に渡って延びることが好ましいが、こうすることは必ずしも必要ではない。図示した好適実施例では、トラック２の各々は直線状で、互いに平行で横並び状に配列してある。代替実施例では、トラックは同心円状に又は同心円の１部分状に配列してもよく、あるいはその他の多くの湾曲した配列でもよい。トラック２の各々は、適切な幅であれば任意のものでよい。トラックは人間の裸眼では気が付かないように、十分に狭いことが好ましい。接近した状態で回折素子を検査する通常の人間の目の解像度は、約０．２５ｍｍが限界である。従って、この量よりも少ない幅を有するトラックは、人間の目に個別に認知されそうにないものである。先に述べたように、画素状回折素子（pixellated diffracting device）における個々の画素の境界周囲の不連続部によって、付随的回折効果が生じる。このような付随的効果の範囲は、トラックの長さに沿った不連続部を回避することが可能な本発明のトラックを使用することによって、減少させることができるが、不連続部はそれでも各トラックの両側に存在する。トラック２の各々が同一幅であることは好ましいが、必須ではない。各トラックが同一幅を有する場合、各トラックの回折表面における回折画像データの符号化は、より簡単な処理となる。しかしながら、回折素子が多数の回折画像を生成する状況では、そのような回折画像の１つが他のものよりも明るいことが望ましい場合があり、かかる効果を得る方法の１つは、明るい画像を生成するためにはより幅の広いトラックを割り当て、不明瞭な画像を生成するためにはより幅の狭いトラックを割り当てることである。図１に例示した実施例では、トラック２は実質上、横並び状に配列してある。しかしながら、各トラックが次のトラックに接することは必須ではなく、隣接するトラック間に任意の所望の幅のチャネルが残るようにしてもよい。時には、隣接トラック間に幅が約４ミクロンの小さなチャネルを残し、回折素子の製造の間換気経路として作用させることが有利である。ここに記述したタイプの回折素子は、典型的には、型押プロセスで製造するものであり、換気が行えるとより満足な結果が得られることが判った。トラック２各々上の回折表面は、任意の適切な回折表面起伏構造を有するものとすることができる。図１ないし図３に例示した実施例では、表面起伏構造は、一連の曲がったあるいは真っすぐのライン（line）あるいは溝から成り、これらはトラックの幅を横切って延びている。ラインを用いることは必須ではなく、他の適した回折形状には円や多角形が含まれる。適当な配列の１つでは、１つのトラックの表面起伏構造は、寸法が１ミクロン未満の種々の形状の多角形で構成し、そしてこれらを、回折画像情報の符号化並びにその回折的再生成を行えるように、各トラックに沿ってかつこれを横切って配置することもできる。別の実施例では、１つのトラックの表面起伏構造は、サイズが０.２５ミクロン未満の多数の回折用ドットで構成し、回折画像情報をドットの間隔及び分配で符号化するようにしたものとしてもよい。図４は、２本のトラックの各１部分をより詳細に示すもので、各トラックは、当該トラックの長さに沿って間隔、方位及び曲率が連続的に変化する溝を有する、複雑な一般化した回折格子構造で構成してある。溝の間隔、曲率及び方位の変化は、回折画像情報をトラックに符号化する手段である。好適な配列では、溝の間隔、角度及び曲率の変化を、２つの変数の数学的関数で記述することができ、かかる関数の２変数に関する２次導関数のヘッシアン（Hessian of second deri vatives）は、各回折トラック内のある一定の特性線に沿う場合を除いて、非消滅（non-vanishing）である。適当なトラック格子関数の１つの特定の例は、次の式で得られる。Ｙ＝（α−２π（１.２５β））Ｚ−［β／（α−２π（１.２５β））］ cos（２πＸ）cos（２π｛α−２π（１.２５β）｝Ｚ）・・・（１）ここで、＊Ｚはトラック溝インデックス・パラメータ、＊トラックの長さに沿って α=α（Y）、＊トラックの長さに沿って β=β（Y）、＊ αはトラックの局所的搬送波周波数を決めるプリセット変数であり、従って、トラックの局所的ライン密度とトラックによって生成される画素成分の色とを決める変数である。典型的には、０.８＜α＜１.２である。＊また、βは、トラックの色の局所的強度に比例して設定され、トラックの構造的安定性を決めるパラメータである。回折素子の画像特性を調整（tune）するために用いるのは、このパラメータである。典型的には、０≦β≦０.０５６である。＊局所的座標Ｘ及びＹの数値範囲は、左側チャンネルのトラックでは０≦Ｘ≦ ０.２及び０.２≦Ｙ≦０.６、右側チャンネルのトラックでは０.６≦Ｘ≦０.８及び０.２≦Ｙ≦０.６で与えられる。そして、＊トラック格子のヘッシアンは、格子平面のある一定の特性線に沿う場合を除いて、非消滅であり、傾斜変換（gradient transformation）の下で、回折空間内の特異性の線（火線（caustics））に写像を行う。ヘッシアン、即ちＺ（Ｘ, Ｙ）のＨ（Ｘ,Ｙ）は、以下の式で与えられる標準複素導関数である。Ｈ（Ｘ,Ｙ）＝｛δ²Ｚ（Ｘ,Ｙ）／δＸ²｝｛δ²Ｚ（Ｘ,Ｙ）／δＸ²｝ −［δ²Ｚ（Ｘ,Ｙ）／δＸδＹ］² ・・・（２）図４は、上記の式（１）に記述したタイプのトラック格子関数を有する２つのトラック・セグメントを示す。１本のトラックは、そのようなセグメント数個をその端部で互いに連結して構成でき、そして各セグメントの長さは固定でも可変でもよい。各トラック・セグメントの長さを固定とした配列では、各セグメントがトラックに符号化する“搬送波”の１“周期”を形成し、そして溝の間隔及び曲率の変化によって、回折画像情報を各周期内に符号化することが好ましい。図４に例示したトラック・セグメントは、約１５ミクロンの幅と、約３０ミクロンの長さを有するが、これらは必要に応じて拡縮可能である。図８は、１対の隣接トラックの１部のコンピュータで生成した描写であり、１４（左側トラック）及び１５（右側トラック）チャンネルと付番してある。図示のトラック部分は、数本の左側トラックを数本の右側トラックの間に分散して含ませた、より大きな構造の１部を形成している。左側トラックに照明を当てると、回折素子の周りの特定位置から観察することができる１つ以上の回折画像を生成し、そして右側トラックはそれとは異なる位置から観察可能な画像を生成する。図示のトラック部分では、各々、幅が約１５ミクロン、長さが６０ミクロンである。図８を詳細に調べるとわかるように、トラックを横切って延びる各湾曲溝は、便宜上８個のセグメント１８で構成し、そしてその各セグメントは平行四辺形の形状である。各平行四辺形の圧こん１８は、約２ミクロンの幅である。殆どの平行四辺形１８は隣接する平行四辺形と整合して、トラックを横切って延びる湾曲溝を形成するが、あるものは、周囲のいずれとも接合せずに、トラック表面の特定の部分に密度を付加する。各溝を８個の平行四辺形１８に分割するというこの概念は、図１０に示す実施例では一歩更に進めている。この実施例では、トラック表面は、完全に平行四辺形状の圧こんで構成してある。暗い部分は窪みを表わし、一方明るい部分は隆起を表わす。平行四辺形のあるものは、それらの隣のものと整合して溝を形成するが、これは、図８の実施例におけるような意図的なものというよりは偶然のものである。図１０の実施例におけるトラックの１本を横切るどのラインにおいても、全ての平行四辺形が同一の角度方位を有するが、このような方位は、図８の実施例ではかなり変動している。図８及び図１０双方に示すパターンは、画像平面内に画素を生成するのに使用する。各場合における左側トラック１４及び右側トラック１５の各々は、２つのセグメント（１６，１７）を含み、上側の半分１７がその一方のセグメントであり、下側の半分１６がその他方である。各セグメントは１つの画素を生成する。図示のパターンを用いて、１６個の異なったグレースケール値の内の１つを有する各画素を生成する。ラインをより平坦にしたセグメントは、その画像平面により暗い画素を生成し、より急峻なラインのセグメント（より鋭角化した平行四辺形）は、より明るい画素を生成する。従って、異なったトラックからの多数のトラック・セグメントを用いて、１６階調のグレースケールを有する１つの完全な画像を生成することができる。１６個の異なったタイプのグレースケール・セグメントに加えて、好適な配列における異なったトラック・セグメント・タイプの“パレット”は、１０個の異ったカラー効果セグメントを含む。図１１の左側トラック１４は、２つのカラー効果セグメント（１６，１７）を含む。図示の実施例では、カラー効果セグメントの作成には、直角にトラックと交差する直線状の溝を、変化する空間周波数で用いる。図１１の右側トラック１５は、更に２つのカラー効果セグメントを含むが、“９０°効果”、即ち、左側トラックの回折効果を目視可能な所から９０° 回った位置で目視可能な回折効果を生じるために、溝をトラックと整列させてある。特に望ましいタイプのカラー効果が得られるのは、回折素子をその平面内の軸を中心として傾けたときに、カラーが画像平面内のある経路に沿って動くように見えるときである。このような効果は、カラー効果トラック・セグメント・タイプを順次的に位置決めし、しかも平均空間周波数をその順番に沿って増減させることによって得ることができる。それらカラー効果トラック・セグメントを変調することによって、かかるセグメントによって生成される画像成分が、それらの回折表面を変調しない場合よりも、より広い角度範囲で観察可能とすること、が好ましい。適当な一般的変調関数は、次の式で与えられる。ｙ＝ｍａ＋βＦ（Ｑπｍ／ｎ）ここで、βは変調係数、αは平均回折構造間隔、Ｑは変調サイクル数、Ｎはトラック・セグメント内の溝又はこれと等価な回折構造の総数、ｍは溝インデックス・パラメータ（ｍ＝１−Ｎ）、Ｆはサイン又はコサイン、あるいは他の調和関数又は２次関数である。図１１における右側トラックの垂直な溝の空間周波数は、各セグメントの上部及び下部では同一であり、そして数ステップの変化を通って各セグメントの中心１９におけるある特性周波数となる。図１０における右側トラックは、左側トラック１４とは異なった平均空間周波数を有して、生成すべき２つの異なった画像間の干渉の可能性を低減している。更に、左側トラックと右側トラックの平行四辺形１８は、互いに対向する角度方位を有している。図８、図１０及び図１１に示したタイプのトラック表面パターンを作成するには、典型的には、電子ビームを用いる。３０ミクロン×３０ミクロンの表面領域を、典型的に、１０２４×１０２４ユニットから成るグリッドに分割する。次に、このグリッドを用いて、各平行四辺形の開始点及び終了点を規定する。図８、図１０及び図１１に示した実施例では、１つのグリッド領域は、２本の隣接トラック（各々幅が１５ミクロン）の各々の中の１つのトラック・セグメント（長さが３０ミクロン）をカバーする。図１０における左側トラックを生成するための、ＢＡＳＩＣプログラミング言語で書いたアルゴリズムを以下に示す。ここで、ＪＯＰは平行四辺形の左上角、ＪＯＭは左下角、ＪＩＰは右上角、ＪＩＭは右下角、ＪＪはグレースケール素子のタイプを表わす数値（ＪＪは１１から２６の間で、１６個の異なったタイプを与える）、ＸＩＮＣ＝６４（即ち、グリッド位置における平行四辺形の幅）ＬＬＬは垂直インデックスである。上記と同様のアルゴリズムは、図１０の右側トラックにも適用する。図８、図１０及び図１１に示す回折トラックは、デジタル的に符号化した画像情報を含んでいる。即ち、トラックを所定サイズの数セグメントに分割し、そして画像情報の一部（通常、画像平面内の単一画素に対応）を、各セグメントに記憶させる。しかしながら、トラックを規則的なセグメントに分割することは必要ではない。その代わり、回折表面を、回折構造の間隔、曲率及び方位に関して連続的にしかし不規則に変化させることにより、画像情報を、デジタル形式ではなくアナログ形式で記憶させることもできる。このような配列では、画像平面内の画像は、一群の離散的画素（各画素は１つ以上のトラック・セグメントに対応）ではなく、一群のライン（各ラインは１つのトラックに対応）で構成することができる。１つ以上の回折トラックは、回折領域の相互間に、拡散的反射領域（間隔がランダムな溝から成る）と、鏡面的反射領域と、の両方又は一方を含むようにできる。拡散的反射領域は、回折画像では見られない補助情報を符号化するのに使用できる。鏡面的反射領域は、回折画像のコントラスト特性を強めるのに使用できる。回折トラックによって生成する１つ以上の回折画像は、抽象的なカラー・パターンから成るようにすることもできる。これら抽象的カラー・パターンは、素子を光源及び観察者に対して相対的に移動させたとき、トラックに沿って移動する可変のカラー効果を生じるものである。特に、その移動効果は、素子をそれ自体の平面内のある軸を中心として回転させたときに生成するようにすることができる。回折トラックで、回折素子の回りの異なった視角範囲から観察可能な２つ以上の回折画像を生成し、しかもそれら回折トラックの内幾本かを各回折画像の生成に専用化することが好ましい。図１、図２及び図３に示した実施例では、左側トラック４は、回折素子の回りの第１視角範囲から観察可能な第１回折画像の生成に当て、右側トラック５は、回折素子の回りの第２視角範囲から観察可能な第２回折画像の生成に当てる。図１に例示したように、トラックは、右−左−右−左の交互配列としている。しかしながら、必ずしもこうする必要はなく、右−右− 左−右−左−左のように、任意の順番で配列してもよい。図５は、本発明の別の実施例による２本のトラックの１部分を示している。左側トラック６は当該トラックの幅を横切って延びる溝を有し、トラックの長さに概ね沿った方向から観察可能な回折画像を生成する。右側トラック７は、平坦領域９で包囲した複数の島領域８から成る。この島領域８は、トラックに沿ってその長さ方向に延びる溝を有していて、トラックの長さに概ね垂直な方向から観察可能な回折画像を生成する。図５に示した配列に特有の利点は、回折画像がトラックの長さ方向及びその垂直方向の双方で生成されるので、回折素子の回折効果がより簡単に観察可能なことである。平坦領域９は選択自由のものであるが、これらもある一定の利点をもたらす。先に示したように、ここに基準したタイプの回折素子は、典型的には、型押プロセスを用いて作成し、従って平坦領域９は、型押プロセスの間気体除去用通風口として作用するので、その結果として、最終製品の精度が向上することになる。更に、典型的には、型押プロセスに続いて電気メッキ・プロセスを行うが、平坦領域９によって電気メッキの精度を向上させることができる。また、平坦領域９には、特定のカラー写真複写機の走査速度に応答する「印刷した線」をもたせて、回折素子の写真複写画像上にモアレ干渉縞を生じさせることができる。また、これと代替的にあるいは付加的に、平坦領域９には、型押又は印刷により、図９に示したような２ミクロン程度のサイズをもつマイクロ文書１３を設けることができる。このようなマイクロ文書は、付加的な保安要素として作用し、従ってそれが現れる回折素子に固有の登録番号又はその他の識別子を含ませれば、顕微鏡検査により本物かどうかの確認が可能となる。左側トラック７、島８及び平坦領域９は、任意の適切な寸法とすることができる。特に好適な配列では、左側トラック７及び島領域８の各々は、幅が約１５ミクロンであり、平坦領域９は、幅が約４ミクロンである。図５に示した配列上の１変更例では、分岐可能な相互接続用の溝によって各島８をその隣接する島に接続して、トラックの長さに渡って溝が実質的に連続するようにすることができる。図６は、図４のトラック・セグメントの場合のように実質的にトラックを横切るのではなく、実質的にトラックの長さに沿って延びる溝をもった１つのトラック１０を示している。このトラック１０が生成する回折効果は、図４に示したタイプのトラック・セグメントから成るトラックが生成するものに対してほぼ直角となる。トラック１０は、本質的には“搬送波”から成り、その振幅及び溝間隔を変化させて、画像情報をその中に符号化する。実施例のあるものにおいては、溝の間隔、角度及び曲率の変化は、２変数の数学的関数によって記述することができる。先に述べたように、その関数の２変数に関する２次導関数のヘッシアンは、各回折トラック内のある一定の特性線に沿う場合を除いて、非消滅である。しかしながら、これは必須条件ではなく、他の実施例では、その格子関数の２次導関数のヘッシアンは、トラック内の全ての点に対して等しくゼロの場合もある。図７は、左トラック１１及び右トラック１２の組み合わせを概略的に示している。左トラック１１は、図１、図２、図３、図４及び図８に示したタイプのトラックのいずれか１つとすることができ、そして右トラック１２は、図６に示したタイプのトラックである。このような左トラック及び右トラックを数個組み合わせて、２チャンネル回折素子を形成することもできる。先に述べたように、トラック１１及び１２は、任意の適当な幅のものとすることができ、特に好ましい幅は、約１５ミクロンである。図７に示したこの配列では、左トラック１１が生成する画像は、右トラック１２が生成する画像を観察可能な所から約９０°回った角度から観察可能なので、特に有利である。本発明の１実施例では、回折素子が生成する画像の内の１つ以上のものは、均一又は空白の画像で構成してもよく、この均一又は空白画像には、選択した回折トラックに沿った選択した位置において、回折素子の破壊又は変更により画像情報を符号化することができる。これによって、回折素子の製造後変更においては、新たな回折画像を組み込むことが可能となるが、こうして組み込んだ画像情報の解像度は、回折トラックが通常与える解像度よりは低い。この特徴をもつ特定の実施例は、一連のトラックから成る。その各トラックの長さに沿って、回折表面には、画像平面において黒画像成分を生じる表面部分と白画像成分を生じる表面部分とが交互する。その画像平面内に暗い領域を形成するには、対応する回折表面部分の“白”部分を消去する。一方、明るい領域は、“黒”表面部分を消去して形成する。このようにして、トラック内に白黒のビット画像を符号化することが可能になる。更に強化するものとして、幾本かのトラック上の回折表面に、拡散的反射領域を含ませてもよい。このような領域は、その画像位相（image phase）において観察される画像に影響を与えないが、回折素子に対し中性的な背景表示を与え、画像をより観察しやくすくする。更に別の強化するものとして、幾本かのトラックに、鏡面的反射領域を含ませてもよい。このような領域は、画像平面において観察される画像にコントラストを付加する際に有用である。以上に記述した部分に対し、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更、追加、修正を組み込むことが可能であることは、理解されるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項【提出日】１９９５年１月１０日【補正内容】１９条補正補正した請求の範囲１．回折素子であって、光源による照明を受けると、前記回折素子の回りの特定の視角範囲から観察可能な１つ以上の回折画像を生成する表面起伏構造を有しており、前記表面起伏構造の少なくとも一部は、一連のトラック状に配列し、各該トラックは、１つの回折画像の１つの成分を生成する１つの回折表面を有して、前記回折素子が生成する前記回折画像の内の少なくとも１つを、複数の前記トラックが生成する画像成分によって形成するようにしており、少なくともあるトラックは、その表面上に、方位と曲率とトラックに沿った間隔との全部又は一部に関して連続的に変化する回折用の溝又はその他の形状を有しており、前記の方位と曲率と間隔との全部又は一部の変化は、画像情報を前記トラックに符号化する手段であること、を特徴とする回折素子。２．請求項１記載の回折素子であって、各トラックは、０.２５ｍｍ未満の幅を有すること、を特徴とする回折素子。３．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは直線状でかつ互いに平行であること、を特徴とする回折素子。４．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは同心円の領域を形成すること、を特徴とする回折素子。５．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは湾曲ラインの形状であること、を特徴とする回折素子。６．請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記表面起伏構造の１領域は、互いに異なった視角範囲から観察可能な２つの異なった回折画像を生成し、該領域上の第１トラック群は前記２つの回折画像の内の一方を生成し、前記第１群と相互分散させた第２トラック群はその他方の回折画像を生成すること、を特徴とする回折素子。７．請求項１ないし６のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上では、前記回折表面は、トラックを概ね横切る方向に方位付けた一連の溝を含み、あるトラック上では、前記回折表面は、トラックに概ね沿うように方位付けた一連の溝を含むこと、を特徴とする回折素子。８．請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回折素子であって、トラックの概ね長さ方向に周期的に波動する溝をもったトラックを含むこと、を特徴とする回折素子。９．請求項１ないし８のいずれか１項に記載の回折素子であって、複数のトラックを含み、該トラックの回折表面は、前記トラックの長さ方向に概ね延びる溝を有する島を含み、該島は平坦領域で包囲されていること、を特徴とする回折素子。１０．請求項９に記載の回折素子であって、前記平坦領域には、マイクロ文書を型押又は印刷により設けていること、を特徴とする回折素子。１１．請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記素子によって生成する１つの画像は、均一又は空白の画像であり、該均一又は空白の画像には、選択したトラック上の回折表面の領域の物理的破壊又は変更により画像情報を符号化して、それに対応する拡散的反射領域を生成することが可能であること、を特徴とする回折素子。１２．請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上では、前記回折表面は、角度方位が変動した、前記トラック表面をくごませた平行四辺形のパターンから成ること、を特徴とする回折素子。１３．請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上の前記回折表面の１部分は、前記画像平面におけるグレースケール画像情報の生成のために割り当てること、を特徴とする回折素子。１４．請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上の前記回折表面の１部分は、前記画像平面におけるカラー効果の生成のために割り当てること、を特徴とする回折素子。１５．請求項１４に記載の回折素子であって、前記カラー効果は、前記素子をそれ自体の平面内のある軸を中心として傾けたときに、前記画像平面内のある経路に沿って移動するように現れること、を特徴とする回折素子。１６．請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記素子により生成する１つの画像からの画像情報は、あるトラックの長さに沿ってアナログ的に符号化しており、各該トラックは前記画像の内の１つのラインを生成して、このようなトラックが生成する前記ラインを組み合わせることにより前記画像を形成すること、を特徴とする回折素子。１７．請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記素子により生成する１つの画像からの画像情報は、あるトラックの長さに沿ってデジタル的に符号化しており、各該トラックは前記画像の内の１つのラインを生成して、このようなトラックが生成する前記ラインを組み合わせることにより前記画像を形成すること、を特徴とする回折素子。１８．請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラックは拡散的反射領域を含むこと、を特徴とする回折素子。１９．請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記トラックのあるものは鏡面的反射領域を含むこと、を特徴とする回折素子。２０．請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記の方位、曲率及び間隔の変化は、２変数の数学的関数により記述でき、該関数における２変数のヘッシアンは、各トラック内のある特性線に沿う場合を除いて非消滅であること、を特徴とする回折素子。【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年１月３１日【補正内容】３４条補正請求の範囲１．回折素子であって、光源による照明を受けると、前記回折素子の回りの特定の視角範囲から観察可能な１つ以上の回折画像を生成する表面起伏構造を有しており、前記表面起伏構造の少なくとも一部は、一連のトラック状に配列し、各該トラックは、１つの回折画像の１つの成分を生成する１つの回折表面を有して、前記回折素子が生成する前記回折画像の内の少なくとも１つを、複数の前記トラックが生成する画像成分によって形成するようにしており、少なくともあるトラックは、その表面上に、方位と曲率とトラックに沿った間隔との全部又は一部に関して連続的に変化する回折用の溝又はその他の形状を有しており、前記の方位と曲率と間隔との全部又は一部の変化は、画像情報を前記トラックに符号化する手段であること、を特徴とする回折素子。２．請求項１記載の回折素子であって、各トラックは、０.２５ｍｍ未満の幅を有すること、を特徴とする回折素子。３．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは直線状でかつ互いに平行であること、を特徴とする回折素子。４．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは同心円の領域を形成すること、を特徴とする回折素子。５．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは湾曲ラインの形状であること、を特徴とする回折素子。６．請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記表面起伏構造の１領域は、互いに異なった視角範囲から観察可能な２つの異なった回折画像を生成し、該領域上の第１トラック群は前記２つの回折画像の内の一方を生成し、前記第１群と相互分散させた第２トラック群はその他方の回折画像を生成すること、を特徴とする回折素子。７．請求項１ないし６のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上では、前記回折表面は、トラックを概ね横切る方向に方位付けた一連の溝を含み、あるトラック上では、前記回折表面は、トラックに概ね沿うように方位付けた一連の溝を含むこと、を特徴とする回折素子。８．請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回折素子であって、トラックの概ね長さ方向に周期的に波動する溝をもったトラックを含むこと、を特徴とする回折素子。９．請求項１ないし８のいずれか１項に記載の回折素子であって、複数のトラックを含み、該トラックの回折表面は、前記トラックの長さ方向に概ね延びる溝を有する島を含み、該島は平坦領域で包囲されていること、を特徴とする回折素子。１０．請求項９に記載の回折素子であって、前記平坦領域には、マイクロ文書を型押又は印刷により設けていること、を特徴とする回折素子。１１．請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記素子によって生成する１つの画像は、均一又は空白の画像であり、該均一又は空白の画像には、選択したトラック上の回折表面の領域の物理的破壊又は変更により画像情報を符号化して、それに対応する拡散的反射領域を生成することが可能であること、を特徴とする回折素子。１２．請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上では、前記回折表面は、角度方位が変動した、前記トラック表面をくごませた平行四辺形のパターンから成ること、を特徴とする回折素子。１３．請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上の前記回折表面の１部分は、前記画像平面におけるグレースケール画像情報の生成のために割り当てること、を特徴とする回折素子。１４．請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上の前記回折表面の１部分は、前記画像平面におけるカラー効果の生成のために割り当てること、を特徴とする回折素子。１５．請求項１４に記載の回折素子であって、前記カラー効果は、前記素子をそれ自体の平面内のある軸を中心として傾けたときに、前記画像平面内のある経路に沿って移動するように現れること、を特徴とする回折素子。１６．請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記素子により生成する１つの画像からの画像情報は、あるトラックの長さに沿ってアナログ的に符号化しており、各該トラックは前記画像の内の１つのラインを生成して、このようなトラックが生成する前記ラインを組み合わせることにより前記画像を形成すること、を特徴とする回折素子。１７．請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記素子により生成する１つの画像からの画像情報は、あるトラックの長さに沿ってデジタル的に符号化しており、各該トラックは前記画像の内の１つのラインを生成して、このようなトラックが生成する前記ラインを組み合わせることにより前記画像を形成すること、を特徴とする回折素子。１８．請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラックは拡散的反射領域を含むこと、を特徴とする回折素子。１９．請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記トラックのあるものは鏡面的反射領域を含むこと、を特徴とする回折素子。２０．請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記の方位、曲率及び間隔の変化は、２変数の数学的関数により記述でき、該関数における２変数のヘッシアンは、各トラック内のある特性線に沿う場合を除いて非消滅であること、を特徴とする回折素子。【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年４月１９日【補正内容】英文明細書第３頁第１行から第４頁第39行迄（翻訳文明細書第２頁第19行から第４頁第15行迄）３４条補正本発明によれば、表面に起伏構造（relief structure）を有し、光源による照明を受けると、素子の回りの特定の視角範囲から観察可能な１つ以上の回折画像を生成する、回折素子を提供する。この場合、前記表面起伏構造の少なくとも１部は、一連のトラック状に配列し、また各トラックは回折画像の１成分を生成する回折表面を有するので、回折素子によって生成される回折画像の内の少なくとも１つは、それらトラックの内の複数のものによって生成される各画像成分から形成され、また少なくともあるトラックでは、トラック表面上の回折用のライン又はその他の形状の方位及び間隔は、方位、曲率及びトラックに沿った間隔に関して連続的に変化し、そして方位、曲率及び間隔の変動を、画像情報をトラックに符号化するための手段とする。トラックの形状、サイズ及び構成は、任意の適当なものでよい。個々のトラックは、０.５ｍｍより大きな長さを有することが好ましい。更に、各トラックは０.２５ｍｍより狭い幅を有することが好ましい。０.２５ｍｍの幅は、接近して回折素子を見るときの人間の目の解像度のほぼ限界を表わしているので、０.２５ｍｍ未満の幅を有するトラックは、人間の目で別々に認識できそうにないものである。トラックの構成は、任意の適当なものでよい。１好適実施例では、トラックは直線かつ互いに平行で、横並び構成である。別の配列では、トラックは、同心円状の円弧を形成してもよい。他の構成では、トラックは湾曲ラインの形状でもよい。全てのトラックを、同じ１つの回折画像の成分を生成するようにできるが、これらのトラックを用いて２つ以上の回折画像を生成することが好ましい。２つの回折画像を生成する１つの配列では、１つおきのトラックが一方の画像に寄与し、他の１つおきのトラックが他方の画像に寄与する。全てのトラックが同一幅であることは必須ではないが、それは好ましい特徴である。それら２つの画像用のトラックを交互に配列することは必須ではなく、それらは、どのような順序で生起するようにしてもよい。また、３つ以上の画像に関連した３つ以上のタイプのトラックがあってもよい。好適な配列の１つでは、各トラックの回折表面は、トラックの幅に渡って延びる一連のライン又は溝で構成する。また、ライン又は溝の代わりとして、円、多角形又は必要な回折効果を与えることができるその他の形状を用いることも可能である。別の好適な配列では、回折表面は、平行四辺形状の圧こん（indentatio n）のパターンで構成する。別の好適な配列では、各トラックの回折表面は、一連のライン又は溝から成り、これらは、トラックに沿って概して長さ方向に延在する。かかるライン又は溝は真っすぐでも湾曲したものでもよく、配列によっては正弦波形状に周期的に波動するものでもよい。また、ライン又は溝は、短い離散的なのものでもよく、あるいはトラックの長さに渡って実質上連続したものでもよい。特に好適な配列では、表面起伏構造は、横方向の溝又は平行四辺形パターンをもつトラックに、長さ方向の溝又は平行四辺形パターンをもつトラックを散在させたもので構成し、これによって、トラックの方向から回折素子を見たときは一方のトラック集合からの回折効果が観察でき、トラックの方向とは直交する方向から回折素子を見たときは他方のトラック集合からの回折効果が観察可能となるようにする。選択自由の改良として、回折トラックが生成する画像の内の１つを均一又は空白画像とすることができ、そしてこの空白画像には、選択したトラック上での回折表面のある領域の物理的な破壊又は修正により画像情報が符号化されて、それに対応する拡散的反射領域を生成することができる。以下に、本発明の形態例を示す添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。ここで理解すべきは、図面の具体性は、先の本発明の記載の一般性に取って代わるものではないということである。図面の簡単な説明図１は、本発明の１実施例による回折素子について、その表面起伏構造の１領域の概略を表す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号ＰＭ４８６７ (32)優先日 1994年４月７日 (33)優先権主張国オーストラリア（ＡＵ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．回折素子であって、光源による照明を受けると、前記回折素子の回りの特定の視角範囲から観察可能な１つ以上の回折画像を生成する表面起伏構造を有しており、前記表面起伏構造の少なくとも一部は、一連のトラック状に配列し、各該トラックは、１つの回折画像の１つの成分を生成する１つの回折表面を有して、前記回折素子が生成する前記回折画像の内の少なくとも１つを、複数の前記トラックが生成する画像成分によって形成するようにしたこと、を特徴とする回折素子。２．請求項１記載の回折素子であって、各トラックは、０.２５ｍｍ未満の幅を有すること、を特徴とする回折素子。３．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは直線状でかつ互いに平行であること、を特徴とする回折素子。４．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは同心円の領域を形成すること、を特徴とする回折素子。５．請求項１又は２に記載の回折素子であって、前記トラックは湾曲ラインの形状であること、を特徴とする回折素子。６．請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記表面起伏構造の１領域は、互いに異なった視角範囲から観察可能な２つの異なった回折画像を生成し、該領域上の第１トラック群は前記２つの回折画像の内の一方を生成し、前記第１群と相互分散させた第２トラック群はその他方の回折画像を生成すること、を特徴とする回折素子。７．請求項１ないし６のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上では、前記回折表面は、トラックを概ね横切る方向に方位付けた一連の溝を含み、あるトラック上では、前記回折表面は、トラックに概ね沿うように方位付けた一連の溝を含むこと、を特徴とする回折素子。８．請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回折素子であって、トラックの概ね長さ方向に周期的に波動する溝をもったトラックを含むこと、を特徴とする回折素子。９．請求項１ないし８のいずれか１項に記載の回折素子であって、複数のトラックを含み、該トラックの回折表面は、前記トラックの長さ方向に概ね延びる溝を有する島を含み、該島は平坦領域で包囲されていること、を特徴とする回折素子。１０．請求項９に記載の回折素子であって、前記平坦領域には、マイクロ文書を型押又は印刷により設けていること、を特徴とする回折素子。１１．請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の回折素子であって、複数のトラックを含み、該トラックは、その表面上に、方位、曲率及びトラックに沿った間隔に関して連続的に変化する回折用の溝又はその他の形状を有しており、前記の方位、曲率及び間隔の変化は、画像情報を前記トラックに符号化する手段であること、を特徴とする回折素子。１２．請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記素子によって生成する１つの画像は、均一又は空白の画像であり、該均一又は空白の画像には、選択したトラック上の回折表面の領域の物理的破壊又は変更により画像情報を符号化して、それに対応する拡散的反射領域を生成することが可能であること、を特徴とする回折素子。１３．請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上では、前記回折表面は、角度方位が変動した、前記トラック表面をくぼませた平行四辺形のパターンから成ること、を特徴とする回折素子。１４．請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上の前記回折表面の１部分は、前記画像平面におけるグレースケール画像情報の生成のために割り当てること、を特徴とする回折素子。１５．請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラック上の前記回折表面の１部分は、前記画像平面におけるカラー効果の生成のために割り当てること、を特徴とする回折素子。１６．請求項１５に記載の回折素子であって、前記カラー効果は、前記素子をそれ自体の平面内のある軸を中心として傾けたときに、前記画像平面内のある経路に沿って移動するように現れること、を特徴とする回折素子。１７．請求項１１に記載の回折素子であって、前記素子により生成する１つの画像からの画像情報は、あるトラックの長さに沿ってアナログ的に符号化しており、各該トラックは前記画像の内の１つのラインを生成して、このようなトラックが生成する前記ラインを組み合わせることにより前記画像を形成すること、を特徴とする回折素子。１８．請求項１１に記載の回折素子であって、前記素子により生成する１つの画像からの画像情報は、あるトラックの長さに沿ってデジタル的に符号化しており、各該トラックは前記画像の内の１つのラインを生成して、このようなトラックが生成する前記ラインを組み合わせることにより前記画像を形成すること、を特徴とする回折素子。１９．請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の回折素子であって、あるトラックは拡散的反射領域を含むこと、を特徴とする回折素子。２０．請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の回折素子であって、前記トラックのあるものは鏡面的反射領域を含むこと、を特徴とする回折素子。２１．請求項１１に記載の回折素子であって、前記の方位、曲率及び間隔の変化は、各トラック内のある特性線に沿う場合を除いて非消滅的に、２変数の数学的関数により記述できること、を特徴とする回折素子。