JPH10505171A

JPH10505171A - 回折面およびその製作方法

Info

Publication number: JPH10505171A
Application number: JP8509031A
Authority: JP
Inventors: レイ−ジョーンズ，ピーター; アレギザンダー，ブライアン・フレデリック; アサートン，ピーター・サミュエル
Original assignee: ミコー・テクノロジィ・リミテッド
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1998-05-19
Also published as: CA2199037A1; WO1996007939A1; EP0779995A1; US20010012156A1; EP0779995A4; CN1174611A

Abstract

(57)【要約】回折面（１００）および前記面を作成する方法。面（１００）をラベルおよびその他の部材に適用してラベルが付けられている品物の出所を識別することができる。面（１００）はブロック格子を含むことができる。たとえば、面は、照明されると認識可能な画像を遮蔽面上に生じさせるように調整された複数のブロック（３５０）を含むことができる。回折格子は、画像を示すデータ・ストリームを処理することによって製作される。データ・ストリームの処理には、データ・ストリームのフーリエ変換を求めることが含まれる。データ・ストリームはクリップされ量子化されることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】回折面およびその製作方法技術分野本発明は光学回折面からの投影画像の生成に関する。これらの画像は、光学面の信用性検証のため、またはデータ記憶や娯楽など他の目的のために、視覚的に、または機械によって確認することができる。発明の背景偽造品の販売が現在問題になっている。偽造はラベルおよび商標の使用によって阻止することが多い。しかし、ラベルおよび商標の無許可の使用を防止するのは困難である。上記の問題については国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９２／００２５２号に記載されている。発明の目的本発明の目的は上記の問題を克服または大幅に改善することである。発明の概要本明細書では、図形が照明されると照明による回折光を遮る面上に認識可能な画像を生じさせる、回折格子を含む回折図形を生成する方法であって、画像を示す一次データ・ストリームを供給するステップと、一次データを処理し、格子の物理特性に対応する処理された一次データの特性によって前記格子、したがって前記図形の構成を判断するステップと、前記図形に対応する構成を有するように変形させる面を有する板を設けるステップと、処理された一次データに従って板の表面を変形させて前記構成を生成するステップとを含み、格子の物理的大きさが前記特性によって決められることを特徴とする方法を開示する。図面の簡単な説明以下に、本発明の好ましい態様について添付図面を参照しながら例を用いて説明する。第１図は、画像と、ある画像から回折格子を生成するプロセスとを示す概略図である。第２図は、回折格子を生成することができるデータを示す概略図である。第３図は、回折格子を示す概略図である。第４図は、第１の領域と第２の領域といわゆる遷移領域とを含む光学面を示す概略図である。第５図は、セルで構成する面を示す第４図の光学面のクローズアップ図を示す概略図である。第６図は、第４図の第１および第２の領域の光学特性を示す概略図である。第７図は、いわゆるブロックで構成するセルを示す第４図の光学面のセルの一部を示す概略図である。第８図は、第７図の１つのブロックを示す概略図である。第９図は、入射光線から投影画像を生成する１タイプの光学面を示す概略図である。第１０図は、第９図の投影画像における移動動画効果の例を示す概略図である。第１１図は、第９図の投影画像における強度動画効果の例を示す概略図である。第１２図は、第９図に図示する光学面の設計の好ましい実施例のクローズアップ図を示す概略図である。好ましい実施形態の詳細な説明第１（ａ）図には、適切な光源によって格子が照明された場合に回折光によってスクリーン上に画像を生じさせるように、回折格子を生成する元になる画像が図示されている。適切な光源の一例は固体レーザである。より詳細には、画像を見るために、実際の格子自体を直接見ることはできない。回折画像は格子の適切な照明によってのみ見ることができ、その場合、画像は格子からの回折光を受け取るスクリーン上で見えることになる。第１（ａ）図の画像は陰影（すなわちグレイ・スケール）領域を含むことに留意されたい。回折格子を作るには、第１（ａ）図の画像またはその再構成版を後述するように走査して、画像を示すデータのストリームが生成されるようにする。データのストリームは、両像をいくつかの画素または要素に分割し、各画素または要素を示すデータ値またはデータ値のセットを判断することによって得る。走査プロセスにおける画素の密度は、回折画像で必要な画像品質が生成されるように選定する。たとえば、画像を走査して１２８×１２８、２５６×１２８、または５１２×２５６列の画素になるようにすることができる。次に、２次元高速フーリエ変換を使用してデータのストリームから回折画像を計算し、その回折画像から回折格子を生成する。一般に、任意の画像の高速フーリエ変換は、いわゆる実数部といわゆる虚数部の、２つの非ゼロ部から成る。本発明では、原入力画像（たとえば第１（ａ）図の画像）を処理し、その結果の処理済み画像のフーリエ変換が無視できる虚数成分を有するようにする。すなわち、フーリエ変換が実数のみとなるようにする。処理済み画像を生成する好ましい方法については後述する。結果の回折面によって生成され、横断するスクリーン上に投影された回折画像は、原画像（第１（ａ）図の画像など）と原画像の回転版とから成り、そのような画像の対（原画像と回転画像）は前記回折面からの鏡面反射（ゼロ次回折光線）の周囲で発生し、前記回折面からのより高い回折次数の周囲でもそれより少ない強度で発生する。従来使用されているフーリエ変換技法の難点は、フーリエ変換における情報の大部分がフーリエ変換データの小部分に含まれることである。本発明では、これは結果の回折図形のうちの小さい領域のみが画像を生成する役割を果たすことを意味する。したがって、入射読取り光線の多くは、従来の回折スポットに回折されることになり、その結果、回折画像の光強度が比較的小さくなる。この欠点を克服する方法は、フーリエ変換によって生成されたデータを、後述するようにランダム位相雑音配列の使用により変調する。本発明では、ランダム位相雑音配列は、好ましくは後述するように二次元の奇数対称でなければならない。高速フーリエ変換によって得られたデータのクリッピングと量子化によって、回折画像にもう一つの改良を加えることができる。高速フーリエ変換データを、ピーク計算レベルのたとえば５０％などの割合にクリップする。次に、その結果のクリップ・データをクリッピング範囲内の離散レベル数に量子化する。たとえば、高速フーリエ変換によって生成されたデータを、クリッピング後に当該クリッピング範囲内の５０レベルまたは１０レベルの離散レベルに量子化することができる。原画像を処理済みフーリエ変換データに変換し、そのデータから回折面を作成することができるようにするために行うことができる、変形版を含む特定の一連の機能の例は、以下の通りである。この手続きは第１図の一連の図に図示されている。この説明で言及するレイアウトは、アドビ・フォトショップなどのコンピュータ・グラフィックス・パッケージ（またはそれより小さいパッケージ）を使用してコンピュータ画面上で生成され、表示されることになるレイアウトであることに留意されたい。また、以下の説明で使用するデカルト座標系、したがってＸ軸とＹ軸は恣意的なものであって、説明を明確にするためにのみ記載または言及するものであることを理解されたい。１．原画像または入力画像を矩形入力画像領域に配置し、第１（ａ）図に示すように、前記矩形入力画像領域を、前記画像領域の下辺がデカルト座標系のＸ軸に接し、前記デカルト座標系のＹ軸が前記画像領域を二等分するようにして、前記デカルト座標系の上半面（正のＹ値）に配置する。第１（ａ）図の黒い領域は、入力画像（この場合は飛行機の画像）を含む入力画像領域である。入力画像が前記入力画像領域に占める割合が小さいほど、結果の回折画像が明るくなる（すなわち強度が強くなる）ことを理解されたい。これは、完成した光学面からの回折光学パワーが入射光学パワーに占める割合がほぼ一定しており、したがって回折画像が画像面の合計面積に占める割合を小さくすると入射パワーに占めるこのほぼ一定した割合がより小さい面積に集中し、それによって回折画像の強度が強くなることを考えればわかるであろう。２．入力画像を数値化する。入力画像をデカルト配列に分割し、配列内の各要素または画素に、入力画像に対応する画素の値（たとえばグレイ・スケール・レベル）に従って数値化すなわち量子化された値を割り当てる。数値化された画像で必要な解像度が実現されるように配列サイズを選定する。この処理技法のこの好ましい実施形態では、離散高速フーリエ変換を使用して回折格子データを求める。したがって、デカルト数値化配列のＸ方向およびＹ方向の画素数は２の累乗であることが好ましい。たとえば数値化配列は１２８×６４要素配列や２５６×１２８要素配列などとすることができる。原画像は、全周に少なくとも１画素幅の黒い（すなわちゼロ値の）境界線を有することが好ましいが、この条件は必須ではない。１つまたは複数の境界線上に非ゼロ画素がある場合、結果の高速フーリエ変換の虚数成分がゼロから離れるが、前記虚数成分はゼロであることが理想的である。しかし、高速フーリエ変換出力値に小さな非ゼロ虚数成分があっても満足のゆく回折格子になる場合がある。３．数値化された入力画像から「象限化」画像を生成する。この象限化プロセスには多くの種類があり、そのすべてがすべての実用目的のために満足のゆく結果を生じさせることができる。本明細書ではそのような２種類のプロセスについて述べる。第１の方法は、厳密に正確な方法であるが、結果の回折格子によって生成される画像に小欠陥を生じさせる。それに対して、第２の方法は、第１の方法の結果による画像欠陥を除去する概算である。象限化方法：第１の方法（ｉ）元の数値化された画像をデカルト座標系の下半面（負のＹ値）に鏡映させ、それによって第１（ｂ）図に示すように、元の数値化入力画像の２倍の大きさの数値化画像全体を生成する。（ii）第１（ｃ）図に示すように、下半面（負のＹ値）画像をＹ軸を中心に（すなわち左から右および右から左に）鏡映させる。（iii）４つのデカルト象限を対角線方向に「交換」する。すなわち、対角線方向に反対側の象限に移動させる。言い換えると、第１象限を第３象限に移動し、第３象限を第１象限に移動し、第２象限を第４象限に移動し、第４象限を第２象限に移動して、その結果、第１（ｃ）図の画像から第１（ｄ）図の画像を生成する。（iv）その結果の画像の左半面（負のＸ値）を右（正のＸ方向）に１画素移動し、その過程で左半面の右側の列（Ｘ＝−１にある）を廃棄し、左側（負の最大Ｙ方向）の境界線にゼロ値画素の列を残す。下半面（負のＹ値）を下方（負のＹ方向）に１画素移動し、その過程で最下部（負の最大Ｙ値）行にある画素を廃棄し、Ｙ軸の直下（Ｙ＝−１）にゼロ値画素の行を残す。第１（ｅ）図に、第１（ｄ）図の画像にこの方法を適用したものを図示する。この方法の結果、後述するように、結果の回折面から生成された画像に「黒線欠陥」が生じる。象限化方法：第２の方法この方法は、上述の第１の方法によって生成される「黒線欠陥」を除去するための概算方法である。第２の方法は、第１の方法の上述のステップ（ｉ）、（ii）、および（iii）を含み、その後にステップ（iv）が続く。（iv）結果の画像の左半面（負のＸ値）を右（正のＸ方向）に１画素移動し、その過程で左半面の右側の列（Ｘ＝−１）を廃棄し、左側（負の最大Ｘ値）の境界線にゼロ値画素の列を残す。次に、画像の右側の列（負の最大Ｘ値）をゼロで満たされた左側の列（負の最大Ｘ値）にコピーする。下半面（負のＹ値）を下方（負のＹ方向）に１画素移動し、その過程で最下部（負の最大Ｙ値）行にある画素を廃棄し、Ｙ軸の直下（Ｙ＝−１）にゼロ値画素の行を残す。第１（ｆ）図に、この方法を第１（ｄ）図の画像に適用して得られた画像を示す。この方法の結果、前述の「黒線欠陥」を生成しない回折面が得られる。４．奇数対称ランダム位相雑音効果を調べる。ランダム位相雑音効果を調べる方法を例示するために、ここでは第１（ｇ）図のより小さい１６×１６配列を使用する。説明を容易にしわかりやすくするために、第１図の他の図のように、第１（ｇ）図のＸおよびＹデカルト座標軸を組み込む。第１（ｇ）図の１６×１６配列のようなランダム位相雑音配列の構築方法は次の通りである。（ｉ）数値化入力画像が２^p（Ｘ方向）×２^q（Ｙ方向）の画像である場合、まず、２^p-1×２^q配列を生成してデカルト座標系の第１象限に配置する。２^p-1× ２^q配列に乱数セットを割り振る。その際、左側の列（Ｘ＝１）と最上部の行（最大Ｙ値）をゼロで満たす（すなわちゼロ値を有する）以外は、配列内の各画素に乱数を割り振る。配列内の画素に割り振る乱数は、０から３５９までの範囲とすることができ、数値化され象限化された入力画像の対応する画素に関連づけられるランダム位相角を表す。（ii）第１象限乱数配列をＹ軸を中心にしてデカルト座標計の第２象限に鏡映させ、鏡映させた第２象限配列を右（正のＸ方向）に１画素移動し、その過程でゼロで満たされた右側の列（Ｘ＝−１）を廃棄し、ゼロで満たされた左側（負の最大Ｘ値）の列を残す。（iii）結果の上半面（正のＹ値）配列をＸ軸を中心にして鏡映させ、結果の下半面（負のＹ値）配列を下方（負のＹ方向）に１画素移動し、その過程でゼロで満たされた最下部（負の最大Ｙ値）行を廃棄し、Ｘ軸の直下（すなわちＹ＝− １）のゼロで満たされた行を残す。（iv）下半面の値を否定し、それによってたとえば５４度が−５４度になり１８０度が−１８０度などとなるようにする。上述のようにして第１（ｇ）図の単純な１６×１６ランダム位相配列が構築された。第１（ｈ）図に、第１（ｅ）図または第１（ｆ）図の象限化画像と共に使用して回折格子を生成することができる典型的な２５６×２５６ランダム位相雑音配列を図示する。第１（ｇ）図および第１（ｈ）図では、各画素位置の位相値はグレイ・スケール陰影によって表され、中間グレイ陰影はゼロ位相値を表し、それより明るいグレイ陰影は正の位相値を表し、それより暗いグレイ陰影は負の位相値を表す。「シード」数を使用してランダム位相雑音データを変化させ、異なるランダム位相雑音データ配列を生成することができることに留意されたい。言い換えると、異なる回折格子設計で異なる位相雑音データを使用するように、位相雑音データを「シード」することができる。他の態様では、異なる「シードされた」位相雑音データ配列の使用の結果得られたいくつかの異なる回折格子によって、同じかまたはほぼ同じ回折画像を生成することもできる。ランダム位相雑音データのシーディングを使用して、本方法によって生成される回折格子によって生成される回折画像内に認められる可能性のある光学雑音の領域を削減または除去することもできる。位相雑音データ配列の「シード」数を変化させることによって、結果の回折画像内の光学雑音を変化させることができ、それによって画像品質を最適化することができる。５．象限化画像とランダム位相雑音データ配列から複素数高速フーリエ変換（ＦＦＴ）入力データの「実数」成分と「虚数」成分を生成する。配列内の各画素について、以下の計算を行う。ＦＦＴ入力の実数成分＝振幅×余弦（シータ）ＦＦＴ入力の虚数成分＝振幅×正弦（シータ）上式で、振幅＝当該画素における象限化画像の値シータ＝当該画素におけるランダム位相雑音データ配列の値である。６．前記のＦＦＴ入力データの高速フーリエ変換を計算する。その目的は完全に実数のみのＦＦＴ結果を得ることであり、これはその方が回折格子として物理的な形でより容易に生成されるためである。象限化入力画像とランダム位相雑音データ配列の対称特性の結果として、結果のＦＦＴ出力は実数のみまたはほぼ実数のみとなる。実際には、ＦＦＴ出力にはいくらかの非ゼロ虚数成分が発生し、その虚数成分の絶対値は、とりわけ、使用する入力画像象限化方法によって左右される。一般に、前述の第１の象限化方法は、実数のみのＦＦＴ出力を生成する厳密な方法であるのに対して、前述の第２の象限化方法はＦＦＴ出力に非ゼロ虚数値をかなり生成する可能性のある概算方法である。たとえば、１つの特定の例では前述の第１の象限化方法は最大実数成分値２７５対して最大虚数成分値０．００００２を生成し（すなわち計算精度の範囲内では虚数成分はゼロである）、前述の（概算方法である）第２の象限化方法は最大実数値２６０に対して最大虚数成分０．６４を生成する。７．各画素の複素数ＦＦＴ出力データの複素数から実数への変換によって、基本回折格子データを生成する。各画素値について、複素数ＦＦＴ出力の虚数成分（いかなる場合もほぼゼロでなければならない）を廃棄して、実数部のみを保持する。第１（ｉ）図に、第１（ｆ）図の象限化画像から（すなわち第２の象限化方法を使用して）得られた基本回折格子データを示す。第１（１）図では、各画素について（実数のみの）基本回折格子データ値がグレイ・スケール・レベルとして示されている。８．基本回折格子データをクリップし、量子化して処理された回折格子データを生成する。この基本回折格子データを特定の極値に制限し、それらの限界を超えるデータはそれらの極値に設定する。その結果のクリップされたデータを量子化レベルの所定のセット内で量子化する。したがって、クリッピング・プロセスと量子化プロセスは、基本回折格子データを「歪ませる」。すなわち基本回折格子データに不正確をもたらし、したがって理論上は、結果の回折格子によって生成される回折画像の品質を低下させる。しかし、実際上は、物理的回折面を再生するために使用する機器が特定の解像度限界を有するため、クリッピングと量子化のプロセスを適切な方法で回折面作成機器の解像度に合わせれば、結果の回折面はクリッピングと量子化のプロセスを行わない場合よりも、（回折画像の解像度と輝度の両方を考慮に入れて）全体的な品質の良い回折画像を生成することができる。クリップし、量子化したデータを次に、通常は０と１の間である２つの所定の限界内に正規化し、基本回折格子データは正でも負でもあり得、通常はゼロを中心にほぼ対称に分散されることを念頭に置いて、正規化後の値０．５が基本回折格子データにおいてほぼゼロ値に等しくなるようにする。正規化されているか否かを問わず、低い方のクリップされ、量子化された値は最終回折面の最小変調を表し、高い方のクリップされ、量子化された値は最終回折面の最大変調を表す。（本明細書に記載の）ブロック格子設計の場合、最小変調はブロックのエッチングのないことを意味し、最大変調はブロックの最大エッチングを意味する。量子化レベルは、クリップされた基本回折格子データの範囲に線形に分散させるか非線形に分散させるかを問わず、通常は最終回折格子の変調において一様または線形の段階を示す。しかし、量子化レベルは場合によっては最終回折格子の変調値に非線形に対応することがあることを理解されたい。第１（ｊ）図に、第１（ｉ）図の基本回折格子データから得られた（クリッピングと量子化の後の）処理済み回折格子データを示す。この特定の事例では、５０レベルの量子化レベルを使用した。第１（ｊ）図では、各画素における処理済み回折格子データの値は５０のグレイ・スケール・レベルのうちの１つとして表されている。一般には、第１（ａ）図のように２５６×１２８画素配列に数値化された入力画像の場合、基本回折格子データ値の約２％〜５％がクリップされてその結果のクリップ・データが５０レベルの量子化レベルになるようにクリッピングと量子化を調整した場合に最終回折格子から良好な結果が得られたが、他の態様でも満足のゆく結果を得ることができることを理解されたい。基本回折格子のクリッピングによって、処理済み回折格子データ配列（すなわち量子化後のデータ）内のより多くの値を異ならせることができ、したがって有用な情報を伝達することが可能になる。基本回折格子データのクリッピングと量子化を調整して、処理済み回折格子データ配列内の同じデータ値を有する画素数が最小限になるようにすることによって、回折画像上の雑音を最小限にすることができる。余分なクリッピングを行うと、最大または最小（すなわちクリップされた）データ値の画素数が増加するのに対し、クリッピングが少な過ぎると小さいデータ値に画素数が統計的に集中し、より大きな値の画素がわずかになる。たとえば、５０レベルの量子化の最適クリッピングを行うと、通常は処理済み回折格子データ配列内の同じデータ値の画素数は、合計データ点数の数パーセント以下になる。処理済み回折格子データの平均値が最小クリップ値と最大クリップ値のほぼ中間であって、したがって（本明細書に記載の）ブロック格子設計ではブロックの平均エッチング面積（この平均は格子全域でとる）がメッシュ図形の囲まれた領域の約５０％となるのが理想的である。たとえば、２５６×２５６データ配列に基づく１つの特定の例では、ピーク数値＋６９８および−７３８をそれぞれ＋１５０および−１５０にクリップし、それによって合計データ点数の約２％がクリップされた。５０レベルの量子化の場合、これによって処理済みデータ配列内の同じ値の最大数は配列内の合計データ点数の約４％となった。このクリッピングと量子化によって、鮮明で安定した画像が得られた。一方、同じ例で、ピーク値を＋１００および−１００にクリッピングすると回折画像上の雑音の顕著な増加が生じた。異なるクリッピング方式と量子化方式を選定した場合の効果を、第１（ｋ）図および第１（ｌ）図に示す。第１（ｋ）図には、第１（ｉ）図の基本回折格子を使用し、データ値の０．２％しかクリップせず、５レベルのみの量子化を使用して得られた回折格子によって生成されたデータ０次回折画像が図示されている。それに対して、第１（ｌ）図には、データ値の４％をクリップし、５０レベルの量子化レベルを使用した場合に生成された回折画像が図示されている。第１（ｌ）図の回折画像は第１（ｋ）図のものより明らかに高品質である。クリッピングと量子化の代替策は、非線形量子化スケールを使用して、基本回折格子データを様々な量子化レベルに非線形にまたは非一様に割り振ることである。量子化レベルは、最終回折格子の変調において線形（すなわち一様の）段階も非線形段階も示すことができる。最終回折格子の量子化レベルと変調の間の非線形関係を使用して、回析画像に顕著な視覚的効果を得ることができることに留意されたい。処理済み回折格子データにおける使用可能な最大数の量子化レベルを仮定した場合、非線形スケールがそれらの量子化レベル全体にわたるデータ値の分散を均等にする役割を果たすという点でクリッピングと量子化に類似した効果を与えるように、ＦＦＴデータを様々な量子化レベルに割り振る非線形スケールの用法を考えることができる。すなわち、処理済み回折格子データ配列内の同一データ値の数が最小限になるように非線形量子化スケールを規定することができる。本明細書に記載のように形成された回折格子面は、適切な読取り光線によって照明された場合、スクリーン上または光学センサ上に投影回折光図形を生じさせる。この回折図形には、読取り光線の鏡面反射スポットと、その鏡面反射スポットの周囲に対称に配置された２つの原入力画像が入ったゼロ次図形が含まれる。その２つの画像はそれぞれ他方の画像を１８０度回転させたものである。たとえば、第１（Ｊ）図の処理済み回折格子データから形成された回折格子は、表示スクリーンまたは光学センサで、第１（ｃ）図の単純版である第１（ｌ）図に示すような、鏡面反射スポットと鏡面反射スポットの周囲に配置された１対の原入力画像とから成る投影ゼロ次回折画像を生じさせる。（第１（ｋ）図および第１（ｌ）図で、２つの画像の中央にある中央回折スポットが除去されていることに留意されたい。）同様に、それより高次（１次、２次など）の回折画像は、より高次の回折スポットの周囲に配置された１対の原入力画像によって囲まれた回折スポットで構成されることになる。本明細書に記載のように、入力画像を「量子化」して回折格子設計を生成する方法は様々ある。以上では、特にそのような２種類の方法（第１の方法と第２の方法）について説明した。第１の方法は、厳密または厳密に正確な方法であるが、結果の回折画像にいわゆる「黒線欠陥」を生じさせる。第１（ａ）図の入力を第１図に関して説明したように処理し、第１の量子化方法を使用した場合、結果の回折格子は、第１（ｍ）図に示すように画像の中心をＹ軸に沿って通る１画素幅の黒線を有するゼロ次回折画像を生成する。（第１（ｍ）図には中央鏡面反射スポットは図示されていない。）最も実際的な状況では、この黒線はそのような回折画像を見るようにうまく調整された装置で見えることになる。「黒線欠陥」は、前述の第２の量子化方法を使用して除去することができる。この第２の量子化方法は、厳密に実数のみの高速フーリエ変換出力データ配列を生成しない概算方法である。すなわち、高速フーリエ変換出力配列はほぼゼロであるに過ぎない虚数成分を有するのに対し、前述の第１の量子化方法は通常、計算方法の精度の範囲内でゼロ虚数成分を有する高速フーリエ変換出力データを生成する。しかし、前述の第２の量子化方法を使用して設計された回折格子は、「黒線欠陥」のないゼロ次回折画像を生成する。第１（ｌ）図は、第１（ａ）図の入力画像から、前述の第２の量子化方法を使用して設計された回折格子によって生成されたゼロ次回折画像を示す図である。（第１（ｌ）図には中央鏡面反射スポットは図示されていない。）第１（ｌ）図の画像は、「黒線欠陥」を示さず、十分な高さの解像度の数値化配列（２５６×１２８以上の配列）を使用する最も実用的な状況では、この画像と（厳密に正確な回折格子によって生成された）「正確な」回折画像との間の差異は大きくない。したがって、前述の第２の量子化方法の方が多くの実用的状況では好ましい。前述のように、原矩形入力画像領域は、入力画像領域の全周に少なくとも１画素幅の黒い（ゼロ値）境界線を有するのが理想的である。しかし。この条件は必須ではなく、１つまたは複数の境界線上に非ゼロ画素がある場合、結果の高速フーリエ変換出力データ配列の虚数成分はゼロから離れることになる。正確な物理的回折格子の生成を可能にするには高速フーリエ変換出力配列の虚数成分はゼロであることが理想的である。しかし、小さな非ゼロ虚数成分があっても、満足のゆく回折画像を生成する回折格子設計になると考えられる。また、前述のように、本明細書に記載の方法に従って形成された回折格子は、各回折次数付近て回折画像を生成する。したがって、入力画像と入力画像領域を適切に構成すれば、そのような回析格子によって生成された様々な回折次数、特にゼロ次および１次の回析次数が互いに結びついて連続した、または「シームレス」な回析画像を形成するように回折格子を設計することが可能である。ゼロ次と１次の解析次数の連続した結合を実現するためには、入力画像領域の境界線上に非ゼロ画素を含めることが必要な場合がある。第１（ｎ）図に、解析格子が本明細書に記載のブロック格子である事例の、そのような解析格子によって生成されたゼロ次および１次解析画像の概略図を示す。このようなブロック格子の場合、ゼロ次回折画像は４つの１次回折画像によって囲まれる。第１（ｎ）図のゼロ次および１次回折画像は矩形の点線で輪郭がとられているが、この矩形は単に説明をわかりやすくするために入れたものである。この例では、回折格子は、第１（ｎ）図に示すように、各回折次数の画像が４つの矢尻形によって囲まれた中央解析スポットとなり、ゼロ次と１次の解析図形が回折画像の縁で結合して「シームレス」な図形を形成するように設計されている。本明細書に記載の方法を使用して、ゼロ次と１次の回折画像が滑らかに結合して「シームレス」または連続した図形を形成する特性を有する多くの回折格子設計を作ることができることを理解されたい。前述のランダム位相雑音データ配列の使用は、回折画像情報を回折格子面全体により一様に拡散させる役割を果たし、それによって格子によって生成される回折スポットの強度に対応して回折画像の強度が強くなる。第２（ａ）図に、前述のランダム位相雑音配列を使用せずに導き出された典型的な回折格子データ配列の１象限の概略図を示し、第２（ｂ）図にランダム位相雑音配列を使用して導き出された回折格子データ配列の対応する象限の概略図を示す。（第２（ａ）図および第２（ｂ）図は６４×６４データ配列である。第２（ａ）図と第２（ｂ）図を比較すると、第２（ｂ）図では回折画像情報が回折図形の一部に集中しておらず、回折図形全体に分散しているのに対し、第２（ａ）図では回折画像情報が回折図形の限られた領域に集中しているため、乱数位相シーケンスの使用によって結果の回折格子図形における回折画像情報の集中に関する前述の欠点が克服されていることがわかる。（前述のようにして導き出された）処理済みの回折格子データを使用して、物理的回折格子を作成することができる装置を制御する。この目的のための好ましい装置は、電子ビーム・リソグラフィ機である。この機械は、適切に調整されたガラスまたは他の何らかの適合する材料製の板を、処理済み回折格子データに従ってエッチングする。言い換えると、板上に記録された図形の面積、幅、または他の何らかの特性を変調することによって処理済み回折格子データを板にエッチングする。前記変調は特定の点でその点における処理済み回折格子データ値に依存する。この場合、処理済み回折格子データを、電子ビーム・リソグラフィ機によって解釈するのに適した形態に再構成または再形式化することができる。エッチングされた板の製作を可能にするために、たとえばブロック格子のメッシュ図形におけるメッシュの物理サイズや回折面全体を形成するブロック格子の数とレイアウトを表すものなどその他のパラメータ値も、処理済み回折格子データと共に入力することができる。このようにして形成された格子図形は、適切な読取り光線によって照明されると、第１（ｌ）図に示すように中央鏡面反射スポットを一対の原入力画像が囲んでいるゼロ次回折画像を、スクリーンまたは光学センサ上に生じさせることを理解されたい。（第１（ｌ）図には中央鏡面反射スポットは図示されていない。）照明は、たとえばレーザ・ダイオードを使用し、前記レーザ・ダイオードの出力ビームをレンズ機構を使用して適切に構成する。電子ビーム・リソグラフィ機を使用して、処理済み回折格子データの正数または負数（すなわち逆）を記録することができることを理解されたい。前述のように、入力画像を処理して実数のみ、またはほぼ実数のみの処理済み回折格子データ配列が生成されるようにして、エッチング板上またはその他の方式で記録することができる。処理済み回折格子データは、直接板に記録することも、基礎となる回折格子の変調として記録することもできる。この基礎となる回折格子は、いくつかの格子タイプの１つとすることができ、たとえば単純な直線格子とすることができる。処理済み回折格子データを直接板に記録した場合は、処理済みデータの振幅を板上のいくつかの離散点それぞれに、その点にエッチングされた領域の特性によって表すことができる。このようにして、結果のエッチング済み板を顕微鏡で見ると、列またはピットの配列から成っており、各列またはピットの特性がエッチング済み板のその点における処理済み回折格子データの振幅を表す。処理済み回折格子データを表すために使用されるエッチングされた領域は、各列またはピットの（板表面の平面に対して平行な）面積、（板の表面の上方から見た）形状、位置、高さまたは深さ、および高さ縦断面または深さ縦断面を含むことができる。単純な実施態様では、各列またはピットの面積は、エッチングされた板のその点における処理済み回折格子データの振幅を表すことができる。この場合、列またはピットは横断面形状（すなわち板の上方から見たときの形状）を有することができるが、たとえば一般には正方形または矩形の形状になる。処理済み回折格子データを前述のように直接板に記録した場合、エッチング済み板の適切な照明で形成される回折画像は、照明ビームの鏡面反射方向付近とそれより高い回析次数付近に発生する。処理済み回析格子データをエッチング板上に直接記録することによって得られる格子の好ましい実施形態はいわゆるブロック格子である。ブロック格子は、板上にメッシュ図形を生成することによって作成され、メッシュ図形は正方形、矩形、三角形、またはその他の形状などの囲われた領域から成る。たとえば、１つの好ましい実施形態では、ブロック格子は囲われた正方形のメッシュ図形を含む。それぞれの囲われた領域はエッチングされた領域を含み、エッチングされた領域の特性はその点での処理済み回折格子データの振幅を表す。処理済み回折格子データを表すために使用されるエッチングされた領域の特性は、（板表面の平面に対して平行な）面積、（板の表面の上方から見た）形状、位置、深さ、および深さ縦断面を含むことができる。単純な実施態様では、メッシュ図形内の各囲われた領域は、エッチングされた領域を含むことができ、エッチングされた領域の面積はその点での処理済み回折格子データの振幅を表す。このようなブロック格子の場合、エッチングされた板を適切に照明すると形成される回折画像は、照明ビームの鏡面反射方向付近と、板に組み込まれたメッシュ図形によって生じるそれより高い回折次数付近に発生することになる。第３図に、ブロック格子１０の概略図を図示する。格子１０は、矢印１２の方向に延びる一連の第１の隆起１１と矢印１４の方向に延びる一連の隆起１３を含む。隆起１１と１３は大体直角に配置され、囲われた正方形または矩形のメッシュ図形を作り出している。囲われた正方形または矩形は凹部１５を含み、隆起１１および１３は凹部１５のレベルよりも上に配置されている。隆起１１および１３の横断面は凸面であり、いずれか一方または両方が読取り光線の波長よりも短い横幅を有することができる。隆起１１および１３の横幅が入射光の波長よりも短いため、隆起１１および１３に入射した光は従来のような方式では反射されない。この設計方法では、処理済み回折格子データに従ったブロック格子の変調は、各ブロック内すなわちメッシュ図形の各囲われた領域内の、エッチングされた面積の変調によって実現される。したがって、第３図では、各凹部１５はその点での処理済み回折格子データを表す面積でエッチングされている。たとえば、処理済み回折格子データが０と１の間で正規化されている場合、値０．４はそれに対応するブロック内のエッチングされた面積が合計ブロック面積の４０％となることを示す。このブロック格子設計タイプでは、エッチング加工の深さの調整を用いて結果の回折画像の輝度と解像度の組合せを最適化することができることが経験的にわかる。エッチング深さを増せば回折画像は明るくなるが、深くエッチングし過ぎると（エッチングされた領域の壁は完全な垂直ではないため）格子の上面に過剰エッチングが生じ、それによって結果の回折画像の解像度が減損する。したがって、エッチング方法の特性によって決定される最適なエッチング深さが存在する。たとえば、赤色レーザ光と共に使用することを意図した第３図に示すタイプのブロック格子内の隣接する隆起間の間隔は、典型的には０．５ミクロンから１ミクロンまでの範囲となるのに対して、隆起１１および１３の幅は、典型的には少なくともブロック格子のいくつかの部分で、格子によって生成された回折画像を見るために使用される光の波長よりもかなり狭くなる。ブロック格子のメッシュ図形の中の各囲われた領域内の処理済み回折格子データを表すために使用される特性は、典型的にはブロック格子の特性寸法よりもかなり低い精度で決定され、エッチングされる。たとえば、現在利用可能な技術では、格子上での特徴形状の位置決め精度は５〜１０ナノメートル、すなわち囲われた正方形または矩形の一辺の長さの約０．５％〜１％である。しかし、これらの数字は例示的なものに過ぎず、限定的なものとみなしてはならない。処理済み回折格子データを記録する他の技法は、基礎格子上の変調である。基礎格子はたとえば従来の直線回折格子とするか、または曲線から成る格子とすることができる。この場合、処理済みフーリエ変換における振幅情報はエッチング板上のエッチング点における基礎格子直線の幅として記録することができる。エッチング板の照明時に形成される画像は、照明光線の鏡面反射方向付近と、各回折次数付近とに発生し、これは普通なら非変調格子について発生するはずのものである。本発明は、光学面のエッチングされた領域とエッチングされていない領域の間の光反射率や光透過率の差には依存しないことと、本明細書に記載の光学面の好ましい実施形態では面は一様の光反射率または光透過率を持つことを理解されたい。たとえば、第３図に示す面の好ましい実施形態では、隆起１１および１３と凹部１５の両方を含む光学面全体の光反射率または光透過率は一様である。したがって、本発明は、面の処理領域と未処理領域との間の反射率または透過率の差に依存するいわゆるバイナリ位相ホログラムなどのいくつかの既存の方法とは異なる。電子ビーム・リソグラフィ機を使用して製作されたエッチング板をその後で使用して商業化可能な光回折面を製作することができる。この面はたとえば薄い箔の形とすることができる。エッチング板から光箔を製作する工程は、エッチング板を電気めっきしてマスタ・シムを作製し、そのシムからエンボス・シムをコピーする処理を含むことが好ましい。エンボス・シムを使用して、エッチング板からとった面図形を箔の層に機械的にコピーし、次にそれをコーティングして繊細なエンボス構造体に機械的保護を与える。重要な点は、エンボス面が初めに所望の光反射率または透過率特性であるか、またはエンボス後に一様な光反射率または透過率の層でコーティングされるために、箔内のエンボス層の光反射率または光透過率が一様であることである。箔の適合する照明によって、エッチング板からの画像として回折画像が生成される。したがって、本発明の光学面は面のエッチングされた領域とエッチングされていない領域との間の光反射率または透過率に依存しない。たとえば、銀製反射箔の形で製作された第３図の好ましい実施形態の場合、隆起１１および１３と凹部１５の両方を含む光回折面全体が一様の光反射率である。エッチング板から商業化可能な光学面を製作するのに射出成形などの他の方法を代わりに使用することもできるものと理解されたい。前述のように変調線格子ではなく第３図に図示するようなブロック格子設計を使用する利点は、ブロック格子の方がより多くの量子化レベルをフーリエ変換データとエッチング板の製作に組み込むことができることである。これは、ブロック格子の場合、反射領域が線格子の場合のように１つの寸法だけでなく２つの可変寸法を有するためである。電子ビーム・リソグラフィ機が線格子の場合にｎ個の量子化レベルが可能である場合、その同じ電子ビーム・リソグラフィ機はそれと同等のブロック格子の場合にはｎ²個の量子化レベルが可能である。量子化レベル数が増加すると、回折画像の品質が全体的に向上する。したがって、たとえばブロック格子の場合、５０段階の量子化レベルを使用することが可能であるが、それと同等の線格子の場合には１０段階以下である。実際に、ブロック格子の典型的な構成は、５０段階の量子化レベルを使用して鮮明で安定した回折画像を生成することができる。上述の実施形態では、スクリーン上に投影する画像について説明した。なお、光センサを使用して画像を認識することもできることを理解されたい。すなわち、機械可読性（機械認識可能）に特に適合するように画像を特別に調整（設計）することができる。これは、クレジット・カード、個人識別カード、製品セキュリティなどの、高セキュリティ識別および認証応用分野には特に有利である。上述の格子は、品物が本物かどうかを判断する目的でどのような品物にも適用することができる。品物に適用される格子を照明し、スクリーン上に画像を投影して観察し、品物が本物かどうかを判断する。あるいは、品物が本物かどうかを判断するために画像を光センサに投影して機械で認識することもできる。前述の格子の製作方法を知らない限り格子の無許可の複製は不可能であるため、本物の品物だけに格子が生じることになる。多くの場合、適用分野の要件に従って回折画像の大きさおよび回折画像の間隔を拡大縮小すると有利である。これは、前述のようにして生成された格子図形を拡大縮小することによって簡単に行うことができる。一般に、格子図形の大きさを縮小すると、より大きくより広く広がった画像ができ、格子図形の大きさを大きくすると、より小さく密接した間隔の画像ができる。格子の大きさの変化と画像の大きさおよび間隔との間の関係は、従来の回折理論によってよく知られている。格子の大きさの縮小による具体的な利点は、１次回折図形を完全に除去することができることである。これには、いわゆる照明光線の鏡面反射方向付近の「ゼロ次」回折画像に回折光線がすべて集中し、それによってそれらの画像がかなり明るくなるという利点がある。これには、画像格子の詳細を光学顕微鏡で見ることが著しく困難になり、したがってコピーまたは模造するのも著しく困難になるという他の利点もある。本明細書に記載の方法を使用すれば、きわめて小さな格子図形を使用して完全に受容可能で認識可能な回折画像を生成することができる。典型的には、格子図形は一辺の長さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの大きさを有する正方形を占有することになるが、それより大きいかまたは小さい格子図形も使用可能である。また、三角形、円、または矩形などの他の構成も使用することができる。製品が本物かどうかを検証するために使用する回折面は、面全体で反復される一連の基本格子図形から成ることができる。これらの格子図形のそれぞれは０．１ｍｍ×０．１ｍｍという小ささにすることができる。適切に構成された本質的に単色の光線によって照明した場合、そのような格子図形が生じさせる投影回折画像は鮮明で安定している。このような回折面を本明細書に記載のように使用して対象物が本物かどうかを検証することができる。本明細書に記載の光学面は、適切に照明された場合に所定の回折画像を生成するように設計され、前記画像は様々な回折次数付近に生成される。特に、鏡面反射方向付近に生成された回折画像（ゼロ次回折画像）が対象となる。第３図に図示する好ましい実施形態では、光学面は隆起１１および１１１３によって画定された正方形または矩形の「セル」の規則的な配列から成り、各セルはほぼ正方形または矩形の凹部１５を含み、各セル内では隆起１１および１３の幅と凹部１５の構成が本明細書に記載のように決定される。第３図の面設計において、隆起１１および１３の間隔と、したがって「セル」の寸法は、第３図の面によって生じるゼロ次回折画像の角サイズおよび角位置とは独立して指定することができる。言い換えると、第３図に図示するタイプのいくつかの異なる回折面設計を作り出して、隆起１１および１３の間隔（および凹部１５の構成）の異なる様々な面設計で、本質的に同じゼロ次回折画像を生じさせることができる。第３図の面設計によって得られるより高い回折次数の角位置は、隆起１１および１３の間隔によって決まり、間隔が小さいとより高い回折次数についてより大きな回折角が得られる。したがって、本明細書に記載のタイプの光学面は、ゼロ次回折画像の角サイズと角位置が、そのような面によって生じるより高い回折次数の角位置とは独立して指定されるようにして設計することができる。したがって、本発明の光学面は従来のホログラフ技法を使用して記録された模造光学面にはない自由度を備える。ホログラフで記録された面の場合、記録セットアップの構成によって様々な回折次数の角位置を指定し、より高い次数の画図の角位置と独立してホログラフ投影画像のセットの角位置を指定することはできない。本明細書に記載の光学面の場合、ゼロ次回折画像の角サイズと角位置を、より高い回折次数の角位置とは独立して指定することができることによって、模造ホログラフ面と本明細書に記載の光学面を区別する手段が提供される。回折光学面を設計し生成する本明細書に記載の技法、特に第３図に図示するいわゆるブロック格子技法を使用すると、所定の入射光線が光学面全体を移動するにつれて１つの画像から他の画像に漸進的に変化する回折画像を生成することができる。第４図は、光学面１００の概略図である。面１００は、第１の領域１０１と第２の領域１０２といわゆる遷移領域１０３の３つの領域を含む。この好ましい実施形態では、領域１０１、１０２、および１０３を含む光学面１００は基本単位またはセルから成る。第５図は、面１００の一領域の概略図であり、面１００がセル２００から成ることを示している。この実施形態では、光学面１００内のセル２００はすべて正方形であり、すべて同じサイズであるが、他の構成も可能であるものと理解されたい。各セル２００は、好ましくは本明細書に記載のいわゆるブロック格子設計である、光回折面設計を含む。しかし、本発明ではブロック格子設計以外の光学面設計も使用可能であるものと理解されたい。典型的にはセル２００の一辺の長さは０．１〜０．５ｍｍであるが、これは必ずしもそうである必要はない。典型的にはブロック格子内のブロックの一辺の長さ（幅）は、読取り光線の波長の０．３〜約２．０倍となる。この幅は波長の０．５〜１．５倍であることが好ましい。第６図に、光学面１００の第１および第２の領域１０１および１０２の概略図を示す。第１の領域１０１は、適切な光線３０１によって照明されると第１の投影画像３００を生成するように設計されており、第２の領域１０２は同様に照明されると第２の投影画像３０２を生成するように設計されている。投影画像３００および３０２は目視検証のために表示スクリーン上に投影することも機械検証のために光センサに投影することもできる。第６図には、画像３００および３０２が表示スクリーン３０３上に投影されている様子が図示されている。画像３００および３０２はどのような画像でもよく、それぞれ光学面１０１および１０２の設計によって決まる。光線３０１は所定のレーザ光線であることが好ましい。光学面で、光線は光学面の変換の方向（第６図の矢印３０４の方向）に、セル２００の一辺の長さに匹敵する寸法を有する光のスポットを生成することが好ましい。光線３０１が第１の領域１０１から連続的に遷移領域１０３を横切って第２の領域１０２に移動するにつれて、第１の投影画像３００が第２の投影画像に変換される。画像３００から画像３０２への変換は滑らかで連続的であることが好ましいが、必ずしもそうでなくともよい。第７図に、セル２００の部分を示した光学面１００のクローズアップ概略図を示す。この好ましい実施形態では、各セル２００は（本明細書に記載の）いわゆるブロック格子設計を含み、各セル２００の面は囲われた領域または「ブロック」から成るメッシュ図形に分割されており、このブロックの形状は正方形または矩形であることが好ましく、その他の何らかの形状でもよい。各ブロックはエッチングされた領域を含み、その結果、セルの光学面から所望の光学効果を生じさせるためにブロック内のエッチングされた領域の特性（面積、位置、深さなど）が所定の方法に従って指定されたピットまたは列ができる。本発明におけるこの光学効果は第６図に図示する投影画像である。たとえば、各ブロック内のエッチングされた領域の指定は、本明細書に記載の方法を使用して決定することができる。各ブロック内の特徴形状の寸法は、入射光線３０１の波長よりも小さくすることができる。たとえば、各ブロックがエッチングされたピットを含む場合、そのピットを囲む隆起の幅は光線３０１の波長よりも一般に小さくすることができる。第７図に示す好ましい実施形態では、各セル２００内のブロック格子は正方形の囲われた領域または「ブロック」３５０から成るメッシュ図形で構成され、各ブロック３５０は指定された特性を有する。第７図ではブロック３５０の境界線が破線で示されているが、この破線は例示のために組み込んであるに過ぎず、第７図に示す設計では各ブロック３５０の物理的境界線はない。セル２００内の各ブロック３５０は、セル内のそのブロックの位置によって指定することができ、それによってたとえば特定のセル内の（ｍ，ｎ）ブロックはそのセル内の左からｍ番目のブロックであり、最下部からｎ番目のブロックである。正確な用語を使用すれば、セル内の各ブロックは、セルの左下角を座標系の原点として使用して、そのセル内のそのブロックの（整数）ｘ座標とｙ座標であるｍとｎによって、デカルト座標系で指定することができる。したがって、１つのセル内の（ｍ，ｎ）ブロックは、他のすべてのセル内の対応する（ｍ，ｎ）ブロックを有する。ここで検討している正方形のセルおよびブロック形状の代わりに、他のセル形状および他のブロック形状を使用することもできることを理解されたい。この実施形態では、光学面１００の第１の領域１０１内のすべてのセル２００は同じであり、第２の領域１０２内のすべてのセルは同じであるが第１の領域１０１内のセルとは異なる。第６図に示すように、領域１０１内のセルは画像３００を生じさせるように設計され、領域１０２内のセルは画像３０２を生じさせるように設計されている。遷移領域１０３内のセル２００は、領域１０１内のセルの設計から領域１０２内のセルの設計への所定の変換を受けるように設計されている。したがって、光線３０１が第１の領域１０１から遷移領域１０３を横切って第２の領域１０２に進むにつれて、光線３０１から生成される画像は画像３００から画像３０２に変換される。画像変換は滑らかであることが好ましく、直接（すなわち画像３００が直接画像３０２に）変換してもよく、画像３００または画像３０２とは異なるいくつかの中間画像を通過してもよい。この実施形態では、領域１０１内のセルから領域１０２内のセルへの変換は、第５図および第７図を参照しながら説明すれば最もよくわかる。第５図に示すように、この実施形態ではセル２００は正方形であり、正方形のレイアウトに配置されているが、他の構成も可能であるものと理解されたい。各セルは１組の座標（Ｘ，Ｙ）で識別することができ、第５図に示すように（Ｘ，Ｙ）セルは左からＸ番目のセルおよび最下部からＹ番目のセルを示す。したがってＸおよびＹはセルの（整数）デカルト座標である。遷移領域１０３で同じＸ値を持つすべてのセル（すなわち同じ列内のすべてのセル）は同じである。しかし、遷移領域１０３で異なるＸ値を持つセル（すなわち異なる列内のセル）は、セルの設計が遷移領域を横切って領域１０１の設計から領域１０２の設計へと漸進的に変化するように異なっている。これはより正確には以下のように説明することができる。特定のブロック（ｍ，ｎ）を考えてみる。（ｍ，ｎ）ブロックの特性はＰ（ｍ，ｎ）で表される。これらの特性は、たとえばブロック（ｍ，ｎ）内の「ピット」または「列」（すなわち光学面１００を記録する過程でエッチングされたブロック（ｍ，ｎ）内の領域）を規定する座標の組を含む。たとえば、第８図は第７図のブロック３５０の１つである典型的なブロック３６０の概略図である。第８図では、ブロック３６０はエッチングされた領域すなわち「ピット」３６１を含み、ブロック３６０とブロック３６０内のエッチングされた領域３６１は両方とも正方形または矩形であるものとする。したがってブロック３６０は座標［ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２，Ｄ］によって指定され、これによって図のようにブロック３６０内のエッチングの領域が、パラメータＤで表されるエッチング領域の深さと共に規定される。このような構成では（ｍ，ｎ）ブロックの特性Ｐ（ｍ，ｎ）は、単に（ｍ，ｎ）ブロックの座標［ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２，Ｄ］から成る。しかし、場合によっては、（ｍ，ｎ）ブロックの特性Ｐ（ｍ，ｎ）を指定する際に、エッチング領域の深さ縦断面図などの追加情報も含める必要があることがある。遷移領域１０３を進行する際にセルのＸ値が増加するにつれて、セル内の（ｍ，ｎ）ブロックの特性Ｐ（ｍ，ｎ）は所定の関数Ｆに従って領域１０１内の特性Ｐ１（ｍ，ｎ）から領域１０２内の特性Ｐ２（ｍ，ｎ）への変換を受ける。これは数学的に以下のように表すことができる。Ｆ｛Ｐ１（ｍ，ｎ）→Ｐ２（ｍ，ｎ）｝言い換えると、関数Ｆは、第１の領域１０１内の特性Ｐ１（ｍ，ｎ）から第２の領域内の特性Ｐ２（ｍ，ｎ）への、遷移領域１０３を横切るブロック（ｍ，ｎ）の特性の変換を規定する。この実施形態では、同じＸ値を持つすべてのセルは同じであり、したがって関数ＦはＹの関数ではない。しかし他の実施形態では、これが当てはまらないこともある。最も単純な実施形態では、関数ＦはそのセルのみのＸ座標の関数であり、したがってセル内のすべてのブロックが、第１の領域１０１の特性から第２の領域１０２の特性への同じ関数変換を受ける。特定の例をとると、関数ＦはＸのみの線形関数であり、遷移領域１０３を横切ってＸが増加するにつれて（ｍ，ｎ）ブロックの座標［ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２，Ｄ］が、領域１０１の座標値から始まって領域１０２の座標値で終わる線形変換を受けることを意味する。一方、関数Ｆは非線形の場合もある。たとえば、関数Ｆは、（ｍ，ｎ）ブロックの座標［ｘ１，ｘ２，ｙ１，ｙ２，Ｄ］の変化の最大量が遷移領域１０３の中間で発生するか、または遷移領域１０３のいずれかの端部で発生して中間ではほとんど変化しないような関数であることもできる。他の実施形態では、関数ＦはＸに依存し、ｍおよびｎにも依存することがあり、したがってセル内の異なるブロック（ｍ，ｎ）は、領域１０１の特性から領域１０２の特性への異なる関数変換を受けることになる。たとえば、遷移領域１０３でセルの右上角のブロックはセルの左下角のブロックよりも強い非線形変換を受けることがある。ブロック識別子ｍおよびｎとセル列番号Ｘに対する関数Ｆの依存は、画像３００から画像３０２への変換の際に特定の光学効果を生じさせるのに有利な場合がある。関数Ｆは連続関数とすることも整数関数（すなわち変数の整数値の場合）とすることもできる。しかし、変数Ｘ、ｍ、およびｎは離散値しかとることができず、この離散値はこの説明では整数値（０，１，２，３，．．．）である。したがって、関数Ｆは離散値Ｘ、ｍ、およびｎでのみ「サンプリング」される。関数ＦがＸのみに依存するかｍおよびｎにも依存するかを問わず、光線３０１が領域１０１から遷移領域１０３を横切って領域１０２へと進むにつれて、画像３００から両像３０２への滑らかな外観の変換を生じさせるように選定することが好ましい。画像３００から画像３０２への滑らかで連続した外観の変換を生じさせるには非線形関数Ｆを使用する必要がある場合がある。画像変換過程で滑らかな画像の発散および収束を生じさせるためには、関数Ｆが強く変化せず強い不連続点を含まないことも重要な場合がある。第４図〜第８図の好ましい実施形態には様々な変更が可能であることを理解されたい。たとえば、固定画像構成要素と前述のような「変換」画像構成要素の両方から成る投影画像を得ることが重要な場合がある。この場合、光学面１００は前述のような基本単位またはセルで構成することができるが、各セルは２つの別々のサブセルを含む。第１のサブセルはすべてのセル内で同じであり、したがって光学面のどこからでも固定または一定した投影画像を生じさせる。第２のサブセルは本明細書に記載の原理に従って設計されており、したがって所定の光線が光学面を横切るにつれて１つの所定の両像から他の画像に変換される。本明細書に記載の画像変換過程は、光線が光学面を横切るにつれて複数の連続した投影画像変換（すなわち画像１から画像２に変換され、画像２が画像３に変換され、以下同様に変換）が可能になるように面全体で容易に反復することができる。同様に、上記の画像３００および画像３０２は実際にはいくつかの画像から成る場合があり、したがって上述の画像変換過程は、光線が光学面を通過するにつれて複数の第１の投影画像を同じ数または異なる数の第２の投影画像に変換する必要がある場合があることを理解されたい。（本明細書に記載のようにセル２００の適切な設計により、光学面１００からいくつかの画像の同時生成を実現することができる。）たとえば、第７図の第１の領域は、変換して第２の領域１０２によって生成される単一の投影画像にマージすることができるいくつかの投影画像を生じさせることができる。回折光学面の設計と製作を行う本明細書に記載の技法を使用して、所定の入射光線が光学面を移動するにつれて移動動画効果または強度動画効果あるいはその両方を表示する回折画像を生成することができる。第９図は、所定の光線４０１が面４００に所定の方式で入射すると１つまたは複数の回折光線４０２が生成されるように設計された光学面４００の概略図である。前記回折光線４０２は面４０４によって遮られると画像４０３を生じさせる。面４０４は目視検査用に前記画像４０３を表示するように設計されたスクリーンとするか、または前記画像４０３の機械認識を可能にするように設計された光センサとすることができる。面４００は、入射光線４０１が面４００を移動するにつれて１つまたは複数の画像４０３に動画効果を生じさせる変化する面特性を使用して設計されている。動画効果は、たとえば画像４０３の移動効果または画像４０３の強度動画効果とすることができる。さらに、動両効果は連続または不連続とすることができる。第１０図に第９図の画像４０３の例５００と、面４００の適切な設計によって前記画像５００に適用可能な移動動画効果を示す。この事例では、画像５００は楕円である。面４００は、第１０（ａ）図〜第１０（ｄ）図に概略図を示すように、光線４０１が面４００を移動するにつれて楕円５００が連続的または不連続的に回転するように設計される。第１０（ａ）図〜第１０（ｄ）図の画像に図示されている動画は、光線４０１が面４００を移動するにつれて反復される。第１０に図示されている楕円５００は面４００によって生じさせることができる画像の一例に過ぎない。光学面４００は、任意の１つまたは複数の両像４０３を生じさせるように設計することができる。たとえば、画像４０３は光線４０１が面４００を移動するにつれて回転または移動する製品名またはロゴとすることができる。他の実施形態では、画像４０３は人、動物、または物体とすることができ、その画像は光線４００が面４００を移動するにつれて移動または変化する。第１１図に、第９図の画像４０３の他の例６００と、前記画像６００に適用可能な強度動画効果を示す。第１１図では、画像６００は「ＴＥＳＴ」という語であるが、画像６００はこの語の代わりに商標名または製品名とすることができる。面４００は、画像６００が明るい文字（第１１図ではべたの陰影として図示されている）と薄暗い文字（第１１図では輪郭で図示されている）とから構成され、光線４０１が面４００を移動すると明るい文字と薄暗い文字の組合せが変化するようにして設計することができる。たとえば、第１１（ａ）図〜第１１（ｄ）図に、図のように明るい領域がＴＥＳＴという語をＴ、Ｅ、Ｓ、Ｔの順に移動するように見える、光線４０１が面４００を移動するときの可能な動画効果を図示する。第１１（ａ）図〜第１１（ｄ）図の画像に図示する強度動画は、光線４０１が面４００を移動するにつれて繰り返すことができる。より複雑な強度動画効果を使用することもできることを理解されたい。たとえば、面４００は、光線４０１が面４００を移動するにつれて光の１つまたは複数の「波」が画像４０３を線、円、または曲線状の経路に沿って移動するように設計することができ、回折画像４０３は任意の両像とすることができる。好ましい一実施形態では、面４００は規則的に配置された回折要素またはセルで構成することができる。第１２図に、第９図に図示されている面４００の好ましい実施形態７００のクローズアップ図を示す。第１２図では、面７００は図のように正方形の格子状に配置されたセル７０１で構成されている。代わりに他のセルの形状および配置を使用することもできることを理解されたい。第１２図に図示する実施形態では、光線４０１は面４００での光線のスポット７０２がセル７０１とほぼ同じ寸法を有するように構成されている。各セル７０１は回折光線４０２と回折画像４０３を生じさせるように設計されている。面７００は、光線４０１が面７００を移動するにつれて画像４０３内に（第１０図および第１１図に関して説明したように）移動動画効果または強度動画効果あるいはその両方を生じさせるように設計されている。第１２図に図示する実施形態では、各セルが画像４０３の動画シーケンス内の１つの「フレーム」を生成する。たとえば、面７００は４つの異なるセル・タイプ７０３、７０４、７０５、および７０６で構成され、各セル・タイプは図のように列状に配置される。基本セル・タイプ７０３、７０４、７０５、および７０６の他の配置も可能であり、他の実施態様で使用して追加の光学効果を生じさせることもできることを理解されたい。一実施形態では、面７００は第１０図に示す画像５００と動画効果を生じさせるように設計することができ、セル７０３は第１０（ａ）図に示す画像を生じさせ、セル７０４は第１０（ｂ）図に示す画像を生じさせ、セル７０５は第１０（ｃ）図に示す画像を生じさせ、セル７０６は第１０（ｄ）図に示す画像を生じさせる。したがって、光線４０１が面を矢印７０７の方向に移動すると第１０図に示す動画画像５００と動画効果が生じる。面７００の端から端まで７０３、７０４、７０５、７０６のシーケンスを繰り返すことができる。他の実施形態では、面７００は第１１図に示す画像６００と動画効果を生じさせるように設計することができ、セル７０３は第１１（ａ）図の画像を生じさせ、セル７０４は第１１（ｂ）図の画像を生じさせ、セル７０５は第１１（ｃ）図の画像を生じさせ、セル７０６は第１１（ｄ）図の画像を生じさせる。したがって、光線４０１が面７００を矢印７０７の方向に移動すると第１１図に図示する画像６００と動画効果が生じる。面７００の端から端まで７０３、７０４、７０５、および７０６のシーケンスを繰り返すことができる。セル・タイプ７０３、７０４、７０５、および７０６が列状に配置されている第１２図に示す好ましい実施形態では、光のスポット７０２は円形か楕円形かを問わず、列に対して垂直の（すなわち矢印７０７の方向の）寸法が同じ方向のセルの寸法に匹敵するかそれより若干大きいことが好ましい。光のスポット７０２は、列の方向（すなわち矢印７０７の方向に対して垂直の方向）の寸法が同じ方向のセルの寸法に匹敵するかまたはそれより大きいことが好ましい。光のスポット７０２が強い楕円の場合は、楕円の長軸が列の方向に対して平行であることが好ましく、前記長軸は同じ方向のセルの寸法よりかなり長くてもよい。このようにして、様々なセル・タイプから異なる回折画像を順次に生成して滑らかな動画効果を生じさせる。したがって、面７００は面の端から端まで記録された一連の回折セルの形の動画シーケンスを組み込み、各セルは動画シーケンスの「フレーム」を生成する。これらの「フレーム」を順次に生成することによって、表示スクリーン４０４に所望の動画効果を生じさせる。第１２図では、各フレームはセルの列として記録され、回折画像における動画効果は、所定の光線をセルの列とほぼ垂直の方向に面７００を横切って移動させ、それによって表示スクリーン４０４に動画フレームを順次に生成することによって生じさせることができる。しかし、面７００上のセルの他の配置も可能であることを理解されたい。たとえば、動画シーケンス内の各フレームを単一のセルとして記録し、それによってセルの単一の行が動画効果を生じさせるようにすることもできる。動画シーケンス全体をこのようにしてセルのマトリックスに、一連の前記セル行として記録することができる。このようにして、光のスポット７０２を１行のセルに沿って移動させ、次に隣接する行に沿って移動させ、以下、マトリックス内のすべてのセルが走査されるまで同様に移動させることによって、動画シーケンス全体を再生することができる。動画シーケンスは、たとえば３０フレーム・シーケンス、３００フレーム・シーケンス、または３０００フレーム・シーケンスなど所望の数のフレームで構成することができ、面７００内に記録することができることを理解されたい。また、本明細書に記載の方法を使用して、上述の移動動画効果および強度動画効果を両方とも動画シーケンスに組み込むことができることを理解されたい。第９図、第１０図、第１１図、および第１２図に関連して説明した動画技法を適用して画像変形、またはいわゆる「モーフィング」効果を生じさせることもできることを理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号ＰＮ４８６２ (32)優先日 1995年８月18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，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者アレギザンダー，ブライアン・フレデリックオーストラリア国・3152・ヴィクリトア州・ワンターナ・ハロルドストリート・ 30 (72)発明者アサートン，ピーター・サミュエルオーストラリア国・2060・ニューサウスウエールズ州・ノースシドニー・ウォーカーストリート・12／171

Claims

【特許請求の範囲】１．図形が照明されると照明による回折光を遮る面上に認識可能な画像を生じさせる、回折格子を含む回折図形を生成する方法であって、画像を示す一次データ・ストリームを供給するステップと、一次データを処理し、格子の物理特性に対応する処理された一次データの特性によって前記格子、したがって前記図形の構成を判断するステップと、前記図形に対応する構成を有するように変形させる面を有する板を用意するステップと、処理された一次データに従って板面を変形させて前記構成を生成するステップとを含み、格子の物理的大きさが前記特性によって決められることを特徴とする方法。２．前記格子が複数の面部分を含み、そこから光が回折されて前記画像を形成し、前記面部分は実質的に集中しないように板面全体に分散していることを特徴とする請求項１に記載の方法。３．一次データを処理するステップが一次データ・ストリームのフーリエ変換を求めるステップを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。４．前記フーリエ変換が高速フーリエ変換であることを特徴とする請求項３に記載の方法。５．前記一次データ・ストリームのデータが数値化されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。６．フーリエ変換によって一次データ・ストリームを処理するステップが一次データに乱数位相配列を導入するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。７．処理された一次データ・ストリームをクリップすることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。８．一次データ・ストリームを供給する前記ステップが、初期画像を供給するステップと、画像を示す初期データ・ストリームを生成するステップと、前記初期データ・ストリームを処理して前記一次データ・ストリームを供給するステップとを含み、前記一次データ・ストリームがデカルトＸ，−Ｙ軸によって区切られた４つのセグメントを有する画像を示し、各セグメントが前記初期画像のほぼ半分であり、Ｘ，Ｙおよび−Ｘ，Ｙセグメントが完全な初期画像を生じさせることができるようにセグメントが配置され、Ｘ，−Ｙおよび−Ｘ，−Ｙが完全な画像を示すことができ、−Ｘ，ＹセグメントがＸ，−Ｙセグメントの複製であると同時にＺ軸を中心として回転しており、Ｘ，Ｙセグメントは−Ｘ，−Ｙセグメントの複製であると同時にやはりＺ軸を中心として回転しており、Ｘ，− Ｙと−Ｘ，−Ｙセグメントは相互に交換すると前記初期画像を生じさせることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。９．前記初期画像が前記初期データ・ストリームを供給するために使用されるいくつかの画素またはセルに分割されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。１０．前記一次データをさらに処理し、それによってＸ＝−１列の画素を示すデータを廃棄し、他の−Ｘ列を正のＸ軸方向に１画素だけ転置し、最大−Ｙ行の画素を廃棄し、残りの−Ｙ行を−Ｙ軸方向に１画素だけ転置することを特徴とする請求項３の後に付加された請求項１ないし９のうちのいずれか一項に記載の方法。１１．前記回折面がそこからコピーを作成するマスタ面であって、前記方法が、前記マスタ面のコピーを適用する他の面を設けるステップと、前記他の面のコピーを適用するステップとを含み、前記他の面が実質的に一様の光反射率または一様の透過率を持つことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の方法。