JP2013535034A - 光学デバイスの読み取り方法及びデバイス - Google Patents

Abstract

集光エレメントのアレイを有し、且つ合成画像を生成するように構成された光学デバイスの読み取りを可能にするための方法は、第１の所定の形状が得られるようにその光学デバイスを配置する（２１０）ステップと、その光学デバイス表面に対して第１の位置にある画像面を選択するように画像面セレクタを制御する（２２０）ステップとを含んでいる。それによって、その選択画像面において得られる合成画像の観察可能な２次元部分が生成される。光学デバイスの読み取りを可能にするためのデバイスも開示されている。

Description

本発明は、一般に光学デバイスに関し、特に合成画像に関連する光学デバイス及びそれに関連する方法に関する。

様々な種類の合成画像が、長きにわたり多くの様々な目的で使用されてきた。合成画像の１つの典型的な適用例は、認証目的としてのものである。模造は困難であるのに、検査官の目及び／又は簡単な支援デバイスによって容易に認識される様々な性質が合成画像に与えられる。非常によく使用される、かかる合成画像を提供する能力を有するシステムの例は、いわゆるモワレデバイスである。かかるデバイスの２次元形態では、多数の小型集光エレメントがアレイ状に配置されている。画像面には、光学的識別が可能なアイコン又は幾何学的形状が設けられており、これらが該当の集光エレメントを透過し、検査官の目に向けて画像化されたときに、人間の脳が複合合成画像を作成する。

例えば認証目的に使用されてきた又は使用できる従来技術のシステムの典型例は、例えば国際特許出願公開第０３／０６１９８３号又は国際特許出願公開第２００９／０８５００３号で知ることができる。

米国特許出願公開第２００９／０１０２１７９Ａ１号は、光学的に秘匿されたプログレッシブシフティング（progressive shifting）安全対策シンボルを有しており、オンライン検証用携帯電話を利用して迅速に視認できる偽造防止ラベルを開示している。国際特許出願公開第２００８／００８６３５Ａ２号では、微小光学安全確保及び画像提示システムが開示されている。米国特許出願公開第２００９／０１４０１３１Ａ１号では、画像入力機、光検知機、及び画像合成方法が開示されている。

認証デバイスとして合成画像を使用することの重要な便益は、それらが複写し難いことである。昨今論じられている課題は、未熟な検査官でも正しい画像と模造された画像とを識別できるという課題である。画像の性質は、非常に特質的で且つ様々な種類の模造画像から容易に識別できるものでなければならない。例えば、真の３次元的外観を有する画像をある種の３Ｄ様性質を有する画像から識別することは、未熟な検査官には困難であろう。したがって、所定の処理方法に従って取り扱われたときに、容易に観察できるような大きな変化を呈示するように反応できる画像を作成する光学デバイスを提供することが要請されている。

本発明の目的は、合成画像の３次元情報空間を利用すること、ならびにかかる情報を検出するための方法及び支援デバイスを実現することである。

上掲の目的は、添付の独立請求項に係る方法及びデバイスによって達成される。好適な実施形態は、添付の従属請求項によって定義される。概略を述べると、第１の態様において、集光エレメントのアレイを有し、且つ合成画像を生成するように構成された光学デバイスの読み取りを可能にするための方法は、第１の所定の形状が得られるようにその光学デバイスを配置するステップと、その光学デバイス表面に対して第１の位置にある画像面を選択するように画像面セレクタを制御するステップとを含んでいる。その画像面セレクタは、拡散スクリーンである。上記制御するステップは、その拡散スクリーンを、光学デバイス表面上方の第１の位置にある画像面まで移動させるステップを含んでいる。それによって、平坦面であれ湾曲面であれ、上記選択された画像面において得られる合成画像の観察可能な２次元部分が提供される。

第２の態様において、集光エレメントのアレイを有し、且つ合成画像を生成するように構成された光学デバイスの読み取りを可能にするデバイスは、画像面セレクタと、支持構造体と、画像面制御装置とを備える。その支持構造体は、第１の所定の形状に配置された光学デバイスに対してその画像面セレクタを支持するように配置されている。その画像面制御装置は、光学デバイスの表面に対し第１の位置にある画像面を選択するように画像面セレクタを制御するように構成されている。画像面セレクタは、拡散スクリーンを備えており、したがって、上記画像面は、その拡散スクリーンの平面である。それによって、上記選択された画像面において得られる合成画像の観察可能な２次元部分が生成される。

第３の態様において、物体表面からの所定の距離を見つけるための距離計は、第２の態様に係る光学デバイスの読み取りを可能にするデバイスと、第１の位置を指示するように構成された指示器とを備える。

第４の態様において、真偽検証器（authenticity verifier）は、第２の態様に係る光学デバイスの読み取りを可能にするデバイスを備える。
第５の態様において、情報デコーダは、第２の態様に係る光学デバイスの読み取りを可能にするデバイスと、上記選択画像面に生成されている合成画像の２次元部分を記録するように配置された画像検出器と、その記録された合成画像の２次元部分に含まれるコード化情報を変換するように構成された画像インタプリタ（interpreter）とを備える。

本発明による１つの利点は、情報を選択するのに３次元空間が利用されることである。他の利点については、後で詳述する様々な実施形態に関連させて説明を進める。
付属図面を含む後掲の説明を参照することによって、本発明は、それの更に別の目的及び利点と併せて、最大限に理解することができる。

合成画像を発生させている光学デバイスの概略図である。 合成画像を発生させている光学デバイスの概略図である。 図１Ａに係る光学デバイスの見かけの深さ及び高さの概略図である。 図１Ｂに係る光学デバイスの見かけの深さ及び高さの概略図である。 合成画像を発生させている他の光学デバイスの概略図である。 合成画像を発生させている他の光学デバイスの概略図である。 図３Ａに係る光学デバイスの見かけの深さ及び高さの概略図である。 図３Ｂに係る光学デバイスの見かけの深さ及び高さの概略図である。 本発明に係る方法の一実施形態を構成する諸ステップのフローチャートである。 本発明に係るデバイスの一実施形態の概略図である。 画像面セレクタとして拡散性スクリーンを使用する様子を示す図である。 画像面セレクタとして拡散性スクリーンを使用する様子を示す図である。 画像面セレクタとして拡散性スクリーンを使用する様子を示す図である。 本発明に係る方法の別の実施形態を構成する諸ステップのフローチャートである。 本発明に係るデバイスの別の実施形態の概略図である。 図１０Ａ乃至Ｄは、距離測定のための選択画像面を示す図である。 本発明に係る方法の更に別の実施形態を構成する諸ステップのフローチャートである。 本発明に係るデバイスの更に別の実施形態の概略図である。 本発明に係るデバイスの更に別の実施形態の概略図である。 図１４Ａは、１次元の情報パターンを示す図である。図１４Ｂは、２次元の情報パターンを示す図である。図１４Ｃは、３次元の情報パターンを示す図である。 本発明に係る方法の更に別の実施形態を構成する諸ステップのフローチャートである。 本発明に係るデバイスの更に別の実施形態の概略図である。

本開示の全体にわたり、異なる図及び異なる実施形態の中にある要素であっても、同じ要素又は直接対応する要素には同じ参照番号が付されている。
画像情報を格納するのに、本発明では３次元空間全体が利用される。その３次元空間の２次元部分画像を選択するための簡単な読み取り技法を提供することによって、その情報を、様々な種類の用途に容易に利用することができる。本手法の基本は、３次元又は擬似３次元画像の性質を与える様々な種類の合成画像の性質である。

技術的便益を完全に理解するために、最初に、３次元又は少なくとも擬似３次元の性質を有する合成画像について、手短に説明する。
合成画像を提供するシステムは、２次元アレイ状の集光エレメント、例えば２次元アレイ状の球レンズにより構成することが可能である。それらの球レンズは、高分子ホイルの界面、典型的には表面に設けられる。その高分子ホイルのもう１つの界面に、光学的に識別可能なアイコンが設けられる。その２次元アレイ状の集光エレメントを眺めたときに、各集光エレメントは、上記光学的に識別可能なアイコン、例えば幾何的構造物又は印刷パターンが備わった表面の微小部分の拡大画像を与える。アイコンは、典型的には印刷又はエンボス加工によって設けられるが、例えばエッチング又は被曝によって設けられてもよい。検査官は、これら微小部分の画像を組み合わせて、合成画像を構築することになる。２次元アレイ状の集光エレメントを様々な角度から眺めたときに、アイコンが備わっている表面の様々な部分の画像が形成される。特定の態様でアイコンを構成することによって、様々な種類の画像及び光学的効果を実現することができる。

図１Ａは、合成画像を作成できる光学デバイス１０の一例の断面図を概略的に示している。光学デバイス１０は、厚さｔの高分子ホイル１１を備える。高分子ホイル１１の第１の側面１２において、エンボス加工されたマイクロレンズ群１４から成る第１のアレイ１３が、表面に設けられている。同図において、エンボス加工マイクロレンズ１４は、集光エレメント９９として利用されている。本例の第１のアレイ１３は周期的な２次元アレイであるが、図１Ａの断面図では１次元のアレイになっている。例示の同断面では、周期をＰ_ｌとしている。

本例の高分子ホイル１１には、同一アイコン群１６から成る第２のアレイ１５も設けられている。アイコン群１６は、異なる光学的性質を有する部分相互間の界面を形成する。本例では、アイコン群１６は、第１の側面１２の反対側で、高分子ホイル１１の第２の側面１７に設けられている。したがって、本例のアイコン群１６は、高分子ホイル１１の内部と高分子ホイル１１後方の空間１８との間の界面になる。高分子ホイル１１と空間１８とで光学的性質が異なっているため、アイコン群１６の形状を識別することが可能になっている。本例の第２のアレイ１５も周期的な２次元アレイであり、更に対称性も第１のアレイ１３のものと同じである。第２のアレイ１５の対称軸は、第１のアレイ１３の対称軸に平行である。換言すると、第１及び第２の各アレイ１３、１５は、本質的に、それらの対称軸によって位置が合わせられる。例えばどちらのアレイも六角形のパターンである場合、最密方向は揃っている。第２のアレイ１５は、例示の断面平面において、周期Ｐ_ｏを有している。高分子ホイル１１は、少なくともパターン平面相互間は、本質的に透明又は着色透明である。

検査官に合成画像を提示すべく、第２のアレイ１５の周期Ｐ_ｏを、整数でない割合だけ第１のアレイ１３の周期Ｐ_ｌと異ならせている。この関係によって拡大率が決まる。これについては後で詳述する。更に、第２のアレイ１５は、高分子ホイル１１の第１の側面１２から距離Ｄの所に設けられている。これは、エンボス加工マイクロレンズ１４の焦点距離に近い距離である。本例では、高分子ホイル１１の第２の側面１７にアイコン群１６があり、このために、本例には、高分子ホイル１１の平均厚は本質的に焦点距離ｆに等しくなければならないという要件が課せられる。但し、第１及び第２の各アレイ１３、１５相互間の距離が、焦点距離ｆに厳密に等しくなっている必要はない。

前述したように、拡大率は、周期Ｐ_ｌ及びＰ_ｏの相対的な大きさによって変わる。図１Ａでは、第２のアレイの周期Ｐ_ｏは、第１のアレイの周期Ｐ_ｌよりも若干小さく、即ち、
Ｐ_ｏ＜Ｐ_ｌ （１）
である。

同図の例では、アイコン群１６のうちの１つのアイコンの特定の部位２０を、エンボス加工マイクロレンズ群１４のうちの１つのマイクロレンズ２２の真下に、しかも焦点に位置させている。これは、理想的には、部位２０から発せられた光が、高分子ホイル１１を経由して進行し、上方のマイクロレンズで屈折させられて、光線群２１から成る平行ビームになるであろうことを意味する。好適な実施形態において、部位２０は一定の拡がりを有するものであり、部位２０周辺の微小領域として把握されるべきものである。部位２０周辺の画像化される領域の直径は、理想的には、マイクロレンズアレイとアイコンアレイとの間の周期差に等しい。高分子ホイル１１の第１の側面１２を注視している観察者は、部位２０周辺領域の光学特性がマイクロレンズ２２全体に拡張するのを経験し。即ち、拡大部分画像２９に遭遇することになる。マイクロレンズ２３は、同じ態様で、アイコン群１６のうちの別のアイコンの部位２４周辺領域についての別の拡大部分画像２９を提供する。周期に若干の不整合があるため、部位２４周辺領域は、部位２０周辺領域には正確に対応しておらず、若干横の領域に対応している。マイクロレンズ群１４及びアイコン群１６を数多く有することによって、画像化される領域は、理想的には、アイコン群１６のあらゆる領域から生じることになる。したがって、観察者は、マイクロレンズ１４のそれぞれに対応する微小部分画像群２９から成る合成画像２５に遭遇することになる。目は、部分画像群２９を一体的に、アイコン１６の拡大合成画像２５として捉えることになる。

簡単な幾何学的論拠により、画像の周期Ｐ_ｌは、

であることが分かっている。式中、ｄ_ｌはマイクロレンズの直径である。したがって、無限遠距離から光学デバイスを眺めたときに遭遇する拡大率Ｍは、次式で与えられる。

第２のアレイの周期Ｐ_ｏと第１のアレイの周期Ｐ_ｌとの間の係数Ｆ、

を使って表現すると、その拡大率は次のようになる。

係数Ｆが１に近づくと拡大率が非常に大きくなることに注目していただきたい。係数が１に等しい場合、拡大率は無限大となるが、その場合にはアイコンのたった１つの部位しか見ることができないため、これは多くの場合、あまり有用ではない。したがって、有用な画像を入手するためには、係数Ｆが１とは異なること、及び、後で詳述するように、係数Ｆがいかなる整数とも異なっていること、即ちＦは非整数の係数でなければならないことが必要となる。

しかしながら、係数は、大きな拡大率を実現するために、好ましくは１に近づける必要がある。図１Ａの例では、Ｐ_ｏ＜Ｐ_ｌであるため、係数は１よりも小さい。したがって、拡大率は正の値を有する。

図１Ｂに、本発明に係る光学デバイス１０の別の例を示す。同図ではＰ_ｌ＜Ｐ_ｏであり、係数Ｆは１より大きくなり、結果として拡大率Ｍは負となる。部分画像２９のそれぞれは、前の例と同様に、部位２０、２４それぞれの周辺領域の微小画像である。これらの部分画像２９は、部位２０、２４周辺領域を正に拡大した画像として生成される。但し同図では、部分画像２９は、周期の不整合に起因して、図１Ａのものとは逆の順番に並んでいる。しかし、各部分画像２９が十分に小さければ、いずれにせよ目は、元のアイコン１６の全体的な傾向が存在する合成画像２５を生成することになる。換言すると、図１Ｂの例によって作成される合成画像２５の全体は、アイコン１６の反転合成画像２５として目に映るが、個々の部分画像２９は、アイコン１６の異なる部位２０、２４の限定された周辺領域の非反転画像である。後で詳述するように、この事例では更に、合成画像２５は高分子ホイル１１の前方に位置しているように見える。

高分子ホイル１１の設計パラメータは、光学的性質に他の影響も及ぼす。高分子ホイル１１は、アイコンを拡大する性質の他に、合成による３次元を体験させる機能も果たす。図２Ａは、画像の知覚深度（experienced depth）を示している。この実施形態では、係数Ｆは１より小さい。観察者の両目２６は、虚像２５上の１つの部位２８上に焦点が合わせられる。部位２８は、簡単のため、両目２６相互間の中間に位置させている。各目に向かう各近軸光線２７は、異なるマイクロレンズ１４を直角に通過するものの、元はアイコン群１６の対応する部位から到来してきたものである。しかし、虚像は、深度ｄの所に作成される。光線２７の角度βは、様々なやり方で、図面の様々な部分において、様々な設計パラメータによって容易に定義される。図面の底部において、

であることが分かる。式中δは、マイクロレンズ１４の中心と、光線２７がそのレンズ表面と交差する同じ平面上の点との間の距離であり、ｎは整数である。同様に、図２Ａの左上にあるように、角度βは、

として定義することも可能である。式中、Ｒはマイクロレンズ１４の曲率半径である。最後に、図２の右上にあるように、角度βは、次のように定義することも可能である。

（６）〜（８）を組み合わせることにより、画像深度ｄは、

又は係数Ｆを使って

となることが分かる。
更に、同式より、第２項は通常は無視できること、及び係数Ｆが１に近い場合には深度が大きくなることが、容易に分かる。焦点距離とレンズ半径との間の関係は、材料の選択によって変わるものの、深度の大きさ対する重要度は、係数Ｆが１に近い場合に、通常はＦよりも低い。整数ｎ及び距離δは消去されることから、画像深度ｄは一定となり、観察者までの距離に左右されないことが分かる。（但し、例示の合成画像２５は、その距離の影響を受けると考えられ、同図では、有限の観測距離に対して例示されている。）
１より大きい係数Ｆが使用される場合、深度ｄは負になる。即ち、観察者が眺めたときに、合成画像は、レンズ表面の前方に位置しているように見える。この状況を図２Ｂに示している。これによれば、合成画像２５が位置しているように見える高さｈは、前に定義したように、「負の」深度に等しく、即ち、

である。
２次元アレイ状の集光エレメントを有し、且つ合成画像を提供するように構成された光学デバイスの別の例は、図３Ａに示す湾曲ミラーに基づいている。この例の光学デバイス１０も、厚さｔの高分子ホイル１１を備える。この例では、集光エレメント群９９から成る２次元アレイは、球面ミラー群１１４から成る第１のアレイ１３によって形成されている。高分子ホイル１１の第１の側面１２には、前述のレンズと似た形で、同一アイコン群１６から成る第２のアレイ１５が設けられている。第２のアレイ１５は、例示の断面平面において、周期Ｐ_ｏを有している。上記高分子ホイルの第２の側面１７の表面には、球面ミラー群１１４から成る第１のアレイ１３が設けられている。ミラーの焦点距離ｆは、高分子フィルムの厚さｔと概ね等しくなっている。第１のアレイ１３は、例示の同断面において、周期Ｐ_ｍを有している。高分子ホイル１１は、少なくともパターン平面相互間は、本質的に透明又は着色透明である。

アイコン群１６を離れて球面ミラー１１４に向かう各光線は、球面ミラー１１４で反射されて、平行光線群から成る１本のビームになる。それらの光線は、高分子ホイル１１の第１の側面１２で屈折するが、依然として、平行ビーム群から成るビームである。Ｐ_ｍとＰ_ｏとの間の周期差に起因して、同図でも合成拡大画像が作成されることになる。レンズの場合と同じ理由付けを行うことができ、式（５）は、この場合でも有効である。

図３Ｂに、図１Ｂと似た形で、高さｈの所に反転画像が提供される状況が示されている。
高分子ホイル表面での屈折に起因して、合成画像が見える高さの見かけの深度は、レンズの場合とは若干異なっている。図４Ａにおいて、表面で屈折される光線は、スネルの法則に従う。

界面に空気がある場合、ｎ_１は１に等しい。角度βは、

と定義することができる。角度Θに対して一般的に

であることから、角度βは、次の関係によっても定義することができる。

角度αは、

によって定義することができ、
δ＝ｎ（Ｐ_ｍ−Ｐ_ｏ） （１７）
であることから、結果は（式１４に鑑み）次のようになる。

（１２）、（１５）、及び（１８）を組み合わせて、次のように深度が得られる。

光学デバイスに垂直な表面に対する角度が小さい場合、角度αとβとは相互に非常に接近しており、それら間の比率は、ほとんど１に等しくなる。したがって、あまり浅くない角度から光学デバイスを眺めるときのおよその深度は、次の通りである。

更に、厚さｔとミラーの曲率半径Ｒとは、次のように結びつけられる。

これは、屈折率ｎ_２が小さいと、深度ｄが大きくなることを意味する。周期差が小さい場合も深度は大きくなり、全般的にアイコンの周期Ｐ_ｏが大きい場合も深度は大きくなる。しかし、大きな深度を達成すべき場合に、屈折率ｎ_２が大きい高分子ホイルを使用しても、利益は何もない。

集光エレメントがミラーである場合も、周期性を変えて、アイコンの周期Ｐ_ｏをミラーの周期Ｐ_ｍよりも大きくすることによって、合成画像を、光学デバイスの表面上方で浮くような形で構築することができる。これは図４Ｂに示されており、高さｈを次のように与えている。

合成画像を形成するのに使用できる、アレイ状集光エレメントの第３の例は、アレイ状小型開口である。かかる構成は、多かれ少なかれレンズを使ったアレイと同様に動作するが、光のスループットははるかに低い。

前述の例では、特定のアイコン周期が想定されていた。即ち、アイコンは、反復した態様で設けられている。このような場合は、かかるデバイスがどのように機能できるのかを理解するのに役立つ、見かけの深度／高さの等式が容易に得られる可能性がある。しかし、深度及び／又は高さを有する合成画像を生じさせる光学デバイスであって、非反復性のアイコン群から成る光学デバイスも存在する。その場合、それらアイコン群は、アイコン群のうちの画像化された各部分を光学デバイスの表面全域で組み合わせて一体化することができ、それによって合成画像が生成されるような態様で構成される。即ち、これが、非反復の場合の一般的な事例である。

このように、デバイス表面の下方又は上方に画像を生じさせる見かけの深度又は高さを有する合成画像を作成するのに、様々な態様が存在する。
３次元画像は、一般的に、３次元に拡がる一定量のデータと考えることができる。各点において、位置及び実際の画像が一体となって、データエンティティ（data entity）を形成している。次いで、かかる３次元画像の任意の２次元切り出し部は、選択された画像全体の中の一定のデータと関連付けられる。かかる切り出し部は、平坦面であってもよければ、湾曲面であってもよい。上記の情報選択は、３次元画像内にある膨大なデータ内容全体の中からいくつかのデータを取り出すのを助ける行為であると考えることができる。その場合、この選択は、例えば認証方法の一部とすることができる。

図５は、本発明に係る方法の全体的な手順の一実施形態を構成する諸ステップのフローチャートを示している。２次元アレイ状の集光エレメントを有し、且つ合成画像を提供するように構成された光学デバイスの読み取りを可能にするための方法は、開始がステップ２００である。ステップ２１０において、その光学デバイスは、第１の所定の形状が得られるように配置される。ステップ２２０において、光学デバイス表面上方の第１の位置にある画像面を選択するように、画像面セレクタが制御される。このようにして、その選択画像面において得られる合成画像の観察可能な２次元部分が生成される。その画像面セレクタは、拡散スクリーンを備える。その場合、上記制御ステップは、その拡散スクリーンを、光学デバイス表面上方の第１の位置にある画像面まで移動させるステップを含んでいる。ステップ２３０において、上記合成画像の観察可能な２次元部分が観察される。本手順は、ステップ２９９で終わる。

図６は、３次元合成画像を読み取るためのデバイス全体の一実施形態の概略図を示している。光学デバイス１０の読み取りを可能にするためのデバイス５０は、拡散スクリーン６２の形態を成す画像面セレクタ６０と、支持構造体７０と、画像面制御装置８０とを備える。光学デバイス１０は、２次元アレイ状の集光エレメント９９を有しており、且つ、例えば前に説明した例に従って合成画像を生成するように構成されている。支持構造体７０は、所定の形状に配置された光学デバイス１０に対して画像面セレクタ６０を支持するように配置されている。本実施形態では、光学デバイス１０は、支持構造体７０の表面７２上端部に載置されている。この実施形態において、表面７２は平坦表面であり、したがって、光学デバイス１０の上記所定形状は平らである。

画像面制御装置８０は、光学デバイス１０の表面５１上方の位置にある画像面６４を選択するように画像面セレクタ６０を制御するように構成されている。それによって、その選択画像面において得られる合成画像の観察可能な２次元部分が検査官に提供される。画像面セレクタは拡散スクリーン６２であり、したがって、画像面６４は、拡散スクリーン６２の平面になる。拡散スクリーン６２は保持具８４に装着され、その保持具は更に、表面７２から上方に設けられたフレーム８２のガーダー８６に摺動可能に係合されている。それによって、要求された画像面６４が拡散スクリーン６２と一致するまで、拡散スクリーン６２を上下させることができる。保持具８４と各ガーダー８６との間にクランプ８８が設けられているが、それは、上下移動が終わったときにその保持具の位置を維持するためである。

図７Ａ〜図７Ｃは、画像面セレクタ６０として、拡散性スクリーン６２がどのように動作するのかを示している。光学デバイス１０の各エレメントから、検査官の目２６に届くことを意図された各光線１０１が放出される。３次元画像の点１０３は、光学デバイス１０表面の上に見かけの高さｈを有している。したがって、画像のこの部分に寄与する個々の光線は全て、目２６に到達する前に点１０３に収束する。図７Ａにおいて、拡散スクリーン６２は、検査官と光学デバイスとの間の、点１０３の見かけの高さｈよりも高い高さＨの所に挿入されている。拡散スクリーン６２に到達する光は全て、部分光線１０２として様々な方向に散乱されることになる。好適な実施形態では、拡散スクリーン６２上方の半球全体にわたって、光の分布は本質的に均一である。拡散スクリーン６２に属する様々な横方向位置からの各部分光線１０２が検査官の目２６に到達することになり、したがって、点１０３の画像は、拡散スクリーン６２の表面の本質的に全体において、「滲んだように」になる。

図７Ｂでは、拡散スクリーン６２は、点１０３の見かけの高さｈと同じ高さＨに配置されている。点１０３に寄与する光線全てが、この高さｈの所にある全く同一の点を通過するため、拡散スクリーン６２の一点にだけ光が当たることになり、検査官の目２６に到達する光はいずれも、常に拡散スクリーン６２上の全く同一の部位から到来することになる。したがって、その点の鮮鋭度は、図７Ａのものよりはるかに劣化が少ない。したがって、点１０３は、検査官によって、いっそう鮮明な視界で認識される。

図７Ｃでは、拡散スクリーンは、点１０３の高さｈより下の高さＨまで下げられている。状況は図７Ａのものに類似しており、画像が拡散して全体的に滲んだようになっているのは、点１０３に画像を構築するように意図された光線の結果である。このようなやり方で、拡散スクリーン６２の位置が、鮮明な画像として認識される画像点はどの画像点であるかを決定する。

高さの選択は、かなり微妙である。したがって、距離を測定するのに、本発明に係る読み取り手法を有利に使用することができる。図８は、本発明に係る高さ測定方法の一実施形態を構成する諸ステップのフローチャートである。物体表面からの所定の距離を見つけるための本方法は、開始がステップ２０１である。ステップ２０５において、前に説明した原理に従って、光学デバイスの読み取りが行われる。この特定の適用例において、そこからの高さを決定することになる物体表面に、その光学デバイスが載置される。光学デバイスは更に、光学デバイス表面上方のある見かけの画像高さであって、上記所定の距離に対応する高さの所にある合成画像の所定部分を提供するように構成されている。ステップ２４０において、上記合成画像の所定部分が見えるようになるまで、画像平面セレクタの位置が変更される。そのときの画像面位置が、上記所定の距離に対応する。本手順は、ステップ２９８で終わる。

図９は、本発明に係る、物体表面５３からの所定の距離を見つけるための距離計５２の一実施形態の概略図を示している。光学デバイス１０は、物体表面５３に設けられている。光学デバイス１０は更に、光学デバイス１０表面上方のある見かけの画像高さであって、上記所定の距離に対応する高さの所にある合成画像の所定部分を提供するように構成されている。それは図６のデバイスに似ているが、この実施形態は、ガーダー８６を一対だけを備える。同図において、高い位置決め精度を確保すべくベアリングを使用すれば、保持具８４はより正確にガーダー８６に嵌り込む。この実施形態では、拡散スクリーン６２はつや消しホイル６１であり、支持構造体７０に結合されたフレーム８２に装着されている。マイクロモータ８１は、ねじ付きロッド８５を用いて、画像面セレクタ６０の位置を制御する。マイクロモータ８１とねじ付きロッド８５とで、トランスレータ（translator）８７を形成している。即ち、このトランスレータは、フレーム８２と光学デバイス１０表面との間の距離を機械的に制御するように構成されている。更に、画像面セレクタ６０によって選択された画像面と同じ高さの所に、高さ指示器８３が設けられている。マイクロモータ８１は、上記合成画像の所定部分が見えるようになるまで回される。次いで、高さ指示器８３は、物体表面５３からの上記所定の距離の位置に印を付ける。より巧妙な実施形態では、その選択画像面に与えられている合成画像の選択された２次元部分を記録するように、ＣＣＤカメラ等の画像検出器６６が配置される。その記録された画像検出器６６の画像は、自動的に解析することができる。更に、その画像解析装置にマイクロモータ８１の制御機能を接続することができ、所定の画像が現れたときに、マイクロモータ８１を停止させることができる。次いで、最大限鮮明な画像が得られるまで画像面セレクタ６０を微調整するようにモータを制御することによって、微調整を行うことができる。

様々な見かけの高さで構造を出現させる光学デバイス１０を有することによって、決定すべき距離を、複数の所定距離の中から選択することができる。
図１０Ａ〜図１０Ｄは、様々な高さの選択画像面に見える画像を示している。光学デバイスは、この実施形態では、番号「１４」が光学デバイス上方、即ち光学デバイス底面上方に１４ｍｍの見かけの高さ位置を有するような態様で、構成されている。光学デバイスは更に、番号「１５」が１５ｍｍの見かけの高さ位置を、番号「１６」が１６ｍｍの見かけの高さ位置を、番号「１７」が１７ｍｍの見かけの高さ位置を、光学デバイスの上方に有するような態様で、構成されている。物体表面上方１４ｍｍに位置するように画像面が選択された場合、鮮明な「１４」を提示する図１０Ａの画像が観察可能となる。物体表面上方１５ｍｍに位置するように画像面が選択された場合、鮮明な「１５」を提示する図１０Ｂの画像が観察可能となる。物体表面上方１５ｍｍに位置するように画像面が選択された場合、鮮明な「１６」を提示する図１０Ｃの画像が観察可能となる。物体表面上方１７ｍｍに位置するように画像面が選択された場合、鮮明な「１７」を提示する図１０Ｄの画像が観察可能となる。光学デバイスを適切な態様で構成することによって種々の高さ測定の選択肢が利用可能になることは、当業者であれば誰にでも分かることである。

３次元画像の構造の方が、幾分複雑な印象を与えることもある。ある種の微小形状は、人間の目（及び脳）を使っただけでは、複雑な３次元画像内で識別するのは困難な場合がある。このようにある種の構造を別の像の中に「隠蔽する」可能性は、例えば認証目的に利用することができる。こういった性質は、湾曲２次元平面の中に認証構造を配置することによって更に強化することができる。これにより、目及び脳が３次元画像から構造を「抽出する」ことは、いっそう困難になる。

図１１は、本発明に係る認証方法の一実施形態を構成する諸ステップのフローチャートである。本認証方法は、開始がステップ２０３である。ステップ２０５において、光学デバイスは、前に説明した原理に従って読み取られる。この特定の適用例において、光学デバイスは、認証対象の物体に装着されている。ステップ２５０において、その物体の信憑性を検証するために、合成画像のうちの観察された２次元部分が所定の２次元画像と比較される。本手順は、ステップ２９７で終わる。

図１２は、真偽検証器（authenticity verifier）５４の形態を成す光学デバイス１０の読み取りを可能にするための簡単なデバイス５０の一実施形態を示している。真偽検証器５４は、この特定の実施形態では中実ガラスブロック８９の形態を成している画像面制御装置８０、この特定の実施形態では中実ガラスブロック８９のつや消し表面６３としている画像面セレクタ６０、及びこの特定の実施形態では中実ガラスブロック８９の下面７２としている支持構造体７０を提示している。光学デバイス１０は下面７２に押し当てて保持されており、それによって所定の形状が実現されている。つや消し表面６３は、別の所定の形状であって、下面７２に対して所定の位置に形成された形状を有している。つや消し表面６３では、湾曲２次元選択画像面の画像を見ることができ、示された画像が所定の画像に対応するかどうかで信憑性を判定することができる。この実施形態では、画像面及び光学デバイスは共に、湾曲形状を有している。但し、当業者であれば誰でも分かるように、それらのうちの一方又は両方が平らであってもよい。この表示図において、画像面セレクタ６０は、このように、本例の場合中実ガラスブロック８９としている透明剛体の、本例の場合つや消し表面６３としている拡散表面である。支持構造体７０は、その透明剛体の表面７２であり、その拡散表面とは反対側にある。画像面制御装置８０は、透明剛体自体で形成されている。

図１３は、真偽検証器５４の別の実施形態を示している。この実施形態では、中実ガラスブロック８９に複数のスロット９１が設けられており、その中につや消しホイル６１を差し込むことができる。光学デバイス１０は、ガラスブロック８９の下面７２に押し当てて保持され、つや消しホイル６１によって選択された２次元画像を上から眺めることができる。つや消しホイル６１を別のスロット９１へ移動させることによって、光学デバイス１０に対して異なる位置の画像面を選択することができる。

当業者であれば誰でも分かるように、逆に固定的な画像面セレクタに対して光学デバイスの位置をずらすようにした類似のデバイス、及び光学デバイスと画像面セレクタの双方の位置を変更するようにしたデバイスも実現可能である。

この数年の間に、図１４Ａに概略的に示しているようなバーコードが様々な用途で用いられており、コンパクトで信頼性の高いデータ提供方法を提供している。更に、２次元の類似物であって、図１４Ｂに示すような、表面全域の点が様々な種類のデータを表すようになされた類似物も使用されている。これらの原理は更に、３次元にも拡張することができる。図１４Ｃに概略的に示しているように、合成３次元画像を提供する光学デバイスを備えることによって、様々な横方向位置及び高さ位置を使ってデータを表すことができる。しかし、かかる３次元データ表現は、３次元のまま直接変換するのは困難である。即ち、本発明の基本原理によれば、かかる３次元データ表現の変換は、様々な２次元画像面の情報を逐次的に抽出することによって行うことができる。

図１５は、本発明に係る情報デコード方法の一実施形態を構成する諸ステップのフローチャートである。情報をデコードするための本方法は、開始がステップ２０４である。ステップ２０５において、前に詳述した原理に従って、光学デバイスの読み取りが行われる。この特定の応用例において、その光学デバイスは、前記光学デバイス表面上方の様々な見かけの画像高さの所に、合成画像の所定部分を提供するように構成されている。ステップ２６０において、合成画像のうちの観察された２次元部分が記録される。ステップ２６２において、その記録された２次元部分がデータに変換される。読み取りステップ２０５、記録ステップ２６０、及び変換ステップ２６２は、矢印２６４で示しているように、複数の様々な画像面位置に対して反復される。本手順は、ステップ２９６で終わる。

図１６は、本発明に係る情報デコーダ５５の一実施形態の概略図を示している。ほとんどのパーツは、図９に提示したデバイスと同様である。この実施形態では、画像面セレクタ６０が装着される保持具８４は更に、物体表面５３までの距離を測定するように構成された距離計９２も備える。マイクロモータ８１は、所定の距離に達するまで保持具８４を移動させるように制御される。画像検出器６６は、画像面セレクタ６０の所に現れる２次元画像を記録する。その場合、これが、３次元合成画像内の選択された画像部分である。マイクロモータ８１は、保持具を別の距離まで移動させるように制御され、別の画像が記録される。その記録された画像は画像インタプリタ６８に与えられ、インタプリタ６８において、その記録された２次元画像、即ち合成画像のうちの上記記録された２次元部分に含まれるコード化情報はデータに変換される。このようにして、３次元空間全体によって表されるデータ内容を取り出すことができる。画像検出器６６、画像インタプリタ６８、及びマイクロモータ８１相互間に自動制御部９３が接続されることが好ましい。自動制御部９３は、複数の位置の画像面を選択するように画像面制御装置８０を動作させ、画像検出器６６を画像面制御装置８０の動作に同期させるように構成されている。

本発明の実施形態では、少なくとも部分的に見かけの高さを有する画像を作成する光学デバイスが目的とされている。即ち、その画像は、少なくとも部分的に光学デバイス表面上方で浮遊しているように見える。この性質は、そのように形成された３次元空間内である種の選択画像面を抽出するのに利用されてきた。

前に提示した実施形態では、２次元アレイ状の集光エレメントが使用されている。これは現在のところ、好適な実施形態と考えられている。しかしながら、ほとんどの効果は、１次元アレイ状の、例えば両凸レンズ、円柱ミラー等といった集光エレメントでも実現可能である。その場合、それら集光エレメントの拡がりを横断する方向に、空間効果が利用される。但し、かかるデバイスは、一般的に検査官に対する向きに影響され易く、したがって、かかる代替集光エレメントでは、便益はあまり顕著ではない。

前に説明した実施形態は、本発明のいくつかの具体例として理解されるべきである。本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に種々の変更、組み合わせ、及び改変を施し得ることは、当業者であれば分かるであろう。特に、異なる実施形態の異なる部分的解決策は、技術的に可能であれば、他の構成と組み合わせることができる。但し、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって定義される。

Claims (20)

1. 集光エレメント（９９）のアレイ（１３）を有し、且つ合成画像を生成するように構成された光学デバイス（１０）の読み取りを可能にするための方法であって、
   第１の所定の形状が得られるように前記光学デバイス（１０）を配置するステップ（２１０）と、
   前記光学デバイス（１０）表面に対して第１の位置にある画像面（６４）を選択するように画像面セレクタ（６０）を制御するステップ（２２０）であって、それによって、前記選択された画像面（６４）において得られる前記合成画像の観察可能な２次元部分を生成する、ステップと
   を含み、
   前記画像面セレクタ（６０）は拡散スクリーン（６２）であり、
   前記制御するステップ（２２０）は、前記拡散スクリーン（６２）を、前記光学デバイス（１０）の前記表面上方の前記第１の位置にある前記画像面（６４）まで移動させるステップを含む、
   方法。
2. 前記アレイ（１３）は２次元アレイである請求項１に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするための方法。
3. 前記第１の所定の形状は湾曲形状である請求項１又は２に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするための方法。
4. 前記画像面（６４）は、前記光学デバイス（１０）に対して、形状が湾曲形状である第２の所定の形状を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするための方法。
5. 前記合成画像の前記観察可能な２次元部分を観察するさらなるステップ（２３０）を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするための方法。
6. 物体表面（５３）からの所定の距離を見つけるための方法であって、
   請求項５に従って光学デバイス（１０）を読み取るステップ（２０５）であって、前記光学デバイスを配置するステップ（２１０）は、前記物体表面（５３）に接触して行われ、且つ前記光学デバイス（１０）は、前記所定の距離に対応する、前記光学デバイス（１０）の前記表面上方の見かけの画像高さの所にある前記合成画像の所定部分を生成するように構成されている、ステップと、
   前記合成画像の前記所定部分が見えるようになるまで前記第１の位置を変更するステップ（２４０）と
   を含み、
   それによって、前記画像面（６４）の位置が前記所定の距離に対応する、
   方法。
7. 認証対象の物体に装着されている光学デバイス（１０）を請求項５に従って読み取るステップ（２０５）と、
   前記合成画像のうちの前記観察された２次元部分を所定の２次元画像と比較して（２５０）、信憑性を検証するステップと
   を含む認証方法。
8. 情報をデコードするための方法であって、
   請求項５に従って光学デバイス（１０）を読み取るステップ（２０５）であって、前記光学デバイス（１０）は、前記光学デバイス（１０）の前記表面に対して様々な見かけの画像位置の所にある前記合成画像の所定部分を生成するように構成されている、ステップと、
   前記合成画像のうちの前記観察された２次元部分を記録するステップ（２６０）と、
   前記記録された２次元部分をデータに変換するステップ（２６２）と、
   複数の様々な前記画像面位置に対して、前記読み取りステップ（２０５）、前記記録ステップ（２１０）、及び前記変換ステップ（２２０）を反復するステップ（２６４）と
   を含む方法。
9. 集光エレメント（９９）のアレイ（１３）を有し、且つ合成画像を生成するように構成された光学デバイス（１０）の読み取りを可能にするデバイス（５０）であって、
   画像面セレクタ（６０）と、
   第１の所定の形状に配置された前記光学デバイス（１０）に対して前記画像面セレクタ（６０）を支持するように配置された支持構造体（７０）と、
   前記光学デバイス（１０）表面に対して第１の位置にある画像面（６４）を選択するように前記画像面セレクタ（６０）を制御し、それによって、前記選択された画像面（６４）において得られる前記合成画像の観察可能な２次元部分を生成するように構成された画像面制御装置（８０）と
   を備え、
   前記画像面セレクタ（６０）は、拡散スクリーン（６２）を備えており、したがって、前記画像面（６４）は、前記拡散スクリーン（６２）の平面である、
   デバイス（５０）。
10. 前記アレイ（１３）は２次元アレイである、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記支持構造体（７０）は、前記第１の所定の形状に前記光学デバイス（１０）を保持するための保持具を備える請求項９又は１０に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするためのデバイス。
12. 前記第１の所定の形状は湾曲形状である請求項９〜１１のいずれか１項に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするためのデバイス。
13. 前記拡散スクリーン（６２）は、フレーム（８４）によって前記支持構造体（７０）に装着されたつや消しホイルであることと、
    前記画像面制御装置（８０）は、前記フレーム（８４）と前記光学デバイス（１０）の前記表面との間の距離を機械的に制御するように構成されたトランスレータ（８７）を備えることと
    を特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするためのデバイス。
14. 前記画像面（６４）は、前記光学デバイス（１０）に対して、形状が湾曲形状である第２の所定の形状を有している請求項９〜１３のいずれか１項に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするためのデバイス。
15. 前記選択された画像面（６４）に生成されている前記合成画像の２次元部分を記録するように配置された画像検出器（６６）を特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の光学デバイスの読み取りを可能にするためのデバイス。
16. 物体表面（５３）からの所定の距離を見つけるための距離計（５２）であって、
    請求項９〜１５のいずれか１項に記載の、光学デバイス（１０）の読み取りを可能にするためのデバイス（５０）と、
    前記第１の位置を指示するように構成された指示器（８３）と
    を備える距離計（５２）。
17. 請求項９〜１５のいずれか１項に記載の、光学デバイス（１０）の読み取りを可能にするためのデバイス（５０）を備える、真偽検証器（５４）。
18. 前記画像面セレクタ（６０）は、透明剛体の拡散表面であること、前記支持構造体（７０）は、前記拡散表面とは反対側に位置する前記透明剛体の表面であること、及び前記画像面制御装置（８０）は前記透明剛体自体である、請求項１７に記載の真偽検証器。
19. 請求項１５に記載の、光学デバイス（１０）の読み取りを可能にするためのデバイス（５０）と、
    前記合成画像の前記記録された２次元部分に含まれているコード化情報を変換するように構成された画像インタプリタと
    を備える情報デコーダ（５５）。
20. 複数の位置で画像面（６４）を選択するように前記画像面制御装置（８０）を動作させ、前記画像検出器（６６）を前記画像面制御装置（８０）の前記動作に同期させるように構成されている自動制御部（９３）を特徴とする、請求項１９に記載の情報デコーダ。

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