(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に回折格子が形成された画素を複数配置することにより、所定の画像を記録した回折格子記録媒体において、
最小単位となる単位図形と、複数の単位図形を隣接配置したときの外郭線から構成される拡大図形と、を定義し、
前記単位図形の内部に回折格子を形成してなる単位画素と、前記拡大図形の内部に回折格子を形成してなる拡大画素と、を混在させることにより画像を記録したことを特徴とする回折格子記録媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の回折格子記録媒体において、
記録すべき画像の中の、単位画素の解像度を必要とする部分については単位画素を配置し、それ以外の部分については拡大画素を配置したことを特徴とする回折格子記録媒体。
【請求項３】
請求項１に記載の回折格子記録媒体において、
単位図形として矩形を定義し、拡大図形として前記矩形を縦横にそれぞれ整数個隣接配置してなる矩形を定義したことを特徴とする回折格子記録媒体。
【請求項４】
回折格子により所定の画像を記録した回折格子記録媒体を作成する方法であって、
所定の単位図形からなる画素を平面上に配列し、各画素に所定の画素値を定義することによって画像を表現した画像データを用意する段階と、
前記単位図形の内部に格子線を所定のピッチおよび所定の配置角度で配置してなる画素パターンを定義する段階と、
前記画像データに基いて、各画素と前記画素パターンとの対応関係を定義する段階と、
複数の単位図形を隣接配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義し、この拡大図形を前記平面上の画素配列の所定位置に重ね、前記拡大図形内に含まれる複数の画素について、それぞれ対応関係が定義された画素パターンを認識し、認識された各画素パターンが互いに所定の類似条件の範囲内にあるか否かを判断する判断処理を行う段階と、
前記判断処理において、類似条件の範囲内にあるとの判断が得られた場合には、前記拡大図形の内部に格子線を前記類似条件の範囲内の所定のピッチおよび所定の配置角度で配置することにより拡大画素パターンを定義し、前記拡大図形内に含まれる複数の画素については、全体として１つの拡大画素パターンが対応づけられるように、前記対応関係を変更する対応関係変更処理を行う段階と、
変更後の対応関係に基いて、各画素に画素パターンおよび拡大画素パターンを割り付け、割り付けられた回折格子パターンを媒体上に記録する段階と、
を有することを特徴とする回折格子記録媒体の作成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の作成方法において、
矩形の単位図形からなる画素を縦横に配列することにより画像を表現した画像データを用意し、前記単位図形を縦横にそれぞれｎ個ずつ隣接配置したときの外郭線によって矩形からなる拡大図形を定義し、
この拡大図形の位置を、画素配列上で縦横に１画素ずつずらしながら重ね、重ねた位置において前記拡大図形内に含まれる複数の画素のすべてについて対応関係の変更がまだ行われていない場合にのみ、この重ねた位置における対応関係変更処理を行うようにすることを特徴とする回折格子記録媒体の作成方法。
【請求項６】
請求項４に記載の作成方法において、
大きさの異なる複数種類の拡大図形を定義し、大きい順に、各拡大図形を用いた対応関係変更処理を繰り返して行うことを特徴とする回折格子記録媒体の作成方法。
【請求項７】
回折格子により所定の画像を記録した回折格子記録媒体を作成する方法であって、
所定の単位図形からなる副画素を第１の形態でＫ個隣接して配置することにより画素を構成し、Ｊ個の画素を平面上に配列し、画素内におけるＫ個の各副画素の相対位置に基いて各副画素ごとに担当するモチーフを定め、（Ｋ×Ｊ）個の全副画素のそれぞれに所定の画素値を定義することによって、同一平面上に複数のモチーフを含んだ画像を表現した画像データを用意する段階と、
前記単位図形の内部に格子線を所定のピッチおよび所定の配置角度で配置してなる複数の画素パターンを定義する段階と、
前記画像データに基いて、各副画素と前記画素パターンとの対応関係を定義する段階と、
複数の単位図形を第２の形態でＬ個隣接して配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義し、前記拡大図形を前記第１の形態でＫ個隣接して配置することにより（Ｌ×Ｋ）個の副画素配列に相当する置換単位を定義し、この置換単位を前記平面上の（Ｋ×Ｊ）個の副画素からなる配列の所定位置に重ね、前記置換単位内に含まれる（Ｌ×Ｋ）個の副画素について、それぞれ対応関係が定義された画素パターンを認識し、各副画素を前記第１の形態で隣接配置されたＫ個の副画素ごとに１グループとして認識し、各グループ相互間において、認識された画素パターンの分布が互いに所定の類似条件の範囲内にあるか否かを判断する判断処理を行う段階と、
前記判断処理において、類似条件の範囲内にあるとの判断が得られた場合には、前記置換単位内のＫ個の拡大図形と、前記１グループ内のＫ個の副画素と、をそれぞれ相対位置に基いて対応づけ、前記各拡大図形の内部に、対応づけられた副画素について認識された画素パターンを構成する格子線に対して前記類似条件の範囲内にある所定のピッチおよび所定の配置角度で、格子線を配置することにより拡大画素パターンを定義し、前記置換単位内の１つの拡大図形内に含まれるＬ個の副画素については、全体として１つの拡大画素パターンが対応づけられるように、前記対応関係を変更する対応関係変更処理を行う段階と、
変更後の対応関係に基いて、各画素に画素パターンおよび拡大画素パターンを割り付け、割り付けられた回折格子パターンを媒体上に記録する段階と、
を有することを特徴とする回折格子記録媒体の作成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の作成方法において、
矩形の単位図形からなる副画素を縦横にそれぞれｍ個ずつ合計Ｋ＝ｍ２個を隣接して配置することにより画素を構成し、
矩形の単位図形を縦横にそれぞれｎ個ずつ合計Ｌ＝ｎ２個隣接して配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義し、前記拡大図形を縦横にそれぞれｍ個ずつ合計Ｋ＝ｍ２個を隣接して配置することにより、（ｍ×ｎ）２個の副画素配列に相当する置換単位を定義することを特徴とする回折格子記録媒体の作成方法。
【請求項９】
請求項８に記載の作成方法において、
置換単位の位置を、副画素配列上で縦横に１副画素ずつずらしながら重ね、重ねた位置において前記置換単位内に含まれる複数の副画素のすべてについて対応関係の変更がまだ行われていない場合にのみ、この重ねた位置における対応関係変更処理を行うようにすることを特徴とする回折格子記録媒体の作成方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の作成方法において、
置換単位の位置を、副画素配列上で縦横にｍ副画素もしくはｎ副画素ずつずらしながら重ね、重ねた位置において前記置換単位内に含まれる複数の副画素のすべてについて対応関係の変更がまだ行われていない場合にのみ、この重ねた位置における対応関係変更処理を行うようにすることを特徴とする回折格子記録媒体の作成方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の作成方法において、
置換単位の位置を、副画素配列上で縦横に（ｍ×ｎ）副画素ずつずらしながら重ね、重ねた位置において前記置換単位内に含まれる複数の副画素のすべてについて対応関係の変更がまだ行われていない場合にのみ、この重ねた位置における対応関係変更処理を行うようにすることを特徴とする回折格子記録媒体の作成方法。
【請求項１２】
回折格子により所定の画像を記録した回折格子記録媒体を作成する装置であって、
所定の単位図形からなる画素を平面上に配列し、各画素に所定の画素値を定義することによって画像を表現した画像データを入力する手段と、
前記単位図形の内部に格子線を所定のピッチおよび所定の配置角度で配置してなる画素パターンを記憶する手段と、
前記画像データに基いて、各画素と前記画素パターンとの対応関係を定義する手段と、
複数の単位図形を隣接配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義し、この拡大図形を前記平面上の画素配列の所定位置に重ね、前記拡大図形内に含まれる複数の画素について、それぞれ対応関係が定義された画素パターンを認識し、認識された各画素パターンが互いに所定の類似条件の範囲内にあるか否かを判断する判断処理を行う手段と、
前記判断処理において、類似条件の範囲内にあるとの判断が得られた場合には、前記拡大図形の内部に格子線を前記類似条件の範囲内の所定のピッチおよび所定の配置角度で配置することにより拡大画素パターンを定義し、前記拡大図形内に含まれる複数の画素については、全体として１つの拡大画素パターンが対応づけられるように、前記対応関係を変更する対応関係変更処理を行う手段と、
変更後の対応関係に基いて、各画素に画素パターンおよび拡大画素パターンを割り付け、割り付けられた回折格子パターンを媒体上に記録する手段と、
を有することを特徴とする回折格子記録媒体の作成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は回折格子記録媒体ならびにその作成方法および作成装置、特に、真正な物品であることを証明するためのセキュリティ用回折格子シールへの利用に適した回折格子記録媒体ならびにその作成方法および作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クレジットカード、預金通帳、金券などの偽造を防止するための手段として、ホログラムシールが利用されている。また、ビデオテープや高級腕時計などの商品についても、海賊版が出回るのを防止するために、ホログラムシールが利用されており、この他、装飾用、販売促進用といった目的にも、ホログラムシールが利用されている。このようなホログラムシールには、三次元立体像ではなく二次元の絵柄がモチーフとして用いられることが多い。
【０００３】
ホログラムシールを作成する方法としては、レーザ光を用いて干渉縞を形成させる光学的なホログラム撮影方法が一般的である。すなわち、二次元の絵柄モチーフが描かれた原稿を用意し、２つに分岐させたレーザ光の一方をこの原稿に照射し、その反射光と分岐したもう一方のレーザ光とを干渉させてその干渉縞を感光材に記録するのである。こうしてホログラム原版が作成できたら、この原版を用いて、プレスの手法によりホログラムシールを量産することができる。
【０００４】
ところが、最近では、コンピュータによる画像処理技術や、電子ビームによる描画技術が進歩したため、コンピュータによって用意した画像データに基づいて電子ビームを走査し、疑似的なホログラム原版を作成する方法が実用化されている。すなわち、媒体上に微細な回折格子を記録し、この回折格子によって二次元の絵柄のモチーフを表現するのである。たとえば、特願平５−１４８６８１号明細書には、二次元の絵柄を複数の画素で表現し、多数の回折格子を配してなる画素パターンを個々の画素に割り付けることにより、回折格子記録媒体を形成する新規な方法が提案されている。また、特願平５−３１７２７３号明細書には、このような回折格子記録媒体を量産するための効率的な作成方法が開示されており、特願平５−３１７２７４号明細書には、階調をもった絵柄を表現するための改良点が開示され、特願平６−１７７５０５号明細書には、色彩をもった絵柄を表現するための改良点が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した回折格子記録媒体では、内部に回折格子が形成された微小な画素の集合によって、二次元の絵柄を表現することになるが、このような絵柄を、クレジットカードなどの偽造防止用に用いる場合には、かなり小さな領域内に、会社のロゴやサービスマークなどの絵柄を表現する必要がある。また、名刺程度の大きさの回折格子記録媒体上にカレンダーなどを記録した製品も、販売促進用に提供されることも多い。このように、小さな領域内に文字などを配置した回折格子記録媒体では、微細な文字が鮮明に認識できるように、記録対象となる画像の解像度を向上させる必要がある。解像度を向上させるためには、画像を構成する個々の画素を小さくし、単位面積あたりの画素数を多くすればよい。
【０００６】
ところが、回折格子記録媒体の場合、個々の画素はそれぞれ独立した回折格子として機能しているため、面積を小さくすると次のような問題が生じる。第１の問題は、全体的に輝度が低下するという点である。回折格子は面積が小さくなると、格子線の数が減るために、回折光の強度は当然低下する。しかも、本願発明者の行った実験によれば、回折格子の面積が１／２に減少すると、回折光強度は１／２未満に減少することが判明した。すなわち、面積が１／２の画素を、たとえ２倍の数だけ配置したとしても、もとの画像に比べれば、全体的に輝度が低下することになる。このため、解像度を向上させるために個々の画素を小さくすればするほど、画像全体の輝度は低下してしまうのである。そして、第２の問題は、媒体上に回折格子を記録するのに必要なデータ量が増大するという点である。個々の画素内には、それぞれ多数の格子線が形成されるが、各格子線はそれぞれ個々の図形のデータとして取り扱われる。したがって、全体の画素数が増えれば増えるほど、データ量も増大することになる。通常、媒体上に格子線を描画するためには、電子ビーム描画装置が利用されており、各格子線を示す図形データをこの描画装置に与えることにより媒体への記録を行うことになる。ところが、この全図形データが膨大な量になると、ハードウエア上の記憶容量の制約から、描画処理を行うことができなくなるおそれもある。たとえば、２０画素／ｍｍの画素密度を設定し、各画素内に線幅０．４μｍの格子線をピッチ０．８μｍで配置した場合、４５００ｍｍ２程度の領域（通常のクレジットカードの全面領域程度）の画像を記録するために必要なデータは、２Ｇバイトを越えることになり、それだけの記憶容量をもったハードウエアを用意しなければ、描画を行うことはできない。
【０００７】
そこで、本発明の第１の目的は、高輝度・高解像度を両立できる回折格子記録媒体およびその作成方法／装置を提供することにあり、第２の目的は、できるだけ少ないデータを用いて媒体上に記録を行うことができる回折格子記録媒体およびその作成方法／装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
(1)   本発明の第１の態様は、内部に回折格子が形成された画素を複数配置することにより、所定の画像を記録した回折格子記録媒体において、
最小単位となる単位図形と、複数の単位図形を隣接配置したときの外郭線から構成される拡大図形と、を定義し、
単位図形の内部に回折格子を形成してなる単位画素と、拡大図形の内部に回折格子を形成してなる拡大画素と、を混在させることにより画像を記録するようにしたものである。
【０００９】
(2)   本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る回折格子記録媒体において、
記録すべき画像の中の、単位画素の解像度を必要とする部分については単位画素を配置し、それ以外の部分については拡大画素を配置するようにしたものである。
【００１０】
(3)   本発明の第３の態様は、上述の第１の態様に係る回折格子記録媒体において、
単位図形として矩形を定義し、拡大図形としてこの矩形を縦横にそれぞれ整数個隣接配置してなる矩形を定義するようにしたものである。
【００１１】
(4)   本発明の第４の態様は、回折格子により所定の画像を記録した回折格子記録媒体を作成する方法において、
所定の単位図形からなる画素を平面上に配列し、各画素に所定の画素値を定義することによって画像を表現した画像データを用意する段階と、
この単位図形の内部に格子線を所定のピッチおよび所定の配置角度で配置してなる画素パターンを定義する段階と、
用意した画像データに基いて、各画素と画素パターンとの対応関係を定義する段階と、
複数の単位図形を隣接配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義し、この拡大図形を平面上の画素配列の所定位置に重ね、拡大図形内に含まれる複数の画素について、それぞれ対応関係が定義された画素パターンを認識し、認識された各画素パターンが互いに所定の類似条件の範囲内にあるか否かを判断する判断処理を行う段階と、
この判断処理において、類似条件の範囲内にあるとの判断が得られた場合には、拡大図形の内部に格子線を類似条件の範囲内の所定のピッチおよび所定の配置角度で配置することにより拡大画素パターンを定義し、拡大図形内に含まれる複数の画素については、全体として１つの拡大画素パターンが対応づけられるように、対応関係を変更する対応関係変更処理を行う段階と、
変更後の対応関係に基いて、各画素に画素パターンおよび拡大画素パターンを割り付け、割り付けられた回折格子パターンを媒体上に記録する段階と、
を行うようにしたものである。
【００１２】
(5)   本発明の第５の態様は、上述の第４の態様に係る回折格子記録媒体の作成方法において、
矩形の単位図形からなる画素を縦横に配列することにより画像を表現した画像データを用意し、単位図形を縦横にそれぞれｎ個ずつ隣接配置したときの外郭線によって矩形からなる拡大図形を定義し、
この拡大図形の位置を、画素配列上で縦横に１画素ずつずらしながら重ね、重ねた位置において拡大図形内に含まれる複数の画素のすべてについて対応関係の変更がまだ行われていない場合にのみ、この重ねた位置における対応関係変更処理を行うようにしたものである。
【００１３】
(6)   本発明の第６の態様は、上述の第４の態様に係る回折格子記録媒体の作成方法において、
大きさの異なる複数種類の拡大図形を定義し、大きい順に、各拡大図形を用いた対応関係変更処理を繰り返して行うようにしたものである。
【００１４】
(7)   本発明の第７の態様は、回折格子により所定の画像を記録した回折格子記録媒体を作成する方法において、
所定の単位図形からなる副画素を第１の形態でＫ個隣接して配置することにより画素を構成し、Ｊ個の画素を平面上に配列し、画素内におけるＫ個の各副画素の相対位置に基いて各副画素ごとに担当するモチーフを定め、（Ｋ×Ｊ）個の全副画素のそれぞれに所定の画素値を定義することによって、同一平面上に複数のモチーフを含んだ画像を表現した画像データを用意する段階と、
単位図形の内部に格子線を所定のピッチおよび所定の配置角度で配置してなる複数の画素パターンを定義する段階と、
用意した画像データに基いて、各副画素と画素パターンとの対応関係を定義する段階と、
複数の単位図形を第２の形態でＬ個隣接して配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義し、この拡大図形を第１の形態でＫ個隣接して配置することにより（Ｌ×Ｋ）個の副画素配列に相当する置換単位を定義し、この置換単位を平面上の（Ｋ×Ｊ）個の副画素からなる配列の所定位置に重ね、置換単位内に含まれる（Ｌ×Ｋ）個の副画素について、それぞれ対応関係が定義された画素パターンを認識し、各副画素を第１の形態で隣接配置されたＫ個の副画素ごとに１グループとして認識し、各グループ相互間において、認識された画素パターンの分布が互いに所定の類似条件の範囲内にあるか否かを判断する判断処理を行う段階と、
この判断処理において、類似条件の範囲内にあるとの判断が得られた場合には、置換単位内のＫ個の拡大図形と、１グループ内のＫ個の副画素と、をそれぞれ相対位置に基いて対応づけ、各拡大図形の内部に、対応づけられた副画素について認識された画素パターンを構成する格子線に対して類似条件の範囲内にある所定のピッチおよび所定の配置角度で、格子線を配置することにより拡大画素パターンを定義し、置換単位内の１つの拡大図形内に含まれるＬ個の副画素については、全体として１つの拡大画素パターンが対応づけられるように、対応関係を変更する対応関係変更処理を行う段階と、
変更後の対応関係に基いて、各画素に画素パターンおよび拡大画素パターンを割り付け、割り付けられた回折格子パターンを媒体上に記録する段階と、
を行うようにしたものである。
【００１５】
(8)   本発明の第８の態様は、上述の第７の態様に係る回折格子記録媒体の作成方法において、
矩形の単位図形からなる副画素を縦横にそれぞれｍ個ずつ合計Ｋ＝ｍ２個を隣接して配置することにより画素を構成し、
矩形の単位図形を縦横にそれぞれｎ個ずつ合計Ｌ＝ｎ２個隣接して配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義し、この拡大図形を縦横にそれぞれｍ個ずつ合計Ｋ＝ｍ２個を隣接して配置することにより、（ｍ×ｎ）２個の副画素配列に相当する置換単位を定義するようにしたものである。
【００１６】
(9)   本発明の第９の態様は、上述の第８の態様に係る回折格子記録媒体の作成方法において、
置換単位の位置を、副画素配列上で縦横に１副画素ずつずらしながら重ね、重ねた位置において置換単位内に含まれる複数の副画素のすべてについて対応関係の変更がまだ行われていない場合にのみ、この重ねた位置における対応関係変更処理を行うようにしたものである。
【００１７】
(10)    本発明の第１０の態様は、上述の第８の態様に係る回折格子記録媒体の作成方法において、
置換単位の位置を、副画素配列上で縦横にｍ副画素もしくはｎ副画素ずつずらしながら重ね、重ねた位置において置換単位内に含まれる複数の副画素のすべてについて対応関係の変更がまだ行われていない場合にのみ、この重ねた位置における対応関係変更処理を行うようにしたものである。
【００１８】
(11)    本発明の第１１の態様は、上述の第８の態様に係る回折格子記録媒体の作成方法において、
置換単位の位置を、副画素配列上で縦横に（ｍ×ｎ）副画素ずつずらしながら重ね、重ねた位置において置換単位内に含まれる複数の副画素のすべてについて対応関係の変更がまだ行われていない場合にのみ、この重ねた位置における対応関係変更処理を行うようにしたものである。
【００１９】
(12)    本発明の第１２の態様は、回折格子により所定の画像を記録した回折格子記録媒体を作成する装置において、
所定の単位図形からなる画素を平面上に配列し、各画素に所定の画素値を定義することによって画像を表現した画像データを入力する手段と、
この単位図形の内部に格子線を所定のピッチおよび所定の配置角度で配置してなる画素パターンを記憶する手段と、
用意した画像データに基いて、各画素と画素パターンとの対応関係を定義する手段と、
複数の単位図形を隣接配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義し、この拡大図形を平面上の画素配列の所定位置に重ね、拡大図形内に含まれる複数の画素について、それぞれ対応関係が定義された画素パターンを認識し、認識された各画素パターンが互いに所定の類似条件の範囲内にあるか否かを判断する判断処理を行う手段と、
この判断処理において、類似条件の範囲内にあるとの判断が得られた場合には、拡大図形の内部に格子線を類似条件の範囲内の所定のピッチおよび所定の配置角度で配置することにより拡大画素パターンを定義し、拡大図形内に含まれる複数の画素については、全体として１つの拡大画素パターンが対応づけられるように、対応関係を変更する対応関係変更処理を行う手段と、
変更後の対応関係に基いて、各画素に画素パターンおよび拡大画素パターンを割り付け、割り付けられた回折格子パターンを媒体上に記録する手段と、
を設けるようにしたものである。
【００２０】
【作  用】
既に述べたように、本願発明者の行った実験によれば、回折格子の面積が１／２に減少すると、回折光強度は１／２未満に減少する。たとえば、５０μｍ四方の領域に回折格子を形成した第１の画素と、１００μｍ四方の領域に回折格子を形成した第２の画素と、を比べると、前者の面積は後者の１／４であるにもかかわらず、前者の輝度は後者の１／４に満たなくなる。別言すれば、１００μｍ四方の領域に、第１の画素を４個配置した場合に得られる輝度は、同じ領域に、第２の画素を１個配置した場合に得られる輝度よりも低くなってしまう。これは、回折現象が光の波としての性質に基く現象であり、より広い面積に光を照射させればさせるほど、回折現象が相乗的に増幅されるためであると、本願発明者は考えている。したがって、同じ１００μｍ四方の領域に画素を配置するのであれば、第１の画素を４個配置するよりも、第２の画素を１個配置した方が輝度は高くなる。すなわち、第１の画素を４個配置した場合は、その境界部分において回折格子が不連続になるため、あくまでも５０μｍ四方の領域単位で、ひとまとまりの回折現象が生じるのに対し、第２の画素を１個配置した場合は、１００μｍ四方の領域単位で、ひとまとまりの回折現象が生じるのである。
【００２１】
このように、同じ領域に画素を配置するのであれば、できるだけ面積の大きな画素を配置した方が輝度の高い画像が得られる。ところが、大きな面積の画素を用いれば、それだけ解像度が低下することになる。そこで本発明では、大きさの異なる少なくとも２種類の画素を混在させて用いることにより、輝度を維持しつつ、解像度を向上させることを実現したものである。すなわち、主として輪郭部分などの高い解像度による表現が必要な部分については、小さな画素を配置して繊細な表現を実現する一方、比較的解像度が低くてもかまわない絵柄の内部などについては、できるだけ大きな画素を配置して輝度を高めるようにすれば、輝度を維持しつつ、解像度を向上させることが可能になる。
【００２２】
本発明では、最小単位となる単位図形によって画素を定義するとともに、この単位図形を複数個隣接配置したときの外郭線から構成される拡大図形によって拡大画素を定義するようにし、大きさの異なる画素を混在させた効率的な画像表示を可能にしている。すなわち、拡大画素はもとの画素の整数倍の面積を有するため、隣接配置された複数個の画素を拡大画素に置換するという処理を行うことにより、高い解像度を必要としない部分について、個々の画素を拡大画素に置き換えることが可能になる。
【００２３】
拡大画素への置換を行うか否かは、拡大図形を画素配列の所定位置に重ね、拡大図形内に含まれる複数の画素について、それぞれ割り付けられる画素パターンが類似しているか否かを判断することにより行われる。たとえば、単位図形を２行２列に隣接配置することによって拡大図形を定義した場合、拡大画素は通常の画素の４倍大の大きさを有することになる。ここで、２行２列に隣接配置された４つの画素のそれぞれについて、同一もしくは類似の画素パターン（格子線のピッチおよび配置角度が同一もしくは近似）が割り当てられているのであれば、これらを拡大画素に置換しても、画像の絵柄表現には大きな影響は及ばないことになる。そこで、全画像の各部分部分ごとに置換可能か否かの判断を順に行い、置換可能な部分については逐次拡大画素へと置換を行うようにすれば、効率的な置換処理を行うことができる。
【００２４】
なお、同一平面上に複数のモチーフを重畳して記録する手法として、副画素を用いる方法が、特願平５−１４８６８１号明細書に開示されている。この手法によれば、たとえば、１つの画素を４分割して２行２列の副画素を定義し、各画素内において左上の副画素と右下の副画素とによって第１のモチーフを表現し、左下の副画素と右上の副画素とによって第２のモチーフを表現する、というような副画素による役割分担がなされる。このような手法により、副画素を用いて表現された画像に対して、本発明に係る拡大画素を適用する場合には、複数個の拡大画素が含まれるような、ある程度の大きさの置換単位を定義し、この置換単位ごとに拡大画素への置換を行うようにすれば、画像に含まれる個々のモチーフの表現に大きな影響が及ばない態様で、拡大画素へと置換が可能になる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を図示するいくつかの実施例に基づいて説明する。
【００２６】
§１．  回折格子記録媒体の基本構成
はじめに、前述した特願平５−１４８６８１号明細書などに開示されている回折格子記録媒体の基本構成を簡単に説明しておく。まず、図１(a) に示すようなモチーフ（英文字の「Ａ」を示す）を回折格子記録媒体上に表現する方法について説明する。はじめに、図１(a) に示すモチーフに対応して、図１(b) に示すようなレイアウトセルを用意する。ここに示す例では、モチーフは７行７列の画素配列によって表現されており、レイアウトセルも同様に７行７列のセル配列から構成される。図１(b) のレイアウトセルは、図１(a) のモチーフを示す画像データに基いて作成できる。たとえば、図１(a) に示すモチーフについて、背景部分を構成する白い画素については「０」を、絵柄部分を構成する黒い画素については「１」を、それぞれ画素値として定義し、いわゆる「ラスター画像データ」と呼ばれている画像データを用意すれば、図１(b) に示すレイアウトセルは、画素値「１」を有する画素に対応するセルに「Ａ」なる情報をもたせることにより一義的に作成できる。
【００２７】
このレイアウトセルは、各画素位置に割り付けるべき画素パターンを特定する役割を果たし、個々の画素と個々の画素パターンとの対応関係を示すものである。たとえば、ここでは、図２に示すような画素パターンＡを定義する。この画素パターンＡは、ライン幅ｄＬをもったラインＬと、スペース幅ｄＳをもったスペースＳとを、閉領域Ｖ内に交互に配置してなるパターンである。ラインＬは、媒体上では格子線となる部分であり、幅ｄＬの格子線が、互いに間隔ｄＳだけ隔てて多数形成されることになる。このような回折格子のピッチｐはｐ＝ｄＬ＋ｄＳとなり、ラインＬ（格子線）は、いずれも同一の角度θをもって配置されている。ここで、閉領域Ｖは１つの画素を構成する領域であり、実際には非常に微小な要素になる。別言すれば、図１(a) ，(b) に示した７×７の配列における１つ１つの画素に相当した大きさのものになる。この例では、閉領域Ｖとして、縦×横が５０μｍ×５０μｍの大きさの正方形を用いているが、たとえば、５０μｍ×４５μｍの大きさの長方形など、どのような大きさ、形状のものを用いてもかまわない。また、この閉領域Ｖ内に配置されるラインＬの幅ｄＬおよびスペースＳの幅ｄＳも光の波長に準じた微小な寸法をもったものであり、この例では、ライン幅ｄＬ＝０．６μｍ、スペース幅ｄＳ＝０．６μｍ、ピッチｐ＝１．２μｍである。
【００２８】
要するに、ラインＬは回折格子としての機能を果たすライン幅ｄＬおよびピッチｐで配置されている必要がある。ラインＬの配置角度θは、所定の基準軸に対して設定された角度である。ここでは、図示するような方向にＸ軸およびＹ軸をとったＸＹ座標系を定義し、Ｘ軸を基準軸としてラインＬの配置角度θを表わすことにする。もちろん、このような画素パターンは、コンピュータ内に画像データとして用意されることになる。
【００２９】
次に、図１(b) に示すレイアウトセルに基づいて、図２に示す画素パターンＡを所定の画素に対応づけ、各画素位置に、対応する画素パターンＡを配置する処理を行う。すなわち、このレイアウトセルにおいて、「Ａ」なる情報（画素パターンＡを示す）が記述されているセルに対応する画素に、画素パターンＡを割り付ける処理を行う。いわば、図１(b) に示す配列を壁にたとえれば、この壁の中の「Ａ」と描かれた各領域に、図２に示すようなタイルを１枚ずつ貼る作業を行うことになる。このような割り付け処理を行うと、最終的に、図３に示すような画像パターンが得られる。この画像パターンが最終的に回折格子記録媒体に記録されるパターンである。図１(a) に示すモチーフがそのまま表現されているが、１つ１つの画素は回折格子で構成されており、回折格子としての視覚的な効果が得られることになる。
【００３０】
§２．  複数の画素パターンを用いた回折格子記録媒体
以上、単一の画素パターンＡを所定の画素位置に割り付けることにより所定のモチーフを表現した回折格子記録媒体の一例を示したが、偽造防止用のホログラムシールなどにごく一般的に用いられている回折格子記録媒体では、同一の平面上に、複数のモチーフを重畳して記録するのが一般的である。複数のモチーフを重畳して記録すれば、観察角度によって現れるモチーフが変化するため、通常の印刷では得られない特殊効果を表現でき、偽造防止効果を奏することができる。
【００３１】
ここでは、まず、複数のモチーフを重畳して記録するための方法の一例を説明しておく。ここで説明する方法は、多重回折格子を用いた新規な方法であり、その詳細は、特願平６−３２９９９５号明細書に開示されている。ここでは、図４(a) ，(b) に示すような２つのモチーフＭａ，Ｍｂを同一の媒体上に表現する場合を例にとって説明する。一般に、回折格子から得られる回折光は方向性を有するため、観察方向によっては観察できたりできなかったりする。そこで、いま、図５に示すように、３種類の画素パターンＡ，Ｂ，ＡＢを用意してみる。画素パターンＡは、配置角度θ＝４５°で格子線を配置した回折格子であり、画素パターンＢは、配置角度θ＝９０°で格子線を配置した回折格子であり、画素パターンＡＢは、配置角度４５°の格子線と９０°の格子線との双方を配置した回折格子である。ここでは、このように配置角度の異なる２種類の格子線を配置した画素パターンを、多重画素パターンと呼ぶことにする。
【００３２】
通常の照明環境下では、画素パターンＡが形成された回折格子記録媒体は、図５の下段に示す観察方向Ｄ１から観察した場合に明るく見え、画素パターンＢが形成された回折格子記録媒体は、図５の下段に示す観察方向Ｄ２から観察した場合に明るく見える。ところが、多重画素パターンＡＢは、その両方の性質を兼ねそなえており、観察方向Ｄ１，Ｄ２のいずれの方向から観察しても明るく見える。そこで、モチーフＭａのみを構成する画素については画素パターンＡを割り付け、モチーフＭｂのみを構成する画素については画素パターンＢを割り付け、モチーフＭａとモチーフＭｂとの双方を構成する画素については多重画素パターンＡＢを割り付けるようにすれば、同一媒体上に２つのモチーフを重畳して表現することが可能である。
【００３３】
具体的には、図４(a) ，(b) に示すようなモチーフＭａ，Ｍｂの両方を表現するには、図６に示すようなレイアウトセルを用意し、このレイアウトセルに基づいて、図５に示す３種類の画素パターンＡ，Ｂ，ＡＢを割り付ければよい。図７は、このような割り付けを行って得られた回折格子記録媒体を示すものである。この回折格子記録媒体では、図４(a) に示すモチーフＭａにおいて黒く示された画素位置には、必ず角度４５°の格子線が配置されており、図５に示す観察方向Ｄ１から観察すれば、モチーフＭａが観察されることになる。一方、図４(b) に示すモチーフＭｂにおいて黒く示された画素位置には、必ず角度９０°の格子線が配置されており、図５に示す観察方向Ｄ２から観察すれば、モチーフＭｂが観察されることになる。
【００３４】
上述の例では、モチーフＭａを格子線配置角度４５°の回折格子パターンによって媒体上に記録し、モチーフＭｂを格子線配置角度９０°の回折格子パターンによって媒体上に記録しているが、１つのモチーフを複数の回折格子パターンによって記録することもできる。たとえば、格子線配置角度が、４０°，４５°，５０°という３種類の回折格子パターンを用意し、この３種類のパターンによってモチーフＭａを記録すれば、観察したときに、同じモチーフＭａでも部分ごとに輝度が異なるようになり、濃淡をもった画像を記録することも可能になる。この場合、モチーフを示すもとの画像として、階調画像を用意し、各画素のもつ画素値に応じて、割り付けるべき画素パターンを決定するようにすればよい。また、上述の例では、格子線配置角度を変えることにより、複数種類の回折格子パターンを用意しているが、格子線ピッチを変えることによっても、複数種類の回折格子パターンを用意することができる。
【００３５】
§３．  本発明に係る回折格子記録媒体
これまで、本発明の適用対象となる回折格子記録媒体を、基本的な例に基いて説明したが、実際の回折格子記録媒体に用いられている個々の画素は、数十μｍ程度のオーダーのものであり、これまで図示した例に比べれば、非常にたくさんの画素によってモチーフが表現されることになる。このため、全く同一の画素パターンが隣接して多数配置されているという領域は、かなりの部分においてみられる。本発明の基本思想は、このような部分について、拡大画素への置換を行い、全体的に輝度を向上させようというものである。
【００３６】
たとえば、図８に示すような単純なモチーフが記録された回折格子記録媒体を考える。このモチーフは、６行６列の画素から構成され、一部の画素について、画素パターンＡが割り付けられている。これに対し、図９に示す回折格子記録媒体では、同じく６行６列の画素によって同一のモチーフが表現されているが、図の右に示すように、大きさの異なる２種類の画素パターンＡおよびＡＡが割り付けられている。画素パターンＡの輪郭を構成する正方形を「単位図形」と呼ぶことにすれば、画素パターンＡＡの輪郭を構成する正方形は、４個の「単位図形」に相当する大きさをもった「拡大図形」ということになる。すなわち、最小単位となる「単位図形」を２行２列に隣接して配置したときの外郭線から構成される図形が、「拡大図形」ということになる。ここでは、「単位図形」の内部に回折格子を形成してなる通常の大きさの画素パターンＡに対して、「拡大図形」の内部に回折格子を形成してなる拡大された画素パターンＡＡを「拡大画素パターン」と呼ぶことにする。
【００３７】
画素パターンＡと拡大画素パターンＡＡとは、全く同じ条件の回折格子によって形成されている。たとえば、いずれも、ライン幅ｄＬ＝０．６μｍ、スペース幅ｄＳ＝０．６μｍ、ピッチｐ＝１．２μｍをもった回折格子によって形成され、しかも格子線配置角度はいずれも４５°である（なお、本願図面においては、単位画素パターンと拡大画素パターンとの区別を明確にするために、拡大画素パターンでは意図的に格子線ピッチを拡大して図示しているが、実際には、単位画素パターンと全く同じピッチの格子線が形成されている。）。ただ、両者で異なるのは、拡大画素パターンＡＡの面積が画素パターンＡの面積の４倍であるという点だけである。したがって、図８に示す回折格子記録媒体と、図９に示す回折格子記録媒体とを比較すると、両者ともに同一のモチーフが同一の形態で観察できる。しかし、全体的な輝度は、図９に示す回折格子記録媒体の方が高くなる。これは、既に述べたように、４個の画素パターンＡを２行２列に配置したものと、拡大画素パターンＡＡを１つだけ配置したものとを比較すると、前者では、個々の１画素分の面積内において別個独立して回折現象が生じるのに対し、後者では４画素分の面積全体において回折現象が生じるため、前者よりも後者の方が高い輝度をもって観察されるためである。なお、この実施例では、画素パターンＡは１辺２５μｍの正方形、拡大画素パターンＡＡは１辺５０μｍの正方形である。
【００３８】
このように、図９に示す回折格子記録媒体は、図８に示す回折格子記録媒体に比べて、輝度が向上しているにもかかわらず、解像度はそのまま維持されている。これは、大きさの異なる２種類の画素パターンを適材適所に割り付けたためである。すなわち、記録すべき画像中において、単位図形としての解像度を必要とする部分については、画素パターンＡを割り付けるようにし、それ以外の部分については、拡大画素パターンＡＡを割り付けるようにしているからである。一般に、絵柄の輪郭部分には高い解像度が必要とされるが、内部にはそれ程高い解像度は必要とされない。そこで、輪郭部分には、画素パターンＡのような単位図形からなる画素パターンを割り付け、内部には、画素パターンＡＡのような拡大図形からなる画素パターンを割り付けるようにすると、解像度を維持したまま輝度の向上を図ることができる。
【００３９】
図８に示すようなこれまでの回折格子記録媒体を、図９に示すような本発明に係る回折格子記録媒体に変更するには、２行２列に配置された４個の画素パターンＡを、１個の拡大画素パターンＡＡに置換する処理を行えばよい。たとえば、図５に示すような３種類の画素パターンＡ，Ｂ，ＡＢが用いられている回折格子記録媒体であれば、図１０に示すように、４個の画素パターンＡを拡大画素パターンＡＡに、４個の画素パターンＢを拡大画素パターンＢＢに、４個の画素パターンＡＢを拡大画素パターンＡＡＢＢに、それぞれ置換する処理を行えばよい。別言すれば、画素配列の所定位置に拡大図形を重ね、この拡大図形内に含まれる複数の画素に割り付けられる画素パターンが同一の場合には、これを拡大画素パターンで置換すればよいことになる。したがって、拡大図形内に含まれる４個の画素のすべてに画素パターンＡが割り付けられるのであれば、これを拡大画素パターンＡＡに置換すべきであるが、４個の画素のうちの１つには別な画素パターンＢが割り付けられるのであれば、置換するべきではない。
【００４０】
このように、拡大画素パターンへの置換処理を行うと、全体的に輝度が向上するという利点が得られるだけでなく、実際に媒体上にパターンを記録する作業を行うために必要なデータ量を低減できるという利点も得られる。これを図１１を参照しながら説明しよう。いま、図１１(a) に示すような単位図形の領域内に、回折格子を構成する１本のラインＬを描画する場合を考える。ミクロ的な視点からは、回折格子の各ラインは、幾何学的な線ではなくライン幅ｄＬをもった図形であり、通常は、細長い四角形で表現される。このような四角形をデータとして記述する場合、その４頂点の座標値をもって記述するのが一般的である。したがって、図１１(a) に示す１本のラインＬは、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４なる４頂点の座標値データによって表現されることになる。一方、図１１(b) に示すような拡大図形（単位図形の４倍の大きさ）の領域内に、回折格子を構成する１本のラインＬを描画する場合を考える。この場合も、やはり１本のラインＬは、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４なる４頂点の座標値データによって表現される。結局、どのような領域であるにせよ、１本のラインを表現するために必要なデータ量は同じになる。
【００４１】
ここで、図１１(a) に示す単位図形内と図１１(b) に示す拡大図形内に、同じ条件で回折格子を形成した場合、後者は前者に比べて２倍のライン数が必要になるため、必要なデータ量は２倍となるが、後者は前者に比べて４倍の面積を有するため、結局、単位面積あたりに必要なデータ量を考えると、後者は前者の１／２になる。このように、拡大画素パターンを用いれば用いるほど、画像全体の回折格子パターンを表現するために必要なデータ量は低減することになる。
【００４２】
§４．  拡大画素パターンへの置換処理の基本的手法
続いて、図８に示す回折格子記録媒体に対して、拡大画素パターンへの置換処理を行い、図９に示す回折格子記録媒体を得る処理の基本的手法を説明する。実際には、このような置換処理は、回折格子記録媒体を作成するデータの段階において行われる。すなわち、具体的なデータの置換操作は、レイアウトセルに対して行われることになる。図１２(a) は、図８に示す回折格子記録媒体を記録するために用いられるレイアウトセルを示すものである。このレイアウトセルは、６行６列のセル配列からなり、各セルは図８に示す回折格子記録媒体における各画素に対応するものである。すなわち、このレイアウトセルにおいて、「Ａ」と記述されたセルに対応する画素位置に画素パターンＡを割り付けると、図８に示す回折格子記録媒体が得られることになる。
【００４３】
この図１２(a) に示すレイアウトセルに対して置換処理を行う場合、まず拡大図形の定義を行う必要がある。ここに示す例では、各画素（セル）を単位図形として、この単位図形を縦横に２個ずつ、合計４個配置したときの外郭線からなる「画素（セル）の４倍大の正方形」を拡大図形として定義している。そして、この拡大図形を、画素配列の任意の位置に重ねてみる。ここでは、説明の便宜上、画素配列の代わりに、レイアウトセルの上に拡大図形を重ねた状態を考える。たとえば、レイアウトセルの左上の位置に重ねたとすると、図１２(b) に示す状態が得られる。ここで、太線で示す正方形が拡大図形である。そして、この状態において、拡大図形に含まれる複数の画素（セル）について、それぞれ対応関係が定義された画素パターンを認識し、各画素ごとに認識した画素パターンが同一であるか否かを判断する。たとえば、図１２(b) の例では、拡大図形内の右下位置の画素に対して、画素パターンＡが対応関係にあることが示されているが、他の３画素については、対応関係のある画素パターンは定義されていない（あるいは、格子線を有しない無地パターンが対応づけられていると考えてもよい）。したがって、４つの画素について対応づけられた画素パターンは同一ではない。この場合には、拡大図形のこの位置における置換処理は行わないことにする。
【００４４】
続いて、拡大図形の位置を別な位置へとずらす。この実施例では、行方向（水平方向）に１画素分ずらすことにする。図１２(c) は、このときの状態を示すものである。そして、この状態において、やはり拡大図形内の４画素に対応づけられた画素パターンを認識する。この図１２(c) の例では、拡大図形内の３つの画素に対して、画素パターンＡが対応づけられているが、左上の１画素については、画素パターンＡは対応づけられていない。したがって、４つの画素について対応づけられた画素パターンは同一にはならず、拡大図形のこの位置における置換処理も行わないことにする。
【００４５】
更に、拡大図形を行方向に１画素分ずらすと、図１２(d) の状態が得られる。この状態において、拡大図形内の４画素に対応づけられた画素パターンを認識すると、４画素のいずれに対しても、画素パターンＡが対応づけられていることがわかる。そこで、この場合は、拡大図形内の各画素について、画素パターンの対応関係を変更する処理を行う。すなわち、これまでは４つの画素のそれぞれについて、画素パターンＡが対応づけられていたが、今度は、４つの画素に共通して、１つの拡大画素パターンＡＡが対応づけられるように置換するのである。図１３(a) は、このような置換処理を行った後のレイアウトセルを示すものである。
【００４６】
続いて、拡大図形を行方向に更に１画素分ずらすと、図１３(b) に破線で示す位置にくる。ところが、この位置では、拡大図形の内部には、既に拡大画素パターンへの置換処理が完了している画素が含まれている。このように、置換処理が完了している画素が１つでも含まれていた場合には、拡大図形のこの位置における処理は何ら行わないようにする。そこで、拡大図形を行方向に更に１画素分ずらし、図１３(b) に実線で示す位置へもってくる。この位置では、拡大図形内の４画素に対応づけられた画素パターンは同一ではないので、置換処理は行わない。
【００４７】
次に、図１３(c) に示すように、拡大図形を一番左の位置へともってゆくとともに１画素分下へずらす。この位置でも、４画素に対応づけられた画素パターンは同一ではないので、置換処理は行わない。そして、拡大図形を行方向に１画素分ずらし、図１３(d) に破線で示す位置へもってゆくが、この位置では、既に拡大画素パターンへの置換処理が完了している画素が含まれているので、何ら処理は行わずに、更に行方向に１画素分ずらす。こうして置換処理が完了している画素が含まれるたびに１画素分ずつずらし、図１３(d) に実線で示した位置へもってくる。この位置では、拡大図形内の４画素に対応づけられた画素パターンは同一ではないので、置換処理は行わない。
【００４８】
次に、図１４(a) に示すように、拡大図形を一番左の位置へともってゆくとともに１画素分下へずらす。この位置では、４画素すべてに画素パターンＡが対応づけられている。そこで、４画素についての画素パターンＡを、共通した１つの拡大画素パターンＡＡに置換する処理を行えば、図１４(b) のような状態を得る。全く同様にして、図１４(c) に示す位置においても拡大画素パターンＡＡへの置換処理が行われる。
【００４９】
このように、拡大画素を画素配列上で縦横に１画素ずつずらしながら、４画素すべてに同一の画素パターンが対応づけられている場合にのみ、拡大画素パターンへの置換処理を実行してゆけば、最終的に、図１４(d) に示すレイアウトセルが得られることになる。このレイアウトセルに基いて、画素パターンＡおよび拡大画素パターンＡＡの割り付けを行い、媒体上に回折格子の記録を行えば、図９に示す回折格子記録媒体が得られることになる。
【００５０】
以上、画素の４倍大の拡大図形を定義した例を示したが、本発明において定義する拡大図形は、もとの画素の輪郭を構成する単位図形を隣接して配置したときの外郭線として定義できる図形であればどのような図形であってもかまわない。したがって、拡大図形は必ずしももとの単位図形の相似形になっていなくてもよい。ただし、輝度を向上させるという本発明の目的を達成させる上では、できるだけ単位図形を縦横に同じ数だけ隣接配置することにより得られる相似形を拡大図形として用いるのが好ましい。特に、実用上は、矩形の単位図形を縦横にｎ個ずつ隣接配置することによって得られるｎ２倍大の矩形の拡大図形を定義するのが最も効率的である。
【００５１】
ここでは、ｎ＝３の場合、すなわち、単位図形を縦横に３個ずつ隣接配置することによって得られる９倍大の拡大図形を定義した場合の置換処理を以下に示しておく。図１５において、太線で示す正方形が、この９倍大の拡大図形である。置換処理の手法は、上述した４倍大の拡大図形を用いた例と全く同じである。拡大図形を画素配列に重ね、拡大図形内に含まれる各画素について、同一の画素パターンが対応づけられていた場合にのみ、拡大画素パターンへと置換を行うのである。拡大図形を縦横に１画素分ずつずらしながら、このような処理を続けてゆくと、図１５(b) に示す位置において、９画素すべてについて同一の画素パターンＡが対応づけられている状態となり、図１５(c) に示すように、９倍大の拡大画素パターンＡＡＡへの置換処理が行われる。この例では、置換はこの位置においてのみ行われるので、図１５(c) に示すレイアウトセルが、最終的なレイアウトセルとなる。結局、このレイアウトセルに基いて得られる回折格子記録媒体は、図１５(d) に示すようなものになる（前述したように、図では拡大画素パターン内の格子線ピッチを、説明の便宜上、拡大して示してあるが、実際にはもとの画素パターン内の格子線と全く同じピッチで格子線が配置されている。）。
【００５２】
一般に、置換処理が施された領域だけについて考えれば、置換対象となる拡大画素パターンが大きければ大きいほど、輝度向上やデータ量低減といった効果も大きくなる。しかしながら、画像全体の領域から考えれば、置換対象となる拡大画素パターンが大きければ大きいほど、置換処理が行われる率が低下してくることになる。たとえば、ｎ＝２の場合、すなわち、４倍大の拡大画素パターンＡＡによって置換を行った場合には、図１４(d) に示すように、５か所において置換が行われた結果、２０画素分が拡大画素パターンに置換されたことになる。ところが、ｎ＝３の場合、すなわち、９倍大の拡大画素パターンＡＡＡによって置換を行った場合には、図１５(c) に示すように、１か所において置換が行われただけであり、９画素分が拡大画素パターンに置換されただけである。したがって、拡大図形の大きさは、処理対象となる画像における画素数や絵柄の繊細さなどを考慮して、できるだけ多くの画素について置換が行われるように適宜設定するのが好ましい。
【００５３】
なお、複数種類の拡大画素パターンによる置換を同時に行うことも可能である。たとえば、上述の例の場合、４倍大（ｎ＝２）の拡大画素パターンＡＡによる置換と、９倍大（ｎ＝３）の拡大画素パターンＡＡＡによる置換と、を重ねて行うこともできる。すなわち、９倍大の拡大画素パターンＡＡＡによる置換処理が完了した図１５(c) に示すレイアウトセルに対して、更に、４倍大の拡大画素パターンＡＡによる置換処理を続けて行えば、図１６(a) に示すような拡大図形位置において、図１６(b) に示すように置換が行われる。更に、もう１か所においても置換が行われ、結局、置換後のレイアウトセルは、図１６(c) に示すようになる。ここでは、もとの大きさの画素パターンＡ、４倍大の拡大画素パターンＡＡ、９倍大の拡大画素パターンＡＡＡ、の３種類の大きさの画素パターンが混在した状態になっており、最終的に得られる回折格子記録媒体は、図１６(d) に示すようなものになる。
【００５４】
ただし、このように大きさの異なる複数種類の拡大図形を定義して置換を行う場合には、より大きい拡大図形についての置換処理を先に実行するようにする。逆に、より小さい拡大図形についての置換処理を先行させてしまうと、より大きい拡大図形についての置換処理において、置換される画素が少なくなってしまうためである。
【００５５】
§５．  副画素を用いた回折格子記録媒体の基本構成
続いて、特願平５−１４８６８１号明細書などに開示されている副画素を用いた回折格子記録媒体の基本構成を簡単に説明しておく。前述した§２では、図４(a) ，(b) に示すような２つのモチーフＭａ，Ｍｂを同一の媒体上に表現する手法として、図５に示すような多重画素パターンＡＢを用いる方法を述べた。ここで述べる方法は、副画素を定義することにより、多重画素パターンを用いずに、２つのモチーフを重ねて記録する方法である。
【００５６】
図４(a) ，(b) に示すモチーフＭａ，Ｍｂは、いずれも、７行７列の画素配列によって表現されている。そこで、１つの画素を、縦横それぞれ２分割し、合計で４つの分割領域に分けてみる。図１７(a) ，(b) は、このように各画素をそれぞれ４分割した状態を示すものであり、図における破線は、この分割線を示すものである。図４(a) ，(b) に示す画像と、図１７(a) ，(b) に示す画像とは、それぞれ同一のモチーフを示す同一の画像であるが、両者は解像度に違いがある。すなわち、前者は７行７列の画素配列からなるのに対し、後者は１４行１４列の画素配列からなる。ここでは、前者における画素に対して、後者における画素を副画素と呼ぶことにする。この例では、４個の副画素を２行２列の形態で隣接して配置することにより１つの画素が構成されていることになる。図４(a) ，(b) の画像が４９個の画素によって表現されていたのに対し、図１７(a) ，(b) の画像は、４×４９個の副画素によって表現されていることになる。
【００５７】
このように、副画素を用いて解像度の高い画像を用意したのは、２つの画像を媒体上に重畳して記録するために、画素の間引き処理を行うためである。
【００５８】
まず、図１７(a) ，(b) において、実線で囲まれた１画素内の各副画素の相対位置に基いて、各副画素ごとに担当するモチーフを決める。ここでは、左上の副画素と右下の副画素とにモチーフＭａを担当させ、左下の副画素と右上の副画素とにモチーフＭｂを担当させてみる。そして、各副画素について、自分の担当以外のモチーフについての情報を消してみる。具体的には、図１７(a) に示すモチーフＭａの画像については、実線で囲まれた個々の画素について、左上の副画素と右下の副画素とを残し、左下の副画素と右上の副画素とを間引く処理を行うのである。同様に、図１７(b) に示すモチーフＭｂの画像については、実線で囲まれた個々の画素について、左下の副画素と右上の副画素とを残し、左上の副画素と右下の副画素とを間引く処理を行うのである。その結果、図１８(a) ，(b) に示すようなモチーフＭα，Ｍβを得る。ある程度の解像度をもった画像であれば、このような間引き処理を行った後も、もとの画像のモチーフ（この例の場合は、文字「Ａ」および「Ｂ」）はそのまま表現されている。
【００５９】
このように、各副画素ごとに担当を決めて間引き処理を実行すると、次のようなメリットが得られる。すなわち、モチーフＭａでは左上と右下を残し、モチーフＭｂでは左下と右上を残す、というような排他的な選択を行っているため、間引き後のモチーフＭα，Ｍβでは、図１８(a) ，(b) を対比すれば明らかなように、図においてモチーフを表現する副画素（黒く塗りつぶされた副画素）が両画像で同じ配列位置にくることはない。したがって、モチーフＭαとＭβとを同一平面上に記録しても、副画素単位では、重なり合うことはない。また、このような間引き処理のもうひとつのメリットは、間引きされた副画素が全画像に関して均一に分布するため、間引き処理後も、もとの画像のモチーフがそのまま表現されるという点である。
【００６０】
さて、ここで、図５に示す画素パターンＡおよびＢを用意する。ただし、これらの画素パターンＡ，Ｂの大きさは、いずれも副画素に対応する大きさにする。もちろん、画素パターンＡには、格子線が配置角度４５°で形成されており、画素パターンＢには、格子線が配置角度９０°で形成されている。
【００６１】
次に、図１８(a) ，(b) に示す２つのモチーフＭα，Ｍβを示す画像データ（たとえば、黒く塗り潰された副画素を画素値「１」で示し、背景となる白い副画素を画素値「０」で示した二値画像データ）を用意し、この画像データに基いて、図１９に示すようなレイアウトセルを作成する。このレイアウトセルは、図１８(a) ，(b) に示す画像の副画素配列と同様に、１４行１４列のセル配列からなり、モチーフＭαを示す画像データにおいて画素値「１」を有する副画素については「Ａ」なる文字を記述し、モチーフＭβを示す画像データにおいて画素値「１」を有する副画素については「Ｂ」なる文字を記述したものである。
【００６２】
このようなレイアウトセルに基いて、画素パターンＡおよびＢを各副画素位置に割り付ければ、図２０に示すような回折格子記録媒体が得られる。このような回折格子記録媒体を、観察方向Ｄ１から観察すれば、図１８(a) に示すモチーフＭαが観察され、観察方向Ｄ２から観察すれば、図１８(b) に示すモチーフＭβが観察される。
【００６３】
§６．  副画素を有する画像に対する置換処理
さて、上述した§５では、副画素を用いることにより複数のモチーフを同一平面上に記録する方法を述べた。このような方法で記録された画像に対して、本発明に係る拡大画素への置換処理を適用するには、§４で述べた手法をそのまま用いることはできない。たとえば、１副画素を単位図形として、その４倍大の拡大図形（もとの１画素の大きさに相当）を定義したとする。この４倍大の拡大図形を、図１９に示すレイアウトセルの任意の位置に重ねると、絵柄の背景となる位置においては、図２１(a) に示すように、拡大図形内の４副画素ともに、格子線を有しない無地パターンが対応づけられている箇所が存在する。しかし、絵柄の部分においては、図２１(b) ，(c) に示すように、２副画素の位置だけに画素パターンＡや画素パターンＢが対応づけられていたり、図２１(d) に示すように、２副画素については画素パターンＡが、２副画素については画素パターンＢが、それぞれ対応づけられていたりする。また、場合によっては、図２１(b) の表現よりも淡い表現を行うために図２１(e) に示すような対応づけがなされていたり、図２１(d) の表現よりもモチーフＭαに対してだけ淡い表現を行うために図２１(f) に示すような対応づけがなされていたりすることもある。したがって、拡大図形内の各画素に同一の画素パターンが対応づけられていた場合に、拡大画素パターンへの置換を行う、という§４で述べた手法をそのまま適用すると、絵柄部分については全く置換が行われなくなることになる。
【００６４】
そこで、本発明では、副画素を用いて表現された画像については、次のような手法により、置換処理を行うようにしている。まず、副画素の輪郭となる図形を単位図形とし、この単位図形を複数個隣接して配置したときの外郭線から構成される拡大図形を定義する。そして、更に、この拡大図形を、複数個隣接して配置してなる置換単位を定義する。図２２に、この置換単位の具体例を示す。図２２(a) において、破線で区切られた最小単位の正方形が副画素、すなわち単位図形であり、実線で囲まれた４倍大の正方形が画素である。また、図２２(b) において、実線で囲まれた４倍大の正方形が拡大図形であり、この拡大図形を２行２列に配置した１６倍大の正方形が置換単位である。なお、この§６で説明する実施例では、画素と拡大図形とが同じ大きさの正方形として定義されているので、とりあえずは、画素と拡大図形とは同義と考えておいても差支えないが、実際には両者は異なる概念である。この点については、後に§１０において詳述する。  さて、このような置換単位を、副画素配列の任意の位置に重ね、この置換単位内に含まれる１６個の副画素について、それぞれ対応関係が定義された画素パターンを認識する。この図２２(a) に示す例では、Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚなる文字が、各副画素に対応づけられた画素パターンを示すものとする。続いて、各画素内の４個の副画素を１グループとして認識し、各グループ相互間において、対応づけられた画素パターンの分布が同一か否かを判断する。具体的には、図２２(a) に示す例では、４つのグループのいずれについても、画素パターンの分布は「左上にＷ，右上にＸ，左下にＹ，右下にＺ」と同一である。このように、各グループ相互間において、画素パターン分布が同一の場合には、拡大画素パターンへの置換を行うのである。
【００６５】
もっとも、拡大画素パターンに置き換える方法も、前述の§４に示した方法とは異なる。具体的には、図２２(a) に示す画素パターンに関する対応関係を、図２２(b) に示す拡大画素パターンに関する対応関係に変更するのである。ここで、ＷＷ，ＸＸ，ＹＹ，ＺＺは、それぞれ画素パターンＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚに対する４倍大の拡大画素パターンである。結局、このような置き換え処理は、置換単位内の４個の拡大図形と、１グループ内の４個の副画素とをそれぞれ相対位置に基いて１対１に対応づけ、各拡大図形ごとに、１対１に対応づけられた副画素の画素パターンに応じた拡大画素パターンによる置き換えを行う、という処理になる。この処理は、次のような具体例を考えれば、容易に理解できよう。すなわち、図示の例では、図２２(b) に示す４個の拡大図形▲１▼〜▲４▼と、図２２(a) に示す１グループ（この例では、左上の代表グループ）内の４個の副画素▲１▼〜▲４▼とが相対位置に基いて（左上／右上／左下／右下という位置関係によって）対応づけられる。そして、たとえば、拡大図形▲１▼の内部については、対応づけられた副画素▲１▼についての画素パターンＷに応じた拡大画素パターンＷＷによる置き換えが行われている。
【００６６】
図２３は、このような置換処理をより具体的な例で示したものである。すなわち、もとの画像の置換単位内の各副画素について、図２３(a) に示すような画素パターンＡ，Ｂが定義されていた場合、置換処理後の拡大画素パターンは、図２３(b) に示すようなものになる。図２４(a) ，(b) は、このような置換を、実際の回折格子記録媒体上で示したものである。このような置換処理は、ミクロ的な視野で見ると、個々の副画素のもつ性質が大きく変わることになる。たとえば、図２４において、太線で囲った１行２列目の副画素の領域に着目すると、置換処理前（図２４(a) ）には、格子線配置角度９０°をもった回折格子が形成されていたのに対し、置換処理後（図２４(b) ）には、格子線配置角度４５°をもった回折格子が形成された状態になっている。しかしながら、画像全体というマクロ的な視野で見ると、画像上に表現されているモチーフ自体には、あまり大きな変化は生じていないことがわかる。たとえば、図２４(a) ，(b) のいずれにおいても、置換単位となる全領域に対する、格子線配置角度９０°の回折格子が形成された領域の面積率は５０％、格子線配置角度４５°の回折格子が形成された領域の面積率は２５％となっている。実際には、各副画素は、数十μｍ四方程度の微小な要素であるため、肉眼によってミクロ的な視野での観察が行われることはない。したがって、このような置換処理を行ったとしても、実用上は何ら支障は生じない。
【００６７】
以上のように、副画素を用いて表現された画像に対する拡大画素への置換処理は、所定の置換単位ごとに行えばよいことになる。すなわち、副画素配列上の所定位置に、置換単位を重ね、上述した所定の条件を満足していた場合には、この置換単位内について拡大画素への置換処理を行えばよい。そして、この置換単位を副画素配列上で縦横に少しずつずらしながら、同様の処理を繰り返してゆけばよい。そこで、次に、この置換単位のずらし方についての説明をしておく。
【００６８】
いま、図２５に示すようなレイアウトセルを考える。このレイアウトセルは、もともと６行６列の画素によって表現されていた２つの異なるモチーフを重ねて記録するために、各画素を４分割して１２行１２列の副画素配列を定義した場合に、各副画素位置に割り付けるべき画素パターン（画素パターンＡまたはＢ）を定義したものである。このようなレイアウトセルに基いて、本発明に係る拡大画素への置換処理を実行するために、ここでは、２行２列に配置した４個の副画素領域に対応する拡大図形と、この拡大図形を２行２列に配置した１６個の副画素領域に対応する置換単位と、を定義したものとしよう。
【００６９】
はじめに、図２５に太線で示すように、置換単位を副画素配列の左上位置に重ねてみる。そして、上述したように、各拡大図形内の４個の副画素を１グループとして認識し、各グループ相互間において、認識された画素パターンの分布が同一か否かを判断する。図２５の例では、画素パターンの分布は、「左上にＡ，右下にＡ」と同一であるので、図２６に示すような置き換えが実行される。すなわち、拡大図形▲１▼〜▲４▼（図２６）と、副画素▲１▼〜▲４▼（図２５）とが対応づけられ、たとえば、拡大図形▲１▼の内部については、対応づけられた副画素▲１▼についての画素パターンＡに応じた拡大画素パターンＡＡによる置き換えがなされる。同様に、拡大図形▲２▼の内部については、対応づけられた副画素▲２▼についての無地パターンに応じた拡大無地パターンによる置き換えがなされる。
【００７０】
続いて、置換単位の位置を別な位置へとずらしながら、同様の処理を繰り返すことになるが、副画素を用いて表現された画像の場合、このずらし量によって、置換処理後の画像に若干の差が生じることになる。いま、副画素を縦横にｍ個ずつ配置し、ｍ２個の副画素によって１画素が構成されており、また、副画素を縦横にｎ個ずつ配置し、ｎ２個の副画素配列に相当する拡大図形が定義され、この拡大図形を縦横にｍ個ずつ配置し、（ｍ×ｎ）２個の副画素配列に相当する置換領域が定義されているとすると、縦横へのずらし量としては、１副画素ずつ、ｎ副画素ずつ、ｍ副画素ずつ、（ｍ×ｎ）副画素ずつ、といった量が考えられる。いずれのずらし量を採っても置換処理は可能であるが、結果には若干の相違が生じるのである。図２６に示す例では、ｍ＝２，ｎ＝２であるから、１副画素ずつずらす、２副画素ずつずらす、４副画素ずつずらす、の３とおりのずらし量を採ったときの結果を、それぞれ図２７、図２８、図２９に示す。いずれの場合も、縦横にそれぞれ設定したずらし量ずつずらしながら、全副画素配列上で置換単位を重ねてゆき、グループ相互間の画素パターン分布が同一であった場合に拡大画素への置き換えを行うようにしたものである。また、置換単位内の副画素のうち、既に拡大画素への置き換えが完了している副画素が１つでも含まれていた場合には、その位置については何ら処理を行わないようにした（この点は、§４で述べた方法と同様である）。
【００７１】
図２７〜図２９に示す結果を比較すると、大きな差は見られないが、一般に、ずらし量が大きくなればなるほど、置換率（拡大画素への置き換えが実行される率）は低くなる。たとえば、ずらし量を１副画素ずつにした場合、図２７に示すように、３２副画素が置き換えられずに残っているが、ずらし量を４副画素ずつにすると、図２９に示すように、置き換えられずに残った副画素は、４８副画素に増える。したがって、置換率を向上させるという点では、１副画素ずつずらした処理が最も有効である。ただし、ずらし量を小さく設定すると、モアレ縞が発生しやすいというデメリットもある。たとえば、図２７において「×」印で示した境界部分は、左右に全く同一の画素パターンＡＡが隣接配置されている。図２８において「×」印で示した境界部分も同様に、左右に全く同一の画素パターンＡＡあるいはＢＢが隣接配置されている。本願発明者の確認したところでは、このように、同一の画素パターンが隣接配置される部分が不規則に生じていると、モアレ縞が発生する原因になりやすい。
【００７２】
以上のように、副画素を用いた画像について、本発明に係る拡大画素への置換処理を行う上では、置換単位のずらし量の設定の仕方によって、最終的な結果に若干の相違が見られる。ただ、個々のずらし量にはそれぞれ一長一短があるため、実際には、対象となる画像ごとにそれぞれ最適のずらし量を設定するのが好ましい。
【００７３】
§７．  同一条件の緩和／類似条件の設定
本発明の基本思想は、隣接して配置された複数の画素を、１つの拡大画素に置換するという点にある。ただし、この置換を行うには、「その複数の画素について同一の画素パターンが対応づけられている」という条件を前提としていた。たとえば、図３０(a) に示すように、画素パターンＡが対応づけられている４つの画素については、拡大画素パターンＡＡによる置換が行われることになる。ここで、拡大画素パターンＡＡ内には、もとの画素パターンＡ内に形成されている回折格子と全く同じ条件の回折格子が形成されている。すなわち、格子線の配置角度や配置ピッチは、両者で全く同じである。
【００７４】
もちろん、もとのモチーフに全く影響を与えないという厳密な条件の下で、本発明に係る拡大画素への置換処理を行うのであれば、このように、「４つの画素パターンすべてが同一の画素パターンＡである場合にのみ、拡大画素パターンＡＡへの置換を行う」という厳密な処理を行えばよい。ただ、そのような厳密さが要求されない場合には、「同一の画素パターン」という条件を緩和することも可能である。たとえば、図３０(b) の左側に示す例では、４つの画素のうちの３つに対しては画素パターンＡが対応づけられているが、残りの１つに対しては画素パターンＡ´が対応づけられている。したがって、厳密な条件下では、このような４つの画素については、拡大画素への置換は行われないことになる。そこで、「同一の画素パターン」という条件を「所定の類似範囲内の画素パターン」という条件に緩和すれば、画素パターンＡ´が画素パターンＡの類似範囲内のものである場合には、図３０(b) に示すように、拡大画素パターンＡＡへの置換が行われる。類似条件としては、たとえば、格子線の配置角度が±１０°以内とか、格子線の配置ピッチが±０．０５μｍ以内というように適宜設定することができる。この場合、同一の場合を含めて、設定した所定の類似条件の範囲内にある場合には、置換が行われることになる。
【００７５】
図３０(c) は、類似条件を非常に広範囲に設定した極端な例である。すなわち、「格子線が形成されている何らかの画素パターンはすべて互いに類似範囲のものとする」という広範な類似範囲を設定したものである。この設定によれば、格子線の配置角度がどのようなものであれ、配置ピッチがどのようなものであっても、とにかく実際に格子線が配置されていれば、類似の画素パターンとして取り扱われることになる。したがって、格子線が実際に配置されていない無地パターンのみが非類似の画素パターンということになる。具体的には、図３０(c) の上段に示すように、４つの画素それぞれに、異なる画素パターンＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚが対応づけられていたとしても、これらが無地パターンでない限り、拡大画素パターンによる置換を行うのである。この場合、拡大画素パターンを、どの画素パターンに対応したものにするかは任意に設定しておけばよい。図示の例では、左上の画素を代表画素とし、この代表画素についての画素パターンＷに対応した拡大画素パターンＷＷを定義して置き換えを行っている。もちろん、代表画素としてはどの位置の画素を指定してもよい。また、代表画素を用いずに、４つの画素についての平均的な画素パターン（たとえば、格子線配置角度や配置ピッチの平均値をとった画素パターン）に対応した拡大画素パターンによる置き換えを行ってもよい。もちろん、図３０(c) の中段に示すように、４つの画素のうちの１つに無地パターンが対応づけられている場合には、置換は行われない。したがって、輪郭部などで、置換によって解像度が低下することはない。また、図３０(c) の下段に示すように、４つの画素のすべてについて無地パターンが対応づけられている場合には、同一の画素パターンが対応づけられていることになるので、拡大無地パターンへの置換が行われる。
【００７６】
このように、拡大画素への置き換えを行うか否かの判断を、対象となる複数の画素について対応づけられた画素パターンが、所定の類似条件の範囲内にあるか否かという判断に基いて行うようにすれば、より柔軟な置換処理が可能になる。
【００７７】
このような柔軟な置換処理は、副画素を用いた画像についても有効である。§６において述べたように、副画素を用いた画像に対して、拡大画素への置換を行う場合には、置換単位内の各グループ相互間における、画素パターンの分布が同一か否かを判断していた。そこで、この判断基準を緩和して、置換単位内の各グループ相互間における、画素パターンの分布が所定の類似条件の範囲内にあるか否かを判断するようにすれば、より柔軟な置換処理が可能になる。
【００７８】
§８．  回折格子記録媒体の作成装置
続いて、本発明に係る回折格子記録媒体を作成する具体的な装置の構成例を、図３１のブロック図に基いて説明する。ここで、モチーフ画像データ入力装置１０は、図１あるいは図４に示すようなモチーフについての画像データを、ワークステーション２０に入力するための装置である。たとえば、紙面上に描かれたモチーフの絵柄に基づいてモチーフ画像データを入力するのであれば、このモチーフ画像データ入力装置１０としてはスキャナ装置を用いればよい。あるいは、コンピュータを用いたグラフィックソフトウエアで描いた絵柄に基づいてモチーフ画像データを入力するのであれば、たとえば、フロッピディスクドライブ装置をこのモチーフ画像データ入力装置１０として用いればよい。いずれにしても、所定の画素値をもった画素を平面上に配列してなる画像データが入力されることになる。
【００７９】
ワークステーション２０は、入力したモチーフの各画素に、所定の画素パターンを対応づけてレイアウトセルを作成する処理を行ったり、２つの画素パターンを重ね合わせて多重画素パターンを作成する処理を行ったり、副画素を用いた表現に変更したりするためのプログラムを搭載したコンピュータであり、キーボードやマウスなどの入力機器およびディスプレイやプリンタなどの出力機器が接続されている。具体的には、図１(a) に示すようなモチーフを示す画像データに基づいて、図１(b) に示すようなレイアウトセルを作成する機能や、図５に示すような画素パターンＡ，Ｂに基づいて、多重画素パターンＡＢを作成する機能や、図１７(a) ，(b) に示すようなモチーフを示す画像データに基づいて、副画素を定義した間引き処理を行い、図１８(a) ，(b) に示すような画像データを作成し、更に、図１９に示すようなレイアウトセルを作成する機能などを有する。
【００８０】
また、記憶装置３０は、このワークステーション２０に接続されたフロッピディスクドライブ装置やハードディスクドライブ装置などの外部記憶装置である。この記憶装置３０内には、図示されているように、面付指示データ、レイアウトセルデータ、画素パターンデータが格納される。面付指示データは、個々のレイアウトセルの媒体上での絶対位置を指示するデータであり、レイアウトセルを媒体上において、いわゆる「面付け」するためのデータである。レイアウトセルデータは、上述したように、ワークステーション２０において作成されたレイアウトセルを示すデータである。また、画素パターンデータは、個々の画素パターンを示す図形データであり、通常は、図１１を参照して説明したように、個々の格子線の４頂点を示す位置座標の集合として用意される。なお、この実施例では、記憶装置３０内には、拡大画素パターンを示す図形データは用意されていない。これは、後述するように、後の工程で発生するためである。
【００８１】
拡大画素置換手段４０は、これまで述べてきた本発明の主題となる拡大画素への置換処理を実行する手段である。ここでは、拡大画素パターンデータの発生処理と、レイアウトセルデータの変更処理とが行われる。たとえば、ワークステーション２０によって図３２の左に示すようなレイアウトセルが作成された場合を考える。このレイアウトセルは、図３２の右に示すような画素パターンＡを割り付けるべき画素位置を示すものである。この図３２に示すようなレイアウトセルデータと画素パターンデータは、記憶装置３０からワークステーション２０を介して、拡大画素置換手段４０に与えられる。拡大画素置換手段４０は、与えられたレイアウトセルを図３３の左に示すようなレイアウトセルに変更し、図３３の右に示すような拡大画素パターンＡＡを発生する処理を行う。拡大画素パターンＡＡは、画素パターンＡ内の回折格子を４倍大の面積領域に形成したものであり、画素パターンＡを示す図形データに対して所定の幾何学演算を施すことにより拡大画素パターンＡＡを示す図形データを求めることができる。また、図３２に示すレイアウトセルを、図３３に示すレイアウトセルに変更する基本的な手法は、図１２〜図１４を参照して既に説明したとおりである。図３３において太線で囲った部分が、拡大画素パターンＡＡに置換された部分となる。
【００８２】
なお、図３３に示すレイアウトセルは、図１４(d) に示すレイアウトセルに対して、記述形式が若干異なっている。すなわち、図１４(d) に示すレイアウトセルでは、置換の概念を理解しやすく示すために、拡大画素パターンに置換された領域を４倍大の拡大セルで表示しているのに対し、図３３に示すレイアウトセルでは、拡大画素パターンに置換された領域内の左上の代表セルに、拡大画素パターンＡＡを示す「ＡＡ」なる文字を示し、他のセルに、データが意味をもたないことを示す「φ」なる文字を示している。この拡大画素置換処理のより具体的な手順については後に述べるが、コンピュータを利用した実際の置換処理では、図３３に示すような形式でレイアウトセルを記述するのが好ましい。
【００８３】
次の、データ構造変換手段５０は、レイアウトセルデータおよび画素パターンデータのデータ構造を変換する処理を行う。この変換は、いわばデータ圧縮を行うためのものである。たとえば、図３３に示すレイアウトセルは、「各画素位置ごとに、どの画素パターンを割り付けるべきかを指示する情報」となっている。すなわち、各セルには、空白（無地パターン）、Ａ（画素パターンＡ）、ＡＡ（拡大画素パターンＡＡ）、φ（意味なし）のいずれかの情報が記述されており、合計３６個のセルのそれぞれが何らかの情報を有しており、３６組の情報によって表現されている。ところが、同じ情報を、図３４に示すようなデータで記述すると、７組の情報だけで記述することができる。この図３４に示す記述は、「各画素パターンごとに、どの画素位置に割り付けるべきかを指示する情報」となっている点に特徴がある。
【００８４】
たとえば、レイアウトセルＡは、画素パターンＡを割り付けるべき画素位置を示すためのセルであり、具体的には、（２，２）（２，５）（５，２）（５，５）なる記述がなされており、２行２列目、２行５列目、５行２列目、５行５列目の４つの画素位置に、画素パターンＡを割り付けるべきことが示されている。また、レイアウトセルＡＡは、拡大画素パターンＡＡを割り付けるべき画素位置を示すためのセルであり、具体的には、（１，３）（３，１，３）（５，３）なる記述がなされている。ここで、（１，３）は１行３列目を代表位置として拡大画素パターンＡＡを割り付け、（５，３）は５行３列目を代表位置として拡大画素パターンＡＡを割り付けるべきことを示す。また、（３，１，３）なる記述の最後の「３」なる数字は、付加情報として、繰り返し数を示すものである。すなわち、（３，１，３）なる記述は、３行１列目を代表位置として拡大画素パターンＡＡを３つ連続して割り付けるべきことを示している。なお、この例では、いずれも拡大画素パターンＡＡの左上部分を代表位置に割り付けることを前提としている。
【００８５】
図３５は、データ構造変換手段５０において、このようなデータ圧縮のための構造変換を行った後のデータ構造の概略を示すブロック図である。データは階層構造をとり、面付指示データの下に、新たに統合セルデータが生成されている。この統合セルデータは、下位階層のレイアウトセルを特定する情報をもったデータである。たとえば、図３３に示すレイアウトセルと同じ情報を表現するためには、図３４に示すレイアウトセルＡとレイアウトセルＡＡとの双方を統合する必要がある。図３５に示す統合セルデータ１は、このような統合により、図３３に示すレイアウトセルと同等の情報が得られることを示している。また、個々の画素パターンを図形データとして示す画素パターンセルＡおよび画素パターンＡＡは、それぞれレイアウトセルＡおよびレイアウトセルＡＡの下位階層にそれぞれ独立して位置することになる。
【００８６】
以上述べたように、データ構造変換手段５０においてデータ構造の変換を行えば、必要なデータが圧縮されることになる。このようなデータ圧縮は、本発明を実施する上で必須のものではないが、ハードウエアの負担を軽減する上では、このようなデータ圧縮を行うのが好ましい。
【００８７】
一方、フォーマット変換装置６０は、データ構造変換手段５０から与えられる圧縮データを、電子ビーム描画装置７０が要求するフォーマットに適合した描画データに変換する機能をもった装置である。フォーマット変換されたデータは、描画データとして電子ビーム描画装置７０に与えられる。こうして、電子ビーム描画装置７０によってレジスト層上への描画が行われ、回折格子記録原版７５が作成される。プレス装置８０は、この回折格子記録原版７５を用いて、フィルム上に回折格子パターンをプレスする装置であり、このプレス加工により、回折格子記録媒体８５が大量生産されることになる。
【００８８】
§９．  拡大画素置換処理の具体的な手順
続いて、図３１に示す拡大画素置換手段４０において実行される拡大画素置換処理の具体的な手順を、図３６の流れ図に基づいて説明する。まず、ステップＳ１において、置換条件を設定する。ここで、置換条件とは、具体的には、
＜条件１＞  拡大図形の大きさ，置換単位の大きさ（副画素を用いる場合）
＜条件２＞  置換を行うか否かの判断基準となる類似条件（§７）
＜条件３＞  拡大図形，置換単位（副画素を用いる場合）のずらし量
をいう。
【００８９】
次のステップＳ２では、処理フラグセルの初期設定が行われる。ここで、処理フラグセルとは、各画素もしくは副画素ごとの処理プロセスを示す処理フラグを収容するためのセルであり、この実施例では、処理フラグの初期値は「１」としている。
【００９０】
続くステップＳ３では、置換考慮領域の初期設定が行われる。ここで、「置換考慮領域」とは、画素配列もしくは副画素配列上において、拡大図形もしくは置換単位が一時的に重ねられた領域を意味し、この領域について、拡大画素への置換を行うべきか否かが考慮されることになる。この実施例では、常に配列の左上位置を、「置換考慮領域」の初期設定位置としている。
【００９１】
次に、ステップＳ４において、処理フラグセル上の置換考慮領域に対応するセル内の処理フラグが、すべて「１」か否かが判断される。これは、その時点における置換考慮領域内に、既に置換処理が完了した部分が含まれていないことを確認するための処理である。処理フラグがすべて「１」であった場合には、ステップＳ５において、類似条件の判断処理が行われる。そして、類似条件を満たしていると判断された場合、ステップＳ６において、レイアウトセルの変更処理が行われる。すなわち、「置換考慮領域」について拡大画素への置換が行われ、これまでの画素パターンとの対応関係が、拡大画素パターンとの対応関係に変更されることになる。そして、続くステップＳ７において、処理フラグセルの変更処理が行われる。すなわち、置換が行われた領域内の代表位置（この実施例では、左上位置）の処理フラグを「２以上」に変更するとともに、代表位置以外の処理フラグを「−１」に変更する。これらの数値の意味については後述する。
【００９２】
一方、ステップＳ４において、処理フラグが「１」でない部分が含まれていたり、ステップＳ５において、類似条件を満たしていないと判断されたりすると、このステップＳ６およびＳ７の処理は実行されない。こうして、特定の「置換考慮領域」についての考慮処理が完了すると、ステップＳ８を経て、ステップＳ９へと進み、「置換考慮領域」の再設定が行われる。すなわち、置換条件として設定した所定のずれ量だけ、「置換考慮領域」をずらす処理が行われる。こうして、再びステップＳ４以降の処理が繰り返し実行され、最終的に、全領域についての考慮が完了すれば、レイアウトセルに対する変更処理は完了し、ステップＳ８からステップＳ１０へと進む。そして、このステップＳ１０において、拡大画素パターンの発生処理が行われる。
【００９３】
この図３６の流れ図に示す手順の理解を容易にするために、図１２〜図１４に示す具体的な置換処理を、この手順に従って実行してみる。まず、ステップＳ１において、置換条件を設定する。この例の場合、
＜条件１＞  画素を２行２列に隣接して配置したときの外郭線となる４倍大の正方形を拡大図形とし、
＜条件２＞  拡大図形内の４つの画素に対応づけられた画素パターンが同一の場合に置換を行い、
＜条件３＞  縦横に１画素ずつずらしながら処理を繰り返す、
という置換条件が、ステップＳ１において設定されることになる。
【００９４】
次のステップＳ２では、処理フラグセルの初期設定が行われる。この例の場合、図３７(a) に示すような６行６列の処理フラグセルが用意され、各セルには初期値「１」が設定されることになる。続くステップＳ３では、置換考慮領域の初期設定が行われる。この例の場合、図１２(b) に示すように、太線で示した置換考慮領域（拡大図形）が、画素配列の左上の初期位置に設定されることになる。
【００９５】
次に、ステップＳ４において、置換考慮領域に対応する位置の処理フラグは、すべて「１」か否かが判断されるが、当然すべて「１」であるため、ステップＳ５に進み、条件判断が行われる。ところが、図１２(b) に示すように、置換考慮領域内の４つの画素についての画素パターンは同一ではないので、類似条件を満足していないと判断され、ステップＳ８を経て、ステップＳ９へ進むことになる。
【００９６】
ステップＳ９では、置換考慮領域を１画素分右へずらす処理が行われ、図１２(c) に示す位置に置換考慮領域が再設定され、ステップＳ４からの処理が繰り返し実行される。そして、ステップＳ５では、やはり類似条件を満足していないと判断され、ステップＳ８を経てステップＳ９へと進むことになる。
【００９７】
ステップＳ９では、置換考慮領域を更に１画素分右へずらす処理が行われ、図１２(d) に示す位置に置換考慮領域が再設定され、ステップＳ４からの処理が繰り返し実行される。ところが、今度は、置換考慮領域内の４つの画素には、すべて同一の画素パターンＡが対応づけられているので、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、レイアウトセルの変更処理が行われる。すなわち、図１２(d) に示すレイアウトセルは、図１３(a) に示すレイアウトセルに変更されることになる。続く、ステップＳ７では、処理フラグセルの変更処理が行われる。すなわち、図３７(a) に示す処理フラグセルは、図３７(b) に示す処理フラグセルに変更されることになる。図３７(b) において、太線で示す部分が変更されたセルであり、これは現時点における置換考慮領域に対応する部分である。この実施例における代表位置である左上のセルの処理フラグは「２」に書き替えられ、それ以外のセルの処理フラグは「−１」に書き替えられている。ここで、代表位置の「２」なる数字は、２２の大きさの拡大画素に置換されたことを示す数字であり、一般に、ｎ２の大きさの拡大画素に置換された場合には、代表位置のセルには「ｎ」なる数字が書き込まれることになる。また、他のセル内の「−１」なる数字は、このセルについては既に拡大画素への置換処理が完了していることを示すものである。
【００９８】
続いて、再びステップＳ８を経てステップＳ９へと進み、ステップＳ９では、置換考慮領域を更に１画素分右へずらす処理が行われ、図１３(b) の破線で示す位置に置換考慮領域が再設定され、ステップＳ４からの処理が繰り返し実行される。ところが、この破線で示す置換考慮領域内の処理フラグには、図３７(b) に示すように、「−１」が含まれているので、ステップＳ４からステップＳ８へと進むことになる。こうして、既に置換処理が完了している部分に対して、再度置換処理が行われることを防ぐことができる。
【００９９】
こうして、置換考慮領域が右下位置にくるまで同様の処理が繰り返され、最後に、ステップＳ８からステップＳ１０へと進み、ここで、拡大画素パターンＡＡを発生する処理が行われる。
【０１００】
続いて、図２５に示すレイアウトセル（副画素を用いて画像を表現した例）に対して、上述の手順を実行する例を説明する。まず、ステップＳ１において、置換条件を設定する。この例の場合、
＜条件１＞  副画素を２行２列に隣接して配置したときの外郭線となる４倍大の正方形を拡大図形とし、更に、この拡大図形を２行２列に隣接して配置して得られる、副画素の１６倍大の正方形を置換単位とし、
＜条件２＞  置換単位内の４つの拡大図形をそれぞれ１つのグループとして、グループ相互間において、画素パターンの分布が同一の場合に置換を行い、
＜条件３＞  縦横に４副画素分ずつずらしながら処理を繰り返す（図２９に示す結果を得る場合）、
という置換条件が、ステップＳ１において設定されることになる。
【０１０１】
次のステップＳ２では、処理フラグセルの初期設定が行われる。この例の場合、図３８に示すような１２行１２列の処理フラグセルが用意され、各セルには初期値「１」が設定されることになる。続くステップＳ３では、置換考慮領域の初期設定が行われる。この例の場合、図２５に示すように、太線で示した置換考慮領域（置換単位）が、画素配列の左上の初期位置に設定されることになる。
【０１０２】
次に、ステップＳ４において、置換考慮領域に対応する位置の処理フラグは、すべて「１」か否かが判断されるが、当然すべて「１」であるため、ステップＳ５に進む。ここで、図２５に示すように、太線で示す置換考慮領域内の４つのグループについては、いずれも左上に画素パターンＡ、右上に無地パターン、左下に無地パターン、右下に画素パターンＡ、と分布が同一であるため、類似条件を満足していると判断され、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、レイアウトセルの変更処理が行われる。すなわち、図２５に示すレイアウトセルは、図２６に示すレイアウトセルに変更されることになる。続く、ステップＳ７では、処理フラグセルの変更処理が行われる。すなわち、図３８に示す処理フラグセルのうち、左上の４行４列の領域にあるセルの処理フラグは、「２」もしくは「−１」に書き替えられることになる。
【０１０３】
続いて、ステップＳ８を経てステップＳ９へと進み、ステップＳ９では、置換考慮領域を４副画素分右へずらす処理が行われ、ステップＳ４からの処理が繰り返し実行される。このような処理を繰り返すことにより、最終的に、レイアウトセルは図２９に示すようなものに変更されることになる。
【０１０４】
ところで、コンピュータを利用した実際の拡大画素置換処理を行う上では、図１４(d) に示すレイアウトセルは、図３３に示すような記述形式で表現すると便利であることは既に述べた。したがって、図２５に示すレイアウトセルを、図２６に示すレイアウトセルに変更する場合、実際のコンピュータ上の処理では、やや異なった記述形式が採られることになる。ここでは、副画素を用いた画像に対して拡大画素への置換処理を行う場合に、実際のコンピュータ上の処理に即した置換処理方法を説明しておくことにする。
【０１０５】
副画素を用いた画像に対する基本的な置換処理の方法は、各置換単位ごとに、図２２(a) から図２２(b) に示すような置き換えを行うことによって実現できる。ただ、このような置き換え処理は、実際のコンピュータ上では、図３９(a) ，(b) に示すような形で行うのが好ましい。すなわち、図３９(a) において太線で示す拡大図形内の４つのデータを、各拡大図形の代表位置（左上位置）へと転送して書き込む処理を行うのである。具体的には、１行１列目のデータ「Ｗ」を同じく１行１列目に書き込み（自分自身へ書き込む処理なので、実際には、何らデータには変化はない）、１行２列目のデータ「Ｘ」を１行３列目のデータ「Ｗ」の位置へ上書きし、２行１列目のデータ「Ｙ」を３行１列目のデータ「Ｗ」の位置へ上書きし、２行２列目のデータ「Ｚ」を３行３列目のデータ「Ｗ」の位置へ上書きする。図３９(b) は、このような転送および書き込み処理を完了した後の状態を示している。
【０１０６】
図４０(a) ，(b) は、図２５に示す具体的なレイアウトセルについて、上述した置換処理を実施した状態を示すものである。この図４０では、説明の便宜上、無地パターンを画素パターン「Ｅ」として示してある。すなわち、図２５において白いますで示されている無地パターンが対応づけられた副画素の位置には、「Ｅ」なる文字を記述して示してある。図４０(a) は置換処理を行う前の状態を示し、図２５のレイアウトセルに対応するものであり、図４０(b) は置換処理後の状態を示し、図２６のレイアウトセルに対応するものである。実際には、この図４０(b) に示すレイアウトセルと、図４１に示す処理フラグセルとの双方によって、図２６のレイアウトセルと等価な割付情報を示しているのである。
【０１０７】
ここで、図４０(a) の太線で示す領域が置換考慮領域として設定されたときに、図３６に示すステップＳ４以降の手順がどのように実行されるかを示そう。まず、ステップＳ４において、置換考慮領域内の処理フラグがすべて「１」であると判断され、続くステップＳ５において、類似条件が満足されていると判断される。そこで、ステップＳ６におけるレイアウトセルの変更処理が実行されることになるが、ここで行われる変更処理とは、実際には、図４０(a) に示す状態を図４０(b) に示す状態に変更する書き込み処理に他ならない。別言すれば、コンピュータ処理上は、このステップＳ６を、単純なデータの転送および上書き処理として実行することができる。続いて、ステップＳ７において、処理フラグセルの変更処理が実行されることになるが、ここで行われる変更処理とは、実際には、処理フラグセルに、図４１に示すような数値（「２」または「−１」）を書き込む処理に他ならない。すなわち、各拡大図形内の代表位置（この例の場合には左上位置）のセルに拡大画素の倍率を示す「２」を書き込み、その他のセルに「−１」を書き込む処理を行えばよい。
【０１０８】
このような処理を行うと、処理フラグセル内には、「１」，「２」，「−１」の３通りのデータが書き込まれることになる。ここで、「１」は、何ら置換処理が行われていないことを示し、レイアウトセル内の対応するセル位置に記述されている画素パターンをそのまま割り付ければよいことを示す。一方、「２」は２２倍の大きさの拡大画素パターンに置換されたことを示し、レイアウトセル内の対応するセル位置に記述されている画素パターンを２２倍に拡大した拡大画素パターンを、このパターンの左上位置が当該セル位置にくるように割り付ければよいことを示す。そして、「−１」は、レイアウトセル内の対応するセル位置の記述は無意味であることを示し、このセル位置の記述に基づく割り付けは行われないことを示す。
【０１０９】
たとえば、図４１に示す処理フラグセルにおける１行１列目には、「２」なるデータが書き込まれている。一方、図４０(b) に示すレイアウトセルの対応するセル位置には、「Ａ」なる記述が見られる。そこで、実際の割り付けを行う上では、画素パターンＡを２２倍に拡大した拡大画素パターンＡＡを、この拡大画素パターンＡＡの左上位置が１行１列目にくるように割り付ければよいことが示されていることになる。また、図４１に示す処理フラグセルにおける１行２列目には、「−１」なるデータが書き込まれており、図４０(b) に示すレイアウトセルの対応するセル位置には、「Ｅ」なる記述が見られる。そこで、実際の割り付けを行う上では、「Ｅ」なる記述は無意味なものとして無視され、１行２列目に対する新たな割り付けは行われないことになる。
【０１１０】
以上の説明から、図４０(b) に示すレイアウトセルと図４１に示す処理フラグセルとによって、図２６のレイアウトセルの割付態様が示されていることが理解できよう。もっとも、図４０(b) に示すレイアウトセルと図４１に示す処理フラグセルとによって、図４２に示すレイアウトセルを作成してもかまわない。このレイアウトセルでは、各セル内に、割り付け対象となる拡大画素パターンを特定する情報が直接示されている。
【０１１１】
また、図３６に示すステップＳ１０の手順は、処理フラグセルに「２」以上の数字が記述されていた場合に、これに応じた拡大画素パターンを発生することによって実行できる。たとえば、図４１に示す処理フラグセルにおける１行１列目に「２」なる数字が記述されているので、図４０(b) に示すレイアウトセルにおける同じ１行１列目を確認すると、「Ａ」なる記述がなされている。そこで、ステップＳ１０において、画素パターンＡを２２倍に拡大した拡大画素パターンＡＡを発生させる処理が行われることになる。こうして、図４３に示すように、ステップＳ１０では、画素パターンＡ，Ｂ，Ｅに基づいて、それぞれ拡大画素パターンＡＡ，ＢＢ，ＥＥが発生されることになる。
【０１１２】
§１０．  一般的な実施例への拡張
以上、本発明をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。特に、副画素を用いて表現された画像に対して、本発明に係る置換処理を適用する場合には、様々なバリエーションを採ることができる。たとえば、上述した§６では、１画素を４分割して副画素を定義するとともに、１画素の４倍大の置換単位を定義することにより、４行４列に配置された１６個の副画素を置換単位として処理を行っているが、本発明における置換単位は、必ずしも副画素１６個にする必要はない。
【０１１３】
たとえば、６行６列に配置された３６個の副画素を置換単位として処理を行った例を図４４(a) ，(b) に示す。図４４(a) において、実線によって区切られている単位領域が１画素であり、破線によって区切られている単位領域が１副画素である。２行２列に隣接配置された合計４個の副画素によって１画素が構成されている点については、§６の例と同様である。ただ、拡大図形は、図４４(b) に太線で示すように、３行３列に配置された合計９個の副画素から構成され、置換単位は、この拡大図形を２行２列に配置することにより、６行６列に隣接配置された合計３６個の副画素によって構成されている。§６で述べた実施例では、画素と拡大図形とが同じ大きさ（いずれも、副画素を２行２列に隣接配置した大きさ）であったが、この図４４に示す例のように、画素と拡大図形とは必ずしも同じ大きさにする必要はない。
【０１１４】
いま、図４４(a) に示すように、各副画素にそれぞれ画素パターンＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚが対応づけられている場合に、この６行６列の副画素からなる置換単位について、拡大画素への置換を行うべきか否かの判断処理がどのようになるかを考えよう。このような判断処理は、まず、各画素を１つのグループとして認識する。したがって、この例の場合、３行３列に隣接配置された９つのグループが認識されることになる。そして、各グループ相互間において、画素パターンの分布が同一か否か（もしくは、所定の類似条件の範囲内にあるか否か）を判断する。この例の場合、９つのグループのいずれについても、左上に画素パターンＷ、右上に画素パターンＸ、左下に画素パターンＹ、右下に画素パターンＺ、と分布が同一であるため、拡大画素への置換を行うべきであるとの判断がなされ、レイアウトセルに対する変更が行われる。
【０１１５】
コンピュータを用いた実際の処理では、レイアウトセルに対する変更は、図４４(b) に示すようなデータの転送および書き込み処理として実行される。すなわち、図４４(b) において円で囲った４つのデータを、各拡大図形の代表位置（左上位置）へと転送して書き込み処理を行うのである。具体的には、１行１列目のデータ「Ｗ」を同じく１行１列目に書き込み（自分自身へ書き込む処理なので、実際には、何らデータには変化はない）、１行２列目のデータ「Ｘ」を１行４列目のデータの位置へ上書きし、２行１列目のデータ「Ｙ」を４行１列目のデータの位置へ上書きし、２行２列目のデータ「Ｚ」を４行４列目のデータの位置へ上書きする。一方、処理フラグセルは、図４５に示すように変更すればよい。太線で示した各拡大図形の代表位置（左上位置）には、拡大画素の倍率を示す「３」（もとの副画素の３２の大きさであることを示す）が書き込まれ、他のセルにはデータが意味をもたないことを示す「−１」が書き込まれる。
【０１１６】
こうして、図４４(b) に示すレイアウトセルと図４５に示す処理フラグセルとによって、拡大画素に置き換えた後の割付態様が示されることになる。もちろん、図４４(b) に示すレイアウトセルと図４５に示す処理フラグセルとによって、図４６に示すようなレイアウトセルを作成してもかまわない。このレイアウトセルでは、各セル内に、割り付け対象となる拡大画素パターンＷＷＷ，ＸＸＸ，ＹＹＹ，ＺＺＺ（いずれも、もとの画素パターンＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚの９倍大の面積をもった拡大画素パターン）を特定する情報が直接示されている。
【０１１７】
図４７(a) ，(b) は、１画素を９分割することにより副画素を構成し、本発明を適用した実施例を示すものである。すなわち、図４７(a) において、実線によって区切られている単位領域が１画素であり、破線によって区切られている単位領域が１副画素である。したがって、３行３列に隣接配置された合計９個の副画素によって１画素が構成されていることになる。また、拡大図形は、図４７(b) に示すように、２行２列に配置された合計４個の副画素から構成され、置換単位は、この拡大図形を３行３列に隣接配置することにより、合計３６個の副画素によって構成されている。
【０１１８】
いま、図４７(a) に示すように、各副画素に画素パターンＡ〜Ｉが対応づけられている場合に、この６行６列の副画素からなる置換単位について、拡大画素への置換を行うべきか否かの判断処理がどのようになるかを考えよう。このような判断処理は、まず、各画素を１つのグループとして認識する。したがって、この例の場合、２行２列に隣接配置された４つのグループが認識されることになる。そして、各グループ相互間において、画素パターンの分布が同一か否か（もしくは、所定の類似条件の範囲内にあるか否か）を判断する。この例の場合、４つのグループのいずれについても、画素パターンＡ〜Ｉの分布が同一であるため、拡大画素への置換を行うべきであるとの判断がなされ、レイアウトセルに対する変更が行われる。
【０１１９】
図４７(b) は、こうして変更されたレイアウトセルを概念的に示すものである。このようなレイアウトセルは、図４７(b) に示す９個の拡大図形と、図４７(a) に示す４つのグループ（画素）のうちの１グループ（たとえば、左上の代表画素）に所属する９つの副画素と、をそれぞれ相対位置に基づいて１対１に対応づけ、各拡大図形の内部に、対応づけられた副画素の画素パターンに応じた拡大画素パターンを割り付けるようにすれば得られる。
【０１２０】
これまで述べた例は、いずれも、拡大画素パターンがもとの画素パターンの相似形となっていた。すなわち、もとの画素パターンが正方形であれば、拡大画素パターンも正方形であった。本発明は、このような相似形の拡大画素による置換処理に限定されるものではない。図４８(a) ，(b) は、非相似形の拡大画素による置換を行った実施例である。図４８(a) において、実線によって区切られている単位領域が１画素であり、破線によって区切られている単位領域が１副画素である。したがって、２行２列に隣接配置された合計４個の副画素によって１画素が構成されている点については、§６において述べた実施例と同じである。ただし、拡大図形は、図４８(b) に示すように、３行２列に配置された合計６個の副画素から構成され、置換単位は、この拡大図形を２行２列に隣接配置することにより、合計２４個の副画素によって構成されている。このように、拡大図形は副画素（単位図形）を縦に３個、横に２個配置することによって構成されるため、縦に細長い長方形となる。
【０１２１】
いま、図４８(a) に示すように、各副画素に画素パターンＷ〜Ｚが対応づけられている場合に、この６行４列の副画素からなる置換単位について、拡大画素への置換を行うべきか否かの判断処理がどのようになるかを考えよう。このような判断処理は、まず、各画素を１つのグループとして認識する。したがって、この例の場合、３行２列に隣接配置された６つのグループが認識されることになる。そして、各グループ相互間において、画素パターンの分布が同一か否か（もしくは、所定の類似条件の範囲内にあるか否か）を判断する。この例の場合、６つのグループのいずれについても、画素パターンＷ〜Ｚの分布が同一であるため、拡大画素への置換を行うべきであるとの判断がなされ、レイアウトセルに対する変更が行われる。
【０１２２】
図４８(b) は、こうして変更されたレイアウトセルを概念的に示すものである。このようなレイアウトセルは、図４８(b) に示す４個の拡大図形と、図４８(a) に示す６つのグループ（画素）のうちの１グループ（たとえば、左上の代表画素）に所属する４つの副画素と、をそれぞれ相対位置に基づいて１対１に対応づけ、各拡大図形の内部に、対応づけられた副画素に応じた拡大画素パターンを割り付けるようにすれば得られる。
【０１２３】
なお、図４７(a) や図４８(a) に示す例のように、各グループ相互間における画素パターンの分布が全く同一の場合には、特に問題は生じないが、緩和した判断基準に基づいて、画素パターンの分布が所定の類似条件の範囲内にあると判断され、置換処理を行う場合には、代表となる１グループの情報に基づいて拡大画素パターンを生成する方法の他、全グループの情報に基づいて（たとえば、全グループの平均に基づいて）拡大画素パターンを生成する方法を採ることも可能である。たとえば、図４８(a) において、各画素（グループ）の左上に位置する６つの副画素には、いずれも同一の画素パターンＷが対応づけられているが、仮に、互いに類似条件の範囲内にある画素パターンＷ１〜Ｗ６が対応づけられていた場合には、たとえば、左上に位置するグループについての画素パターンＷ１を代表として用い、この画素パターンＷ１に応じた拡大画素パターンＷＷ１を生成することも可能であるが、６つの画素パターンＷ１〜Ｗ６についての平均画素パターンＷavを考え（たとえば、各画素パターンの格子線配置角度や配置ピッチの平均値をとった画素パターン）、この平均画素パターンＷavに応じた拡大画素パターンＷＷavを生成することもできる。
【０１２４】
以上、いくつかの実施例について説明したように、副画素を用いて表現された画像に対して、本発明に係る置換処理を適用する場合には、様々なバリエーションが存在する。そこで、ここでは、副画素を用いて表現された画像に対する置換処理としての一般的な手法を整理しておくことにする。
【０１２５】
まず、媒体上に表現すべきモチーフを、所定の画素値をもった画素の集合によって構成される画像データとして入力する。そして、１つの画素をＫ個の副画素に分割する。通常は、１つの画素を縦横にｍ等分することにより、Ｋ＝ｍ２個の副画素に分割するのが好ましい。§６において述べた実施例や、図４４、図４８に示す実施例は、いずれもｍ＝２に設定し、１つの画素を４分割して副画素を構成したものである。ただ、図４７には、ｍ＝３に設定し、１つの画素を９分割して副画素を構成した例を示した。そもそも、このような副画素を用いる理由は、複数のモチーフを同一の平面上に重畳して記録するためである。したがって、分割数Ｋは、いくつのモチーフを重畳記録するかによって決めるべき数ということになる。一般的には、２〜４個のモチーフを重畳記録するのであれば、ｍ＝２（Ｋ＝４）に設定すれば十分である。また、上述の実施例では、いずれも１画素を縦横に等分割して副画素を構成したが、必ずしも縦横に等分割する必要はない。たとえば、横方向だけに２分割あるいは３分割して副画素を構成してもよい。この場合は、副画素を１行２列あるいは１行３列に隣接して配置することにより１画素が構成されることになる。
【０１２６】
こうして副画素が定義できたら、各副画素にそれぞれ画素値を定義する。このとき、各副画素ごとに担当するモチーフを定め、異なるモチーフを担当する副画素が同一平面上で同じ位置を占めないようにする。この方法については、§５において、図１７および図１８を参照しながら説明したとおりである。
【０１２７】
続いて、拡大図形を定義する。この拡大図形は、「副画素を単位図形として、この単位図形をＬ個隣接して配置したときの外郭線から構成される図形」として定義される。§６に示す実施例では、単位図形（副画素）を２行２列に隣接配置し、単位図形の４倍大の拡大図形を定義したため、拡大図形の大きさと画素の大きさとが一致しているが、拡大図形の大きさは画素の大きさと無関係に定めて構わない。たとえば、図４４に示す実施例では、画素が副画素の４倍大であるのに対し、拡大図形は副画素の９倍大になっている。逆に、図４７に示す実施例では、画素が副画素の９倍大であるのに対し、拡大図形は副画素の４倍大になっている。また、図４８に示す実施例では、拡大図形は単位図形（副画素）を３行２列に隣接配置した大きさとなっており、長方形の形状をしている。このように、拡大図形はもとの単位図形に対して必ずしも相似形にする必要がないことは既に述べたとおりであるが、実用上は、単位図形を縦横にそれぞれｎ個ずつ合計Ｌ＝ｎ２個隣接して配置したときの外郭線として拡大図形を定義するのが、データ処理を簡潔にするとともに置換効率を高める上で好ましい。このように、拡大図形の大きさは任意に設定することができるが、そもそもこの拡大図形は、置換する拡大画素の大きさを定めるものであり、どの程度の大きさの拡大画素によって置換を行えばよいかを考慮して、最適な大きさに定めるのが好ましい。ミクロ的な見地からは、拡大画素を大きくすればするほど、輝度の向上およびデータ量の低減という本発明の効果は顕著になるが、逆に、置換率が低下するため、マクロ的な見地からは、あまり拡大画素を大きくしすぎると、逆に効果は現れなくなってしまう。
【０１２８】
さて、こうして拡大図形が定義できると、置換単位は一義的に定まってしまう。すなわち、拡大図形をＫ個隣接して配置したものが置換単位となるのである。ここで、「Ｋ個」とは、前述した１画素内の副画素の数である。しかも、Ｋ個の拡大図形を隣接配置する形態は、１画素を構成するためにＫ個の副画素を隣接配置した形態と同じでなければならない。これをこれまで述べてきた実施例で確認してみよう。まず、図２２に示す実施例を見てみる。この実施例では、図２２(a) に示すように、副画素を２行２列という第１の形態でＫ個（Ｋ＝４）隣接して配置することにより、１画素が構成されている。また、拡大図形は、図２２(b) に示すように、単位図形（副画素）を２行２列という第２の形態でＬ個（Ｌ＝４）隣接して配置したときの外郭線として定義されている。なお、この例では、第１の形態も第２の形態も、いずれも「２行２列」という同一の形態であるため、画素と拡大図形とは同じ４倍大の正方形となっている。このような場合、置換単位は、「拡大図形を第１の形態でＫ個（Ｋ＝４）隣接して配置したもの」として定義される。すなわち、拡大図形を２行２列という形態で配置したものが置換単位として定義される。このため、置換単位は、１６個（Ｌ×Ｋ＝１６）の副画素配列に相当するものになる。
【０１２９】
このように、Ｋ個の副画素を隣接配置して１個の画素を構成する配置形態と、Ｋ個の拡大図形を隣接配置して１個の置換単位を構成する配置形態と、を同一にする必要があるのは、Ｋ個の拡大図形とＫ個の副画素とを相対位置に基づいて１対１に対応づける必要があるからである。たとえば、図２２の実施例では、拡大図形▲１▼〜▲４▼が副画素▲１▼〜▲４▼にそれぞれ１対１に対応づけられており、この１対１の対応づけに基づいて、各拡大図形内に割り付ける拡大画素パターンが特定されるのである。１画素を構成するＫ個の副画素の配置形態と、１置換単位を構成するＫ個の拡大図形の配置形態と、が異なってしまうと、相対位置に基づく１対１の対応づけができなくなってしまう。
【０１３０】
続いて、図４４に示す実施例において、置換単位がどのように決定されたかを見てみよう。この実施例では、図４４(a) に示すように、副画素を２行２列という第１の形態でＫ個（Ｋ＝４）隣接して配置することにより、１画素が構成されている。また、拡大図形は、図４４(b) に示すように、単位図形（副画素）を３行３列という第２の形態でＬ個（Ｌ＝９）隣接して配置したときの外郭線として定義されている。このような場合、置換単位は、「拡大図形を第１の形態でＫ個（Ｋ＝４）隣接して配置したもの」として定義される。すなわち、拡大図形を２行２列という形態で配置したものが置換単位として定義される。このため、置換単位は、３６個（Ｌ×Ｋ＝３６）の副画素配列に相当するものになる。このような置換単位を定義しておけば、図４４(b) に示す４個の拡大図形と、図４４(a) に示す１グループ内の４個の副画素とを、相対位置に基づいて１対１に対応づけることができる。
【０１３１】
次に、図４７に示す実施例において、置換単位がどのように決定されたかを見てみよう。この実施例では、図４７(a) に示すように、副画素を３行３列という第１の形態でＫ個（Ｋ＝９）隣接して配置することにより、１画素が構成されている。また、拡大図形は、図４７(b) に示すように、単位図形（副画素）を２行２列という第２の形態でＬ個（Ｌ＝４）隣接して配置したときの外郭線として定義されている。このような場合、置換単位は、「拡大図形を第１の形態でＫ個（Ｋ＝９）隣接して配置したもの」として定義される。すなわち、拡大図形を３行３列という形態で配置したものが置換単位として定義される。このため、置換単位は、３６個（Ｌ×Ｋ＝３６）の副画素配列に相当するものになる。このような置換単位を定義しておけば、図４７(b) に示す９個の拡大図形と、図４７(a) に示す１グループ内の９個の副画素とを、相対位置に基づいて１対１に対応づけることができる。
【０１３２】
更に、図４８に示す実施例において、置換単位がどのように決定されたかを見てみよう。この実施例では、図４８(a) に示すように、副画素を２行２列という第１の形態でＫ個（Ｋ＝４）隣接して配置することにより、１画素が構成されている。また、拡大図形は、図４８(b) に示すように、単位図形（副画素）を３行２列という第２の形態でＬ個（Ｌ＝６）隣接して配置したときの外郭線として定義されている。このような場合、置換単位は、「拡大図形を第１の形態でＫ個（Ｋ＝４）隣接して配置したもの」として定義される。すなわち、拡大図形を２行２列という形態で配置したものが置換単位として定義される。このため、置換単位は、２４個（Ｌ×Ｋ＝２４）の副画素配列に相当するものになる。このような置換単位を定義しておけば、図４８(b) に示す４個の拡大図形と、図４８(a) に示す１グループ内の４個の副画素とを、相対位置に基づいて１対１に対応づけることができる。
【０１３３】
さて、いずれの実施例においても、１つの画素内に含まれるＫ個の副画素を１グループとして、各グループ相互間において、画素パターンの分布が互いに所定の類似条件の範囲内にあると判断された場合に、拡大画素への置換処理が行われることは、既に述べたとおりである。上述したように、置換単位内のＫ個の拡大図形には、特定の副画素が１対１に対応づけられるので、対応づけられた副画素についての画素パターンに基づいて、拡大画素パターンを発生し、これを拡大図形内に割り付けるようにすれば、拡大画素への置換処理が行われたことになる。
【０１３４】
§１１．  その他の変形例
ここでは、更にいくつかの変形例を述べておく。これまで述べた実施例は、いずれも画素あるいは副画素の領域内全域に回折格子を形成するという前提で説明を行ってきたが、必ずしも、各画素領域の全域に回折格子を形成する必要はない。たとえば、図４９に示す画素パターンＣは、矩形の画素領域Ｐ内に円からなる閉領域Ｖを定義し、この閉領域Ｖの内部にだけ、ラインＬおよびスペースＳからなる回折格子を形成した例である。このような画素パターンＣを用いると、円形の回折格子のドットによりモチーフが表現されることになる。もっとも、図における閉領域Ｖの外側の領域には、回折格子が形成されていないため、このような画素パターンＣを用いると、記録媒体上における回折格子形成面積は全体的に低下し、輝度が低下するというデメリットが生じることになる。ただ、閉領域Ｖの面積を変えることにより、階調をもったモチーフを表現することができるというメリットは得られる。なお、この画素パターンＣを用いた画像については、たとえば、図５０に示すように、２行２列に画素パターンＣが配置されている部分を、拡大画素パターンＣＣによって置換する処理を行うことにより、本発明を適用することができる。
【０１３５】
また、上述の実施例では、いずれも画素および副画素が正方形をしているが、画素および副画素、あるいはこれらに基づいて定義される拡大図形や置換単位は、必ずしも正方形や矩形に限定されるものではない。たとえば、図５１に示す画素パターンＴは、三角形の画素を前提とした画素パターンである。このような三角形の画素パターンＴが隣接して４つ配置されている部分を、図５１に示すように、同じく三角形をした拡大画素パターンＴＴによって置換する処理を行うことにより、本発明を適用可能である。要するに、本発明の基本思想は、最小単位となる単位図形と、複数の単位図形を隣接配置したときの外郭線から構成される拡大図形とを定義し、単位図形の内部に回折格子を形成してなる単位画素と、拡大図形の内部に回折格子を形成してなる拡大画素とを混在させて画像を媒体上に記録する点にあり、この基本思想から逸脱しない範囲において、種々の変形例が実施できるものである。
【０１３６】
なお、最後に、本発明をクレジットカードなどの偽造防止用シールなど、セキュリティ維持のために利用した場合の付随的なメリットを述べておく。第１のメリットは、偽造防止効果が向上するという点である。本発明に係る回折格子記録媒体では、大きさの異なる画素が混在した状態になるため、これを偽造する場合には、これまで以上の技術や労力が必要になり、偽造がより困難になる。そして第２のメリットは、バーコードなどの情報をクレジットカード上に回折格子として記録し、これを機械的に読み取らせるようなシステムで利用する場合には、このバーコード記録部については、拡大画素を用いた記録が可能になり、機械読み取り上の信頼性を向上させることができる点である。
【０１３７】
【発明の効果】
以上のとおり本発明に係る回折格子記録媒体によれば、回折格子を形成してなる画素を、大きさを変えて複数種類用意し、これらを混在させて媒体上に画像表示するようにしたため、輝度を維持しつつ、解像度を向上させることができる。また、このような回折格子記録媒体を作成する上で、画像データの量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】媒体上に記録すべきモチーフおよびこのモチーフを記録するために用意したレイアウトセルの一例を示す図である。
【図２】回折格子記録媒体に用いられる画素パターンの一例を示す図である。
【図３】図１に示すレイアウトセルに基づいて、図２に示す画素パターンを割り付けることにより作成された回折格子記録媒体を示す図である。
【図４】同一の媒体上に重複して記録すべき２つのモチーフの例を示す図である。
【図５】図４に示す２つのモチーフについてそれぞれ用いられる画素パターンＡ，Ｂ、およびこれを重ねることにより得られる多重画素パターンＡＢの一例を示す図である。
【図６】図４に示す２つのモチーフと、図５に示す３つのパターンとの対応関係を定義するレイアウトセルを示す図である。
【図７】図６に示すレイアウトセルに基いて、図５に示す各画素パターンを割り付けることにより作成された回折格子記録媒体を示す図である。
【図８】画素パターンＡを割り付けてなる従来の一般的な回折格子記録媒体の一例を示す図である。
【図９】図８に示す画素パターンＡの一部を、拡大画素パターンＡＡによって置換することにより全体的な輝度を向上させた本発明の一実施例を示す図である。
【図１０】本発明に係る拡大画素パターンへの置換処理の基本原理を示す図である。
【図１１】本発明に係る拡大画素パターンへの置換処理により、全データ量が削減されることを説明するために、１本の格子線を図形データとして表現する方法を示す図である。
【図１２】図８に示す従来の回折格子記録媒体に応じたレイアウトセルに対して、４倍大の拡大画素パターンを用いた置換処理を実行する第１の過程を示す図である。
【図１３】図８に示す従来の回折格子記録媒体に応じたレイアウトセルに対して、４倍大の拡大画素パターンを用いた置換処理を実行する第２の過程を示す図である。
【図１４】図８に示す従来の回折格子記録媒体に応じたレイアウトセルに対して、４倍大の拡大画素パターンを用いた置換処理を実行する第３の過程を示す図である。
【図１５】図８に示す従来の回折格子記録媒体に応じたレイアウトセルに対して、９倍大の拡大画素パターンを用いた置換処理を実行する過程を示す図である。
【図１６】図１５に過程を示した９倍大の拡大画素パターンを用いた置換処理を行った後に、更に４倍大の拡大画素パターンを用いた置換処理を実行する過程を示す図である。
【図１７】図４に示す２つのモチーフを、副画素を用いて表現した状態を示す図である。
【図１８】図１７に示す副画素によって表現された２つのモチーフについて、それぞれ間引き処理を実行した状態を示す図である。
【図１９】図１８に示す２つのモチーフを同一媒体上に重畳して記録するための割り付け態様を定義したレイアウトセルを示す図である。
【図２０】図１８に示すレイアウトセルに基づいて、図５に示す画素パターンを割り付けることにより作成された回折格子記録媒体を示す図である。
【図２１】副画素を用いて表現された画像の部分的な画素パターン構成の一例を示す図である。
【図２２】副画素を用いて表現された画像に対する拡大画素への置換処理の基本原理を示す図である。
【図２３】図２２に示す置換処理の基本原理を、より具体的なレイアウトセルに適用した例を示す図である。
【図２４】図２３に示す置換処理に関連して、置換前の回折格子記録媒体と置換後の回折格子記録媒体との状態を対比して示した図である。
【図２５】副画素を用いて表現された画像について、画素パターンの割付態様を定義するレイアウトセルの一例を示す図である。
【図２６】図２５に示すレイアウトセルに対して、部分的に拡大画素への置換が行われた状態を示す図である。
【図２７】図２５に示すレイアウトセルに対して、置換単位を１副画素ずつずらすことにより置換処理を完了した状態を示す図である。
【図２８】図２５に示すレイアウトセルに対して、置換単位を２副画素ずつずらすことにより置換処理を完了した状態を示す図である。
【図２９】図２５に示すレイアウトセルに対して、置換単位を４副画素ずつずらすことにより置換処理を完了した状態を示す図である。
【図３０】拡大画素への置換を行うべきか否かの判断条件のバリエーションを示す図である。
【図３１】本発明に係る回折格子記録媒体を作成する装置の構成例を示すブロック図である。
【図３２】本発明に係る置換処理を行う前のレイアウトセルの一例を示す図である。
【図３３】図３２に示すレイアウトセルに対して、拡大画素への置換処理を行った後のレイアウトセルの一例を示す図である。
【図３４】図３３に示すレイアウトセルの内容を、別なデータ構造で表現した例を示す図である。
【図３５】図３４に示すデータ構造による表現を用いた場合のデータ間の階層構造を示すブロック図である。
【図３６】本発明に係る拡大画素置換処理の具体的な手順を示す流れ図である。
【図３７】図１２(a) に示す６行１列からなるレイアウトセルに対して、図３６の流れ図に示す手順を実行する場合に定義される処理フラグセルを示す図である。
【図３８】図２５に示す１２行１２列からなるレイアウトセルに対して、図３６の流れ図に示す手順を実行する場合に定義される処理フラグセルを示す図である。
【図３９】図３６の流れ図に示すステップＳ６のレイアウトセル変更処理の基本手法を示す図である。
【図４０】図３９に示す基本手法を、図２５に示す具体的なレイアウトセルに適用した場合のデータの変更例を示す図である。
【図４１】図４０に示すレイアウトセルに対する変更処理とともに行われる処理フラグセルに対する変更処理を示す図である。
【図４２】図４０(b) に示すレイアウトセルおよび図４１に示す処理フラグセルに基づいて生成されるレイアウトセルの一例を示す図である。
【図４３】図３６の流れ図に示すステップＳ１０の拡大画素パターンの発生処理の基本概念を示す図である。
【図４４】副画素の９倍大の拡大図形を定義することにより実施される拡大画素への置換処理の実施例を示す図である。
【図４５】図４４に示す実施例において、置換処理の途中段階での処理フラグセルの状態を示す図である。
【図４６】図４４に示す実施例において、置換処理が完了したときのレイアウトセルの状態を示す図である。
【図４７】１画素を９分割することによって副画素が定義されている場合に実施される拡大画素への置換処理の実施例を示す図である。
【図４８】副画素の６倍大の拡大図形を定義することにより実施される拡大画素への置換処理の実施例を示す図である
【図４９】本発明の変形例において用いられる画素パターンＣを示す図である。
【図５０】図４９に示す画素パターンＣを、拡大画素パターンＣＣによって置換する処理を示す図である。
【図５１】本発明の更に別な変形例において用いられる画素パターンＴおよび拡大画素パターンＴＴを示す図である。
【符号の説明】
１０…モチーフ画像データ入力装置
２０…ワークステーション
３０…記憶装置
４０…拡大画素置換手段
５０…データ構造変換手段
６０…データフォーマット変換装置
７０…電子ビーム描画装置
７５…回折格子記録原版
８０…プレス装置
８５…回折格子記録媒体
Ａ〜Ｉ，Ｔ，Ｗ〜Ｚ，Ａ´…画素パターン
ＡＢ…多重画素パターン
ＡＡ〜ＩＩ，ＴＴ，ＷＷ〜ＺＺ，ＡＡＢＢ…４倍大の拡大画素パターン
ＡＡＡ，ＷＷＷ〜ＺＺＺ…９倍大の拡大画素パターン
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍα，Ｍβ…モチーフ
Ｄ１，Ｄ２…観察方向
Ｌ…格子線のライン
Ｐ…画素領域
Ｑ１〜Ｑ４…図形データを構成する座標点
Ｓ…格子線のスペース
Ｖ…格子線を配置する閉領域
Ｘ，Ｙ…座標軸
ｄＬ…格子線のライン幅
ｄＳ…格子線のスペース幅
ｐ…格子線のピッチ
θ…格子線の配置角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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