JP5115960B2 - 階層型情報記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、入力光に基づいて再生可能な情報が記録された階層型情報記録媒体に関し、特に高いセキュリティレベルの認証が必要な場合等に好適な階層型情報記録媒体に関する。

従来の光学特性を利用した製品は、伝搬光に対する光学応答を持たせることを念頭に置いたものが多い。ホログラムを例にとれば、遠隔でこれを観察した場合の見え方が、また、宝石等を例にとれば、それを人間の目で見たときの見え方が、いずれも伝搬光に対する光学応答に相当する。更にレンズ等の透明媒体を例にとれば、光の透過特性が伝搬光に対する光学応答に相当する。

このような伝搬光に対する光学応答は、上述の如き光学特性を利用した製品を作り出す上でコントロールしなければならない必要不可欠な物理的性質である。
ところで、この従来における光学特性を利用した製品は、伝搬光領域に対する光学応答のみ、その機能性が定まっていた。このため、光学特性を用いた新たな付加価値を当該製品に追加する際には、その伝搬光における機能性に関して自由度を高くすることができず、ひいては、製品自体に新たな付加価値を創出することも困難になるという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、伝搬光領域に対する光学応答に加え、近接場光領域に対する光学応答を発揮させることにより、その機能性に自由度を与え、ひいては製品に付加価値を与えることが可能な階層型情報記録媒体を提供することにある。

本発明を適用した階層型情報記録媒体は、上述した課題を解決するために、照射される伝搬光の波長に対して回折限界以上のピッチで媒体の形状又は物性に改変が施された第１のスケールと、上記伝搬光の波長に対して回折限界未満の径からなる近接場光の滲出スポットに対応した読出領域単位で媒体の形状又は物性に改変が施された第２のスケールとを備え、上記伝搬光が照射された場合に上記第１のスケールのみが光学応答を示し、上記近接場光が滲出された場合に上記第２のスケールのみが光学応答を示し、上記第１のスケールは、上記照射される伝搬光を回折及び反射するホログラムシールであり、上記第２のスケールは、上記第１のスケールとしてのホログラムシール表面に積層されたＡｕ薄膜に凹凸を設けることにより構成されていることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、伝搬光が照射された場合に第１のスケールのみが光学応答を示すことができ、近接場光が滲出された場合に第２のスケールのみが光学応答を示すことができることから、これを応用した製品に対して付加価値を与えることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した階層型情報記録媒体１の構成を示している。この階層型情報記録媒体１は、第１のスケール１１が形成された第１層２１と、第２のスケール１２が形成された第２層２２とを備えている。

第１層２１は、例えばソーダガラス、CaF₂、LiNbO₃、LaAlO₃、光ファイバ等の材質で構成される媒体である。この第１層２１には、所定のピッチｋで形状に改変が施された第１のスケール１１が形成されている。

図２は、この第１のスケール１１の正面図を示している。この第１のスケール１１は、ホログラムを形成する、いわゆる干渉縞として構成されている。この第１のスケール１１は、干渉縞の明暗パターンに従った凹凸を交互に形成させることにより具体化されるものである。

ちなみに、この第１のスケール１１は、あくまで伝搬光が照射された場合において、その回折及び反射によりホログラムとしての光学応答を示すように調整されている。このためには、この第１のスケール１１を構成する干渉縞のピッチｋを少なくとも上記照射される伝搬光の回折限界以上となるように構成している。このとき、第１のスケール１１のピッチｋは、伝搬光の波長λとしたときにλ/４以上で構成するようにしてもよい。

第１のスケール１１は、上述の如き凹凸を形成させる代わりに、材料の屈折率等を始めとした材質を交互に異ならせることにより、干渉縞を作り出すようにしてもよい。これによっても同様にホログラム素子を形成させることができ、伝搬光を照射することによりホログラムによる光学応答を発揮させることが可能となる。

第２のスケール１２は、微細な凹凸を形成させることによりその形状が、又は屈折率を互いに異ならせる等の処理を加えることによりその物性が、改変されている。また凹凸を施すことに加えて、単に凸部のみ又は凹部のみを設けることにより形状に改変を施すようにしてもよい。

図３は、この第２のスケール１２の正面図を示している。この第２のスケール１２は、後述する近接場光プローブを介して読み出し可能とされている。一般にこの近接場光プローブを介して情報を読み取る際には、読み取り面に対して近接場光を滲出させ、この滲出させた近接場光の戻り光を検出することによりこれを実行していくことになる。第２のスケール１２は、かかる近接場光プローブを介した読み出しを行うため、当該プローブから滲出され得る近接場光の滲出スポットに応じて情報が予め書き込まれている必要がある。

図３の第２のスケール１２においては、近接場光プローブからの滲出スポットに対応した読出領域７単位で情報の読み出しができるようにするため、当該読出領域７単位で微細な凹凸を形成させることによりその形状が、又は屈折率を互いに異ならせる等の処理を加えることによりその物性が、改変されている。この図３の例において、各読出領域７内には、凹部７１が設けられている。近接場光プローブの先端を各読出領域７に近接させて、近接場光による滲出スポットをこれら各読出領域７に形成させると、この凹部７１の形状や位置、配列、有無等により、各読出領域７から検出させる近接場光から互いに異なる光学応答が現れてくる。このため、これら近接場光を介した光学応答の差異を情報として取得することも可能となる。

図３の例では、読出領域７に形成すべき凹部７１の位置を互いに異ならせ、これに応じて互いに異なる近接場光の光学応答を発揮させることにより、これを情報として読み出し可能としている。ちなみに、この読出領域７の径Ｌは、伝搬光の波長に対して回折限界未満の径となるように構成している。また互いに隣接する読出領域７間の間隔ｍは、伝搬光の回折限界を超えていてもよい。図４は、読出領域７の間隔ｍを伝搬光の回折限界以上で配置した例を示している。読出領域７の間隔ｍを伝搬光の回折限界以上で配置されていても、読出領域７の径Ｌ自体が伝搬光の回折限界未満であれば、本発明所期の効果を奏することになる。

次に、上述の如き構成からなる第１のスケール１１、第２のスケール１２を備える階層型情報記録媒体１の作用効果について説明をする。

先ず図５に示すように、この階層型情報記録媒体１に対して伝搬光が照射された場合について説明する。この伝搬光に対しては、第１層２１において形成された第１のスケール１１のみが光学応答を示す。その理由として、第１のスケール１１を構成する凹凸は、照射された伝搬光に対する回折限界以上のピッチで構成されているため、これらを光学応答として検出することができるためであり、これに対して第２のスケール１２は、照射された伝搬光に対する回折限界未満の径で構成されているため、伝搬光の照射に対して光学応答を示さないためである。

仮に、ホログラム素子の干渉縞として構成される第１のスケール１１に対して、参照光として伝搬光を照射すると、当該伝搬光は第１のスケール１１によって回折及び反射されることになる。その結果、発生した回折光により、ユーザは干渉縞に基づく像を視認することが可能となる。

次に、図６に示すように階層型情報記録媒体１に対して近接場光を滲出させた場合について説明する。近接場光プローブ３の先端３１を第２層２２の表面２２ａに近接させ、エバネッセント波としての近接場光を滲出させる。

この滲出させた近接場光は、この先端３１から表面２２ａまでの間隔をｈとし、伝搬光の波長をλとしたとき、ｈ≦λ／４である場合において表面２２aに滲出されることになる。この近接場光の滲出領域を上述した読出領域７に合わせることにより、第２層２２における第２のスケール１２が読み出されることになる。

これに対して、第１層２１における第１のスケール１１は、伝搬光の波長の回折限界を超える径で形成されているため、近接場光を介して第１のスケール１１を読み取ることはできない。

このように本発明を適用した階層型情報記録媒体１は、伝搬光が照射された場合に第１のスケール１１のみが光学応答を示すことができ、近接場光が滲出された場合に第２のスケール１２のみが光学応答を示すことができることになる。

ここで階層型情報記録媒体１は、例えば図７に示すようなカード４に適用するようにしてもよい。カード４上に設けられた階層型情報記録媒体１から、ユーザは、デザイン５を肉眼により視認することができる。このデザイン５は、第１のスケール１１に基づくものである。即ち、デザイン５が伝搬光に対する光学応答として現れるように、この第１のスケール１１を第１層２１に形成させる。

しかしユーザは、このカード４上に設けられた階層型情報記録媒体１における第２のスケール１２に基づく光学応答を肉眼により視認することはできない。実際にこの第２のスケール１２に割り当てられている情報を読み取るためには、近接場光を階層型情報記録媒体１に滲出させる必要がある。実際には、上述したような近接場光プローブ３の先端３をこの階層型情報記録媒体１の表面に近接させ、近接場光を滲出させることにより、これを読み取ることが可能となる。

即ち、本発明に係る階層型情報記録媒体１をカード４へ適用することにより、カード４のセキュリティ性を向上させることが可能となる。例えば、このカード４をセキュリティゾーンへの立ち入り許可のために用いる場合には、先ず第１のスケール１１に基づく光学応答としてのデザイン５をあくまで視覚的な映像として係員が視認することにより、第１段階におけるセキュリティのチェックを行う。次に、このカード４における階層型情報記録媒体１を近接場光プローブに近接させることにより、第２のスケール１２に割り当てられている情報を読み取る。このとき、第２のスケール１２においてセキュリティに関する所定のキーワード等を予め割り当て、これを近接場光を利用して読み取ることにより、第２段階におけるセキュリティのチェックを行う。即ち、各段階において異種の光学応答を利用してセキュリティのチェックを行うことができることから、セキュリティ性の向上を図ることが可能となる。

特に、この階層型情報記録媒体１が適用されたカード４においては、第１のスケール１１までは、製造できたとしても、この光の回折限界未満のサイズからなる第２のスケール１２を製造することは困難を極めるため、カード４の複製版を容易に作り出すことができない。この複製版の製造困難性がこのカード４のセキュリティ性をより向上させることが可能となり、カード４を製品として付加価値を与えることも可能となる。

さらに、この階層型情報記録媒体１の他の応用例としては、宝石の表面に第２のスケール１２を形成させる形態がある。可視光を介して人の目に映る宝石の美観は、あくまで伝搬光に対する光学応答であり、宝石の表面加工が第１のスケール１１に相当する。これに加えて、宝石の表面に第２のスケール１２を形成させ、当該第２のスケール１２に対して所望の情報を割り当てておくことにより、近接場光を介して当該情報を読み出すことも可能となる。即ち、宝石という一つの製品に対して第１のスケール１１を介して美観を作り出すという機能と、第２のスケール１２を介して情報の伝達という機能を共に担わせることが可能となることから、宝石という製品自体に付加価値を与えることが可能となる。

また、この階層型情報記録媒体１の他の応用例としては、レンズの表面に第２のスケール１２を形成させる形態がある。レンズを介して人の目に映る像は、あくまで伝搬光に対する光学応答であり、レンズに施された表面加工等が第１のスケール１１に相当する。これに加えて、レンズの表面に微細な第２のスケール１２を形成させ、当該第２のスケール１２に対して所望の情報を割り当てておくことにより、近接場光を介して当該情報を読み出すことも可能となる。即ち、レンズという一つの製品に対して第１のスケール１１を介して肉眼で視認可能な像を作り出すという機能と、第２のスケール１２を介して情報の伝達という機能を共に担わせることが可能となることから、レンズ製品自体に付加価値を与えることが可能となる。

レンズ以外に、例えば化学や生物等の実験で使用するプレパラートに第２のスケール１２を形成させて、これに情報を割り当てておくことにより、プレパラートという製品自体に付加価値を創出することも可能となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば第２のスケール１２において、近接場光の滲出スポットのサイズに応じて複数階層に亘り情報を読み出し可能となるように構成してもよい。

図８は、近接場光プローブ３の開口３１の径を拡大させることにより、近接場光の滲出スポットの径を拡大させた例を示している。近接場光の滲出スポットの径の拡大に応じて、第２のスケール１２をより広範に読み出すことが可能となる。このため、第２のスケール１２において形成すべき読出領域７のサイズをより広範な領域で設定しておくことにより、かかる拡径化された開口３１を持つ近接場光プローブ３により情報を読み出すことが可能となる。

このとき、開口３１の小さい近接場光プローブ３と開口３１が拡大された近接場光プローブ３の双方により情報が読み出し可能なように第２のスケール１２を形成させるようにしてもよい。このためには、図３に示すように、開口３１の小さい近接場光プローブ３用の小さな読出領域７と、開口３１が拡大された近接場光プローブ３用の大きな読出領域８の２階層が第２のスケール１２上に形成されていることが必要になる。また、各階層においてそれぞれ光学応答の差異が明確に現れるように凹部７１を点在させる必要もある。図３に示すように、読出領域７間のみならず、読出領域８間で比較した場合においても、凹部７１の配置が異なることから、これを近接場光による光学応答の差異として識別することが可能となる。

なお、この近接場光プローブ３の開口３１の大きさを３段階以上に設定可能な場合には、上述した読出領域８が３階層以上に亘って第２のスケール１２上に形成されている必要がある。

以下、本発明を適用した階層型情報記録媒体１の実施例として、例えば図９に示すように、第１層２１としてホログラムシール２５を用いる場合を説明する。

ホログラムシール２５は、最下層において接着層２５ａが形成され、その上層から順に反射金属薄膜層２６、ホログラム形成層２７が積層されている。

反射金属薄膜層２６は、金、アルミニウム等の金属及びその酸化物、窒化物などを単独もしくは２種以上を組み合わせて形成する。上記の金属のうち、特に金を用いて反射金属薄膜層２６を形成することが望ましい。反射金属薄膜層２６は、蒸着法、スパッタリング・イオン・プレーティング法、ＣＶＤ法（化学気相成長法）等の方法や、めっきによって形成することができる。反射金属薄膜層２６の厚さは本実施例では２０〜４０ｎｍとした。この反射金属薄膜層２６には、上述した第１のスケール１１が形成されてなり、かかる第１のスケール１１のピッチｋは、伝搬光の波長λとしたときにλ/４以上で構成されている。また、この第１のスケール１１を構成する凹凸の高さの差分は、１〜１００um程度とされていることが望ましい。

ホログラム形成層２７は、例えば銀塩等の公知の写真材料、感光性樹脂、サーモプラスチック等の材料で形成することができる。また、賦型可能な合成樹脂、例えば、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂、不飽和ポリエステル、メラミン、エポキシ、ポリエステルメタクリレート、エポキシメタアクリレート等の熱硬化性樹脂を硬化させたもの、或いは、上記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物が使用可能である。

このような反射金属薄膜層２６、ホログラム形成層２７を形成させたホログラムシールに対して伝搬光を照射することにより、ホログラムよる光学応答を示すことになる。

次にこのホログラムシール２５の表面２５ｂには、第２層２２としてＡｕ薄膜２８が積層されている。即ち、この第２層２２は、第１層２１上に形成されていることになる。このＡｕ薄膜２８は膜厚４０ｎｍ程度まで堆積されている。また、このＡｕ薄膜２８の表面には、第２のスケール１２が形成されている。この第２のスケール１２は、収束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を用いてナノオーダまで加工されることにより作製される。この図９に示す例では、２００ｎｍ×２００ｎｍの矩形形状からなる凹部により構成する場合を想定している。

ちなみに、このＦＩＢ装置を用いる代わりに、周知のリソグラフィやインプリント方法を適用するようにしてもよいし、近接場光等を用いることで、ナノ構造を自己組織的に形成する技術を適用するようにしてもよい。

このような構成からなる階層型情報記録媒体１に対して、近接場光プローブ３の先端曲率半径５ｎｍからなる先端３１を近づけると、近接場光領域における光学応答が得られた。この近接場光領域における光学応答は、矩形形状からなる凹部の有無により明らかに差異が生じることが実際のイメージから示されていた。ちなみに、ナノオーダで構成される凹部の有無は、近接場光プローブを介してのみ識別できるものであって、単に階層型情報記録媒体１に伝搬光を照射したのみではこれを識別することができなかった。

本発明を適用した階層型情報記録媒体の構成を示す図である。 第１のスケールの正面図である。 第２のスケールの正面図である。 第２のスケールの他の形態について示す図である。 この階層型情報記録媒体に対して伝搬光が照射された場合について説明するための図である。 この階層型情報記録媒体に対して近接場光が照射された場合について説明するための図である。 本発明を適用した階層型情報記録媒体の応用例について説明するための図である。 近接場光プローブの開口の径を拡大させることにより、近接場光の滲出スポットの径を拡大させた例を示す図である。 本発明を適用した階層型情報記録媒体の実施例について説明するための図である。

符号の説明

１ 階層型情報記録媒体
３ 近接場光プローブ
７ 読出領域
１１ 第１のスケール
１２ 第２のスケール
２１ 第１層
２２ 第２層
３１ 先端
７１ 凹部

Claims (5)

1. 照射される伝搬光の波長に対して回折限界以上のピッチで媒体の形状又は物性に改変が施された第１のスケールと、
   上記伝搬光の波長に対して回折限界未満の径からなる近接場光の滲出スポットに対応した読出領域単位で媒体の形状又は物性に改変が施された第２のスケールとを備え、
   上記伝搬光が照射された場合に上記第１のスケールのみが光学応答を示し、上記近接場光が滲出された場合に上記第２のスケールのみが光学応答を示し、
   上記第１のスケールは、上記照射される伝搬光を回折及び反射するホログラムシールであり、
   上記第２のスケールは、上記第１のスケールとしてのホログラムシール表面に積層されたＡｕ薄膜に凹凸を設けることにより構成されていること
   を特徴とする階層型情報記録媒体。
2. 上記第１のスケール及び／又は上記第２のスケールは、凹凸を設けることにより上記媒体の形状に改変が施されていること
   を特徴とする請求項１記載の階層型情報記録媒体。
3. 上記第２のスケールにおける上記読出領域は、上記近接場光を滲出させる近接場光プローブのコアの径に基づいて決定されていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の階層型情報記録媒体。
4. 上記第２のスケールは、上記読出領域単位で点在させた凸部又は凹部の形状、位置、有無の何れかを介して情報が記録されていること
   を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の階層型情報記録媒体。
5. 上記第２のスケールは、近接場光の滲出スポットのサイズに応じて複数階層に亘り情報を読み出し可能となるように凸部又は凹部を点在させてなること
   を特徴とする請求項４記載の階層型情報記録媒体。

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