(57)【要約】【課題】  周期性の低い乱数を生成することができる乱数発生装置を提供する。【解決手段】  ランダムなナノメートル規模の表面形状を有する膜３と、膜３の表面形状を観察する観察手段４と、観察された表面形状の情報に基づいて乱数を演算する演算部５と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2006099403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダムなナノメートル規模の表面形状を有する膜と、
該膜の表面形状を観察する観察手段と、
観察された表面形状の情報に基づいて乱数を演算する演算部と、
を備えることを特徴とする乱数発生装置。
【請求項２】
前記膜と前記観察手段とを相対移動させる移動手段を備え、
該移動手段が、前記表面形状を観察するごとに前記膜と前記観察手段との相対位置を変えることを特徴とする請求項１記載の乱数発生装置。
【請求項３】
前記膜が、自己組織化する樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の乱数発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乱数発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度な科学技術計算や暗号化処理技術等の乱数を使用する技術の普及により、乱数データに前後関係、規則性、周期性がない乱数を発生することができる乱数発生装置の需要が高まりつつある。
上述の乱数発生装置としては、ノイズやシフトレジスタなどの論理回路の計算などから乱数を発生させる技術が提案されている（例えば、特許文献１または２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１７１５４９号公報
【特許文献２】特開２００３−１２２５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されているノイズを用いた方法や、特許文献２に開示されているシフトレジスタの論理回路の計算には一定の周期性を持った信号が存在している。そのため、この信号を用いて得られた乱数にも、ある種の周期性が存在するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、周期性の低い乱数を生成することができる乱数発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の乱数発生装置は、ランダムなナノメートル規模の表面形状を有する膜と、該膜の表面形状を観察する観察手段と、観察された表面形状の情報に基づいて乱数を演算する演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、観察手段により取得された膜の表面形状の情報に基づいて乱数を発生させることができる。演算部がランダムな表面形状に基づいて乱数を演算するため、得られた乱数の周期性を低くすることができる。
また、観察する膜を交換することにより、異なる乱数を容易に得ることができる。
なお、膜の材料としては、ナノメートル規模のランダムな表面形状を形成することができる材料であればよく、有機材料であっても、無機材料であってもよい。
【０００７】
また、上記発明においては、前記膜と前記観察手段とを相対移動させる移動手段を備え、該移動手段が、前記表面形状を観察するごとに前記膜と前記観察手段との相対位置を変えることが望ましい。
本発明によれば、移動手段により、観察手段による膜の観察領域を変更することができる。そのため、膜と観察手段とを相対移動させる前に取得された表面形状情報とは異なる表面形状情報を得ることができ、異なる表面形状情報を用いて異なる乱数を発生させることができる。
【０００８】
さらに、上記発明においては、前記膜が、自己組織化する樹脂から形成されていることが望ましい。
本発明によれば、膜を自己組織化する樹脂から形成することにより、ナノメートル規模の凹凸形状を有する表面形状を形成することができる。
また、自己組織化により形成されるパターンは無数に存在するため、使用する表面形状のパターンが偶然一致する可能性は低く、同一の乱数が発生することを防止することができる。
樹脂としては、複数の成分からなるブロック共重合体でもよいし、単一の成分からなるものでもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の乱数発生装置によれば、演算部がランダムな表面形状に基づいて乱数を演算するため、得られた乱数の周期性を低くすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の第１の実施形態に係る乱数発生装置について、図１から図５を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る乱数発生装置の概略を説明する図である。
乱数発生装置１は、図１に示すように、基板２の上に配置された膜３と、膜３の表面形状を観察する形状測定部（観察手段）４と、観察された膜３の表面形状に基づいて乱数を算出する演算部５と、から概略構成されている。
【００１１】
基板２は略円板状に形成された板材からなり、その上面に自己組織化する樹脂からなる膜３が成膜されている。また、基板２には、基板２をその中心軸周りに回転させる回転モータ６と、基板２と回転モータ６とをその半径方向に移動させる駆動部（移動手段）７と、が配置されている。
【００１２】
膜３は、成膜する毎に異なる表面形状（表面組織）を示すもの、具体的には自己組織化する樹脂から形成された膜であり、その表面にはランダムなナノメートル規模の表面形状が形成されている。
膜３の材料としては、両親媒性化合物や樹脂（ブロック共重合体や、疎水性ポリマーなど）などを用いることができる。
また、ブロック共重合体の各成分の配合比率などは、特に限定されるものではない。
【００１３】
ここで、ランダムな表面形状について、図２から図４を用いて説明する。
図２は膜の表面形状を形状測定部４で観察したときの強度分布を説明する図であり、図２（ａ）はランダムな表面形状の強度分布を説明する図であり、図２（ｂ）は規則的な表面形状の強度分布を説明する図である。図３は図２に示す強度分布図から得られたパワースペクトラムを説明する図であり、図３（ａ）はランダムな表面形状のパワースペクトラムを説明する図であり、図３（ｂ）は規則的な表面形状のパワースペクトラムを説明する図である。図４は図３に示すパワースペクトラムの強度を縦軸に表した図であり、図４（ａ）はランダムな表面形状の図であり、図４（ｂ）は、規則的な表面形状の図である。
【００１４】
ランダムな表面形状は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、規則的な表面形状の強度分布と比較して、その強度分布に規則性がなく、ばらばらになっている。この状態をパワースペクトラムにより表したのが図３（ａ），（ｂ）である。ランダムな表面形状の場合は、図３（ａ）に示すように、点線で示される円Ｃの円周全体に分散したリング状のパワースペクトラムになる。規則的な表面形状の場合は、図３（ｂ）に示すように、円Ｃの円周上の所定位置に集中したドット状のパワースペクトラムとなる。
【００１５】
本明細書においては、上述のパワースペクトラムの円Ｃ上の強度分布に基づいて、膜の表面形状がランダムか否かを規定する。
図４（ａ）に示すように、ランダムな表面形状の場合、円Ｃ上の強度分布の最小値Ｉ１ｍｉｎと、最大値Ｉ１ｍａｘと、の比（Ｉ１ｍａｘ）／（Ｉ１ｍｉｎ）が小さくなる。ここでは、（Ｉ１ｍａｘ）／（Ｉ１ｍｉｎ）が２よりも小さくなる場合を表面形状がランダムになっていると規定する。
逆に、図４（ｂ）に示すように、規則的な表面形状の場合、円Ｃ上の強度分布の最小値Ｉ２ｍｉｎと、最大値Ｉ２ｍａｘと、の比（Ｉ２ｍａｘ）／（Ｉ２ｍｉｎ）が小さくなる。ここでは、（Ｉ２ｍａｘ）／（Ｉ２ｍｉｎ）が２以上になる場合を表面形状が規則的になっていると規定する。
【００１６】
形状測定部４としては、例えば走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）を用いることができる。
【００１７】
次に、上記の構成からなる乱数発生装置１における乱数発生方法について説明する。
まず、回転モータ６により基板２を回転させながら、形状測定部４により膜３の所定円周上の表面形状を観察し、表面形状データを演算部５に出力する。演算部５は、入力された表面形状データに基づき演算により乱数を発生させる。
演算部５において行われる演算としては、例えば、表面形状データに応じて１から９の数字を割り振り、得られた数列を乱数とする方法や、前述の方法で得られた数列を所定の論理演算により変換して得られた数列を乱数とする方法や、表面形状データを所定の閾値により２分し、閾値より高いか低いかにより０，１の数字を割り振り、得られた数列を乱数とする方法などを挙げることができる。
【００１８】
図５は、本実施形態における膜３の表面形状の観察経路を説明する図である。
形状測定部４は、図５（ａ）に示すように、同一円周上を１回転した後に、駆動部７により基板２を半径方向に所定距離移動させ、異なる半径の円周上を観察することを繰り返す観察経路Ｐ１を通って、表面形状を観察する。
なお、上記の観察経路Ｐ１のほかにも、図５（ｂ）に示すように、回転モータ６と駆動部７とを同時に制御し、膜３の表面形状を螺旋状に観察する、観察経路Ｐ２を採用してもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、形状測定部４により取得された膜３のランダムな表面形状データに基づいて演算部が乱数を演算するため、得られた乱数の周期性を低くすることができる。
また、自己組織化により形成される表面形状パターンは無数に存在するため、異なる膜３の間で表面形状のパターンが偶然一致する可能性は低く、同一の乱数が発生することを防止することができる。
【００２０】
回転モータ６と駆動部７とにより、形状測定部４による観察経路を所定の経路に変更することができる。そのため、同一の膜３を用いて異なるさまざまな表面形状データを得ることができ、これら表面形状データを用いて異なる乱数を発生させることができる。
【００２１】
なお、膜３は基板２とともに交換可能とされていてもよい。このような構成により、膜３の全面の表面形状データを用いてしまっても、新たな膜３を乱数発生装置１に配置することにより、新たな異なる乱数を発生させることができる。
【００２２】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図６および図７を参照して説明する。
本実施の形態の乱数発生装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、基板およびその周辺の構成が異なっている。よって、本実施の形態においては、図６および図７を用いて基板およびその周辺の構成のみを説明し、演算部等の説明を省略する。
図６は、本実施形態に係る乱数発生装置の構成を説明する図である。
なお、第１の実施形態と同一構成要素には、同一符号を付しその説明を省略する。
乱数発生装置５１の基板５２は、図６に示すように、略矩形状に形成された板材からなり、その上面に自己組織化する樹脂からなる膜３が成膜されている。また、基板５２には、基板５２を回転移動させる回転部５６と、基板５２および回転部５６をＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動制御するＸＹステージ（移動手段）５７と、が配置されている。
【００２３】
次に、上記の構成からなる乱数発生装置５１の乱数発生方法について説明する。
まず、ＸＹステージ５７により基板５２をＸ軸方向に移動させながら、形状測定部４により膜３の表面形状を観察し、表面形状データを演算部５に出力する。演算部５は、入力された表面形状データに基づき演算により乱数を発生させる。
【００２４】
図７は、膜３の表面形状の観察経路を説明する図である。
形状測定部４は、図７（ａ）に示すように、膜３の表面形状を＋Ｘ軸方向に移動し、その後、＋Ｙ軸方向に所定距離移動して−Ｙ軸方向に移動する観察経路Ｐ３を通って表面形状を観察する。
さらに、膜３の全面を測定した後に、図７（ｂ）に示すように、回転部５６により基板５２を所定角度回転させ、新たな観察経路Ｐ４に沿って表面形状を観察する。
【００２５】
上記の構成によれば、回転部５６により膜３を回転移動させることができ、膜３の観察経路を変更することができる。そのため、同一の膜３を用いて異なるさまざまな表面形状データを得ることができ、これら表面形状データを用いて異なる乱数を発生させることができる。
【００２６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、形状測定装置がＳＰＭより構成されているものに適用して説明したが、光回折やＸ線回折を用いて表面形状情報を得る装置など、その他各種の装置を適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る乱数発生装置の概略を示す図である。
【図２】膜の表面形状を形状測定部で観察したときの強度分布を示す図である。
【図３】図２の強度分布図から得られたパワースペクトラムを示す図である。
【図４】図３のパワースペクトラム上の強度分布を示す図である。
【図５】本実施形態における膜の表面形状の観察経路を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る乱数発生装置の概略を示す図である。
【図７】本実施形態における膜の表面形状の観察経路を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，５１  乱数発生装置
３  膜
４  形状測定部（観察手段）
５  演算部
７  駆動部（移動手段）
５７  ＸＹステージ（移動手段）
【図１】
2006099403.tif 000003
【図２】
2006099403.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006099403.tif 000006
【図５】
2006099403.tif 000007
【図６】
2006099403.tif 000008
【図７】
2006099403.tif 000009