(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスであって、
認識可能な画像を含むパターンを提供するように前記デバイスの反射率を変更する固体状の材料（１０）の層と、
リフレクタ（１２）と、を備え、
前記材料（１０）は、少なくとも２つの安定した値の間で切り替え可能な屈折率を有する相変化材料であって、前記パターンは、前記材料（１０）の層内の異なる領域の屈折率を、前記異なる領域における相変化材料の切り替えによって設定することで定められ、
前記リフレクタ（１２）は、前記リフレクタ（１２）とアクセス面１８との間に他のリフレクタが配置されることなく、背面リフレクタとして機能するように構成されているとともに、光を透過する固体スペーサ層（１４）によって前記材料（１０）の層から隔てられており、
前記アクセス面１８は、前記光学デバイスが前記認識可能な画像を提供すべく、光が前記アクセス面１８を通って入射し、前記アクセス面１８を通って出て行くように構成されており、
前記固体スペーサ層（１４）は前記リフレクタ（１２）と前記アクセス面（１８）との間に配置されており、
前記材料（１０）の層の厚さが２０ｎｍ未満であること、及び／又は前記リフレクタ（１２）と前記材料（１０）の層との距離間隔が前記スペーサ層（１４）の厚さに等しく、かつ前記スペーサ層の厚さが１０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内であることを特徴とする、光学デバイス。
【請求項２】
前記材料（１０）の屈折率は、電気的に、熱的に又は印加された光によって切り替え可能である、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記材料（１０）の屈折率は、少なくとも２つの安定した値の間で可逆的に切り替え可能である、請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記光学デバイスの一部の反射率は、当該部分における前記材料（１０）の層の屈折率を切り替えることによって、少なくとも３つの異なる値の何れかに設定可能である、請求項１〜３の何れかに記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記材料（１０）は、ＧｅＳｂＴｅ、ＶＯｘ、ＮｂＯｘ、ＧｅＴｅ、ＧｅＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｅ、ＳｂＴｅ、ＴｅＧｅＳｂＳ、ＡｇＳｂＳｅ、ＳｂＳｅ、ＧｅＳｂＭｎＳｎ、ＡｇＳｂＴｅ、ＡｕＳｂＴｅ及びＡｌＳｂの組み合わせのリストから選択される元素の組み合わせに係る化合物又は合金を備え、任意に、前記リストからの元素の組み合わせに係る複数の化合物又は複数の合金の混合物、及び／又は、Ｃ又はＮ等の少なくとも１つのドーパントを更に備える、請求項１〜４の何れかに記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記材料（１０）はＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５を備える、請求項１〜５の何れかに記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記材料（１０）の層は光吸収体層である、請求項１〜６の何れかに記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記スペーサ層（１４）は圧縮可能材料、好ましくはエラストマ材料を備える、請求項１〜７の何れかに記載の光学デバイス。
【請求項９】
複数の対の層を備え、前記複数の対の層の各々は、前記光学デバイスの反射率を変更する固体状の材料（１０）の層と、スペーサ層（１４）と、を備え、前記複数の対の層は、スタック状に連続して配列されている、請求項１〜８の何れかに記載の光学デバイス。
【請求項１０】
前記材料（１０）に電流を流すように構成された集積化電極を更に備える、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記集積化電極は画素化されている、請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１２】
前記材料（１０）の層上に位置するキャッピング層（１６）を更に備える、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記スペーサ層（１４）及び前記キャッピング層（１６）は、インジウムスズ酸化物で形成されている、請求項１２に記載の光学デバイス。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れかに記載の光学デバイスを備える、セキュリティマーク又は装飾品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学記憶媒体、光学セキュリティマーク及び光学力センサ等の種々の分野での応用を伴う光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＣＤ、ＤＶＤ及びブルーレイ（登録商標）等の光学記憶媒体においては、かなりの発展がなされてきている。これらの媒体の記憶密度を高めて記憶容量を増大するために、製造業者は、「ビット」のサイズ（即ち情報の各ピースを記録するために用いられる媒体のスポット又は領域のサイズ）に注力してきた。従って、例えばブルーレイ（登録商標）用の４０５ｎｍ等のように、情報を記録又は再生するためのより短い波長の光へ移行するようになっている。これらの媒体では、情報の複数ビットを記録するための種々の状態を表す種々の反射率を有する複数の相の間を切り替え可能な相変化材料（ＰＣＭ）を用いる書き換え可能（ＲＷ）バージョンが利用可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、書き換え可能媒体の技術では、相の間での反射率変化が例えば３０％等と小さく、ビットあたりの面積が減少するのに従って再生信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下し、記憶された情報を信頼性の高い状態で読み出すことが困難になるという問題がある。これらの媒体の記憶密度は、その時点で限界となる。
【０００４】
また、光学記憶媒体で用いられるＰＣＭは比較的高価であるため、ＰＣＭの量を減らすことが望ましい。しかし、より少ないＰＣＭを用いると、２つの相の間での反射率コントラストが低下し、再生の信号対雑音比が劣化するという問題がある。
【０００５】
他の分野では、検出するのがより困難であり、偽造するのがより困難であり、書き換え可能なセキュリティマーク(security marks)を提供するという要望がある。
【０００６】
本発明は上述の問題に鑑みて創作されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明は、光学デバイスであって、前記デバイスの反射率を変更する固体状の材料の層と、リフレクタと、を備え、前記リフレクタは、光を透過する固体スペーサ層によって前記材料の層から隔てられている、光学デバイスを提供する。
【０００８】
また、本発明に係る光学デバイスを備える光学記憶媒体、セキュリティマーク、力センサ又は装飾品が提供される。
【０００９】
更に、本発明は、記録装置及び再生装置を提供する。
【００１０】
随意的な更なる特徴は従属請求項において定められる。
【００１１】
本明細書を通して、「光学」及び「光」という用語は、電磁放射に関連する技術における通常の用語であるとの理由で用いられているが、本明細書との関連において、これらの用語が可視光に限定されるものではないことが理解される。本発明は、赤外光及び紫外光等の可視スペクトルの外側の波長においても利用され得ることを想定している。
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の種々の実施形態を例示のみを目的として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学デバイスの一部の模式的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る記録媒体の透過性スペーサ層の種々の厚みでの波長に対する反射率のパーセント変化のプロットを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る記録媒体の相変化材料層の種々の厚みでの波長に対する反射率のパーセント変化のプロットを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る記録／再生装置の模式図である。
【図５】本発明の更なる実施形態に係る光学デバイスの一部の模式的な断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る光学デバイスの一部の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明する光学デバイスの第１実施形態は、光学記憶媒体である。図１を参照して、この光学記憶媒体を説明する。図１は、断面における層状構造を示す図である。固体状の材料１０の部分は、層状に設けられている。この層の材料は、光パルスの印加により永続的に、しかしながら可逆的に変化可能な屈折率を有している。相変化材料(phase change material)（ＰＣＭ）としても知られるかかる材料は、非晶質相及び結晶質相の間で切り替わった場合に屈折率の実部及び虚部の両方で大きな変化を受ける。好ましい実施形態では、材料はＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５（ＧＳＴ）である。
【００１５】
材料１０の部分はリフレクタ１２上に設けられており、リフレクタ１２は、本実施形態では例えば白金又はアルミニウム等の金属の層である。材料１０とリフレクタ１２との間にはスペーサ層１４が挟まれている。材料層１０の上部にはキャッピング層１６が設けられている。この特定の実施形態においては、キャッピング層１６の上面１８が記録媒体の光学アクセス面を構成しており、リフレクタ１２は背面リフレクタである。光は、図１の矢印で示されるように、アクセス面１８を通って入射し、アクセス面１８を通って出て行く。しかし、材料層１０の屈折率及びスペーサ１４の厚みに依存する干渉効果により、反射率は、後で更に説明するように、光の波長の関数として大きく変化する。
【００１６】
スペーサ１４及びキャッピング層１６の両方は光学的に透過性であり、理想的には可能な限り透明である。以下のいくつかの例では、スペーサ１４及びキャッピング層１６は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で作製されるが、これらが導電性であることは必須ではないし、同じ材料から作製されることも必須ではない。他の適切な材料としてＳｉＯ２−ＺｎＳ及びポリマー材料が挙げられるが、任意の固体透明材料又は固体半透明材料も使用可能である。
【００１７】
図１の全体構造を、ガラス材料又はプラスチック材料等の基板（図示せず）上、例えば約１ｍｍ厚のポリカーボネートディスク上に設けることができる。それぞれの層は、例えば相変化材料１０、ＩＴＯ、ＳｉＯ２等の無機材料層の場合に、スパッタリングを用いて堆積させられる。スパッタリングは、１００℃という比較的低い温度で行うことができる。ポリマー層は、スピンコーティング及び硬化により形成され得る。必要に応じて追加的な層が記録媒体のために設けられてもよい。
【００１８】
好ましい実施形態では、ＧＳＴから構成される材料層１０の厚さは、１００ｎｍ満であり、好ましくは１０ｎｍ未満（例えば６又は７ｎｍ）である。スペーサ層１４は、後述するように、必要とされる波長特性及び光学的特性に応じて、典型的には１０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内の厚みを有する。キャッピング層１６の厚さは、例えば２０ｎｍである。一例におけるリフレクタの厚さは１００ｎｍである。
【００１９】
本実施形態においてはＧＳＴである層１０の材料は、誘起された可逆的な相変化を受けることができる。層１０の材料は、非晶質状態で堆積させられる。レーザ光源からの光パルスが材料の小さな部分を加熱すると、その小さな部分を結晶化することができ、これにより、非晶質部分に対してコントラストを有する情報を書き込むことができる。材料を瞬間的に溶かして、再び非晶質相へと急冷するために、より高い強度でより速い光パルスが用いられる。記録媒体を製造する場合には、層１０の相変化材料が最初に完全に結晶（多結晶）になるように熱処理等の処理を行うことも可能であり、次いで材料の部分を非晶質相に変換する光ビームによって情報が書き込まれる。
【００２０】
前述したように、材料が非晶質相と結晶質相との間で切り替わると、屈折率が大きく変化する。材料は何れかの状態で安定である。切り替えは、事実上無制限の回数だけ行うことができる。しかし、切り替えが可逆的であることは本質的ではなく、例えば、容易に反転し得ない変化を用いて「ライトワンス(write-once)」記録媒体を製造することもできる。
【００２１】
図２及び図３は、全てＳｉＯ２基板上にある、２０ｎｍ厚のＩＴＯキャッピング層１６と、ＧＳＴ相変化材料層１０と、ＩＴＯスペーサ層１４と、１００ｎｍの白金リフレクタ１２と、を備える記録媒体のためのいくつかの例示的な層のスタックに対する結果である。図２は、層１０の結晶質状態と非晶質状態との間での光学的反射率のパーセント変化（Ｒｃｒｙ−Ｒａｍｏ）×１００／Ｒａｍｏを示し、Ｒｃｒｙは材料層１０が結晶質状態にあるときの媒体の反射率であり、Ｒａｍｏは材料層１０が非晶質状態にあるときの媒体の反射率である。光学的反射率の変化は、各波長に対する２つの状態の間の観察可能な一定のコントラストを有効に与える。プロットは複数のスペクトルであり、スペーサ層１４のいくつかの異なる厚みｔに対する応答を示しており、この場合においては、スペーサの厚みが５０ｎｍ〜１８０ｎｍの５つのサンプルに対してのものであり、全てのＧＳＴ層１０の厚さは７ｎｍである。図から分かるように、特定の波長域で非常に大きな反射率の変調が得られており、この変調は、スペーサ層１４の厚さを選ぶことによって選択可能である。スペーサ層の厚みと、反射率を感知するために用いられる光の波長と、の組み合わせは、大きなコントラストを提供するように選択されており、例えば５６０ｎｍ周辺の波長の読み出しレーザに対しては、これらの材料のためのスペーサ層の厚さは、約１５０ｎｍに設定されている。このようにして、媒体上に記録された「明るい」スポットと「暗い」スポットとの間で良好なコントラストが得られる。
【００２２】
図３は、例えばＧＳＴ層の３つの異なる厚み２０ｎｍ、１１ｎｍ及び７ｎｍに対する、層１０の結晶質状態と非晶質状態との間での光学的反射率のパーセント変化を示す図である。何れの場合にもスペーサ層の厚さは１５０ｎｍである。図から分かるように、７ｎｍ厚のＧＳＴ層に関して約５６０〜５７０ｎｍの間で反射率の非常に大きなコントラストがあるが、厚めのＧＳＴ膜に関しては、コントラストが大幅に減少している。従って、この場合には、従来用いられていたものよりも少ない相変化材料を用いて光学的性能を高めることができる。
【００２３】
全ての実施形態に適用可能な更なる改良では、層１０の材料は、完全な結晶質状態と完全な非晶質状態との間で単純に切り替えられる必要がない。例えば２０％結晶質、４０％結晶質等の複数相の混合物が得られてもよい。部分的な結晶化は、切り替えに際して最大光強度及びパルス持続時間を単純に制限することによって達成される。結果としてもたらされる材料の有効屈折率は、部分的な結晶化の程度に応じて、完全な結晶質と完全な非晶質との両極端の間のどこかである。４段階から８段階の区別可能な混合相であって、対応する数の異なる検出可能な反射率を有する混合相を容易に得ることができるが、適切な制御によって、当該数を例えば１２８等の更に高い値にすることができる。反射率の８つの離散レベルを用いることは、記録媒体上の各スポット又は各部分が４ビットの情報（１ビットあたり２つのレベル）を記録可能であることを意味し、これにより、各スポット又は各ビットに対して２つの反射率（非晶質及び結晶質）だけを用いる場合と比較して、記録密度を４倍にすることができる。より多数のレベルは、それに対応してより高い記録密度を提供する。
【００２４】
図４は、本発明の一実施形態に係る光学記録媒体を用いる記録／再生装置の模式図である。この場合、記録媒体は、ディスク４０の形態にある。ディスク４０上に光のスポットをフォーカスするために、光源４２及び関連する光学部品４４が配置されている。この図では、記録媒体の各層は図１に示されるものであり、光学アクセス面１８はディスク４０の上面であるが、各層及びディスクは、ディスク４０の下方からの光学アクセスに対応して反転されてもよい。
【００２５】
ディスク４０をその軸の周りに回転させるモータ及びスピンドル（図示せず）を制御すると共に、ディスクの半径方向に光源４０及び光学部品４４を動かすアクチュエータ（図示せず）を制御してディスクの任意の部分にアクセスするために、制御器４６が設けられている。ディスクの回転速度を制御し、光学部品４４の焦点を記録媒体上に設定するために、当該技術分野で知られているようなフィードバック制御が用いられている。多重層の相変化材料層が同一ディスク上に設けられて多重層記録を提供する場合には、制御器４６は、必要な層に光学部品４４がフォーカスするように光学部品４４を調節することもできる。
【００２６】
光源４２は、例えば、特定の記録媒体（図２及び図３参照）の相変化材料層１０の結晶質相と非晶質相との間での反射率の大きな変化を与える波長に対応する波長の実質的な単色光を放射するレーザダイオードを備える。ディスクからデータを読み出すためには、光源の強度を、相変化材料層１０の相に影響を与えるためのスレッショルドを下回るように制御する。装置は、ディスク４０が回転させられ、光源４２からの光でプローブされる場合にディスク４０で反射した光を感知するために、例えばビームスプリッタ及び光検出器等の更なる光学部品（図示せず）を備える。検出器からの信号は制御器４６に渡され、制御器４６において当該分野で知られるような信号処理を受けて、ディスク上に記録された情報の出力が得られる。
【００２７】
相変化材料の連続的な均一層１０をディスクに設けることができる。また、相変化材料は、特定の領域若しくはトラック上にのみ堆積させられてもよいし、ディスクに対する読み出し及び記録をサポートするために特定のトラックにパターニングされてもよい。任意に、ディスクに対する読み出し及び記録のために制御器４６が光学部品４４を案内して位置決めするのをサポートするためのトラックを定めるためのマークであって、ディスク４０の基板内に予め定められた例えばピット又はリッジ等の追加的なマークが設けられてよい。
【００２８】
ディスク４０上に情報を記録するために、読み出しに用いられたものと同じ光源４２を用いることができるが、出力パワーは、層１０の相変化材料の結晶化、部分的結晶化又は非晶質状態（及び従ってその屈折率）に影響するように制御器によって調節される。ディスクが光学部品４４に対して動かされるのにつれて結果として得られる反射率の値は、ディスク上に書き込まれるデータに対応するものとなる。記録のための光パワーは、典型的には約１０ｍＷである。代替的には、ディスクへの書き込みのために異なる光源が用いられてもよく、書き込みのための光波長が、ディスクからデータを読み出すために用いられる波長と同じである必要はない。
【００２９】
言うまでもなく、元のデータは、当該分野でよく知られる誤り訂正コーディング、ランレングス制限コーディング（例えば８−１４変調(eight-to-fourteen modulation)、ＥＦＭ）及び他の技術によるものを受けていることがあるので、記憶媒体上に記録された反射率のパターンは、元のデータのビットに直接的に対応している必要がないことが理解される。記憶媒体から情報を読み出す場合には、必要に応じて復調及び復号がなされて元のデータを回復する。
【００３０】
上述した実施形態は、層１０の相変化材料としてＧＳＴ（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）を参照して説明したが、このことは本発明にとって本質的ではなく、ＧｅＳｂＴｅ、ＧｅＴｅ、ＧｅＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｅ、ＳｂＴｅ、ＴｅＧｅＳｂＳ、ＡｇＳｂＳｅ、ＳｂＳｅ、ＧｅＳｂＭｎＳｎ、ＡｇＳｂＴｅ、ＡｕＳｂＴｅ及びＡｌＳｂのリストから選択される元素の組み合わせに係る化合物又は合金を含む多くの他の適切な材料が単独で又は組み合わせにおいて利用可能である。また、これらの材料の種々の化学量論的形態も可能であり、例えばＧｅｘＳｂｙＴｅｚが挙げられ、他の適切な材料は、Ａｇ３Ｉｎ４Ｓｂ７６Ｔｅ１７（ＡＩＳＴとしても知られる）である。他の適切な材料としては、任意の所謂「モットメモリスタ(Mott memristors)」（特定の温度で金属から絶縁体への遷移(metal-to-insulator transition；ＭＩＴ)を受ける材料）、例えばＶＯｘ又はＮｂＯｘが挙げられる。更に、材料は、例えばＣ又はＮ等の１つ以上のドーパントを備えることもできる。
【００３１】
本発明を採用した光学記録媒体は、高い記録密度及び可読性に対する優れたコントラストを有する一方で、従来の製造技術を用いて製造することができる。
【００３２】
本明細書に記載された実施形態は、材料層が結晶質相及び非晶質相等の２つの状態の間で切り替え可能であることに言及したが、任意の２つの固相の間で変質してもよく、そのような例としては、限定はされないが、結晶質から他の結晶質若しくは準結晶質への変質又はその逆、非晶質から結晶質若しくは準結晶質／半秩序(semi-ordered)への変質又はその逆、及び、中間の全ての形態が挙げられる。また、実施形態は、単に２つの状態に限定されない。
【００３３】
切り替えのメカニズムは、レーザから印加された光パルスに限定されず、レーザ又は他のソースからの任意の電磁場誘起の加熱であってもよいし、電気パルス誘起の加熱であってもよいし（材料に電流を流すために複数の集積化電極が設けられている場合には、画素化が可能である）、熱による加熱（例えば、相変化材料に熱接触する隣接層の電気抵抗加熱を用いるもの）であってもよい（デバイスを走査し所望の領域を局所的に加熱する電流を流すために、原子間力顕微鏡(atomic-force microscope)（ＡＦＭ）チップを用いることができる）。
【００３４】
光学デバイスの更なる実施形態は、前述した構造に１つ以上の追加的な相変化材料層１０及びスペーサ層１４を設けて多層スタックを作製するものである。２層及び３層の各々の相変化材料層の例を図５及び図６に示す。前述したように、スペーサ層の厚みが、スタックの反射スペクトルにおけるピーク波長（即ち、中央の反射色）を定める。この実施形態のように交互の層を繰り返すことによって、反射率ピークの幅を減少させて、より波長（色）特異的(wavelength (color) specific)なものとすることができる。しかし、より多くの層が追加されるのに従って吸収損失も増加するので、相変化材料層の好ましい数は、２又は３である。
【００３５】
多層スタック光学デバイスにおいては、各層の厚みは、技術者が望む光学特性に対して互いに独立して選択することができる。例えば、各相変化材料層１０の厚みは、スペクトルの全域で材料１０の異なる状態又は異なる相の間での反射率におけるコントラストを決定する。各材料層の相を独立して切り替える／選択することによって、複数の多重色の組み合わせ（複数の反射スペクトル）を得ることができる。例えば、２層の相変化材料層の場合には、Ａｍ−Ａｍ、Ｃｒｙ−Ａｍ、Ａｍ−Ｃｒｙ及びＣｒｙ−Ｃｒｙの組み合わせによって、４つの異なる見かけ上の反射色を得ることができる（ここで、記号Ａｍは非晶質、Ｃｒｙは結晶質を表し、記号のペアは２層に対応する）。各層は、スタック内の適切な深さにレーザの焦点を合わせることによって、個別の書き込み及び読み出しが可能である。
【００３６】
尚、上記実施形態の何れにおいても、１つ以上の層１０における相の切り替えがある場合には、最大反射率となる波長にシフトが生じるので、観察可能な色が変化する。しかし、ピーク近傍の波長間での反射率コントラストは、特に大きいことがないであろう。最大コントラスト（上記において定めた反射率の変化）は、ピークから離れた波長で生じるであろうし、この特性を、後で説明するように利用可能である。
【００３７】
上述した任意の実施形態の更なる特性は、反射スペクトルが光入射角及び光偏光の関数である点にある。
【００３８】
（応用）
ここでの任意の実施形態に係る光学デバイスは、セキュリティマークとして用いることができ、例えば物品、包装、ＩＤバッジ／パス、銀行／クレジットカード等に適用することができる。パターンは、異なる領域の結晶学的状態を設定することによって、相変化材料層（又は複数層）内に記憶することができる。パターンは、単に認識可能な画像であってもよいし、例えばバーコード、ＱＲコード（登録商標）又は他の適切なコードの形態等で特定の情報を符号化していてもよい。パターンは、複製することが困難な光学デバイスに固有の所定の色変化又はスペクトル応答に依存し得るので、本質的ではない。
【００３９】
一実施形態では、セキュリティマークは、例えばスマートラベル又はＩＤフィルム等のフレキシブル基板上に存在し、フレキシブル基板を湾曲させることによって、色の既知の変化を見せることができ、あるいはパターンを警備担当者に提示することができる。色の変化及び／又はパターンの提示が生じるのは、デバイスを湾曲させることによって各層、特にスペーサ層の厚みが変更されて、例えば図１の構造のスペクトル反射率応答が変化するからである。
【００４０】
他の実施形態では、マークは極めて小さく（サブミクロンスケール程度）、裸眼では基本的には感知不可能であり、特別なカメラを用いない限り容易に検出することができない。
【００４１】
更なる実施形態では、パターンを、ほとんどの波長では結晶学的な状態間でのコントラストが小さいマーク内に設けることができ、そのパターンは、例えば白色光等の一般的な照明下では不可視であり、又は、検知困難である。しかし、コントラストは、セキュリティシステムには知られている一波長の周りにおいて大きくなり得るので、その波長の光で照明した場合にのみパターンを見せることができる。一般的に、波長及び／又は位置の関数としてのコントラストは、真正(authenticity)のテストとして用いることができる。
【００４２】
更なる変形例は、相変化材料として例えばＶＯｘ又はＮｂＯｘ等のモットメモリスタのパターンを用いてマークが定められる場合である。マークが遷移温度を超えて加熱されると色コントラストの変化が生じるので、デバイスを加熱することによってセキュリティマークを見せることができ、デバイスが再び冷えるとマークが見えなくなる。
【００４３】
多重相変化材料層を有するデバイスにおいては、セキュリティの更なる強化として、種々の異なるパターンを異なる層内に記録することができる。例えば、上層の高コントラストパターンは、特定の波長で照明された場合を除いて、より深い層のパターンを遮蔽することができる。
【００４４】
単純なスペクトロメータを組み込んだデバイスリーダは、異なる角度で（曲げを伴う又は伴わない）マークの色変化を評価し、事前に記憶された応答と比較して、マーク（例えばセキュリティカードのマーク）の真正を非常に高い信頼度で認証することができる。
【００４５】
他のデバイスリーダは、１つ以上の低パワーレーザダイオードを用いて、角度の関数としての固定波長での反射率を測定し、既知の応答と比較する。
【００４６】
マーク内に書き込まれたパターンの場合には、デバイスリーダは、特定の照明波長又は角度でマークの１つ以上の画像を撮像するカメラを含むことができ、コントラスト比較及び／又は画像認識を用いてマークを照合することができる。
【００４７】
上述した何れのセキュリティマークにおいても、言うまでもなく、前述したような適切な切り替え手段（レーザ、電気的又は熱的なもの等）を用いてマークに対する消去及び／又は再書き込みが可能である。これにより、多目的なセキュリティ階層が可能になり、例えば、ユーザのカードが第１のチェックポイントで照合され、そこでデバイスリーダがマークに対して第２の情報を書き込む。次いで、第２のチェックポイントにおいて第２の情報が存在することを検証した後に、更なる情報の消去及び／又は書き込みを行う。このようにして、これらのチェックポイントを順序通りにのみ通過することができ、あるチェックポイントを迂回すると、それ以降のチェックポイントへのアクセスが拒絶される。
【００４８】
光学デバイスの異なる応用は力センサである。この場合、材料１０の層は、相変化材料であってよいが、相変化材料でなければならないということではない。状態を切り替える特性は使用されない。これは、上述したセキュリティマークの場合も同様であり、書き込み可能又は再書き込み可能の必要がない場合には、相変化材料である必要がない。この各層１０は、好ましくは１０ｎｍ厚未満の極薄の吸収体層として設けられている。吸収体に適した材料としては、前述した任意の相変化材料（例えば、非晶質シリコン、非晶質炭素、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、Ａｇ２Ｓ、有機半導体や、数ｎｍ厚の膜として堆積され得る光を吸収する任意の適切な材料（この目的では典型的には半導体材料が理想的である）等）が挙げられる。化学量論を変更することもでき、ドーピングを用いて所望の吸収体特性を得ることもできる。実際には、バルク状態で光を吸収する材料を用いる必要はなく、当該材料は、吸収に関して所望の特性を有するメタマテリアルを作製するように設計され得る。
【００４９】
キャッピング層１６は、例えばＳｉＯ２又はＡｌＯ２等のスタックを保護する何らかの透明なものであってよい。一実施形態では、キャッピング層の厚さは１０ｎｍである。スペーサ１４の厚みがピーク反射波長を決定し、これにより、膜の見かけ上の色を決定する。上述したような多層構造を用いることによって、反射ピークを狭くすることができる。
【００５０】
力センサにおいては、層状デバイスに力が加わると、スペーサ１４の厚みｔが変化し、デバイスの見かけ上の色に影響を与える。色の変化は、瞬間的であって、可逆的（材料の弾性限界内において）なものであり、広い範囲にわたって、加えられた力に直接的に関係する。従って、光学デバイスは、力センサを提供する。力を読み出すために、デバイスの色が、既知の加えられた力に対して較正された色（スペクトル）と比較される。このことは、眼によって、単純なカメラを用いて、又は、より洗練されたスペクトロメータ若しくはリフレクトメータを用いて行うことができる。力測定の精度は、光学的測定の質によって定められる。
【００５１】
力センサにおいては、スペーサ１４は、力によって圧縮されて厚みｔを変化させ、これによりデバイスの色を変化させることのできる任意の光学的に透過性の（理想的には透明な）材料であってよい。材料の弾性係数が、デバイスの力に対する感度及び動作範囲を決定する。材料は、その弾性範囲内で動作させる必要があり、そうでなければ永久変形によってデバイス特性及びキャリブレーションが変わってしまうことになる。好ましい実施形態においては、スペーサ１４は、例えばエラストマ等の高い圧縮率を有する柔軟な材料である。実質的に透明な任意のエラストマが適している。一例としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）が挙げられ、他の例としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等の任意のシリコーンが挙げられる。スペーサ１４の典型的な厚みは１０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内であり、例えば１５０ｎｍである。多層デバイス（図５及び図６のような多層デバイス）においては、複数のスペーサ層１４の１つ、いくつか又は全てがエラストマ材料から作製されてもよい。これらのスペーサ層１４は、互いに異なる材料から形成されてもよい。
【００５２】
力センサとしての光学デバイスは、多くの表面上に貼り付けることができ又は印刷することができる薄い膜として作製することができ、軽量且つ柔軟である。また、堅牢に且つ安価に製造可能である。力の読み出しは随意的であり、これにより任意の距離を介して遠隔的に行うことができるので、使用に際してデバイスとの電気的な接触が不要である。センサは、複雑な目的物の形状に適合可能である。センサは、画素化された膜として提供することができ、各点での力が色によって与えられる。例えば、このデバイスを空気力学的測定に用いて、翼の表面上の所望の点での圧力を決定することができる。力が加わえられた面積が分かれば、色変化は直接的に圧力に関係し得る。
【００５３】
上述した任意のデバイスの更なる応用は、装飾品としての装飾用途にある。例えば、光学デバイスでコーティングされたタイル又は宝飾品を提供することができる。色及びパターンを予め定めておくことができ、且つ／又は、後で変化させることができる。
【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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