(57)【要約】      （修正有）【課題】発光ダイオードのような通常の光源を用いることができる情報媒体を得ること。【解決手段】トラックに識別マーク（２０）が設けられ、この識別マークは、光源から放射される中心波長（λ）の光、すなわち角度（Θi）で情報媒体（１０）に入射する当該光によって検出することができ、これらの識別マークから情報媒体（１０）のポジションを導き出すことができる。この際、前記識別マーク（２０）が、格子周期が（Λ）である少なくとも第１のパターン（２２）でパターン化された領域（２５）によって形成されており、これらの領域は、金属膜（４０）の下面（４０ｂ）および／または金属膜（４０）の表面（４０ａ）に配置されている。この際、第１のパターン（２２）の格子周期（Λ）が、数式Λ＝λ／（ｎP★−ｓｉｎ（Θi））、またはΛ＝λ／（ｎP★＋ｓｉｎ（Θi））を満足する。【選択図】図１ａ
2007172817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本のトラック（１４）を有する金属膜（４０）を備える情報媒体（１０）であって、すなわちこのトラックには識別マーク（２０）が設けられ、この識別マークは、光源（３０）から放射される中心波長（λ）の光、すなわち角度（Θi）で情報媒体（１０）に入射する当該光によって検出することができ、これらの識別マークから情報媒体（１０）のポジションを導き出すことができる、上記の情報媒体であって、前記識別マーク（２０）が、格子周期が（Λ）である少なくとも第１のパターン（２２）でパターン化された領域（２５）によって形成されており、これらの領域は、金属膜（４０）の下面（４０ｂ）および／または金属膜（４０）の表面（４０ａ）に配置され、またこの際、第１のパターン（２２）の格子周期（Λ）が、数式Λ＝λ／（ｎP★−ｓｉｎ（Θi））、またはΛ＝λ／（ｎP★＋ｓｉｎ（Θi））を満足し、この際λは使用された光の中心波長、Θiは光源（３０）の光が情報媒体（１０）に入射する角度、そしてｎP★は金属膜（４０）に沿うプラズモンモードの等価屈折率を表す、上記の情報媒体。
【請求項２】
金属膜（４０）が基板（１２）の上に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の情報媒体。
【請求項３】
角度（Θi）が０°であり、従って第１のパターン（２２）の格子周期（Λ）が数式Λ＝λ／ｎP★を満足することを特徴とする、請求項１または２に記載の情報媒体。
【請求項４】
金属膜（４０）がほぼ均一な高さ（ｈ）を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項５】
パターン化された領域（２５）の第１のパターン（２２）が正弦波状に形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項６】
金属膜（４０）の上に誘電膜（８０）が設けられていることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項７】
誘電膜（８０）が、五酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、ポリカーボネート、または基板（１２）と同材料からなることを特徴とする、請求項６に記載の情報媒体。
【請求項８】
使用される光の中心波長（λ）が約８９０ｎｍであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項９】
第１のパターン（２２）が有する深さ（ｄ）は、格子周期（Λ）より小さいこと、好ましくは１／５★Λから１／８★Λ、好ましくは約６０ｎｍから１３０ｎｍであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項１０】
金属膜（４０）が、使用される光の波長領域では吸収をわずかしか示さない金属からなることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項１１】
金属膜（４０）が、金、銀、銅、またはアルミニウムからなることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項１２】
金属膜（４０）が、プラズモン波の透過深さにほぼ相当する高さ（ｈ）を有し、この高さは好ましくは約２０から６０ｎｍであることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項１３】
情報媒体（１０）の背面（１０ｂ）に偏光格子（５０）が設けられ、この偏光格子のパターン（５２）のサイズは第１のパターン（２２）に相当し、そしてこの偏光格子のパターン（５２）は、第１のパターン（２２）に平行に配置されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項１４】
光が情報媒体（１０）の背面（１０ｂ）から入射することを特徴とする、請求項１３に記載の情報媒体。
【請求項１５】
第１のパターン（２２）に垂直に第２のパターン（６０）が配置され、これら第２のパターンのサイズは第１のパターン（２２）に相当することを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項１６】
基板（１２）と金属膜（４０）の間に接着層が設けられていることを特徴とする、請求項２から１５のいずれかに記載の情報媒体。
【請求項１７】
接着層が、酸化チタンから、または光損失が極めてわずかなそのほかの金属からなることを特徴とする、請求項１６に記載の情報媒体。
【請求項１８】
パターン化されていない領域（２６）が入射光を吸収することを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項１９】
第１のパターン（２２）が、情報媒体（１０）のすべての識別マーク（２０）において互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項２０】
情報媒体（１０）がディスク状であり、トラック（１４）が円周状に配置されていることを特徴とする、請求項１から１９のいずれか一項に記載の情報媒体。
【請求項２１】
第１のパターン（２２）が、情報媒体（１０）のすべての識別マーク（２０）においてほぼ半径方向に、あるいはほぼ同心円位置に配置され、この場合１つの識別マーク（２０）内にある第１のパターン（２２）は、互いにほぼ平行に位置することを特徴とする、請求項２０に記載の情報媒体。
【請求項２２】
基板（１２）が射出成形法で製造されることを特徴とする、請求項２から２１のいずれかに記載の情報媒体。
【請求項２３】
リニアまたはロータリーエンコーダーに、請求項１から２２のいずれか一項に記載の情報媒体を用いること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は１つの情報媒体に関する。
情報媒体、特にディスク状の情報媒体であって、基板例えばガラスからなり、１つの固定穴を備え、基板上に金属膜を配置するものが知られている。複数のトラックが、この情報媒体上に円周状に配置され、これら複数のトラックは互いに同心に位置する。トラックには識別マークが設けられ、これらの識別マークは、入射光を用いて検出することができ、基準点、例えば評価ユニットに対するその情報媒体の相対位置を特定するのに用いられる。識別マークは通常、光を透過するものとして、そして識別マークの間の各領域は、光を吸収または反射するものとして形成され、あるいは識別マークとその間の領域との関係をこの逆に形成される。相対位置を特定するのに透過光法を用いるか、反射光法を用いるかに応じて、透過光を、あるいは反射光を検出する。
【０００２】
これらの識別マークを生成できるようにするには、情報媒体の表面を金属膜で被覆する。この金属膜には、さまざまなフォトリソグラフィー的および化学的パターン化工程を施さなければならない。しかしこの情報媒体に固定穴を設けるというもう１つの製造工程が、さらに必要である。従って一方では、製造コストのかさむ複数の製造工程が必要である。他方では前記の製造工程が互いに独立しているので、前記の固定穴を、トラックに対する希望の相対位置に、特に識別マークを含むトラックに対して正確な同心円位置に配置するのは困難である。
【背景技術】
【０００３】
従来のシャフトエンコーダーの場合、識別マークは情報媒体の基板の材料と同じ材料で形成される。この方法によって、情報媒体を射出成形法で製造し、固定穴に対して識別マークの正確な位置あわせが可能になる。識別マークは、基板表面に対する凸部と凹部によって形成される。これにより、垂直に入射する光ビームの伝播時間に差が生じ、この差から検出可能な個々の光ビームの干渉が生じる。従って、識別マークから情報媒体のそのほかの領域とは異なる光信号が得られ、それによって、識別マークを検出できる（例えば、特許文献１参照）。ただし、干渉効果を利用するためコヒーレントな光源を必要とするのが、この方法の欠点である。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４０１１１４６Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って本発明の課題は、簡単かつ安価に製造でき、固定穴に対するトラックの位置あわせに高い精度を可能とし、特には使用される光を得るための、例えば発光ダイオードのような通常の光源を用いることができる、情報媒体を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のこの課題は、請求項１の特徴を有する情報媒体によって解決される。
本発明の有利な実施形態と発展形態を、従属請求項に記載した。
【０００６】
本発明による情報媒体は、少なくとも１本のトラックを有する金属膜を備える。このトラックに識別マークが設けられ、光源から放射された中心波長λの光、かつ角度Θiで情報媒体に入射する当該光のもとで、これら識別マークを検出できる。そしてこれら識別マークから、基準点に対する情報媒体の相対的位置を導き出すことができる。識別マークは、少なくとも格子周期Λの第１のパターンによってパターン化された領域から形成される。これらの領域は、金属膜の下面および／または表面に設けられている。第１のパターンの格子周期Λは、数式Λ＝λ／（ｎP★−ｓｉｎ（Θi））、または数式Λ＝λ／（ｎP★＋ｓｉｎ（Θi））を満足する。この場合λは用いられる光の中心波長、Θiは光源の光が情報媒体に入射する角度、そしてｎP★は金属膜に沿うプラズモンモードの等価屈折率を表す。
【０００７】
決められた格子周期Λのパターンを有する識別マークの形状によって、ロングレンジおよびショートレンジのプラズモンモードの効果を用いることができる。このプラズモンモードは、少なくとも片側の面をパターン化されている薄い金属膜に沿って広がり、光が金属膜を透過するのを可能とする（Ｆ．Ｐｉｇｅｏｎほか：「Ｉｄｅｎｔｉｔｙ  ｏｆ  ｌｏｎｇ‐ｒａｎｇｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎｓ  ａｌｏｎｇ  ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒ  ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｉｃ  ｓｅｎｓｏｒｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ．９０、Ｎｏ．２、８５２−８５９ページ。およびＮ．Ｂｏｎｏｄほか：「Ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｉｎ  ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ａｎｄ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｈｏｌｅｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．５、４８２から４９０ページ参照）。この効果によって特に、例えば中心波長λの発光ダイオードのような普通の安価な光源を用いて、情報媒体の識別マークの検出が可能になる。
【０００８】
情報媒体が金属膜として形成される場合、金属膜を支持基板上に配置する場合よりも、製造プロセスはたしかに複雑になるが、基板の材料を省略することができる。
【０００９】
しかし本発明の１つの特に好ましい実施形態の場合、金属膜を基板上に設ける。この実施形態の場合、情報媒体の基板は、公知の製造方法によって、簡単かつ安価に製造することができる。さらには公知の方法によってやはり簡単かつ安価に、金属膜を基板上に被覆することができる。金属膜の下面に第１のパターンを配置する場合、特に基板の表面にも、同様に第１のパターンを配置する。これらのパターンも同様に、公知の製造方法例えば射出成形法によって、特に簡単に形成することができる。特には射出成形工程で情報媒体の基板を製造することにより、情報媒体の固定穴に対して識別マークパターンを正確に位置あわせすることができる。
【００１０】
角度Θiは０°とするのが好ましいが、これは光の垂直な入射に相当する。その結果特に、第１のパターンの格子周期Λは、数式Λ＝λ／ｎP★を満足する。垂直な光入射によって、識別マークの特に確実な検出を保証し、特に単純なジオメトリー構造が可能となる。
【００１１】
本発明の１つの特に好ましい実施形態の場合、金属膜は、識別マーク内においても識別マーク外においても、高さ（ｈ）はほぼ均一である。その結果として、識別マーク内においては金属膜の表面にも下面にも、第１のパターンが配置される。この場合第１のパターンは、表面のものと下面のものが平行に変位された位置にあり、従って波形の金属膜が生じる。この種の金属膜は、基板上に配置されるとき、特に簡単に製造できる。なぜならば、第１のパターンを設けられた基板の上に、対応して均一な金属膜を被覆しなければならないが、これは例えば蒸着のような公知の方法によれば、特に簡単かつ安価に行うことができるからである。
【００１２】
本発明の１つの特に好ましい実施形態の場合、パターン化された領域の第１のパターンが、正弦波形に形成される。このパターンは、製造が特に簡単であり、正弦波形に延びる金属膜に沿って、プラズモンモードを特に良好に形成できるようになる。
【００１３】
本発明の１つの特に好ましい発展形態の場合、金属膜が基板の上に、そして金属膜の上に誘電膜が設けられる。プラズモンモードの１つ、いわゆるロングレンジのプラズモンモードは、次のような場合、金属中における損失が特に少ない。それは、電場の長手方向成分が、金属膜内部、好ましくは例えば金属膜の中心で、正負の符号反転を生じる場合である。電場の長手方向成分にこの種の対称形の分布が生じるのは、特に金属膜の表面と下面それぞれに、屈折率が等しいかまたは非常に類似した誘電体が配置される場合である。従って金属膜内部における電場の長手方向成分の分布は、特に、プラズモン波の形成に特によい条件を生じるように、金属膜表面に配置される誘電膜によって調節できる。そのため好ましくは、この誘電膜は、五酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、ポリカーボネート、または基板と同材料からなるものとする。誘電膜が基板と前記材料からなる場合、対称形の構造が得られる。この場合誘電膜の厚さは、１つの定められた厚さとはせず、材料へのプラズモン波の透過深さの少なくとも約２倍から３倍とするのが好ましい。誘電膜が基板の材料と異なる材料からなる場合、この誘電膜は、材料に応じた、かつ使用される光の中心波長λに応じた、１つの定められた厚さを備えなければならない。これは、電場の長手方向成分の分布に、前記に相当する調節を加えるためである。
【００１４】
本発明の１つの好ましい実施形態の場合、使用される光の中心波長λは、約８９０ｎｍである。これは市販の発光ダイオードに相当し、コスト上特に有利である。
【００１５】
好ましくはこれらの第１のパターンは、次のような深さｄを有する。すなわちこの深さは、格子周期Λより小さく、好ましくは１／５★Λから１／８★Λ、好ましくは―特に中心波長が約８９０ｎｍの光源を用いる場合、約６０ｎｍから１３０ｎｍとする。これは同様に、プラズモンモードを形成するためにも、そして入射光のできるだけ高い透過率を得るためにも有利である。
【００１６】
好ましくは金属膜を、使用される光の波長領域では吸収が少ない金属からなるものとする。これにより、識別マーク外のパターン化されていない領域、すなわち金属膜が平面状に位置する同領域では、従って入射光が十分に吸収および／または反射され、その結果信頼性をもって識別マークを検出することが保証される。しかし吸収が少ないため、識別マークの領域、すなわちパターン化された領域で金属膜を共振透過するためには、入射光を十分利用できなくなる。
【００１７】
好ましくは金属膜を、金、銀、銅、またはアルミニウムからなるものとする。なぜならばこれらの金属は所望の光学的特性を特に備えており、また必要ならば、情報媒体の基板表面を良好に被覆できるからである。
【００１８】
本発明の１つの特に好ましい実施形態の場合、金属膜の高さｈは、プラズモン波の透過深さにほぼ相当するものとし、好ましくは約２０から６０ｎｍとする。こうすることによってのみ、妨げられずに金属膜に沿ってプラズモン波を伝播させることが確実にでき、それによってパターン化された領域で入射光を透過させ、パターン化されない領域では透過をわずかなものとすることができる。
【００１９】
好ましくは情報媒体の背面に偏光格子を備え、この格子のパターンは、そのサイズが第１のパターンに相当するものとし、第１のパターンと平行に配置されるものとする。そのため特に光源の光は、情報媒体に垂直に入射する。プラズモン波は、入射光の偏光された成分によってのみ励起することができる。前記成分の磁場ベクトルは、第１のパターンと平行に位置する。これにより、偏光されていない光を用いる場合は、パターン化された領域と、されていない領域のコントラストが、偏光された光を用いる場合よりも小さくなる。偏光格子の構造は、入射光を相応に確実に偏光する。そしてパターン化された領域と、されていない領域のコントラストが、できるだけ大きくなるようにする。この実施形態を使用できるためには、光が情報媒体の背面から入射するのが好ましい。それは、入射光がまず偏光され、そののちパターン化された領域の第１のパターンに入射するようにするためである。
【００２０】
好ましくは第１のパターンに垂直に第２のパターンを設け、第２のパターンのサイズは第１のパターンに相当するものとする。これにより、特に光が情報媒体に垂直に入射する場合、情報媒体の背面または情報媒体の外部のどちらかに偏光格子を追加する必要はなくなる。なぜならば、偏光されていない光ビームに生じた偏光成分はいずれも、プラズモンモードにカプリングし、金属膜を光が所望の通りに透過できるようになるからである。
【００２１】
好ましくは、金属膜を基板の上に、そして基板と金属膜の間に接着層を設けて、金属膜と基板間の接着を、特に金属膜に金を使用する場合の接着を改善する。この接着層は、光学的影響を持たないよう、薄く形成するのが好ましい。そのため接着層は、厚さ数ナノメートルとするのが好ましい。この種の接着層に特に適するのは、酸化チタン、または光損失の少ないそのほかの材料である。
【００２２】
好ましくは、パターン化されていない領域、すなわち識別マーク外部の領域は、入射光を吸収するものとする。これにより情報媒体は特に透過光法に適するものとなる。なぜならば識別マークは光を透過し、パターン化されていない領域は、ほぼ光を透過しないからである。しかしこの場合好ましくは、前記吸収は強すぎないものとするべきであろう。なぜならば、パターン化された領域の透過も弱められるからである。従って光源を、情報媒体の一方の側に配置することができ、背面には光検出器、例えば１つまたは複数のフォトダイオードを配置する。フォトダイオードは、情報媒体における光の入射点に応じて、パターン化された領域を透過した光を検出する。あるいは、パターン化されていない領域における吸収に基づいて、光が識別マーク間の領域に入射したことを確認する。
【００２３】
本発明による１つの好ましい実施形態の場合、情報媒体の識別マークすべてにおける第１のパターンが、互いに平行に位置するように配置されている。これにより、製造方法が特に単純になる。
【００２４】
好ましくはこの情報媒体をディスク状とし、トラックは円周状に配置されるものとする。これにより情報媒体を、シャフトエンコーダーにおけるコードディスクとして用いることができる。
【００２５】
この種のコードディスクの場合好ましくは、情報媒体の識別マークすべてにおける第１のパターンを、ほぼ半径方向にまたはほぼ同心円位置に配置する。この場合１つの識別マーク内部における第１のパターンは、互いにほぼ平行に位置する。
【００２６】
この情報媒体の基板は射出成形法で製造するのが有利である。なぜならばこの製造方法は、特に安価であり、かつ技術的に成熟しているからである。
【００２７】
好ましい方法として、各請求項のいずれかに記載の情報媒体を、基準点に対する情報媒体の相対ポジションを特定するため、特に平行運動または回転運動を測定するため、リニアまたはロータリーエンコーダーで用いる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
下記に図面を用いて、本発明を詳細に説明する。
同一またはほぼ同じ部品には、図は異なっても同じ符号を付けた。
【００２９】
図１ａは、情報媒体１０の一部領域を、表面１０ａおよび背面１０ｂとともに示す断面図である。この情報媒体は、屈折率ｎsの基板１２を有し、その表面１２ａの上に高さｈの金属膜４０が配置されている。基板１２は、例えばガラスまたなプラスチック製、好ましくは射出成形法で加工できるＰＭＭＡ製とする。情報媒体１０は、識別マーク２０を有し、この識別マークは、第１のパターン２２を施されてパターン化された領域２５から形成される。この場合、前記実施形態ではパターン２２が、金属膜４０の表面４０ａにも下面４０ｂにも、従って基板１２の表面１２ａにも形成されている。パターン化された領域２５における第１のパターン２２は、格子周期Λを有し、互いに平行に配置され、好ましくは正弦波形である。この場合第１のパターン２２は深さｄを有する。金属膜４０は、情報媒体１０の表面１０ａ全体にわたって均一な高さｈを有するので、パターン化された領域２５における金属膜４０は波形に、特には正弦波形に形成されている。この場合、金属膜４０の第１のパターン２２の深さｄは、第１のパターンの深さｄに相当し、金属膜４０の格子周期Λは、基板１２の第１のパターン２２の格子周期Λに相当する。識別マーク２０に隣接して、パターン化されていない領域２６があり、そこでは情報媒体１０の表面が平らに延びている。
【００３０】
金属膜４０の形状は、中心波長λの入射光がプラズモン波にカプリングし、このプラズモン波がさらに透過光に変換されるような形状とする。図９ａおよび９ｂは、波長λの光が金属膜４０に入射するときの状況を模式的に示す。この入射は、情報媒体１０の表面１０ａの法線に対して角度Θiで行われる。角度Θiの光が金属膜４０に直接入射するのでなく、基板１２に、または下記に図１ｆで説明するように金属膜４０の上の誘電膜８０に入射する場合、光は基板１２ないし誘電膜８０を透過するとき相応に屈折する。入射光は、格子周期Λに従いながら、金属膜４０に沿う方向にのみカプリングする。図９ａはいわゆるフォワードカプリングの例を、図９ｂはいわゆるバックワードカップリングの例を示す。この場合入射光を矢印Ａで、透過光を矢印Ｂで、入射したプラズマ波の方向を矢印Ｐで示す。格子周期Λは、フォワードカプリングの場合、数式Λ＝λ／（ｎP★−ｓｉｎ（Θi））を、バックワードカプリングの場合、数式Λ＝λ／（ｎP★＋ｓｉｎ（Θi））を満足する。この場合ｎP★は、金属膜４０に沿ってのプラズマモードの等価屈折率を表す。
【００３１】
図１ａは、光が情報媒体１０の表面１０ａに垂直に入射するという特殊な例を示す。この場合、第１のパターン２２の格子周期Λは数式Λ＝λ／ｎP★を満足し、この場合λは用いられる光の中心波長、そしてｎP★は金属膜４０に沿うプラズモンモードの等価屈折率を表す。入射光は、この場合金属膜４０に沿って両方向にカプリングする。
【００３２】
好ましくは金属膜４０を、金、銀、銅またはアルミニウムからなるものとする。なぜならばこれらの金属は、特にプラズモン波の形成に適しているからである。金属膜４０と基板１２の間には、ここには図示しない接着層を配置することができる。接着層は、基板１２に対する金属膜４０の接着を改善するのに役立つが、かならずしも必要なわけではない。接着層は、光学的影響を持たないよう、薄く形成されべきであろう。そのため接着層の厚さは、わずか数ｎｍ、例えば１０ｎｍ以下とする。接着層は、特に金からなる金属膜４０を良好に接着する例えば酸化チタン、または光損失が極めて少ないそのほかの金属からなるものとする。
【００３３】
さらに好ましくは金属膜４０の高さｈを、プラズモン波の金属膜４０への透過深さにほぼ相当する高さに形成する。これはプラズモンモードの場を、金属膜の両方の境界層に沿って強くして、金属膜４０を光が透過できるようにするためである。そのため金属膜４０の高さｈを、好ましくは２０から６０ｎｍとする。プラズモン波を光学的方法で金属膜４０内に形成できるようにするには、好ましくは第１のパターン２２の深さｄをも、入射光の中心波長λに適合させ、特には格子周期Λよりも明らかに小さくして、例えばわずか１／５★Λから１／８★Λ、好ましくは約６０ｎｍから１３０ｎｍとするべきであろう。特に格子周期Λが６０から１３０ｎｍである場合、市販の発光ダイオード、例えば放射される光の中心波長がλ＝８９０ｎｍである発光ダイオードの光を用いて、プラズモン波を生じることができる。しかし使用される光源は、例えば５００から１５５０ｎｍの領域を中心波長とする場合があり、この光源に応じて第１のパターン２２のサイズが決められる。しかしこの場合、金属膜４０の高さｈは、ほぼ同じ規模のままとなる。
【００３４】
図１ｂから１ｆは、情報媒体１０のそのほかの実施形態を示す。図１ｂおよび１ｃが示す情報媒体１０は、主として金属膜４０から形成され、基板１２を有さない。この種の情報媒体１０は、製造が面倒であるが、基板のための材料を必要としないという利点がある。そのほか誘電体が、金属膜４０の表面４０ａのものと下面４０ｂのものとが同一、すなわち空気であるため、プラズモンモードを特に良好に形成することができる。図１ｂの実施形態の場合、金属膜４０の表面４０ａにも下面４０ｂにも、第１のパターン２２が設けられている。しかし図１ｃの実施形態の場合、金属膜の一方の面４０ａ、４０ｂは平らであり、第１のパターン２２は他方の面４０ｂ、４０ａだけに形成されている。図１ｄから１ｆは、基板１２と金属膜４０を有する情報媒体を示す。図１ｄの実施形態では、第１のパターン２２が金属膜４０の下面４０ｂ、すなわち基板１２の表面１２ａに形成されているが、金属膜４０の表面４０ａは平らである。図１ｅの実施形態では、第１のパターン２２が金属膜４０の表面４０ａだけに形成されているが、金属膜４０の下面４０ｂと、従って基板１２の表面１２ａも平らである。図１ｆの実施形態は、基板１２と金属膜４０を備える情報媒体であるが、この情報媒体は表面４０ａにも下面４０ｂにも第１のパターン２２が形成されている。そしてこの場合、さらに金属膜４０の表面に誘電膜８０が設けられている。誘電膜８０は、プラズモン波の形成のため特に良好な条件を得るのに役立つ。プラズモン波が特に強く目立つのは、電場の長手方向成分が、金属膜４０内部で、好ましくは金属膜４０のほぼ中央で、正負の符号反転を示す場合である。電場の長手方向成分の分布は、基板１２によって、および場合によっては金属膜４０の表面に設けられた誘電膜８０によって調節される。特には誘電膜８０に、適切な屈折率をもつ適切な材料と、適切な厚さとを選択することによって調節される。電場の長手方向成分の分布を対称形に形成するため、好ましくは、屈折率が等しいかまたは類似した複数の誘電体を使用する。明瞭なプラズモン波を形成するのに特に適するのは、従って図１ｂの実施形態である。なぜならばこの場合、金属膜４０の両側に空気があり、そのため完全な対称形構造が得られるからである。しかし金属膜４０が、図１ｆのように基板１２の上に配置されている場合、電場の長手方向成分の分布を適切に調節するため、誘電膜８０を好ましくは、五酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、またまたはポリカーボネート、または基板１２と同じ材料、例えばＰＭＭＡからなるものとする。誘電膜が基板と同じ材料からなる場合、対称形構造が得られる。誘電膜８０の厚さは、この場合、１つの定められた厚さとする必要はなく、好ましくは、材料に対するプラズモン波の透過深さの少なくともほぼ２倍から３倍とする。誘電膜８０が基板１２と異なる材料からなる場合、電場の長手方向成分の分布に相応の調節を加えるためには、誘電膜８０は、誘電膜８０に用いられる材料と、用いられる光の中心波長λとに依存しながら、１つの定められた厚さを有さなければならない。
【００３５】
ほぼ対称形に形成された情報媒体１０の場合、すなわち情報媒体１０が金属膜４０だけからなる場合、あるいは情報媒体１０が基板１２の上に配置された金属膜４０からなり、この金属膜が誘電膜８０に覆われていて、前記誘電膜８０が基板１２と同一材料からなる場合、等価屈折率ｎP★は、近似式ｎP★＝ｎs（εm／（ｎs2＋εm））1/2を満足する。この場合ｎs★は、第１の場合では空気の屈折率、第２の場合では基板１２の屈折率、εmは金属膜４０の誘電定数を表す。これはロングレンジおよびショートレンジのプラズモンモードの近似式である。通常、ロングレンジのプラズモンモードの等価屈折率ｎP★は、上記の近似式で求められた等価屈折率ｎP★よりも若干小さい。その際、ショートレンジのプラズモンモードの等価屈折率ｎP★は、上記の近似式で求められた等価屈折率ｎP★よりも若干大きい。従って、基板１２および金属膜４０の材料が決められていて、かつ決められた中心波長λを有する発光ダイオードが定められている限り、等価屈折率ｎP★と、第１のパターン２２の格子周期Λとを求めることができる。
【００３６】
図２に示すように、完全な情報媒体１０は、その表面１０ａに複数の識別マーク２０を有する。これらの識別マークは、図１ａの通り、それぞれが第１のパターン２２でパターン化された１つの領域２５によって形成される。情報媒体１０はさらに、情報媒体１０を取り付けるための中央の固定穴１３を備える。識別マーク２０を、波長λの入射光によって検出できるようにするため、次のような効果を利用する。パターン化されていない領域２６では、入射光が金属膜４０でほぼ吸収、または反射される。好ましくは金属膜４０を、使用される光の波長領域に対しては吸収が少ない金属からなるものとする。これは、パターン化されていない領域２６では、入射光の少なくとも一部が吸収または反射されるが、パターン化された領域２５では、共振透過に光を十分に利用できるようにするためである。
【００３７】
図７ａに透過光法を模式的に示す。この方法の場合、光源３０から放射された光がパターン化されていない領域２６に入射する限り、光源３０から見て情報媒体１０の向こう側にある光検出器３５によっては、光はわずかしか検出されず、もっとも好都合な場合、光は検出されない。しかし光がパターン化された領域２５に入射する場合、金属膜４０ではプラズモンモードが励起される。このプラズモンモードによって、入射光が金属膜４０および識別マーク２０を透過するようになる。光検出器３５は信号を検出し、これにより識別マーク２０を認識することができる。
【００３８】
図２は、トラック１４に、パターン化された領域２５における複数の識別マーク２０と、パターン化されていない領域２６とが、交代に配置されている場合を示す。この場合、情報媒体１０が光源３０に対して相対運動すると、トラック１４に沿って、通過する識別マーク２０の個数がカウントされ、そこから基準点に対する情報媒体１０の相対的位置に関する情報が求められる。この基準点とは、例えば光源３０、光検出器３５、または評価ユニットである。
【００３９】
図７ｂに模式的に示されているように、透過光法とは別な方法では、反射光法によって基準点、例えば光源３０または評価ユニットに対する、情報媒体１０の相対位置を求めることができる。この方法の場合、パターン化されていない領域２６から反射された光を、ビームスプリッター３７によって、情報媒体１０の光源３０側に配置された光検出器３５に方向変換して、この光検出器でその光を検出する。光が識別マーク２０に入射する場合、前記の効果によって光は透過するので、光検出器３５では信号を検出できない。
【００４０】
図２に示すように、情報媒体１０がディスク状に形成されている場合、この情報媒体を、透過光法または反射光法で、シャフトエンコーダーのコードディスクとして用いることができる。別な方法としては、情報媒体１０を、線形に設けられたトラックを有するほぼ四角形のものに形成し、平行移動エンコーダーとして用いることができる。
【００４１】
図２は、情報媒体１０の表面１０ａの上記と異なる３つの実施形態を示す。図２における情報媒体１０の表面１０ａの上面図では、誘電膜８０は省略されている。識別マーク２０の金属膜４０は、第１のパターン２２によって波形付けされており、前記金属膜でプラズモン波を生じるため重要なのは、第１のパターン２２が互いに平行に位置し、互いに格子周期Λを取って配置されていることである。しかし第１のパターン２２はこの場合、図２に示すように、情報媒体１０がディスク状の構造であるとき、互いに同心円位置とするか、それともほぼ半径方向を向く位置とするか、それとも情報媒体１０のすべての識別マーク２０において互いに平行する位置するか、いずれかの配置とすることができる。まさに最後の変形例の場合、射出成形法で基板１２を製造するための射出成形金型を、特に簡単に製造できる。しかしこの変形例は、下記に図３を用いて説明するような、外付けされた偏光格子と組み合わせて使用するのに適さない。なぜならば、固定光源３０に対する第１のパターン２２の相対的位置あわせが、いずれの識別マークにおいても変化するからである。従って用途目的に応じて、異なる実施形態から、異なる利点が得られる。
【００４２】
プラズモン波は、主として偏光された光によってのみ形成される。従って、識別マーク２０におけるパターン化された領域２５と、基板１２のそのほかの部分との間に、良好なコントラストを得るためには、入射光を偏光するのが有利である。これは例えば図３に示すように、外付けされた偏光格子４５を用いて行うことができる。この偏光格子の場合、希望の効果を得るには、偏光面は第１のパターン２２に平行に配置しなければならない。第１のパターン２２が主として半径方向を向いて配置される場合、偏光面は中央の図に示すような配置とする。第１のパターン２２が、半径方向に対してほぼ垂直に配置される場合、図３の左図に示すような偏光面の配置がえられ、そして第１のパターン２２がほぼ同心円位置に配置される場合、右図に示すような偏光面の配置が得られる。
【００４３】
上記と異なるものとして図４に示すような実施形態では、パターン５２を形成することにより、偏光格子５０を基板１２に形成することができる。前記パターンは、そのサイズが第１のパターン２２に相当するものとし、かつ第１のパターンに平行に配置されるものとする。この場合偏光格子５０は、図４に示すように、情報媒体１０の背面１０ｂに配置される。偏光格子５０も金属膜４０も、好ましくは誘電膜８０で覆われるものとする。図４はさらに情報媒体１０の背面１０ｂの上面図と、表面１０ａの上面図を示すが、誘電膜８０は省略されている。ここで明らかなように、表面上には２本のトラック１４が互いに同心円位置に配置され、このトラックそれぞれには、パターン化された領域２５によって形成された識別マーク２０が、パターン化されていない領域２６と交代に配置されている。情報媒体１０の上に複数のトラック１４を配置することにより、情報密度は著しく上昇する。情報媒体１０の背面１０ｂに配置されている偏光格子５０は、そのパターン５２が、情報媒体１０の表面１０ａにある識別マーク２０の第１のパターン２２と平行に位置あわせされている。この実施形態においては、光は情報媒体１０の背面１０ｂから、情報媒体１０に入射するべきであろう。それは、光がまず偏光され、偏光状態になって初めて金属膜４０に入射するようにするためである。
【００４４】
図５は、図４にも示した、情報媒体１０の背面１０ｂに形成された偏光格子５０であるが、上記と異なる実施形態を示す。偏光格子５０は、情報媒体１０の一部分だけに設けられるが、入射光はこの部分に入り、特にトラック１４に当たれば、それで十分である。
【００４５】
本発明のもう１つの上記と異なる実施形態では、偏光を行わなくても、次のようにして入射光の良好な収量を得ることができる。すなわちパターン化された領域２５において、第１のパターン２２とは垂直に第２のパターン６０を形成し、前記第２のパターンのサイズは、第１のパターン２２のサイズに相当するものとする（図６ａおよび６ｂ参照）。従って二次元の波形を持つパターンが、パターン化された領域２５に形成される。この場合、パターン化された領域２５における波形パターンの高さＺは、そのｘおよびｙ座標に応じて、次の式を満足するのが好ましい。
【００４６】
【数１】
2007172817.tif 000003
【００４７】
この場合Ｈは波形パターンの高さの半分を、Λは格子周期を表す。別な方法として、二次元波形のパターンの高さＺは、次の数式を満足するものとする。
【００４８】
【数２】
2007172817.tif 000004
【００４９】
二次元波形のパターンの高さＺが最初に挙げた数式（Ｉ）を満足する場合、そのパターンの１つの例を、図８の上面図に示す。数式Ｉの表記ｃｏｓ（（２）-1/2２π／Λｘ）は、１つの表面レリーフを定義する。この表面レリーフは、ｘ方向に周期（２）-1/2Λを有し、その際ｙ軸に平行に直線の格子線が延びる。入射光がプラズモンモードにカプリングする格子周期はΛであるので、この格子は、光がプラズモンモードにカプリングするのを可能としない。数式Ｉの表記ｃｏｓ（（２）-1/2２π／Λｙ）も、１つの表面レリーフを定義する。この表面レリーフも周期的であって、ｙ方向に周期（２）-1/2Λを有し、その際格子線は、ｘ軸に平行に延びる。この格子も、入射光がプラズモンモードにカプリングするのを可能としない。そのためには格子の周期がΛでなければならないからである。上記２つの表記の積は、図８に示すような凸部と凹部を有する表面レリーフで得られる。この場合、紙面から突出する凸部を黒丸で、紙面より低くなる凹部を白丸で示した。ここで得られる表面レリーフの深さは２Ｈである。
【００５０】
ここに得られた表面レリーフは、ｘ軸またはｙ軸に対して角度４５°で配置されている周期Λの第１のパターン２２と、第１のパターン２２に対し角度９０°で配置されている周期Λの第２のパターン６０に相当する。前記第１と第２のパターン２２、６０は、第１のパターン２２と比較して、第２のパターン６０と交差しない場合の第１のパターン２２と同形の凹部を持たず、正弦波形に変調された凹部を持つ。従って高い透過率という同じ効果を得るためには、二次元波形パターンで得られる表面レリーフの深さ２Ｈは、一次元波形だけのパターンにおける深さｄより大きくなければならない。
【００５１】
第１のパターン２２および第２のパターン６０の周期はΛであるので、両者のパターン２２、６０は、入射光のプラズモンモードへのカプリングを可能とする。すなわち、このうち第１のパターン２２は、正のｘ軸にほぼ４５°傾いて位置するプラズモンモードへの、そして第２のパターンは、正のｘ軸に１３５°傾いて位置するプラズモンモードへのカプリングを可能とする。その結果、任意の偏光の入射光が、二次元波形のパターンを通る高い透過性を有するようになる。
【００５２】
光が垂直に入射する場合、第１のパターン２２と第２のパターン６０の格子周期Λは、数式Λ＝λ／ｎP★を満足する。この場合λは使用される光の中心波長、ｎP★は金属膜４０に沿ってのプラズモンモードの等価屈折率を表す。ここで注意しなければならないのは、等価屈折率ｎP★は、一次元にパターン化された領域２５では、二次元にパターン化された領域２５における等価屈折率ｎP★と、わずかながら相違することである。
【００５３】
二次元波形パターンの表面レリーフが数式ＩＩを満足し、従って２つの周期的関数の合計によって記述される場合、入射光は、周期的表面レリーフを通るｘ方向においてプラズモンモードにカプリングし、この表面レリーフは、ｃｏｓ（２π／Λｘ）という表記で記述される。またこの入射光は、周期的表面レリーフを通るｙ方向においてプラズモンモードにカプリングし、この表面レリーフは、ｃｏｓ（２π／Λｙ）という表記で記述される。
【００５４】
図６ａとそれに対応する部分拡大図に示すように、第１のパターン２２は、すべての識別マーク２０において互いに平行に形成されている。あるいは図６ｂとそれに対応する部分拡大図に示すように、第１のパターン２２は半径方向に、かつ第２のパターン６０は互いにほぼ同心円位置に、あるいは第１のパターン２２は互いにほぼ同心円位置に、かつ第２のパターン６０は半径方向に位置するよう、配置することができる。
【００５５】
図１ａまたは１ｄから１ｆの実施形態における情報媒体１０は、数少ない製造工程で製造できる。まず基板１２を射出成形法で製造する。その際図１ａ、１ｄおよび１ｆに記載の実施形態の場合、対応する射出成形金型において、第１のパターン２２を有する識別マーク２０および固定穴１３、そして場合によっては第２のパターン６０または偏光格子５２のパターン５０を、同時に成形することができる。その結果、トラック１４における識別マーク２０の固体穴１３に対する位置あわせを、高い精度で行うことができ、面倒な校正段階が省かれる。つづいて金属膜４０を情報媒体１０の表面１０ａに、例えば蒸着プロセスまたはスパッタープロセスによって被覆する。その際、図１ａまたは１ｆに記載の実施形態のため、金属膜４０の均一な厚さｈが、特に識別マーク２０の領域に得られ、金属膜４０の均一な波形パターンが、第１のパターン２２の上に得られる。場合によっては金属膜４０に、図１ｆの実施形態のような誘電膜８０を、やはり例えば蒸着プロセスまたはスパッタープロセスによって被覆することができる。
【００５６】
情報媒体１０の第１の実施例は、次のような材料から製造され、次のようなサイズを有する。すなわち基板１２は、屈折率ｎSが１．４８のＰＭＭＡからなり、第１のパターン２２のサイズだけによってパターン化されている。第１のパターン２２は、深さｄが８７ｎｍ、格子周期Λが５８１ｎｍである。情報媒体１０の表面１０ａには、銀製の金属膜４０を３０ｎｍの高さｈで被覆され、この場合の銀は、誘電定数εｍが−３６＋ｉ２である。金属膜４０は、ＰＭＭＡからなる誘電膜８０に覆われている。前記ＰＭＭＡ膜の厚さは、プラズモン波の金属膜４０への透過深さより大きくするのがよく、例えば２μｍ以上とする。光源３０としては、中心波長λが８９０ｎｍの発行ダイオードを用いる。この機器構成によれば、パターン化された領域２５において、入射光の相応に偏光された成分の透過率が９０％以上となる。
【００５７】
情報媒体１０の第２の実施例は、その第１のパターン２２と第２のパターン６０が互いに垂直に位置するものであって、次のような材料から製造され、次のようなサイズを有する。すなわち基板１２と誘電膜８０とは、屈折率ｎSが１．４８のＰＭＭＡからなる。第１のパターン２２と第２のパターン６０は、深さｄが１２５ｎｍであって、格子周期Λが５８３ｎｍである。二次元でパターン化された領域２５の第２の実施例として図示されているものの場合、その格子周期Λは５８３ｎｍであって、第１の実施例における５８１ｎｍとはわずかに相違する。前記相違は、領域２５のパターン化が一次元的であるか二次元的であるかによって、等価屈折率ｎP★にわずかな相違を生じることによるものである。格子周期Λが５８３ｎｍであることから、図８のｘ軸とｙ軸に沿って、周期２1/2Λ＝８２５ｎｍを得る。従って２種類の次元の波形において、表面レリーフの高さの差２Ｈは、約１２５ｎｍである。情報媒体１０の表面１０ａには、高さｈが４５ｎｍの金製金属膜４０を被覆されている。前記金は誘電定数εmが−３６＋ｊ２である。光源３０としては、中心波長が８９０ｎｍの発光ダイオードが用いられる。この機器構成においては、入射光の相応に偏光された成分が、パターン化された領域２５を透過する場合、その透過率は約８０％である。その際、パターン化された領域２５以外における基板１２がフラットな領域では、透過率は約２．２％に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１ａ】基板とその上に設けられた金属膜とを備える情報媒体における識別マークの断面図。
【図１ｂ】情報媒体のもう１つの実施形態における識別マークの断面図。
【図１ｃ】情報媒体のさらにもう１つの実施形態における識別マークの断面図。
【図１ｄ】情報媒体のさらにもう１つの実施形態における識別マークの断面図。
【図１ｅ】情報媒体のさらにもう１つの実施形態における識別マークの断面図。
【図１ｆ】情報媒体のさらにもう１つの実施形態における識別マークの断面図。
【図２】識別マークを有する基板を備える情報媒体の断面図と、情報媒体表面の上記と異なる３つの実施形態の上面図。
【図３】情報媒体の断面図と、模式的に示された光源および外付けの偏光フィルターを示す図。
【図４】情報媒体の断面図と、その情報媒体の背面および表面の上面図。
【図５】図４に示した情報媒体の背面であるが、それと異なる実施形態を示す図。
【図６ａ】もう１つの実施形態による情報媒体の表面の上面図。
【図６ｂ】図６ａに示した情報媒体の表面であるが、それと異なる実施形態を示す図。
【図７ａ】透過光法によるもので、情報媒体の断面図と、光源および光検出器を示す図。
【図７ｂ】反射光法によるもので、情報媒体の断面図と、光源および光検出器を示す図。
【図８】第１のパターンと第２のパターンが互いに垂直に位置する、パターン化された領域の模式的上面図。
【図９ａ】光が角度Θiで入射し、フォワードカプリングが行われる場合、その状態を模式的に示す図。
【図９ｂ】光が角度Θiで入射し、バックワードカプリングが行われる場合、その状態を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００５９】
１０  情報媒体
１０ａ  表面
１０ｂ  背面
１２  基板
１２ａ  表面
１２ｂ  背面
１３  固定穴
１４  トラック
２０  識別マーク
２２  第１のパターン
２５  パターン化された領域
２６  パターン化されていない領域
３０  光源
３５  光検出器
３７  ビームスプリッター
４０  金属膜
４０ａ  表面
４０ｂ  下面
４５  外付けの偏光格子
５０  偏光格子
５２  偏光格子のパターン
６０  第２のパターン
８０  誘電膜
λ  波長
Λ  格子周期
Θｉ  角度
ｄ  深さ
ｈ  高さ
ｎp★  等価屈折率
ｎS  基板の屈折率
ｎC  誘電膜の屈折率
εm  金属膜の誘電定数
Ａ  入射光
Ｂ  透過光
Ｐ  プラズモン波
【図１ａ】
2007172817.tif 000005
【図１ｂ】
2007172817.tif 000006
【図１ｃ】
2007172817.tif 000007
【図１ｄ】
2007172817.tif 000008
【図１ｅ】
2007172817.tif 000009
【図１ｆ】
2007172817.tif 000010
【図２】
2007172817.tif 000011
【図３】
2007172817.tif 000012
【図４】
2007172817.tif 000013
【図５】
2007172817.tif 000014
【図６ａ】
2007172817.tif 000015
【図６ｂ】
2007172817.tif 000016
【図７ａ】
2007172817.tif 000017
【図７ｂ】
2007172817.tif 000018
【図８】
2007172817.tif 000019
【図９ａ】
2007172817.tif 000020
【図９ｂ】
2007172817.tif 000021