(57)【要約】  画像を光学的に符号化するデバイス及び方法である。  第１の態様によれば、本開示は、画像を光学的に符号化するデバイスであって、少なくとも１つの第１観察スペクトル帯域において観察されるように意図されているデバイスに関する。前記符号化デバイスは、支持構造と、前記支持構造上に形成された複数の金属／誘電体／金属型プラズモニックアンテナのセットとを備える。プラズモニックアンテナはそれぞれ、前記第１観察スペクトル帯域内に存在する少なくとも１つの波長と共鳴する。プラズモニックアンテナは、前記第１観察スペクトル帯域において、少なくとも前記画像の第１の空間的符号化を実現するような形態で、前記支持構造上に空間的に配置される。【選択図】図１Ｂ
2018527628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素によって形成された画像を光学的に符号化する符号化デバイス（１０、２０、３０、４０）であって、
前記複数の画素はそれぞれ、位置及び少なくとも１つの値によって定められ、
前記画像は、異なる値を有する少なくとも２つの画素を備え、
当該符号化デバイスは、少なくとも第１観察スペクトル帯域において観察されるよう意図されており、
支持構造と、前記支持構造上に形成された複数の金属／誘電体／金属型プラズモニックナノアンテナのセットとを備え、
前記複数のプラズモニックナノアンテナはぞれぞれ、前記第１観察スペクトル帯域内に存在する少なくとも１つの波長と共鳴し、
前記複数のプラズモニックナノアンテナは、前記画像の１つの画素に、１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットが対応するように、前記支持構造上に空間的に配置され、
前記サブセットの光学応答は、偏光に依存し、且つ、前記第１観察スペクトル帯域に含まれるスペクトル帯域内に存在し、前記画素の値に相当し、
前記複数のプラズモニックナノアンテナの前記セットは、前記第１観察スペクトル帯域において、少なくとも前記画像の第１の空間的符号化を実現する
ことを特徴とする符号化デバイス。
【請求項２】
少なくとも１つの第１の空間的符号化は、グレースケールでの符号化を含み、
１つの画素に関連づけられた１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットの前記光学応答は、グレーレベルのスケールにおけるグレーレベルにより定められた画素の値に相当する強度スケールでの相対強度を有する
ことを特徴とする、前記請求項１に記載の符号化デバイス。
【請求項３】
前記画像の１つの画素は、少なくとも第１の値及び第２の値を有しており、
複数のナノアンテナのサブセットは、前記画像の各画素に関連付けられており、
複数のナノアンテナの前記サブセットは、所定の偏光に対応して、少なくとも第１光学応答及び第２光学応答を有し、
前記第１光学応答及び前記第２光学応答はそれぞれ、前記第１観察スペクトル帯域内の第１スペクトル帯域及び第２スペクトル帯域に存在し、
前記第１光学応答及び前記第２光学応答はそれぞれ、画素の前記第１の値及び画素の前記第２の値に相当し、
前記第１観察スペクトル帯域において、当該画像のカラーでの空間的符号化を実現する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の符号化デバイス。
【請求項４】
プラズモニックナノアンテナの前記セットは、第１観察スペクトル帯域内の複数の共鳴プラズモニックナノアンテナと、第２スペクトル帯域内の複数の共鳴プラズモニックナノアンテナとを備え、
前記第１スペクトル帯域内の前記複数の共鳴プラズモニックナノアンテナは、第１観察スペクトル帯域において観察可能な第１画像の第１の空間的符号化を実現するように、前記基板上に空間的に配置され、
前記第２スペクトル帯域内の前記複数の共鳴プラズモニックナノアンテナは、第２観察スペクトル帯域において観察可能な第２画像の第２の空間的符号化を実現するように、前記基板上に空間的に配置される
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の符号化デバイス。
【請求項５】
プラズモニックナノアンテナの前記セットは、第１偏光に対応する複数の共鳴プラズモニックナノアンテナと、第２偏光に対応する複数の共鳴プラズモニックナノアンテナとを備え、
前記第１偏光に対応する前記複数の共鳴プラズモニックナノアンテナは、第１偏光で且つ前記第１観察スペクトル帯域において観察可能な第１画像の第１の空間的符号化を実現するように、前記基板上に空間的に配置され、
前記第２偏光に対応する前記複数の共鳴プラズモニックナノアンテナは、第２偏光で且つ前記第１観察スペクトル帯域において観察可能な第２画像の第２の空間的符号化を実現するように、前記基板上に空間的に配置される
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の符号化デバイス。
【請求項６】
前記複数のプラズモニックナノアンテナは、同様の形状と寸法を有する複数の基本セル（１０１、２０１、３０１）に分配され、
各基本セルは、前記画像の１つの画素の値に対応する光学応答を有する１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットを備える
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の符号化デバイス。
【請求項７】
前記複数のプラズモニックアンテナは、同様の形状と寸法を有する複数の第１基本セル（１００）に分配され、
前記複数の第１基本セル（１００）はそれぞれ、１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットを備え、
前記サブセットは、第１観察スペクトル帯域における光学応答を示し、
前記第１観察スペクトル帯域における前記光学応答は、第１画像の１つの画素の値に対応し、 
前記複数の第１基本セルは、同様の形状と寸法を有する複数の第２基本セル（２００）に分配され、
前記複数の第２基本セル（２００）はそれぞれ、１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットを備え、
前記サブセットは、第２観察スペクトル帯域における光学応答を示し、
前記第２観察スペクトル帯域における前記光学応答は、第２画像の１つの画素の値に対応する
ことを特徴とする、請求項６に記載の符号化デバイス。
【請求項８】
前記複数のプラズモニックナノアンテナは、前記基板上に空間的に分配されて、第１観察スペクトル帯域において且つ所定の偏光で、少なくとも第１画像を符号化し、
前記第１画像は、ＱＲコードを形成する
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の符号化デバイス。
【請求項９】
前記複数のプラズモニックナノアンテナは、前記基板上に空間的に分配されて、第１観察スペクトル帯域において所定の偏光で、認識可能なパターンを形成する少なくとも第１画像を符号化する
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の符号化デバイス。
【請求項１０】
前記プラズモニックナノアンテナは全て、
第１の連続した金属層（１２）と、
前記第１の連続した金属層（１２）上に形成された、第２の連続した誘電体材料層（１３）と、
前記第２の連続した誘電体材料層（１３）上に配置され、且つ、前記複数のプラズモニックナノアンテナを構成する金属／誘電体／金属層（ＭＤＭｉ）を局所的に形成する、第３の金属層と、
を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の符号化デバイス。
【請求項１１】
前記支持構造を構成する基板（１１）をさらに備え、
前記支持構造上には、前記第１の連続した金属層（１２）が積層されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の符号化デバイス。
【請求項１２】
前記支持構造は、前記第１の連続した金属層、又は、誘電体材料からなる前記第２層（１３）により構成される
ことを特徴とする、前記請求項１０に記載の符号化デバイス。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれ一項に記載の符号化デバイスを備えるセキュリティ保護された物品。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の符号化デバイスにより、少なくとも第１観察スペクトル帯域において、少なくとも１つの画像を符号化する符号化方法であって、
前記画像を、当該画像内での位置を有する複数の画素に分解することと、
各画素に、画素の少なくとも１つの値を割り当てることと、
各画素に対して、その光学応答が、偏光に依存し、且つ、前記観察スペクトル帯域に含まれるスペクトル帯域内に存在する、当該画素の前記値に対応する１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットを定めることと、
前記支持構造上に金属／誘電体／金属構造を実現し、前記複数のナノアンテナの前記セットを形成することと、を備えることを特徴とする符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形式の空間的情報を光学的に符号化するデバイス、及び、このような情報を光学的に符号化する方法に関する。本発明は、特に、貴重品等の偽造対策に利用される。
【背景技術】
【０００２】
宝飾品、香水用容器、衣料品、銀行のカード、銀行券等の貴重品の偽造対策用として多数のデバイスが知られている。
【０００３】
これらのデバイスには、例えば、入射の角度、観察の角度、又はその双方によって変化する視覚的効果を有する光学セキュリティ素子（回折素子、ホログラム等）がある。これらの光学素子によれば、空間的情報を用いて、貴重品に確実にマーキングすることができる。例えば、画像や英数字等が識別情報として利用されている。
【０００４】
各種光学セキュリティ素子の中では、金属／誘電界面を備えるプラズモニックデバイスも知られている。この金属層は、回折格子の形態で構成されることにより、所定波長の入射波が表面プラズモンと結合可能となっている。
【０００５】
例えば、米国特許出願２０１２００１５１１８は、金属の色を制御する方法について述べており、ここでは、金属／誘電界面が入射光線により照射されたときにこの界面上でおきる表面プラズモンの励起を用いている。この方法は、特に、銀行券等の貴重品の偽造防止に利用される。より詳細に言えば、上記特許出願には、繰り返し配置される金属サブ波長構造のセットの形成について記載されている。この構造は、例えば、入射光波が所定の共鳴波長で表面プラズモンと結合可能となるように金属表面をエンボス加工することによって得られる。観察される光学効果は、入射角度又は観察角度又はその双方に、強く依存する。また、この光学効果に含まれるものとしては、特に、金属表面での色の変化が挙げられ、これにより、見た目を良くする目的、又は、偽造対策、又は、その両方を目的として、色が変化する金属のパターンを当該貴重品上に作成することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、回折格子の形態で刻まれた結合構造（この結合はサブ波長構造の集団効果による）の場合、入射光波と表面プラズモンとの有効な結合を実現するには、１０波長以上のオーダーの寸法であることが必要である。
【０００７】
そのため、米国特許出願２０１２００１５１１８に記載された方法は、セキュリティ保護対象の物品（通常は数１０μｍより小さい）用の小型マーキングデバイス（例：小さな物品の偽造防止用デバイス）を形成するには適切ではない。さらに、得られた視覚的効果の角度依存性は、宝石や宝飾品等のある用途にとっては強い制限となることがあり、この場合、観察角度に依存しない色を得ることが求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示は、寸法が波長のオーダーであり得る基本セル上のデータを空間的に符号化することを可能にする光学的符号化デバイスであって、特に、偽造防止用小型マーキングデバイスの作成を可能にする光学的符号化デバイスを提案することを目的とする。
【０００９】
第１の態様によれば、本開示は、少なくとも１つの空間的単位の情報すなわち「画像」を光学的に符号化するデバイスに関する。前記画像は、複数の画素に分解可能であり、各画素は、当該画像内での位置及び少なくとも１つの値によって定められる。１つの画像は、異なる値を有する少なくとも２つの画素を備える。前記符号化デバイスは、少なくとも１つの第１観察スペクトル帯域において観察されるように意図されており、支持構造と、前記支持構造上に形成された複数の金属／誘電体／金属型プラズモニックナノアンテナのセットとを備える。前記複数のプラズモニックナノアンテナはそれぞれ、前記第１観察スペクトル帯域内に存在する少なくとも１つの波長と共鳴する。前記複数のプラズモニックナノアンテナは、前記画像の１つの画素に、１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットが対応するように、前記支持構造上に空間的に配置される。前記サブセットの光学偏光応答は、、前記第１観察スペクトル帯域に含まれるスペクトル帯域内に存在し、前記画素の値に対応する。前記複数のプラズモニックナノアンテナの前記セットは、前記第１観察スペクトル帯域において、少なくとも前記画像の第１の空間的符号化を実現する。
【００１０】
公知のように、所定の方向で測定したプラズモニックナノアンテナの長さがλＲ／２ｎｐに等しい場合、共鳴波長と呼ばれる所定の波長λＲで共鳴する。ここでは、ｎは前述の金属／誘電体／金属構造を構成する誘電体材料の屈折率であり、ｐは零でない自然数である。
【００１１】
このようなプラズモニックナノアンテナは、局在共鳴を示し、つまり、共鳴波長を中心とするスペクトル帯域で光学応答を発現することができる。有効断面積は、共鳴波長の２乗のオーダーである。
【００１２】
本開示では、「光学応答」は、非近接場で測定される光学応答、つまり、波長の２倍より大きい距離で測定される光学応答を意味する。この光学応答は、反射光束の測定、又は、ナノアンテナの熱放射によって発光された光束の測定、いずれかにより得られる。
【００１３】
複数のプラズモニックナノアンテナのセットの配置により、「複数の画素（又は複数の基本情報要素）」のセットよりなる空間的情報の符号化が可能となる。この画素はそれぞれ、位置及び１つ又は複数の値により決まる。支持構造上の所定位置に配置されたプラズモニックナノアンテナについて、当該プラズモニックナノアンテナの幾何パラメータ群（形状、寸法、向き）は、前記画像内の対応する位置にある画素について当該画素の値に相当する光学応答を、観察スペクトル帯域内に含まれるスペクトル帯域で発現するように決定される。
【００１４】
このような符号化デバイスは、発光（外部熱源で加熱されたナノアンテナの熱放射）を観察するか、又は、反射（所定の入射光束による照射下）を観察することができる。後者の場合、ナノアンテナの共鳴吸収が、入射波に対する反射波のスペクトルを変化させる。
【００１５】
観察スペクトル帯域については、紫外領域（３００〜４５０ｎｍ）からテラヘルツ帯（３００μｍ）までの波長範囲内に存在可能である。
【００１６】
１つ又は複数の実施形態によれば、第１の空間的符号化は、グレースケールでの符号化を含む。１つの画素に関連づけられた１つ又は複数のナノアンテナのサブセットの幾何パラメータ群は、光学応答を発現するように決定される。この光学応答は、偏光に依存して、観察スペクトル帯域に含まれる所定のスペクトル帯域内で測定されるものであり、位置により変化し且つ画素の値に相当する相対強度（「グレースレベル」）を有する。この相対強度は、グレーレベルのスケールにおけるグレーレベルとして定められる。
【００１７】
１つ又は複数の実施形態によれば、金属／誘電体／金属構造を形成する材料はナノアンテナを構成し、また、この材料により、選択されるナノアンテナの形状が決まる。ナノアンテナの寸法、又は、向き、又は、その両方を変えることにより、所定のスペクトル帯域、又は、所定の偏光、又は、その両方において、光学応答の相対強度を変化させることができる。前記所定のスペクトル帯域及び前記所定の偏光は、当該ナノアンテナの共鳴吸収又は共鳴発光の最適な条件から決まる。
【００１８】
１つ又は複数の実施形態によれば、１つの画素に関連づけられた複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットは、同じ偏光に対して異なる共鳴波長をもつ複数のプラズモニックナノアンテナを備えるものである。そして、全ての共鳴波長を包含するスペクトル帯域において、光学応答は、発光を観察する場合は、前記各ナノアンテナの光学応答の加算合成の結果として得られ、反射を観察する場合は、前記各ナノアンテナの光学応答の減算合成の結果として得られる。この場合、グレースケールでの符号化は、共鳴ナノアンテナの有無を様々な波長で調整することにより得ることができる。
【００１９】
１つ又は複数の実施形態によれば、第１の空間的符号化は、画像の「カラーでの符号化」である。少なくとも第１の値及び第２の値を有する画像の画素は、所定の偏光に対応する複数のナノアンテナのサブセットを、各画素と関連づけることができる。前記第１の値及び第２の値は、例えば、異なる波長に対して定められる。少なくとも第１光学応答及び第２光学応答があり、それぞれ、第１観察スペクトル帯域内の第１スペクトル帯域と第２スペクトル帯域に存在する。この第１光学応答及び第２光学応答は、画素の前記第１の値及び前記第２の値に相当し、これにより、当該画像のカラーでの符号化を再生する。
【００２０】
１つ又は複数の実施形態によれば、プラズモニックナノアンテナの前記セット中の少なくとも一部のプラズモニックナノアンテナは、第１偏光で共鳴する。また、プラズモニックナノアンテナの前記セット中の少なくとも一部のプラズモニックナノアンテナは、第２偏光で共鳴する。これらの例では、前記第１偏光で観察可能な第１の空間的情報又は画像を、第１の空間的符号化することと、前記第２偏光で観察可能な第２の空間的情報又は画像を、第２の空間的符号化することとを実現するように、プラズモニックナノアンテナを前記支持構造上に空間的に配置することができる。
【００２１】
１つ又は複数の実施形態によれば、プラズモニックナノアンテナの前記セット中の少なくとも一部のプラズモニックナノアンテナは、第１観察スペクトル帯域において共鳴する。また、プラズモニックナノアンテナの前記セット中の少なくとも一部のプラズモニックナノアンテナは、第２観察スペクトル帯域において共鳴する。これらの例では、前記第１観察スペクトル帯域において観察可能な第１の空間的情報又は画像を、第１の空間的符号化することと、前記第２観察スペクトル帯域において観察可能な第２の空間的情報又は画像を、第２の空間的符号化することとを実現するように、プラズモニックナノアンテナを前記支持構造上に空間的に配置することができる。
【００２２】
１つ又は複数の実施形態によれば、前記複数のプラズモニックナノアンテナは、同様の形状と寸法を有する複数の基本セルに、分配される。各基本セルは、１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナの前記複数のサブセットの１つを備える。また、基本セルの寸法は、例えば、画素の寸法に相当する。
【００２３】
１つ又は複数の実施形態によれば、同じ偏光に対して異なる共鳴波長をもつ複数のプラズモニックナノアンテナを、同一の基本セル内に組み合せることができる。そして、全ての共鳴波長を包含するスペクトル帯域において、光学応答は、発光を観察する場合は、前記各ナノアンテナの光学応答の加算合成の結果として得られ、反射を観察する場合は、前記各ナノアンテナの光学応答の減算合成の結果として得られる。
【００２４】
１つ又は複数の実施形態によれば、直交する偏光に対して異なる共鳴波長をもつ複数のプラズモニックナノアンテナを、同一の基本セル内に組み合せることもできる。この場合、第１偏光で第１の空間的情報を符号化することができ、第２偏光で第２の空間的情報を符号化することができる。
【００２５】
１つ又は複数の実施形態によれば、前記複数のプラズモニックナノアンテナは、同様の形状と寸法を有する複数の第１基本セルに分配され、前記複数の第１基本セルはそれぞれ、第１観察スペクトル帯域における光学応答を有する。また、前記複数の第１基本セルは、同様の形状と寸法を有する複数の第２基本セルに分配され、前記複数の第２基本セルはそれぞれ、第２観察スペクトル帯域における光学応答を有する。この変形例では、特に、異なる２つの観察スペクトル帯域において２つの空間的情報を符号化することが可能となる。
【００２６】
１つ又は複数の実施形態によれば、前記複数のプラズモニックナノアンテナは、前記基板上に空間的に分配されて、第１観察スペクトル帯域において且つ所定の偏光で、少なくとも空間的情報又はＱＲコードを形成する画像を符号化する。
【００２７】
１つ又は複数の実施形態によれば、前記複数のプラズモニックナノアンテナは、前記基板上に空間的に分配されて、第１観察スペクトル帯域において且つ所定の偏光で、少なくとも空間的情報又は認識可能なパターンを形成する画像を符号化する。
【００２８】
１つ又は複数の実施形態によれば、プラズモニックナノアンテナの前記セットは、第１の連続した金属層と、前記第１金属層上に形成された第２の連続した誘電体材料層と、前記複数のプラズモニックナノアンテナを構成する金属／誘電体／金属層を局所的に形成する第３の金属層とを備える。このように構成された符号化デバイスは、簡略な工程で実現可能であり、産業上は「ナノインプリント」技術により制御される。
【００２９】
誘電体材料とは、その屈折率の虚数部が対象のスペクトル帯域において０．２以下である任意の材料、又は、そのような材料の組み合わせを意味する。
【００３０】
１つ又は複数の実施形態によれば、前記符号化デバイスは、前記支持構造を構成する基板をさらに備え、前記支持構造上には、金属材料よりなる前記第１の連続した層が積層されている。
【００３１】
または、前記支持構造は、金属材料よりなる前記第１層自体から構成されてもよい。例えば、前記支持構造は、セキュリティ保護対象の物品の金属部分自体から構成されてもよい。
【００３２】
または、前記支持構造は、誘電体材料よりなる前記第２層自体から構成されてもよい。これは、誘電体材料よりなる前記第２層の厚さは制限されるため、符号化デバイスの側部の寸法を小さくできるからである（通常、想定している観察スペクトル帯域の最小波長の１０分の１未満）。
【００３３】
第２の態様によれば、本開示は、前記請求項いずれか一つに記載の符号化デバイスを備える、セキュリティ保護された物品に関する。前記セキュリティ保護された物品は、例えば、宝飾品、香水用容器、衣料品、銀行のカード、銀行券、身分証明証（例：ＩＤカード、パスポート、運転免許証）、金券類（例：ギフト券）等のカテゴリの１つから選択される物品である。
【００３４】
第３の態様によれば、本開示は、第１態様に従う符号化デバイスを用いて、所定の観察スペクトル帯域において、空間的情報又は画像を符号化する方法に関する。
【００３５】
１つ又は複数の実施形態によれば、前記符号化方法は、
前記画像を、当該画像内での位置を有する複数の画素に分解することと、
各画素に、画素の少なくとも１つの値を割り当てることと、
各画素に対して、その光学応答が、偏光に依存し、且つ、前記観察スペクトル帯域に含まれるスペクトル帯域内に存在する、当該画素の前記値に対応する１つ又は複数のプラズモニックナノアンテナのサブセットを定めることとを備えることを特徴とする符号化方法である。
【００３６】
１つ又は複数の実施形態によれば、前記画像が同一形状且つ同一寸法の複数の画素に分解されている前記符号化方法は、各画素に対して、前記支持構造上の位置について決まる基本セルを定めることと、各基本セルに対して、その光学応答が当該画素の値に等しい複数のナノアンテナのセットを定めることとを含む。形状と寸法はそれぞれ、前記画像内の当該画素の位置、及び、当該画素の形状と寸法に対応する。
本発明のその他の利点と特徴は、本明細書の記述及び以下の図面により明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本開示に従う符号化デバイスの一例を示す図である。
【図１Ｂ】本開示に従う符号化デバイスの別の例を示す図である。
【図２Ａ】符号化デバイスの基本セルの一例を示す図である。
【図２Ｂ】前記基本セルの断面図である。
【図２Ｃ】３〜５μｍ帯域内の異なる共鳴波長におけるプラズモニックナノアンテナの発光と吸収を規格化したものを示すグラフである。
【図２Ｄ】異なる共鳴波長におけるプラズモニックナノアンテナの発光曲線を、黒体のスペクトル放射と比較したグラフである。
【図２Ｅ】直方体状のナノアンテナの場合における、光学応答のグレースケール値の一例を、プラズモニックナノアンテナの幅の関数として示したグラフである。
【図３Ａ】本開示に従う符号化デバイスの形成に適合するＭＤＭナノアンテナについて、その基本パターンを示す図である。
【図３Ａ】本開示に従う符号化デバイスの形成に適合するＭＤＭナノアンテナについて、その基本パターンを示す図である。
【図３Ｂ】本開示に従う符号化デバイスの形成に適合するＭＤＭナノアンテナについて、その基本パターンを示す図である。
【図３Ｃ】本開示に従う符号化デバイスの形成に適合するＭＤＭナノアンテナについて、その基本パターンを示す図である。
【図３Ｄ】本開示に従う符号化デバイスの形成に適合するＭＤＭナノアンテナについて、その基本パターンを示す図である。
【図３Ｅ】本開示に従う符号化デバイスの形成に適合するＭＤＭナノアンテナについて、その基本パターンを示す図である。
【図３Ｆ】本開示に従う符号化デバイスの形成に適合するＭＤＭナノアンテナについて、その基本パターンを示す図である。
【図３Ｇ】本開示に従う符号化デバイスの形成に適合するＭＤＭナノアンテナについて、その基本パターンを示す図である。
【図４Ａ】ＭＤＭアンテナの組合せで構成された、本開示に従う符号化デバイスの基本セルの形成用パターンを示す図である。
【図４Ｂ】ＭＤＭアンテナの組合せで構成された、本開示に従う符号化デバイスの基本セルの形成用パターンを示す図である。
【図４Ｃ】ＭＤＭアンテナの組合せで構成された、本開示に従う符号化デバイスの基本セルの形成用パターンを示す図である。
【図４Ｄ】ＭＤＭアンテナの組合せで構成された、本開示に従う符号化デバイスの基本セルの形成用パターンを示す図である。
【図５Ａ】基本セルのセットよりなる、本開示に従う符号化デバイスの一例を示している。各基本セルは、直交する２つの偏光に対応する共鳴ナノアンテナを備える。
【図５Ｂ】各偏光について８〜１２μｍ帯域で観察される、各基本セルの光学応答を示している。
【図６】基本セルのセットよりなる、本開示に従う符号化デバイスの一例を示している。各基本セルは、直交する２つの偏光に対応し、且つ、本開示の実施形態に従うＱＲコードを符号化するよう配置された共鳴ナノアンテナを備える。
【図７Ａ】図６に記載の、ＱＲコードを符号化する符号化デバイスの光学応答である（偏光は水平偏光、スペクトル帯域は可視領域）。
【図７Ｂ】図６に記載の、ＱＲコードを符号化する符号化デバイスの光学応答である（偏光は垂直偏光、スペクトル帯域は可視領域）。
【図７Ｃ】図６に記載の、ＱＲコードを符号化する符号化デバイスの光学応答である（偏光は水平偏光、スペクトル帯域は赤外領域）。
【図７Ｄ】図６に記載の、ＱＲコードを符号化する符号化デバイスの光学応答である（偏光は垂直偏光、スペクトル帯域は赤外領域）。
【図８Ａ】第１偏光で且つ第１スペクトル帯域における、本開示に従う符号化デバイスの第１応答（発光を観察したもの）を示している。前記符号化デバイスは、基本セルのセットより構成される。各基本セルは、直交する２つの偏光に対応し、且つ、第１偏光での第１画像と、第２偏光での第２画像とを符号化するよう配置された共鳴ナノアンテナを備える。
【図８Ｂ】第２偏光で且つ第１スペクトル帯域における、前述の符号化デバイスの光学応答である。その第１応答は、発光を観察したものであり、図８Ａに記載されている。
【図９】第２偏光で且つ第１スペクトル帯域のサブスペクトル帯域における、前述の符号化デバイスの光学応答である。その第１応答は、発光を観察したものであり、図８Ａに記載されている。
【図１０】本開示に従う符号化方法の工程の一例を示している。
【図１１Ａ】セキュリティ保護された物品を認証するのに適切なデバイスであって、光源による反射を用いるものを示す図である。
【図１１Ｂ】セキュリティ保護された物品を認証するのに適切なデバイスであって、加熱手段による発光を用いるものを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１Ａ及び図１Ｂは、本開示に従う符号化デバイスについて、２つの例を示している。
【００３９】
ここに例示する符号化デバイス１０はそれぞれ、支持構造基板１１と、この基板上に積層されている第１連続金属層１２と、金属層１２上に積層された誘電体材料層１３と、複数の金属「パッド」４００の組を形成するように構成された第２金属層とを備える。この各金属パッド４００の幾何学的な特性は、金属／誘電体／金属構造（ＭＤＭ）を誘電体材料層１３とともに形成するように定められ、この金属／誘電体／金属構造は、それぞれがプラズモニックナノアンテナとなる。その詳細については後述する。
【００４０】
前述の基板は、例えば、ガラス、ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ）、プラスチックから選択される。
【００４１】
誘電体材料は、その屈折率の虚数部が対象のスペクトル帯域において０．２以下であり、好ましくは、吸収がない任意の材料、又は、そのような材料の組み合わせから選ぶことができる。例えば、誘電体材料の層は、酸化物（例：ケイ酸（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３））、硫化亜鉛（ＺｎＳ））、ガラス、プラスチック又は樹脂材料（例：ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、カプトン（Ｃａｐｔｏｎ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等）、織物（例：絹）、又は、これらの材料よりなる層を２つ以上組合わせたものより構成される。また、誘電体材料の層は、空気層を含んでいてもよく、含まなくてもよい。これらの材料により、紫外領域からテラヘルツ領域までのスペクトル範囲に対応することができる。
【００４２】
前述の第１金属層及び第２金属層は、例えば、金、アルミニウム、銅、銀から選択される。アルミニウムや銀の場合は、符号化デバイスの動作を紫外領域（３００〜４５０ｎｍ）まで拡張することができる。可視領域からテラヘルツ領域（通常、３００μｍ）までの範囲については、前述の材料全てが対応可能である。
【００４３】
別の実施形態（不図示）では、支持構造は、複数の金属層１２のうち１つと誘電体材料層１３とから構成されてもよく、この場合、基板１１は不要である。本開示に従う符号化デバイスを用いてセキュリティ保護対象の物品を取り扱う場合、連続した金属層１２は、前記物品の金属部分から構成されてもよい。また、金属層１２自体が支持構造を構成してもよい。
【００４４】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、各金属パッド４００の幾何学的な特性（形状、寸法、向き）は、支持構造の平面内における当該金属片の位置に基づいて決まる。これにより、空間的情報、すなわち、１つ又は複数の値（例：グレースケール、カラー）と位置によって決まる複数の画素のセットよりなる「画像」が符号化される。
【００４５】
より正確には、図１Ａ及び図１Ｂに記載の実施形態では、金属パッド４００は、同じような形状と寸法を有する基本セル１００の集まりとしてグループ化され、これら基本セルは、基板全体に亘ってに均一に分配される。基本セルの形状については、正方形、長方形、三角形、六角形、八角形等、各種の形状がとりうる。各基本セルは、符号化対象の空間的情報の「画素」１つに対応しており、そのため、基本セルの寸法は、画素の寸法に適合されている。実際には、画素の寸法は、符号化デバイスを認証するように意図されたデバイスに基づいて決めることができる。正確に言えば、検出器と当該検出器上に画像を結像する対物レンズとに基づいて決めることができる。画素の最小寸法は、観察スペクトル帯域中の最大波長の半分のオーダーとなり、これは画像を結像する対物レンズの回折限界に相当する。基本セルの寸法により、１つの基本セルに対して、ナノアンテナ１つ、又は、複数のナノアンテナ（共鳴波長は、同一波長であると異なる波長であるとを問わない）よりなるサブセットが配される。
【００４６】
図１Ａ及び図１Ｂの例では、各基本セルは、プラズモニックナノアンテナを形成する金属パッド４００のサブセットを備える。これらの金属パッドは直方体であり、その長さにより共鳴波長が決まる。図１Ａの例では、１つの方向を向いており、図１Ｂの例では、金属片は、互いに直交する２方向に向いた直方体となっている。
【００４７】
図１Ａの例では、偏光に依存した光学応答が観察される。発光を観察する場合は、前記各ナノアンテナの光学応答の加算合成の結果として得られ、反射を観察する場合は、前記各ナノアンテナの光学応答の減算合成の結果として得られる。
【００４８】
図１Ｂの例における基本セルの光学応答は、ＴＭ偏光を符号化するデバイスを観察するのか、又は、ＴＥ偏光を符号化するデバイスを観察するのかによって異なる。図１Ａの例のように、偏光がいずれであるかによって、基本セルの各ナノアンテナの応答の加算合成の結果、又は、同応答の減算合成の結果として得られる。図１Ｂに示す符号化デバイスでは、第１偏光に対応する第１の空間的情報と、第２偏光に対応する第２の空間的情報の、２つの空間的情報を符号化することができる。実際には、図１Ｂに示す符号化デバイスを観察すること、及び、第１及び第２の空間的情報を符号化することは、いずれかの偏光に従って軸方向を定められた偏光子を介した反射又は発光により実現される。
【００４９】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、図１Ａ又は図１Ｂに記載の符号化デバイスの基本セル１０１を示す図と、当該基本セルの断面図である。
【００５０】
本例では、基本セルは、一辺の寸法がΛの正方形である。この基本セル１０１上に、寸法（Ｌ１、ｗ１）と寸法（Ｌ２、ｗ２）の直方体形状の２つの金属パッド４０１，４０２が、距離ｄだけ離れて配置されている。これらの金属パッド４０１，４０２は、同じ方向に向いており、その方向によって吸収（又は発光）された波の偏光が決まる。図２Ｂは、金属パッド４０１の位置における断面図を示している。
【００５１】
金属片の高さは、金属の層厚より大きく（通常、６００ｎｍから１２μｍの金に対して２５ｎｍ）、この点で優位性があり、上側の金属層を通してＭＤＭキャビティ（ｃａｖｉｔe  ＭＤＭ）から漏れることが防止される。
【００５２】
各金属パッド４０１，４０２での金属／誘電体／金属構造によって、共鳴波長（λＲ１、λＲ２）を有するプラズモニックナノアンテナが構成されることが知られている。この共鳴波長（λＲ１、λＲ２）は、当該ナノアンテナの長さ（Ｌ１、Ｌ２）と誘電体材料の種類とに依存する。第１の近似（例えば、Ｃｕｉ  ｅｔ  ａｌ．、Ｌａｓｅｒ＆Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｒｅｖｉｅｗ、５００〜５０２頁（２０１４）を参照）として、長方形のナノアンテナの長さＬｉによって共鳴波長λＲｉを約１０％以内に設定する。これを以下の式（１）により示す。
2018527628.tif 000003
ここで、ｎＤは、誘電体材料の屈折率を示す。
【００５３】
このようなナノアンテナでは、入射光波のいわゆる横切る向きの偏光（ＴＥ偏光）に対して、前述の波長において入射波の異常吸収が見られる。つまり、入射光波の磁場Ｈがナノアンテナの長さＬｉが測定された方向に垂直である場合、その入射光波の成分に対して入射波の異常吸収が見られる（図２Ａ参照）。さらに、このようなナノアンテナでは、前述の波長において、横切る向きの偏光の光波の異常発光も見られる。所定温度Ｔでのナノアンテナの発光応答（スペクトル放射）は、共鳴発光（放射率）と、前述の温度Ｔにおける黒体からの発光（黒体のスペクトル放射）との積となる。
【００５４】
図２Ｃは、異なる共鳴波長をもつプラズモニックナノアンテナそれぞれの吸収（破線）と発光（実線）を示す曲線を示す。
【００５５】
図２Ｄは、３７３Ｋにおける黒体の放射曲線と、ＭＤＭ型プラズモニックナノアンテナの放射曲線を示す。プラズモニックナノアンテナの放射曲線は、様々な共鳴波長（４，４．５，５，５．５，６μｍ）において、光束の１００％が吸収される（放射率が１となる）ように最適化されたものである。
【００５６】
このようなナノアンテナのＱ値は、共鳴波長λＲｉと共鳴の半値幅（ＦＷＨＭ）との比に等しい。材料が決まっていれば、公知のように、いくつかの幾何パラメータ（誘電体材料の層の厚さｅ、ナノアンテナの幅ｌと長さＬ等）に依存する。誘電体材料の層が所定の厚さｅ（λＲｉ／１００からλＲｉ／５）である場合、所定の偏光に依存し且つ所定の観察波長において、ナノアンテナの反射又は発光による光学応答を、０％から１００％の間で変化させることができ、これは、幅、長さ、向きを変えることにより実現できる。所定の応答を得られるようにこれらのパラメータを決めることについては、Ｃｏｍｓｏｌソフトウェア等の既知の計算ソフトを利用することができる。
【００５７】
したがって、ナノアンテナが動作するスペクトル範囲は、誘電体材料の種類のみによって決まり、紫外領域（３５０ｎｍ）からテラヘルツ領域（３００μｍ）まで対応することができる。
【００５８】
図２Ａに示す例では、長さが異なる２つの金属パッドを同じ方向に配しているが、この場合は、同じ偏光について異なる２つの共鳴波長を有する複数のナノアンテナの共鳴が可能となる。基本セル１０１上で、各ナノアンテナの応答の加算合成又は同応答の減算合成である光学応答が得られる。加算合成又は減算合成のいずれであるかは、符号化デバイスを反射により観察するか、又は、同デバイスを発光により観察するかによって決まる。これは、金属パッド４０１，４０２それぞれから構成される２つのナノアンテナからの応答である。
【００５９】
このように、図２Ａ及び図２Ｂ、図１Ａ及び図１Ｂに示す直方体状のナノアンテナを用いて、１つ又は複数の空間的情報を、反射又は発光のいずれで観察するかを問わず、カラー又はグレースケールで符号化することができる。また、これの符号化については、所定の偏光、所定の波長又は所定の観察帯域内、又は、その両方で可能である。以下の段落では、長方形のナノアンテナを用いた、グレースケールでの符号化及びカラーでの符号化の例を示す。
【００６０】
グレースケールで空間的情報を符号化する例
ここでは、グレースケール画像、例えば画素で構成された２次元画像を取り上げて説明する。各画素は、画素の値（グレースケール）と関連づけられている。
【００６１】
第１の変形例では、観察スペクトル帯域内の波長λを中心とする測定スペクトル帯域で、反射又は発光により、前述のグレースケールを再生しようとしている。
【００６２】
また、第１の変形例では、測定スペクトル帯域の幅は、通常、λ／１０であり、この幅は、観察波長での共鳴ナノアンテナの応答の幅に相当する（図２Ｃ参照）。実際には、適切なフィルタを通して測定を行うことができる。
【００６３】
本例によれば、上に述べたように、グレースケールを得るために、長方形の金属／誘電体／金属ナノアンテナが用いられている。ナノアンテナの長さＬにより、最大吸収又は熱放射の波長が決まる（式１参照）。
【００６４】
第１の例によれば、誘電体の厚さ（全てのナノアンテナに対する固定パラメータ）を適切に定めれば、各ナノアンテナの幅を変えることで、「０％」から「１００％」までのあらゆる吸収レベル又は発光レベルを得ることができる。それにより、公知のように、応答を最適化するように計算された幅に対して、当該ナノアンテナの効率を変化させる。例えば、吸収においては、「０％」レベルは、実際には、金属の残留吸収に相当する程度である。通常は、可視領域で５％、赤外領域で２〜３％、テラヘルツ領域で１％のオーダーであるが、金属の性質に依存して変化しうる。
【００６５】
図２Ｅは、４．２μｍでの反射により測定された光学応答を、プラズモニックナノアンテナの幅ｗの関数として示している。ここでは、長さ１．２μｍのナノアンテナと、ケイ酸誘電体材料（厚さ２２０ｎｍ、屈折率１．４）を用いている。本例では、金属は金であり、連続した金属層は１００ｎｍより大きい一定の厚さを有するので、光学的に不透明である。また、本例では、ナノアンテナの幅が約１００ｎｍである場合、反射が最小（吸収が最大）となることが観察される。この幅を変えることにより、反射が大きくなり、その結果、当該ナノアンテナの吸収が小さくなる。
【００６６】
また、最小寸法がλ／２の基本セル上で、画素を符号化することができる。この寸法は、回折限界に相当し、回折限界より小さい場合、非近接場での構造には適用できない。一方向の画素をλより大きくしたい場合、各基本セルにある程度の数のナノアンテナを設置してもよい。例えば、一方向の画素をＮ＊λ程度にしたい場合は、ナノアンテナを規則的に（例：２つの方向に約λ／２の周期で）繰り返して設置してもよい。
【００６７】
第２例では、寸法がλよりも非常に大きな画素の場合、ナノアンテナが密集してさえいれば、グレースケールを得ることができる。
【００６８】
第３例でも、通常λ／１０に等しい幅の所定のスペクトル帯域で、ナノアンテナの長さを増減させることによりグレースケールを得ることができる。実際に、アンテナの応答は、典型的なローレンツ分布となる（図２Ｃ参照）。このように、アンテナの長さを変えると、共鳴波長の波長はシフトし、その結果、応答は、観察スペクトル帯域内で弱くなる。
【００６９】
ナノアンテナの発光（図２Ｄ）の場合、プラズモニックナノアンテナを形成する横棒の長さを変えることにより、グレースケールでの符号化も実現することができる。これにより、黒体の曲線上にナノアンテナの発光曲線がシフトして、光学応答が変化する。
【００７０】
第４例では、平面内で長方形のアンテナの向きを変えることにより、グレースケールを得ることができる。最適化されたアンテナが軸ｕに沿っている場合、φだけ回転した同じアンテナに対してｃｏｓ（φ）２のグレースケールが得られる。
【００７１】
第２変形例では、光学応答測定用のスペクトル帯域は、より広くても良い。この場合、ある程度の数のナノアンテナを組み合わせることにより、グレースケールを得ることができる。例えば、観察スペクトル帯域内にそれぞれ共鳴波長を有する、異なる長さのナノアンテナをある程度の数だけ組み合わせられる。また、前述の各例の１つ（アンテナの幅・向き・密度）に従って各ナノアンテナの応答を調整することにより、グレースケールを得ることができる。または、所定のアンテナの有無で各ナノアンテナの応答を調整することにより、グレースケールを得ることができる。
【００７２】
前述の例及び変形例のいずれにおいても、複数の独立した空間的情報を符号化できることが理解される。例えば、複数の観察スペクトル帯域で、複数の空間的情報を符号化することができる。適切なフィルタを選べば、所定の空間的情報を観察することが可能となる。また、直交する２つの偏光に対応させて、独立した空間的情報を符号化することができる。観察に際して適切な偏光子を選べば、所定の空間的情報を観察することが可能となる。
【００７３】
カラーで空間的情報を符号化する例
本例では、カラーの空間的情報、例えば画素で構成された２次元画像を取り上げて説明する。画像の各画素に対して、例えば、「ＲＧＢ」（赤緑青）レベルを決めることができる。ＲＧＢでは、ある程度の数の且つ利用可能な特定の色（例：１６００万色）の中から、色が指定される。
【００７４】
ある例では、３つの色それぞれに対して、グレースケール画像を定め、前述のグレースケールでの符号化方法に従ってこのグレースケール画像を符号化することができる。この場合、所定の画素に対して、３つの増幅波長λｒ１・λｒ２・λｒ３を持つ３つの共鳴ナノアンテナが選択される。観察は、各画素上で肉眼によって行うことが可能であり、又は、ＲＧＢフィルタ付マルチスペクトルカメラを用いて、３つのフィルタを通して行うことが可能である。これら３つの波長は、少なくともλｒ３／１０にスペクトル分割され、この点で優位性がある。各アンテナのグレースケールは、例えば、当該アンテナの幅又は当該アンテナの向き（偏光に対応した応答のみ）によって決めることができる。３つの共鳴波長の間のスペクトル分割が大きい場合、各アンテナのグレースケールを、アンテナの長さを変えることによって調整することもできる。例えば、低レベルの吸収が得られるように長さを変えることによって、調整可能となる。第２の対象スペクトル帯域での信号は生成されない。実際には、少なくともλｒ３／５のスペクトル分割となる。
【００７５】
上に述べたように、最小寸法がλｒ３／２である基本セル上で、画素を符号化することができる。この値は、回折限界に相当し、回折限界より小さい場合、非近接場での構造には適用できない。
【００７６】
異なるスペクトル帯域で複数のカラー空間的情報を符号化することができる。例えば、可視領域内の画像と、赤外領域内の画像とを符号化することができる。実際には、符号化する２つの画素は、それぞれの積を寸法とする（例えば、可視領域の符号化グリッドは２５０ｎｍの画素よりなり、赤外領域のグリッドは２μｍの画素よりなる）。赤外領域の画素１つは、６４個の可視領域の画素を含む。
【００７７】
一方の又は他方の偏光で、１つ又は複数の空間的情報を符号化することもできる。
【００７８】
また、一方の又は他方の偏光で且つ１つ又は複数のスペクトル帯域において、１つ又は複数のグレースケール空間的情報、及び、１つ又は複数のカラー空間的情報を、符号化することもできる。
【００７９】
直方体状の金属パッドで形成されるナノアンテナを用いた特定の実施形態について述べた、様々な形状のナノアンテナが製造可能であることと、プラズモニックナノアンテナを形成する金属パッドの形状は直方体に限定されないことは、当業者に周知の事項である。
【００８０】
図３Ａ〜図３Ｈは、プラズモニックナノアンテナを構成する金属／誘電体／金属構造の形成に適切な金属片のセットを、上面図で示している。上から見て、正方形状の金属片（図３Ａ）、円形（図３Ｂ）、十字型（図３Ｃ）、直交する２つの軸に沿った、長さが等しい２つの長方形の組合せ（図３Ｄ）である構造は、偏光に依存しない応答を示す。また、上から見て、長方形（図３Ｅ）、楕円形（図３Ｆ）、非対称十字型（図３Ｇ）、直交する軸に沿った、長さが異なる複数の長方形の組合せ（図３Ｈ）は、偏光に依存する光学応答を示す。
【００８１】
図３Ｅ、図３Ｄ、図３Ｈは、図２Ａ乃至図２Ｄで既に述べた直方体状の金属パッドの組合せを示している。光学応答は、上に述べたように、「カラー」であるかグレースケールであるかによって異なってもよい。図３Ｃ及び図３Ｇは、上から見て十字型を有するプラズモニックナノアンテナを示している。これらの構造は、図３Ｄ（長さが等しい２つの長方形）及び図３Ｈ（長さが異なる２つの長方形）に記載の各ナノアンテナと実質的に同じ振る舞いを示す。また、これらの構造は、例えば、Ｃｕｉ  ｅｔ  ａｌ．、Ｌａｓｅｒ＆Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｒｅｖｉｅｗ  ８、４９５  （２０１４）に記載の寸法規則を有する。
【００８２】
正方形の金属パッドによるプラズモニックナノアンテナ（図３Ａ参照）については、例えば、Ｃｕｉ  ｅｔ  ａｌ．、Ｌａｓｅｒ＆Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｒｅｖｉｅｗ  ８、４９５  （２０１４）に記載されている。寸法規則は、直方体状のナノアンテナとほぼ同じであるが、その光学応答は偏光に依存しない。正方形のナノアンテナの場合、グレースケールでの符号化は、上に述べたように、所定の観察スペクトル帯域において観察し且つ正方形の大きさを変えることにより、得ることができる。
【００８３】
上から見て円形形状を有するプラズモニックナノアンテナについては、例えば、前述の文献と同じＣｕｉ  ｅｔ  ａｌ．、Ｌａｓｅｒ＆Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｒｅｖｉｅｗ  ８，４９５ （２０１４）に記載されている。また、光学応答は偏光に依存せず、寸法規則は、正方形のプラズモニックナノアンテナとほぼ同じである。正方形のナノアンテナの場合と同様に、グレースケールでの符号化は、所定の観察スペクトル帯域において観察し且つ円形の直径を変えることにより、得ることができる。
【００８４】
上から見て楕円形状を有するプラズモニックナノアンテナは、長方形のプラズモニックナノアンテナとほぼ同じ寸法規則を有する。
【００８５】
その他のパターン（星形、三角形、さらに複雑な十字型等）も可能であるが、セルの光学応答を設計する際に融通性が劣る点が欠点である。
【００８６】
図４Ａ〜図４Ｄも、異なる幾何学形状を持つプラズモニックナノアンテナに関連づけられた基本セルの上面図を示している。
【００８７】
ナノアンテナはそれぞれ、各自に特有の共鳴長さを持っており、このように設計された基本セルは、符号化デバイスを発光又は反射のいずれで観察するかによって、異なるナノアンテナの応答の加算合成又は減算合成から得られる光学応答を発現することができる。このことは、情報を空間的に符号化する場合に、多数の光学応答又は「カラー」を実現可能にする。また、本例では、前述の基本セルのうち一部の基本セルは、偏光に依存しない応答を示す（図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ）。ただし、図４Ｄは、「カラー」が偏光に依存する例をを示している。
【００８８】
図５乃至図９は、本開示に従う符号化デバイスの実施形態をより詳細に示している。ここでは、長方形のナノアンテナを用いているが、上記のような異なる形状を持つナノアンテナを用いる場合でも、同様に設計することが可能である。このような選択は、ナノアンテナの光学応答を偏光に対応させたいかどうかによる。
【００８９】
図５Ａ及び図５Ｂは、第１偏光での第１スペクトル符号化と、第２偏光での第２空間的に符号化とを可能にする、本開示に従う符号化デバイス１０の応用例の一つを示している。ここでは、符号化デバイスは、所定のスペクトル帯域における反射を観察するように意図されている。
【００９０】
図５Ａは、上から見た符号化デバイス１０であり、基本セルの形状と各基本セルに配されたプラズモニックナノアンテナのみが示されている。この符号化デバイスは、１２個の同一の正方形状基本セル１０１〜１１２より構成され、その寸法は、符号化しようとする情報の画素の寸法に適合している。各基本セル内のプラズモニックナノアンテナは、２つの偏光それぞれに対応する応答に関連付けられている。水平方向（ｘ軸方向）のナノアンテナは、ＴＭ偏光を符号化し、鉛直方向（ｙ軸方向）のアンテナは、ＴＥ偏光を符号化する。ここでは、各プラズモニックナノアンテナは、互いに直交する２方向のいずれかに沿って配置された長方形状を有する。基本セルはそれぞれ、１つの方向について、長さが異なるプラズモニックナノアンテナを４つまで備えることができ、つまり、観察スペクトル帯域において、４つの異なる共鳴波長をもつことができる。
【００９１】
符号化デバイスを反射又は発光で観察する場合、長さが異なる複数のナノアンテナぞれぞれの有無により、観察スペクトル帯域において、各偏光について２４＝１６の異なる光学応答が実現可能となる。図５Ｂは、波長の関数として、ＴＥ偏光とＴＭ偏光のそれぞれについての光学応答３０１〜３１２を示してものである（実線はＴＥ偏光、破線はＴＭ偏光）。これらは、各基本セルに対して計算したものである。
【００９２】
図６は、ＱＲコード（「Ｑｕｉｃｋ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ」の略）又は２次元バーコードでの実施形態に適用された、符号化デバイス１０の例を示している。この例での符号化デバイスは、カラー、２つのスペクトル帯域（可視及び赤外）において観察可能、２つの偏光（ＴＥ、ＴＭ）に対応したものである。図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂは、各スペクトル帯域での光学応答を示している。
【００９３】
図６には、基本セル１００よりなる第１のセットと、基本セル２００よりなる第２のセットが示されている。前述の基本セル２００はそれぞれ、基本セル１００のサブセットを備える。
【００９４】
基本セル１００は、直交する２つの偏光で、可視領域において光学応答を生成する大きさとなっている。ここでは、各基本セルは、第１偏光で第１の空間的情報を符号化する第１の方向を向いた複数のナノアンテナの第１のセット（例えば、直方体状の複数のナノアンテナ）と、第２偏光で第２の空間的情報を符号化する直交する方向を向いた複数のナノアンテナの第２のセットとを備える。より正確には、図６において水平方向（ｘ方向）に沿って記載されたナノアンテナは、「垂直」偏光（ＴＭ偏光）を符号化し、図６において鉛直方向（ｙ方向）に沿って記載されたナノアンテナは、「水平」偏光（ＴＥ偏光）を符号化する。ここでは、前述の符号化は、上に述べたように、「カラーでの符号化」である。各ナノアンテナは、「青」領域，「緑」領域，「赤」領域にそれぞれ存在する３つの共鳴波長λｒ１，λｒ２，λｒ３の１つにおいて共鳴吸収が可能となる３つの長さから、長さを選べる。ここでは、各ナノアンテナは、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、その有無により、８つの色（赤、暗い青、緑、白、黒、ピンク、明るい青、黄）を成す８つの可能な組合せとなる。観察は、肉眼でも可能であるが、各種カメラ／写真機器も使用可能である。
【００９５】
また、基本セル２００は、直交する２つの偏光で、赤外領域（約２〜３μｍ）において光学応答を生成する大きさとなっている。ここでは、各基本セル２００は、第１偏光で赤外領域において第１の空間的情報を符号化する第１の方向を向いた最大で２つのナノアンテナよりなる第１のセットと、第２偏光で赤外領域において第２の空間的情報を符号化する、直交する方向を向いた最大で２つのナノアンテナよりなる第２のセットとを備える。ここでも、前述の符号化は、上に述べたように、「カラーでの符号化」である。各ナノアンテナは、２〜３μｍ帯域にある２つの共鳴波長λｒ４・λｒ５の１つにおいて共鳴吸収が可能となる２つの長さから、長さを選べる。ここでは、各ナノアンテナは、図７Ｃ及び図７Ｄに示すように、その有無により、４色を成す４つの可能な組合せとなる。観察については、標準的な赤外カメラを用いて偏光子を通して行うことができる。
【００９６】
図８Ａ及び図８Ｂ、図９（ａ）〜図９（ｅ）は、本開示に従う符号化デバイスによる発光を観察したものを示している。これは、３０μｍ×３０μｍの基本セル上に配置された直方体状のプラズモニックナノアンテナを用いて得られたものである。ここでは、基板はケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ）であり、金属部分は金、誘電体部分はケイ酸よりなる。下側の金属層の厚さは２００ｎｍ（光学的に不透明な層）である。また、誘電体層の厚さは２２０ｎｍであり、金属片の厚さは５０ｎｍである。アンテナは、幅が１００ｎｍである。長さについては、前述の方向の一の方向において９００ｎｍ〜１４５０ｎｍの範囲内で、５０ｎｍ刻みで変化し、１つの偏光での発光において、１１段階のグレースケールに符号化する。また、前述の方向の他の方向においては、５つの異なる長さを取り得る。試料の温度を３７３℃とすれば、３〜５μｍのスペクトル帯域における観察可能な発光を得られる。ここでは、第１画像「モリエール」（図８Ａ）は、第１偏光で符号化されている。重ね書きされた文字「Ｍ」「Ｉ」「Ｎ」「Ａ」「Ｏ」で構成される第２画像は、第２偏光で符号化されている。このように、図８Ａ及び図８Ｂは、加熱されたデバイスの発光を、交差する２つの偏光子を通して観察したものである。これらの例では、「モリエール」の符号化は、プラズモニックナノアンテナを構成する横棒の長さを変えることによって得られるグレースケールによるものである。これにより、黒体の曲線上にナノアンテナの発光曲線がシフトして（図２Ｄ参照）、光学応答が変化する。前述の文字は全て、それぞれ３．２０μｍ，３．７１μｍ，４．２２μｍ，４．７３μｍ，５．２４μｍを中心とする５つの異なるスペクトル帯域において、グレースケールでの符号化が行われている。グレースケールは、それぞれの文字について、各アンテナの長さを変えることにより得られる。図９（ａ）〜図９（ｅ）は、前記各波長の中心に合わせたフィルタを通して観察した結果を示している 。
【００９７】
これらの例全てに対して、図１０に示す符号化方法を用いることができる。
【００９８】
図１０は、少なくとも１つの空間的情報又は「画像」を、本開示に従う符号化デバイスを用いて符号化する方法の一例を示す。例えば、符号化デバイスは、上記のように、プラズモニックナノアンテナを備える。前述の空間的情報とは、例えば、認識可能なパターン（例：図８Ａ及び図８Ｂの「モリエール」又は文字等）を形成する空間的情報であり、又は、図６及び図７Ａ〜図７Ｄに示すようなＱＲコードタイプのバーコードを形成する空間的情報である。または、空間的情報は、１次元空間的情報を表す画像（例：１次元バーコード）でもよい。いずれの場合においても、認証デバイスに、情報の符号化を適合させるようにする。特に、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すような、検出器のパラメータ群（検出スペクトル帯域、画素サイズ）や焦点光学系（対物レンズの開口数）に適合させるようにする。
【００９９】
まず、画像を複数の画素に分割（ピクセル化）する（ステップＳ１）。画素サイズは、検出システムのパラメータ群によって決まる。各画像の画素Ｐｊ，ｉ（ｉは、番号ｊの画像内の画素の位置を示す）に対して、観察帯域内において上に述べたようにグレースケールとなる値、又は、「カラー」となる値が割り当てられる。このカラーとなる値については、例えば、異なる波長又は異なる波長域に対する、複数のグレースケール値のセットでもよい（ステップＳ２）。そして、符号化デバイスの支持構造上の位置ｉにおける基本セルが決まる。この基本セルは、各画素について、上述の符号化方法により、所定の値の光学応答を生成可能にする（ステップＳ３）。最終ステップ（ステップＳ４）は、既知の製造方法で符号化デバイスを製造することを含む。例えば、基板上に金属を積層し、誘電体層を積層し、さらに電子リソグラフィ（紫外線リソグラフィ又はナノインプリントリソグラフィで代替可能）により金属片を形成し、その後に、リフトオフされる（例えば、Ｌｅｖｅｓｑｕｅ  ｅｔ  ａｌ．「Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ  ｐｌａｎａｒ  ａｎｔｅｎｎａ  ｆｏｒ  ｗｉｄｅｂａｎｄ  ａｎｄ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｌｉｎｅａｒ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ  １０４、１１１１０５（２０１４）参照）。
【０１００】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本開示に従う符号化デバイスを用いてセキュリティ保護された物品の認証用デバイスについて、２つの例（反射による認証と発光による認証）を示している。
【０１０１】
図１１Ａに示す認証デバイスは、本開示に従う符号化デバイス１０の反射の認証用に適合されている。符号化デバイス１０は、例えば、セキュリティ保護対象の物品（不図示）内に組み込まれている。認証デバイスは、平行ビームＩを発光するために、発光源２０を有する発光手段を備えており、符号化デバイス１０を照射するように意図されている。前述の発光源は、例えば、発光部２１と、コリメータレンズ２２とを備える。この発光部は、望ましい観察スペクトル帯域に合わせてある。例えば、前記発光部は、可視光源又は赤外光源であり、例えば、大気透過率が高い帯域に対応する３〜５μｍ又は８〜１２μｍのスペクトル帯域の１つである。認証デバイスは、検出チャネルをさらに備え、この検出チャネルは、照射ビームＩが符号化デバイスに反射されたビームＲを受ける検出システム３０を有する。この検出システム３０は、集束光学素子３１と、検出器３２とを備える。集束光学素子３１は、例えば、対物レンズ（ｏｂｊｅｃｔｉｆ）、光学レンズ、又は、これらの任意の組合せから構成可能である。検出器３２は、観察スペクトル帯域で検出を行うためのものである。前述の検出器は、可視領域での観察用に、画素サイズが１〜１０μｍのＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラ等を有する。また、該検出器は、赤外領域については、マイクロボロメータ検出器（３〜１４μｍ）、バンド１用ＭＣＴ検出器（１．５〜５μｍ）、ＩｎＧａＡｓ検出器（１〜１．８μｍ）等を備えてもよい。検出チャネルは、１つ又は複数の実施形態において、１つ又は複数の偏光子５０と、１つ又は複数のスペクトルフィルタ４０をさらに備える。そして、集束光学素子３１の開口部により、又は、検出器３２の基本検出器の大きさにより制限される「画素サイズ」が、検出システムにより決まる。この画素サイズは、可視領域用検出システムでは通常１〜１０μｍであり、回折限界によって制限される。ＳＮ比への影響はあるが、これは画素が小さくなると減少する。画素サイズは、赤外検出システムでは通常１５μｍであるが、次世代型検出器用としては１０μｍまで小さくするべきである。
【０１０２】
図１１Ｂに示す認証デバイスは、本開示に従う符号化デバイス１０の発光の認証用に適合されている。このデバイスは、図１１Ａに示すものとほぼ同じ検出チャネルを有するが、入射光波の反射ではなく符号化デバイスの熱放射を測定するので、発光チャネルを有しない。１つ又は複数の実施形態によれば、この認証デバイスは、従来の検出赤外領域の波長で熱放射可能な加熱手段６０を備える。
【０１０３】
可視領域では、符号化デバイスが肉眼で認証されることも可能である。正視状態の人ならば、円弧について１分の角解像度でパターンを判別可能である。これは、水晶体により光が網膜上に焦点を結べる最短距離（ｐｕｎｃｔｕｍ  ｐｒｏｘｉｍｕｍ、通常は２５ｃｍの距離）で観察した物品について、当該物品上の７〜８μｍの画素を見ることに相当する。従来のデバイス（拡大鏡、顕微鏡）で視認可能な回折限界まで下げることも可能である。
【０１０４】
いくつかの詳細な実施形態を述べたが、本開示に従う符号化デバイス及び符号化方法は、当業者にとって自明である、様々な変更・修正・拡張を含むものであり、これらの様々な変更・修正・拡張は、以下の請求項により定義される本発明の範囲に該当することが理解される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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