(57)【要約】  物品の表面の研磨されたファセットの一部の上にあり、光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である識別可能マークであり、複数の離散したナノメートルサイズのへこんだ又は突出したエンティティの２次元格子又は３次元格子によって形成されるナノ構造を備え、複数のエンティティは互いに対して所定の配列で研磨されたファセットの所定領域内に配置され、物品のファセットと空気との間に外側界面が形成され、物品のファセットと空気との間に内側界面が形成される。複数のエンティティの所定の配列は不均一で非周期的な配列であり、複数のエンティティは入射光の反射時に光学的な散乱を引き起こすようなサイズ及び形状をなし、内側界面から外側界面までの距離は研磨されたファセットのマーキングされない部分の大きさより大きい。前記格子に対して所定の入射角をなす１以上の所定波長を有する入射光が前記格子によって反射されると、前記格子からの光の散乱に起因する干渉が誘発され、反射光は強度変動を有して１以上の波長の１以上の極大値を与える。本識別可能マークは、極大値が検出されるような必要な視認角に傾斜した光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の表面の研磨されたファセットの一部の上にあり、光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である識別可能マークであって、該識別可能マークは、
複数の離散したナノメートルサイズのへこんだ又は突出したエンティティの２次元格子又は３次元格子によって形成されるナノ構造を備え、
前記複数のエンティティは、互いに対して所定の配列で前記研磨されたファセットの所定領域内に配置され、前記物品の前記ファセットと空気との間に外側界面が形成され、前記物品の前記ファセットと空気との間に内側界面が形成され、
前記複数のエンティティの前記所定の配列は不均一で非周期的な配列であり、前記複数のエンティティは入射光の反射時に光学的な散乱を引き起こすようなサイズ及び形状をなし、前記内側界面から前記外側界面までの距離は前記研磨されたファセットのマーキングされない部分の大きさより大きく、
前記格子に対して所定の入射角をなす１以上の所定波長を有する入射光が前記格子によって反射されると、前記格子からの光の散乱に起因する干渉が誘発され、反射光は１以上の波長の１以上の極大値を与える強度変動を有し、
該識別可能マークは、前記極大値が検出されるような必要な視認角に傾斜した前記光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である、識別可能マーク。
【請求項２】
ナノメートルサイズの離散した前記複数のエンティティの前記２次元格子又は前記３次元格子は、ナノファブリケーション法から形成される、請求項１に記載の識別可能マーク。
【請求項３】
前記ナノファブリケーション法は、集束イオンビーム、深ＵＶ（紫外線）レーザービーム、湿式化学エッチング、イオンプラズマエッチング、プラズマエッチングプロセス等のための異なるアスペクト比のシャドーマスク、又はその任意の組み合わせを含む方法である、請求項２に記載の識別可能マーク。
【請求項４】
前記２次元格子又は前記３次元格子は、集束イオンビームのスポットサイズ及び照射線量の変動を動的に制御することによって、前記集束イオンビームによって形成される、請求項１に記載の識別可能マーク。
【請求項５】
前記格子の前記複数のエンティティは、１０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内で離間され、
離散した前記複数のエンティティは１ｎｍ〜８９９ｎｍの範囲内の最大横寸法を有し、
前記外側界面と前記内側界面との間の垂直距離は１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項６】
前記２次元格子又は前記３次元格子は、前記光学的な拡大視認デバイスによって視認可能な２つ以上の色特徴を有する少なくとも１つの識別可能マークを与える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項７】
前記光学的な拡大視認デバイスの前記必要な視認角は、前記研磨されたファセットに対して垂直な方向にある、請求項１〜６のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項８】
前記格子は約４００μｍ×４００μｍの領域内に設けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項９】
前記ファセットの前記マーキングされない部分は、約１ｎｍより小さな平均表面粗さを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１０】
前記ファセットの前記マーキングされない部分からの任意の反射信号の強度に対する前記１以上の極大値の強度の比は、１０２単位の値より大きい、請求項１〜９のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１１】
前記ファセットの前記マーキングされない部分からの任意の反射信号の強度に対する前記１以上の極大値の強度の比は、最大で１０３単位の値である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１２】
当該識別可能マークは、１０ｘ倍率より大きい倍率によって視認可能である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１３】
前記強度変動は、前記ファセットの前記マーキングされない部分からの任意の反射光から人の目又は光学カメラによって区別可能である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１４】
前記２次元格子又は前記３次元格子のへこんだ又は突出した前記複数のエンティティは、規則的又は不規則な成形孔、ドット、ディスク、ピラー等である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１５】
ナノメートルサイズの離散した前記複数のエンティティは、円形に配置された格子、螺旋形に配置された格子、正方形に配置された格子、三角形に配置された格子、六角形に配置された格子、フラクタルに配置された格子、又はその複数の組み合わせとして設けられる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１６】
回折光に起因する強度変動を有する前記極大値は、入射光の回折からの±１次、±２次又は±３次の光である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１７】
前記入射光は単色又は多色である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１８】
前記入射光は複数の波長を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項１９】
前記入射光はコリメートされたコヒーレント光である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項２０】
個々の指定された角度（θ）において入射する単一波長又は複数波長の単色光の組み合わせは、ブランドマーク又は品質マークとして異なる色を組み合わせられたマークを形成する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項２１】
当該識別可能マークは、ジェムストーンの研磨されたファセット上にある、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の識別可能マーク。
【請求項２２】
前記ジェムストーンは、ダイヤモンド、ルビー、サファイア、エメラルド、パール、ヒスイ、トルマリン等を含む群から選択される、請求項２１に記載の識別可能マーク。
【請求項２３】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の識別可能マークを有する物品。
【請求項２４】
前記物品はジェムストーンである、請求項２３に記載の物品。
【請求項２５】
前記ジェムストーンは、ダイヤモンド、ルビー、サファイア、エメラルド、パール、ヒスイ、トルマリン等を含む群から選択される、請求項２４に記載の物品。
【請求項２６】
物品の表面上の研磨されたファセットの一部の上にあり、光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である識別可能マークを設ける方法であって、該方法は、
前記物品の前記ファセットの一部の上に複数の離散したナノメートルサイズのへこんだ又は突出したエンティティの２次元格子又は３次元格子のナノ構造を形成するステップを含み、
前記複数のエンティティは互いに対して所定の配列で前記ファセットの所定領域内に配置され、前記物品の前記ファセットと空気との間に外側界面が形成され、前記物品の前記ファセットと空気との間に内側界面が形成され、
前記複数のエンティティの前記所定の配列は不均一で非周期的な配列であり、前記複数のエンティティは入射光の反射時に光学的な散乱を引き起こすようなサイズ及び形状をなし、前記内側界面から前記外側界面までの距離は、前記研磨されたファセットのマーキングされない部分の大きさより大きく、
前記格子に対して所定の入射角をなす１以上の所定波長を有する入射光が前記格子によって反射されると、前記格子からの光の散乱に起因する干渉が誘発され、反射光は１以上の波長の１以上の極大値を与える強度変動を有し、
当該識別可能マークは、前記極大値が検出されるような必要な視認角に傾斜した前記光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である、方法。
【請求項２７】
ナノメートルサイズの離散した前記複数のエンティティの前記２次元格子又は前記３次元格子は、ナノファブリケーション法から形成される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノファブリケーション法は、集束イオンビーム、深ＵＶ（紫外線）レーザービーム、湿式化学エッチング、イオンプラズマエッチング、プラズマエッチングプロセス等のための異なるアスペクト比のシャドーマスク、又はその任意の組み合わせを含む方法である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記２次元格子又は前記３次元格子は、集束イオンビームのスポットサイズ及び照射線量の変動を動的に制御することによって、前記集束イオンビームによって形成される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記格子の前記複数のエンティティは１０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内で離間され、離散した前記複数のエンティティは１ｎｍ〜８９９ｎｍの範囲内の最大横寸法を有し、前記外側界面と前記内側界面との間の垂直距離は１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にある、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記２次元格子又は前記３次元格子は、前記光学的な拡大視認デバイスによって視認可能な２つ以上の色特徴を有する少なくとも１つの識別可能マークを与える、請求項２６〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記格子は約４００μｍ×４００μｍの領域内に設けられる、請求項２６〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記２次元格子又は前記３次元格子のへこんだ又は突出した前記複数のエンティティは規則的又は不規則な成形孔、ドット、ディスク、ピラー等である、請求項２６〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
ナノメートルサイズの離散した前記複数のエンティティは、円形格子、螺旋形格子、正方形格子、三角形格子、六角形格子、フラクタル格子、又はその複数の組み合わせとして設けられる、請求項２６〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記物品はジェムストーンである、請求項２６〜３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記ジェムストーンは、ダイヤモンド、ルビー、サファイア、エメラルド、パール、ヒスイ、トルマリン等を含む群から選択される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
物品の表面の研磨されたファセットの一部の上にある前記物品上の識別可能マークを視認する方法であって、前記識別可能マークは請求項１〜２２のいずれか一項に記載のマークであり、当該方法は、
１以上の所定波長を有する入射光を所定の入射角において前記識別可能マークに与えるステップと、
極大値が検出されるような必要な視認角において光学的な拡大視認デバイスによって前記識別可能マークを視認するステップと、を含む、方法。
【請求項３８】
物品の表面の研磨されたファセットの一部の上にある前記物品上の識別可能マークを視認するためのシステムであって、前記識別可能マークは請求項１〜２２のいずれか一項に記載のマークであり、当該システムは、
前記識別可能マークに対して所定の入射角をなす１以上の所定波長を有する入射光のための光源と、
極大値が検出されるような必要な視認角において光学的な拡大視認デバイスによって前記識別可能マークを視認するための拡大視認デバイスと、を備える、システム。
【請求項３９】
物品の表面の研磨されたファセットの一部の上に形成された識別可能マークを有する物品であって、前記識別可能マークは請求項２６〜３６のいずれか一項に記載の方法から形成される、物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はジェムストーン及び宝石類を含む固体物に関し、より詳細には、それぞれの固体物へのマーキングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェムストーン識別並びにダイヤモンド品質等級付け及び分析において、ジェムストーン又はダイヤモンドの上面に対して垂直な上方視点からの観察及び評価が、ＧＩＡ（米国宝石学会）、ＩＧＩ（国際宝石学会）、ＧＥＭ−Ａ（英国宝石学協会）、ＮＧＴＣ（国立ジェムストーンテストセンター、中国）等を含む国際標準研究所による報告書において認定されるような透明度及びカットに関連する関連証明及び情報を提供する。
【０００３】
顧客視点から、ダイヤモンドの場合、「ブリリアンス」（ダイヤモンドによって反射される全光量）、又は「ファイヤ」（異なる光色への光の分散）等と呼ばれ、多くの場合に利用されるきらめく輝きのような、一般的にダイヤモンドの上面及び上側テーブルから観察されるか、又は評価されるパラメーターが利用される場合がある。
【０００４】
商業及び防犯両方の目的のために、ジェムストーン又はダイヤモンドに関連付けられる品質、等級、カット、原産地を示すようなパラメーターが、ジェムストーン又はダイヤモンドの重要なパラメーターである。
【０００５】
市場では、ジェムストーン又はダイヤモンド上のマーク又は銘刻である、例えば、フォーエバーマーク（商標）を含む、ジェムストーン又はダイヤモンドにマーキングすることができる幾つかの方法がある。
【０００６】
しかしながら、マーキングされたジェムストーン又はダイヤモンドを従来の顕微鏡又は拡大鏡を利用する等によって通常の室内照明条件下で観察するとき、そのようなマークはダイヤモンドのブリリアンス又はファイヤに影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来技術に関連付けられるような不都合点のうちの少なくとも幾つかを少なくとも改善する、ジェムストーン又はダイヤモンドを含む固体物のマーキングの方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様では、本発明は、物品の表面の研磨されたファセットの一部の上にあり、光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である識別可能マークであって、当該識別可能マークは、複数の離散したナノメートルサイズのへこんだ又は突出したエンティティの２次元格子又は３次元格子によって形成されるナノ構造を備え、前記複数のエンティティは互いに対して所定の配列で前記研磨されたファセットの所定領域内に配置され、前記物品の前記ファセットと空気との間に外側界面が形成され、前記物品の前記ファセットと空気との間に内側界面が形成され、前記複数のエンティティの前記所定の配列は不均一で非周期的な配列であり、前記複数のエンティティは入射光の反射時に光学的な散乱を引き起こすようなサイズ及び形状をなし、前記内側界面から前記外側界面までの距離は、前記研磨されたファセットのマーキングされない部分の大きさより大きく、前記格子に対して所定の入射角をなす１以上の所定波長を有する入射光が前記格子によって反射されると、前記格子からの光の散乱に起因する干渉が誘発され、反射光は強度変動を有して１以上の波長の１以上の極大値を与え、該識別可能マークは、前記極大値が検出されるような必要な視認角に傾斜した前記光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である、識別可能マークを提供する。
【０００９】
ナノメートルサイズの離散した前記複数のエンティティの前記２次元格子又は前記３次元格子は、ナノファブリケーション法から形成されることが好ましい。前記ナノファブリケーション法は、集束イオンビーム、深ＵＶ（紫外線）レーザービーム、湿式化学エッチング、イオンプラズマエッチング、プラズマエッチングプロセス等のためのシャドーマスクの異なるアスペクト比、又はその任意の組み合わせを含むことができる。
【００１０】
本発明の一実施形態では、前記２次元格子又は前記３次元格子は、集束イオンビームのスポットサイズ及び照射線量の変動を動的に制御することによって、前記集束イオンビームによって形成することができる。
【００１１】
好ましくは、前記格子の前記複数のエンティティは１０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内で離間され、離散した前記複数のエンティティは１ｎｍ〜８９９ｎｍの範囲内の最大横寸法を有し、前記外側界面と前記内側界面との間の垂直距離は１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にある。
【００１２】
前記２次元格子又は前記３次元格子は、前記光学的な拡大視認デバイスによって視認可能な２つ以上の色特徴を有する少なくとも１つの識別可能マークを与えることが好ましい。
【００１３】
好ましくは、前記光学的な拡大視認デバイスの必要な視認角は前記研磨されたファセットに対して垂直な方向にある。
【００１４】
前記格子は約４００μｍ×４００μｍの領域内に設けられることが好ましく、前記ファセットのマーキングされない部分は、約１ｎｍより小さな平均表面粗さを有することが好ましい。
【００１５】
好ましくは、前記ファセットのマーキングされない部分からの任意の反射信号の強度に対する前記１以上の極大値の強度の比は、１０２単位の値より大きい。
【００１６】
好ましくは、前記ファセットのマーキングされない部分からの任意の反射信号の強度に対する前記１以上の極大値の強度の比は、最大で１０３単位の値である。
【００１７】
当該識別可能マークは１０ｘ倍率より大きい倍率によって視認可能であることが好ましい。
【００１８】
好ましくは、前記強度変動は、前記ファセットのマーキングされない部分からの任意の反射光から人の目又は光学カメラによって区別可能である。
【００１９】
前記２次元格子又は前記３次元格子のへこんだ又は突出した前記複数のエンティティは規則的又は不規則な成形孔、ドット、ディスク、ピラー等とすることができる。
【００２０】
ナノメートルサイズの離散した前記複数のエンティティは、円形に配置された格子、螺旋形に配置された格子、正方形に配置された格子、三角形に配置された格子、六角形に配置された格子、フラクタルに配置された格子、又はその複数の組み合わせとして設けることができる。
【００２１】
好ましくは、回折光に起因する強度変動を有する前記極大値は、入射光の回折からの±１次、±２次又は±３次の光である。
【００２２】
前記入射光は単色又は多色であることができ、複数の波長を有することができる。好ましくは、前記入射光はコリメートされたコヒーレント光である。
【００２３】
好ましくは、個々の指定された角度（θ）において入射する単一波長又は複数波長の単色光の組み合わせは、ブランドマーク又は品質マークとして異なる色を組み合わせられたマークを形成する。
【００２４】
当該識別可能マークはジェムストーンの研磨されたファセット上にあることが好ましく、前記ジェムストーンは、ダイヤモンド、ルビー、サファイア、エメラルド、パール、ヒスイ、トルマリン等を含む群から選択することができる。
【００２５】
第２の態様では、本発明は、上記第１の態様に記載の識別可能マークを有する物品を提供する。
【００２６】
好ましくは、前記物品はジェムストーンであり、ダイヤモンド、ルビー、サファイア、エメラルド、パール、ヒスイ、トルマリン等を含む群から選択することができる。
【００２７】
第３の態様では、本発明は、物品の表面上の研磨されたファセットの一部の上にあり、光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である識別可能マークを設ける方法であって、当該方法は、物品のファセットの一部の上に複数の離散したナノメートルサイズのへこんだ又は突出したエンティティの２次元格子又は３次元格子のナノ構造を形成するステップを含み、前記複数のエンティティは互いに対して所定の配列で前記ファセットの所定領域内に配置され、前記物品の前記ファセットと空気との間に外側界面が形成され、前記物品の前記ファセットと空気との間に内側界面が形成され、前記複数のエンティティの前記所定の配列は不均一で非周期的な配列であり、前記複数のエンティティは入射光の反射時に光学的な散乱を引き起こすようなサイズ及び形状をなし、前記内側界面から前記外側界面までの距離は、前記研磨されたファセットのマーキングされない部分の大きさより大きく、前記格子に対して所定の入射角をなす１以上の所定波長を有する入射光が前記格子によって反射されると、前記格子からの光の散乱に起因する干渉が誘発され、反射光は強度変動を有して１以上の波長の１以上の極大値を与え、当該識別可能マークは、前記極大値が検出されるような必要な視認角に傾斜した前記光学的な拡大視認デバイスによって識別可能である、方法を提供する。
【００２８】
ナノメートルサイズの離散した前記複数のエンティティの前記２次元格子又は前記３次元格子は、ナノファブリケーション法から形成することができ、前記ナノファブリケーション法は、集束イオンビーム、深ＵＶ（紫外線）レーザービーム、湿式化学エッチング、イオンプラズマエッチング、プラズマエッチングプロセス等のためのシャドーマスクの異なるアスペクト比、又はその任意の組み合わせを含むことができる。
【００２９】
本発明の一実施形態では、前記２次元格子又は前記３次元格子は、集束イオンビームのスポットサイズ及び照射線量の変動を動的に制御することによって、前記集束イオンビームによって形成することができる。
【００３０】
好ましくは、前記格子の前記複数のエンティティは１０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内で離間され、離散した前記複数のエンティティは１ｎｍ〜８９９ｎｍの範囲内の最大横寸法を有し、前記外側界面と前記内側界面との間の垂直距離は１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にある。
【００３１】
本発明の一実施形態では、前記２次元格子又は前記３次元格子は、前記光学的な拡大視認デバイスによって視認可能な２つ以上の色特徴を有する少なくとも１つの識別可能マークを与えることができる。
【００３２】
好ましくは、前記格子は約４００μｍ×４００μｍの領域内に設けられる。
【００３３】
前記２次元格子又は前記３次元格子の前記後退したエンティティ又は前記突出したエンティティは規則的又は不規則な成形孔、ドット、ディスク、ピラー等とすることができ、円形格子、螺旋形格子、正方形格子、三角形格子、六角形格子、フラクタル格子、又はその複数の組み合わせとして設けることができる。
【００３４】
好ましくは、前記物品はジェムストーンであり、ダイヤモンド、ルビー、サファイア、エメラルド、パール、ヒスイ、トルマリン等を含む群から選択することができる。
【００３５】
更なる態様では、本発明は、物品の表面の研磨されたファセットの一部の上にある前記物品上の識別可能マークを視認する方法であって、前記識別可能マークは第１の態様に記載のマークであり、当該方法は、１以上の所定波長を有する入射光を所定の入射角において前記識別可能マークに与えるステップと、極大値が検出されるような必要な視認角において光学的な拡大視認デバイスによって前記識別可能マークを視認するステップと、を含む、方法を提供する。
【００３６】
別の態様では、本発明は、物品の表面の研磨されたファセットの一部の上にある前記物品上の識別可能マークを視認するためのシステムであって、前記識別可能マークは第１の態様に記載のマークであり、当該システムは、前記識別可能マークに対して所定の入射角をなす１以上の所定の波長を有する入射光のための光源と、極大値が検出されるような必要な視認角において光学的な拡大視認デバイスによって前記識別可能マークを視認するための拡大視認デバイスと、を備える、システムを提供する。
【００３７】
また更なる態様では、本発明は、物品の表面の研磨されたファセットの一部の上に形成された識別可能マークを有する物品であって、前記識別可能マークは第３の態様に記載の方法から形成される、物品を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に従って利用されるような光回折特性の理論的背景及びその一般的説明を提供するナノホール又はナノドットのアレイの断面図の概略図である。
【図２】７１５０Ｘの倍率におけるナノホールのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡法）画像を示す図である。
【図３】８００００Ｘの倍率におけるナノホールのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡法）画像を示す図である。
【図４Ａ】ジェムストーンと空気との界面又はダイヤモンドと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイ上に入射する単色光線の概略図である。
【図４Ｂ】ジェムストーンと空気との界面又はダイヤモンドと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイ上の入射発射角に対する単色光の計算回折角及び回折効率のグラフである。
【図５】マークを有するファセットに対して垂直な光学軸においてマークを観察するときの、ジェムストーンと空気との界面又はダイヤモンドと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイの周期性への、異なる波長を有する単色入射光のための入射発射角の依存性を示すグラフである。
【図６】マークを有するファセットに対して垂直な光学軸においてマークを観察するときの、ジェムストーンと空気との界面又はダイヤモンドと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイの周期性への、異なる波長を有する単色入射光のための計算回折効率の依存性を示すグラフである。
【図７】マークを有するファセットに対して垂直な光学軸においてマークを観察するときの、単色入射光の波長に依存する、単色入射光のための計算回折効率及び入射発射角を示すグラフである。
【図８】計算回折効率が、マークを有するファセットに対して垂直な光学軸においてマークを観察するときの、異なる屈折率を有するジェムストーンのためのジェムストーンと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイの物理的深さに依存することを示すグラフである。
【図９】周囲の未処理表面粗さを、マークを有するファセットに対して垂直な光学軸においてマークを観察するときのジェムストーンと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイの物理的深さと比較する、著しく明るさが増し、改善されたカラーマークのオン／オフ比コントラストを示すグラフである。
【図１０Ａ】オフ状態として垂直白色光を用いた場合（左側）の、ファセットに対して垂直な光学軸において視認された、不均一で非周期的な配列の複数のエンティティの格子を有する著しく明るさが増し、改善されたカラーマークを有する、本発明によるジェムストーンファセット表面マーキングの一例の例示的な写真を表す図である。
【図１０Ｂ】本発明による、オン状態として垂直白色光＋強い緑色単色光を同時に用いた場合（右側）の図１０Ａのジェムストーンファセット表面を表す図である。
【図１０Ｃ】オフ状態として垂直白色光を用いた場合（上側）の、ファセットに対して垂直な光学軸において視認された、不均一で非周期的な配列の複数のエンティティの格子を有する、本発明によるジェムストーンファセット表面マーキングの更なる例の写真を表す図である。
【図１０Ｄ】本発明による、オン状態として垂直白色光＋強い赤色単色光を同時に用いた場合（下側）の図１０Ｃのジェムストーンファセット表面を表す図である。
【図１１】オン状態として垂直白色光＋強い緑色及び赤色単色光を同時に用いてファセットに対して垂直な光学軸において視認された、不均一で非周期的な配列の複数のエンティティの格子を有する、２色マークの本発明によるジェムストーンファセット表面マーキングの写真を表す図である。
【図１２Ａ】オン状態として垂直白色光＋強い赤色単色光を同時に用いた場合（下側）の、ファセットに対して垂直な光軸においてジェムストーンファセット表面マークを示した、本発明の一例の写真を表す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示されるような本発明による三角形カラーマークのトポグラフィを示す原子力間顕微鏡（ＡＦＭ）走査結果の図である。
【図１２Ｃ】不規則／非周期的な離間したエンティティを示す、図１２Ｂに示されるような本発明による関連する三角形カラーマークの中央のＲＯＩ（対象領域）のＡＦＭ走査の図である。
【図１２Ｄ】本発明による、任意の間隔及び形状を有する不規則／非周期的な離間したエンティティの格子を示す、図１２ＣのＲＯＩの更に詳細なＡＦＭ走査の図である。
【図１３Ａ】本発明による、左上角に示されるＸ−Ｙ軸とともに、同じような任意の空間及び形状を有する不規則／非周期的な離間したエンティティの格子を示す、図１２Ｄに類似の詳細なＡＦＭ走査の図である。
【図１３Ｂ】本発明による、Ｘ軸及びＹ軸の両方において不規則／非周期的な離間したエンティティの格子を有する任意の形状の構成を明示するだけでなく、最も低い深さ（青色）から最上面（赤色）までのトポグラフィ変化を表すために青色から赤色までの虹色範囲を有する図１３Ａの色変換後のＡＦＭ走査の図である。
【図１３Ｃ】本発明による、不規則／非周期的な離間したエンティティの任意の形状の格子に起因するトポグラフィの変化を示す、図１３Ｂの３Ｄ輪郭プロットの図である。
【図１４】本発明による、Ｙ軸に沿って種々の間隔を有し、Ｚ軸に沿って種々の深さを有するエンティティを作製するためにジェムストーンファセットの上面を通り過ぎる集束イオンビームの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
ここで、本発明の実施形態及び詳細を、単なる例として、添付の図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１〜図９は、本発明に従って利用されるような光回折特性の一般的背景及び一般的説明を提供し、これらは、そのような回折特性の使用を実証する理論的な実験結果だけでなく、理論的及び技術的説明を通して説明される。
【００４１】
図１０〜図１４は、固体材料に識別可能なマークを施す、不均一で非周期的な配列の複数のエンティティの格子を使用することによって本発明の例を図示及び説明し、その説明が提供される。
【００４２】
本発明は、ダイヤモンド、ルビー、サファイア、エメラルド、パール、ヒスイ、トルマリン等を含むジェムストーンを含む固体材料、及びシリコンのような他のそのような固体材料に付けられる情報マーキングに関連し、その情報マーキングはジェムストーンの研磨されたファセット等の固体材料に付けることができ、肉眼では見ることができず、通常の光条件下では通常のカメラ搭載顕微鏡を利用しても見ることができない。
【００４３】
本発明は、ジェムストーン又はダイヤモンドの透明度の等級及びブリリアンス又はファイヤに影響を及ぼさないようにして、高エネルギービーム又は反応性イオンエッチングによってナノメートル範囲の深さを有するマークを形成することによって実施される。
【００４４】
そのマークは任意のマーク又は文字とすることができ、ジェムストーン又はダイヤモンドのような固体材料の価値又は外観を損なわないように実施することができ、ジェムストーン及びダイヤモンドは多くの場合にその光学特性、そして希少性及び認識される美しさのゆえに高く評価されるので、好ましくは、黒変を示すべきではない。
【００４５】
本発明が実現される態様は、ジェムストーンの表面をマーキングする際にナノメートルスケールの浅い深さ内にあるナノメートルサイズの周期的構造の格子に光回折特性を適用することによる。そのような回折特性は、反射光が１つ又は複数の極大値を与える強度変動を有するように、反射光に対して干渉を誘発する。これにより識別マークを付けることが可能になり、そのマークは通常の光照射下では肉眼で見ることができないので、ジェムストーンの透明度又は色の等級を損なうことなく、集束エネルギービーム又は反応性イオンエッチングのようなナノファブリケーション技術によってジェムストーンの研磨されたファセットのような固体材料にマークを付けることができる。
【００４６】
光学限界におけるレイリー基準に起因して、数ナノメートルの深さを有する単一の、又はランダムに配置された数百ナノメートルサイズの構造は、高倍率光学顕微鏡であっても、可視光範囲下で光学的に認識することはできない。
【００４７】
ナノメートルサイズの周期的構造の格子内の通常光学的に見ることができないマーキングに関する本発明は、規定された所定の条件下で視認することができるが、可視光範囲下では見ることはできない。
【００４８】
本発明は、集束イオンビームを用いてマーキングを施すことによって、離散した複数のエンティティの２次元格子又は３次元格子から形成された固体材料上のマーキング構造を可能にし、それにより、エンティティは非周期的に、かつ非対称に配置される。
【００４９】
本発明は、エンティティのそのような非周期的、かつ非対称な配置によって、同じ単一のマーキングから２色以上の光が容易に反射できるようにするだけでなく、従来技術のマーキングより複雑なマーキングを可能にする。さらに、本発明を使用することによって、サイズ、形状、幾何学的配置及び間隔に変化をつけることができるマーキング構造を可能にし、それにより、複数の色成分だけでなく、より複雑なマーキングを視認可能にすることができる。
【００５０】
図１〜図９を参照すると、本発明に従って利用されるような光回折特性の理論的背景及び一般的説明が、そのような回折特性の使用を実証する理論的実験結果だけでなく、理論的及び技術的説明によって記述される。これらの図は、エンティティの規則的なアレイの形成を示すが、これは説明を目的としており、本発明を制限するものではない。
【００５１】
図１０〜図１４を参照すると、固体材料に識別可能マーキングを施す非周期的かつ非対称に配置されるエンティティの格子を使用することによる本発明の例と、その説明とが提供される。
【００５２】
図面の図１、図２及び図３を参照すると、本発明が起因すると考えられる現象が例示され、説明される。本発明は、等しい間隔１０２（周期Ｐ）を有するナノメートルサイズの周期的構造のアレイ内の光回折特性及び結果として生じる干渉の応用形態に関連し、その間隔は、固体材料と空気との界面、又は本発明の例では例示されるマーキングのファセット表面上のダイヤモンドと空気との界面における、ナノホール又はナノドットのアレイ断面図とともに、図１に図示され、例示されるような周期として規定される。ここでも、この図は、等しい間隔の一定の周期Ｐを有する規則的なアレイの形成を示すが、それは説明を目的としており、本発明を制限するものではない。
【００５３】
言及されるように、ナノホール又はナノドットの断面図は、界面の外面としての上側界面１０１と、内側界面としての下側界面１０５とのアスペクト比に応じて置換え可能とすることができる。ジェムストーン又はダイヤモンドのような固体材料と空気との上側界面１０１と下側界面１０５との間の距離１０３は、ホール深さ又はドット高ｈと定義される。
【００５４】
当業者によって理解されるように、ナノホール又はナノドットの側壁１０４は、外側界面のような上側界面１０１又は内側界面のような下側界面１０５に対して垂直であるような直線的な壁であることに限定されず、傾斜、幾何学的配置又は形状が異なる場合でも、説明されるような本発明の機能的態様を変更しない限り、傾斜、幾何学的配置又は形状に関して異なることができる。
【００５５】
当業者によって理解されるように、従来の光学顕微鏡下でナノ構造の寸法的及び構造的情報を直接調べることは、光学限界に関するレイリー基準に起因して複雑である。
【００５６】
ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）技法を利用して、図２に示されるような例えば７１５０Ｘの倍率下で、そして８００００Ｘ（図３）の倍率によってそれぞれ、ナノ加工された構造を視認し、測定することができる。
【００５７】
図２において、本発明の属性の現象に関する説明のために、ナノホール２０１の規則的で対称なアレイ２００が、７１５０倍に拡大して明確に視認されることが示されており、ナノホールが約１８０ｎｍの直径及び約３００ｎｍの周期を有することを示し、一方、図３において、明るい領域３０２は外側界面としての上側界面１０１と見なされ、暗い円３０１は内側界面としての下側界面１０５と見なされ、それにより、図１において参照された上側界面１０１及び下側界面１０５が画定される。
【００５８】
図４Ａは、空気とジェムストーンとの間又は空気とダイヤモンドとの間の界面４０１におけるナノメートルサイズの周期的構造において生じる回折の影響を示す。ただし、ｎ１は空気媒質の屈折率を表し、一方、ｎ２は固体材料又は空気媒質の屈折率を表す。入射単色光線４０２は、結果として、干渉が誘発されることに起因して強度が変動し、結果として極大値を生成する、垂直軸からθｎだけ外れた多数の異なる反射光線４０３〜４０５と、垂直光からφｎだけ外れた透過光４０６〜４０８とを生成し、ただし、対応する回折次数、それゆえ、対応する極大値ごとに、ｎ＝−２、−１、０、１又は２である。
【００５９】
ジェムストーン若しくはダイヤモンド又は他の固体材料において本発明を達成する際に、空気媒質内の０次の回折光４０３、±１次の反射光線４０４及び±２次の反射光線４０５の代わりに、一例ではジェムストーン又はダイヤモンドの上側ファセットに垂直になるように設定された視点を利用することができる。
【００６０】
この時点で、図４Ｂ〜図９に示されるような計算と、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１に示されるような実験結果とにおいて−１次の回折線４０４が利用され、それにより、本発明の実施形態は、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１において図示され、以下に更に説明される。しかしながら、当業者によって理解されるように、本発明から逸脱することなく、代替的には、別の視野における他の視点を利用することができる。
【００６１】
図４Ｂを参照すると、ナノホール又はナノドットの格子の、図１を参照しながら規定された一定の周期Ｐ、及び単色入射光の一定の波長の場合に、−１次の回折光線４０４の回折効率及び回折角は、マクスウェルの方程式を解析的に解いて、無数の代数方程式にすることによって計算され、その後、高次の項が切り捨てられ、有限の精度で収束するように数値的に解かれ、そのプロットが例示される。
【００６２】
この例では、回折効率は入射単色光強度の約０．８％であるので、単色光の入射発射角が約３６度にあるときに、反射光が垂直に視認される場合には、−１次４０４の所望の回折角は、ナノホール又はナノドットのアレイの垂直軸から０度にすべきである。
【００６３】
−１次回折光４０４の視認角がジェムストーン又はダイヤモンドの上側ファセットに対して垂直に固定されるとき、入射光４０２の発射角は、単色入射光４０２の波長と、同じくジェムストーンと空気との界面又はダイヤモンドと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイの周期とに大きく依存することが確かめられる。ただし、この計算では、４０５ｎｍ（可視青色）、５３２ｎｍ（可視緑色）及び６５０ｎｍ（可視赤色）の波長が適用され、その結果が図５に示される。
【００６４】
図６を参照すると、図４を参照しながら規定されたナノホール又はナノドットのアレイの周期性への、種々の波長を有する単色入射光４０２に関する回折効率の依存性が評価され、プロットされる。
【００６５】
その結果は、ナノ構造の図１を参照しながら規定されたのと同じ周期Ｐにおいて計算された６５０ｎｍ赤色単色入射光に比べて、４０５ｎｍ青色単色入射光の場合に少なくとも２倍だけ強くなることによって、単色入射光４０２の波長が短いほど、改善された回折効率を与えることができることを実証する。
【００６６】
ここで図７を参照すると、代替的には、ナノホール又はナノドットの格子の図１を参照しながら規定された周期１０２を固定することによって、図４を参照しながら規定された単色入射光４０２のための回折効率及び入射発射角が単色入射光の波長に依存することが示される。
【００６７】
評価によって、単色入射光の波長が短いほど、回折効率は高いが、入射発射角が小さいことが実証される。
【００６８】
図８を参照すると、回折効率を決定することができる別の重要なパラメーターは、ジェムストーンと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイの、図１を参照しながら規定され、説明されたような物理的深さ１０３であり、ジェムストーン又はダイヤモンドの屈折率も重要な役割を果たす。実証されるように、ナノホール又はナノドットの深さ１０３が１ｎｍから５０ｎｍに変化するときに、回折効率は１０３単位で劇的に増加し、一方、ジェムストーンの屈折率の値が０．８４だけ変化するとき、約８倍の向上がある。
【００６９】
図９を参照すると、本発明において説明のために、ナノホール又はナノドットのアレイによって誘発される干渉からの回折に起因する反射光強度と、背景エリアの反射光強度との比は、オン−オフ比コントラストと呼ばれる。
【００７０】
この例に関して上記の計算結果を最適化すると、ジェムストーンと空気との界面におけるナノホール又はナノドットのアレイの物理的深さに対する、周囲の未処理表面粗さからの関連するマークのオン−オフ比コントラストの好ましい計算結果は、１０３までの異なるコントラスト値を与える。
【００７１】
しかしながら、当業者によって理解されるように、マーキングのためのファセットの未処理表面粗さは、単色入射光４０２によって照明されるときに、特定のカラーマークの最終的なオン−オフ比にとって有害な要因であり、粗面は図４を参照しながら規定された単色入射光４０２を散乱させるように機能し、関連するマークの観察を妨げる場合があり、それゆえ、オン−オフ比コントラストを低減する場合がある。
【００７２】
図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、本発明の一例による例示的な拡大写真が示され、本発明による識別可能マーク１００１を有するジェムストーンファセット表面１０００が示されており、識別可能マークはサファイア上に設けられる。識別可能マーク１００１は、非周期的で不規則な構造の格子内の複数の離散的なナノメートルサイズの後退又は突出したエンティティの格子としてジェムストーンファセット表面１０００に設けられている。本発明によれば、それらのエンティティは、互いに対して所定の配列で上記ファセットの所定の領域内に配置される。
【００７３】
図１０Ａに示されるように、その図はオフ状態における識別可能マーク１００１を有するジェムストーンファセット表面１０００を表しており、その状態では、単色入射光に垂直白色光が加えられ、ジェムストーンファセット表面１０００に対して垂直な光学軸において視認されるときに、ジェムストーンファセット表面１０００に垂直白色光が加えられている。
【００７４】
対照的に、図１０Ｂに示されるように、その図は、垂直白色光＋強い緑色単色光（５３２ｎｍ）が同時に加えられるジェムストーンファセット表面１０００を表しており、識別可能マーク１００１は、オン状態において、著しく高く、改善された輝きを有するように表される。図１０Ｂに示されるように、識別可能マーク１００１がオン状態にあるとき、グレースケールフォーマットにおいて再生されるときに、オン状態にある識別可能マーク１００１は、ジェムストーンファセット表面１０００に対して暗い部分として表される。
【００７５】
図１０Ｃ及び図１０Ｄを参照すると、本発明の更なる例による例示的な拡大写真が示され、本発明による２つの識別可能マーク１０１１及び１０１２を有するジェムストーンファセット表面１０１０が示されており、識別可能マークはサファイア上に設けられる。識別可能マーク１０１１及び１０１２は、非周期的で不規則な構造の複数の離散的なナノメートルサイズの後退又は突出したエンティティの格子としてジェムストーンファセット表面１０１０に設けられた。本発明によれば、それらのエンティティは、互いに対して所定の配列で上記ファセットの所定の領域内に配置される。
【００７６】
図１０Ｃに示されるように、識別可能マーク１０１１及び１０１２を有するジェムストーンファセット表面１０１０はオフ状態にあり、その状態では、単色入射光に垂直白色光が加えられ、ジェムストーンファセット表面１０１０に対して垂直な光学軸において視認されるときに、ジェムストーンファセット表面１０１０に垂直白色光が加えられている。
【００７７】
対照的に、図１０Ｄに示されるように、その図は、垂直白色光＋強い赤色単色光（６５０ｎｍ）が同時に加えられるジェムストーンファセット表面１０１０を表しており、識別可能マーク１０１１及び１０１２は、オン状態において、著しく高く、改善された輝きを有するように表される。図示されるように、識別可能マーク１０１１及び１０１２がオン状態にあるとき、かつグレースケールフォーマットにおいて再生されるとき、オン状態にある識別可能マーク１０１１及び１０１２は、ジェムストーンファセット表面１０１０に対して暗い部分として表される。
【００７８】
図１０Ｄに示されるように、その画像は、同時にオン状態にあるときに、２つの別々のカラーマーク１０１１及び１０１２を照らし出すことができることを実証する。
【００７９】
図１０Ｂ及び図１０Ｄの両方において示されるように、サファイア表面１０００上にある関連するマーク１００１並びにサファイア表面１０１０上にある関連するマーク１０１１及び１０１２に単色光が入射した後に、高いオン−オフ比コントラストが明示されることが示される。また、深刻な表面粗さ及び散乱と見なされる場合がある明らかな研磨線が示されており、関連するマークがあらゆる任意の形状又は文字を有するように設計することができる。
【００８０】
図１１を参照すると、本発明の一例の拡大写真が示される。この例では、複数の第１の識別可能マーク１１０１と複数の第２の識別可能マーク１１０２とを有するジェムストーンファセット表面１１００が示される。
【００８１】
本発明によれば、複数の第１の識別可能マーク１１０１は、非周期的で不規則な構造の複数の離散的なナノメートルサイズの後退又は突出したエンティティの格子によって形成され、複数の第２の識別可能マーク１１０２は、非周期的で不規則な構造の複数の離散的なナノメートルサイズの後退又は突出したエンティティの格子によって形成される。
【００８２】
図示されるように、垂直白色光＋強い緑色単色入射光（５３２ｎｍ）＋強い赤色単色入射光（６５０ｎｍ）を加えると、複数の第１のマーク１１０１及び複数の第２のマーク１１０２はオン状態になり、著しく高く、改善された輝きを有し、複合的なマークが２つの識別できる異なる色を与えられる。
【００８３】
図１１に示されるように、複数の第１のマーク１１０１及び複数の第２のマーク１１０２がオン状態にあるとき、かつグレースケールフォーマットにおいて再現されるとき、識別可能マーク１０１１及び１０１２はオン状態にあり、これらはジェムストーンファセット表面１１１０に対して暗い部分として表される。
【００８４】
図１１の本発明の例によって実証されるような本発明の有利な属性では、上記の計算結果及び実験結果を適用することによって、光の入射角と、ジェムストーンと空気との界面又はダイヤモンドと空気との界面におけるナノホール又はナノドットの格子のエンティティ及びその深さのパラメーターとを適切に制御することによって、多色マークを設け、視認することができる。結果として、ブランドマーク又は品質マークを設けることができ、美的魅力を保つこともできる。さらに、防犯のために、関連する実施形態では、そのようなマークは、既知の光及び視認パラメーターを用いてのみ視認可能である複雑なマークを与えることもでき、そのマークを付けられた特定の物品に特有のマークを与えることができる。
【００８５】
図１２Ａ〜図１２Ｄを参照すると、不均一で非周期的な配列における本発明によるナノサイズのエンティティの格子構造が更に例示され、図１２Ｂ〜図１２Ｄは、本発明による、図１２Ａに示されるようなマークの原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）を利用する顕微鏡法表現である。
【００８６】
図１２Ａは、光学顕微鏡によって観察される、オン状態として垂直白色光＋強い赤色単色光を同時に用いた場合（下側）の、ファセット１２００の表面に対して垂直な光学軸において視認されるときの、本発明によるマーク１２１０を付けられたジェムストーンファセット表面１２００の写真を表しており、マーク１２１０は、グレースケールにおいて再現されるときに、ジェムストーンファセット表面１２００に対して暗い部分として表される。
【００８７】
図１２Ｂに示されるような、図１２Ａのマーキング１２１０のＡＦＭの最も低い倍率及び解像度から、ナノサイズのエンティティ１２２０のアレイが５０μｍ×５０μｍの倍率においてＡＦＭを用いて拡大して示され、この倍率では、相対的に規則的に配置され、相対的に類似のサイズを有するような初期外観を与える。
【００８８】
しかしながら、図１２Ｃによって図示され、表されるように、図１２Ａに示される関連する三角形カラーマークの中央にある１５μｍ×１５μｍ画像ＲＯＩ（対象領域）において、ＡＦＭを用いて或る倍率で走査エリアを縮小することによって視認するための実効的な倍率を高めるとき、任意の間隔及び形状を有するナノサイズのエンティティ１２２０に起因して、マークされた領域に沿った全方向において、エンティティ１２２０の連続状態の中に識別可能な中断１２３０が存在するので、エンティティのそのような分布が不規則であり、非周期的であり、非対称であることが図示され、実証される。
【００８９】
本発明による、エンティティ１２２０のそのような不規則で非周期的で非対称な配置及び分布が、図１２Ｄにおいて図示されるように更に実証され、例示され、その場合、ＡＦＭを使用する拡大は、図１２Ａに示される関連する三角形カラーマーク１２１０の中央にある３．５μｍ×３．５μｍ画像ＲＯＩ（対象領域）において行われる。
【００９０】
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃを参照すると、本発明による物品に付けられるマーク１３００の一連のＡＦＭ走査が示されており、マーク１３００を形成するエンティティ１３１０は任意の形状をなし、不規則／非周期的な離間したエンティティ１３１０である。
【００９１】
図１３Ａを参照すると、本発明による物品に付けられるマーク１３００の一例を提供する、左上角に示されるようなＸ−Ｙ軸に沿って任意の間隔及び形状を有する、不規則／非周期的な離間したエンティティ１３１０の格子を示す詳細なＡＦＭ走査が示される。
【００９２】
図１３Ｂを参照すると、図１３Ａの走査の色変換が示されており、青色から赤色への虹色範囲を有し、その色範囲は、グレースケールにおいて再現されるときにより暗い部分によって表されるような最も低い深さ（青色）１３２０から、グレースケールにおいて再現されるときにより明るい部分によって表されるような上面（赤色）１３３０までのトポグラフィ変化を表しており、周期性を有することなく、Ｘ軸及びＹ軸の両方において不規則／非周期的な離間したエンティティ１３１０を有する任意の形状の構成及び配置を明確に示す。
【００９３】
図１３Ｃを参照すると、任意の形状で、不規則／非周期的な離間したエンティティに起因するトポグラフィ変化を実証する、図１３Ｂのマークの３Ｄ輪郭プロットが示される。グレースケールにおいて再現されるときにより暗い部分によって表されるような最も低い深さ（青色）から、グレースケールにおいて再現されるときにより暗い部分によって表されるような上面（赤色）までの高さ／深さの変動が示されており、ナノサイズのエンティティ１３３０の場合、３０ｎｍの範囲を有する。
【００９４】
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃによって図示され、実証されるように、マーク１３００を形成するナノサイズのエンティティが、３次元において動的であるサイズ、形状、間隔及び深さを有しており、ナノサイズのエンティティ１３３０が不規則／非周期的な格子に配列されることを実証する。
【００９５】
本発明の例では、任意の形状及び不規則／非周期的な間隔を有する離散的なエンティティ１３３０の作製は、集束イオンビームが存在するときに、集束イオンビーム経路を時間及び位置の関数として制御することによって達成される。
【００９６】
本発明によれば、本発明の範囲から逸脱することなく、集束イオンビーム、深ＵＶ（紫外線）レーザービーム、ウェット化学エッチング、イオンプラズマエッチング、プラズマエッチングプロセス等のためのシャドーマスクの異なるアスペクト比、又はその任意の組み合わせを含む、他のナノファブリケーション法を用いることができることは当業者には理解されよう。
【００９７】
図１４を参照すると、Ｙ軸に沿って種々の間隔を有し、Ｚ軸に沿って種々の深さを有するエンティティを作製するために、ジェムストーンファセットの上面を通り過ぎる集束イオンビームの概略図が示される。
【００９８】
集束イオンビームは、この表現ではジェムストーンファセット１４００とすることができる物品の上面１４０１上に時間とともに左から右にＹ軸に沿って照射するように制御され、それぞれ位置１４１０、１４１１、１４１２及び１４１３においてイオンビーム１４０２、１４０３、１４０４及び１４０５として示され、加速電圧、プローブ電流及び照射線量等のビーム条件は時間から独立している。
【００９９】
再び、本発明によれば、本発明の範囲から逸脱することなく、集束イオンビーム、深ＵＶ（紫外線）レーザービーム、ウェット化学エッチング、イオンプラズマエッチング、プラズマエッチングプロセス等のためのシャドーマスクの異なるアスペクト比、又はその任意の組み合わせを含む、他のナノファブリケーション法を用いることができることは当業者には理解されよう。
【０１００】
この例示的な概略的表現では、位置１４１０、１４１１、１４１２及び１４１３は以下のように生成することができる。
（i）Ｙ軸におけるイオンビーム（ｉ）位置＝所望の全体間隔（ｎｍ）＋許容変動範囲（ｎｍ）×乱数発生器（−１〜１）
ただし、
−ｉはジェムストーン１４００のファセットの表面１４０１上に照射するイオンビームの数であり、
−所望の全体間隔は２００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内にあることができ、
−許容変動範囲は所望の全体間隔の１０％〜５０％の範囲内にあることができる。
【０１０１】
この例では、離散的なエンティティの深さ／高さ及びＸ−Ｙ寸法における任意の形状は、イオンビームが或る位置にとどまる各時点において、静止時間と、Ｚ軸１４１３、１４１４、１４１５及び１４１６に沿ったイオンビームの集束位置とを変更することによって制御される。
【０１０２】
静止時間は以下のように生成することができる。
（ii）イオンビーム（ｉ）静止時間＝所望の全体静止時間（μｓ）＋許容変動範囲（μｓ）×乱数発生器（−１〜１）
ただし、
−所望の全体静止時間は０．１μｓ〜１００μｓの範囲内にあることができ、
−許容変動範囲は所望の全体静止時間の１０％〜５０％の範囲内にあることができる。
【０１０３】
ジェムストーン１４００のファセットの上面１４０１に対する、イオンビームが集束する深さ位置１４１３、１４１４、１４１５及び１４１６は以下のように生成することができる。
（iii）Ｚ軸におけるイオンビーム（ｉ）位置＝所望の全体深さ（ｎｍ）＋許容変動範囲（ｎｍ）×乱数発生器（０〜１）
ただし、
−所望の全体深さは、０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内にあることができ、
−許容変動範囲は、所望の全体間隔の１０％〜５０％の範囲内にあることができる。
【０１０４】
Ｙ軸及びＺ軸内のイオンンビーム位置並びに静止時間の生成されたパラメーターは、ジェムストーン１４００ファセットのような固体材料の上面１４０１上で照射イオンビームが追跡し、照射するための経路リストとして与えることができる。
【０１０５】
結果として、集束イオンビーム照射の各サイトにおいて、各エンティティを作製する際に、相互作用断面１４０６、１４０７、１４０８及び１４０９と、相互作用体積とは他のエンティティから独立している。また、エンティティ間の間隔１４１７、１４１８及び１４１９は、不規則／非周期的な離間し、成形されたエンティティを備える非対称な格子の結果として、図１３に示されるようにＸ−Ｙ平面に沿って変化する。
【０１０６】
本発明はマーク及びその形成方法を提供し、そのマークはジェムストーン又は他の固体材料のファセットに付けることができ、マークが付けられたジェムストーンの光学特性を損なわない。
【０１０７】
そのようなマーキングは、等級付けのために、防犯のために、ジェムストーンの原産地、所有権等を示すことができる。
【０１０８】
当業者によって理解されるように、光の異なる波長によって、任意の必要な表現を与えるように、ジェムストーンに複数の色に関する態様を適用できるようになる。
【０１０９】
また、当業者によって理解されるように、規則的又は不規則な成形孔、ドット、ディスク、ピラー等、円形アレイ、螺旋形アレイ、正方形アレイ、三角形アレイ、六角形アレイ、フラクタルアレイ、複数周期、又はそれらの組み合わせのような、数多くの異なる幾何学的属性をマークに適用することができる。
【０１１０】
以下の記述は本発明の利点を強調しており、本発明は従来技術の利点より優れた数多くの利点を提供し、それにより、従来技術によって達成することができない利益を得ることが可能になる。
【０１１１】
本発明によれば、溝を用いることなく、そして周期性を含むか、又は必要とするのではなく、むしろ、非周期的で非対称に配列された離散的なエンティティの格子を含むマーキング構造を提供することが可能であり、それにより、より複雑なマーキング、及び同じ単一のマーキングから２色以上の光を容易に反射することが可能になる。
【０１１２】
さらに、本発明を使用することによって、マーキング構造のためのサイズ、形状、幾何学的配列及び間隔を変更することが可能になり、それにより、より複雑なマーキング、及び複数の色成分を視認可能とすることが可能になる。
【０１１３】
したがって、本発明による例又は実施形態の利点は以下のような利点を含むことができる。
（i）より複雑なマーキング、
（ii）２つ以上の光の波長が反射されること、及び、
（iii）製造ステップをより少なくし、それにより、より効率的なマーキングプロセスを提供すること。
【０１１４】
本発明の実施形態は、例えば、マーキングを施すために集束イオンビームを使用することによって、従来技術とは対照的に、酸化剤の使用を必要とするステップを不要にする。
【０１１５】
そのようなステップを不要にすることは、従来技術において使用される通常の化学物質、溶融硝酸カリウムを不要にすることを含む、数多くの有害製品、回避されるべき職業安全衛生問題、及び環境問題を未然に防ぐこと、又は除去することをもたらし、以下のことも含む。
（i）コストがより低いこと、
（ii）そのような化学物質のガスへの暴露による健康リスクがなく、それゆえ、職業安全衛生を高めること、
（iii）硝酸カリウムからの爆発リスクがないこと、
（iv）溶融硝酸カリウムの廃棄関連リスク（ＯＨＳ）及び処理がなく、ここでも職業安全衛生を高めること、及び、
（ｖ）溶融硝酸カリウムの処理にかかる廃棄コストに関連付けられるコストがないこと。
【０１１６】
本発明のマークは、指定された角度における入射単色光によって、ジェムストーン又はダイヤモンドのマーキングされたファセットを含む固体材料の所定の方向、好ましくは垂直方向から顕微鏡対物レンズの適切な倍率下でのみ視認することができ、入射単色光又は多色光は強いが、入射光がコリメートされ、かつコヒーレントである場合には、より大きな画像コントラストを達成することができる。
【０１１７】
本発明は、米国特許第６，３９１，２１５号の技術のような従来技術の技法とは区別され、顕微鏡対物レンズに入る光は０次以外の任意の回折光又は直接反射光である。
【０１１８】
さらに、本発明は、ジェムストーンマーキングの分野における回折光学系の特性を適用する際に当該技術分野において他の発明から区別され、従来技術は、ジェムストーン又はダイヤモンドの光学特性を向上させること（米国特許第８，０３３，１３６号）及び通常光下のジェムストーン又はダイヤモンドの装飾及び装飾物（米国特許第８，２３３，２１８号）に関する。
【０１１９】
対照的に、本発明のマークは、回折次数による強いオン−オフコントラストを利用するので、結果として、未処理の表面から誘発された干渉に起因して強度が変化し、例えば、目に見えないシリアル番号又は目に見えないブランドマーク若しくは品質マークをマーキングすることによって、ジェムストーンを含む固体材料の識別に関する情報が示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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