深さ方向情報記録媒体および情報読取光学装置

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【発明の名称】	深さ方向情報記録媒体および情報読取光学装置
【発明者】	【氏名】丹野直弘
【要約】	【課題】機密保持性の高い深さ方向情報記録媒体と、さらにその記録情報を記録媒体から読み取る情報読取光学装置を提供する。【解決手段】深さ方向情報記録媒体において、光減衰量の増加もしくは減少を伴う薄膜層状媒体１，２，３からなる層状構造を有し、その薄膜層状媒体１，２，３による、媒体層面に垂直な深さ方向の光減衰量の増加もしくは減少を記録情報とする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】深さ方向情報記録媒体において、光減衰量の増加もしくは減少を伴う薄膜層状媒体からなる層状構造を有し、該薄膜層状媒体による、媒体層面に垂直な深さ方向の光減衰量の増加もしくは減少を記録情報とすることを特徴とする深さ方向情報記録媒体。
【請求項２】請求項１記載の深さ方向情報記録媒体において、前記薄膜層状媒体の表及び裏を可視光では不可視である遮蔽物体で挟んだカード状構造とすることを特徴とする深さ方向情報記録媒体。
【請求項３】（ａ）光減衰量の増加もしくは減少を伴う薄膜層状媒体からなる層状構造を有し、該薄膜層状媒体による、媒体層面に垂直な深さ方向の光減衰量の増加もしくは減少を記録情報とする深さ方向情報記録媒体と、（ｂ）広いスペクトル幅を有する光ビームを出射する光源と、（ｃ）該光源から出射された光ビームを、前記深さ方向情報記録媒体が配置される情報記録媒体配置位置を経由する信号光と、該情報記録媒体配置位置を経由する光路とは異なる光路を経由する参照光とに二分するとともに、前記情報記録媒体配置位置を経由した後の信号光と、前記異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳することにより前記信号光と前記参照光が光センサの検出面にて干渉光を生成する干渉光学系と、（ｄ）該干渉光学系が、前記参照光の光路長を走査する走査機構と、（ｅ）前記光センサで得られた受光信号を前記深さ方向情報記録媒体の表面もしくは内部層の、前記信号光の伝搬経路上の各関心点に対応する信号を生成する信号処理部とを備え、（ｆ）前記深さ方向情報記録媒体に内蔵する記録情報を読み取ることを特徴とする情報読取光学装置。
【請求項４】請求項３記載の情報読取光学装置において、前記深さ方向薄膜層状媒体の表及び裏を可視光では不可視である遮蔽物体で挟んだカード状構造とすることを特徴とする情報読取光学装置。
【請求項５】請求項４記載の情報読取光学装置において、前記光源が、前記遮蔽物体を透過するスペクトルを有するスーパールミネセントダイオードであることを特徴とする情報読取光学装置。
【請求項６】請求項４記載の情報読取光学装置において、前記光源が、前記遮蔽物体を透過するスペクトルを有する発光ダイオードであることを特徴とする情報読取光学装置。
【請求項７】深さ方向情報記録媒体において、前記深さ方向情報記録媒体の深さ方向をＺ軸となし、前記情報記録媒体の面をＸ－Ｙ面とするとき、位置（Ｘ，Ｙ）毎に異なる情報をＺ軸、即ち深さ方向に記録し、三次元情報記録媒体とすることを特徴とする情報読取光学装置。
【請求項８】請求項３記載の情報読取光学装置において、前記情報読取光学装置が、前記深さ方向情報記録媒体と、該深さ方向情報記録媒体の配置位置に入射する信号光ビームとのうち、少なくとも一方を一次元的もしくは二次元的に相対的に移動させることにより、前記深さ方向情報記録媒体を走査する機構を含むことを特徴とする情報読取光学装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機密保持を目的として媒体内部に情報を隠蔽する情報記録媒体およびその情報記録媒体から隠蔽情報を抽出する情報読取光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】社会の情報化が進むにつれて、個人および団体等に関する情報が様々な場面で取り扱われるようになり、これら情報の機密保持は益々重要性が高まってきている。既存の情報記録方法として、例えば情報を磁気記録媒体へ記録する方法がある。また、最近では、電子方式記録媒体や光学方式記録媒体による情報記録方法も用いられている。さらに、情報の機密性を向上させるための情報暗号化技術も開発されている。
【０００３】しかし、記録媒体が他人に渡され、記録方式に応じて適切な読取手段が判断されれば、情報が解読される可能性は存在する。さらに、同様な記録方法を採用することにより、記録情報が改ざんされてしまう危険もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のものでは、記録情報の機密性の上で、技術的に満足のいくものではなかった。
【０００５】そこで、記録情報の機密性を一層高めるために、次のような措置が有効であるといえる。すなわち、一見して記録媒体のように見えない記録媒体を使用するここと。また、記録媒体であることが暴かれても情報の解読と改ざんが困難であること。さらに、記録情報を強制的に解読または改ざんしようとすると、記録媒体もしくは記録情報が自動的に破壊されることである。
【０００６】本発明は、上記状況に鑑み、機密保持性の高い深さ方向情報記録媒体と、さらにその記録情報を記録媒体から読み取る情報読取光学装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を達成するために、〔１〕深さ方向情報記録媒体において、光減衰量の増加もしくは減少を伴う薄膜層状媒体からなる層状構造を有し、この薄膜層状媒体による、媒体層面に垂直な深さ方向の光減衰量の増加もしくは減少を記録情報とすることを特徴とする。
【０００８】〔２〕上記〔１〕記載の深さ方向情報記録媒体において、前記薄膜層状媒体の表及び裏を可視光では不可視である遮蔽物体で挟んだカード状構造とすることを特徴とする。
【０００９】〔３〕情報読取光学装置において、光減衰量の増加もしくは減少を伴う薄膜層状媒体からなる層状構造を有し、この薄膜層状媒体による、媒体層面に垂直な深さ方向の光減衰量の増加もしくは減少を記録情報とする深さ方向情報記録媒体と、広いスペクトル幅を有する光ビームを出射する光源と、この光源から出射された光ビームを、前記深さ方向情報記録媒体が配置される情報記録媒体配置位置を経由する信号光と、この情報記録媒体配置位置を経由する光路とは異なる光路を経由する参照光とに二分するとともに、前記情報記録媒体配置位置を経由した後の信号光と、前記異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳することにより前記信号光と前記参照光が光センサの検出面にて干渉光を生成する干渉光学系と、この干渉光学系が、前記参照光の光路長を走査する走査機構と、前記光センサで得られた受光信号を前記深さ方向情報記録媒体の表面もしくは内部層の、前記信号光の伝搬経路上の各関心点に対応する信号を生成する信号処理部とを備え、前記深さ方向情報記録媒体に内蔵する記録情報を読み取ることを特徴とする。
【００１０】〔４〕上記〔３〕記載の情報読取光学装置において、前記深さ方向薄膜層状媒体の表及び裏を可視光では不可視である遮蔽物体で挟んだカード状構造とすることを特徴とする。
【００１１】〔５〕上記〔４〕記載の情報読取光学装置において、前記光源が、前記遮蔽物体を透過するスペクトルを有するスーパールミネセントダイオードであることを特徴とする。
【００１２】〔６〕上記〔４〕記載の情報読取光学装置において、前記光源が、前記遮蔽物体を透過するスペクトルを有する発光ダイオードであることを特徴とする。
【００１３】〔７〕深さ方向情報記録媒体において、前記深さ方向情報記録媒体の深さ方向をＺ軸となし、前記情報記録媒体の面をＸ－Ｙ面とするとき、位置（Ｘ，Ｙ）毎に異なる情報をＺ軸、即ち深さ方向に記録し、三次元情報記録媒体とすることを特徴とする。
【００１４】〔８〕上記〔３〕記載の情報読取光学装置において、前記情報読取光学装置が、前記深さ方向情報記録媒体と、この深さ方向情報記録媒体の配置位置に入射する信号光ビームとのうち、少なくとも一方を一次元的もしくは二次元的に相対的に移動させることにより、前記深さ方向情報記録媒体を走査する機構を含むことを特徴とする。
【００１５】このように本発明の情報記録媒体は、情報を記録媒体の深さ方向に記録することにより、外部から情報が不可視であることを特徴とする。
【００１６】また、本発明は、記録媒体から情報を読み取る手段として、記録媒体の深さ方向のミクロンオーダーの層構造分解能力を有する光学的読取装置を用いることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】図１は本発明の第１実施形態を示す記録媒体の構成図、図２はその記録媒体の分解斜視図である。
【００１９】ここでは、記録媒体が複数の薄膜層状媒体１，２，３、例えば、厚み１００μｍ以下の薄膜フィルムから構成され、その薄膜フィルムの表面には、後述する情報記録原理に従って透過光を吸収する塗料が塗られている。本発明は、これらフィルムを重畳して内蔵媒体として一体化することにより、情報を不可視にすることに大きな特徴がある。
【００２０】本発明によれば、たとえ、その薄膜層状媒体１，２，３を透視することができても、情報を直接に読み取ることは不可能である。つまり、重畳して記録された情報を読み取るためには、記録情報をその重畳方向上に分解して検出することが不可欠である。
【００２１】本発明は、後述するその読取装置を提供し、それぞれのフィルムからの反射光を分離検出することにより、情報の読取を可能にする。
【００２２】一方、情報の機密性を保持する見地から、本発明では、例えば強力な糊で複数のフィルムを糊付けして一体化することが望ましい。情報を無理やりに読み出そうとして、そのフィルムを分解したとすると、糊付けの強制剥離によるフィルムの破壊が発生し、情報が消滅する結果となる。
【００２３】一方、外見から記録媒体であることを暴かれないために、薄膜層状媒体１，２，３を表カバー４，裏カバー５で挟んで隠蔽する。例えば、可視光を透過しない薄いプラスチック板（プレート）を用いることも不可視化に有効である。プラスチックプレートは近赤外光を比較的透過し、後述する情報読取方法にも適している。
【００２４】以下、本発明による情報記録の原理について説明する。
【００２５】図３は本発明の記録媒体の作用を示す模式図である。
【００２６】ここでは、記録媒体はｎ枚のフィルム１１，１２，１３，…，ｎから成り、それぞれの厚みがΔｌ_m（ｍ＝１，２，３，…，ｎ）であるとする。フィルムに光吸収材料として、例えば黒色塗料を塗り、その光反射率がＲ_m（ｍ＝１，２，３，…，ｎ）、また光の透過減衰係数がσ_m（ｍ＝１，２，３，…，ｎ）であるとすると、記録媒体１１，１２，１３，…，ｎの表面に垂直入射する光ビーム（強度Ｉ₀）に対して、各境界面から反射されて記録媒体１１，１２，１３，…，ｎを出射する光ビームの強度は次のように算出される。
【００２７】
【数１】

【００２８】
【数２】

【００２９】
【数３】

【００３０】
【数４】

【００３１】この式（４）より、媒体内境界面からの反射光強度と媒体の表面からの反射光強度との比は次のように求められる。
【００３２】
【数５】

【００３３】図４にこの式（５）を用いて計算した媒体内各境界面からの反射光強度の分布図の一例を示す。
【００３４】この計算例では、記録媒体が９枚のフィルムから構成され、各フィルムの光反射率はともにＲ₀＝３％に等しいが、フィルムを一往復することに伴う光減衰率はフィルム上に塗料が印加されている場合の８０％（－７ｄＢ）と塗料が印加されていない場合の０％（－０ｄＢ）という２種類とする。説明の便宜上、図４の例では、上記塗料の印加実施形態は記録媒体の深さ方向上、“あり”と“なし”の順で繰り返され、また、各フィルムの厚みはともに、Δｌ′とした。
【００３５】本発明は、後述する情報読取光学装置を用いて、図４に示す離散的な反射光信号を検出し、上記式（４）もしくは上記式（５）の光強度比関係から、フィルム上の塗料の有無を判断する。そこで、塗料の“あり”と“なし”状態を二進法表示の“１”と“０”に対応させると、本発明は、ｎ枚のフィルムで記録媒体を構成することにより、（ｎ－１）ビット、すなわち２^n-1階調のデジタル信号を記録できることが明白である。
【００３６】この原理から、図４の例で、深さ方向上２枚目のフィルムから９枚目のフィルムまでに、「０１０１０１０１」の８ビット信号が記録され、“１”と“０”の判別は７ｄＢの光吸収信号が“検出される”と“検出されない”によって行われる。なお、図１の実施形態において最初のフィルムからの反射光に対して強度比較となる基準強度があれば、本発明はｎ枚の記録用フィルムでｎビットのデジタル信号を記録することも可能である。
【００３７】前述した実施形態において、フィルム上に光吸収材料を「黒色塗料」と表現したが、これは薄く付着しても透過光を顕著に吸収できる材料として本発明の理解を容易にするために説明に用いたものであり、本発明に用いられる光吸収材料は色や物質、形態などに制限を受けるものではない。色として黒でも赤でも良く、塗料としてペイントでもインクでも良い。また、光吸収信号を生成するために、塗料のほか、透明フィルムの代わりに吸光性質をもつフィルムを使用することも有効である。
【００３８】また、上記実施形態において、薄い層状記録媒体としてフィルムを例としたが、取り扱い易さや情報機密の保持性などに応じて他の材料を用いても良い。
【００３９】図５は本発明の情報記録媒体から情報を読み取る光学装置の第１実施形態の構成図である。
【００４０】この図において、２１は広帯域光源、２２は２枚のレンズからなるコリメータ、２３はビームスプリッター、２４はｚ方向の走査が可能なミラー、２５は面方向二次元スキャンが可能な情報記録媒体、２６は光検出器である。
【００４１】広帯域光源２１からの出射光は例えば２枚のレンズからなるコリメータ２２により平行ビームに変換された後、ビームスプリッター２３で二分される。一方の光ビームは情報記録媒体２５へ入射して、信号光ビームとなる。他方の光ビームは全反射ミラー２４に入射して参照光ビームとなる。
【００４２】ミラー２４と記録媒体２５からそれぞれ反射された２つの光ビームはビームスプリッター２３によって再び合波され、光検出器２６の面上にて干渉を起す。光干渉の原理から、干渉光を検出する光検出器２６からの出力電流には光路長差２ΔＬを正弦関数の変数とする光干渉の項が含まれ、次のように与えられる（例えば、辻内順平：「光学概論II」、朝倉書店（１９７９）参照）。
【００４３】
【数６】

【００４４】ここで、Ｅ₁とＥ₂はそれぞれ干渉し合う信号光と参照光の電界振幅であり、ｆは光周波数、ｃは光速度である。
【００４５】図５に示す情報読取光学装置の第１実施形態は、光源として広帯域なスペクトル幅をもつ光源２１、すなわち低コヒーレント光源を用いることを特徴としている。それにより、光干渉測定では、光干渉信号は周期が僅かに異なる多数の正弦関数の和であると考えられ、上記式（６）より次式のように求められる。
【００４６】
【数７】

【００４７】ここで、計算および説明の便宜上、パワースペクトル関数Ｓ（ｆ）を中心周波数ｆ₀、半値全幅Δｆのガウス型とすると、上記式（７）は【００４８】
【数８】

【００４９】と求められる。これより、低コヒーレント干渉信号はガウス関数によって振幅変調を受け、その振幅はΔＬ＝０の時最大値となるが、ΔｆΔＬに比例して指数的に減衰することが分かる。従って、可干渉距離はΔｆによって制限されている。
【００５０】記録媒体からの反射光強度（＝Ｅ₁²）を測定するためには、上記式（８）で与えられる干渉信号の振幅ｉ_lを二乗すればよく、そこで、ｉ_l²の半値全幅に対応する深さを情報読取光学装置の距離分解能Δｚと定義すると、上記式（８）からΔｚは光源のコヒーレント長ｌ_C≒０．６６λ₀²／Δλの約半分であることが察知できる。ただし、λ₀は光源の中心波長、Δλはスペクトルの半値幅である。
【００５１】上記の測定原理から、図５に示す情報読取光学装置の第１実施形態は連続光を用いても、光源２１のスペクトル幅が広ければ、極めて優れた距離（深さ）分解能をもつことが分かる。
【００５２】小型な半導体光源であるスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）を例とすると、市販品（λ₀＝０．８μｍ、Δλ＝３０ｎｍ）では、Δｚ≒ｌ_C／２＝７μｍとなる。そこで、図５において、例えばトラスデューサやボイスコイルを用いて全反射ミラー２４により参照光ビームの光軸（ｚ－軸）上を走査（ｚスキャン）してΔＬを変化させれば、ミクロンオーダの距離分解能で記録媒体内部からの反射光プロフィルを検出することができる。
【００５３】本発明は、低コヒーレント光源の極めて短い可干渉距離と、光干渉方法に由来する優れた信号検出感度を十分に認識した上、図１に示すように記録媒体を構成する層状媒体として、例えば厚み１００ミクロン以下のフィルムを使用し、さらにフィルムの表面に、例えば塗料を塗ることにより透過光の一部を吸収して顕著な光吸収信号を発生させる。
【００５４】例えば、図４の実施例では、長さ８ビットの情報を記録するために、９枚のフィルムを用いて記録媒体を構成し、信号光に対して７ｄＢの吸収値を示す吸収信号を二進法表示の“１”に対応させている。この記録方法に従えば、二進法表示に基づく“１１１１１１１１”の信号に対して、光吸収による信号光の減衰が－９×７ｄＢ＝－６３ｄＢにも達する。
【００５５】このことから、本発明による情報記録媒体は薄膜層状媒体による光減衰量の増加もしくは減少を記録情報とすることを特徴としており、媒体の表面反射率や光位相シフトの違いに基づく従来の光記録方式で情報が記録される媒体、例えばコンパクトディスク（ｃｏｍｐａｃｔｄｉｓｋ：ＣＤ）と本質的に異なることが明白である。
【００５６】なお、本発明の情報読取光学装置によれば、記録媒体を構成する各薄膜層状媒体の最小厚みΔｌ_minは、情報読取光学装置の深さ方向空間分解能Δｚの２倍程度であればよく、市販品のＳＬＤ（Δ₀＝０．８μｍ、Δλ＝３０ｎｍ、ｌ_C＝１４μｍ）を情報読取光学装置の光源として用いれば、Δｌ_minは約２０μｍであると考えられる。従って、例えば上記のように９枚のフィルムを用いて記録媒体を構成するのであれば、記録媒体の厚みを約２００μｍ程度の薄さにすることができる。さらに、１７枚のフィルムを用いて１６ビットの情報を記録しても、媒体の厚みを約０．５ｍｍ程度に抑えることが可能である。
【００５７】図６は本発明の記録媒体の第２実施形態の分解斜視図である。
【００５８】この図において、３１，３２，３３は内蔵記録媒体、３４は表カバー、３５は裏カバーである。ここでは、記録媒体が複数の薄膜層状媒体３１，３２，３３、例えば厚み１００ミクロン以下のフィルムから構成される。各々のフィルムの表面には、前述情報記録原理に従って透過光を吸収する塗料が塗られている。ただし、本実施形態では、情報を三次元空間的に記録するために、各フィルム上には、図６に示すようにｘ－ｙ面の位置（ｘ，ｙ）毎に多数の記録空間を設置し、それぞれの空間に情報を記録している。
【００５９】一方、図６に示す記録媒体から情報を読み取るために、図５の情報読取光学装置において、記録媒体を入射光に対して垂直な面（ｘ－ｙ面）上にて二次元的にスキャンして、それぞれの入射点における光反射プロフィールを測定すればよいことは明白である。
【００６０】図１と図６の記録媒体の実施例は二進法で表わされるデジタル信号を記録しているのに対して、図７は記録情報が二次元パターンなどの図形である場合の本発明の記録媒体の分解斜視図である。
【００６１】この図において、４１，４２，４３は内蔵記録媒体（図形が記録されているフィルム）、４４は表カバー、４５は裏カバーである。
【００６２】ここでは、情報の機密性を保持する見地から、図形が記録されているフィルム４２を記録媒体内に隠蔽し、その前後には、例えば別の図形が記録されているフィルム４１，４３を配置することにより、外部から不可視にする。
【００６３】一方、図５に示す情報読取光学装置において記録媒体を入射光に対して垂直な面（ｘ－ｙ面）上にて二次元的にスキャンして、それぞれの入射点における光反射プロフィールを測定すれば、上記式（５）の反射光強度比の関係から記録媒体内部構造を反映する三次元像が再構成される。これにより、記録媒体中に隠蔽された図形などの情報を読み取ることができる。
【００６４】なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００６６】（Ａ）機密保持性の高い情報記録媒体と、さらにその記録情報を記録媒体から読み取る情報読取光学装置を得ることができる。
【００６７】（Ｂ）記録媒体は、情報を記録媒体の深さ方向に記録することにより、外部から情報を不可視にすることができる。
【００６８】（Ｃ）記録媒体から情報を読み取る情報読取光学装置により、記録媒体の深さ方向へミクロンオーダーの層構造分解能力を有することができる。

【出願人】	【識別番号】０００２０９５８８【氏名又は名称】丹野直弘【識別番号】５００３７９６３５【氏名又は名称】澤田直子
【出願日】	平成１２年８月１４日（２０００．８．１４）
【代理人】	【識別番号】１０００８９６３５【弁理士】【氏名又は名称】清水守
【公開番号】	特開２００２－５６６８３（Ｐ２００２－５６６８３Ａ）
【公開日】	平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】	特願２０００－２４５６８３（Ｐ２０００－２４５６８３）