光機能素子及び光学認証システム
【課題】従来から提案されている電子的情報に基づく認証システムとは異なる、セキュリティ性に優れた認証システムを提供可能とすること
【解決手段】透光性を有する平板状の第１の基板１１内に、微小構造体１２を所定の配列パターンで複数個に亘って配列させた第１の偏光素子１０と、透光性を有する平板状の第２の基板２１内に、微小構造体２２を、第１の偏光素子１０の配列パターンに基づいて、所定の配列パターンで複数個に亘って配列させた第２の偏光素子２０とを備える。第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とが互いに正しい組み合わせであり、更に正しい位置関係で配置して用いた場合においてのみ、第１の偏光素子１０に対して照射した光が、第２の偏光素子２０から伝搬光として放射される。
【解決手段】透光性を有する平板状の第１の基板１１内に、微小構造体１２を所定の配列パターンで複数個に亘って配列させた第１の偏光素子１０と、透光性を有する平板状の第２の基板２１内に、微小構造体２２を、第１の偏光素子１０の配列パターンに基づいて、所定の配列パターンで複数個に亘って配列させた第２の偏光素子２０とを備える。第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とが互いに正しい組み合わせであり、更に正しい位置関係で配置して用いた場合においてのみ、第１の偏光素子１０に対して照射した光が、第２の偏光素子２０から伝搬光として放射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、認証技術の分野において使用するのに好適な光機能素子及び光学認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話、携帯ゲーム機等をはじめとして、各種の携帯型の電子機器が広く用いられている。このような携帯型の電子機器は、電池パックのような二次電源を電力源としている場合が多く、これによって、充電による繰り返し使用が可能となっている。
【０００３】
ところで、このような二次電源は、一般に、その内部に電解液として可燃性の有機溶媒が用いられている。このため、各種電子機器や二次電源の製造者は、正規品の電子機器に対して、耐衝撃性や耐温性等の各種性能が保証されている正規品としての二次電池の使用をユーザに推奨しているが、このような正規品としての二次電池は一般に高価であることから、ユーザによっては安価な模造品等の非正規品を使用する場合があった。しかしながら、このような非正規品は、各種性能についての保証が十分になされていないことがあり、二次電池内の有機溶媒が揮発し、これによって発火、爆発事故を招くおそれがあった。
【０００４】
このため、従来においては、このような非正規品としての二次電池が正規品としての電子機器に使用されるのを防ぐべく、二次電池が電子機器に装着された場合に、その二次電池が正規品であるか非正規品であるかを見分ける仕組みを設けた機器認証に関する認証技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示された認証システムにおいては、電池パックや電子機器毎に識別番号が割り当てられ、電池パックの充電を行う充電装置によってこの電池パックや電子機器の識別番号を読み取らせ、読み取った識別番号に関する情報を充電装置から通信回線を介して中央管理装置へ送信し、この中央管理装置でこの識別番号を認証し、これに基づき充電装置から電池パックへと充電実行の可否が判断される。
【０００６】
このようなデジタルＩＤのような電子的情報を用いての認証システムは、特許文献１の他に数多く提案されている（例えば、特許文献２〜４参照。）。
【０００７】
また、このような機器認証に関する認証技術の他にも、所定の道具や書類、施設等を利用しようとする被認証者が、これら道具等の利用、閲覧、入場の権限があるか否かを確認するための本人認証に関する認証技術も数多く提案されている。このような本人認証技術においては、ＩＤカード、磁気カード等のカードデバイスやイモビライザーシステムで用いられるキーデバイスのような物理デバイスを、これに対応したカードリーダーや鍵穴等の読み取り装置に装着させたり、被認証者の身体情報を認証装置等に読み取らせる（バイオメトリクス認証）ことによって本人確認を行なっている（例えば、特許文献５、６参照。）。
【０００８】
例えば、特許文献５に開示された認証システムにおいては、ＡＴＭ（Automated Teller Machine）の利用時に、暗証番号等の電子的情報が記録されたＩＤカードを要求し、正しいＩＤカードを認識した場合においてのみＡＴＭによる金融取引処理を可能としている。
【０００９】
また、特許文献６に開示された認証システムにおいては、キーシリンダに差し込まれるキーデバイスに固有コードを記憶させ、キーリシンダにキーデバイスを差し込んだ際に、この固有コードを照合することによってキーデバイスが正規のものであるか否か判断し、正規のキーデバイスが差し込まれた場合においてのみキーシリンダによるロックを解除し、車のエンジン等を駆動可能としている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２２２４５７号公報
【特許文献２】特開２００６−３３１８１５号公報
【特許文献３】特開２００６−１２８９１１号公報
【特許文献４】特開２００５−１５１３６８号公報
【特許文献５】特開２００７−１６４５４７号公報
【特許文献６】特開平９−４９３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、現代社会においては、非正規品の使用防止や悪意ある第三者による各種デバイスの不正使用等を防ぐために、様々な要素について機器認証や本人認証のような認証行為を要求しており、これによって、これら要素の安全性やブランド価値の維持を図っている。
【００１２】
しかしながら、上記において提案されている認証システムは、いずれの場合においても読み取り装置等にＩＤカードやキーデバイス、身体情報等の電子的情報を登録し、これを利用することによって認証を行なっている。これら電子的情報は、暗号化を施す等によってその漏洩や改ざんを防止しているが、近年においては暗号化技術とともに暗号解読技術も向上しており、認証行為について万全を期すことが困難であった。このため、電子的情報に基づく認証システムとは異なる方式に基づく、セキュリティ性に優れた認証システムの提案が望まれており、これによって、非正規品の使用や、悪意ある第三者による不正使用を根底から排除することが望まれていた。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、従来から提案されている電子的情報に基づく認証システムとは異なる、セキュリティ性に優れた認証システムを提供可能な光機能素子及び光学認証システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上述した課題を解決するために、本願請求項１に記載のように、透光性を有する平板状の第１の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた第１の構造体列並びに第２の構造体列が上記長軸方向に略直交する直交方向に向けて交互に配列され、上記第１の構造体列を構成する第１の微小構造体における一方の長軸端部が、上記第２の構造体列を構成する第２の微小構造体の他方の長軸端部に対して近接し、当該第１の微小構造体における他方の長軸端部が、当該第２の微小構造体の長軸方向に隣接する他の第２の微小構造体の一方の長軸端部に近接するように位置調整された第１の偏光素子と、透光性を有する平板状の第２の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた構造体列が複数列に亘って配列され、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置された場合に、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れかの向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整された第２の偏光素子とを備えることを特徴とする光機能素子を発明した。
【００１５】
また、本願請求項２に係る発明は、透光性を有する平板状の第１の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた第１の構造体列並びに第２の構造体列が上記長軸方向に略直交する直交方向に向けて交互に配列され、上記第１の構造体列を構成する第１の微小構造体における一方の長軸端部が、上記第２の構造体列を構成する第２の微小構造体の他方の長軸端部に対して近接し、当該第１の微小構造体における他方の長軸端部が、当該第２の微小構造体の長軸方向に隣接する他の第２の微小構造体の一方の長軸端部に近接するように位置調整された第１の偏光素子と、透光性を有する平板状の第２の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた構造体列が複数列に亘って配列され、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置された場合に、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れか一方の向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整されるとともに、上記第１の微小構造体の他方の長軸端部と、その他方の長軸端部から上記直交方向の他方の向きに近接する第２の微小構造体の一方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整された第２の偏光素子とを備えることを特徴とする光機能素子である。
【００１６】
また、本願請求項３に係る発明は、本願請求項１又は２に係る発明において、上記第１の偏光素子において上記長軸方向並びに上記直交方向に互いに近接する微小構造体間の間隔は、照射されるべき伝搬光の波長に対して回折限界未満の間隔をあけて配置されることを特徴とする。
【００１７】
また、本願請求項４に係る発明は、光学認証システムであって、請求項１〜３の何れか１項に記載の上記第１の偏光素子を有する第１のデバイスと、請求項１〜３の何れか１項に記載の上記第２の偏光素子を有する第２のデバイスとを備え、上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、上記第２の偏光素子から射出される光を検出可能な光検出手段を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本願請求項５に係る発明は、本願請求項４に係る発明において、上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、上記第１の偏光素子に対して光を照射する光照射手段を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本願請求項６に係る発明は、本願請求項４又は５に係る発明において、上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスは、互いに着脱可能に構成され、何れかのデバイスを他方のデバイスに装着させた場合に、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置され、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れかの向きに近接する上記第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するように位置調整されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本願請求項７に係る発明は、本願請求項６に係る発明において、上記光照射手段は、上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスの何れかのデバイスを他方のデバイスに装着させた場合に、上記第１の偏光素子に対して光を照射するよう構成されてなることを特徴とする。
【００２１】
また、本願請求項８に係る発明は、本願請求項４〜７の何れか１項に係る発明において、上記第１のデバイスは、電池パックにより構成され、上記第２のデバイスは、上記電池パックによる電圧源に基づき電力を供給可能とされた電子機器により構成され、上記電子機器は、上記光信号受信手段によって光信号を受信した場合に、上記電池パックから上記電子機器に電力を供給可能に構成されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明を適用した光機能素子１は、第１の偏光素子１０内の微小構造体１２に対して第２の偏光素子２０内の微小構造体２２が、相対的な大きさや配置条件が所定の条件から若干ずれたりするのみで、第１の偏光素子１０に対して光を照射した場合に第１の偏光素子１０の微小構造体１２内で生じる複雑な電荷部分から、一部の電荷分布を第２の偏光素子２０を介して選択的に取り出すことが出来ず、第２の偏光素子２０から伝搬光が放射されない。これは、換言すれば、正しい「鍵穴」（第１の偏光素子）に対して、正しい「鍵」（第２の偏光素子）を正しい位置関係で配置して用いた場合にのみ、これらの「鍵」と「鍵穴」を介して伝搬光が放射されることを意味している。そして、これを利用することによって、「鍵」と「鍵穴」を用いた物理的な認証システムを構築可能となる。
【００２３】
本発明を適用した光学認証システム３は、「鍵」と「鍵穴」に相当する第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０の微小構造体１２、２２の各々が数μｍ以下、場合によっては１μｍ以下の非常に微小な構造である。このため、これら第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０を偽造、複製等するためには、まず、各偏光素子内の微小構造体の形状、大きさを測定した上で、これと対応した所定の形状、大きさからなる微小構造体を基板内に配列する必要があり、技術的に非常に高い精度が要求される。このため、このような一対の正しい組み合わせの偏光素子１０、２０を作製した後において、何れか一方又は両方の偏光素子１０、２０を偽造、複製することは現実上困難であると考えられる。従って、この光機能素子１を利用した光学認証システム３は、セキュリティ性に非常に優れたものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
先ず、本発明を適用した光機能素子の構成について説明する。
【００２６】
光機能素子１は、図１の模式図に示すように、第１の偏光素子１０と、第２の偏光素子２０との二つ一組から構成されるものである。本実施の形態における第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とは、図２に示すように、平板状の第１の基板１１内、第２の基板２１内に複数個の微小構造体１２、２２を、所定の配列パターンに基づいて配列させて構成されるものである。この光機能素子１は、その使用時において、第１の基板１１の一面側１１ａと、第２の基板２１の一面側２１ａとが略平行となるように接触配置又は近接配置させたうえで、第１の基板１１の他面側１１ｂに対して伝搬光としての光を照射することによって使用される。
【００２７】
第１の基板１１、第２の基板２１は、透光性を有する誘電体であり、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）等の硼珪酸ガラスや、ポリエチレンテレフタラート、カプトン等のプラスチック、或いはCaF２、Si、ZnSe、Al２O３などの材料等によって具体化されるものである。
【００２８】
第１の基板１１、第２の基板２１の形状は、これを限定するものではないが、平板状であることが好ましい。これは、第１の基板１１、第２の２１の表面が湾曲した形状であると、これに入射する光が屈折してしまい、所定の作用効果を得られにくくなってしまうためである。
【００２９】
微小構造体１２、２２は、光が照射された場合に微小構造体１２、２２内において電子を励起可能な吸収体であればよく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属、またはこれら金属の合金によって具体化される。また、微小構造体１２、２２は、光が照射された場合に、その表面において分極が励起される誘電体から構成することも可能である。
【００３０】
図４は、本実施の形態における微小構造体１２、２２の構成の模式図である。本実施の形態における微小構造体１２、２２の形状は、全体として平板状に形成されており、その高さ方向に直交する面における断面形状が略矩形の断面形状となるように形成されている。微小構造体１２、２２の形状は、これに限るものではなく、その全体構造が平板状の他に、角棒状、丸棒状等の全体構造から構成されていてもよい。またその高さ方向に直交する面における断面形状は、少なくとも一方向に延長された形状であればよく、略矩形断面の他に、略楕円形断面や略菱形断面の形状等から構成されていてもよい。
【００３１】
本発明を適用した微小構造体１２、２２のサイズは、長さＬ、幅ｄ、高さＨで表現することができるものとする。本発明を適用した第１の偏光素子１０においては、後述するように、微小構造体１２に対して近接場光を発生させる必要があるので、この微小構造体１２の長さＬ、幅ｄ、高さＨのサイズはそれぞれ１μｍ以下で構成されることが望ましい。
【００３２】
この微小構造体１２、２２を、第１の基板１１、第２の基板２１内に配置する場合は、様々な方法を適用することによって実現できる。例えば、電子ビームリソグラフィ技術を用いた直接描画による方法や、DUV（遠紫外線）、EUV（深紫外線）リソグラフィ技術による一括露光を行う方法、モールドと呼ばれる型を用い、熱をかけて押し付けるナノインプリンティング技術などが適用できる。また、相変化材料や遷移金属酸化物材料にレーザー光を照射することにより、材料特性を変化させ、エッチンググレードの違いを利用してエッチングする手法も適用できる。
【００３３】
この微小構造体１２、２２は、第１の基板１１、第２の基板２１の表面から空気中に剥き出しになっていてもよいし、完全に埋め込まれていてもよい。
【００３４】
このような微小構造体１２、２２は、第１の基板１１、第２の基板２１内における略同一平面内に二次元的に配列されており、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とでその配列パターンが異なっている。
【００３５】
先ず、第１の偏光素子１０の微小構造体１２の配列パターンについて説明する。
【００３６】
第１の偏光素子１０においては、第１の基板１１内に、複数の微小構造体１２をそれぞれ長軸方向（以下、これをＸ１方向という。）に所定間隔をあけて配置することによって第１の構造体列１３並びに第２の構造体列１４が形成されている。この第１の構造体列１３と第２の構造体１４とは、Ｘ１方向に略直交する直交方向（以下、これをＹ１方向という。）に向けて交互に配列されている。複数の微小構造体１２は、このＸ１方向とＹ１方向がなす面と略同一平面内に配列されていることになる。なお、ここでいう第１の構造体列１３と第２の構造体列１４とは、Ｙ１方向に複数列に亘って配列される微小構造体１２がなす構造体列を、一列毎に区分する際の一指標として定義したものである。
【００３７】
この第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２における一方の長軸端部１２ａは、第２の構造体列１４を構成し、互いに隣り合う微小構造体１２のうちの一方の微小構造体１２（図中右側の微小構造体）の、他方の長軸端部１２ｂ（図中左側の長軸端部）に対して、Ｙ１方向の向きに近接配置されている。また、この第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２における他方の長軸端部１２ｂは、その第２の構造体列１４を構成し、互いに隣り合う微小構造体１２のうちの他方の微小構造体１２（図中左側の微小構造体）の、一方の長軸端部１２ａ（図中右側の長軸端部）に対して、Ｙ１方向の向きに近接配置されている。第１の偏光素子１０における各微小構造体１２は、このような位置関係を満たすように位置調整されて構成されるものである。なお、ここでいう微小構造体１２の長軸端部１２ａ、１２ｂとは、微小構造体１２の長軸方向の両側の端部のことをいう。図３（ａ）に示す例では、第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部１２ａが、これに近接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部１２ｂよりも図中右側に位置しているが、これが図中左側に位置していてもよい。また、これと同様に、第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部１２ａは、これに近接する第２の構造体列１４を構成する一方の長軸端部１２ｂよりも図中左側、図中右側の何れに位置していてもよい。
【００３８】
また、第１の偏光素子１０においてＸ１方向並びにＹ１方向に互いに隣接する微小構造体１２間の間隔は、照射されるべき伝搬光の波長に対して互いに回折限界未満の間隔をあけて配置されているのが望ましい。これによって、第１の偏光素子１０に対して照射される伝搬光としての光は、そのまま第１の基板１１の他面側１１ｂから一面側１１ａに透過することがなくなり、第２の偏光素子２０に対して、第１の偏光素子１０における微小構造体１２を介した光のみが作用することになる。なお、このＸ１方向並びにＹ１方向に互いに隣接する微小構造体１２間の間隔は、照射されるべき伝搬光の波長の１／４で構成されていると、一層好ましい。
【００３９】
第１の偏光素子１０は、上述のような微小構造体１２の配置条件を満たすように構成されるものである。なお、上述の例では、一列の第１の構造体列１３と、これにＹ１方向の一方の向きにおいて隣接する一列の第２の構造体列１４との間における微小構造体１２の配置条件について説明したが、この一列の第１の構造体列１３に対してＹ１方向の逆向きにおいて隣接する一列の第２の構造体列１４との間においても、同様の配置条件を充たすように配列されることになる。
【００４０】
次に、第２の偏光素子２０の微小構造体２２の配列パターンについて説明する。
【００４１】
第２の偏光素子２０においては、複数の微小構造体２２をそれぞれ長軸方向（以下、これをＹ２方向という。）に所定間隔をあけて形成させた構造体列２３が、長軸方向に略直交する直交方向（以下、これをＸ２方向という。）に向けて複数列に亘って配列される。複数の微小構造体２２は、このＸ２方向とＹ２方向がなす面と略同一平面内に配列されていることになる。
【００４２】
この第２の偏光素子２０の微小構造体２２の配列パターンは、第１の偏光素子１０の微小構造体１２の配列パターンに応じて定まるものである。図３（ｃ）は、第１の偏光素子１０における第１の基板１１の一面側１１ａと、第２の偏光素子２０における第２の基板２１の一面側２１ａとを、内部に配列されている微小構造体１２、２２が所定の位置関係を充たすように、互いに略平行となるように接触配置又は近接配置させた場合における平面図である。この場合においては、第１の偏光素子１０におけるＸ１方向、Ｙ１方向が、それぞれ第２の偏光素子２０におけるＸ２方向、Ｙ２方向に対して略同一の方向を向くことになる。
【００４３】
この図３（ｃ）に示されるように、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とを所定位置に配置した場合、第２の偏光素子２０における微小構造体２２のＹ２方向の両側の長軸端部２２ａ、２２ｂは、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２のＸ１方向の一方の長軸端部１２ａと、この第１の構造体列１３の一方の長軸端部１２ａからＹ１方向の図中上側の向きに近接する、第２の構造体列２０を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部１２ｂとに対して近接するようにして配置されることになる。第２の偏光素子２０の各微小構造体２２は、このように、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の長軸端部の位置に応じて配列されるものであり、このような配列関係を充たすように作製時に位置調整されている。そして、このような配列関係を充たすことにより、後述するように、正しい組み合わせの第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０を、正しい位置関係で配置することによって、第１の偏光素子１０に対して照射した光が、第２の偏光素子２０から放射されるようになる。
【００４４】
なお、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０との各微小構造板１２、２２が充たすべき配列関係は、第２の偏光素子２０における微小構造体２２のＹ２方向の両側の長軸端部２２ａ，２２ｂが、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２のＸ１方向の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部からＹ１方向の何れかの向きに近接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部とに対して近接配置されるようにすればよい。即ち、第１の偏光素子１０における第１の構造体列１３の一つの微小構造体１２につき、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２の取り得る配置は、第１の偏光素子１０における第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の何れの端部に近接配置されるかで二通り、そして、第１の構造体列１３に対して何れの向きに位置する第２の構造体列１４の微小構造体１２の端部に近接配置されるかで二通り、計四通りあることになる。そして、第２の偏光素子２０における各微小構造体２２は、何れもこの四通りある配置条件のうち、何れか一つの配置条件を充たすようにして配列されるものである。なお、四通りある配置条件のうち一つの配置条件を充たしさえすれば、第２の偏光素子２０内の微小構造体２２がなす構造体列は、必ずしも周期的に配列されている必要はなく、その一部において省略されていてもよい。
【００４５】
このような構成からなる光機能素子１の使用方法及び作用効果について説明する。
【００４６】
まず、第１の偏光素子１０の一面側１１ａと第２の偏光素子２０の一面側２１ａとを、内部に配列されている微小構造体１２、２２が所定の位置関係を満たすようにして、互いに接触配置、又は近接配置させる。これによって、図３（ｃ）に示すように、第２の偏光素子２０における微小構造体２２のＹ２方向の両側の長軸端部２２ａ、２２ｂが、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２のＸ１方向の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部からＹ１方向の何れかの向きに隣接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部とに対して近接配置される。
【００４７】
次に、Ｘ１方向に平行な直線偏光を有する光を、第１の偏光素子１０の他面側１１ｂに対して照射させる。なお、この光は、所定の光源から照射されるものである。その光源が直線偏光を照射するもので無ければ、その光の伝達経路の一部において照明光学系を介して偏光成分を制御することによって照射されることになる。
【００４８】
この場合、この入射光と微小構造体１２中の自由電子との間での相互作用に基づいて、微小構造体１２内では、その長軸方向に沿って、入射光に応じて振動する電流が流れ、図５（a）に示すような電荷分布が微小構造体１２表面に生じる。微小構造体１２の両側の長軸端部１２a、１２ｂにおいては、互いに異なる極性の電荷が周期的に現れることになる。
【００４９】
ここで、各微小構造体１２の分極に基づいて、各微小構造体１２間で生じる電場成分の振動を、各微小構造体１２の両側の長軸端部１２a、１２ｂに生じる電荷分布の正極と負極を接続したベクトルV１（以下、これをフローベクトルという。）によって評価する。なお、このフローベクトルは、電気双極子モーメントと同等である。
【００５０】
この場合、例えば、図５（ａ）に示す領域Ｓ１内においては、Ｘ１方向に隣接するフローベクトルのＹ１方向成分が互いに逆向きとなって配列されている。このため、領域Ｓ１内においては、Ｘ１方向に隣接するフローベクトルのＹ１方向成分によって、電気四重極子に類似の状態が形成されることになる。このような状態が各構造体列１３、１４全体で生じており、第１の偏光素子１０の出射側では、遠隔場領域において、Ｘ１方向に隣接するフローベクトルが互いに打ち消し合い、Ｙ１方向の偏光成分を有する伝搬光が放射されないことになる。
【００５１】
これに対して、フローベクトルが生じている近傍、即ち、近接場領域においては、それぞれのフローベクトルが電場成分の振動であることから、これらフローベクトルからＹ１方向成分の局所的な電場成分が放射され、Ｙ１方向の偏光成分を有する近接場光が生じることになる。
【００５２】
ここで、本発明においては、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２のＸ１方向の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部からＹ１方向の何れかの向きに隣接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部とに対して、第２の偏光素子２０における微小構造体２２の両側の長軸端部が近接配置されるように調整されている。即ち、第２の偏光素子２０における各微小構造体２２は、図５（ｂ）における領域Ｓ２内に重なるようにして配置され、何れも略同一の大きさ、向きのフローベクトルの近傍に配置されることになる。これによって、第１の偏光素子１０に生じている複雑な電荷分布から、選択的に略同一の大きさ、向きの電場成分のみが第２の偏光素子２０の微小構造体２２に対して作用し、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２内では、その長軸方向に沿って振動する電流が流れ、図５（ｃ）に示すような電荷分布が微小構造体２２表面に生じることになる。
【００５３】
第１の偏光素子１０で発生した近接場光に基づき、その内部で電流が流れる第２の偏光素子２０の各微小構造体２２は、図５（ｃ）に示すように、双極子に類似の状態を呈している。そして、第２の偏光素子２０の微小構造体２２がＸ２方向、Ｙ２方向に周期的に配列されているため、各微小構造体２２がなす双極子に基づき、第２の偏光素子２０の出射側においてＹ２方向に平行な直線偏光を有する伝搬光が放射されることになる。
【００５４】
このように、第２の偏光素子２０は、第１の偏光素子１０において生じる複雑な電荷分布から、選択的に略同一の大きさ、向きの電場成分のみを取り出すように微小構造体２２が配列されており、これによって、その出射側において伝搬光が放射されることになる。
【００５５】
因みに、第２の偏光素子２０の第２の基板２１内の微小構造体２２は、例えば、図５（ｂ）に示される領域Ｓ２のみならず、図６（ａ）に示すような領域Ｓ３に対して重なり合うように配置されていてもよい。
【００５６】
この場合、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とを所定位置に配置した場合に、第２の偏光素子２０の一部の微小構造体２２の両側の長軸端部２２は、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の何れか一方の長軸端部１２ａと、その一方の長軸端部１２ａからＹ１方向の何れか一方の向き（図中では上向き）に近接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部１２ｂとに対して近接するよう位置調整されている。また、第２の偏光素子２０の残りの微小構造体２２の両側の長軸端部２２は、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部１２ｂと、その他方の長軸端部１２ｂからＹ１方向の他方の向き（図中では下向き）に近接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部１２ａとに対して近接するよう位置調整されている。
【００５７】
このような配列パターンの第２の偏光素子２０の一面側２１と第１の偏光素子１０の一面側１１ａとを、内部に配列されている微小構造体１２、２２が所定の位置関係を満たすように配置させて、Ｘ１方向に平行な直線偏光を有する光を照射させた場合、第２の偏光素子の微小構造体２２内で、その長軸方向に沿って振動する電流が流れ、図６（ｂ）に示すような電荷分布が現れることになる。
【００５８】
ここで、各微小構造体２２内で生じる電荷分布は、図６（ｂ）に示すように、極性の分布状態が何れも同一の状態になっているため、各微小構造体２２がなす双極子に基づき、第２の偏光素子２０の出射側においてＹ２方向に平行な直線偏光を有する伝搬光が放射されることになる。
【００５９】
これに対して、第２の偏光素子２０の第２の基板２１内の微小構造体２２が、図７（ａ）に示すような領域Ｘ１に対して重なり合うように配列されている場合は、上述のような効果は発揮されない。
【００６０】
即ち、領域Ｓ２のみならず、領域Ｘ１に対して重なり合うように、第２の偏光素子２０の微小構造体２２を配列した場合、図７（ｂ）に示される領域Ｘ３のように、Ｘ２方向に隣接する微小構造体２２内で現れる電荷分布が、電気四重極子と類似の状況を形成しており、第２の偏光素子２０の出射側からＹ２方向に平行な直線偏光を有する伝搬光が放射されない。
【００６１】
このように、光機能素子１は、第１の偏光素子１０内の微小構造体１２に対して第２の偏光素子２０内の微小構造体２２が、相対的な大きさや配置条件が所定の条件から若干ずれたりするのみで、第１の偏光素子１０に対して光を照射した場合に第１の偏光素子１０の微小構造体１２内で生じる複雑な電荷部分から、一部の電荷分布を第２の偏光素子２０を介して選択的に取り出すことが出来ず、第２の偏光素子２０から伝搬光が放射されない。これは、換言すれば、正しい「鍵穴」（第１の偏光素子）に対して、正しい「鍵」（第２の偏光素子）を正しい位置関係で配置して用いた場合にのみ、これらの「鍵」と「鍵穴」を介して伝搬光が放射されることを意味している。そして、これを利用することによって、「鍵」と「鍵穴」を用いた物理的な認証システムを構築可能となる。
【００６２】
この光機能素子１を利用した認証システムは、例えば、ＩＤカードやキーデバイス等の物理デバイスに第２の偏光素子２０を埋め込んでおき、これら物理デバイスの読取装置に第１の偏光素子１０を内装させることによって具体化される。この場合は、「鍵穴」である読取装置内に正しい「鍵」である物理デバイスを装着させた場合においてのみ、読み取り装置に光出力がされ、これに基づき読取装置が所定の動作を行わせることが可能となり、これによって本人認証が可能となる。
【００６３】
また、この光機能素子１を利用した他の認証システムとしては、例えば、電池パックに第２の偏光素子２０を内装させ、電池パックの電力による動作する電子機器に第１の偏光素子１０を内装させることによっても具体化される。この場合は、正しい電子機器に対して、正しい電池パックを装着させた場合においてのみ、第２の偏光素子２０から光出力がされ、これに基づき電池パックが電子機器に電力を供給させることが可能となり、これによって機器認証が可能となる。
【００６４】
このように光機能素子１を利用することによって、「鍵」と「鍵穴」を用いた種々の認証システムが構築可能となる。ここで、光機能素子１は、「鍵」と「鍵穴」に相当する第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０の微小構造体１２、２２の各々が数μｍ以下、場合によっては１μｍ以下の非常に微小な構造である。このため、これら第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０を偽造、複製等するためには、まず、各偏光素子内の微小構造体の形状、大きさを測定した上で、これと対応した所定の形状、大きさからなる微小構造体を基板内に配列する必要があり、技術的に非常に高い精度が要求される。このため、このような一対の正しい組み合わせの偏光素子１０、２０を作製した後において、何れか一方又は両方の偏光素子１０、２０を偽造、複製することは現実上困難であると考えられる。従って、この光機能素子１を利用した認証システムは、セキュリティ性に非常に優れたものとなっている。
【００６５】
因みに、光の照射時において第１の偏光素子１０で生じる近接場光は、微小構造体１２の表面にまとわりついて局在する非伝搬光であり、微小構造体１２の表面に対してその物体の寸法と同程度の厚みｔ１をもった領域内に発生している。このため、第１の偏光素子１０の出射側から滲出されている近接場光を第２の偏光素子２０に作用させるためには、この近接場光が発生している領域内に、第２の偏光素子２０の微小構造体２２を近接配置させる必要がある。この第１の偏光素子１０の微小構造体１２の端部と、第２の偏光素子２０の微小構造体１２の端部との間は、限定するものではないが、例えば、１〜１００ｎｍ程度の間隔があけられる。
【００６６】
次に、上述した光機能素子１を用いた光学認証システム３であって、機器認証や本人認証のような認証システムを提供可能な光学認証システム３について詳細に説明する。
【００６７】
図８は、本発明を適用した光学認証システム３の実施例を示したブロック図である。
【００６８】
本発明を適用した光学認証システム３は、第１の偏光素子１０を有する第１のデバイス５と、第２の偏光素子２０を有する第２のデバイス７とから構成される。機器認証を目的とした光学認証システム３の場合、この第１のデバイス５、第２のデバイス７は、一方のデバイスが他方のデバイスに対して、電力や電子的情報の授受を行なうデバイスによって具体化され、例えば、電池パックとこれを用いる電子機器の組み合わせや、外部記憶装置とこれを用いる電子機器の組み合わせ等によって具体化される。機器認証の場合は、正規品である一方のデバイスに対して用いられる他方のデバイスが正規品であるか否かを確認することを目的としており、他方のデバイスのいわゆるなりすましを防止するものである。
【００６９】
また、本人認証を目的とした光学認証システム３の場合、第１のデバイス５、第２のデバイス７は、一方のデバイスが、カードやキーデバイス等の物理デバイスによって具体化され、他方のデバイスがこれを読み取る読取装置等によって具体化される。本人認証の場合は、所定のデバイスや書類、施設等を利用しようとする被認証者がカード等の物理デバイスを利用することによって、これらデバイス等の利用、閲覧、入場の権限があることを証明することを目的として利用される。
【００７０】
本実施例においては、第１のデバイス５として電池パック３０を適用し、第２のデバイス７として携帯電話のような電子機器４０を適用し、これを例にとって説明する。
【００７１】
第１のデバイス５である電池パック３０は、電子機器４０の電力供給源であり、電子機器４０に対して装着させた場合に、電子機器４０に対して電力を供給するものである。
【００７２】
第２のデバイス７である電子機器４０は、電池パック３０から供給される電力に基づき、所定の動作を行うものであり、携帯電話の他に、例えばパーソナルコンピュータ、携帯情報端末（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、携帯ゲーム機器等によって具体化されるものである。
【００７３】
携帯電話としての電子機器４０には、図９（ａ）に示すように、その背面下部に電池パック３０が着脱自在に装着されることになる。
【００７４】
電池パック３０は、二次電池３１と、パック側電源制御部３２と、パック側正極端子３６と、パック側負極端子３７と、着脱機構３８とを有するものである。
【００７５】
電子機器４０は、本体側電源制御部４１と、本体側正極端子４５と、本体側負極端子４６とを有するものである。
【００７６】
二次電池３１は、電圧源であり、図示しない充電器等から電力が供給された電力を内部に蓄えるものである。
【００７７】
パック側電源制御部３２は、光照射部３３と、第１の偏光素子１０と、光学制御系３５とを有している。パック側電源制御部３２は、電池パック３０が電子機器４０に装着された場合において、その装着を検出した後、光照射部３３に対して第１の偏光素子２０に向けて光を照射するよう通知するものである。
【００７８】
光照射部３３は、例えばレーザーダイオード等によって具体化され、電池パック３０が電子機器４０に装着された場合において、制御回路３２からの通知を検出した後、第１の偏光素子２０に対して光を照射するものである。
【００７９】
照明光学系３５は、光照射部３３から照射された光の形状や偏光方向を制御可能とするものであり、これによって偏光方向が制御された光が第１の偏光素子１０に対して照射される。なお、第１の偏光素子１０に対しては、第１の偏光素子１０におけるＸ１方向に平行な直線偏光を有する光を照射するように、光照射部３３又は照明光学系３５を制御することになる。
【００８０】
着脱機構３８は、電池パック３０と電子機器４０とを互いに着脱可能とする機構であり、公知のいかなる着脱機構を適用するようにしてもよい。
【００８１】
パック側正極端子３６は、二次電池３１の正極に接続されており、電池パック３０が電子機器４０に装着された場合において、本体側正極端子４５に対して接続されるものである。また、パック側正極端子３７は、二次電池３１の負極に接続されており、電池パック３０が電子機器４０に装着された場合において、本体側負極端子４６に対して接続されるものである。
【００８２】
本体側電源制御部４１は、第２の偏光素子２０と、光検出部４３と、スイッチ切替回路４４とを有するものである。本体側電源制御部４１は、光検出部４３によって光信号を検出した場合に、スイッチ切替回路４３に対してスイッチＳＷ１のOn／Offを切り替えるように通知するものである。
【００８３】
光検出部４３は、例えばフォトダイオード等の各種光検出器によって具体化され、第２の偏光素子３０を介して放出される伝搬光を検出するものである。なお、光検出部４３においては、第２の偏光素子２０におけるＹ２方向に平行な直線偏光を有する光のみを検出するように光検出部４３を制御したり、Ｙ２方向に平行な直線偏光のみを透過させる偏光板等を用い、これを透過する光を検出することになる。
【００８４】
なお、電池パック３０を電子機器４０に対して装着させた場合に、第１の偏光素子１０における第１の基板１１の一面側１１ａと、第２の偏光素子２０における第２の基板２１の一面側２１ａとが接触配置又は近接配置され、第２の偏光素子２０における微小構造体２２の長軸方向の両方の長軸端部２２ａ、２２ｂが、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の長軸方向の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部からＹ１方向の何れかの向きに隣接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の長軸方向の他方の長軸端部に対して近接配置されるように調整されていることが好ましい。この場合、第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０の第１の基板１１、第２の１２の形状や配置位置を適宜調整することになる。これによって、電池パック３０を電子機器４０を装着した後に、第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０の位置調整を行なう必要性がなくなる。なお、上述の場合における第２の基板２１内の微小構造体２２は、図５（ｃ）に示すような配列パターンから構成されていることになるが、第２の基板２１内の微小構造体２２が図６（ｂ）に示すような配列パターンの場合も同趣旨の調整がされていることが好ましい。
【００８５】
このようにして構成される光学認証システム３の動作について説明する。
【００８６】
まず、電池パック３０を電子機器４０に対して装着させ、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０との内部の微小構造体１２、２２が正しい位置関係となるようにして配置させる。なお、ここでいう正しい位置関係とは、上述したような、第２の偏光素子２０の微小構造体２２の両方の長軸端部２２a、２２ｂが第１の偏光素子１０の微小構造体１２の長軸端部に近接配置されるような関係をいう。また、この場合は、パック側正極端子３６、パック側負極端子３７がそれぞれ本体側正極端子４５、本体側負極端子４６に対して接続されることになる。図９（ｂ）は、電子機器４０の一例である携帯電話に対して電池パック３０を装着させた例を示している。
【００８７】
次に、パック側電源制御部３２が、電池パック３０が電子機器４０に対して装着されたのを検出し、光照射部３３に対して第１の偏光素子２０に向けて光を照射するよう通知する。なお、このような通知は、電池パック３０が電子機器４０に対して装着された後に、自動的にされなくとも、電池パック３０等の外部スイッチ等によって手動で通知されるようにしてもよい。
【００８８】
通知を受けた光照射部３３は、照明光学系３５を介して第１の偏光素子２０に対して光を照射することになる。ここで、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とが正しい位置関係で、かつ、正しい組み合わせで配置されている場合においてのみ、第１の偏光素子１０に照射された光が、第２の偏光素子２０の出射側から伝搬光として放射されることになる。そして、第２の偏光素子３０から放射された伝搬光を、光検出部４３によって検出し、スイッチ切替回路４４を介してスイッチＳＷ１がOnとなり、二次電池３１から電子機器４０の各種要素、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）や液晶ディスプレイ等に電力が供給されることになる。
【００８９】
このように、本発明を適用した光学認証システム３は、正しい組み合わせの第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０を用いた場合においてのみ、第２の偏光素子２０から光信号が出力がされることになり、この出力された光信号に基づき、電池パック３０からの電力が電子機器４０の各種要素に供給されることになる。
【００９０】
なお、第２の偏光素子２０から光信号が出力された場合に発揮される効果は、これに限定するものではなく、光信号が検出された場合に、電池パック３０や電子機器４０等の各種デバイスが通常有している機能が発現されるように制御されるものである。
【００９１】
上述の例においては、電池パック３０と電子機器４０との間における機器認証に用いられる認証システムとしての光学認証システム３について説明したが、本人認証に用いられる認証システムに適用した場合は、例えば、以下のようにして用いられる。
【００９２】
この場合は、例えば、図１０に示すように、第２のデバイスとしての認証用カード５０に第２の偏光素子２０を埋込配置しておき、これを第１のデバイスとしての携帯電話６０内に第１の偏光素子１０を予め内装させる。そして、認証用カード５０を携帯電話６０内に装着させた場合に、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とを正しい位置関係で配置させるようにして、第１の偏光素子１０に対して光を照射させることによって認証が行なわれることになる。この場合は、正しい認証用カード５０が装着された場合にのみ、光信号が検出され、認証が正しく行なわれることになり、これによって、携帯電話６０の使用が可能となったり、種々の機能が発現されることになる。
【００９３】
なお、光照射部３３は、第１のデバイスである電池パック３０であっても、第２のデバイスである電子機器４０の何れに内装されていてもよい。また、第１の偏光素子１０が電子機器４０に、第２の偏光素子２０が電池パック３０に内装されるようにしてもよい。また、光検出部４３が第１のデバイスである電池パック３０に内装されるようにしてもよい。
【００９４】
また、上述した実施例においては、電池パック３０と電子機器４０とからなる本発明を適用した光学認証システム３を機能させるための最小限の構成について説明したが、実際の電池パック３０や電子機器４０が有している各種手段や機構をこの他に有していてもよいのは勿論である。例えば、この電池パック３０は、二次電池３１の過充電や過放電を防止するための保護回路や電池の変形に伴う内部短絡を防止する安全弁等の安全機構を有していてもよい。また、電子機器４０は、電子機器４０全体を制御するためのＣＰＵやデータの蓄積や展開等に使用する作業領域としてのＲＡＭ(Random Access Memory)、操作ボタンやキーボード等によって具体化される各種制御用の指令を入力するための操作部、各種情報の表示を制御するための表示制御部、表示制御部からの出力された情報を実際に表示するモニタとしての表示部、ハードディスク等によって具体化され、実行すべき検索を行なうためのプログラムを格納するための記憶部、これらを接続する内部パス等を有していてもよい。
【実施例】
【００９５】
図１１（ａ）は、本発明例１、２並びに比較例１〜５としての第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置させ、これら偏光素子に対して伝搬光を照射した場合の、遠隔場領域における電場強度比を表している。本発明例１、２並びに比較例３〜５は、図１１（ｂ）に示すような、第１の偏光素子と第２の偏光素子との組合せからなるものである。また、比較例１、２は、それぞれ第１の偏光素子のみ、第２の偏光素子のみを配置したものである。また、図１１（ｂ）の図中右欄は、第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置した後の状態を示す図である。また、図１１（ｂ）に示す微小構造体１２、２２の配列パターンは、あくまで模式的に示したものである。
【００９６】
本発明例１は、第２の偏光素子２０の微小構造体２２の両方の長軸端部が、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部と、これに隣接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部とに対して近接するものであり、図３に示す第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０と同様の微小構造体１２、２２の配列パターンを有するものである。また、本発明例２は、第２の偏光素子２０の一部の微小構造体２２の両側の長軸端部が、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部１２ａと、その一方の長軸端部１２ａからＹ１方向の図中上向きに近接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体の他方の長軸端部１２ｂとに対して近接され、第２の偏光素子２０の残りの微小構造体２２の長軸端部が、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部１２ｂと、その他方の長軸端部１２ｂからＹ１方向の図中下向きに近接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部１２ａとに対して近接するものであり、図６に示す第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０と同様の微小構造体１２、２２の配列パターンを有するものである。
【００９７】
比較例３は、本発明例１の第２の偏光素子２０のＸ２方向の構造体列２３間の間隔を約半分程度としたものであり、図７に示す第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０と同様の微小構造体１２、２２の配列パターンを有するものである。また、比較例４は、本発明例１の第２の偏光素子２０の微小構造体２２のＹ２方向長さを約三倍程度としたものである。また、比較例５は、比較例４の第２の偏光素子２０のＸ２方向の構造体列２３間の間隔を約半分程度としたものである。比較例１〜５は、何れも本発明例の効果を説明するための例である。
【００９８】
第１の偏光素子１０の微小構造体１２は、長さＲが４００ｎｍ、厚みｄが６０ｎｍ、高さＨが２００ｎｍの略矩形断面の平板状の形状のものを適用した。各構造体列における二つの微小構造体間の間隔は２００ｎｍ、各構造体列間の間隔は２４０ｎｍのものを適用した。また、第２の偏光素子２０の微小構造体２２は、長さＲが３００ｎｍ、厚みｄが６０ｎｍ、高さＨが６０ｎｍの略矩形断面の角棒状のものを適用した。また、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の入射側側面がなす面から入射側の法線方向に向けて５００ｎｍ離間した箇所に光源を設置し、光源の波長λは、７２９ｎｍとした。また、微小構造体１２、２２の材質は、金とした。また、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２の出射側側面がなす面から出射側の法線方向に向けて２μｍ離間した領域の電場強度を測定した。また、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の出射側側面がなす面と、第２の偏光素子２０の各微小構造体１２の入射側側面がなす面との面間隔は、１０ｎｍとした。また、第１の偏光素子１０には、Ｘ１方向に平行な偏光成分を有する直線偏光を入射させ、第２の偏光素子２０の出射側では、Ｙ２方向に平行な偏光成分を有する電場成分を検出した。
【００９９】
この結果、本発明例１、２の組み合わせの場合に、比較例１〜５と比較して強い電場強度を有する伝搬光の放射が確認された。本発明例１との間で最も少ない電場強度比差を有する例は、比較例２であるが、本発明例１との間で１０５倍も異なっている。これより、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０との微小構造体１２、２２の相対的な大きさや配置条件が少しでも所定条件からずれたのみで、光の出力がされないことが確認された。また、本発明例１よりも本発明例２の組み合わせのほうが数倍高い電場強度が得られることが確認された。
【０１００】
図１２（ａ）は、本発明例１の組合せからなる第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置させた後に、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の出射側側面がなす面と、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２の入射側側面がなす面とを、Ｘ方向又はＹ方向に所定距離変位させた場合の、電場強度比を表している。この図に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向の変位が大きくなるにつれて、電場強度比が小さくなることと、微小構造体１２、２２のサイズが大きいほど、電場強度の損失の割合が小さくなることとが確認された。
【０１０１】
図１２（ｂ）は、本発明例１の組合せからなる第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置させた後に、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の出射側側面がなす面と、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２の入射側側面がなす面との面間の間隔を変位させた場合の電場強度比を示している。この図に示すように、面間の変位が大きくなるにつれて、電場強度比が小さくなることと、微小構造体１２、２２のサイズが大きいほど、電場強度の損失の割合が小さくなることとが確認された。これは、第１の偏光素子１０において生じる近接場光の階層性に基づくものであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明を適用した光機能素子について説明するための図である。
【図２】（ａ）は第１の偏光素子の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は第２の偏光素子の構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は第１の偏光素子の構成を示す平面図であり、（ｂ）は第２の偏光素子の構成を示す平面図であり、（ｃ）は第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置した場合における平面図である。
【図４】微小構造体の構成を示す模式図である。
【図５】光機能素子の作用について説明するための図である。
【図６】第２の偏光素子が取り得る微小構造体の配列パターンの一例を示す図である。
【図７】光機能素子の作用について説明するための図である。
【図８】本発明を適用した光学認証システムの一例を示すブロック図である。
【図９】光学認証システムを適用した電池パックと電子機器との構成について示す図である。
【図１０】光学認証システムを適用した認証用カードと携帯電話との構成について示す図である。
【図１１】第１の偏光素子に対する第２の偏光素子の微小構造体の配列パターンを変化させた場合における電場強度比を示す図である
【図１２】第１の偏光素子の位置に対する第２の偏光素子の変位、面間の間隔を変化させた場合における電場強度比を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 光機能素子
３ 光システム
５ 第１のデバイス
７ 第２のデバイス
１０ 第１の偏光素子
１１ 第１の基板
１１ａ 一面側
１１ｂ 他面側
１２ 微小構造体
１３ 第１の構造体列
１４ 第２の構造体列
２０ 第２の偏光素子
２１ 第２の基板
２１ａ 一面側
２１ｂ 他面側
２２ 微小構造体
２３ 構造体列
３０ 電池パック
３１ 二次電池
３２ パック側電源制御部
３３ 光照射部
３４ 光学制御系
３６ パック側正極端子
３７ パック側負極端子
３８ 着脱機構
４０ 電子機器
４１ 本体側電源制御部
４３ 光検出部
４４ スイッチ切替回路
４５ 本体側正極端子
４６ 本体側負極端子
５０ 認証用カード
６０ 携帯電話
【技術分野】
【０００１】
本発明は、認証技術の分野において使用するのに好適な光機能素子及び光学認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話、携帯ゲーム機等をはじめとして、各種の携帯型の電子機器が広く用いられている。このような携帯型の電子機器は、電池パックのような二次電源を電力源としている場合が多く、これによって、充電による繰り返し使用が可能となっている。
【０００３】
ところで、このような二次電源は、一般に、その内部に電解液として可燃性の有機溶媒が用いられている。このため、各種電子機器や二次電源の製造者は、正規品の電子機器に対して、耐衝撃性や耐温性等の各種性能が保証されている正規品としての二次電池の使用をユーザに推奨しているが、このような正規品としての二次電池は一般に高価であることから、ユーザによっては安価な模造品等の非正規品を使用する場合があった。しかしながら、このような非正規品は、各種性能についての保証が十分になされていないことがあり、二次電池内の有機溶媒が揮発し、これによって発火、爆発事故を招くおそれがあった。
【０００４】
このため、従来においては、このような非正規品としての二次電池が正規品としての電子機器に使用されるのを防ぐべく、二次電池が電子機器に装着された場合に、その二次電池が正規品であるか非正規品であるかを見分ける仕組みを設けた機器認証に関する認証技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示された認証システムにおいては、電池パックや電子機器毎に識別番号が割り当てられ、電池パックの充電を行う充電装置によってこの電池パックや電子機器の識別番号を読み取らせ、読み取った識別番号に関する情報を充電装置から通信回線を介して中央管理装置へ送信し、この中央管理装置でこの識別番号を認証し、これに基づき充電装置から電池パックへと充電実行の可否が判断される。
【０００６】
このようなデジタルＩＤのような電子的情報を用いての認証システムは、特許文献１の他に数多く提案されている（例えば、特許文献２〜４参照。）。
【０００７】
また、このような機器認証に関する認証技術の他にも、所定の道具や書類、施設等を利用しようとする被認証者が、これら道具等の利用、閲覧、入場の権限があるか否かを確認するための本人認証に関する認証技術も数多く提案されている。このような本人認証技術においては、ＩＤカード、磁気カード等のカードデバイスやイモビライザーシステムで用いられるキーデバイスのような物理デバイスを、これに対応したカードリーダーや鍵穴等の読み取り装置に装着させたり、被認証者の身体情報を認証装置等に読み取らせる（バイオメトリクス認証）ことによって本人確認を行なっている（例えば、特許文献５、６参照。）。
【０００８】
例えば、特許文献５に開示された認証システムにおいては、ＡＴＭ（Automated Teller Machine）の利用時に、暗証番号等の電子的情報が記録されたＩＤカードを要求し、正しいＩＤカードを認識した場合においてのみＡＴＭによる金融取引処理を可能としている。
【０００９】
また、特許文献６に開示された認証システムにおいては、キーシリンダに差し込まれるキーデバイスに固有コードを記憶させ、キーリシンダにキーデバイスを差し込んだ際に、この固有コードを照合することによってキーデバイスが正規のものであるか否か判断し、正規のキーデバイスが差し込まれた場合においてのみキーシリンダによるロックを解除し、車のエンジン等を駆動可能としている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２２２４５７号公報
【特許文献２】特開２００６−３３１８１５号公報
【特許文献３】特開２００６−１２８９１１号公報
【特許文献４】特開２００５−１５１３６８号公報
【特許文献５】特開２００７−１６４５４７号公報
【特許文献６】特開平９−４９３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、現代社会においては、非正規品の使用防止や悪意ある第三者による各種デバイスの不正使用等を防ぐために、様々な要素について機器認証や本人認証のような認証行為を要求しており、これによって、これら要素の安全性やブランド価値の維持を図っている。
【００１２】
しかしながら、上記において提案されている認証システムは、いずれの場合においても読み取り装置等にＩＤカードやキーデバイス、身体情報等の電子的情報を登録し、これを利用することによって認証を行なっている。これら電子的情報は、暗号化を施す等によってその漏洩や改ざんを防止しているが、近年においては暗号化技術とともに暗号解読技術も向上しており、認証行為について万全を期すことが困難であった。このため、電子的情報に基づく認証システムとは異なる方式に基づく、セキュリティ性に優れた認証システムの提案が望まれており、これによって、非正規品の使用や、悪意ある第三者による不正使用を根底から排除することが望まれていた。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、従来から提案されている電子的情報に基づく認証システムとは異なる、セキュリティ性に優れた認証システムを提供可能な光機能素子及び光学認証システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上述した課題を解決するために、本願請求項１に記載のように、透光性を有する平板状の第１の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた第１の構造体列並びに第２の構造体列が上記長軸方向に略直交する直交方向に向けて交互に配列され、上記第１の構造体列を構成する第１の微小構造体における一方の長軸端部が、上記第２の構造体列を構成する第２の微小構造体の他方の長軸端部に対して近接し、当該第１の微小構造体における他方の長軸端部が、当該第２の微小構造体の長軸方向に隣接する他の第２の微小構造体の一方の長軸端部に近接するように位置調整された第１の偏光素子と、透光性を有する平板状の第２の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた構造体列が複数列に亘って配列され、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置された場合に、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れかの向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整された第２の偏光素子とを備えることを特徴とする光機能素子を発明した。
【００１５】
また、本願請求項２に係る発明は、透光性を有する平板状の第１の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた第１の構造体列並びに第２の構造体列が上記長軸方向に略直交する直交方向に向けて交互に配列され、上記第１の構造体列を構成する第１の微小構造体における一方の長軸端部が、上記第２の構造体列を構成する第２の微小構造体の他方の長軸端部に対して近接し、当該第１の微小構造体における他方の長軸端部が、当該第２の微小構造体の長軸方向に隣接する他の第２の微小構造体の一方の長軸端部に近接するように位置調整された第１の偏光素子と、透光性を有する平板状の第２の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた構造体列が複数列に亘って配列され、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置された場合に、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れか一方の向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整されるとともに、上記第１の微小構造体の他方の長軸端部と、その他方の長軸端部から上記直交方向の他方の向きに近接する第２の微小構造体の一方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整された第２の偏光素子とを備えることを特徴とする光機能素子である。
【００１６】
また、本願請求項３に係る発明は、本願請求項１又は２に係る発明において、上記第１の偏光素子において上記長軸方向並びに上記直交方向に互いに近接する微小構造体間の間隔は、照射されるべき伝搬光の波長に対して回折限界未満の間隔をあけて配置されることを特徴とする。
【００１７】
また、本願請求項４に係る発明は、光学認証システムであって、請求項１〜３の何れか１項に記載の上記第１の偏光素子を有する第１のデバイスと、請求項１〜３の何れか１項に記載の上記第２の偏光素子を有する第２のデバイスとを備え、上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、上記第２の偏光素子から射出される光を検出可能な光検出手段を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本願請求項５に係る発明は、本願請求項４に係る発明において、上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、上記第１の偏光素子に対して光を照射する光照射手段を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本願請求項６に係る発明は、本願請求項４又は５に係る発明において、上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスは、互いに着脱可能に構成され、何れかのデバイスを他方のデバイスに装着させた場合に、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置され、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れかの向きに近接する上記第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するように位置調整されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本願請求項７に係る発明は、本願請求項６に係る発明において、上記光照射手段は、上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスの何れかのデバイスを他方のデバイスに装着させた場合に、上記第１の偏光素子に対して光を照射するよう構成されてなることを特徴とする。
【００２１】
また、本願請求項８に係る発明は、本願請求項４〜７の何れか１項に係る発明において、上記第１のデバイスは、電池パックにより構成され、上記第２のデバイスは、上記電池パックによる電圧源に基づき電力を供給可能とされた電子機器により構成され、上記電子機器は、上記光信号受信手段によって光信号を受信した場合に、上記電池パックから上記電子機器に電力を供給可能に構成されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明を適用した光機能素子１は、第１の偏光素子１０内の微小構造体１２に対して第２の偏光素子２０内の微小構造体２２が、相対的な大きさや配置条件が所定の条件から若干ずれたりするのみで、第１の偏光素子１０に対して光を照射した場合に第１の偏光素子１０の微小構造体１２内で生じる複雑な電荷部分から、一部の電荷分布を第２の偏光素子２０を介して選択的に取り出すことが出来ず、第２の偏光素子２０から伝搬光が放射されない。これは、換言すれば、正しい「鍵穴」（第１の偏光素子）に対して、正しい「鍵」（第２の偏光素子）を正しい位置関係で配置して用いた場合にのみ、これらの「鍵」と「鍵穴」を介して伝搬光が放射されることを意味している。そして、これを利用することによって、「鍵」と「鍵穴」を用いた物理的な認証システムを構築可能となる。
【００２３】
本発明を適用した光学認証システム３は、「鍵」と「鍵穴」に相当する第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０の微小構造体１２、２２の各々が数μｍ以下、場合によっては１μｍ以下の非常に微小な構造である。このため、これら第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０を偽造、複製等するためには、まず、各偏光素子内の微小構造体の形状、大きさを測定した上で、これと対応した所定の形状、大きさからなる微小構造体を基板内に配列する必要があり、技術的に非常に高い精度が要求される。このため、このような一対の正しい組み合わせの偏光素子１０、２０を作製した後において、何れか一方又は両方の偏光素子１０、２０を偽造、複製することは現実上困難であると考えられる。従って、この光機能素子１を利用した光学認証システム３は、セキュリティ性に非常に優れたものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
先ず、本発明を適用した光機能素子の構成について説明する。
【００２６】
光機能素子１は、図１の模式図に示すように、第１の偏光素子１０と、第２の偏光素子２０との二つ一組から構成されるものである。本実施の形態における第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とは、図２に示すように、平板状の第１の基板１１内、第２の基板２１内に複数個の微小構造体１２、２２を、所定の配列パターンに基づいて配列させて構成されるものである。この光機能素子１は、その使用時において、第１の基板１１の一面側１１ａと、第２の基板２１の一面側２１ａとが略平行となるように接触配置又は近接配置させたうえで、第１の基板１１の他面側１１ｂに対して伝搬光としての光を照射することによって使用される。
【００２７】
第１の基板１１、第２の基板２１は、透光性を有する誘電体であり、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）等の硼珪酸ガラスや、ポリエチレンテレフタラート、カプトン等のプラスチック、或いはCaF２、Si、ZnSe、Al２O３などの材料等によって具体化されるものである。
【００２８】
第１の基板１１、第２の基板２１の形状は、これを限定するものではないが、平板状であることが好ましい。これは、第１の基板１１、第２の２１の表面が湾曲した形状であると、これに入射する光が屈折してしまい、所定の作用効果を得られにくくなってしまうためである。
【００２９】
微小構造体１２、２２は、光が照射された場合に微小構造体１２、２２内において電子を励起可能な吸収体であればよく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属、またはこれら金属の合金によって具体化される。また、微小構造体１２、２２は、光が照射された場合に、その表面において分極が励起される誘電体から構成することも可能である。
【００３０】
図４は、本実施の形態における微小構造体１２、２２の構成の模式図である。本実施の形態における微小構造体１２、２２の形状は、全体として平板状に形成されており、その高さ方向に直交する面における断面形状が略矩形の断面形状となるように形成されている。微小構造体１２、２２の形状は、これに限るものではなく、その全体構造が平板状の他に、角棒状、丸棒状等の全体構造から構成されていてもよい。またその高さ方向に直交する面における断面形状は、少なくとも一方向に延長された形状であればよく、略矩形断面の他に、略楕円形断面や略菱形断面の形状等から構成されていてもよい。
【００３１】
本発明を適用した微小構造体１２、２２のサイズは、長さＬ、幅ｄ、高さＨで表現することができるものとする。本発明を適用した第１の偏光素子１０においては、後述するように、微小構造体１２に対して近接場光を発生させる必要があるので、この微小構造体１２の長さＬ、幅ｄ、高さＨのサイズはそれぞれ１μｍ以下で構成されることが望ましい。
【００３２】
この微小構造体１２、２２を、第１の基板１１、第２の基板２１内に配置する場合は、様々な方法を適用することによって実現できる。例えば、電子ビームリソグラフィ技術を用いた直接描画による方法や、DUV（遠紫外線）、EUV（深紫外線）リソグラフィ技術による一括露光を行う方法、モールドと呼ばれる型を用い、熱をかけて押し付けるナノインプリンティング技術などが適用できる。また、相変化材料や遷移金属酸化物材料にレーザー光を照射することにより、材料特性を変化させ、エッチンググレードの違いを利用してエッチングする手法も適用できる。
【００３３】
この微小構造体１２、２２は、第１の基板１１、第２の基板２１の表面から空気中に剥き出しになっていてもよいし、完全に埋め込まれていてもよい。
【００３４】
このような微小構造体１２、２２は、第１の基板１１、第２の基板２１内における略同一平面内に二次元的に配列されており、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とでその配列パターンが異なっている。
【００３５】
先ず、第１の偏光素子１０の微小構造体１２の配列パターンについて説明する。
【００３６】
第１の偏光素子１０においては、第１の基板１１内に、複数の微小構造体１２をそれぞれ長軸方向（以下、これをＸ１方向という。）に所定間隔をあけて配置することによって第１の構造体列１３並びに第２の構造体列１４が形成されている。この第１の構造体列１３と第２の構造体１４とは、Ｘ１方向に略直交する直交方向（以下、これをＹ１方向という。）に向けて交互に配列されている。複数の微小構造体１２は、このＸ１方向とＹ１方向がなす面と略同一平面内に配列されていることになる。なお、ここでいう第１の構造体列１３と第２の構造体列１４とは、Ｙ１方向に複数列に亘って配列される微小構造体１２がなす構造体列を、一列毎に区分する際の一指標として定義したものである。
【００３７】
この第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２における一方の長軸端部１２ａは、第２の構造体列１４を構成し、互いに隣り合う微小構造体１２のうちの一方の微小構造体１２（図中右側の微小構造体）の、他方の長軸端部１２ｂ（図中左側の長軸端部）に対して、Ｙ１方向の向きに近接配置されている。また、この第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２における他方の長軸端部１２ｂは、その第２の構造体列１４を構成し、互いに隣り合う微小構造体１２のうちの他方の微小構造体１２（図中左側の微小構造体）の、一方の長軸端部１２ａ（図中右側の長軸端部）に対して、Ｙ１方向の向きに近接配置されている。第１の偏光素子１０における各微小構造体１２は、このような位置関係を満たすように位置調整されて構成されるものである。なお、ここでいう微小構造体１２の長軸端部１２ａ、１２ｂとは、微小構造体１２の長軸方向の両側の端部のことをいう。図３（ａ）に示す例では、第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部１２ａが、これに近接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部１２ｂよりも図中右側に位置しているが、これが図中左側に位置していてもよい。また、これと同様に、第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部１２ａは、これに近接する第２の構造体列１４を構成する一方の長軸端部１２ｂよりも図中左側、図中右側の何れに位置していてもよい。
【００３８】
また、第１の偏光素子１０においてＸ１方向並びにＹ１方向に互いに隣接する微小構造体１２間の間隔は、照射されるべき伝搬光の波長に対して互いに回折限界未満の間隔をあけて配置されているのが望ましい。これによって、第１の偏光素子１０に対して照射される伝搬光としての光は、そのまま第１の基板１１の他面側１１ｂから一面側１１ａに透過することがなくなり、第２の偏光素子２０に対して、第１の偏光素子１０における微小構造体１２を介した光のみが作用することになる。なお、このＸ１方向並びにＹ１方向に互いに隣接する微小構造体１２間の間隔は、照射されるべき伝搬光の波長の１／４で構成されていると、一層好ましい。
【００３９】
第１の偏光素子１０は、上述のような微小構造体１２の配置条件を満たすように構成されるものである。なお、上述の例では、一列の第１の構造体列１３と、これにＹ１方向の一方の向きにおいて隣接する一列の第２の構造体列１４との間における微小構造体１２の配置条件について説明したが、この一列の第１の構造体列１３に対してＹ１方向の逆向きにおいて隣接する一列の第２の構造体列１４との間においても、同様の配置条件を充たすように配列されることになる。
【００４０】
次に、第２の偏光素子２０の微小構造体２２の配列パターンについて説明する。
【００４１】
第２の偏光素子２０においては、複数の微小構造体２２をそれぞれ長軸方向（以下、これをＹ２方向という。）に所定間隔をあけて形成させた構造体列２３が、長軸方向に略直交する直交方向（以下、これをＸ２方向という。）に向けて複数列に亘って配列される。複数の微小構造体２２は、このＸ２方向とＹ２方向がなす面と略同一平面内に配列されていることになる。
【００４２】
この第２の偏光素子２０の微小構造体２２の配列パターンは、第１の偏光素子１０の微小構造体１２の配列パターンに応じて定まるものである。図３（ｃ）は、第１の偏光素子１０における第１の基板１１の一面側１１ａと、第２の偏光素子２０における第２の基板２１の一面側２１ａとを、内部に配列されている微小構造体１２、２２が所定の位置関係を充たすように、互いに略平行となるように接触配置又は近接配置させた場合における平面図である。この場合においては、第１の偏光素子１０におけるＸ１方向、Ｙ１方向が、それぞれ第２の偏光素子２０におけるＸ２方向、Ｙ２方向に対して略同一の方向を向くことになる。
【００４３】
この図３（ｃ）に示されるように、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とを所定位置に配置した場合、第２の偏光素子２０における微小構造体２２のＹ２方向の両側の長軸端部２２ａ、２２ｂは、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２のＸ１方向の一方の長軸端部１２ａと、この第１の構造体列１３の一方の長軸端部１２ａからＹ１方向の図中上側の向きに近接する、第２の構造体列２０を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部１２ｂとに対して近接するようにして配置されることになる。第２の偏光素子２０の各微小構造体２２は、このように、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の長軸端部の位置に応じて配列されるものであり、このような配列関係を充たすように作製時に位置調整されている。そして、このような配列関係を充たすことにより、後述するように、正しい組み合わせの第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０を、正しい位置関係で配置することによって、第１の偏光素子１０に対して照射した光が、第２の偏光素子２０から放射されるようになる。
【００４４】
なお、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０との各微小構造板１２、２２が充たすべき配列関係は、第２の偏光素子２０における微小構造体２２のＹ２方向の両側の長軸端部２２ａ，２２ｂが、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２のＸ１方向の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部からＹ１方向の何れかの向きに近接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部とに対して近接配置されるようにすればよい。即ち、第１の偏光素子１０における第１の構造体列１３の一つの微小構造体１２につき、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２の取り得る配置は、第１の偏光素子１０における第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の何れの端部に近接配置されるかで二通り、そして、第１の構造体列１３に対して何れの向きに位置する第２の構造体列１４の微小構造体１２の端部に近接配置されるかで二通り、計四通りあることになる。そして、第２の偏光素子２０における各微小構造体２２は、何れもこの四通りある配置条件のうち、何れか一つの配置条件を充たすようにして配列されるものである。なお、四通りある配置条件のうち一つの配置条件を充たしさえすれば、第２の偏光素子２０内の微小構造体２２がなす構造体列は、必ずしも周期的に配列されている必要はなく、その一部において省略されていてもよい。
【００４５】
このような構成からなる光機能素子１の使用方法及び作用効果について説明する。
【００４６】
まず、第１の偏光素子１０の一面側１１ａと第２の偏光素子２０の一面側２１ａとを、内部に配列されている微小構造体１２、２２が所定の位置関係を満たすようにして、互いに接触配置、又は近接配置させる。これによって、図３（ｃ）に示すように、第２の偏光素子２０における微小構造体２２のＹ２方向の両側の長軸端部２２ａ、２２ｂが、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２のＸ１方向の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部からＹ１方向の何れかの向きに隣接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部とに対して近接配置される。
【００４７】
次に、Ｘ１方向に平行な直線偏光を有する光を、第１の偏光素子１０の他面側１１ｂに対して照射させる。なお、この光は、所定の光源から照射されるものである。その光源が直線偏光を照射するもので無ければ、その光の伝達経路の一部において照明光学系を介して偏光成分を制御することによって照射されることになる。
【００４８】
この場合、この入射光と微小構造体１２中の自由電子との間での相互作用に基づいて、微小構造体１２内では、その長軸方向に沿って、入射光に応じて振動する電流が流れ、図５（a）に示すような電荷分布が微小構造体１２表面に生じる。微小構造体１２の両側の長軸端部１２a、１２ｂにおいては、互いに異なる極性の電荷が周期的に現れることになる。
【００４９】
ここで、各微小構造体１２の分極に基づいて、各微小構造体１２間で生じる電場成分の振動を、各微小構造体１２の両側の長軸端部１２a、１２ｂに生じる電荷分布の正極と負極を接続したベクトルV１（以下、これをフローベクトルという。）によって評価する。なお、このフローベクトルは、電気双極子モーメントと同等である。
【００５０】
この場合、例えば、図５（ａ）に示す領域Ｓ１内においては、Ｘ１方向に隣接するフローベクトルのＹ１方向成分が互いに逆向きとなって配列されている。このため、領域Ｓ１内においては、Ｘ１方向に隣接するフローベクトルのＹ１方向成分によって、電気四重極子に類似の状態が形成されることになる。このような状態が各構造体列１３、１４全体で生じており、第１の偏光素子１０の出射側では、遠隔場領域において、Ｘ１方向に隣接するフローベクトルが互いに打ち消し合い、Ｙ１方向の偏光成分を有する伝搬光が放射されないことになる。
【００５１】
これに対して、フローベクトルが生じている近傍、即ち、近接場領域においては、それぞれのフローベクトルが電場成分の振動であることから、これらフローベクトルからＹ１方向成分の局所的な電場成分が放射され、Ｙ１方向の偏光成分を有する近接場光が生じることになる。
【００５２】
ここで、本発明においては、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２のＸ１方向の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部からＹ１方向の何れかの向きに隣接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部とに対して、第２の偏光素子２０における微小構造体２２の両側の長軸端部が近接配置されるように調整されている。即ち、第２の偏光素子２０における各微小構造体２２は、図５（ｂ）における領域Ｓ２内に重なるようにして配置され、何れも略同一の大きさ、向きのフローベクトルの近傍に配置されることになる。これによって、第１の偏光素子１０に生じている複雑な電荷分布から、選択的に略同一の大きさ、向きの電場成分のみが第２の偏光素子２０の微小構造体２２に対して作用し、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２内では、その長軸方向に沿って振動する電流が流れ、図５（ｃ）に示すような電荷分布が微小構造体２２表面に生じることになる。
【００５３】
第１の偏光素子１０で発生した近接場光に基づき、その内部で電流が流れる第２の偏光素子２０の各微小構造体２２は、図５（ｃ）に示すように、双極子に類似の状態を呈している。そして、第２の偏光素子２０の微小構造体２２がＸ２方向、Ｙ２方向に周期的に配列されているため、各微小構造体２２がなす双極子に基づき、第２の偏光素子２０の出射側においてＹ２方向に平行な直線偏光を有する伝搬光が放射されることになる。
【００５４】
このように、第２の偏光素子２０は、第１の偏光素子１０において生じる複雑な電荷分布から、選択的に略同一の大きさ、向きの電場成分のみを取り出すように微小構造体２２が配列されており、これによって、その出射側において伝搬光が放射されることになる。
【００５５】
因みに、第２の偏光素子２０の第２の基板２１内の微小構造体２２は、例えば、図５（ｂ）に示される領域Ｓ２のみならず、図６（ａ）に示すような領域Ｓ３に対して重なり合うように配置されていてもよい。
【００５６】
この場合、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とを所定位置に配置した場合に、第２の偏光素子２０の一部の微小構造体２２の両側の長軸端部２２は、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の何れか一方の長軸端部１２ａと、その一方の長軸端部１２ａからＹ１方向の何れか一方の向き（図中では上向き）に近接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２のＸ１方向の他方の長軸端部１２ｂとに対して近接するよう位置調整されている。また、第２の偏光素子２０の残りの微小構造体２２の両側の長軸端部２２は、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部１２ｂと、その他方の長軸端部１２ｂからＹ１方向の他方の向き（図中では下向き）に近接する、第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部１２ａとに対して近接するよう位置調整されている。
【００５７】
このような配列パターンの第２の偏光素子２０の一面側２１と第１の偏光素子１０の一面側１１ａとを、内部に配列されている微小構造体１２、２２が所定の位置関係を満たすように配置させて、Ｘ１方向に平行な直線偏光を有する光を照射させた場合、第２の偏光素子の微小構造体２２内で、その長軸方向に沿って振動する電流が流れ、図６（ｂ）に示すような電荷分布が現れることになる。
【００５８】
ここで、各微小構造体２２内で生じる電荷分布は、図６（ｂ）に示すように、極性の分布状態が何れも同一の状態になっているため、各微小構造体２２がなす双極子に基づき、第２の偏光素子２０の出射側においてＹ２方向に平行な直線偏光を有する伝搬光が放射されることになる。
【００５９】
これに対して、第２の偏光素子２０の第２の基板２１内の微小構造体２２が、図７（ａ）に示すような領域Ｘ１に対して重なり合うように配列されている場合は、上述のような効果は発揮されない。
【００６０】
即ち、領域Ｓ２のみならず、領域Ｘ１に対して重なり合うように、第２の偏光素子２０の微小構造体２２を配列した場合、図７（ｂ）に示される領域Ｘ３のように、Ｘ２方向に隣接する微小構造体２２内で現れる電荷分布が、電気四重極子と類似の状況を形成しており、第２の偏光素子２０の出射側からＹ２方向に平行な直線偏光を有する伝搬光が放射されない。
【００６１】
このように、光機能素子１は、第１の偏光素子１０内の微小構造体１２に対して第２の偏光素子２０内の微小構造体２２が、相対的な大きさや配置条件が所定の条件から若干ずれたりするのみで、第１の偏光素子１０に対して光を照射した場合に第１の偏光素子１０の微小構造体１２内で生じる複雑な電荷部分から、一部の電荷分布を第２の偏光素子２０を介して選択的に取り出すことが出来ず、第２の偏光素子２０から伝搬光が放射されない。これは、換言すれば、正しい「鍵穴」（第１の偏光素子）に対して、正しい「鍵」（第２の偏光素子）を正しい位置関係で配置して用いた場合にのみ、これらの「鍵」と「鍵穴」を介して伝搬光が放射されることを意味している。そして、これを利用することによって、「鍵」と「鍵穴」を用いた物理的な認証システムを構築可能となる。
【００６２】
この光機能素子１を利用した認証システムは、例えば、ＩＤカードやキーデバイス等の物理デバイスに第２の偏光素子２０を埋め込んでおき、これら物理デバイスの読取装置に第１の偏光素子１０を内装させることによって具体化される。この場合は、「鍵穴」である読取装置内に正しい「鍵」である物理デバイスを装着させた場合においてのみ、読み取り装置に光出力がされ、これに基づき読取装置が所定の動作を行わせることが可能となり、これによって本人認証が可能となる。
【００６３】
また、この光機能素子１を利用した他の認証システムとしては、例えば、電池パックに第２の偏光素子２０を内装させ、電池パックの電力による動作する電子機器に第１の偏光素子１０を内装させることによっても具体化される。この場合は、正しい電子機器に対して、正しい電池パックを装着させた場合においてのみ、第２の偏光素子２０から光出力がされ、これに基づき電池パックが電子機器に電力を供給させることが可能となり、これによって機器認証が可能となる。
【００６４】
このように光機能素子１を利用することによって、「鍵」と「鍵穴」を用いた種々の認証システムが構築可能となる。ここで、光機能素子１は、「鍵」と「鍵穴」に相当する第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０の微小構造体１２、２２の各々が数μｍ以下、場合によっては１μｍ以下の非常に微小な構造である。このため、これら第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０を偽造、複製等するためには、まず、各偏光素子内の微小構造体の形状、大きさを測定した上で、これと対応した所定の形状、大きさからなる微小構造体を基板内に配列する必要があり、技術的に非常に高い精度が要求される。このため、このような一対の正しい組み合わせの偏光素子１０、２０を作製した後において、何れか一方又は両方の偏光素子１０、２０を偽造、複製することは現実上困難であると考えられる。従って、この光機能素子１を利用した認証システムは、セキュリティ性に非常に優れたものとなっている。
【００６５】
因みに、光の照射時において第１の偏光素子１０で生じる近接場光は、微小構造体１２の表面にまとわりついて局在する非伝搬光であり、微小構造体１２の表面に対してその物体の寸法と同程度の厚みｔ１をもった領域内に発生している。このため、第１の偏光素子１０の出射側から滲出されている近接場光を第２の偏光素子２０に作用させるためには、この近接場光が発生している領域内に、第２の偏光素子２０の微小構造体２２を近接配置させる必要がある。この第１の偏光素子１０の微小構造体１２の端部と、第２の偏光素子２０の微小構造体１２の端部との間は、限定するものではないが、例えば、１〜１００ｎｍ程度の間隔があけられる。
【００６６】
次に、上述した光機能素子１を用いた光学認証システム３であって、機器認証や本人認証のような認証システムを提供可能な光学認証システム３について詳細に説明する。
【００６７】
図８は、本発明を適用した光学認証システム３の実施例を示したブロック図である。
【００６８】
本発明を適用した光学認証システム３は、第１の偏光素子１０を有する第１のデバイス５と、第２の偏光素子２０を有する第２のデバイス７とから構成される。機器認証を目的とした光学認証システム３の場合、この第１のデバイス５、第２のデバイス７は、一方のデバイスが他方のデバイスに対して、電力や電子的情報の授受を行なうデバイスによって具体化され、例えば、電池パックとこれを用いる電子機器の組み合わせや、外部記憶装置とこれを用いる電子機器の組み合わせ等によって具体化される。機器認証の場合は、正規品である一方のデバイスに対して用いられる他方のデバイスが正規品であるか否かを確認することを目的としており、他方のデバイスのいわゆるなりすましを防止するものである。
【００６９】
また、本人認証を目的とした光学認証システム３の場合、第１のデバイス５、第２のデバイス７は、一方のデバイスが、カードやキーデバイス等の物理デバイスによって具体化され、他方のデバイスがこれを読み取る読取装置等によって具体化される。本人認証の場合は、所定のデバイスや書類、施設等を利用しようとする被認証者がカード等の物理デバイスを利用することによって、これらデバイス等の利用、閲覧、入場の権限があることを証明することを目的として利用される。
【００７０】
本実施例においては、第１のデバイス５として電池パック３０を適用し、第２のデバイス７として携帯電話のような電子機器４０を適用し、これを例にとって説明する。
【００７１】
第１のデバイス５である電池パック３０は、電子機器４０の電力供給源であり、電子機器４０に対して装着させた場合に、電子機器４０に対して電力を供給するものである。
【００７２】
第２のデバイス７である電子機器４０は、電池パック３０から供給される電力に基づき、所定の動作を行うものであり、携帯電話の他に、例えばパーソナルコンピュータ、携帯情報端末（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、携帯ゲーム機器等によって具体化されるものである。
【００７３】
携帯電話としての電子機器４０には、図９（ａ）に示すように、その背面下部に電池パック３０が着脱自在に装着されることになる。
【００７４】
電池パック３０は、二次電池３１と、パック側電源制御部３２と、パック側正極端子３６と、パック側負極端子３７と、着脱機構３８とを有するものである。
【００７５】
電子機器４０は、本体側電源制御部４１と、本体側正極端子４５と、本体側負極端子４６とを有するものである。
【００７６】
二次電池３１は、電圧源であり、図示しない充電器等から電力が供給された電力を内部に蓄えるものである。
【００７７】
パック側電源制御部３２は、光照射部３３と、第１の偏光素子１０と、光学制御系３５とを有している。パック側電源制御部３２は、電池パック３０が電子機器４０に装着された場合において、その装着を検出した後、光照射部３３に対して第１の偏光素子２０に向けて光を照射するよう通知するものである。
【００７８】
光照射部３３は、例えばレーザーダイオード等によって具体化され、電池パック３０が電子機器４０に装着された場合において、制御回路３２からの通知を検出した後、第１の偏光素子２０に対して光を照射するものである。
【００７９】
照明光学系３５は、光照射部３３から照射された光の形状や偏光方向を制御可能とするものであり、これによって偏光方向が制御された光が第１の偏光素子１０に対して照射される。なお、第１の偏光素子１０に対しては、第１の偏光素子１０におけるＸ１方向に平行な直線偏光を有する光を照射するように、光照射部３３又は照明光学系３５を制御することになる。
【００８０】
着脱機構３８は、電池パック３０と電子機器４０とを互いに着脱可能とする機構であり、公知のいかなる着脱機構を適用するようにしてもよい。
【００８１】
パック側正極端子３６は、二次電池３１の正極に接続されており、電池パック３０が電子機器４０に装着された場合において、本体側正極端子４５に対して接続されるものである。また、パック側正極端子３７は、二次電池３１の負極に接続されており、電池パック３０が電子機器４０に装着された場合において、本体側負極端子４６に対して接続されるものである。
【００８２】
本体側電源制御部４１は、第２の偏光素子２０と、光検出部４３と、スイッチ切替回路４４とを有するものである。本体側電源制御部４１は、光検出部４３によって光信号を検出した場合に、スイッチ切替回路４３に対してスイッチＳＷ１のOn／Offを切り替えるように通知するものである。
【００８３】
光検出部４３は、例えばフォトダイオード等の各種光検出器によって具体化され、第２の偏光素子３０を介して放出される伝搬光を検出するものである。なお、光検出部４３においては、第２の偏光素子２０におけるＹ２方向に平行な直線偏光を有する光のみを検出するように光検出部４３を制御したり、Ｙ２方向に平行な直線偏光のみを透過させる偏光板等を用い、これを透過する光を検出することになる。
【００８４】
なお、電池パック３０を電子機器４０に対して装着させた場合に、第１の偏光素子１０における第１の基板１１の一面側１１ａと、第２の偏光素子２０における第２の基板２１の一面側２１ａとが接触配置又は近接配置され、第２の偏光素子２０における微小構造体２２の長軸方向の両方の長軸端部２２ａ、２２ｂが、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の長軸方向の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部からＹ１方向の何れかの向きに隣接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の長軸方向の他方の長軸端部に対して近接配置されるように調整されていることが好ましい。この場合、第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０の第１の基板１１、第２の１２の形状や配置位置を適宜調整することになる。これによって、電池パック３０を電子機器４０を装着した後に、第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０の位置調整を行なう必要性がなくなる。なお、上述の場合における第２の基板２１内の微小構造体２２は、図５（ｃ）に示すような配列パターンから構成されていることになるが、第２の基板２１内の微小構造体２２が図６（ｂ）に示すような配列パターンの場合も同趣旨の調整がされていることが好ましい。
【００８５】
このようにして構成される光学認証システム３の動作について説明する。
【００８６】
まず、電池パック３０を電子機器４０に対して装着させ、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０との内部の微小構造体１２、２２が正しい位置関係となるようにして配置させる。なお、ここでいう正しい位置関係とは、上述したような、第２の偏光素子２０の微小構造体２２の両方の長軸端部２２a、２２ｂが第１の偏光素子１０の微小構造体１２の長軸端部に近接配置されるような関係をいう。また、この場合は、パック側正極端子３６、パック側負極端子３７がそれぞれ本体側正極端子４５、本体側負極端子４６に対して接続されることになる。図９（ｂ）は、電子機器４０の一例である携帯電話に対して電池パック３０を装着させた例を示している。
【００８７】
次に、パック側電源制御部３２が、電池パック３０が電子機器４０に対して装着されたのを検出し、光照射部３３に対して第１の偏光素子２０に向けて光を照射するよう通知する。なお、このような通知は、電池パック３０が電子機器４０に対して装着された後に、自動的にされなくとも、電池パック３０等の外部スイッチ等によって手動で通知されるようにしてもよい。
【００８８】
通知を受けた光照射部３３は、照明光学系３５を介して第１の偏光素子２０に対して光を照射することになる。ここで、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とが正しい位置関係で、かつ、正しい組み合わせで配置されている場合においてのみ、第１の偏光素子１０に照射された光が、第２の偏光素子２０の出射側から伝搬光として放射されることになる。そして、第２の偏光素子３０から放射された伝搬光を、光検出部４３によって検出し、スイッチ切替回路４４を介してスイッチＳＷ１がOnとなり、二次電池３１から電子機器４０の各種要素、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）や液晶ディスプレイ等に電力が供給されることになる。
【００８９】
このように、本発明を適用した光学認証システム３は、正しい組み合わせの第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０を用いた場合においてのみ、第２の偏光素子２０から光信号が出力がされることになり、この出力された光信号に基づき、電池パック３０からの電力が電子機器４０の各種要素に供給されることになる。
【００９０】
なお、第２の偏光素子２０から光信号が出力された場合に発揮される効果は、これに限定するものではなく、光信号が検出された場合に、電池パック３０や電子機器４０等の各種デバイスが通常有している機能が発現されるように制御されるものである。
【００９１】
上述の例においては、電池パック３０と電子機器４０との間における機器認証に用いられる認証システムとしての光学認証システム３について説明したが、本人認証に用いられる認証システムに適用した場合は、例えば、以下のようにして用いられる。
【００９２】
この場合は、例えば、図１０に示すように、第２のデバイスとしての認証用カード５０に第２の偏光素子２０を埋込配置しておき、これを第１のデバイスとしての携帯電話６０内に第１の偏光素子１０を予め内装させる。そして、認証用カード５０を携帯電話６０内に装着させた場合に、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０とを正しい位置関係で配置させるようにして、第１の偏光素子１０に対して光を照射させることによって認証が行なわれることになる。この場合は、正しい認証用カード５０が装着された場合にのみ、光信号が検出され、認証が正しく行なわれることになり、これによって、携帯電話６０の使用が可能となったり、種々の機能が発現されることになる。
【００９３】
なお、光照射部３３は、第１のデバイスである電池パック３０であっても、第２のデバイスである電子機器４０の何れに内装されていてもよい。また、第１の偏光素子１０が電子機器４０に、第２の偏光素子２０が電池パック３０に内装されるようにしてもよい。また、光検出部４３が第１のデバイスである電池パック３０に内装されるようにしてもよい。
【００９４】
また、上述した実施例においては、電池パック３０と電子機器４０とからなる本発明を適用した光学認証システム３を機能させるための最小限の構成について説明したが、実際の電池パック３０や電子機器４０が有している各種手段や機構をこの他に有していてもよいのは勿論である。例えば、この電池パック３０は、二次電池３１の過充電や過放電を防止するための保護回路や電池の変形に伴う内部短絡を防止する安全弁等の安全機構を有していてもよい。また、電子機器４０は、電子機器４０全体を制御するためのＣＰＵやデータの蓄積や展開等に使用する作業領域としてのＲＡＭ(Random Access Memory)、操作ボタンやキーボード等によって具体化される各種制御用の指令を入力するための操作部、各種情報の表示を制御するための表示制御部、表示制御部からの出力された情報を実際に表示するモニタとしての表示部、ハードディスク等によって具体化され、実行すべき検索を行なうためのプログラムを格納するための記憶部、これらを接続する内部パス等を有していてもよい。
【実施例】
【００９５】
図１１（ａ）は、本発明例１、２並びに比較例１〜５としての第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置させ、これら偏光素子に対して伝搬光を照射した場合の、遠隔場領域における電場強度比を表している。本発明例１、２並びに比較例３〜５は、図１１（ｂ）に示すような、第１の偏光素子と第２の偏光素子との組合せからなるものである。また、比較例１、２は、それぞれ第１の偏光素子のみ、第２の偏光素子のみを配置したものである。また、図１１（ｂ）の図中右欄は、第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置した後の状態を示す図である。また、図１１（ｂ）に示す微小構造体１２、２２の配列パターンは、あくまで模式的に示したものである。
【００９６】
本発明例１は、第２の偏光素子２０の微小構造体２２の両方の長軸端部が、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部と、これに隣接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部とに対して近接するものであり、図３に示す第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０と同様の微小構造体１２、２２の配列パターンを有するものである。また、本発明例２は、第２の偏光素子２０の一部の微小構造体２２の両側の長軸端部が、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部１２ａと、その一方の長軸端部１２ａからＹ１方向の図中上向きに近接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体の他方の長軸端部１２ｂとに対して近接され、第２の偏光素子２０の残りの微小構造体２２の長軸端部が、第１の偏光素子１０の第１の構造体列１３を構成する微小構造体１２の他方の長軸端部１２ｂと、その他方の長軸端部１２ｂからＹ１方向の図中下向きに近接する第２の構造体列１４を構成する微小構造体１２の一方の長軸端部１２ａとに対して近接するものであり、図６に示す第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０と同様の微小構造体１２、２２の配列パターンを有するものである。
【００９７】
比較例３は、本発明例１の第２の偏光素子２０のＸ２方向の構造体列２３間の間隔を約半分程度としたものであり、図７に示す第１の偏光素子１０、第２の偏光素子２０と同様の微小構造体１２、２２の配列パターンを有するものである。また、比較例４は、本発明例１の第２の偏光素子２０の微小構造体２２のＹ２方向長さを約三倍程度としたものである。また、比較例５は、比較例４の第２の偏光素子２０のＸ２方向の構造体列２３間の間隔を約半分程度としたものである。比較例１〜５は、何れも本発明例の効果を説明するための例である。
【００９８】
第１の偏光素子１０の微小構造体１２は、長さＲが４００ｎｍ、厚みｄが６０ｎｍ、高さＨが２００ｎｍの略矩形断面の平板状の形状のものを適用した。各構造体列における二つの微小構造体間の間隔は２００ｎｍ、各構造体列間の間隔は２４０ｎｍのものを適用した。また、第２の偏光素子２０の微小構造体２２は、長さＲが３００ｎｍ、厚みｄが６０ｎｍ、高さＨが６０ｎｍの略矩形断面の角棒状のものを適用した。また、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の入射側側面がなす面から入射側の法線方向に向けて５００ｎｍ離間した箇所に光源を設置し、光源の波長λは、７２９ｎｍとした。また、微小構造体１２、２２の材質は、金とした。また、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２の出射側側面がなす面から出射側の法線方向に向けて２μｍ離間した領域の電場強度を測定した。また、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の出射側側面がなす面と、第２の偏光素子２０の各微小構造体１２の入射側側面がなす面との面間隔は、１０ｎｍとした。また、第１の偏光素子１０には、Ｘ１方向に平行な偏光成分を有する直線偏光を入射させ、第２の偏光素子２０の出射側では、Ｙ２方向に平行な偏光成分を有する電場成分を検出した。
【００９９】
この結果、本発明例１、２の組み合わせの場合に、比較例１〜５と比較して強い電場強度を有する伝搬光の放射が確認された。本発明例１との間で最も少ない電場強度比差を有する例は、比較例２であるが、本発明例１との間で１０５倍も異なっている。これより、第１の偏光素子１０と第２の偏光素子２０との微小構造体１２、２２の相対的な大きさや配置条件が少しでも所定条件からずれたのみで、光の出力がされないことが確認された。また、本発明例１よりも本発明例２の組み合わせのほうが数倍高い電場強度が得られることが確認された。
【０１００】
図１２（ａ）は、本発明例１の組合せからなる第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置させた後に、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の出射側側面がなす面と、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２の入射側側面がなす面とを、Ｘ方向又はＹ方向に所定距離変位させた場合の、電場強度比を表している。この図に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向の変位が大きくなるにつれて、電場強度比が小さくなることと、微小構造体１２、２２のサイズが大きいほど、電場強度の損失の割合が小さくなることとが確認された。
【０１０１】
図１２（ｂ）は、本発明例１の組合せからなる第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置させた後に、第１の偏光素子１０の各微小構造体１２の出射側側面がなす面と、第２の偏光素子２０の各微小構造体２２の入射側側面がなす面との面間の間隔を変位させた場合の電場強度比を示している。この図に示すように、面間の変位が大きくなるにつれて、電場強度比が小さくなることと、微小構造体１２、２２のサイズが大きいほど、電場強度の損失の割合が小さくなることとが確認された。これは、第１の偏光素子１０において生じる近接場光の階層性に基づくものであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明を適用した光機能素子について説明するための図である。
【図２】（ａ）は第１の偏光素子の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は第２の偏光素子の構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は第１の偏光素子の構成を示す平面図であり、（ｂ）は第２の偏光素子の構成を示す平面図であり、（ｃ）は第１の偏光素子と第２の偏光素子とを所定位置に配置した場合における平面図である。
【図４】微小構造体の構成を示す模式図である。
【図５】光機能素子の作用について説明するための図である。
【図６】第２の偏光素子が取り得る微小構造体の配列パターンの一例を示す図である。
【図７】光機能素子の作用について説明するための図である。
【図８】本発明を適用した光学認証システムの一例を示すブロック図である。
【図９】光学認証システムを適用した電池パックと電子機器との構成について示す図である。
【図１０】光学認証システムを適用した認証用カードと携帯電話との構成について示す図である。
【図１１】第１の偏光素子に対する第２の偏光素子の微小構造体の配列パターンを変化させた場合における電場強度比を示す図である
【図１２】第１の偏光素子の位置に対する第２の偏光素子の変位、面間の間隔を変化させた場合における電場強度比を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 光機能素子
３ 光システム
５ 第１のデバイス
７ 第２のデバイス
１０ 第１の偏光素子
１１ 第１の基板
１１ａ 一面側
１１ｂ 他面側
１２ 微小構造体
１３ 第１の構造体列
１４ 第２の構造体列
２０ 第２の偏光素子
２１ 第２の基板
２１ａ 一面側
２１ｂ 他面側
２２ 微小構造体
２３ 構造体列
３０ 電池パック
３１ 二次電池
３２ パック側電源制御部
３３ 光照射部
３４ 光学制御系
３６ パック側正極端子
３７ パック側負極端子
３８ 着脱機構
４０ 電子機器
４１ 本体側電源制御部
４３ 光検出部
４４ スイッチ切替回路
４５ 本体側正極端子
４６ 本体側負極端子
５０ 認証用カード
６０ 携帯電話
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する平板状の第１の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた第１の構造体列並びに第２の構造体列が上記長軸方向に略直交する直交方向に向けて交互に配列され、上記第１の構造体列を構成する第１の微小構造体における一方の長軸端部が、上記第２の構造体列を構成する第２の微小構造体の他方の長軸端部に対して近接し、当該第１の微小構造体における他方の長軸端部が、当該第２の微小構造体の長軸方向に隣接する他の第２の微小構造体の一方の長軸端部に近接するように位置調整された第１の偏光素子と、
透光性を有する平板状の第２の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた構造体列が複数列に亘って配列され、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置された場合に、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れかの向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整された第２の偏光素子とを備えること
を特徴とする光機能素子。
【請求項２】
透光性を有する平板状の第１の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた第１の構造体列並びに第２の構造体列が上記長軸方向に略直交する直交方向に向けて交互に配列され、上記第１の構造体列を構成する第１の微小構造体における一方の長軸端部が、上記第２の構造体列を構成する第２の微小構造体の他方の長軸端部に対して近接し、当該第１の微小構造体における他方の長軸端部が、当該第２の微小構造体の長軸方向に隣接する他の第２の微小構造体の一方の長軸端部に近接するように位置調整された第１の偏光素子と、
透光性を有する平板状の第２の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた構造体列が複数列に亘って配列され、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置された場合に、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れか一方の向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整されるとともに、上記第１の微小構造体の他方の長軸端部と、その他方の長軸端部から上記直交方向の他方の向きに近接する第２の微小構造体の一方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整された第２の偏光素子とを備えること
を特徴とする光機能素子。
【請求項３】
上記第１の偏光素子において上記長軸方向並びに上記直交方向に互いに近接する微小構造体間の間隔は、照射されるべき伝搬光の波長に対して回折限界未満の間隔をあけて配置されること
を特徴とする請求項１又は２記載の光機能素子。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の第１の偏光素子を有する第１のデバイスと、
請求項１〜３の何れか１項に記載の第２の偏光素子を有する第２のデバイスとを備え、
上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、上記第２の偏光素子から射出される光を検出可能な光検出手段を更に有すること
を特徴とする光学認証システム。
【請求項５】
上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、上記第１の偏光素子に対して光を照射する光照射手段を有すること
を特徴とする請求項４記載の光学認証システム。
【請求項６】
上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスは、互いに着脱可能に構成され、何れかのデバイスを他方のデバイスに装着させた場合に、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置され、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れかの向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整されていること
を特徴とする請求項４又は請求項５記載の光学認証システム。
【請求項７】
上記光照射手段は、上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスの何れかのデバイスを他方のデバイスに装着させた場合に、上記第１の偏光素子に対して光を照射するよう構成されてなること
を特徴とする請求項６記載の光学認証システム。
【請求項８】
上記第１のデバイスは、電池パックにより構成され、
上記第２のデバイスは、上記電池パックによる電圧源に基づき電力を供給可能とされた電子機器により構成され、
上記電子機器は、上記光信号受信手段によって光信号を受信した場合に、上記電池パックから上記電子機器に電力を供給可能に構成されてなること
を特徴とする請求項４〜７の何れか1項記載の光学認証システム。
【請求項１】
透光性を有する平板状の第１の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた第１の構造体列並びに第２の構造体列が上記長軸方向に略直交する直交方向に向けて交互に配列され、上記第１の構造体列を構成する第１の微小構造体における一方の長軸端部が、上記第２の構造体列を構成する第２の微小構造体の他方の長軸端部に対して近接し、当該第１の微小構造体における他方の長軸端部が、当該第２の微小構造体の長軸方向に隣接する他の第２の微小構造体の一方の長軸端部に近接するように位置調整された第１の偏光素子と、
透光性を有する平板状の第２の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた構造体列が複数列に亘って配列され、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置された場合に、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れかの向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整された第２の偏光素子とを備えること
を特徴とする光機能素子。
【請求項２】
透光性を有する平板状の第１の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた第１の構造体列並びに第２の構造体列が上記長軸方向に略直交する直交方向に向けて交互に配列され、上記第１の構造体列を構成する第１の微小構造体における一方の長軸端部が、上記第２の構造体列を構成する第２の微小構造体の他方の長軸端部に対して近接し、当該第１の微小構造体における他方の長軸端部が、当該第２の微小構造体の長軸方向に隣接する他の第２の微小構造体の一方の長軸端部に近接するように位置調整された第１の偏光素子と、
透光性を有する平板状の第２の基板内に、複数の微小構造体をそれぞれ長軸方向に所定間隔をあけて形成させた構造体列が複数列に亘って配列され、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置された場合に、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れか一方の向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整されるとともに、上記第１の微小構造体の他方の長軸端部と、その他方の長軸端部から上記直交方向の他方の向きに近接する第２の微小構造体の一方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整された第２の偏光素子とを備えること
を特徴とする光機能素子。
【請求項３】
上記第１の偏光素子において上記長軸方向並びに上記直交方向に互いに近接する微小構造体間の間隔は、照射されるべき伝搬光の波長に対して回折限界未満の間隔をあけて配置されること
を特徴とする請求項１又は２記載の光機能素子。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の第１の偏光素子を有する第１のデバイスと、
請求項１〜３の何れか１項に記載の第２の偏光素子を有する第２のデバイスとを備え、
上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、上記第２の偏光素子から射出される光を検出可能な光検出手段を更に有すること
を特徴とする光学認証システム。
【請求項５】
上記第１のデバイス又は上記第２のデバイスは、上記第１の偏光素子に対して光を照射する光照射手段を有すること
を特徴とする請求項４記載の光学認証システム。
【請求項６】
上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスは、互いに着脱可能に構成され、何れかのデバイスを他方のデバイスに装着させた場合に、上記第１の基板と上記第２の基板とが略平行となるように接触配置又は近接配置され、上記第２の基板内における各微小構造体の両方の長軸端部が、上記第１の基板内の第１の微小構造体の何れか一方の長軸端部と、その一方の長軸端部から上記直交方向の何れかの向きに近接する第２の微小構造体の他方の長軸端部とに対して近接するよう位置調整されていること
を特徴とする請求項４又は請求項５記載の光学認証システム。
【請求項７】
上記光照射手段は、上記第１のデバイス及び上記第２のデバイスの何れかのデバイスを他方のデバイスに装着させた場合に、上記第１の偏光素子に対して光を照射するよう構成されてなること
を特徴とする請求項６記載の光学認証システム。
【請求項８】
上記第１のデバイスは、電池パックにより構成され、
上記第２のデバイスは、上記電池パックによる電圧源に基づき電力を供給可能とされた電子機器により構成され、
上記電子機器は、上記光信号受信手段によって光信号を受信した場合に、上記電池パックから上記電子機器に電力を供給可能に構成されてなること
を特徴とする請求項４〜７の何れか1項記載の光学認証システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１５１０４０（Ｐ２００９−１５１０４０Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２８１２５（Ｐ２００７−３２８１２５）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構低損失オプティカル新機能部材技術開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３６３６）財団法人光産業技術振興協会 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構低損失オプティカル新機能部材技術開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３６３６）財団法人光産業技術振興協会 (19)
【Ｆターム（参考）】
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