JP2012190084A

JP2012190084A - 金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体

Info

Publication number: JP2012190084A
Application number: JP2011050883A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Nozaki; 喜敬野崎; Yasutaka Morita; 恭隆森田; Junichi Ikeno; 順一池野
Original assignee: SIGMAKOKI Co Ltd; Saitama University NUC
Current assignee: SIGMAKOKI Co Ltd; Saitama University NUC
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】大容量の情報を重畳させることが可能な金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体を提供する。
【解決手段】互いに径の異なる２種以上の金属ナノ微粒子を形成させることにより、各種金属ナノ微粒子の径に応じた波長の可視光を吸収してその補色を混合させて表示する単位セル１１を備え、単位セル１１は、各吸収すべき可視光の波長に応じて各種金属ナノ微粒子の径が予め制御され、また所望の混合色を表示する上で必要な補色の混合比率に対応した各種金属ナノ微粒子の面積比率が予め制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話やコンピュータ等の電子機器に情報を入力するために光学的な読み取り可能な金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体に関するものである。

近年において、例えば特許文献１に示すような二次元コードが広く普及しており、その市場規模は今後も拡大すると予想されている。この二次元コードは、単位セル内に白又は黒を表現することにより二進コードを現し、さらにこの単位セルを二次元のマトリックス上にパターンとして配置したものである。この二次元コードの画像をカメラ等の撮像装置を介して撮像することにより取り込み、対象の二次元コード位置を検出して二進コードを切り出す。次に切り出された二次元コードからコードの大きさを求め、その単位セルの座標を求め、更に白又は黒の判別を行うことにより情報に変換する。このような二次元コードは、バーコードとは異なり狭小な面積で多くの情報を重畳させることが可能となる。

ところで、このような二次元コードを構成する各単位セルには、あくまで白又は黒による二色のみ表現することを前提としていることから、単位セルには最大でも二進コードのみしか割り当てることができない。単位セルをマトリックス状に二次元的に配置しても、二次元コード全体に重畳できるデータ容量は限られてしまう。特に今後の情報化社会の進展において、より高容量のデータからなる情報を表現することができる二次元コード、ひいては情報表示媒体を提案する必要があった。また、これに加えて製品の小型化が進展するにつれて、この２次元コードをマーキングするエリアは可能な限り小さくすることも求められる。これを実現するために、高開口数の対物レンズを使用し、一の単位セルの大きさが１μｍの超高精細マーキング装置も提案されている（例えば、非特許文献１参照。）

特開平０７−２５４０３７号公報

レーザ加工学会誌「レーザ微細加工用光学システム」vol.12,No.42,December (2005)

しかしながら、上述した非特許文献１による開示技術では、非常に高密度な２次元コードをマーキングすることができるものの、高開口数の対物レンズを使用する必要があり、スループットの減少を招く恐れがあり、マーキングコストが高くなるという問題点があった。

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、携帯電話やコンピュータ等の電子機器に情報を入力するために光学的な読み取り可能な情報表示媒体において、大容量の情報を重畳させることが可能な金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体を提供することにある。

本発明者は、上述した問題点を解決するために、単位セルを二次元マトリックス状に配列させて２次元コード化を構成する上で、その単位セルにつき互いに径の異なる２種以上の金属ナノ微粒子を形成させることにより、各種金属ナノ微粒子の径に応じた波長の可視光を吸収してその補色を混合させて表示させる点に着目した。そして、この単位セルから発せられる混合色は、上記各吸収すべき可視光の波長に応じて上記各種金属ナノ微粒子の径が予め制御され、また所望の混合色を表示する上で必要な補色の混合比率に対応した上記各種金属ナノ微粒子の面積比率が予め制御されていることにより構成される。

請求項１記載の金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体は、互いに径の異なる２種以上の金属ナノ微粒子を形成させることにより、各種金属ナノ微粒子の径に応じた波長の可視光を吸収してその補色を混合させて表示する単位セルを備え、上記単位セルは、上記各吸収すべき可視光の波長に応じて上記各種金属ナノ微粒子の径が予め制御され、また所望の上記混合色を表示する上で必要な上記補色の混合比率に対応した上記各種金属ナノ微粒子の面積比率が予め制御されていることを特徴とする。

請求項２記載の金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体は、請求項１記載の発明において、上記単位セルから上記混合色を発光させることにより、これに割り当てられているデータを表示することを特徴とする。

請求項３記載の金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体は、請求項２記載の発明において、上記単位セルを二次元マトリックス状に配列させて２次元コード化したことを特徴とする。

請求項４記載の情報表示媒体の情報読取システムは、請求項２又は３項記載の金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体と、上記情報表示媒体における各単位セルから発光される混合色を光学的に検出することにより、これに割り当てられているデータを読み取る情報読取装置とを備えることを特徴とする。

本発明を適用した情報表示媒体では、単位セルをマトリックス状に配列させ、各単位セルは、互いに径の異なる２種以上の金属ナノ微粒子を形成させることにより、各種金属ナノ微粒子の径に応じた波長の可視光を吸収してその補色を混合させて表示する。単位セルは、各吸収すべき可視光の波長に応じて各種金属ナノ微粒子の径が予め制御され、また所望の混合色を表示する上で必要な補色の混合比率に対応した各種金属ナノ微粒子の面積比率が予め制御されている。

この各種金属ナノ微粒子の径と、その面積比率を調整することで、所望の混合色を表示させることができ、しかもその混合色は、可視域の色彩全てを割り当てることもできることから、従来の白と黒の２値と比較して、そのデータ数を増やすことができる。また、この単位セルのデータ数を増やすことができれば、これをマトリックス状に配列させた二次元コードのデータ容量を飛躍的に増大させることが可能となる。特に本発明は、極めてシステム構成を簡略化させることも可能となり、安価なシステムとすることも可能となる。

本発明を適用した金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体の平面図である。単位セルの詳細な構成例を示す図である。金属ナノ微粒子の表面に生じた金属の自由電子による表面プラズモンの概念図である。金属ナノ微粒子を金で構成した場合と、銀で構成した場合における、微粒子の径に対する吸収波長の関係を示す図である。単位セルの詳細な構成例を示す他の図である。本発明を適用した情報表示媒体から実際の情報を読み取る情報読取システムの例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態として、金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体について図面を参照しながら詳細に説明をする。

本発明を適用した金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体の平面図を図１(a)に示す。この情報表示媒体１は、単位セル１１を二次元マトリックス状に配列させて２次元コード１０として構成したものである。

この単位セル１１には、色彩の異なる複数種類のセルが用いられてなる。即ち、この単位セル１１は、白色と黒色の２原色のみならず、赤、緑、黄、青等の可視色も表現することが可能なセルである。

図１(b)は、複数の単位セル１１を集合させてなるコードブロック１２の例である。このコードブロック１２は、データコードブロック又は誤り訂正コードブロック等として機能するようになっている。そして、このコードブロック１２を構成する単位セル１１の色彩や組み合わせ、或いは配置に応じて様々な情報を表現する。なお、コードブロック１２では、４×４の単位セル１１からなる略正方形状の規則的なマトリックス配列で構成されている場合を例に挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば２×４の単位セル１１からなる長方形状のコードブロック１２、或いは単位セル１１の不規則な集合からなるコードブロック１２で構成されるものであってもよい。

図２は、単位セル１１の詳細な構成例を示している。単位セル１１は、平面視においてミクロンオーダーもの微細な四角形状で構成されている。例えば、この単位セル１１は、平面形状が６０μｍ×６０μｍの正方形状で構成されていてもよい。この単位セル１１は、互いに径の異なる２種以上の金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂを形成されることにより構成される。図２(a)は、より径小な金属ナノ微粒子２０ａが左側に形成され、より径大な金属ナノ微粒子２０ｂが右側に形成された例である。

図２(b)は、金属ナノ微粒子２０ａが形成されている領域Ｓ₁と、金属ナノ微粒子２０ｂが形成されている領域Ｓ₂を示している。この領域Ｓ₁と、領域Ｓ₂との間で面積比Ｓ₁：Ｓ₂を求めることが可能となる。ちなみに各領域Ｓ₁、Ｓ₂において、金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂの形成密度は、実際の二次元コード１への応用時において求められる発光強度に応じて予め調整されるものであってもよい。

ガラス基板２５上への金属ナノ微粒子２０の形成方法、並びにその単位セル１１内における各領域Ｓ₁、Ｓ₂の制御方法は、例えば、特開２００９−５７２２２号公報に開示の技術を適用するようにしてもよい。

このような金属ナノ微粒子２０は、図２(a),(c)に示すようにガラス基板２５上において形成されている。また、この金属ナノ微粒子２０の材質は、例えば、金、銀、銅、プラチナ等で構成されている。このような金属ナノ微粒子２０の表面には図３に示すように金属の自由電子による表面プラズモンが生じている。この表面プラズモンの振動状態は、バルク金属とは異なり、可視域の振動数の光と共鳴して光吸収を起こす。この光吸収の補色として、ガラス基板２５が着色して見えることとなる。可視域の光の吸収波長は、あくまで金属ナノ微粒子２０の粒径に依存する。

図４は、金属ナノ微粒子２０を金で構成した場合と、銀で構成した場合における、微粒子の径に対する吸収波長の関係を示している。それぞれ、金属ナノ微粒子２０を構成する材料及び径に応じて、吸収する可視光の波長が異なり、また発生する補色も異なることが示されている。これは、金属ナノ微粒子２０の径に応じて電子運は固有のプラズマ角振動をしている。共鳴する光の波長は、これら金属ナノ微粒子２０によって吸収され、その吸収された可視域の色彩に応じた補色が現れることになる。

なお、各種金属ナノ微粒子２０の誤差は５〜１０μｍの範囲内において調整されていることが望ましい。あまりに誤差が大きくなると所望の混合色を精度よく表示させることができなくなるためである。

互いに径の異なる２種の金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂを単位セル１１に形成させることにより、当該単位セル１１では、金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂそれぞれから互いに異なる波長の可視光が補色として現れることになる。そして、この単位セル１１においては、金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂそれぞれから現れる可視光の混合色が現れる。この混合色は、金属ナノ微粒子２０ａが形成されている領域Ｓ₁と、金属ナノ微粒子２０ｂが形成されている領域Ｓ₂との比率に応じたものとなる。この単位セル１１から最終的に発せられる混合色が、当該単位セル１１により表現されるデータとなる。

本発明では、この単位セル１１から発せられる混合色が、データの最小単位である。この混合色は、白、黒の二色ではなくて、あくまで可視域の色彩全てである。このため、この単位セル１１から発せられる可視域の混合色に対してそれぞれデータを割り当てる。これにより、単位セル１１における混合色を変化させることで、この単位セル１１から様々なデータを表示させることが可能となる。例えば、単位セル１１から発せられる混合色において、青が“１”、赤が“２”、黄緑が“３”、紫が“４”、緑が“５”、黄色が“６”、・・等と予めデータを割り当てておく。これにより、例えば、所望のデータ“４”を表示したい場合には、そのデータに応じた混合色である紫となるように混合色を調整しておく必要がある。

この混合色の調整については、２種の金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂによる補色の混合比率を調整を行えばよく、その２種の金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂによる補色の混合比率は、金属ナノ微粒子２０ａが形成されている領域Ｓ₁と、金属ナノ微粒子２０ｂが形成されている領域Ｓ₂との比率に対応するものとなる。このため、この領域Ｓ₁と、領域Ｓ₂と比率を調整することにより、単位セル１１から所望の混合色を発生させることが可能となり、ひいては所望のデータを表示させることが可能となる。

なお、２種の金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂは、図２(a)に示すように並べられている場合に限定されるものではなく、例えば図５(a)に示すように金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂが縞状に構成されていてもよい。また、図５(b)に示すようにランダムに並べられているものであってもよい。かかるランダムに並べられている場合においても、単位セル１１内の２種の金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂの面積比率が調整され、これに応じた波長の可視光が発光されることになる。なお、上述した例ではあくまで２種類の金属ナノ微粒子２０ａ、２０ｂを単位セル１１に形成させる場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではなく、３種類以上の金属ナノ微粒子の混合色を表示させるようにしてもよいことは勿論である。

図６は、上述した構成からなる本発明を適用した情報表示媒体１から実際の情報を読み取る情報読取システム６の例を示している。この情報読取システム６は、カラーＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラ５１と、このカラーＣＣＤカメラ５１に接続されたデコーダ５２と、デコーダ５２に接続されたＰＣ（Personal Computer）５３とを備えた情報読取装置５０を有している。この情報読取装置５０では、情報表示媒体１における各単位セル１１から発光される混合色を光学的に検出することにより、これに割り当てられている情報を読み取る。具体的には、先ずカラーＣＣＤカメラ５１によりこの情報表示媒体１を撮像して、その撮像信号をデコーダ５２へ出力する。デコーダ５２は、この撮像信号に基づいて単位セル１１から発せられるそれぞれの色彩をデータに数値化する。ＰＣ５３は、このデコーダから各単位セル１１のデータが送信され、単位セル１１を二次元マトリックス状に配列させて２次元コード１０から情報の読み取りを行う。

上述したように、本発明を適用した情報表示媒体１では、単位セル１１をマトリックス状に配列させ、各単位セル１１は、互いに径の異なる２種以上の金属ナノ微粒子２０を形成させることにより、各種金属ナノ微粒子２０の径に応じた波長の可視光を吸収してその補色を混合させて表示する。単位セル１１は、各吸収すべき可視光の波長に応じて各種金属ナノ微粒子６０の径が予め制御され、また所望の混合色を表示する上で必要な補色の混合比率に対応した各種金属ナノ微粒子６０の面積比率が予め制御されている。

この各種金属ナノ微粒子６０の径と、その面積比率を調整することで、所望の混合色を表示させることができ、しかもその混合色は、可視域の色彩全てを割り当てることもできることから、従来の白と黒の２値と比較して、そのデータ数を増やすことができる。また、この単位セル１１のデータ数を増やすことができれば、これをマトリックス状に配列させた二次元コードのデータ容量を飛躍的に増大させることが可能となる。特に本発明は、カラーＣＣＤカメラ５１を使用することにより容易に情報を読み取れるものであることから、高開口数の対物レンズを使用する必要も無くなり、極めてシステム構成を簡略化させることも可能となり、安価なシステムとすることも可能となる。

１情報表示媒体
１１単位セル
１０２次元コード
１２コードブロック
２０金属ナノ微粒子
２５ガラス基板

Claims

互いに径の異なる２種以上の金属ナノ微粒子を形成させることにより、各種金属ナノ微粒子の径に応じた波長の可視光を吸収してその補色を混合させて表示する単位セルを備え、
上記単位セルは、上記各吸収すべき可視光の波長に応じて上記各種金属ナノ微粒子の径が予め制御され、また所望の上記混合色を表示する上で必要な上記補色の混合比率に対応した上記各種金属ナノ微粒子の面積比率が予め制御されていること
を特徴とする金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体。
上記単位セルから上記混合色を発光させることにより、これに割り当てられているデータを表示すること
を特徴とする請求項１記載の金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体。
上記単位セルを二次元マトリックス状に配列させて２次元コード化したこと
を特徴とする請求項２記載の金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体。
請求項２又は３項記載の金属ナノ粒子を用いた情報表示媒体と、上記情報表示媒体における各単位セルから発光される混合色を光学的に検出することにより、これに割り当てられているデータを読み取る情報読取装置とを備えること
を特徴とする情報表示媒体の情報読取システム。