CN102257508A - 光学读取方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学读取方法，在信息记录介质或管理对象物上印刷条形码或QR码等非可见的信息图案，对无法肉眼识别信息图案的操作进行补偿，并且能够实现带来较高的安全性或品质保证的系统。若具有信息图案(12)的信息记录介质(11)被放置到或送到规定位置，则使从发光二极管(13)发出的、比半导体量子点的带隙宽度能量高的激发光(H1)照射到信息图案(12)，并使半导体量子点热膨胀。然后，从热膨胀后的半导体量子点产生具有与从热膨胀前的该半导体量子点发光的波长相比向长波长侧迁移的波长的发光，该光线通过对迁移到长波长侧而发光的光的波长之中的长波长侧部分具有灵敏度的光传感器(14)而被接受，并通过信息判定部(15)读取信息图案(12)。

Description

光学读取方法
技术领域
本发明涉及对印刷到信息记录介质或管理对象物上的条形码或QR码等信息图案进行读取的光学读取方法。
背景技术
近年来，在各种物品、各种预付卡或通行卡等的管理中，通过印刷条形码或QR码等信息图案、并使用光学读取装置进行读取，从而进行管理及认证检查。提出了如下的多种安全系统，即：对这些信息图案实施防伪措施并通过光学读取系统对其进行读取、来判别信息图案是否为伪造品的安全系统。
例如，实行了如下的安全系统，即，该安全系统中，利用含有荧光体的非可见油墨(ink)来印刷条形码等非可见信息图案，对该信息图案照射半导体激光而激发荧光体，并接受从荧光体发出的荧光，利用光学读取装置从非可见的信息图案读取信息。这种情况下，在读取时以外的情况下，信息图案由于非可见而不会被发现其存在。在读取时，相对于半导体激光二极管的发光光谱的波长，信息图案的荧光体的发光光谱的波长迁移到长波长侧。半导体激光二极管的发光光谱由于波长宽度较窄，因此半导体激光二极管的发光光谱与荧光体的发光光谱的波长的峰值相偏离，只能够读取荧光体的发光光谱。因此，若在受光元件前使用特殊的光学滤波器，则能够一边通过激光对荧光体标记(信息图案)进行照射、一边利用受光元件只接受荧光而读取荧光体标记的信息。在该安全系统中，由于难以伪造荧光体标记及难以伪造读取荧光体标记的技术，从而能够保证安全性。
但是，在上述安全系统中，由于使用半导体激光二极管作为光源，因此具有光学读取装置的光源的驱动电路复杂且大型、成本较高等缺点。
因此，在需要小型且低价格的光学读取装置的情况下，正在研究作为光源而使用与半导体激光二极管相比、部件价格便宜且驱动电路规模小的通常的发光二极管。
但是，当代替激光而一边以通过发光二极管发出的激发光的光谱来照射荧光体标记(信息图案)、一边利用受光元件接受荧光而读取荧光体标记的信息时，由于发光二极管发出的激发光与激光不同而光谱的宽度较宽，因此与荧光体的发光光谱的一部分重叠。因此，难以通过光学滤波器分离两种光，光学读取装置可能产生误判断。
为了避免这样的发光光谱的重复，不得不选择所使用的荧光体及发光二极管的种类，但是存在由此而限制了光源的选择范围这样的缺点。
因此，提出了能够实现小型化且成本低的光学读取系统(专利文献1)。该光学读取系统对由非可见油墨所印刷的印刷层进行光学读取，荧光体由将钕作为激活元素而添加的无机氧化物构成。激发荧光体的发光元件的发光中心波长与接受来自印刷层的荧光的受光元件的可受光波长区域重叠的问题得到消除，从而不会产生误判断。
另外，在专利文献2中公开了如下情况：在含有金属粒子的光数据载体中，由作为照射的吸收结果的热膨胀而引起的数据载体的体积增加成为向吸收的光的长波长转移的原因。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-274677号公报
专利文献2：日本特开2008-512807号公报
发明的公开
发明所要解决的技术问题
但是，本发明者对专利文献1的利用荧光体非可见油墨的印刷层(信息图案)的信息进行光学读取并测试，发生不能读取的情况较多。其原因被认为是，在专利文献1的技术中，在对使用了非可见油墨的信息进行读取时，由激发光发光的波长区域偏离且不能得到光的较强发光。
因此，本发明者对如下印刷层及光学读取方法进行了深入研究，该印刷层及光学读取方法，与专利文献1同样地，能够构成可将发光二极管的光作为激发光而采用、且可实现小型化及低成本的光学读取系统，并且，能够通过与专利文献1不同的方法接受被激发光所激发的印刷层(信息图案)发出的光、且能够避免激发光的受光。
进而，本发明者着眼于专利文献2的由热膨胀所引发的波长向长波长侧的转移而反复进行了如下思考：通过利用于在读取时的避免激发光的受光，从而得到进一步的高安全性。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种光学读取方法，该光学读取方法，将条形码或QR码等非可见的信息图案印刷到信息记录介质或管理对象物，对无法肉眼识别信息图案的操作(取り极い)进行补偿，并且，能够实现即使发现信息图案的存在、对信息图案的信息进行解读的光学读取装置的恶意开发也极为困难的高安全系统，或者能够实现带来高品质保证的非可见的可追溯性(トレイサビリテイ，traceability)。
解决技术问题所采用的方法
为了解决上述技术问题，本发明的光学读取方法的特征在于，通过含有核/壳型的半导体量子点的非可见油墨，在信息记录介质或管理对象物上印刷非可见的信息图案，对该信息图案照射能量比所述半导体量子点的带隙宽度高的激发光线并使所述半导体量子点热膨胀或热收缩，并且从该热膨胀或热收缩后的该半导体量子点发出具有迁移到长波长侧的波长或具有迁移到短波长侧的波长的光，利用对该迁移后的波长之中的长波长侧部分或短波长侧部分具有灵敏度的光传感器来接受发出的所述光，读取所述信息图案。
根据该构成，对信息记录介质(或管理对象物)印刷非可见的信息图案，在读取时，使核/壳型的半导体量子点热膨胀或热收缩而被激发，此时接受发出的波长向长波长侧或短波长侧迁移的光，并进行信息解读。因此，在读取时以外的情况下，不会注意到非可见的信息图案的存在。在读取时，核/壳型的半导体量子点进行较强的发光，通过热膨胀或热收缩，该发光的波长迁移，通过使用可解读该波长的光学读取装置来解读信息。
根据需要，通过将发热线或者高热或制冷提供给所述半导体量子点，能够使所述半导体量子点热膨胀或热收缩。
核/壳型的半导体量子点优选为(1)CdSe/ZnS；或(2)将向ZnSe纳米粒子加入Te而得到的物质作为核，将ZnS纳米粒子作为壳；或(3)将含有Mn离子的ZnS纳米粒子作为核；或(4)将ZnS纳米粒子作为核；或(5)将Zn-In-Ag-S类半导体纳米粒子作为核；或(6)将硅纳米粒子作为核。
发明效果
根据上述构成，在信息记录介质或管理对象物上印刷非可见的信息图案，在读取时能够实现发光波长区域迁移且实现光的较强发光，因此对无法肉眼识别信息图案的操作进行补偿，并且通过能够解读迁移后的波长的光学读取装置而能够进行对信息图案的可靠的信息解读。除了能够使用通常的便宜的硅类光电二极管等受光元件而灵敏度良好地进行检测之外，由于读取器(reader)的模仿较难，因此能够实现可带来高安全性或品质保证的系统的光学读取方法，能够防止信用卡、现金卡、电话卡、ID卡、学生证、印章卡(スタンプカ一ド)、返点卡(ポイントカ一ド)等的伪造、改造、篡改，并且能够实现系统的小型化、省空间化，或能够实现非可见的可追溯性。
附图说明
图1是用于说明第1实施方式的光学读取方法的概念图。
图2是表示使室温下的半导体量子点激发而发出的光的波长与强度的关系的图。
图3是表示使半导体量子点热膨胀并激发而发出的光的波长与强度的关系的图。
图4涉及第2实施方式的光学读取方法，是表示使半导体量子点热收缩并激发而发出的光的波长与强度的关系的图。
符号说明
10 信息记录卡
11 信息记录介质
12 信息图案
13 发光二极管
14 光传感器
15信息判定部
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的光学读取方法的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
首先，说明用于实施光学读取方法的构成。图1为用于说明该实施方式的光学读取方式的概念图。在图1中，信息记录卡10由信息记录介质(或者可以是管理对象物)11、和印刷到该信息记录介质11上的非可见的条形码或QR码等信息图案12构成。
信息记录介质11例如为卡主体，由分散保持有氧化钛等白色颜料的氯乙烯类薄板等构成，具有反射红外线、可见光线、及紫外线的性质。信息记录介质11适用例如现金卡、各种预付卡、电话卡、通行卡、健康保险证等。
对于信息图案12而言，通过含有核(core)/壳(shell)型的半导体量子点的非可见油墨而使非可见的信息图案印刷到信息记录介质或管理对象物。
这里所谓非可见是指用眼睛几乎不能看见，包括用眼睛不能看到的不可见的情况。作为非可见的油墨及信息图案12，存在如下等情况：略透明的情况，难以反射可见光的情况，与形成信息图案12的部分的底色、例如该信息记录介质11颜色大致相同的情况。
所谓核/壳型是指以外侧的材质的壳来覆盖内侧的材质的核的类型，所谓量子点是指半导体等的纳米尺寸的微细的粒子。本实施方式采用了CdSe/ZnSe的核/壳型的半导体量子点。若使用CdSe/ZnS的核/壳型的半导体量子点，则能够用甲苯等良好地进行分散而不发生凝结，作为非可见油墨而使用良好，且能够良好地印刷信息图案。
对于信息图案12而言，通过含有对该半导体量子点进行分散保持的透明的粘合剂(binder)的非可见油墨，使安全信息作为非可见的信息图案12而被印刷，由隐蔽膜(未图示)进行隐蔽，并使其不会脱落。
本实施方式的光学读取方法采用光学读取装置(无符号)，该光学读取装置具有：作为发出激发光H1的便宜的电子部件的发光二极管13；作为接受由激发而发光的光线H2的便宜的电子部件的光传感器14；及信息判定部15。发光二极管13设置为向安全信息照射激发光H1，光传感器14设置为接受信息图案12中包含的核/壳型半导体量子点被激发而发光的光线H2。为了从信息图案12读取信息，需要在使发光二极管13及光传感器14的位置关系保持固定的情况下，使具有信息图案12的信息记录卡10对于发光二极管13及光传感器14相对按直线地扫描移动，该扫描移动可以是由光学读取装置中具备的机械机构所产生的，也可以是由手动操作所产生的。
发光二极管13发出比信息图案12所包含的核/壳型的半导体量子点的带隙宽度(bandgap)能量高的激发光H1。激发光H1通过照射使信息图案12所包含的核/壳型的半导体量子点激发，并且加热信息图案12而使半导体量子点还发生热膨胀。因此构成为，按照需要而经由聚光透镜对发光二极管13的激发光H1进行聚光，并照射到信息图案12。并且，关于发光二极管13，选择高输出的类型，或使用多个进行照射，或合并使用发出红外线的发光二极管与发出紫外线的发光二极管。
光传感器14例如能够使用光电二极管，该光传感器14需要对如下波长具有灵敏度，即：包含核/壳型的半导体量子点的信息图案12在热膨胀状态下向长波长侧转移而发出的光的长波长侧部分的波长。
具体来说，如图2所示，若CdSe/ZnSe的核/壳型的半导体量子点在非热膨胀的状态下被激发，则按粒径不同而发出波长不同的多条可见光线。与此相反，如图3所示，若在热膨胀状态下被激发，则发出较大地迁移到长波长侧的按粒径的不同而波长不同的多条可见光线。因此，在图3中使用了对由从图2所示的波长区域偏离到长波长侧的范围Y所示的波长区域具有灵敏度的光传感器14。另外，在核/壳型的半导体量子点的核粒子由单一的粒子径构成时也为相同关系。
这里，通过面向信息图案12的放射温度传感器而能够测量信息图案12被加热前的温度及被加热后的温度，并且，能够测量从被加热前的温度(例如15℃～30℃)到被加热后的温度(例如60℃～85℃)的时间，光传感器14设定为，在经过温度上升所用时间的时刻，光传感器14可接受发出的光的长波长侧部分的波长。
信息判定部15构成为对光传感器14接受的电信号(矩形信号)进行放大、并光学地读取信息图案12的码信息。
本实施方式的光学读取方法中，若具有信息图案12的信息记录介质11被放置到或被送到规定位置，则发光二极管13发光，对信息图案12照射比半导体量子点的带隙宽度能量高的激发光H1。激发光H1使半导体量子点激发，并且加热信息图案12使半导体量子点热膨胀。若与非热膨胀时的从半导体量子点发光的波长(图2)相比，则热膨胀后的该半导体量子点进行具有图3示出的向长波长侧迁移的波长的发光。CdSe/ZnSe的核/壳型的半导体量子点得到的发光尤其较强。该发光由对长波长侧部分Y具有灵敏度的光传感器14接受。信息判定部15使接受到的信号图案化，通过能否读取信息图案12、并进一步核对信息图案12与数据库中所记录的数据是否一致，从而判定信息图案12的真伪。
根据本实施方式，能够通过通常的便宜的发光二极管13的发光而激发信息图案12，并且能够实现从半导体量子点发出较强的光(量子尺寸效应)，因此，利用通常的便宜的硅类光电二极管等受光元件能够灵敏度良好地进行检测。
一方面在信息记录介质或管理对象物上印刷条形码或QR码等非可见的信息图案，并对无法肉眼识别该信息图案的操作进行补偿，另一方面，假设即使万一对IT技术熟知的具有恶意的人及组织从信息记录介质表面的印刷膜的微小隆起而注意到信息图案的存在，也难以模仿制造油墨，进一步来说，即使分析出信息图案的发光源为核/壳型的半导体量子点，并基于此接受通过该半导体量子点的通常激发而发出的光，开发进行信息解读的光学读取装置，也无法通过该光学读取装置进行信息图案的信息解读。
光学读取装置由于是使用对迁移到长波长区域的发光具有灵敏度的光传感器来进行信息解读的结构，因此难以模仿制作光学读取装置，能够实现具有高安全性的光学读取方法。
由于采用激发作为信息图案的发光源的核/壳型的半导体量子点以使得伴随有热膨胀、并且此时利用对迁移到长波长侧而发光的光之中的长波长侧部分具有灵敏度的光传感器接受该发光并进行信息解读的结构，因此通过使用特殊的光学读取装置，首先能够进行信息解读，并能够实现带来更高安全性或品质保证的系统。
另外，作为本实施方式的变形，可以设置用于使所述半导体量子点热膨胀的加热机构。例如，作为加热机构，可以在信息记录卡10的下部、印刷有信息图案12的背面侧设置用于对信息记录卡施加高热、使信息图案12的半导体量子点热膨胀的电加热器。并且，作为加热机构，也可以设置对信息图案12照射发热线(红外线等)的机构。
(第2实施方式)
本实施方式为如下构成，即，使半导体量子点热收缩，并且从该热收缩后的该半导体量子点进行具有迁移到短波长侧的波长的发光，利用对该迁移后的波长之中的短波长侧部分具有灵敏度的光传感器接受上述发光，并读取上述信息图案。另外，对与第1实施方式重复的部分附加同样的符号并省略说明。
本实施方式中，设有通过对所述半导体量子点进行冷却而使半导体量子点热收缩的冷却机构(未图示)。这里，冷却机构是指对信息图案12吹出0℃～10℃的空气、将信息图案12冷却到0℃前后而使信息图案12的半导体量子点热收缩的机构。另外，也可以在不破坏信息图案12及信息记录卡11的范围内进一步设置吹附低温空气及低温气体的机构。光传感器采用对如下区域具有灵敏度的传感器，该区域是以从图2所示的波长区域向短波长侧偏离的范围、即图4所示的Ya所表示的波长区域。
在本实施方式中，若具有信息图案12的信息记录介质10被放置到或被送到规定位置，则冷却机构冷却信息图案12，使半导体量子点热收缩。并且，发光二极管13发光，对信息图案12照射比半导体量子点的带隙宽度能量高的激发光H1。与从非热收缩时的半导体量子点发出的波长(图2)相比，热收缩后的该半导体量子点进行具有图4示出的迁移到短波长侧的波长的发光。利用对长波长侧部分Ya具有灵敏度的光传感器接受该发光。信息判定部15对接受到的信号进行图案化，通过能否读取信息图案12、并进一步核对信息图案12与记录在数据库中的数据是否一致，来判断信息图案12的真伪。
根据本实施方式，由于采用激发作为信息图案12的发光源的核/壳型的半导体量子点以使得伴随有热收缩、并且此时利用对迁移到短波长侧而发光的光之中的短波长侧部分具有灵敏度的光传感器来接受该发光并进行信息解读的结构，因此通过使用特殊的光学读取装置，首先能够进行信息解读，并能够实现带来更高安全性或品质保证的系统。
(其他实施方式)
本发明不限于上述实施方式，在不脱离技术方案所记载的发明的主旨的范围内的各种设计变更后的形态包含在技术范围内。在上述实施方式中，使用了CdSe/ZnSe的核/壳型的半导体量子点，但也可以通过使用了以下那样的核/壳型的半导体量子点的非可见油墨来印刷安全性信息。
(1)可以使用将在ZnSe纳米粒子中加有Te的物质作为核、而将ZnS纳米粒子作为壳的核/壳型的半导体量子点。
(2)核/壳型的半导体量子点可以使用将含有Mn离子的ZnS纳米粒子作为核的核/壳型的半导体量子点。
(3)可以使用通过对含有Zn2+、In3+、Ag+的硫醇合成物(thiol complex)进行热分解而掺杂有In3+、Ag+的ZnS纳米粒子(Zn(1-2x)InxAgxS)的核/壳型的半导体量子点。
(4)可以使用核为包含Mn离子的ZnS纳米粒子的核/壳型的半导体量子点。
(5)并且，可以使用将Zn-In-Ag-S类半导体纳米粒子作为核的核/壳型的半导体量子点。
(6)铒的热膨胀率在20℃为7.6×10-6/℃，这相当于在20℃条件下为2.5×10-6/℃的硅的热膨胀率的约3倍。因此，采用铒实现由膨胀引起的波长的转移是最优选的。此时，优选设为与硅纳米粒子进行了组合的核/壳型的半导体量子点。
对此，包含将硅纳米粒子作为核而将铒纳米粒子作为壳、以及将铒作为核而将硅纳米粒子作为壳这两种方式。
在将硅纳米粒子作为核而将铒纳米粒子作为壳的情况下，优选将硅纳米粒子设为1.9nm～4.3nm，将铒纳米粒子设为1.9nm～4.3nm。
另外，对于将硅纳米粒子作为核而将铒纳米粒子作为壳的半导体量子点，若使该半导体量子点在水中分散，在22℃～90℃的范围内对水进行加温，然后照射波长325nm的激发光，则能够确认出从半导体量子点得到波长720～740nm的发光。
并且，在将铒纳米粒子作为核而将硅纳米粒子作为壳的情况下，优选将铒纳米粒子设为1.9nm～4.3nm，将硅纳米粒子设为1.9nm～4.3nm。
另外，对于将铒纳米粒子作为核而将硅纳米粒子作为壳的半导体量子点，若使该半导体量子点在水中分散，在22℃～90℃的范围内对水进行加温，然后照射波长325nm的激发光，则能够确认出从半导体量子点得到波长720～740nm的较强发光。
并且，若采用对核或壳使用了在表面掺杂有氧的硅纳米粒子、或内部氧化了的氧化硅纳米粒子、且对壳或核使用了铒的核/壳型的半导体量子点，则放射更强的光，因此为优选的。
进而，将硅纳米粒子作为核的核/壳型的半导体量子点可以使用通过使多个烃基与硅纳米粒子内的各个Si原子结合并由烃基覆盖Si原子表面而得到的结构。该半导体量子点能够防止发光波长及发光效率的降低，并能够通过紫外线激发而发出可见光。并且，由于能够通过Mg2Si与SiCl4(四氯化硅)的反应条件来调整粒径，因此为优选的。
本发明除了能够应用于各种卡的真伪判定，还能够应用于读取用于追踪产品项目的可追溯性的非可见信息。另外，本发明不排除将半导体激光二极管作为激发光的光源。并且，以下情况也包含在本发明中，即：通过通常的可见油墨，在非可见的信息图案的印刷之上或一侧附近排列地印刷条形码及QR码等可见的信息图案，光学读取装置不仅对非可见的信息图案进行光学读取，对可见的信息图案进行光学读取。
工业实用性
本发明能够防止卡或证书的伪造、改造、篡改，并且能够实现系统的小型化、省空间化，或能够实现非可见的可追溯性，能够对需要信息保持的领域做出广泛贡献。

Claims (10)

1.一种光学读取方法，其特征在于，
通过含有核/壳型的半导体量子点的非可见油墨，在信息记录介质或管理对象物上印刷非可见的信息图案；
对该信息图案照射能量比所述半导体量子点的带隙宽度高的激发光线并使所述半导体量子点热膨胀或热收缩，并且从该热膨胀或热收缩后的该半导体量子点发出具有向长波长侧迁移的波长或具有向短波长侧迁移的波长的光；
利用对该迁移后的波长之中的长波长侧部分或短波长侧部分具有灵敏度的光传感器来接受发出的所述光，读出所述信息图案。
2.根据权利要求1所述的光学读取方法，其特征在于，
通过向所述半导体量子点提供发热线或者高热或制冷，使所述半导体量子点热膨胀或热收缩。
3.根据权利要求1或2所述的光学读取方法，其特征在于，所述核/壳型的半导体量子点为CdSe/ZnS。
4.根据权利要求1或2所述的光学读取方法，其特征在于，所述核/壳型的半导体量子点将向ZnSe纳米粒子加入Te而得到的物质作为核，将ZnS纳米粒子作为壳。
5.根据权利要求1或2所述的光学读取方法，其特征在于，所述核/壳型的半导体量子点将含有Mn离子的ZnS纳米粒子作为核。
6.根据权利要求1或2所述的光学读取方法，其特征在于，所述核/壳型的半导体量子点将ZnS纳米粒子作为核。
7.根据权利要求1或2所述的光学读取方法，其特征在于，所述核/壳型的半导体量子点将Zn-In-Ag-S类半导体纳米粒子作为核。
8.根据权利要求1或2所述的光学读取方法，其特征在于，所述核/壳型的半导体量子点将硅纳米粒子作为核。
9.根据权利要求8所述的光学读取方法，其特征在于，所述核/壳型的半导体量子点将铒作为壳。
10.根据权利要求1或2所述的光学读取方法，其特征在于，所述核/壳型的半导体量子点将铒作为核，将硅纳米粒子作为壳。
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