JP5339381B2 - Optical reading method - Google Patents

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Description

本発明は、情報記録媒体あるいは管理対象物に印刷されたバーコード又はＱＲコード等の情報パターンを読み取る光学読取方法に関する。   The present invention relates to an optical reading method for reading an information pattern such as a bar code or a QR code printed on an information recording medium or a management object.

近年、各種物品、各種プリペイドカードあるいは通行カード等の管理にバーコードあるいはＱＲコード等の情報パターンを印刷し、光学読取装置を用いて読み取ることによって、管理や認証チェックが行われている。これらの情報パターンに、偽造防止手段を施し、それを光学読取システムにより読み取り、情報パターンが偽造されたものであるか否かを判別するセキュリティシステムが種々提案されている。   In recent years, management and authentication checks have been performed by printing an information pattern such as a barcode or QR code for management of various articles, various prepaid cards, pass cards, and the like and reading them using an optical reader. Various security systems have been proposed in which these information patterns are subjected to anti-counterfeiting means and read by an optical reading system to determine whether or not the information pattern is forged.

例えば、蛍光体を含有した非可視インクによりバーコード等の非可視の情報パターンを印刷し、該情報パターンに半導体レーザを照射して蛍光体を励起させ、蛍光体から発する蛍光を受光して非可視の情報パターンから情報を光学読取装置で読み取るセキュリティシステムが実施されている。この場合、情報パターンは読み取り時以外には非可視で存在を気づかれることがない。読み取りの際には、情報パターンの蛍光体は半導体レーザダイオードの発光スペクトルの波長に対し、発光スペクトルの波長が長波長側に遷移する。半導体レーザダイオードの発光スペクトルは波長の幅が狭いので、半導体レーザダイオードの発光スペクトルと蛍光体の発光スペクトルの波長のピークが離れ、蛍光体の発光スペクトルのみを読み取ることができる。このため、特殊な光学フィルタを受光素子の前に使用すると、レーザにより蛍光体マーク（情報パターン）を照射しながら、受光素子で蛍光のみを受光し蛍光体マークの情報を読み取ることができる。このセキュリティシステムでは、蛍光体マークが偽造され難いこと及び蛍光体マークを読み取る技術が偽造され難いことから、セキュリティを持たせることができる。   For example, a non-visible information pattern such as a barcode is printed with non-visible ink containing a phosphor, the semiconductor pattern is irradiated with a semiconductor laser to excite the phosphor, and the fluorescence emitted from the phosphor is received and non-printed. A security system for reading information from a visible information pattern with an optical reader has been implemented. In this case, the information pattern is invisible and not noticed except at the time of reading. At the time of reading, the phosphor of the information pattern shifts the wavelength of the emission spectrum to the longer wavelength side with respect to the wavelength of the emission spectrum of the semiconductor laser diode. Since the emission spectrum of the semiconductor laser diode has a narrow wavelength width, the wavelength peaks of the emission spectrum of the semiconductor laser diode and the emission spectrum of the phosphor are separated, and only the emission spectrum of the phosphor can be read. For this reason, when a special optical filter is used in front of the light receiving element, it is possible to receive only the fluorescence with the light receiving element and read the information of the phosphor mark while irradiating the phosphor mark (information pattern) with a laser. In this security system, the phosphor mark is difficult to be counterfeited and the technology for reading the phosphor mark is difficult to counterfeit, so that security can be provided.

しかし、上記セキュリティシステムでは、光源として半導体レーザダイオードを使用しているので、光学読取装置の光源の駆動回路が複雑かつ大型になり、コストが高いという欠点を有している。   However, since the above-described security system uses a semiconductor laser diode as a light source, the driving circuit for the light source of the optical reading device is complicated and large, and has a disadvantage of high cost.

そこで、小型でかつ低価格の光学読取装置を必要とする場合、光源として半導体レーザダイオードより部品価格が安価で駆動回路規模の小さい通常の発光ダイオードの使用が検討される。   Therefore, when a small and low-priced optical reader is required, the use of a normal light-emitting diode having a lower component price and a smaller drive circuit scale than a semiconductor laser diode as a light source is considered.

しかしながら、レーザに替えて発光ダイオードより発光する励起光のスペクトルで蛍光体マーク（情報パターン）を照射しながら、受光素子で蛍光を受光し蛍光体マークの情報を読み取る場合、レーザとは異なって発光ダイオードより発光する励起光のスペクトルの幅が広いため、蛍光体の発光スペクトルと一部重なってしまう。そのため、光学フィルタで両方の光を分離することが困難となり、光学読取装置に誤判定が生じるおそれがある。   However, when irradiating the phosphor mark (information pattern) with the spectrum of excitation light emitted from the light emitting diode instead of the laser and receiving the fluorescence by the light receiving element and reading the information of the phosphor mark, the light is emitted unlike the laser. Since the spectrum of the excitation light emitted from the diode is wide, it partially overlaps the emission spectrum of the phosphor. For this reason, it is difficult to separate both lights by the optical filter, and there is a possibility that an erroneous determination occurs in the optical reader.

このような発光スペクトルの重複を避けるためには、使用する蛍光体ならびに発光ダイオードの種類を選ばなければならないが、このため光源の選択範囲が制限されてしまうという欠点を有している。   In order to avoid such overlapping of emission spectra, it is necessary to select the type of phosphor and light emitting diode to be used, but this has the disadvantage that the selection range of the light source is limited.

そこで、小型化が可能で、コストの安価な光学読取システムが提案されている（特許文献１）。この光学読取システムは、非可視インクで印刷された印刷層を光学的に読み取るものであり、蛍光体がネオジウムを賦活元素として添加した無機酸化物からなる。蛍光体を励起する発光素子の発光中心波長と印刷層からの蛍光を受光する受光素子の受光可能な波長領域とが重なってしまうことを解消し、誤判定が生じるおそれを無くしている。   Therefore, an optical reading system that can be reduced in size and is inexpensive has been proposed (Patent Document 1). This optical reading system optically reads a printed layer printed with invisible ink, and the phosphor is made of an inorganic oxide to which neodymium is added as an activation element. This eliminates the overlap between the emission center wavelength of the light emitting element that excites the phosphor and the wavelength region where the light receiving element that receives fluorescence from the print layer can receive light, thereby eliminating the possibility of erroneous determination.

なお、特許文献２には、金属粒子を含む光データ担体において、照射の吸収の結果としての熱膨張に起因したデータ担体の体積の増加が、吸収する光の長い波長へのシフトの原因となることが開示されている。   In Patent Document 2, in an optical data carrier containing metal particles, an increase in the volume of the data carrier resulting from thermal expansion as a result of absorption of radiation causes a shift of the absorbed light to a longer wavelength. It is disclosed.

特開平６−２７４６７７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-274677 特開２００８−５１２８０７号公報JP 2008-512807 A

しかしながら、本発明者が、特許文献１の蛍光体非可視インクを用いた印刷層（情報パターン）の情報を光学的に読み取り、テストしたところ、読み取り不能が生じることが多かった。これは、特許文献１の技術では、非可視インクを用いた情報の読取時に、励起光から発光の波長領域が離れかつ光の強い発光を得ることができないためと思料された。   However, when the inventor optically read and tested the information on the printed layer (information pattern) using the phosphor invisible ink of Patent Document 1, it often occurred that reading was impossible. This is thought to be because, in the technique of Patent Document 1, when reading information using invisible ink, the wavelength range of light emission is separated from the excitation light, and strong light emission cannot be obtained.

そこで、本発明者は、特許文献１と同様に発光ダイオードの光を励起光として採用でき小型化が可能でコストの安価な光学読取システムとすることができ、さらに特許文献１とは別の方法により励起光で励起される印刷層（情報パターン）からの発光を受光でき励起光の受光を回避できる、印刷層及び光学読取方法について、鋭意に探索した。   Therefore, the present inventor can adopt light from a light emitting diode as excitation light as in Patent Document 1, can be miniaturized, and can be an inexpensive optical reading system, and is a method different from Patent Document 1. The inventors have eagerly searched for a printing layer and an optical reading method that can receive light emitted from a printing layer (information pattern) excited by excitation light and can avoid receiving excitation light.

さらに、本発明者は、特許文献２の熱膨張による波長の長波長側へのシフトに着目し、読取時における励起光の受光の回避に利用することで、一段階高いセキュリティを得るための思索を積み重ねた。   Furthermore, the present inventor pays attention to the shift of the wavelength to the longer wavelength side due to thermal expansion in Patent Document 2, and uses it for avoiding the reception of excitation light at the time of reading. Stacked.

本発明は、上記事情にかんがみ案出されたもので、その目的とするところは、情報記録媒体あるいは管理対象物にバーコードやＱＲコード等の非可視の情報パターンを印刷し、情報パターンを肉眼認識できない取り扱いを補償すると共に、情報パターンの存在に気付いても情報パターンの情報を解読できる光学読取装置の悪意の開発が極めて困難であり、高いセキュリティシステムを実現でき、あるいは高い品質保証を与える非可視のトレイサビリティを実現できる光学読取方法を提供することにある。   The present invention has been devised in view of the above circumstances. The purpose of the present invention is to print an invisible information pattern such as a barcode or QR code on an information recording medium or an object to be managed, and visually check the information pattern. It is extremely difficult to maliciously develop an optical reader that can compensate for unrecognized handling and can read information pattern information even if it is noticed, and can realize a high security system or provide high quality assurance. An object of the present invention is to provide an optical reading method capable of realizing visible traceability.

上記課題を解決するため、本発明の光学読取方法は、情報記録媒体あるいは管理対象物にコア／シェル型の半導体量子ドットを含有する非可視インクにより非可視の情報パターンが印刷され、該情報パターンに前記半導体量子ドットのバンドギャップよりもエネルギーが高い励起光線を照射すると共に前記半導体量子ドットを熱膨張又は熱収縮させ、かつ該熱膨張又は熱収縮した該半導体量子ドットから、長波長側に遷移する波長又は短波長側に遷移する波長を有する発光を行わせ、該遷移した波長の中の長波長側部分又は短波長側部分に感度を有する光センサで前記発光を受光し前記情報パターンを読み取ること、を特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the optical reading method of the present invention prints an invisible information pattern with an invisible ink containing core / shell type semiconductor quantum dots on an information recording medium or an object to be managed. The semiconductor quantum dot is irradiated with an excitation beam having energy higher than the band gap of the semiconductor quantum dot, and the semiconductor quantum dot is thermally expanded or contracted, and the semiconductor quantum dot that has been thermally expanded or contracted is shifted to a longer wavelength side. To emit light having a wavelength that shifts to the short wavelength side or to the short wavelength side, and receives the light by a photosensor having sensitivity to the long wavelength side portion or the short wavelength side portion of the shifted wavelength and reads the information pattern It is characterized by this.

この構成によれば、情報記録媒体（あるいは管理対象物）に非可視の情報パターンを印刷し、読み取り時にコア／シェル型の半導体量子ドットを熱膨張又は熱収縮させて励起し、そのときに発光する長波長または短波長側に遷移する波長の光を受光し情報の解読を行う。このため、読み取り時以外には非可視の情報パターンの存在を気付かれることない。読み取り時には、コア／シェル型の半導体量子ドットが強い発光を行い、熱膨張又は熱収縮によってその発光の波長が遷移し、その波長を解読可能な光学読取装置を用いることで、情報が解読される。   According to this configuration, an invisible information pattern is printed on an information recording medium (or an object to be managed), and when read, the core / shell type semiconductor quantum dots are excited by thermal expansion or contraction, and light is emitted at that time. The light having a wavelength that shifts to the long wavelength side or the short wavelength side is received and information is decoded. For this reason, the presence of an invisible information pattern is not noticed except during reading. At the time of reading, the core / shell type semiconductor quantum dot emits strong light, the wavelength of the light emission changes due to thermal expansion or contraction, and the information is decoded by using an optical reader capable of decoding the wavelength. .

必要に応じ、前記半導体量子ドットに熱線もしくは高熱又は冷熱を与えることにより前記半導体量子ドットを熱膨張又は熱収縮させることが有効である。   If necessary, it is effective to thermally expand or contract the semiconductor quantum dots by applying heat rays, high heat, or cold to the semiconductor quantum dots.

コア／シェル型の半導体量子ドットは、（１）ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅであるか、（２）ＺｎＳｅナノ粒子にＴｅを加えたものをコアとし、ＺｎＳナノ粒子をシェルとしているものであるか、（３）Ｍｎイオンを含んだＺｎＳナノ粒子をコアとしているものであるか、（４）ＺｎＳナノ粒子をコアとしているものであるか、（５）Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｓ系半導体ナノ粒子をコアとしているものであるか、（６）シリコンナノ粒子をコアとしているものであることが好ましい。 The core / shell type semiconductor quantum dots, (1) whether the CdSe / ZnS e, (2) the plus Te as the core to ZnSe nanoparticles or those that the ZnS nanoparticles and shell, ( 3) Whether ZnS nanoparticles containing Mn ions are used as a core, (4) Whether ZnS nanoparticles are used as a core, or (5) Zn-In-Ag-S based semiconductor nanoparticles are used as a core. Or (6) those having silicon nanoparticles as the core are preferable.

上記構成によれば、情報記録媒体あるいは管理対象物に非可視の情報パターンを印刷し、読み取りの際には発光波長領域が遷移しかつ光の強い発光を実現させることができるので、情報パターンを肉眼認識できない取り扱いを補償すると共に、遷移した波長を解読できる光学読取装置によって情報パターンの確実な情報解読を行うことができる。通常の安価なシリコン系フォトダイオード等の受光素子を用いて感度良く検出できることに加え、リーダーの模倣が難しいので、高いセキュリティあるいは品質保証を与えるシステムを実現できる光学読取方法を実現でき、クレジットカード、キャッシュカード、テレホンカード、ＩＤカード、学生証、スタンプカード、ポイントカード等の偽造、変造、改ざんを防止できるとともに、システムの小型化、省スペース化が可能であり、あるいは非可視のトレイサビリティを実現できる。   According to the above configuration, an invisible information pattern can be printed on an information recording medium or an object to be managed, and when reading, the emission wavelength region can be changed and strong light emission can be realized. The information reading of the information pattern can be reliably decoded by an optical reading device that can compensate for handling that cannot be recognized by the naked eye and can decode the shifted wavelength. In addition to being able to detect with high sensitivity using ordinary light receiving elements such as silicon photodiodes, it is difficult to imitate the reader, so it is possible to realize an optical reading method that can realize a system that gives high security or quality assurance, credit card, Prevents counterfeiting, alteration, and falsification of cash cards, telephone cards, ID cards, student ID cards, stamp cards, point cards, etc., and enables system miniaturization, space saving, or invisible traceability. it can.

図１は第１の実施形態の光学読取方法を説明するための概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the optical reading method of the first embodiment. 図２は室温の半導体量子ドットを励起して発光する光の波長と強さの関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the wavelength and intensity of light emitted by exciting semiconductor quantum dots at room temperature. 図３は半導体量子ドットを熱膨張させて励起して発光する光の波長と強さの関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the wavelength and intensity of light emitted by exciting a semiconductor quantum dot by thermal expansion. 図４は第２の実施形態の光学読取方法に係り、半導体量子ドットを熱収縮させて励起して発光する光の波長と強さの関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wavelength and intensity of light emitted by exciting a semiconductor quantum dot by thermal contraction, according to the optical reading method of the second embodiment.

１０ 情報記録カード
１１ 情報記録媒体
１２ 情報パターン
１３ 発光ダイオード
１４ 光センサ
１５ 情報判定部DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Information recording card 11 Information recording medium 12 Information pattern 13 Light emitting diode 14 Optical sensor 15 Information determination part

以下、本発明の光学読取方法の実施形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of an optical reading method of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔第１の実施形態〕
はじめに、光学読取方法を実施するための構成を説明する。図１は、この実施形態の光学読取方法を説明するための概念図である。図１において、情報記録カード１０は、情報記録媒体（あるいは管理対象物でもよい）１１と、該情報記録媒体１１に印刷された非可視のバーコード、あるいはＱＲコード等の情報パターン１２とからなる。[First Embodiment]
First, a configuration for carrying out the optical reading method will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the optical reading method of this embodiment. In FIG. 1, an information recording card 10 includes an information recording medium (or may be a management target) 11 and an information pattern 12 such as an invisible bar code or QR code printed on the information recording medium 11. .

情報記録媒体１１は、例えばカード本体であり、酸化チタン等の白色顔料を分散、保持した塩化ビニール系シート等から構成され、赤外線、可視光線、及び紫外線を反射する性質を有している。情報記録媒体１１は、例えばキャッシュカード、各種プリペイドカード、テレホンカード、通行カード、健康保険証等が適用される。   The information recording medium 11 is, for example, a card body, is composed of a vinyl chloride sheet or the like in which a white pigment such as titanium oxide is dispersed and held, and has a property of reflecting infrared rays, visible rays, and ultraviolet rays. As the information recording medium 11, for example, a cash card, various prepaid cards, a telephone card, a traffic card, a health insurance card, or the like is applied.

情報パターン１２は、情報記録媒体あるいは管理対象物にコア／シェル型の半導体量子ドットを含有する非可視インクにより非可視の情報パターンが印刷されている。   As the information pattern 12, an invisible information pattern is printed on an information recording medium or an object to be managed with an invisible ink containing core / shell type semiconductor quantum dots.

ここで非可視とは、眼で見ることがほぼできないことを指し、眼で見ることが不可能な不可視のものを含む。非可視のインクや情報パターン１２としては、略透明であるもの、可視光を反射しにくいもの、情報パターン１２を形成する部分の地色、例えば該情報記録媒体１１と略同一の色であるものなどがある。   Here, the term “invisible” means that it is almost impossible to see with eyes, and includes invisible things that cannot be seen with eyes. The invisible ink and the information pattern 12 are substantially transparent, difficult to reflect visible light, and the ground color of the part forming the information pattern 12, for example, substantially the same color as the information recording medium 11 and so on.

コア／シェル型とは、内側の材質のコアを、外側の材質のシェル（殻）で覆った型をいい、量子ドットとは半導体などのナノメートルサイズの微細な粒子である。この実施形態ではＣｄＳｅ／ＺｎＳｅのコア／シェル型の半導体量子ドットを用いている。ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅのコア／シェル型の半導体量子ドットを用いると、トルエン等で良好に分散できて凝集が起こらず、非可視インクとしての使用が良好で、情報パターンを良好に印刷できる。 The core / shell type refers to a type in which a core made of an inner material is covered with a shell made of an outer material, and a quantum dot is a nanometer-sized fine particle such as a semiconductor. In this embodiment, a CdSe / ZnSe core / shell type semiconductor quantum dot is used. With CdSe / ZnS e core / shell type semiconductor quantum dots, it does not occur aggregation can be favorably dispersed in the toluene and the like, a good use as an invisible ink can be favorably print information pattern.

情報パターン１２は、この半導体量子ドットを分散保持する透明なバインダとを含有する非可視インクによりセキュリティ情報が非可視の情報パターン１２として印刷され、隠蔽膜（不図示）で隠蔽され、脱落不能とされる。   The information pattern 12 is printed as a non-visible information pattern 12 with a non-visible ink containing a transparent binder that scatters and holds the semiconductor quantum dots, and is hidden by a masking film (not shown). Is done.

この実施形態の光学読取方法は、励起光Ｈ１を発光する安価な電子部品である発光ダイオード１３と、励起により発光する光線Ｈ２を受光する安価な電子部品である光センサ１４と、情報判定部１５とを有する光学読取装置（符号なし）とを用いる。発光ダイオード１３は、セキュリティ情報に励起光Ｈ１を照射するように設けられ、光センサ１４は、情報パターン１２に含まれるコア／シェル型の半導体量子ドットが励起されて発光する光線Ｈ２を受光するように設けられる。情報パターン１２から情報を読み取るためには、発光ダイオード１３及び光センサ１４の位置関係が固定されたまま、情報パターン１２を有する情報記録カード１０が発光ダイオード１３及び光センサ１４に対して相対的かつ直線的に走査移動される必要があり、この走査移動は、光学読取装置に具備された機械機構によるものであっても、手動操作によるものであっても、どちらでも良い。   The optical reading method of this embodiment includes a light emitting diode 13 that is an inexpensive electronic component that emits excitation light H1, an optical sensor 14 that is an inexpensive electronic component that receives light H2 emitted by excitation, and an information determination unit 15. And an optical reader (no symbol). The light emitting diode 13 is provided so as to irradiate the security information with the excitation light H1, and the optical sensor 14 receives the light beam H2 that is emitted when the core / shell type semiconductor quantum dots included in the information pattern 12 are excited. Is provided. In order to read information from the information pattern 12, the information recording card 10 having the information pattern 12 is relative to the light emitting diode 13 and the optical sensor 14 while the positional relationship between the light emitting diode 13 and the optical sensor 14 is fixed. The scanning movement needs to be performed linearly, and this scanning movement may be either by a mechanical mechanism provided in the optical reader or by manual operation.

発光ダイオード１３は、情報パターン１２に含まれるコア／シェル型の半導体量子ドットのバンドギャップよりもエネルギーが高い励起光Ｈ１を発光するものである。励起光Ｈ１は、照射により情報パターン１２に含まれるコア／シェル型の半導体量子ドットを励起させると共に、情報パターン１２を加熱して半導体量子ドットの熱膨張も起こさせるものである。このため、発光ダイオード１３の励起光Ｈ１を必要に応じて集光レンズを介して集光し情報パターン１２に照射するように構成される。また、発光ダイオード１３については、高出力のものを選択し、あるいは複数使用して照射し、あるいは、赤外線を発光する発光ダイオードと紫外線を発光する発光ダイオードとを併用するものとする。   The light emitting diode 13 emits excitation light H <b> 1 having energy higher than the band gap of the core / shell type semiconductor quantum dots included in the information pattern 12. The excitation light H1 excites the core / shell type semiconductor quantum dots included in the information pattern 12 by irradiation, and heats the information pattern 12 to cause thermal expansion of the semiconductor quantum dots. For this reason, it is configured such that the excitation light H1 of the light emitting diode 13 is condensed through a condensing lens as necessary and irradiated to the information pattern 12. As the light emitting diode 13, a high output one is selected, or a plurality of light emitting diodes are used for irradiation, or a light emitting diode that emits infrared light and a light emitting diode that emits ultraviolet light are used in combination.

光センサ１４は、例えばフォトダイオードを用いることができる。この光センサ１４は、コア／シェル型の半導体量子ドットを含む情報パターン１２が熱膨張した状態で長波長側にシフトして発光する光の長波長側部分の波長に感度を有している必要がある。
具体的には、図２に示すように、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅのコア／シェル型の半導体量子ドットは、熱膨張しない状態で励起されると、粒径が異なる毎に波長が異なる複数の可視光線を発光する。それに対して、図３に示すように、熱膨張した状態で励起されると、長波長側に大きく遷移した粒径が異なる毎に波長が異なる複数の可視光線を発光する。したがって、図３において、図２に示す波長領域から長波長側に外れた範囲Ｙで示す波長領域に感度を有する光センサ１４を用いるものとする。なお、コア／シェル型の半導体量子ドットのコア粒子が単一の粒子径からなる場合にも、同じ関係になるものとする。
ここでは、情報パターン１２が加熱される前の温度及び加熱された後の温度が情報パターン１２に向けた放射温度センサで測定でき、かつ加熱される前の温度（例えば１５℃〜３０℃）から加熱された後の温度（例えば６０℃〜８５℃）までの時間を計測できるようになっていて、光センサ１４は、温度上昇にかかる時間を経過の時点で光センサ１４が発光する光の長波長側部分の波長を受光し得るものとする。As the optical sensor 14, for example, a photodiode can be used. The optical sensor 14 needs to be sensitive to the wavelength of the long wavelength side portion of the light emitted by shifting to the long wavelength side in a state where the information pattern 12 including the core / shell type semiconductor quantum dots is thermally expanded. There is.
Specifically, as shown in FIG. 2, CdSe / ZnSe core / shell type semiconductor quantum dots, when excited without thermal expansion, emit a plurality of visible rays having different wavelengths for different particle sizes. Emits light. On the other hand, as shown in FIG. 3, when excited in a thermally expanded state, a plurality of visible rays having different wavelengths are emitted every time the particle diameter greatly shifted to the long wavelength side is different. Therefore, in FIG. 3, the optical sensor 14 having sensitivity in the wavelength region indicated by the range Y deviating from the wavelength region shown in FIG. 2 to the long wavelength side is used. The same relationship is assumed when the core particles of the core / shell type semiconductor quantum dots have a single particle diameter.
Here, the temperature before the information pattern 12 is heated and the temperature after the heating can be measured by a radiation temperature sensor directed to the information pattern 12, and the temperature before the information pattern 12 is heated (for example, 15 ° C. to 30 ° C.). The time until the temperature after heating (for example, 60 ° C. to 85 ° C.) can be measured, and the optical sensor 14 is the length of light emitted by the optical sensor 14 when the time required for temperature rise has elapsed. It is assumed that the wavelength of the wavelength side portion can be received.

情報判定部１５は、光センサ１４が受光した電気信号（矩形信号）を増幅し情報パターン１２のコード情報を光学的に読み取るように構成される。   The information determination unit 15 is configured to amplify the electrical signal (rectangular signal) received by the optical sensor 14 and optically read the code information of the information pattern 12.

この実施形態の光学読取方法では、情報パターン１２を有する情報記録媒体１１が所定位置に載置され又は送り込まれると、発光ダイオード１３が発光し、情報パターン１２に対して、半導体量子ドットのバンドギャップよりもエネルギーが高い励起光Ｈ１を照射する。励起光Ｈ１は半導体量子ドットを励起させると共に、情報パターン１２を加熱し半導体量子ドットを熱膨張させる。熱膨張した半導体量子ドットは、熱膨張しない場合の該半導体量子ドットから発光する波長（図２）に比べると、図３に示す長波長側に遷移する波長を有する発光を行う。ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅのコア／シェル型の半導体量子ドットは特に得られる発光が強い。この発光は、長波長側部分Ｙに感度を有する光センサ１４で受光する。情報判定部１５は受光した信号をパターン化し、情報パターン１２を読み取り得るか否か、さらに情報パターン１２がデータベースに記録されているデータと照合して一致しているか否かにより、情報パターン１２の真贋を判定する。   In the optical reading method of this embodiment, when the information recording medium 11 having the information pattern 12 is placed or sent in a predetermined position, the light-emitting diode 13 emits light, and the band gap of the semiconductor quantum dots with respect to the information pattern 12 Excitation light H1 having higher energy than that is irradiated. The excitation light H1 excites the semiconductor quantum dots and heats the information pattern 12 to thermally expand the semiconductor quantum dots. The thermally expanded semiconductor quantum dots emit light having a wavelength that shifts to the longer wavelength side shown in FIG. 3 as compared to the wavelength emitted from the semiconductor quantum dots when not thermally expanded (FIG. 2). CdSe / ZnSe core / shell type semiconductor quantum dots have particularly strong light emission. This light emission is received by the optical sensor 14 having sensitivity to the long wavelength side portion Y. The information determination unit 15 patterns the received signal to read the information pattern 12, and further determines whether the information pattern 12 matches the data recorded in the database. Judge authenticity.

この実施形態によれば、情報パターン１２を通常の安価な発光ダイオード１３の発光によって励起することができ、かつ半導体量子ドットから強い光の発光を実現させることができる（量子サイズ効果）から、通常の安価なシリコン系フォトダイオード等の受光素子で感度良く検出できる。   According to this embodiment, the information pattern 12 can be excited by light emission of a normal inexpensive light emitting diode 13 and strong light emission can be realized from the semiconductor quantum dots (quantum size effect). It can be detected with high sensitivity by a light receiving element such as an inexpensive silicon photodiode.

情報記録媒体あるいは管理対象物にバーコードやＱＲコード等の非可視の情報パターンを印刷し、該情報パターンが肉眼認識されない取扱いを補償する一方で、万一ＩＴ技術に熟知した悪意を有する者・組織が、仮に情報記録媒体の表面の印刷膜の微小な盛り上がりから情報パターンの存在に気付いたとしても、インクの模倣製造が難しく、さらに情報パターンの発光源がコア／シェル型の半導体量子ドットであるものと分析し、それに基づいて該半導体量子ドットの通常励起によって発光する光を受光して情報解読を行える光学読取装置を開発しても、該光学読取装置によっては情報パターンの情報解読が行えない。   A non-visible information pattern such as a barcode or QR code is printed on an information recording medium or management target to compensate for handling that the information pattern is not recognized by the naked eye. Even if the organization notices the presence of an information pattern due to the minute rise of the printed film on the surface of the information recording medium, it is difficult to imitate the ink, and the light source of the information pattern is a core / shell type semiconductor quantum dot. Even if an optical reader is developed that can analyze information by receiving light emitted by normal excitation of the semiconductor quantum dots based on that analysis, the information pattern can be decoded depending on the optical reader. Absent.

光学読取装置について、長波長領域に遷移した発光に感度を有する光センサを用いて情報解読を行う構成なので、光学読取装置の模倣製作が難しく、高いセキュリティを有する光学読取方法を実現できる。   Since the optical reader is configured to decode information using an optical sensor having sensitivity to light emission that has shifted to the long wavelength region, it is difficult to imitate the optical reader, and an optical reading method with high security can be realized.

情報パターンの発光源であるコア／シェル型の半導体量子ドットを熱膨張が伴うように励起し、そのときに長波長側に遷移して発光する光の中の長波長側部分に感度を有する光センサで該発光を受光して情報解読を行う構成であるから、特殊な光学読取装置を用いることで、はじめて情報解読ができるものであり、一段と高いセキュリティあるいは品質保証を与えるシステムを実現できる。   Light that is sensitive to the long wavelength side portion of the light that excites the core / shell type semiconductor quantum dots, which are the light source of the information pattern, with thermal expansion and transitions to the long wavelength side at that time. Since the sensor receives the emitted light and decodes the information, the information can be decoded for the first time by using a special optical reader, and a system that can provide higher security or quality assurance can be realized.

なお、この実施形態の変更態様として、前記半導体量子ドットを熱膨張させるための加熱手段が設けられていてもよい。例えば、加熱手段として情報記録カード１０の下部、情報パターン１２が印刷されている裏側に情報記録カードに高熱を与え、情報パターン１２の半導体量子ドットを熱膨張させるための電気ヒータが設けられていてもよい。また、加熱手段として情報パターン１２に対して熱線（赤外線など）を照射する手段が設けられていてもよい。   As a modification of this embodiment, a heating means for thermally expanding the semiconductor quantum dots may be provided. For example, an electric heater for applying high heat to the information recording card and thermally expanding the semiconductor quantum dots of the information pattern 12 is provided as a heating means on the lower side of the information recording card 10 and on the back side on which the information pattern 12 is printed. Also good. Moreover, a means for irradiating the information pattern 12 with heat rays (infrared rays or the like) may be provided as a heating means.

〔第２の実施形態〕
この実施形態は、半導体量子ドットを熱収縮させ、かつ該熱収縮した該半導体量子ドットから、短波長側に遷移する波長を有する発光を行わせ、該遷移した波長の中の短波長側部分に感度を有する光センサで前記発光を受光し前記情報パターンを読み取る構成である。なお、第１の実施形態と重複する部分については同符号を付して説明を省略する。[Second Embodiment]
In this embodiment, the semiconductor quantum dots are thermally contracted, and the semiconductor quantum dots subjected to the thermal contraction are allowed to emit light having a wavelength that transitions to the short wavelength side, and the short wavelength side portion of the transitioned wavelengths is caused to emit light. The light sensor is configured to receive the emitted light and read the information pattern. In addition, about the part which overlaps with 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

この実施形態では、前記半導体量子ドットに冷熱を与えることにより半導体量子ドットを熱収縮させる冷却手段（不図示）が設けられている。ここでは、冷却手段は情報パターン１２に対して０℃〜−１０℃の空気を吹き掛けて、情報パターン１２を０℃前後まで冷却し、情報パターン１２の半導体量子ドットを熱収縮させるものである。なお、情報パターン１２や情報記録カード１１を破損しない範囲でさらに低温の空気や低温のガスを吹き付ける手段を設けてもよい。光センサは、図２に示す波長領域から短波長側に外れた範囲である図４に示すＹａで示す波長領域に感度を有するものを用いるものとする。   In this embodiment, a cooling means (not shown) is provided that thermally cools the semiconductor quantum dots by applying cold heat to the semiconductor quantum dots. Here, the cooling means blows air at 0 ° C. to −10 ° C. on the information pattern 12 to cool the information pattern 12 to around 0 ° C., and heat shrinks the semiconductor quantum dots of the information pattern 12. . Note that means for spraying cooler air or cooler gas may be provided as long as the information pattern 12 and the information recording card 11 are not damaged. As the optical sensor, one having sensitivity in the wavelength region indicated by Ya shown in FIG. 4, which is a range deviating from the wavelength region shown in FIG. 2 to the short wavelength side, is used.

この実施形態では、情報パターン１２を有する情報記録媒体１０が所定位置に載置され又は送り込まれると、冷却手段が情報パターン１２を冷却し、半導体量子ドットを熱収縮させる。そして、発光ダイオード１３が発光し、情報パターン１２に対して半導体量子ドットのバンドギャップよりもエネルギーが高い励起光Ｈ１を照射する。熱収縮した半導体量子ドットは、熱収縮しない場合の該半導体量子ドットから発光する波長（図２）に比べ、図４に示す短波長側に遷移する波長を有する発光を行う。この発光は、長波長側部分Ｙａに感度を有する光センサで受光する。情報判定部１５は受光した信号をパターン化し、情報パターン１２を読み取り得るか否か、さらに情報パターン１２がデータベースに記録されているデータと照合して一致しているか否かにより、情報パターン１２の真贋を判定する。   In this embodiment, when the information recording medium 10 having the information pattern 12 is placed or sent in a predetermined position, the cooling unit cools the information pattern 12 and heat-contracts the semiconductor quantum dots. Then, the light emitting diode 13 emits light, and the information pattern 12 is irradiated with excitation light H1 having energy higher than the band gap of the semiconductor quantum dots. The heat-shrinkable semiconductor quantum dots emit light having a wavelength that shifts to the short wavelength side shown in FIG. 4 compared to the wavelength emitted from the semiconductor quantum dots when the heat-shrinkable semiconductor quantum dots do not shrink (FIG. 2). This light emission is received by an optical sensor having sensitivity to the long wavelength side portion Ya. The information determination unit 15 patterns the received signal to read the information pattern 12, and further determines whether the information pattern 12 matches the data recorded in the database. Judge authenticity.

この実施形態によれば、情報パターン１２の発光源であるコア／シェル型の半導体量子ドットを熱収縮が伴うように励起し、そのときに短波長側に遷移して発光する光の中の短波長側部分に感度を有する光センサで該発光を受光して情報解読を行う構成であるから、特殊な光学読取装置を用いることで、はじめて情報解読ができるものであり、一段と高いセキュリティあるいは品質保証を与えるシステムを実現できる。   According to this embodiment, the core / shell type semiconductor quantum dot that is the light emission source of the information pattern 12 is excited so as to be accompanied by thermal contraction, and at that time, the short wavelength in the light emitted by transitioning to the short wavelength side is emitted. Since the optical sensor with sensitivity on the wavelength side receives the emitted light and decodes the information, the information can be decoded for the first time by using a special optical reader, and the security or quality assurance is much higher. Can be realized.

〔その他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態を技術的範囲に含むものである。上記の実施形態では、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅのコア／シェル型の半導体量子ドットを用いたが、以下のようなコア／シェル型の半導体量子ドットを用いた非可視インクによりセキュリティ情報が印刷されても良い。[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes variously modified forms within the technical scope without departing from the gist of the invention described in the claims. In the above embodiment, the CdSe / ZnSe core / shell type semiconductor quantum dots are used. However, the security information may be printed by invisible ink using the following core / shell type semiconductor quantum dots. .

半導体量子ドットは、ＺｎＳｅナノ粒子をコアに用いても良く、ＺｎＳナノ粒子をコアに用いても良い。例えば、
（１）ＺｎＳｅナノ粒子にＴｅを加えたものをコアとし、ＺｎＳナノ粒子をシェルとする、コア／シェル型の半導体量子ドットを用いても良い。
（２）コア／シェル型の半導体量子ドットが、Ｍｎイオンを含んだＺｎＳナノ粒子をコアとする、コア／シェル型の半導体量子ドットを用いても良い。
（３）Ｚｎ２＋，Ｉｎ３＋，Ａｇ＋を含むチオール錯体を熱分解することにより、Ｉｎ３＋，Ａｇ＋がドープされたＺｎＳナノ粒子（Ｚｎ（１−２ｘ）ＩｎｘＡｇｘＳ）であるコア／シェル型の半導体量子ドットを用いても良い。
（４）コアがＭｎイオンを含んだＺｎＳナノ粒子であるコア／シェル型の半導体量子ドットを用いても良い。
（５）また、Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｓ系半導体ナノ粒子をコアとするコア／シェル型の半導体量子ドットを用いても良い。 The semiconductor quantum dot may use ZnSe nanoparticles for the core, and may use ZnS nanoparticles for the core. For example,
(1) A core / shell type semiconductor quantum dot having a core obtained by adding Te to ZnSe nanoparticles and using a ZnS nanoparticle as a shell may be used.
(2) The core / shell type semiconductor quantum dot may be a core / shell type semiconductor quantum dot having ZnS nanoparticles containing Mn ions as a core.
(3) A core that is a ZnS nanoparticle (Zn (1-2x) In x Ag x S) doped with In 3+ and Ag + by thermally decomposing a thiol complex containing Zn 2+ , In 3+ , and Ag + / Shell type semiconductor quantum dots may be used.
(4) A core / shell type semiconductor quantum dot whose core is a ZnS nanoparticle containing Mn ions may be used.
(5) Alternatively, a core / shell type semiconductor quantum dot having Zn—In—Ag—S based semiconductor nanoparticles as a core may be used.

（６）エルビウムの熱膨張率は、２０℃において、７．６×１０−６／℃であり、これは、２０℃において、２．５×１０−６／℃であるシリコンの熱膨張率の約３倍に当たる。このため、エルビウムを採用することは、膨張による波長のシフトを実現する上で最も好ましい。この場合、シリコンナノ粒子との組み合わせのコア／シェル型の半導体量子ドットとするのが好ましい。
これには、シリコンナノ粒子をコアとしエルビウムナノ粒子をシェルとするものと、エルビウムをコアとしシリコンナノ粒子をシェルとするものの２通りが含まれる。(6) The thermal expansion coefficient of erbium is 7.6 × 10 −6 / ° C. at 20 ° C., which is 2.5 × 10 −6 / ° C. of silicon at 20 ° C. It is about 3 times. For this reason, it is most preferable to use erbium in order to realize a wavelength shift due to expansion. In this case, a core / shell type semiconductor quantum dot in combination with silicon nanoparticles is preferable.
This includes two types: silicon nanoparticles as the core and erbium nanoparticles as the shell, and erbium as the core and silicon nanoparticles as the shell.

シリコンナノ粒子をコアとしエルビウムナノ粒子をシェルとする場合には、シリコンナノ粒子は、１．９ｎｍ〜４．３ｎｍとし、エルビウムナノ粒子は、１．９ｎｍ〜４．３ｎｍとするのが好ましい。   When silicon nanoparticles are used as the core and erbium nanoparticles are used as the shell, the silicon nanoparticles are preferably 1.9 nm to 4.3 nm, and the erbium nanoparticles are preferably 1.9 nm to 4.3 nm.

なお、シリコンナノ粒子をコアとしエルビウムナノ粒子をシェルとした半導体量子ドットについては、該半導体量子ドットを水中に分散して２２℃〜９０℃の範囲で水温を温めてから、波長３２５ｎｍの励起光を照射すると、半導体量子ドットから波長７２０〜７４０ｎｍの発光が得られることが確認されている。   For semiconductor quantum dots having silicon nanoparticles as the core and erbium nanoparticles as the shell, the semiconductor quantum dots are dispersed in water and the water temperature is increased in the range of 22 ° C. to 90 ° C., and then excitation light having a wavelength of 325 nm is used. , It has been confirmed that light emission with a wavelength of 720 to 740 nm can be obtained from the semiconductor quantum dots.

また、エルビウムナノ粒子をコアとし、シリコンナノ粒子をシェルとする場合には、エルビウムナノ粒子は、１．９ｎｍ〜４．３ｎｍとし、シリコンナノ粒子は、１．９ｎｍ〜４．３ｎｍとするのが好ましい。   When erbium nanoparticles are used as the core and silicon nanoparticles are used as the shell, the erbium nanoparticles should be 1.9 nm to 4.3 nm, and the silicon nanoparticles should be 1.9 nm to 4.3 nm. preferable.

なお、エルビウムナノ粒子をコアとし、シリコンナノ粒子をシェルとした半導体量子ドットについては、該半導体量子ドットを水中に分散して２２℃〜９０℃の範囲で水温を温めてから、波長３２５ｎｍの励起光を照射すると、半導体量子ドットから波長７２０〜７４０ｎｍの強い発光が得られることが確認されている。   For semiconductor quantum dots having erbium nanoparticles as the core and silicon nanoparticles as the shell, the semiconductor quantum dots are dispersed in water and the water temperature is raised in the range of 22 ° C. to 90 ° C., and then excitation with a wavelength of 325 nm is performed. It has been confirmed that strong light emission with a wavelength of 720 to 740 nm can be obtained from semiconductor quantum dots when irradiated with light.

また、表面に酸素をドーピングさせたシリコンナノ粒子、あるいは内部が酸化している酸化シリコンナノ粒子をコア又はシェルに用い、エルビウムをシェル又はコアに用いたコア／シェル型の半導体量子ドットとすると、一層強い光を放射するので好ましい。   Further, when silicon nanoparticles having oxygen doped on the surface, or silicon oxide nanoparticles whose inside is oxidized are used as a core or shell, and a core / shell type semiconductor quantum dot using erbium as a shell or core, This is preferable because it emits stronger light.

さらに、シリコンナノ粒子をコアとするコア／シェル型の半導体量子ドットは、複数の炭化水素基がシリコンナノ粒子内のそれぞれのＳｉ原子と結合し、Ｓｉ原子の表面が炭化水素基で覆われたものを用いてもよい。この半導体量子ドットは、発光波長及び発光効率の低下を防止され、紫外線励起により可視光を発光することができる。またＭｇ２ＳｉとＳｉＣｌ４（四塩化珪素）との反応条件により粒径を調整することができるので好ましい。Furthermore, in the core / shell type semiconductor quantum dot having silicon nanoparticles as the core, a plurality of hydrocarbon groups are bonded to respective Si atoms in the silicon nanoparticles, and the surface of the Si atoms is covered with the hydrocarbon groups. A thing may be used. This semiconductor quantum dot is prevented from lowering the emission wavelength and emission efficiency, and can emit visible light by ultraviolet excitation. Further preferably it is possible to adjust the particle size by the reaction conditions of the Mg 2 Si and SiCl 4 (silicon tetrachloride).

本発明は、各種カードの真贋判定に利用できる他に、製品アイテムを追跡するトレイサビリティの非可視情報の読み取りに利用できる。なお、本発明は、半導体レーザダイオードを励起光の光源とすることを排除するものではない。また、非可視の情報パターンの印刷の上に又は一側近傍に並べて、通常の可視インクでバーコードやＱＲコード等の可視の情報パターンを印刷し、光学読取装置が非可視の情報パターンを光学読取するだけでなく、可視の情報パターンを光学読取する場合も、本発明に含まれる。   The present invention can be used not only for authenticity determination of various cards but also for reading invisible information of traceability for tracking product items. Note that the present invention does not exclude using a semiconductor laser diode as a light source of excitation light. In addition, a visible information pattern such as a barcode or QR code is printed with normal visible ink on top of the invisible information pattern or arranged in the vicinity of one side, and the optical reading device optically converts the invisible information pattern. The present invention includes not only reading but also optical reading of a visible information pattern.

本発明はカードや証明書の偽造、変造、改ざんを防止できるとともに、システムの小型化、省スペース化が可能であり、あるいは非可視のトレイサビリティを実現でき、情報保持の必要とされる分野に広く貢献できるものである。   The present invention can prevent counterfeiting, alteration, and falsification of cards and certificates, and can reduce the size and space of the system, or can realize invisible traceability, and can be used in fields that require information retention. It can contribute widely.

Claims (10)

情報記録媒体あるいは管理対象物にコア／シェル型の半導体量子ドットを含有する非可視インクにより非可視の情報パターンが印刷され、該情報パターンに前記半導体量子ドットのバンドギャップよりもエネルギーが高い励起光線を照射すると共に前記半導体量子ドットを熱膨張又は熱収縮させ、かつ該熱膨張又は熱収縮した該半導体量子ドットから、長波長側に遷移する波長又は短波長側に遷移する波長を有する発光を行わせ、該遷移した波長の中の長波長側部分又は短波長側部分に感度を有する光センサで前記発光を受光し前記情報パターンを読み取ること、を特徴とする光学読取方法。   An invisible information pattern is printed on an information recording medium or an object to be managed by an invisible ink containing core / shell type semiconductor quantum dots, and excitation light having energy higher than the band gap of the semiconductor quantum dots is printed on the information pattern. The semiconductor quantum dots are thermally expanded or contracted, and the semiconductor quantum dots that have been thermally expanded or contracted emit light having a wavelength that transitions to the long wavelength side or a wavelength that transitions to the short wavelength side. An optical sensor having sensitivity to a long wavelength side portion or a short wavelength side portion of the shifted wavelength, and reading the information pattern by reading the information pattern. 前記半導体量子ドットに熱線もしくは高熱又は冷熱を与えることにより前記半導体量子ドットを熱膨張又は熱収縮させることを特徴とする請求項１に記載の光学読取方法。   The optical reading method according to claim 1, wherein the semiconductor quantum dots are thermally expanded or contracted by applying heat rays, high heat, or cold to the semiconductor quantum dots. 前記コア／シェル型の半導体量子ドットが、ＣｄＳｅ／ＺｎＳｅであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学読取方法。 Optical reading method according to claim 1 or 2 wherein the core / shell type semiconductor quantum dots, characterized in that it is a CdSe / ZnS e. 前記コア／シェル型の半導体量子ドットが、ＺｎＳｅナノ粒子にＴｅを加えたものをコアとし、ＺｎＳナノ粒子をシェルとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学読取方法。   3. The optical reading method according to claim 1, wherein the core / shell type semiconductor quantum dots are obtained by adding Te to ZnSe nanoparticles as a core, and using ZnS nanoparticles as a shell. 前記コア／シェル型の半導体量子ドットが、Ｍｎイオンを含んだＺｎＳナノ粒子をコアとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学読取方法。   The optical reading method according to claim 1, wherein the core / shell type semiconductor quantum dots have ZnS nanoparticles containing Mn ions as a core. 前記コア／シェル型の半導体量子ドットが、ＺｎＳナノ粒子をコアとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学読取方法。   The optical reading method according to claim 1, wherein the core / shell type semiconductor quantum dots have ZnS nanoparticles as a core. 前記コア／シェル型の半導体量子ドットが、Ｚｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｓ系半導体ナノ粒子をコアとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学読取方法。   3. The optical reading method according to claim 1, wherein the core / shell type semiconductor quantum dots have Zn—In—Ag—S based semiconductor nanoparticles as a core. 4. 前記コア／シェル型の半導体量子ドットが、シリコンナノ粒子をコアとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学読取方法。   The optical reading method according to claim 1, wherein the core / shell type semiconductor quantum dots have silicon nanoparticles as a core. 前記コア／シェル型の半導体量子ドットが、エルビウムをシェルとすることを特徴とする請求項８に記載の光学読取方法。   9. The optical reading method according to claim 8, wherein the core / shell type semiconductor quantum dot uses erbium as a shell. 前記コア／シェル型の半導体量子ドットが、エルビウムをコアとし、シリコンナノ粒子をシェルとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学読取方法。
3. The optical reading method according to claim 1, wherein the core / shell type semiconductor quantum dots have erbium as a core and silicon nanoparticles as a shell.
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