情報記録媒体、その読取装置及びその読取方法
【課題】目視上目立たない高耐久性かつ安価な情報記録媒体でありながら十分な強度及び高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能な情報読取システムを提供する。
【解決手段】情報読取システム１であって、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを発光物質として有する情報記録媒体と、当該情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する光源３１と、当該情報記録媒体から発光した可視光または近赤外光を受光するカメラ３４とを備える。
【解決手段】情報読取システム１であって、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを発光物質として有する情報記録媒体と、当該情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する光源３１と、当該情報記録媒体から発光した可視光または近赤外光を受光するカメラ３４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アップコンバージョン過程を用いた発光物質を蛍光材料とした情報記録媒体、それに記録された情報を光学的に読み取る読取装置及び読取方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーコードのように、光学的に読み取り可能な情報が記録された情報記録部を有する情報記録媒体が、様々な分野で利用されている。近年では、高密度の情報量を与えることのできる二次元バーコードのパターンを有する情報記録部も開発されており、今後広く普及していくものと予想される。
【０００３】
これらのコードパターンの読み取り原理は、基材の下地の部分と白黒で構成されたコードパターンのコントラストとが利用されている。例えば、バーコードパターンについては、発光ダイオードや半導体レーザからの光をバーコードパターンに照射し、下地とバーコードパターンの反射率の相違に基づいて、パターン部分の幅を検出する。この幅に基づいて情報が読み取られる。また、黒色のみならずカラーコードパターンも存在するが、読み取り原理は上記と全く同一である。
【０００４】
しかし、このような肉眼で明瞭に視認できるコードパターンの場合、コードパターンが付与される商品によってはコードパターンが視覚上邪魔になることがある。このため、見えないコードパターン（ステルス印刷など）に対する要求が高まってきている。この方式として、コードパターンを光吸収色素で形成し、光をこのコードパターンに照射して反射した反射光を読み取る方式や、コードパターンを蛍光体で形成し、その発光スペクトルを読み取る方式などが提案されている（特許文献１及び２）。
【０００５】
上記方式では、目視上、コードパターンが邪魔になることはない。また、光吸収色素で形成されたコードパターンの場合、従来の読取装置の光源を近赤外光源に置換するだけで、それに吸収のある色素で形成されたコードパターンの読み取りも可能である。また、従来の黒色コードパターンも赤外光を吸収するので、赤外光源を用いた読取装置で黒色コードパターンを読み取ることも可能であり、システムの互換性も保たれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１２９４４号公報
【特許文献２】特開２００６−０７９４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光吸収色素で形成されたコードパターンは、温度や水分など環境に対する耐久性が一般の蛍光体と比較して著しく低い。
【０００８】
また、蛍光体で形成されたコードパターンの場合、発光スペクトルを観測するために、光源として紫外光が広く使われている。この紫外光による励起方式の場合には、製品の素材、例えば、紙やプラスチックそのものが発光するため、蛍光体の発光スペクトルを検知するには添加すべき蛍光体の濃度を上げる必要がある。これは、発光スペクトルを用いて情報を識別する場合、出力信号のＳ／Ｎ比を確保しなければならず、信号レベルを上げて相対的に外乱光や背景雑音などの不要な信号成分を除去するためである。
【０００９】
しかし、添加濃度を上げると、素材の変色や劣化が生じ、同時に多量の蛍光体が必要となるので製品の製造コストの上昇をもたらす。
【００１０】
さらには、紫外光照射方式の場合、製品の劣化、濃い色を素材としたときの発光の困難性、及び、製品の多くに紫外線遮蔽剤が添加されていること、などの課題を有する。これらにより、スペクトルの検知が困難であり、紫外光励起による発光スペクトルの読み取り方式は実用されるには至っていない。
【００１１】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高耐久性及び低添加濃度の蛍光体を有し目視上目立たない安価な情報記録媒体、当該情報記録媒体から十分な強度及び高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能な読取装置及び読取方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る情報記録媒体は、光学的に読み取り可能な情報が記録されている情報記録媒体であって、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを有し、近赤外光または赤外光が照射されることにより励起され、当該励起により可視域から近赤外域までの光を発光する発光物質を備えることを特徴とする。
【００１３】
ランタノイド系元素は、４ｆ軌道に電子を持っており、可視光および近赤外光の波長領域に、波長幅の狭い、多くの光吸収帯を持つ。また、アクチノイド系元素及び遷移金属元素は、近赤外域に広い光吸収帯を持つ。よってこれらの元素は、適切な光源からの照射により、２段階あるいは多段階の励起がなされ、励起波長よりも短波長の光を生成でき（アップコンバージョン）、強い光励起が可能であり十分な発光強度が得られる。
【００１４】
本構成をとることにより、発光物質の添加濃度が低く、目視上目立たず、かつ、製品の光退色に影響されない高耐久性を有する情報記録媒体を実現することが可能となる。これは、近赤外光または赤外光が、窒化物である当該情報記録媒体に照射されることにより、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされることによるものである。このアップコンバージョンによる発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【００１５】
また、前記ランタノイド系元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのいずれかであり、前記アクチノイド系元素は、Ｕであり、前記遷移金属元素は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ及びＰｔのいずれかであることが好ましい。
【００１６】
アップコンバージョン過程は、同種または異種のイオン間のエネルギー伝達と非輻射遷移過程など多くの過程を含んでいる。よって、アップコンバージョン過程は、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素及び遷移金属元素であるドーパント（ゲスト材料）並びに窒化物であるホスト材料の種類と濃度などの因子あるいは励起方法によって影響を受ける。
【００１７】
本構成をとることにより、ドーパントとして使用可能な元素が多様なので、当該情報記録媒体を用いた読取システム仕様の多様性が向上する。
【００１８】
また、前記窒化物は、酸素を含有してもよい。
【００１９】
本発明の情報記録媒体は窒化物であり、例えば、安価な金属酸化物および還元剤として粉末炭素を原料とし、高温下で酸化物原料を還元すると共に雰囲気ガスで窒化するという、いわゆる、炭素還元窒化法によって簡便に合成される。炭素還元窒化法により、得られる蛍光体試料中の酸素濃度は効果的に低減され、これにより、蛍光体の発光強度が改善される。この場合、合成した蛍光体中の残留酸素濃度は１％未満とすることが好ましいが、ゲスト材料及びホスト材料の組み合わせにより、窒化物中に酸素が含有されていても所望の発光強度を得ることが可能である。
【００２０】
また、前記情報記録媒体は、不可視であることが好ましい。
【００２１】
これにより、本発明の情報記録媒体は目視されないので、当該情報記録媒体が付随された製品のデザイン自由度が拡大され、また、情報の秘匿性が向上する。さらに、従来の情報記録媒体の有する情報に加え、蛍光スペクトルパターンが情報として付加されるので、当該情報を利用するシステムの多様性が向上する。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る読取装置は、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載された情報記録媒体に記録されている情報を読み取る読取装置であって、前記情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する光源と、前記光源からの前記近赤外光または赤外光が照射された前記情報記録媒体の前記発光物質が励起されることにより発光する可視域から近赤外域までの光を受光する光学的読取部とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本構成をとることにより、光源から近赤外光または赤外光が照射されることにより、情報記録媒体でアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。また、近赤外光または赤外光の光源としては、高出力、小型かつ安価な多種類の半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用できるので装置の低廉化や小型化を実現することが可能となる。
【００２４】
また、さらに、前記光学的読取部で受光した可視光または近赤外光によって生成された発光スペクトルパターンと、予め記憶されている発光スペクトルパターンとを照合する照合部を備えてもよい。
【００２５】
これにより、バーコードに代表される情報記録媒体の形状パターンによる情報に加え、出力光の発光スペクトルのパターンを暗号として認識させることが可能であるので、情報の秘匿性が向上する。
【００２６】
また、前記光源は、１つの光源からなり、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射することが好ましい。
【００２７】
これにより、ランタノイド系元素の希土類イオン、アクチノイド系元素のイオンまたは遷移金属元素のイオンの有する２段階のエネルギー準位に対し、１種類のピーク波長を有する励起光を情報記録媒体に照射することにより、当該情報記録媒体にてアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされる。この可視域から近赤外域までの発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【００２８】
また、前記光源は、２つの異なる光源からなり、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射することが好ましい。
【００２９】
これにより、ランタノイド系元素の希土類イオン、アクチノイド系元素のイオンまたは遷移金属元素のイオンの有する２段階のエネルギー準位に対し、２種類のエネルギーレベルを有する励起光を情報記録媒体に照射できる。本照射によっても、当該情報記録媒体にてアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされる。この可視域から近赤外域までの発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【００３０】
また、２つの異なる光源から放射される励起光のパワーを独立に調整することにより、異なる発光スペクトルパターンを得ることが可能となる。よって、１光源照射によるアップコンバージョン方式で得られる発光スペクトルパターンに比べ、発光スペクトルのバリエーションが増加するので、情報識別能力が向上する。
【００３１】
また、前記光源は、２つの異なる光源からなり、それぞれ、異なるタイミングで、近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射してもよい。
【００３２】
これにより、情報記録媒体に対し、まず第１のタイミングで励起光を照射することにより、当該情報記録媒体の有するイオンを、近赤外光または赤外光を発光できる励起状態へと励起する。その後、第２のタイミングで励起光を照射することにより、上記イオンを更に高い励起状態へと励起し可視域から近赤外域までの光を発光させることが可能となる。この可視域から近赤外域までの発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【００３３】
また、第１のタイミングと第２のタイミングとの照射タイミングのズレは、ゲスト材料が、最初の励起光照射により励起状態となるのに必要な時間及び励起状態の寿命が考慮される。この照射タイミングのズレにより、同一波長または異なる波長による２光源からの励起でも、アップコンバージョンを効果的に発生させることができ、発光強度を制御することが可能である。
【００３４】
なお、本発明は、このような特徴的な手段を備える情報記録媒体及び読取装置を備えた光学的読取システムとして実現できる。
【００３５】
また、本発明は、このような特徴的な手段を備える情報記録媒体及び読取装置として実現することができるだけでなく、当該情報記録媒体の読取方法として実現できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、情報記録媒体が備える低濃度の希土類イオン等が多段階励起されることにより可視光及び近赤外光が有効に発生し、光学的な読取装置により十分な強度及び高Ｓ／Ｎ比を有する信号を有効に検出することが可能となる。また、目視上目立たない情報記録媒体であるので、製品のデザインを損なわず、安価に製造できる。また、読取装置の構成要素として、可視光や近赤外光を扱う簡便な送受信デバイスが適用されるので、読取装置の小型化、簡素化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における情報読取システムの機能構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る二次元バーコードの平面図の一例である。
【図３】アップコンバージョンの過程を説明するエネルギーバンド図の一例である。
【図４】（ａ）は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙの発光スペクトルを表すグラフである。（ｂ）は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍの発光スペクトルを表すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る読み取り方法を説明する動作フローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２における情報読取システムの機能構成図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る、２つの異なる光源からの励起光照射によるアップコンバージョンの概念図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る情報読取システムの応用例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（実施の形態１）
本実施の形態における情報読取システムは、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを発光物質として有し光学的に読み取り可能な情報が記録されている情報記録媒体と、当該情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する１つの光源と、当該情報記録媒体から発光した可視光及び近赤外光を受光する光学的読取部を有する読取装置とを備える。これにより、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
図１は本発明の実施の形態１における情報読取システムの機能構成図である。同図における情報読取システム１は、二次元透明バーコード２と、二次元透明バーコードリーダ３とを備える。
【００４１】
二次元透明バーコード２は、商品の表面などに付与され、商品管理のための情報記録媒体としての機能を有する。
【００４２】
図２は、本発明の実施の形態に係る二次元バーコードの平面図の一例である。同図に記載されたように、二次元透明バーコード２は、蛍光部２１により表された透明な格子状のパターンにより特定の情報を表している。蛍光部２１は、製品４の表面上あるいはその内部に目視では透明なコードパターンを有する情報記録部であり、蛍光体２１１が透明インク２１２に添加されたものである。
【００４３】
蛍光体２１１は、例えば、ゲスト材料２１１Ａとホスト材料２１１Ｂとを有する。
【００４４】
ゲスト材料２１１Ａは、光源３１から照射された赤外光または近赤外光により、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの光を発光する機能を有する。アップコンバージョン過程については後述する。
【００４５】
ホスト材料２１１Ｂは、例えば、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8では、ＳｉＮ4の正四面体の構造が網目状に連なった緻密な構造を持つために温度変化や湿度変化などに対する耐性が酸化物蛍光体よりも優れている。この耐性を有するホスト材料２１１Ｂを構成する元素の一部とゲスト材料２１１Ａの元素とが置換することで、ホスト材料２１１Ｂがゲスト材料２１１Ａを含有する構造をとる。よって、ゲスト材料２１１Ａもまた、温度変化や湿度変化などに対する耐性を有することが可能となる。また、ホスト材料２１１Ｂは、空間的に広い格子間配置を持っているので、ホスト材料２１１Ｂの構成元素の一部がゲスト材料２１１Ａと置換可能となり、また、ホスト材料２１１Ｂを構成する格子間にゲスト材料２１１Ａを取り込み易い。
【００４６】
なお、蛍光体２１１を構成するゲスト材料２１１Ａ及びホスト材料２１１Ｂの混合形態は様々であり、図２に記載されたようなゲスト材料２１１Ａを囲むようにホスト材料２１１Ｂが存在する混合形態には限られない。
【００４７】
例えば、ホスト材料２１１Ｂの結晶構造の一部が、ゲスト材料２１１Ａで置換された構造も、上記混合形態に含まれる。
【００４８】
また、蛍光体２１１の形態は、微粒子、粉体、ガラス、固溶体、結晶、またはこれらが複合した材料である。
【００４９】
ホスト材料２１１Ｂは、窒化物であり、例えば、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8、ＣａＳｉＮ2、ＣａＡｌＳｉＮ3、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8などが挙げられる。また、上記の例示材料より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記物質に限定されるものではない。
【００５０】
なお、ホスト材料２１１Ｂの窒化物は、酸素を含んでいてもよい。
【００５１】
ゲスト材料２１１Ａとしては、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕのランタノイド系元素の窒化物、Ｕなどのアクチノイド系元素の窒化物、及びＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ及びＰｔの遷移金属元素の窒化物を例示できる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記物質に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、ランタノイド系元素は、４ｆ軌道に電子を持っており、可視光および近赤外光の波長領域に、波長幅の狭い、多くの光吸収帯を持つ。また、アクチノイド系元素及び遷移金属元素は、近赤外域に広い光吸収帯を持つ。よってこれらの元素は、適切な光源からの照射により、強い光励起が可能であり十分な発光強度が得られる。
【００５３】
本構成をとることにより、蛍光体２１１の添加濃度が低く、目視上目立たず、かつ、製品の光退色に影響されない高耐久性を有する二次元透明バーコード２を実現することが可能となる。後述するアップコンバージョンによる可視光発光やそれに付随した近赤外光の発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【００５４】
ホスト材料２１１Ｂに添加するゲスト材料２１１Ａの濃度は、０．００１ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下が好ましい。さらに好ましくは、０．０１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下である。
【００５５】
また二次元透明バーコード２に対する蛍光部２１に対するホスト材料２１１Ｂの濃度は、０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下が好ましい。さらに好ましくは、０．１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下である。
【００５６】
なお、本実施の形態では、蛍光部２１は、製品４に直接添付されているが、蛍光部２１が塗布または印刷などされた基材が製品４に添付されてもよい。その場合、基材は、例えば、紙、プラスチック、木材、ガラスまたは樹脂、金属などが用いられる。これらの材料は、要求される特性に応じて任意に選択される。また、流通過程前の製品を基材とすることも可能である。
【００５７】
また、蛍光部２１の表面は、紫外線遮蔽剤などの表面保護層を塗布あるいは接着あるいは蒸着などが施されていてもよい。
【００５８】
また、蛍光部２１およびその下地から構成されるコードパターンは、１次元バーコードパターンであってもよい。
【００５９】
また、二次元透明バーコード２は、製品の一面またはその一部に添付されるだけでなく、製品の二つ以上の面または形状に添付されてもよいし、各面に全面的に添付されてもよい。
【００６０】
なお、透明インク２１２は、二次元透明バーコード２の用途により、透明でなくてもよい。例えば、二次元透明バーコード２が印刷インクやフィルムとして製品へ供される際には、蛍光部２１は、蛍光体２１１と結着剤、分散剤および助剤などとを混合して形成されてもよい。再び図１に戻って、本発明の実施の形態における情報読取システムの説明をする。
【００６１】
二次元透明バーコードリーダ３は、情報記録媒体である二次元透明バーコード２の情報を光学的に読み取る読取装置である。二次元透明バーコードリーダ３は、光源３１と、分光器３３と、カメラ３４と、情報処理部３５と、制御部３６とを備える。
【００６２】
光源３１は、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を放射する機能を有し、例えば、様々な半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。上記近赤外光または赤外光を放射するこれらのデバイスは、紫外光を放射するデバイスと比較して、高出力でありながら小型で安価であるという利点を有する。
【００６３】
分光器３３は、光源３１から二次元透明バーコード２に照射された近赤外光または赤外光により、二次元透明バーコード２から発光した可視域から近赤外域までの光を分光する機能を有する。分光器３３は、例えば、ミラーまたはレンズと回折格子とを組み合わせた小型のもので構成される。
【００６４】
なお、後述する情報処理部３５で、コードパターンのみを読み取る場合には、分光器３３は、分光機能を備える必要はなく、バンドパスフィルタまたは他の光学分散素子のみを備えてもよい。
【００６５】
カメラ３４は、分光器３３で分光された可視域から近赤外域までの光を受光する光学的読取部であり、これを画像情報へ変換する機能を有する。カメラ３４は、例えば、受光センサとしてＣＣＤを備える。
【００６６】
なお、外乱光を除去するため、発光成分の変調または時間分解方式を組み合わせることにより、受光した信号が高Ｓ／Ｎ化され、コードパターンや発光スペクトルパターンの読み取りの高精度化が図られる。
【００６７】
情報処理部３５は、カメラ３４で変換された画像情報を処理することにより、二次元透明バーコード２のコードパターンを解読し、また、分光器３３の分光結果を用いて上記可視域から近赤外域までの光の波長及び強度の分布を表した発光スペクトルを生成し、解析する。スペクトル解析には、重み付き最小二乗法、ニューラルネットワーク、最小二乗平均誤差規範などのアルゴリズムを反映した解析プログラムを用いてスペクトルを評価、分析する。
【００６８】
また、情報処理部３５は、上記スペクトル解析にて得られた発光スペクトルと、予めメモリ等に記憶している暗号または予め外部入力された暗号とを照合する照合部としての機能を有する。照合された発光スペクトルが上記暗号と一致した場合、情報処理部３５は、後述する制御部３６に対して、照合完了信号を出力する。
【００６９】
制御部３６は、外部装置との通信あるいは情報の送受信を行う機能を有する。また、制御部３６は、二次元透明バーコードリーダ３の有する各構成要素である光源３１、分光器３３、カメラ３４ならびに情報処理部３５を制御する。制御部３６は、例えば、情報処理部３５から出力された発光パターンやコードパターンの輝度やコントラストなどを評価することにより、光源３１の放射強度を調整する。また、制御部３６は、情報処理部３５から上記照合完了信号を受信することにより、コードパターンから解読した情報をディスプレイに表示するか否かの決定を行う。
【００７０】
以上の構成により、本発明の二次元透明バーコード２は目視されないので、二次元透明バーコード２が付与された製品のデザイン自由度が拡大され、また、情報の秘匿性が向上する。さらに、従来の二次元バーコードの有するコードパターン情報に加え、蛍光スペクトルパターンが情報として付加されるので、当該情報を利用するシステムの多様性が向上する。
【００７１】
ここで、光源３１から二次元透明バーコード２への近赤外光または赤外光の照射により可視光発光が生じる原理について説明する。この赤外光励起により可視発光する原理は、アップコンバージョン過程によるものである。
【００７２】
蛍光体の発光波長は、通常、励起波長よりも長波長側に観測されるのに対して、ある種の蛍光材料は励起波長より短い波長、即ち高いエネルギー領域において発光を呈する。発光波長の高いエネルギーへの変換をアップコンバージョンと言う。アップコンバージョンが可能な蛍光材料として、例えば、希土類イオンが挙げられる。
【００７３】
ランタノイド系元素の希土類イオン、アクチノイド系元素のイオン及び遷移金属元素のイオンは、複数の離散的なエネルギー準位を有するため、２段階あるいは多段階の励起を行うことによって励起波長よりも短波長の光を生成できる。この短波長の光生成には、量子カウンター作用やイオン間の相互緩和によるエネルギー伝達過程が関連している。つまり、アップコンバージョン過程は、同種または異種のイオン間のエネルギー伝達や非輻射遷移過程など、多くの過程が含まれる。よって、アップコンバージョン過程は、ホスト材料やゲスト材料（ドーパント）の種類と濃度などの因子あるいは励起方法によって影響を受ける。
【００７４】
例えば、Ｅｒ3+イオンにおいて、２段階の赤外光励起によって可視光が得られるが、Ｅｒ3+イオンだけでは赤外／可視光変換効率は低い。１９６０年代はじめには、Ｆ．ＡｕｚｅｌがＹｂ3+イオンとＥｒ3+イオンを共添加することにより上記変換効率の顕著な増感効果を見出している。このとき、赤外光源を励起源として比較的簡単な方法で緑色光が発生できることが明らかになった。つまり、Ｙｂ3+イオン（増感剤）によって吸収されたエネルギーがＥｒ3+イオン（活性剤）へエネルギー伝達され、可視光が生じる。Ｙｂ3+イオンは励起状態の準位が一つのみであるため波長１μｍ付近の吸収強度が強い。また、励起子どうしの衝突によりエネルギーが相互変換されてしまう濃度消光の影響も低く、励起状態の寿命が比較的長いので有効な増感作用が起こる。
【００７５】
図３は、アップコンバージョンの過程を説明するエネルギーバンド図の一例である。図３に記載されたように、Ｙｂ3+イオンＡ及びＹｂ3+イオンＢによって吸収された赤外励起光のエネルギーは、Ｅｒ3+イオンに２段階の過程でエネルギーが伝達される。まず、Ｙｂ3+イオンＡからＥｒ3+イオンへエネルギー伝達Ａがなされる。これにより、Ｅｒ3+イオンのエネルギー準位は、赤外発光が可能な励起準位Ａへと上昇する。一方、Ｙｂ3+イオンＡのエネルギー準位は、基底状態に戻る。次に、Ｙｂ3+イオンＢからＥｒ3+イオンへエネルギー伝達Ｂがなされる。これにより、既に励起準位ＡとなっていたＥｒ3+イオンのエネルギー準位は、可視発光が可能な励起準位Ｂへと上昇する。一方、Ｙｂ3+イオンＢのエネルギー準位は、基底状態に戻る。このＹｂ3+イオンを増感剤として用いた場合の赤外／可視光変換効率は、Ｅｒ3+イオン単独の場合に比べて大幅に向上する。
【００７６】
なお、活性剤としては、Ｅｒ3+イオンの代わりにＴｍ3+イオンやＨｏ3+イオンなどが使用される。上記アップコンバージョン過程の応用例としては、希土類イオンを添加したファイバーレーザ、特に弗化物ファイバーの半導体レーザ励起によるものが知られている。
【００７７】
また、アップコンバージョンが起こる場合には、同時に、励起エネルギーの一部およびアップコンバージョンエネルギーと発光エネルギーとの差のエネルギーが、フォノン過程としてホスト材料などの外部へ離散する。また、Ｙｂ3+イオンやＥｒ3+イオンの赤外発光として励起エネルギーが放出される。これらにより、赤外発光と可視光の両方をバーコードの読み取り信号に利用することが可能である。
【００７８】
次に、上述した蛍光体２１１の作製方法及び蛍光体２１１のアップコンバージョンによる発光スペクトルの測定結果を実施例１及び実施例２に示す。
【００７９】
（実施例１）
蛍光体２１１としてＣａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙの作製方法を以下に説明する。
【００８０】
まず、ＣａＣＯ3、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3の原料を化学量論比で秤量する。
【００８１】
次に、メノウ乳鉢で充分に上記原料を混合した後、炭素坩堝に入れる。
【００８２】
次に、ＣａＣＯ3を分解するために１２００℃で２時間熱処理を行う。
【００８３】
次に、５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１５００〜１６００℃で６時間焼成することにより、混合された上記原料を還元、窒化してＣａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙを合成する。このとき、Ｅｕの添加量は２原子％、Ｄｙの添加量は２原子％である。
【００８４】
なお、上記合成プロセスでは、Ｃａの供給源として、ＣａＣＯ3を使用したが、ＣａＣＯ3以外にＣａＨ2、Ｃａ3Ｎ2であってもよい。
【００８５】
合成した上記蛍光体試料の結晶相の同定を、粉末Ｘ線回折測定（ＸＲＤ、Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＮＴ−２２００）により実行した。また、上記蛍光体試料の組成および酸素・窒素濃度を、それぞれエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ、ＨＯＲＩＢＡ製ＥＭＡＸ ＥＸ−２２０Ｅ）及び酸素窒素分析装置（ＨＯＲＩＢＡ製ＥＭＧＡ−５５０）を用いて評価した。また、上記蛍光体試料中の炭素分析を、分析装置（ＨＯＲＩＢＡ製ＥＭＩＡ−５２０）を用いて評価した。
【００８６】
上述した蛍光体試料の分析評価により、上記蛍光体試料が、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙであることが同定された。
【００８７】
図４（ａ）は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙの発光スペクトルを表すグラフである。横軸はアップコンバージョンによる蛍光体の発光波長を表し、縦軸はその強度を表す。蛍光および励起スペクトルの測定を、分光蛍光光度計（日立ハイテク製Ｆ−４５００）により行った。また、拡散反射スペクトルを、紫外・可視分光光度計（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製ＵＶ−２５５０）により測定した。近赤外光励起による発光スペクトルの評価には、近赤外光源（波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲）を用い、上記蛍光体試料の発光スペクトルを装置（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ製ＵＳＢ２０００）及び分光蛍光光度計（日立ハイテク製Ｆ−４５００）を用いて測定した。
【００８８】
図４（ａ）に表された蛍光スペクトルは、１種類のピーク波長１０７８ｎｍの励起光が上記蛍光体試料に照射されたときのものであり、１０７８ｎｍの励起光に対し、当該励起光よりも波長の短い６００ｎｍ付近をピークとした蛍光スペクトルが現れている。
【００８９】
なお、本実施例では、１０７８ｎｍの波長を有する励起光を採用したが、上記蛍光体試料は、当該励起光に限られず、近赤外光または赤外光であれば、アップコンバージョンによる蛍光スペクトルを得ることが可能となる。
【００９０】
以上の結果により、作製した蛍光体試料は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙであり、近赤外光または赤外光の励起光の照射により、可視域から近赤外域までの範囲に属する光を発光することが確認された。
【００９１】
（実施例２）
蛍光体２１１としてＣａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍの作製方法を以下に説明する。
【００９２】
まず、ＣａＣＯ3、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3の原料を化学量論比で秤量する。
【００９３】
次に、メノウ乳鉢で充分に上記原料を混合した後、炭素坩堝に入れる。
【００９４】
次に、ＣａＣＯ3を分解するために１２００℃で２時間熱処理を行う。
【００９５】
次に、５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１５００〜１６００℃で４時間焼成することにより、混合された上記原料を還元、窒化してＣａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍを合成する。このとき、Ｅｕの添加量は０．５原子％、Ｄｙの添加量は０．５原子％である。
【００９６】
合成した上記蛍光体試料の結晶相の同定、上記蛍光体試料の組成および酸素・窒素濃度評価及び上記蛍光体試料中の炭素分析は、実施例１と同様の方法にて行われた。
【００９７】
上述した蛍光体試料の分析評価により、上記蛍光体試料が、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍであることが同定された。
【００９８】
図４（ｂ）は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍの発光スペクトルを表すグラフである。蛍光及び励起スペクトルの測定、拡散反射スペクトルの測定、近赤外光励起による発光スペクトルの評価及び上記蛍光体試料の発光スペクトルの測定は、実施例１と同様の方法にて行われた。
【００９９】
図４（ｂ）に表された蛍光スペクトルは、１種類のピーク波長１０７８ｎｍの励起光が上記蛍光体試料に照射されたときのものであり、１０７８ｎｍの励起光に対し、当該励起光よりも波長の短い６００ｎｍ付近をピークとした蛍光スペクトルが現れている。
【０１００】
なお、本実施例では、１０７８ｎｍの波長を有する励起光を採用したが、上記蛍光体試料は、当該励起光に限られず、近赤外光または赤外光であれば、アップコンバージョンによる蛍光スペクトルを得ることが可能となる。
【０１０１】
以上の結果により、作製した蛍光体試料は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍであり、近赤外光または赤外光の励起光の照射により、可視域から近赤外域までの範囲に属する光を発光することが確認された。
【０１０２】
なお、上述した実施例１及び実施例２において、Ｃａの供給源として、ＣａＣＯ3を使用したが、ＣａＣＯ3以外にＣａＣＮ2であってもよい。つまり、ＣａＣＮ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3及びＤｙ2Ｏ3またはＴｍ2Ｏ3の原料を化学量論比で秤量後、メノウ乳鉢で充分に混合した後、窒化硼素坩堝に入れて１２００℃で２時間熱処理を行った後、５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１６００℃で６時間焼成し、蛍光体を合成しても良い。
【０１０３】
また、上述した実施例１及び実施例２において、還元剤としての炭素として、及び窒化のための窒素の供給源としてメラミン（Ｃ3Ｈ6Ｎ6）を用いても良い。つまり、ＣａＣＯ3、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3及びＤｙ2Ｏ3またはＴｍ2Ｏ3の原料を化学量論比で秤量後、メノウ乳鉢で充分に混合した後、メラミン（Ｃ3Ｈ6Ｎ6）を添加し、窒化硼素坩堝に入れて高周波誘導加熱炉を用いて５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１５００〜１６００℃で６時間焼成し、蛍光体を合成しても良い。
【０１０４】
また、実施例１及び実施例２において、Ｃａイオンの原料供給及び還元剤の両方の機能として、カルシウム・カルボン酸塩である蟻酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯＯ）2）または酢酸カルシウム（Ｃａ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）またはプロピオン酸カルシウム（Ｃａ（Ｃ2Ｈ5ＣＯＯ）2）を用い、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3及びＤｙ2Ｏ3またはＴｍ2Ｏ3を原料に用いても良い。これらの原料をメノウ乳鉢で充分に混合した後、窒化硼素坩堝に入れて高周波誘導加熱炉を用いて３０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１６００℃で６時間焼成して蛍光体を合成しても良い。
【０１０５】
上述した実施例１及び実施例２による蛍光体の作製方法は、安価な金属酸化物および還元剤として粉末炭素を原料とし、高温下で酸化物原料を還元すると共に雰囲気ガスで窒化するという、いわゆる、炭素還元窒化法によって簡便に合成するものである。炭素還元窒化法により、得られる蛍光体試料中の酸素濃度は効果的に低減され、これにより、蛍光体の発光強度が改善される。また、残留する炭素による発光強度への影響を抑えるため、分子性炭素原子を用いることが好ましい。分子性炭素原子は、粉末状の炭素に比べて反応性が高い。また、上述したカルボン酸塩では、分解した際に粉末炭素混合時に比べて炭素が試料中に細かく均等に分散すると考えられることから、還元反応の効率が良く、均一に進み、蛍光強度が向上する。これにより、合成した蛍光体中の残留酸素濃度及び炭素濃度は、それぞれ、１％未満とすることが可能となる。
【０１０６】
実施例１及び実施例２で例示したような蛍光体を情報記録媒体として、また、図１に記載された情報読取システムにより、発光物質の添加濃度が低く、目視上目立たず、かつ、製品の光退色に影響されない高耐久性を有する情報記録媒体を実現することが可能となる。これは、近赤外光または赤外光が、窒化物である当該情報記録媒体に照射されることにより、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされることによるものである。このアップコンバージョンによる発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【０１０７】
なお、上記実施例は例示であり、本願発明は実施例１及び実施例２に記載された物質に限定されるものではない。また、製造方法についても上記実施例は例示であり、本願発明は実施例１及び実施例２に記載された製造方法に制限されるものではない。
【０１０８】
次に、本発明の実施の形態１に係る読取方法について説明する。
【０１０９】
図５は、本発明の実施の形態に係る読取方法を説明する動作フローチャートである。
【０１１０】
まず、制御部３６は、光源３１から、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を蛍光部２１の蛍光体２１１に照射させる（ステップＳ１０）。
【０１１１】
次に、蛍光体２１１は、ステップＳ１０で照射された近赤外光または赤外光により、励起状態となり、可視域から近赤外域までの光を発光する。制御部３６は、カメラ３４に、発光した可視域から近赤外域までの光を受光させる（ステップＳ２０）。カメラ３４は、受光した可視域から近赤外域までの光を画像情報に変換し、コードパターンを生成する。
【０１１２】
最後に、制御部３６は、情報処理部３５に、上記可視域から近赤外域までの光の波長及び強度の分布を表した発光スペクトルを生成する。生成された発光スペクトルと、予め記憶されている発光スペクトルパターンまたは暗号とを照合する（ステップＳ３０）。照合された発光スペクトルが上記発光スペクトルパターンまたは暗号と一致した場合、情報処理部３５は、制御部３６に対して、照合完了信号を出力する。
【０１１３】
以上の読取ステップにより、窒化物である蛍光体２１１でアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。また、近赤外光または赤外光の光源としては、高出力、小型かつ安価な多種類の半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用できるので装置の低廉化や小型化を実現することが可能となる。
【０１１４】
また、バーコードに代表される情報記録媒体の形状パターンによる情報に加え、出力光の発光スペクトルのパターンを暗号として認識させることが可能であるので、情報の秘匿性が向上する。
【０１１５】
なお、上述した読取ステップにおいて、発光スペクトルの照合を行うステップＳ３０はなくてもよい。この場合においても、カメラ３４で生成されたコードパターンにより、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【０１１６】
（実施の形態２）
本実施の形態における情報読取システムは、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを発光物質として有し光学的に読み取り可能な情報が記録されている情報記録媒体と、当該情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する２つの異なる光源及び当該情報記録媒体から発光した可視光及び近赤外光を受光する光学的読取部を有する読取装置とを備える。これにより、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【０１１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１１８】
図６は、本発明の実施の形態２における情報読取システムの機能構成図である。同図における情報読取システム１１は、二次元透明バーコード２と、二次元透明バーコードリーダ１３とを備える。
【０１１９】
本実施の形態に係る情報読取システム１１は、図１に記載された実施の形態１に係る情報読取システム１と比較して、二次元透明バーコードリーダ１３が２つの異なる光源を有する点のみが異なる。以下、図１に記載された実施の形態１に係る情報読取システムと同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【０１２０】
二次元透明バーコードリーダ１３は、情報記録媒体である二次元透明バーコード２の情報を光学的に読み取る読取装置である。二次元透明バーコードリーダ１３は、光源３２ａ及び３２ｂと、分光器３３と、カメラ３４と、情報処理部４５と、制御部４６とを備える。
【０１２１】
光源３２ａ及び３２ｂは、特定の波長の近赤外光または赤外光を放射する機能を有し、例えば、様々な半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。上記近赤外光または赤外光を放射するこれらのデバイスは、紫外光を放射するデバイスと比較して、高出力でありながら小型で安価であるという利点を有する。また、光源３２ａ及び３２ｂは、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を放射する。
【０１２２】
分光器３３は、光源３２ａ及び３２ｂから二次元透明バーコード２に照射された近赤外光または赤外光により、二次元透明バーコード２から発光した可視域から近赤外域までの光を分光する機能を有する。分光器３３は、例えば、ミラーまたはレンズと回折格子とを組み合わせた小型のもので構成される。
【０１２３】
情報処理部４５は、カメラ３４で変換された画像情報を処理することにより、二次元透明バーコード２のコードパターンを解読し、また、分光器３３の分光結果を用いて上記可視域から近赤外域までの光の波長及び強度の分布を表した発光スペクトルを生成し、解析する。スペクトル解析には、重み付き最小二乗法、ニューラルネットワーク、最小二乗平均誤差規範などのアルゴリズムを反映した解析プログラムを用いてスペクトルを評価、分析する。
【０１２４】
また、情報処理部４５は、上記スペクトル解析にて得られた発光スペクトルと、予めメモリ等に記憶している暗号または予め外部入力された暗号とを照合する照合部としての機能を有する。照合された発光スペクトルが上記暗号と一致した場合、情報処理部４５は、後述する制御部４６に対して、照合完了信号を出力する。
【０１２５】
制御部４６は、外部装置との通信あるいは情報の送受信を行う機能を有する。また、制御部４６は、二次元透明バーコードリーダ１３の有する各構成要素である光源３２ａ及び３２ｂ、分光器３３、カメラ３４ならびに情報処理部４５を制御する。制御部４６は、例えば、情報処理部４５から出力された発光パターンやコードパターンの輝度やコントラストなどを評価することにより、光源３２ａ及び３２ｂの放射強度を調整する。また、制御部４６は、情報処理部４５から上記照合完了信号を受信することにより、コードパターンから解読した情報をディスプレイに表示するか否かの決定を行う。
【０１２６】
以上の構成により、本発明の二次元透明バーコード２は目視されないので、二次元透明バーコード２が付与された製品のデザイン自由度が拡大され、また、情報の秘匿性が向上する。さらに、従来の二次元バーコードの有するコードパターン情報に加え、蛍光スペクトルパターンが情報として付加されるので、当該情報を利用するシステムの多様性が向上する。
【０１２７】
ここで、光源３２ａ及び３２ｂから二次元透明バーコード２への近赤外光または赤外光の照射により可視光発光が生じる原理について説明する。この赤外光励起により可視発光する原理は、アップコンバージョン過程によるものである。
【０１２８】
図７は、本発明の実施の形態に係る、２つの異なる光源からの励起光照射によるアップコンバージョンの概念図及びその蛍光スペクトルである。本実施の形態においては、光源３２ａから、波長λCを有する励起光Ｃが蛍光体２１１に照射され、ゲスト材料２１１Ａのエネルギー準位が励起準位Ｃへと上昇する。一方、光源３２ｂから、波長λDを有する励起光Ｄが蛍光体２１１に照射され、励起準位Ｃに上昇しているゲスト材料２１１Ａのエネルギー準位がさらに励起準位Ｄへと上昇する。このとき、波長λC及びλDは、ゲスト材料２１１Ａのエネルギー準位を、それぞれ、励起準位Ｃ及びＤへ効率よく上昇させるのに必要なエネルギーを有する波長が選択されている。これにより、蛍光体２１１は、励起準位Ｄ及びＣに対応する励起エネルギーを可視光及び近赤外光として外部へ放射する。
【０１２９】
情報処理部４５は、この放射された可視光及び近赤外光を、分光器３３及びカメラ３４を介し、蛍光スペクトルパターンおよびコードパターンへと変換する。
【０１３０】
光源３２ａ及び３２ｂは、例えば、波長が７００ｎｍから２０００ｎｍの半導体レーザまたはＬＥＤである。２光源３２ａ及び３２ｂの波長として、それぞれ、８１０ｎｍ及び９４０ｎｍ、または、８５０ｎｍ及び９８０ｎｍなどの組み合わせが挙げられる。
【０１３１】
本発明の実施の形態に係る情報読取システムによれば、Ｅｕ及びＴｍをゲスト材料とした窒化物にて、励起光が２段階に吸収された後、アップコンバージョン発光が生じる。なお、上記と同様の線幅を有する発光スペクトルは、窒化物中のＥｕイオン及びＴｍイオンのみならず、他の希土類イオンにおいても観測される。このとき、ホスト材料とゲスト材料の選択及び組み合わせにより、発光物質の励起波長や発光波長は変化するので、様々な発光スペクトルパターンを実現することが可能となる。
【０１３２】
また、光源３２ａ及び３２ｂから放射される励起光のパワーを独立に調整することにより、蛍光体２１１の材料及び組み合わせが同一であっても、上記発光スペクトルパターンの各々の発光強度を変化させることができる。つまり、２つの異なる光源を有する本発明の構成によれば、励起光のパワーを変化させることにより、異なる発光スペクトルパターンを得ることが可能となる。よって、本発明の構成は、１光源照射によるアップコンバージョン方式で得られる発光スペクトルパターンに比べ、発光スペクトルのバリエーションが増加するので、情報識別能力が向上する。
【０１３３】
本実施の形態は、２つの異なる光源から異なる波長を有する近赤外光または赤外光が同時に照射されることにより発生するアップコンバージョンを利用するものである。
【０１３４】
これに対し、２つの異なる光源から同一の波長または異なる波長を有する近赤外光または赤外光が、異なるタイミングで照射されることによりアップコンバージョンを発生させることが可能である。例えば、まず、ゲスト材料がＥｕ及びＴｍ、ホスト材料が窒化物である二次元バーコードに対し、光源３２ａから波長８１０ｎｍの赤外励起光を照射する。その後０．２ｍｓ遅れて光源３２ｂから、光源３２ａと同じ波長または異なる波長（９４０ｎｍ）を有する赤外励起光を二次元バーコードに照射する。この照射タイミングのズレは、ゲスト材料のＥｕ及びＴｍが、光源３２ａによる最初の励起光照射により励起状態となるのに必要な時間及び励起状態の寿命が考慮される。この照射タイミングのズレにより、同一波長または異なる波長による２光源からの励起でも、アップコンバージョンを効果的に発生させることができ、発光強度を制御することが可能である。
【０１３５】
次に、本発明の実施の形態２に係る読取方法について説明する。
【０１３６】
図５は、本発明の実施の形態に係る読取方法を説明する動作フローチャートである。
【０１３７】
まず、制御部４６は、２つの異なる光源３２ａ及び３２ｂから、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を蛍光部２１の蛍光体２１１に照射させる（ステップＳ１０）。
【０１３８】
次に、蛍光体２１１は、ステップＳ１０で照射された、異なる波長を有する近赤外光または赤外光により、励起状態となり、可視域から近赤外域までの光を発光する。制御部４６は、カメラ３４に、発光した可視域から近赤外域までの光を受光させる（ステップＳ２０）。カメラ３４は、受光した可視域から近赤外域までの光を画像情報に変換し、コードパターンを生成する。
【０１３９】
最後に、制御部４６は、情報処理部４５に、上記可視域から近赤外域までの光の波長及び強度の分布を表した発光スペクトルを生成する。生成された発光スペクトルと、予め記憶されている発光スペクトルパターンまたは暗号とを照合する（ステップＳ３０）。照合された発光スペクトルが上記発光スペクトルパターンまたは暗号と一致した場合、情報処理部４５は、制御部４６に対して、照合完了信号を出力する。
【０１４０】
以上の読取ステップにより、窒化物である蛍光体２１１でアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。また、近赤外光または赤外光の光源としては、高出力、小型かつ安価な多種類の半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用できるので装置の低廉化や小型化を実現することが可能となる。
【０１４１】
また、バーコードに代表される情報記録媒体の形状パターンによる情報に加え、出力光の発光スペクトルのパターンを暗号として認識させることが可能であるので、情報の秘匿性が向上する。
【０１４２】
また、２つの異なる光源から放射される励起光のパワーを独立に調整することにより、異なる発光スペクトルパターンを得ることが可能となる。よって、１光源照射によるアップコンバージョン方式で得られる発光スペクトルパターンに比べ、発光スペクトルのバリエーションが増加するので、情報識別能力が向上する。
【０１４３】
なお、上述した読取ステップにおいて、発光スペクトルの照合を行うステップＳ３０はなくてもよい。この場合においても、カメラ３４で生成されたコードパターンにより、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【０１４４】
なお、ステップＳ１０において、２つの異なる光源から同一の波長または異なる波長を有する近赤外光または赤外光を、異なるタイミングで照射させることによりアップコンバージョンを発生させることが可能である。この照射タイミングのズレにより、同一波長または異なる波長による２光源からの励起でも、アップコンバージョンを効果的に発生させることができ、発光強度を制御することが可能である。
【０１４５】
図８は、本発明の実施の形態１及び２に係る情報読取システムの応用例を表す図である。同図における情報読取システムは、透明な二次元透明バーコード２と携帯電話５によって構成される。携帯電話５は、二次元透明バーコードリーダ３と表示部５１とを備える。二次元透明バーコード２の有する情報が、携帯電話５に内蔵される小型の二次元透明バーコードリーダ３によって読み取られる。携帯電話５を、情報読み取りモードに設定し、二次元透明バーコード２に近づけることにより、光源３１（または３２ａ及び３２ｂ）から放射された励起光が二次元透明バーコード２に照射される。これにより、二次元透明バーコード２から発光した可視域から近赤外域までの光が、分光器で分光され、カメラで受光され、情報処理部で、発光スペクトルパターン及びコードパターンとして情報処理される。情報処理部は、上記発光スペクトルパターンと、予め取得されている暗号とを照合し、照合完了信号を制御部に出力する。制御部は、照合完了信号により、二次元透明バーコード２が認識されたか否かを表示部５１へ表示する。二次元透明バーコード２が認識された場合には、制御部はコードパターンに含まれる情報を表示部５１へ表示させる。
【０１４６】
この構成により、二次元透明バーコード２はＩＣチップと比較すると情報量が限られるものの、コードパターンに加えて発光スペクトルパターンによる情報を提供することが可能である。よって、本発明の情報読取システムは、従来の二次元バーコードの情報量を凌ぐ情報量を処理することが可能である。また、発光スペクトルパターンは、上述したゲスト材料及びホスト材料を含有する蛍光体が微量添加されていれば、情報読み取りが可能であるので、高耐久性及び低コスト化が図られる。また、二次元パターンの破損があっても、発光スペクトルパターンは読み取ることができるので、情報の喪失を防止することが可能である。また、上述したように、発光スペクトルパターンによる暗号化が可能であるので、情報改竄の危険性が低い。
【０１４７】
また、紫外光励起に対して近赤外光励起の場合は、製品の光退色による影響が著しく低く、素材の発光などの不要な背景雑音信号成分がほとんどない。よって、近赤外光励起のため、微量な蛍光体濃度であっても十分な強度で蛍光体の信号を検知できることが特長である。近赤外光の光源としては、光出力の高い、小型かつ安価な多種類の半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用できるので装置の大きさによる制約が緩和される。
【０１４８】
また、これらの光源によって励起される蛍光体材料を複数添加することにより、発光スペクトルの多重化が可能であり、情報量を増大させることが可能となる。
【０１４９】
なお、二次元透明バーコードリーダ３に代表される本発明の読取装置は、簡便な半導体レーザや発光ダイオードを光源として利用でき、また、分光器やカメラも簡易的に構成できるので、携帯電話に内蔵可能な程度の大きさが可能である。さらには、故障の原因を簡易的に調べられるメンテナンス機能を備えていることが望ましい。
【０１５０】
また、二次元透明バーコードリーダ３は、用途によっては、可視域のみに感度がある安価なＣＣＤを備えても良い。あるいは、可視域のみならず近赤外域にも感度がある高感度なＣＣＤを備えても良く、可視光用と近赤外光用の２種類のカメラ及び分光器を備えることも考えられる。
【０１５１】
また、本発明の情報読取システムによれば、発光スペクトルの観測波長は、３００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が可能である。また、本システムの小型化または高精度化を実現するためには、発光スペクトルの観測波長を、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下に設定することが好ましい。また、発光スペクトルの観測波長を４５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光に限定することにより、本システムの更なる小型化または高精度化が実現される。
【０１５２】
以上、本発明の情報記録媒体、その読取装置及び読取方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施に施したものも、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明に係る情報記録媒体、その読取装置及びその読取方法は、製造、販売、流通、リサイクル及びセキュリティなどの分野における一連の商品管理の手段として有用であり、特に秘匿性の高い情報を有する製品ラベルや商品の外観を損なわない広告宣伝媒体に適正がある。
【符号の説明】
【０１５４】
１、１１ 情報読取システム
２ 二次元透明バーコード
３、１３ 二次元透明バーコードリーダ
４ 製品
５ 携帯電話
２１ 蛍光部
３１、３２ａ、３２ｂ 光源
３３ 分光器
３４ カメラ
３５、４５ 情報処理部
３６、４６ 制御部
５１ 表示部
２１１ 蛍光体
２１１Ａ ゲスト材料
２１１Ｂ ホスト材料
２１２ 透明インク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アップコンバージョン過程を用いた発光物質を蛍光材料とした情報記録媒体、それに記録された情報を光学的に読み取る読取装置及び読取方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーコードのように、光学的に読み取り可能な情報が記録された情報記録部を有する情報記録媒体が、様々な分野で利用されている。近年では、高密度の情報量を与えることのできる二次元バーコードのパターンを有する情報記録部も開発されており、今後広く普及していくものと予想される。
【０００３】
これらのコードパターンの読み取り原理は、基材の下地の部分と白黒で構成されたコードパターンのコントラストとが利用されている。例えば、バーコードパターンについては、発光ダイオードや半導体レーザからの光をバーコードパターンに照射し、下地とバーコードパターンの反射率の相違に基づいて、パターン部分の幅を検出する。この幅に基づいて情報が読み取られる。また、黒色のみならずカラーコードパターンも存在するが、読み取り原理は上記と全く同一である。
【０００４】
しかし、このような肉眼で明瞭に視認できるコードパターンの場合、コードパターンが付与される商品によってはコードパターンが視覚上邪魔になることがある。このため、見えないコードパターン（ステルス印刷など）に対する要求が高まってきている。この方式として、コードパターンを光吸収色素で形成し、光をこのコードパターンに照射して反射した反射光を読み取る方式や、コードパターンを蛍光体で形成し、その発光スペクトルを読み取る方式などが提案されている（特許文献１及び２）。
【０００５】
上記方式では、目視上、コードパターンが邪魔になることはない。また、光吸収色素で形成されたコードパターンの場合、従来の読取装置の光源を近赤外光源に置換するだけで、それに吸収のある色素で形成されたコードパターンの読み取りも可能である。また、従来の黒色コードパターンも赤外光を吸収するので、赤外光源を用いた読取装置で黒色コードパターンを読み取ることも可能であり、システムの互換性も保たれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２１２９４４号公報
【特許文献２】特開２００６−０７９４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光吸収色素で形成されたコードパターンは、温度や水分など環境に対する耐久性が一般の蛍光体と比較して著しく低い。
【０００８】
また、蛍光体で形成されたコードパターンの場合、発光スペクトルを観測するために、光源として紫外光が広く使われている。この紫外光による励起方式の場合には、製品の素材、例えば、紙やプラスチックそのものが発光するため、蛍光体の発光スペクトルを検知するには添加すべき蛍光体の濃度を上げる必要がある。これは、発光スペクトルを用いて情報を識別する場合、出力信号のＳ／Ｎ比を確保しなければならず、信号レベルを上げて相対的に外乱光や背景雑音などの不要な信号成分を除去するためである。
【０００９】
しかし、添加濃度を上げると、素材の変色や劣化が生じ、同時に多量の蛍光体が必要となるので製品の製造コストの上昇をもたらす。
【００１０】
さらには、紫外光照射方式の場合、製品の劣化、濃い色を素材としたときの発光の困難性、及び、製品の多くに紫外線遮蔽剤が添加されていること、などの課題を有する。これらにより、スペクトルの検知が困難であり、紫外光励起による発光スペクトルの読み取り方式は実用されるには至っていない。
【００１１】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高耐久性及び低添加濃度の蛍光体を有し目視上目立たない安価な情報記録媒体、当該情報記録媒体から十分な強度及び高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能な読取装置及び読取方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る情報記録媒体は、光学的に読み取り可能な情報が記録されている情報記録媒体であって、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを有し、近赤外光または赤外光が照射されることにより励起され、当該励起により可視域から近赤外域までの光を発光する発光物質を備えることを特徴とする。
【００１３】
ランタノイド系元素は、４ｆ軌道に電子を持っており、可視光および近赤外光の波長領域に、波長幅の狭い、多くの光吸収帯を持つ。また、アクチノイド系元素及び遷移金属元素は、近赤外域に広い光吸収帯を持つ。よってこれらの元素は、適切な光源からの照射により、２段階あるいは多段階の励起がなされ、励起波長よりも短波長の光を生成でき（アップコンバージョン）、強い光励起が可能であり十分な発光強度が得られる。
【００１４】
本構成をとることにより、発光物質の添加濃度が低く、目視上目立たず、かつ、製品の光退色に影響されない高耐久性を有する情報記録媒体を実現することが可能となる。これは、近赤外光または赤外光が、窒化物である当該情報記録媒体に照射されることにより、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされることによるものである。このアップコンバージョンによる発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【００１５】
また、前記ランタノイド系元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのいずれかであり、前記アクチノイド系元素は、Ｕであり、前記遷移金属元素は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ及びＰｔのいずれかであることが好ましい。
【００１６】
アップコンバージョン過程は、同種または異種のイオン間のエネルギー伝達と非輻射遷移過程など多くの過程を含んでいる。よって、アップコンバージョン過程は、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素及び遷移金属元素であるドーパント（ゲスト材料）並びに窒化物であるホスト材料の種類と濃度などの因子あるいは励起方法によって影響を受ける。
【００１７】
本構成をとることにより、ドーパントとして使用可能な元素が多様なので、当該情報記録媒体を用いた読取システム仕様の多様性が向上する。
【００１８】
また、前記窒化物は、酸素を含有してもよい。
【００１９】
本発明の情報記録媒体は窒化物であり、例えば、安価な金属酸化物および還元剤として粉末炭素を原料とし、高温下で酸化物原料を還元すると共に雰囲気ガスで窒化するという、いわゆる、炭素還元窒化法によって簡便に合成される。炭素還元窒化法により、得られる蛍光体試料中の酸素濃度は効果的に低減され、これにより、蛍光体の発光強度が改善される。この場合、合成した蛍光体中の残留酸素濃度は１％未満とすることが好ましいが、ゲスト材料及びホスト材料の組み合わせにより、窒化物中に酸素が含有されていても所望の発光強度を得ることが可能である。
【００２０】
また、前記情報記録媒体は、不可視であることが好ましい。
【００２１】
これにより、本発明の情報記録媒体は目視されないので、当該情報記録媒体が付随された製品のデザイン自由度が拡大され、また、情報の秘匿性が向上する。さらに、従来の情報記録媒体の有する情報に加え、蛍光スペクトルパターンが情報として付加されるので、当該情報を利用するシステムの多様性が向上する。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る読取装置は、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載された情報記録媒体に記録されている情報を読み取る読取装置であって、前記情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する光源と、前記光源からの前記近赤外光または赤外光が照射された前記情報記録媒体の前記発光物質が励起されることにより発光する可視域から近赤外域までの光を受光する光学的読取部とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本構成をとることにより、光源から近赤外光または赤外光が照射されることにより、情報記録媒体でアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。また、近赤外光または赤外光の光源としては、高出力、小型かつ安価な多種類の半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用できるので装置の低廉化や小型化を実現することが可能となる。
【００２４】
また、さらに、前記光学的読取部で受光した可視光または近赤外光によって生成された発光スペクトルパターンと、予め記憶されている発光スペクトルパターンとを照合する照合部を備えてもよい。
【００２５】
これにより、バーコードに代表される情報記録媒体の形状パターンによる情報に加え、出力光の発光スペクトルのパターンを暗号として認識させることが可能であるので、情報の秘匿性が向上する。
【００２６】
また、前記光源は、１つの光源からなり、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射することが好ましい。
【００２７】
これにより、ランタノイド系元素の希土類イオン、アクチノイド系元素のイオンまたは遷移金属元素のイオンの有する２段階のエネルギー準位に対し、１種類のピーク波長を有する励起光を情報記録媒体に照射することにより、当該情報記録媒体にてアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされる。この可視域から近赤外域までの発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【００２８】
また、前記光源は、２つの異なる光源からなり、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射することが好ましい。
【００２９】
これにより、ランタノイド系元素の希土類イオン、アクチノイド系元素のイオンまたは遷移金属元素のイオンの有する２段階のエネルギー準位に対し、２種類のエネルギーレベルを有する励起光を情報記録媒体に照射できる。本照射によっても、当該情報記録媒体にてアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされる。この可視域から近赤外域までの発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【００３０】
また、２つの異なる光源から放射される励起光のパワーを独立に調整することにより、異なる発光スペクトルパターンを得ることが可能となる。よって、１光源照射によるアップコンバージョン方式で得られる発光スペクトルパターンに比べ、発光スペクトルのバリエーションが増加するので、情報識別能力が向上する。
【００３１】
また、前記光源は、２つの異なる光源からなり、それぞれ、異なるタイミングで、近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射してもよい。
【００３２】
これにより、情報記録媒体に対し、まず第１のタイミングで励起光を照射することにより、当該情報記録媒体の有するイオンを、近赤外光または赤外光を発光できる励起状態へと励起する。その後、第２のタイミングで励起光を照射することにより、上記イオンを更に高い励起状態へと励起し可視域から近赤外域までの光を発光させることが可能となる。この可視域から近赤外域までの発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【００３３】
また、第１のタイミングと第２のタイミングとの照射タイミングのズレは、ゲスト材料が、最初の励起光照射により励起状態となるのに必要な時間及び励起状態の寿命が考慮される。この照射タイミングのズレにより、同一波長または異なる波長による２光源からの励起でも、アップコンバージョンを効果的に発生させることができ、発光強度を制御することが可能である。
【００３４】
なお、本発明は、このような特徴的な手段を備える情報記録媒体及び読取装置を備えた光学的読取システムとして実現できる。
【００３５】
また、本発明は、このような特徴的な手段を備える情報記録媒体及び読取装置として実現することができるだけでなく、当該情報記録媒体の読取方法として実現できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、情報記録媒体が備える低濃度の希土類イオン等が多段階励起されることにより可視光及び近赤外光が有効に発生し、光学的な読取装置により十分な強度及び高Ｓ／Ｎ比を有する信号を有効に検出することが可能となる。また、目視上目立たない情報記録媒体であるので、製品のデザインを損なわず、安価に製造できる。また、読取装置の構成要素として、可視光や近赤外光を扱う簡便な送受信デバイスが適用されるので、読取装置の小型化、簡素化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における情報読取システムの機能構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る二次元バーコードの平面図の一例である。
【図３】アップコンバージョンの過程を説明するエネルギーバンド図の一例である。
【図４】（ａ）は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙの発光スペクトルを表すグラフである。（ｂ）は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍの発光スペクトルを表すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る読み取り方法を説明する動作フローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２における情報読取システムの機能構成図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る、２つの異なる光源からの励起光照射によるアップコンバージョンの概念図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る情報読取システムの応用例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（実施の形態１）
本実施の形態における情報読取システムは、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを発光物質として有し光学的に読み取り可能な情報が記録されている情報記録媒体と、当該情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する１つの光源と、当該情報記録媒体から発光した可視光及び近赤外光を受光する光学的読取部を有する読取装置とを備える。これにより、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
図１は本発明の実施の形態１における情報読取システムの機能構成図である。同図における情報読取システム１は、二次元透明バーコード２と、二次元透明バーコードリーダ３とを備える。
【００４１】
二次元透明バーコード２は、商品の表面などに付与され、商品管理のための情報記録媒体としての機能を有する。
【００４２】
図２は、本発明の実施の形態に係る二次元バーコードの平面図の一例である。同図に記載されたように、二次元透明バーコード２は、蛍光部２１により表された透明な格子状のパターンにより特定の情報を表している。蛍光部２１は、製品４の表面上あるいはその内部に目視では透明なコードパターンを有する情報記録部であり、蛍光体２１１が透明インク２１２に添加されたものである。
【００４３】
蛍光体２１１は、例えば、ゲスト材料２１１Ａとホスト材料２１１Ｂとを有する。
【００４４】
ゲスト材料２１１Ａは、光源３１から照射された赤外光または近赤外光により、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの光を発光する機能を有する。アップコンバージョン過程については後述する。
【００４５】
ホスト材料２１１Ｂは、例えば、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8では、ＳｉＮ4の正四面体の構造が網目状に連なった緻密な構造を持つために温度変化や湿度変化などに対する耐性が酸化物蛍光体よりも優れている。この耐性を有するホスト材料２１１Ｂを構成する元素の一部とゲスト材料２１１Ａの元素とが置換することで、ホスト材料２１１Ｂがゲスト材料２１１Ａを含有する構造をとる。よって、ゲスト材料２１１Ａもまた、温度変化や湿度変化などに対する耐性を有することが可能となる。また、ホスト材料２１１Ｂは、空間的に広い格子間配置を持っているので、ホスト材料２１１Ｂの構成元素の一部がゲスト材料２１１Ａと置換可能となり、また、ホスト材料２１１Ｂを構成する格子間にゲスト材料２１１Ａを取り込み易い。
【００４６】
なお、蛍光体２１１を構成するゲスト材料２１１Ａ及びホスト材料２１１Ｂの混合形態は様々であり、図２に記載されたようなゲスト材料２１１Ａを囲むようにホスト材料２１１Ｂが存在する混合形態には限られない。
【００４７】
例えば、ホスト材料２１１Ｂの結晶構造の一部が、ゲスト材料２１１Ａで置換された構造も、上記混合形態に含まれる。
【００４８】
また、蛍光体２１１の形態は、微粒子、粉体、ガラス、固溶体、結晶、またはこれらが複合した材料である。
【００４９】
ホスト材料２１１Ｂは、窒化物であり、例えば、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8、ＣａＳｉＮ2、ＣａＡｌＳｉＮ3、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8などが挙げられる。また、上記の例示材料より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記物質に限定されるものではない。
【００５０】
なお、ホスト材料２１１Ｂの窒化物は、酸素を含んでいてもよい。
【００５１】
ゲスト材料２１１Ａとしては、例えば、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕのランタノイド系元素の窒化物、Ｕなどのアクチノイド系元素の窒化物、及びＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ及びＰｔの遷移金属元素の窒化物を例示できる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記物質に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、ランタノイド系元素は、４ｆ軌道に電子を持っており、可視光および近赤外光の波長領域に、波長幅の狭い、多くの光吸収帯を持つ。また、アクチノイド系元素及び遷移金属元素は、近赤外域に広い光吸収帯を持つ。よってこれらの元素は、適切な光源からの照射により、強い光励起が可能であり十分な発光強度が得られる。
【００５３】
本構成をとることにより、蛍光体２１１の添加濃度が低く、目視上目立たず、かつ、製品の光退色に影響されない高耐久性を有する二次元透明バーコード２を実現することが可能となる。後述するアップコンバージョンによる可視光発光やそれに付随した近赤外光の発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【００５４】
ホスト材料２１１Ｂに添加するゲスト材料２１１Ａの濃度は、０．００１ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下が好ましい。さらに好ましくは、０．０１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下である。
【００５５】
また二次元透明バーコード２に対する蛍光部２１に対するホスト材料２１１Ｂの濃度は、０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下が好ましい。さらに好ましくは、０．１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下である。
【００５６】
なお、本実施の形態では、蛍光部２１は、製品４に直接添付されているが、蛍光部２１が塗布または印刷などされた基材が製品４に添付されてもよい。その場合、基材は、例えば、紙、プラスチック、木材、ガラスまたは樹脂、金属などが用いられる。これらの材料は、要求される特性に応じて任意に選択される。また、流通過程前の製品を基材とすることも可能である。
【００５７】
また、蛍光部２１の表面は、紫外線遮蔽剤などの表面保護層を塗布あるいは接着あるいは蒸着などが施されていてもよい。
【００５８】
また、蛍光部２１およびその下地から構成されるコードパターンは、１次元バーコードパターンであってもよい。
【００５９】
また、二次元透明バーコード２は、製品の一面またはその一部に添付されるだけでなく、製品の二つ以上の面または形状に添付されてもよいし、各面に全面的に添付されてもよい。
【００６０】
なお、透明インク２１２は、二次元透明バーコード２の用途により、透明でなくてもよい。例えば、二次元透明バーコード２が印刷インクやフィルムとして製品へ供される際には、蛍光部２１は、蛍光体２１１と結着剤、分散剤および助剤などとを混合して形成されてもよい。再び図１に戻って、本発明の実施の形態における情報読取システムの説明をする。
【００６１】
二次元透明バーコードリーダ３は、情報記録媒体である二次元透明バーコード２の情報を光学的に読み取る読取装置である。二次元透明バーコードリーダ３は、光源３１と、分光器３３と、カメラ３４と、情報処理部３５と、制御部３６とを備える。
【００６２】
光源３１は、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を放射する機能を有し、例えば、様々な半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。上記近赤外光または赤外光を放射するこれらのデバイスは、紫外光を放射するデバイスと比較して、高出力でありながら小型で安価であるという利点を有する。
【００６３】
分光器３３は、光源３１から二次元透明バーコード２に照射された近赤外光または赤外光により、二次元透明バーコード２から発光した可視域から近赤外域までの光を分光する機能を有する。分光器３３は、例えば、ミラーまたはレンズと回折格子とを組み合わせた小型のもので構成される。
【００６４】
なお、後述する情報処理部３５で、コードパターンのみを読み取る場合には、分光器３３は、分光機能を備える必要はなく、バンドパスフィルタまたは他の光学分散素子のみを備えてもよい。
【００６５】
カメラ３４は、分光器３３で分光された可視域から近赤外域までの光を受光する光学的読取部であり、これを画像情報へ変換する機能を有する。カメラ３４は、例えば、受光センサとしてＣＣＤを備える。
【００６６】
なお、外乱光を除去するため、発光成分の変調または時間分解方式を組み合わせることにより、受光した信号が高Ｓ／Ｎ化され、コードパターンや発光スペクトルパターンの読み取りの高精度化が図られる。
【００６７】
情報処理部３５は、カメラ３４で変換された画像情報を処理することにより、二次元透明バーコード２のコードパターンを解読し、また、分光器３３の分光結果を用いて上記可視域から近赤外域までの光の波長及び強度の分布を表した発光スペクトルを生成し、解析する。スペクトル解析には、重み付き最小二乗法、ニューラルネットワーク、最小二乗平均誤差規範などのアルゴリズムを反映した解析プログラムを用いてスペクトルを評価、分析する。
【００６８】
また、情報処理部３５は、上記スペクトル解析にて得られた発光スペクトルと、予めメモリ等に記憶している暗号または予め外部入力された暗号とを照合する照合部としての機能を有する。照合された発光スペクトルが上記暗号と一致した場合、情報処理部３５は、後述する制御部３６に対して、照合完了信号を出力する。
【００６９】
制御部３６は、外部装置との通信あるいは情報の送受信を行う機能を有する。また、制御部３６は、二次元透明バーコードリーダ３の有する各構成要素である光源３１、分光器３３、カメラ３４ならびに情報処理部３５を制御する。制御部３６は、例えば、情報処理部３５から出力された発光パターンやコードパターンの輝度やコントラストなどを評価することにより、光源３１の放射強度を調整する。また、制御部３６は、情報処理部３５から上記照合完了信号を受信することにより、コードパターンから解読した情報をディスプレイに表示するか否かの決定を行う。
【００７０】
以上の構成により、本発明の二次元透明バーコード２は目視されないので、二次元透明バーコード２が付与された製品のデザイン自由度が拡大され、また、情報の秘匿性が向上する。さらに、従来の二次元バーコードの有するコードパターン情報に加え、蛍光スペクトルパターンが情報として付加されるので、当該情報を利用するシステムの多様性が向上する。
【００７１】
ここで、光源３１から二次元透明バーコード２への近赤外光または赤外光の照射により可視光発光が生じる原理について説明する。この赤外光励起により可視発光する原理は、アップコンバージョン過程によるものである。
【００７２】
蛍光体の発光波長は、通常、励起波長よりも長波長側に観測されるのに対して、ある種の蛍光材料は励起波長より短い波長、即ち高いエネルギー領域において発光を呈する。発光波長の高いエネルギーへの変換をアップコンバージョンと言う。アップコンバージョンが可能な蛍光材料として、例えば、希土類イオンが挙げられる。
【００７３】
ランタノイド系元素の希土類イオン、アクチノイド系元素のイオン及び遷移金属元素のイオンは、複数の離散的なエネルギー準位を有するため、２段階あるいは多段階の励起を行うことによって励起波長よりも短波長の光を生成できる。この短波長の光生成には、量子カウンター作用やイオン間の相互緩和によるエネルギー伝達過程が関連している。つまり、アップコンバージョン過程は、同種または異種のイオン間のエネルギー伝達や非輻射遷移過程など、多くの過程が含まれる。よって、アップコンバージョン過程は、ホスト材料やゲスト材料（ドーパント）の種類と濃度などの因子あるいは励起方法によって影響を受ける。
【００７４】
例えば、Ｅｒ3+イオンにおいて、２段階の赤外光励起によって可視光が得られるが、Ｅｒ3+イオンだけでは赤外／可視光変換効率は低い。１９６０年代はじめには、Ｆ．ＡｕｚｅｌがＹｂ3+イオンとＥｒ3+イオンを共添加することにより上記変換効率の顕著な増感効果を見出している。このとき、赤外光源を励起源として比較的簡単な方法で緑色光が発生できることが明らかになった。つまり、Ｙｂ3+イオン（増感剤）によって吸収されたエネルギーがＥｒ3+イオン（活性剤）へエネルギー伝達され、可視光が生じる。Ｙｂ3+イオンは励起状態の準位が一つのみであるため波長１μｍ付近の吸収強度が強い。また、励起子どうしの衝突によりエネルギーが相互変換されてしまう濃度消光の影響も低く、励起状態の寿命が比較的長いので有効な増感作用が起こる。
【００７５】
図３は、アップコンバージョンの過程を説明するエネルギーバンド図の一例である。図３に記載されたように、Ｙｂ3+イオンＡ及びＹｂ3+イオンＢによって吸収された赤外励起光のエネルギーは、Ｅｒ3+イオンに２段階の過程でエネルギーが伝達される。まず、Ｙｂ3+イオンＡからＥｒ3+イオンへエネルギー伝達Ａがなされる。これにより、Ｅｒ3+イオンのエネルギー準位は、赤外発光が可能な励起準位Ａへと上昇する。一方、Ｙｂ3+イオンＡのエネルギー準位は、基底状態に戻る。次に、Ｙｂ3+イオンＢからＥｒ3+イオンへエネルギー伝達Ｂがなされる。これにより、既に励起準位ＡとなっていたＥｒ3+イオンのエネルギー準位は、可視発光が可能な励起準位Ｂへと上昇する。一方、Ｙｂ3+イオンＢのエネルギー準位は、基底状態に戻る。このＹｂ3+イオンを増感剤として用いた場合の赤外／可視光変換効率は、Ｅｒ3+イオン単独の場合に比べて大幅に向上する。
【００７６】
なお、活性剤としては、Ｅｒ3+イオンの代わりにＴｍ3+イオンやＨｏ3+イオンなどが使用される。上記アップコンバージョン過程の応用例としては、希土類イオンを添加したファイバーレーザ、特に弗化物ファイバーの半導体レーザ励起によるものが知られている。
【００７７】
また、アップコンバージョンが起こる場合には、同時に、励起エネルギーの一部およびアップコンバージョンエネルギーと発光エネルギーとの差のエネルギーが、フォノン過程としてホスト材料などの外部へ離散する。また、Ｙｂ3+イオンやＥｒ3+イオンの赤外発光として励起エネルギーが放出される。これらにより、赤外発光と可視光の両方をバーコードの読み取り信号に利用することが可能である。
【００７８】
次に、上述した蛍光体２１１の作製方法及び蛍光体２１１のアップコンバージョンによる発光スペクトルの測定結果を実施例１及び実施例２に示す。
【００７９】
（実施例１）
蛍光体２１１としてＣａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙの作製方法を以下に説明する。
【００８０】
まず、ＣａＣＯ3、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3の原料を化学量論比で秤量する。
【００８１】
次に、メノウ乳鉢で充分に上記原料を混合した後、炭素坩堝に入れる。
【００８２】
次に、ＣａＣＯ3を分解するために１２００℃で２時間熱処理を行う。
【００８３】
次に、５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１５００〜１６００℃で６時間焼成することにより、混合された上記原料を還元、窒化してＣａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙを合成する。このとき、Ｅｕの添加量は２原子％、Ｄｙの添加量は２原子％である。
【００８４】
なお、上記合成プロセスでは、Ｃａの供給源として、ＣａＣＯ3を使用したが、ＣａＣＯ3以外にＣａＨ2、Ｃａ3Ｎ2であってもよい。
【００８５】
合成した上記蛍光体試料の結晶相の同定を、粉末Ｘ線回折測定（ＸＲＤ、Ｒｉｇａｋｕ製ＲＩＮＴ−２２００）により実行した。また、上記蛍光体試料の組成および酸素・窒素濃度を、それぞれエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ、ＨＯＲＩＢＡ製ＥＭＡＸ ＥＸ−２２０Ｅ）及び酸素窒素分析装置（ＨＯＲＩＢＡ製ＥＭＧＡ−５５０）を用いて評価した。また、上記蛍光体試料中の炭素分析を、分析装置（ＨＯＲＩＢＡ製ＥＭＩＡ−５２０）を用いて評価した。
【００８６】
上述した蛍光体試料の分析評価により、上記蛍光体試料が、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙであることが同定された。
【００８７】
図４（ａ）は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙの発光スペクトルを表すグラフである。横軸はアップコンバージョンによる蛍光体の発光波長を表し、縦軸はその強度を表す。蛍光および励起スペクトルの測定を、分光蛍光光度計（日立ハイテク製Ｆ−４５００）により行った。また、拡散反射スペクトルを、紫外・可視分光光度計（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製ＵＶ−２５５０）により測定した。近赤外光励起による発光スペクトルの評価には、近赤外光源（波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲）を用い、上記蛍光体試料の発光スペクトルを装置（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ製ＵＳＢ２０００）及び分光蛍光光度計（日立ハイテク製Ｆ−４５００）を用いて測定した。
【００８８】
図４（ａ）に表された蛍光スペクトルは、１種類のピーク波長１０７８ｎｍの励起光が上記蛍光体試料に照射されたときのものであり、１０７８ｎｍの励起光に対し、当該励起光よりも波長の短い６００ｎｍ付近をピークとした蛍光スペクトルが現れている。
【００８９】
なお、本実施例では、１０７８ｎｍの波長を有する励起光を採用したが、上記蛍光体試料は、当該励起光に限られず、近赤外光または赤外光であれば、アップコンバージョンによる蛍光スペクトルを得ることが可能となる。
【００９０】
以上の結果により、作製した蛍光体試料は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｄｙであり、近赤外光または赤外光の励起光の照射により、可視域から近赤外域までの範囲に属する光を発光することが確認された。
【００９１】
（実施例２）
蛍光体２１１としてＣａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍの作製方法を以下に説明する。
【００９２】
まず、ＣａＣＯ3、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3の原料を化学量論比で秤量する。
【００９３】
次に、メノウ乳鉢で充分に上記原料を混合した後、炭素坩堝に入れる。
【００９４】
次に、ＣａＣＯ3を分解するために１２００℃で２時間熱処理を行う。
【００９５】
次に、５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１５００〜１６００℃で４時間焼成することにより、混合された上記原料を還元、窒化してＣａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍを合成する。このとき、Ｅｕの添加量は０．５原子％、Ｄｙの添加量は０．５原子％である。
【００９６】
合成した上記蛍光体試料の結晶相の同定、上記蛍光体試料の組成および酸素・窒素濃度評価及び上記蛍光体試料中の炭素分析は、実施例１と同様の方法にて行われた。
【００９７】
上述した蛍光体試料の分析評価により、上記蛍光体試料が、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍであることが同定された。
【００９８】
図４（ｂ）は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍの発光スペクトルを表すグラフである。蛍光及び励起スペクトルの測定、拡散反射スペクトルの測定、近赤外光励起による発光スペクトルの評価及び上記蛍光体試料の発光スペクトルの測定は、実施例１と同様の方法にて行われた。
【００９９】
図４（ｂ）に表された蛍光スペクトルは、１種類のピーク波長１０７８ｎｍの励起光が上記蛍光体試料に照射されたときのものであり、１０７８ｎｍの励起光に対し、当該励起光よりも波長の短い６００ｎｍ付近をピークとした蛍光スペクトルが現れている。
【０１００】
なお、本実施例では、１０７８ｎｍの波長を有する励起光を採用したが、上記蛍光体試料は、当該励起光に限られず、近赤外光または赤外光であれば、アップコンバージョンによる蛍光スペクトルを得ることが可能となる。
【０１０１】
以上の結果により、作製した蛍光体試料は、蛍光体Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｔｍであり、近赤外光または赤外光の励起光の照射により、可視域から近赤外域までの範囲に属する光を発光することが確認された。
【０１０２】
なお、上述した実施例１及び実施例２において、Ｃａの供給源として、ＣａＣＯ3を使用したが、ＣａＣＯ3以外にＣａＣＮ2であってもよい。つまり、ＣａＣＮ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3及びＤｙ2Ｏ3またはＴｍ2Ｏ3の原料を化学量論比で秤量後、メノウ乳鉢で充分に混合した後、窒化硼素坩堝に入れて１２００℃で２時間熱処理を行った後、５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１６００℃で６時間焼成し、蛍光体を合成しても良い。
【０１０３】
また、上述した実施例１及び実施例２において、還元剤としての炭素として、及び窒化のための窒素の供給源としてメラミン（Ｃ3Ｈ6Ｎ6）を用いても良い。つまり、ＣａＣＯ3、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3及びＤｙ2Ｏ3またはＴｍ2Ｏ3の原料を化学量論比で秤量後、メノウ乳鉢で充分に混合した後、メラミン（Ｃ3Ｈ6Ｎ6）を添加し、窒化硼素坩堝に入れて高周波誘導加熱炉を用いて５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１５００〜１６００℃で６時間焼成し、蛍光体を合成しても良い。
【０１０４】
また、実施例１及び実施例２において、Ｃａイオンの原料供給及び還元剤の両方の機能として、カルシウム・カルボン酸塩である蟻酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯＯ）2）または酢酸カルシウム（Ｃａ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）またはプロピオン酸カルシウム（Ｃａ（Ｃ2Ｈ5ＣＯＯ）2）を用い、Ｓｉ3Ｎ4、Ｅｕ2Ｏ3及びＤｙ2Ｏ3またはＴｍ2Ｏ3を原料に用いても良い。これらの原料をメノウ乳鉢で充分に混合した後、窒化硼素坩堝に入れて高周波誘導加熱炉を用いて３０ｍｌ／ｍｉｎの窒素流通下、１６００℃で６時間焼成して蛍光体を合成しても良い。
【０１０５】
上述した実施例１及び実施例２による蛍光体の作製方法は、安価な金属酸化物および還元剤として粉末炭素を原料とし、高温下で酸化物原料を還元すると共に雰囲気ガスで窒化するという、いわゆる、炭素還元窒化法によって簡便に合成するものである。炭素還元窒化法により、得られる蛍光体試料中の酸素濃度は効果的に低減され、これにより、蛍光体の発光強度が改善される。また、残留する炭素による発光強度への影響を抑えるため、分子性炭素原子を用いることが好ましい。分子性炭素原子は、粉末状の炭素に比べて反応性が高い。また、上述したカルボン酸塩では、分解した際に粉末炭素混合時に比べて炭素が試料中に細かく均等に分散すると考えられることから、還元反応の効率が良く、均一に進み、蛍光強度が向上する。これにより、合成した蛍光体中の残留酸素濃度及び炭素濃度は、それぞれ、１％未満とすることが可能となる。
【０１０６】
実施例１及び実施例２で例示したような蛍光体を情報記録媒体として、また、図１に記載された情報読取システムにより、発光物質の添加濃度が低く、目視上目立たず、かつ、製品の光退色に影響されない高耐久性を有する情報記録媒体を実現することが可能となる。これは、近赤外光または赤外光が、窒化物である当該情報記録媒体に照射されることにより、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされることによるものである。このアップコンバージョンによる発光により、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【０１０７】
なお、上記実施例は例示であり、本願発明は実施例１及び実施例２に記載された物質に限定されるものではない。また、製造方法についても上記実施例は例示であり、本願発明は実施例１及び実施例２に記載された製造方法に制限されるものではない。
【０１０８】
次に、本発明の実施の形態１に係る読取方法について説明する。
【０１０９】
図５は、本発明の実施の形態に係る読取方法を説明する動作フローチャートである。
【０１１０】
まず、制御部３６は、光源３１から、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を蛍光部２１の蛍光体２１１に照射させる（ステップＳ１０）。
【０１１１】
次に、蛍光体２１１は、ステップＳ１０で照射された近赤外光または赤外光により、励起状態となり、可視域から近赤外域までの光を発光する。制御部３６は、カメラ３４に、発光した可視域から近赤外域までの光を受光させる（ステップＳ２０）。カメラ３４は、受光した可視域から近赤外域までの光を画像情報に変換し、コードパターンを生成する。
【０１１２】
最後に、制御部３６は、情報処理部３５に、上記可視域から近赤外域までの光の波長及び強度の分布を表した発光スペクトルを生成する。生成された発光スペクトルと、予め記憶されている発光スペクトルパターンまたは暗号とを照合する（ステップＳ３０）。照合された発光スペクトルが上記発光スペクトルパターンまたは暗号と一致した場合、情報処理部３５は、制御部３６に対して、照合完了信号を出力する。
【０１１３】
以上の読取ステップにより、窒化物である蛍光体２１１でアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。また、近赤外光または赤外光の光源としては、高出力、小型かつ安価な多種類の半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用できるので装置の低廉化や小型化を実現することが可能となる。
【０１１４】
また、バーコードに代表される情報記録媒体の形状パターンによる情報に加え、出力光の発光スペクトルのパターンを暗号として認識させることが可能であるので、情報の秘匿性が向上する。
【０１１５】
なお、上述した読取ステップにおいて、発光スペクトルの照合を行うステップＳ３０はなくてもよい。この場合においても、カメラ３４で生成されたコードパターンにより、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【０１１６】
（実施の形態２）
本実施の形態における情報読取システムは、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを発光物質として有し光学的に読み取り可能な情報が記録されている情報記録媒体と、当該情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する２つの異なる光源及び当該情報記録媒体から発光した可視光及び近赤外光を受光する光学的読取部を有する読取装置とを備える。これにより、アップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を出力することができる。
【０１１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０１１８】
図６は、本発明の実施の形態２における情報読取システムの機能構成図である。同図における情報読取システム１１は、二次元透明バーコード２と、二次元透明バーコードリーダ１３とを備える。
【０１１９】
本実施の形態に係る情報読取システム１１は、図１に記載された実施の形態１に係る情報読取システム１と比較して、二次元透明バーコードリーダ１３が２つの異なる光源を有する点のみが異なる。以下、図１に記載された実施の形態１に係る情報読取システムと同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【０１２０】
二次元透明バーコードリーダ１３は、情報記録媒体である二次元透明バーコード２の情報を光学的に読み取る読取装置である。二次元透明バーコードリーダ１３は、光源３２ａ及び３２ｂと、分光器３３と、カメラ３４と、情報処理部４５と、制御部４６とを備える。
【０１２１】
光源３２ａ及び３２ｂは、特定の波長の近赤外光または赤外光を放射する機能を有し、例えば、様々な半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。上記近赤外光または赤外光を放射するこれらのデバイスは、紫外光を放射するデバイスと比較して、高出力でありながら小型で安価であるという利点を有する。また、光源３２ａ及び３２ｂは、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を放射する。
【０１２２】
分光器３３は、光源３２ａ及び３２ｂから二次元透明バーコード２に照射された近赤外光または赤外光により、二次元透明バーコード２から発光した可視域から近赤外域までの光を分光する機能を有する。分光器３３は、例えば、ミラーまたはレンズと回折格子とを組み合わせた小型のもので構成される。
【０１２３】
情報処理部４５は、カメラ３４で変換された画像情報を処理することにより、二次元透明バーコード２のコードパターンを解読し、また、分光器３３の分光結果を用いて上記可視域から近赤外域までの光の波長及び強度の分布を表した発光スペクトルを生成し、解析する。スペクトル解析には、重み付き最小二乗法、ニューラルネットワーク、最小二乗平均誤差規範などのアルゴリズムを反映した解析プログラムを用いてスペクトルを評価、分析する。
【０１２４】
また、情報処理部４５は、上記スペクトル解析にて得られた発光スペクトルと、予めメモリ等に記憶している暗号または予め外部入力された暗号とを照合する照合部としての機能を有する。照合された発光スペクトルが上記暗号と一致した場合、情報処理部４５は、後述する制御部４６に対して、照合完了信号を出力する。
【０１２５】
制御部４６は、外部装置との通信あるいは情報の送受信を行う機能を有する。また、制御部４６は、二次元透明バーコードリーダ１３の有する各構成要素である光源３２ａ及び３２ｂ、分光器３３、カメラ３４ならびに情報処理部４５を制御する。制御部４６は、例えば、情報処理部４５から出力された発光パターンやコードパターンの輝度やコントラストなどを評価することにより、光源３２ａ及び３２ｂの放射強度を調整する。また、制御部４６は、情報処理部４５から上記照合完了信号を受信することにより、コードパターンから解読した情報をディスプレイに表示するか否かの決定を行う。
【０１２６】
以上の構成により、本発明の二次元透明バーコード２は目視されないので、二次元透明バーコード２が付与された製品のデザイン自由度が拡大され、また、情報の秘匿性が向上する。さらに、従来の二次元バーコードの有するコードパターン情報に加え、蛍光スペクトルパターンが情報として付加されるので、当該情報を利用するシステムの多様性が向上する。
【０１２７】
ここで、光源３２ａ及び３２ｂから二次元透明バーコード２への近赤外光または赤外光の照射により可視光発光が生じる原理について説明する。この赤外光励起により可視発光する原理は、アップコンバージョン過程によるものである。
【０１２８】
図７は、本発明の実施の形態に係る、２つの異なる光源からの励起光照射によるアップコンバージョンの概念図及びその蛍光スペクトルである。本実施の形態においては、光源３２ａから、波長λCを有する励起光Ｃが蛍光体２１１に照射され、ゲスト材料２１１Ａのエネルギー準位が励起準位Ｃへと上昇する。一方、光源３２ｂから、波長λDを有する励起光Ｄが蛍光体２１１に照射され、励起準位Ｃに上昇しているゲスト材料２１１Ａのエネルギー準位がさらに励起準位Ｄへと上昇する。このとき、波長λC及びλDは、ゲスト材料２１１Ａのエネルギー準位を、それぞれ、励起準位Ｃ及びＤへ効率よく上昇させるのに必要なエネルギーを有する波長が選択されている。これにより、蛍光体２１１は、励起準位Ｄ及びＣに対応する励起エネルギーを可視光及び近赤外光として外部へ放射する。
【０１２９】
情報処理部４５は、この放射された可視光及び近赤外光を、分光器３３及びカメラ３４を介し、蛍光スペクトルパターンおよびコードパターンへと変換する。
【０１３０】
光源３２ａ及び３２ｂは、例えば、波長が７００ｎｍから２０００ｎｍの半導体レーザまたはＬＥＤである。２光源３２ａ及び３２ｂの波長として、それぞれ、８１０ｎｍ及び９４０ｎｍ、または、８５０ｎｍ及び９８０ｎｍなどの組み合わせが挙げられる。
【０１３１】
本発明の実施の形態に係る情報読取システムによれば、Ｅｕ及びＴｍをゲスト材料とした窒化物にて、励起光が２段階に吸収された後、アップコンバージョン発光が生じる。なお、上記と同様の線幅を有する発光スペクトルは、窒化物中のＥｕイオン及びＴｍイオンのみならず、他の希土類イオンにおいても観測される。このとき、ホスト材料とゲスト材料の選択及び組み合わせにより、発光物質の励起波長や発光波長は変化するので、様々な発光スペクトルパターンを実現することが可能となる。
【０１３２】
また、光源３２ａ及び３２ｂから放射される励起光のパワーを独立に調整することにより、蛍光体２１１の材料及び組み合わせが同一であっても、上記発光スペクトルパターンの各々の発光強度を変化させることができる。つまり、２つの異なる光源を有する本発明の構成によれば、励起光のパワーを変化させることにより、異なる発光スペクトルパターンを得ることが可能となる。よって、本発明の構成は、１光源照射によるアップコンバージョン方式で得られる発光スペクトルパターンに比べ、発光スペクトルのバリエーションが増加するので、情報識別能力が向上する。
【０１３３】
本実施の形態は、２つの異なる光源から異なる波長を有する近赤外光または赤外光が同時に照射されることにより発生するアップコンバージョンを利用するものである。
【０１３４】
これに対し、２つの異なる光源から同一の波長または異なる波長を有する近赤外光または赤外光が、異なるタイミングで照射されることによりアップコンバージョンを発生させることが可能である。例えば、まず、ゲスト材料がＥｕ及びＴｍ、ホスト材料が窒化物である二次元バーコードに対し、光源３２ａから波長８１０ｎｍの赤外励起光を照射する。その後０．２ｍｓ遅れて光源３２ｂから、光源３２ａと同じ波長または異なる波長（９４０ｎｍ）を有する赤外励起光を二次元バーコードに照射する。この照射タイミングのズレは、ゲスト材料のＥｕ及びＴｍが、光源３２ａによる最初の励起光照射により励起状態となるのに必要な時間及び励起状態の寿命が考慮される。この照射タイミングのズレにより、同一波長または異なる波長による２光源からの励起でも、アップコンバージョンを効果的に発生させることができ、発光強度を制御することが可能である。
【０１３５】
次に、本発明の実施の形態２に係る読取方法について説明する。
【０１３６】
図５は、本発明の実施の形態に係る読取方法を説明する動作フローチャートである。
【０１３７】
まず、制御部４６は、２つの異なる光源３２ａ及び３２ｂから、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を蛍光部２１の蛍光体２１１に照射させる（ステップＳ１０）。
【０１３８】
次に、蛍光体２１１は、ステップＳ１０で照射された、異なる波長を有する近赤外光または赤外光により、励起状態となり、可視域から近赤外域までの光を発光する。制御部４６は、カメラ３４に、発光した可視域から近赤外域までの光を受光させる（ステップＳ２０）。カメラ３４は、受光した可視域から近赤外域までの光を画像情報に変換し、コードパターンを生成する。
【０１３９】
最後に、制御部４６は、情報処理部４５に、上記可視域から近赤外域までの光の波長及び強度の分布を表した発光スペクトルを生成する。生成された発光スペクトルと、予め記憶されている発光スペクトルパターンまたは暗号とを照合する（ステップＳ３０）。照合された発光スペクトルが上記発光スペクトルパターンまたは暗号と一致した場合、情報処理部４５は、制御部４６に対して、照合完了信号を出力する。
【０１４０】
以上の読取ステップにより、窒化物である蛍光体２１１でアップコンバージョンによる可視域から近赤外域までの発光がなされるので、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。また、近赤外光または赤外光の光源としては、高出力、小型かつ安価な多種類の半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用できるので装置の低廉化や小型化を実現することが可能となる。
【０１４１】
また、バーコードに代表される情報記録媒体の形状パターンによる情報に加え、出力光の発光スペクトルのパターンを暗号として認識させることが可能であるので、情報の秘匿性が向上する。
【０１４２】
また、２つの異なる光源から放射される励起光のパワーを独立に調整することにより、異なる発光スペクトルパターンを得ることが可能となる。よって、１光源照射によるアップコンバージョン方式で得られる発光スペクトルパターンに比べ、発光スペクトルのバリエーションが増加するので、情報識別能力が向上する。
【０１４３】
なお、上述した読取ステップにおいて、発光スペクトルの照合を行うステップＳ３０はなくてもよい。この場合においても、カメラ３４で生成されたコードパターンにより、高出力かつ高Ｓ／Ｎ比を有する信号を読み取ることが可能となる。
【０１４４】
なお、ステップＳ１０において、２つの異なる光源から同一の波長または異なる波長を有する近赤外光または赤外光を、異なるタイミングで照射させることによりアップコンバージョンを発生させることが可能である。この照射タイミングのズレにより、同一波長または異なる波長による２光源からの励起でも、アップコンバージョンを効果的に発生させることができ、発光強度を制御することが可能である。
【０１４５】
図８は、本発明の実施の形態１及び２に係る情報読取システムの応用例を表す図である。同図における情報読取システムは、透明な二次元透明バーコード２と携帯電話５によって構成される。携帯電話５は、二次元透明バーコードリーダ３と表示部５１とを備える。二次元透明バーコード２の有する情報が、携帯電話５に内蔵される小型の二次元透明バーコードリーダ３によって読み取られる。携帯電話５を、情報読み取りモードに設定し、二次元透明バーコード２に近づけることにより、光源３１（または３２ａ及び３２ｂ）から放射された励起光が二次元透明バーコード２に照射される。これにより、二次元透明バーコード２から発光した可視域から近赤外域までの光が、分光器で分光され、カメラで受光され、情報処理部で、発光スペクトルパターン及びコードパターンとして情報処理される。情報処理部は、上記発光スペクトルパターンと、予め取得されている暗号とを照合し、照合完了信号を制御部に出力する。制御部は、照合完了信号により、二次元透明バーコード２が認識されたか否かを表示部５１へ表示する。二次元透明バーコード２が認識された場合には、制御部はコードパターンに含まれる情報を表示部５１へ表示させる。
【０１４６】
この構成により、二次元透明バーコード２はＩＣチップと比較すると情報量が限られるものの、コードパターンに加えて発光スペクトルパターンによる情報を提供することが可能である。よって、本発明の情報読取システムは、従来の二次元バーコードの情報量を凌ぐ情報量を処理することが可能である。また、発光スペクトルパターンは、上述したゲスト材料及びホスト材料を含有する蛍光体が微量添加されていれば、情報読み取りが可能であるので、高耐久性及び低コスト化が図られる。また、二次元パターンの破損があっても、発光スペクトルパターンは読み取ることができるので、情報の喪失を防止することが可能である。また、上述したように、発光スペクトルパターンによる暗号化が可能であるので、情報改竄の危険性が低い。
【０１４７】
また、紫外光励起に対して近赤外光励起の場合は、製品の光退色による影響が著しく低く、素材の発光などの不要な背景雑音信号成分がほとんどない。よって、近赤外光励起のため、微量な蛍光体濃度であっても十分な強度で蛍光体の信号を検知できることが特長である。近赤外光の光源としては、光出力の高い、小型かつ安価な多種類の半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用できるので装置の大きさによる制約が緩和される。
【０１４８】
また、これらの光源によって励起される蛍光体材料を複数添加することにより、発光スペクトルの多重化が可能であり、情報量を増大させることが可能となる。
【０１４９】
なお、二次元透明バーコードリーダ３に代表される本発明の読取装置は、簡便な半導体レーザや発光ダイオードを光源として利用でき、また、分光器やカメラも簡易的に構成できるので、携帯電話に内蔵可能な程度の大きさが可能である。さらには、故障の原因を簡易的に調べられるメンテナンス機能を備えていることが望ましい。
【０１５０】
また、二次元透明バーコードリーダ３は、用途によっては、可視域のみに感度がある安価なＣＣＤを備えても良い。あるいは、可視域のみならず近赤外域にも感度がある高感度なＣＣＤを備えても良く、可視光用と近赤外光用の２種類のカメラ及び分光器を備えることも考えられる。
【０１５１】
また、本発明の情報読取システムによれば、発光スペクトルの観測波長は、３００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が可能である。また、本システムの小型化または高精度化を実現するためには、発光スペクトルの観測波長を、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下に設定することが好ましい。また、発光スペクトルの観測波長を４５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光に限定することにより、本システムの更なる小型化または高精度化が実現される。
【０１５２】
以上、本発明の情報記録媒体、その読取装置及び読取方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施に施したものも、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明に係る情報記録媒体、その読取装置及びその読取方法は、製造、販売、流通、リサイクル及びセキュリティなどの分野における一連の商品管理の手段として有用であり、特に秘匿性の高い情報を有する製品ラベルや商品の外観を損なわない広告宣伝媒体に適正がある。
【符号の説明】
【０１５４】
１、１１ 情報読取システム
２ 二次元透明バーコード
３、１３ 二次元透明バーコードリーダ
４ 製品
５ 携帯電話
２１ 蛍光部
３１、３２ａ、３２ｂ 光源
３３ 分光器
３４ カメラ
３５、４５ 情報処理部
３６、４６ 制御部
５１ 表示部
２１１ 蛍光体
２１１Ａ ゲスト材料
２１１Ｂ ホスト材料
２１２ 透明インク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に読み取り可能な情報が記録されている情報記録媒体であって、
ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを有し、近赤外光または赤外光が照射されることにより励起され、当該励起により可視域から近赤外域までの光を発光する発光物質を備える
情報記録媒体。
【請求項２】
前記ランタノイド系元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのいずれかであり、
前記アクチノイド系元素は、Ｕであり、
前記遷移金属元素は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ及びＰｔのいずれかである
請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項３】
前記窒化物は、酸素を含有する
請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項４】
前記情報記録媒体は、不可視である
請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項５】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載された情報記録媒体に記録されている情報を読み取る読取装置であって、
前記情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する光源と、
前記光源からの前記近赤外光または赤外光が照射された前記情報記録媒体の前記発光物質が励起されることにより発光する可視域から近赤外域までの光を受光する光学的読取部とを備える
読取装置。
【請求項６】
さらに、
前記光学的読取部で受光した可視光または近赤外光によって生成された発光スペクトルパターンと、予め記憶されている発光スペクトルパターンとを照合する照合部を備える
請求項５に記載の読取装置。
【請求項７】
前記光源は、１つの光源からなり、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項５に記載の読取装置。
【請求項８】
前記光源は、２つの異なる光源からなり、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項５に記載の読取装置。
【請求項９】
前記光源は、２つの異なる光源からなり、それぞれ、異なるタイミングで、近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項５に記載の読取装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の情報記録媒体と、請求項５に記載の読取装置とを備える
情報読取システム。
【請求項１１】
光学的に情報を読み取る読取方法であって、
光源から近赤外光または赤外光を、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを発光物質として有する情報記録媒体の表面に照射する照射ステップと、
前記照射ステップでの照射により励起された前記発光物質が発光する可視域から近赤外域までの光を受光する受光ステップとを含む
読取方法。
【請求項１２】
前記光源は、１つの光源からなり、
前記照射ステップでは、
前記１つの光源から、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項１１に記載の読取方法。
【請求項１３】
前記光源は、２つの異なる光源からなり、
前記照射ステップでは、
前記２つの異なる光源から、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項１１に記載の読取方法。
【請求項１４】
前記光源は、２つの異なる光源からなり、
前記照射ステップでは、
前記２つの異なる光源のうち第１の光源から、第１の波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する第１照射ステップと、
前記第１照射ステップの後、所定の時間差をおいて、前記２つの異なる光源のうち第２の光源から、前記第２の波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する第２照射ステップとを含む
請求項１１に記載の読取方法。
【請求項１５】
さらに、
前記受光ステップで受光した可視域から近赤外域までの光により生成された発光スペクトルパターンと、予め記憶されている発光スペクトルパターンとを照合する照合ステップを含む
請求項１１に記載の読取方法。
【請求項１】
光学的に読み取り可能な情報が記録されている情報記録媒体であって、
ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを有し、近赤外光または赤外光が照射されることにより励起され、当該励起により可視域から近赤外域までの光を発光する発光物質を備える
情報記録媒体。
【請求項２】
前記ランタノイド系元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのいずれかであり、
前記アクチノイド系元素は、Ｕであり、
前記遷移金属元素は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ及びＰｔのいずれかである
請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項３】
前記窒化物は、酸素を含有する
請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項４】
前記情報記録媒体は、不可視である
請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項５】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載された情報記録媒体に記録されている情報を読み取る読取装置であって、
前記情報記録媒体に近赤外光または赤外光を照射する光源と、
前記光源からの前記近赤外光または赤外光が照射された前記情報記録媒体の前記発光物質が励起されることにより発光する可視域から近赤外域までの光を受光する光学的読取部とを備える
読取装置。
【請求項６】
さらに、
前記光学的読取部で受光した可視光または近赤外光によって生成された発光スペクトルパターンと、予め記憶されている発光スペクトルパターンとを照合する照合部を備える
請求項５に記載の読取装置。
【請求項７】
前記光源は、１つの光源からなり、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項５に記載の読取装置。
【請求項８】
前記光源は、２つの異なる光源からなり、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項５に記載の読取装置。
【請求項９】
前記光源は、２つの異なる光源からなり、それぞれ、異なるタイミングで、近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項５に記載の読取装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の情報記録媒体と、請求項５に記載の読取装置とを備える
情報読取システム。
【請求項１１】
光学的に情報を読み取る読取方法であって、
光源から近赤外光または赤外光を、ランタノイド系元素を含む窒化物、アクチノイド系元素を含む窒化物及び遷移金属元素を含む窒化物のうち少なくともいずれか１つを発光物質として有する情報記録媒体の表面に照射する照射ステップと、
前記照射ステップでの照射により励起された前記発光物質が発光する可視域から近赤外域までの光を受光する受光ステップとを含む
読取方法。
【請求項１２】
前記光源は、１つの光源からなり、
前記照射ステップでは、
前記１つの光源から、１種類のピーク波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項１１に記載の読取方法。
【請求項１３】
前記光源は、２つの異なる光源からなり、
前記照射ステップでは、
前記２つの異なる光源から、それぞれ、異なる波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する
請求項１１に記載の読取方法。
【請求項１４】
前記光源は、２つの異なる光源からなり、
前記照射ステップでは、
前記２つの異なる光源のうち第１の光源から、第１の波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する第１照射ステップと、
前記第１照射ステップの後、所定の時間差をおいて、前記２つの異なる光源のうち第２の光源から、前記第２の波長を有する近赤外光または赤外光を前記情報記録媒体に照射する第２照射ステップとを含む
請求項１１に記載の読取方法。
【請求項１５】
さらに、
前記受光ステップで受光した可視域から近赤外域までの光により生成された発光スペクトルパターンと、予め記憶されている発光スペクトルパターンとを照合する照合ステップを含む
請求項１１に記載の読取方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−４３９７７（Ｐ２０１１−４３９７７Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９１４２７（Ｐ２００９−１９１４２７）
【出願日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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