CN101194275B - 光学识别芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学识别元件。所述光学识别元件与对象关联，并包含与所述对象相关的编码或存储信息。所述光学识别元件包括光学组件，其响应来自阅读器的入射光而产生电力。所产生的电力被所述光学识别元件用来至少检索数据，并随后光学地将所述数据反馈性发送至所述阅读器。
Description
技术领域
本发明涉及识别系统。更具体地，本发明实施例涉及对包含识别信息的接收输入光信号和发射输出光信号进行处理的光学识别元件。
背景技术
近来，射频识别(RFID)作为相对较新的技术，已经广泛使用在各种应用中，并有助于改革消费者如何购物、如何管理库存，甚至于我们如何保持我们自己、我们的孩子和我们的社会安全可靠。
射频识别通过将硅芯片(即“RFID”芯片)嵌入到需被跟踪或识别的设备或物理产品的组织、外壳或包装中的方式工作。一旦RFID芯片放在适当位置，则将发出相当强的通常在1GHz范围内的射频(RF)波束。该RF波束有效地包围该设备，并且来自该波束的能量被用来临时激励或加强RFID芯片。由于RFID芯片被加强，所以该芯片最终(一般在几秒之后)反馈性发送其自身的同样通常在约1GHz的范围内的RF波束至接收器。从被加强的RFID芯片发射的RF信号包括编码数据，其含有可由接收器接收的识别信息。通常，从RFID芯片发出的RF信号可用来验证RFID芯片标记设备的存在或出现，识别标记设备的物理位置，获得存储在RFID芯片中的信息，或执行这些操作的组合。
RFID系统的一个缺点与安全性有关。在许多RFID系统中，由于可以使用无线设备来读取RFID芯片，所以安全性和隐秘性是个问题。当使用RFID设备时，用户通常不会在RFID芯片被读取的所有时间进行控制，也没有必要防止其它人读取RFID芯片。
发明内容
通过涉及光学识别系统的本发明实施例可克服上述及其它限制。光学识别(ID)元件可嵌入或连接至对象的组织、外壳或包装。所述光学ID元件为光学读取的，也可调整为使用不同的频率。
本发明提供了一种光学识别元件，包括：第一芯片，其包含识别信息，并对请求所述识别信息的信号作出响应；和第二芯片，其与所述第一芯片通信，所述第二芯片包括：光学接收器，其接收来自识别阅读器设备的输入光信号；和光学发射器，其发射具有由所述第一芯片提供的识别信息的输出光信号，其中，所述第二芯片向所述第一芯片提供电力，以使所述第一芯片工作；以及所述第二芯片还向所述第一芯片发送信号，以从所述第一芯片请求所述识别信息。
本发明还提供了一种验证对象的方法，该方法包括：在嵌入对象内的光学ID元件中存储信息，该光学ID元件包括：第一芯片，其响应入射光而产生能量，并通过产生输出光来发射数据；第二芯片，其为所述光学ID元件提供数据管理，并通过由所述第一芯片产生的能量来工作；接收来自阅读器的入射光；向所述阅读器提供输出数据，所述输出数据包含让阅读器用户能够验证所述对象的信息。
本发明还提供了一种在跟踪与对象相关的信息的系统中用来跟踪所述信息的光学识别元件，该光学识别元件包括：第一芯片，其包含光学组件，所述光学组件响应入射光而产生电力，其中所述光学组件还包括光发射元件；以及第二芯片，其为存储在所述第二芯片中的信息提供数据管理，其中阅读器通过产生入射光从所述第二芯片收集信息，其中，所述第二芯片向所述第一芯片提供电力，以使所述第一芯片工作。
在一实施例中，光学ID元件被用来跟踪与对象相关的信息。所述光学ID元件包括具有光学组件的第一芯片。所述光学组件产生电压，以响应来自阅读器的入射光。所述光学组件还包括光发射元件，其可用来向所述阅读器传送数据。第二芯片为存储在所述第二芯片中的信息提供数据管理，并且所述阅读器从所述数据管理收集信息。由所述入射光产生的电力使得所述光学ID元件光学地反馈性发射编码和/或存储数据至所述阅读器。
根据以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它优点和特点将变得更加清楚，或者通过以下阐述的本发明的实践来获知。
附图说明
为了使得本发明的上述和其它优点和特点更加清楚，通过附图所示的参考用具体实施例，将提供本发明的更具体描述。可以理解的是，这些附图仅仅描述了本发明的典型实施例，因此不应理解为对其范围的限制。通过使用附图，将更具体和更详细地描述和说明本发明，其中：
图1示出了用来实现本发明实施例的示例性环境；
图2示出了含有光学组件芯片和数据管理芯片的光学识别元件的一个实施例；以及
图3示了出使用特定频率的光信号与阅读器通信的光学组件芯片的另一实施例。
具体实施方式
本发明涉及这样的识别设备，其可以在光学领域中(例如，在光谱中的可见光、或IR、或其它接近可见光的部分)工作，并且可用来执行传统上由RFID系统执行的大部分功能，同时还可使用在新的应用中。基本光学识别设备包括两个芯片，它们叠置在一起形成一个元件。最终得到的光学识别元件(以下称为“光学ID元件”)的大小可达到1mm3甚至更小，并且随着基本半导体处理的持续发展，光学ID元件在未来可能变得更小。
两个芯片中的一个是纯互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，其管理识别信息，从输入光信号中接收数据，以及提供将被编码在输出光信号中的数据。CMOS芯片与其它芯片对接，在一个实施例中，所述其它芯片是包含光电探测器和垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光学设备；其中1)光电探测器接收光以在本地产生能量并接收数据，如果数据已发出，2)VCSEL可产生并发射光信号。
如上所述，作为光学ID元件一部分的光学设备是同时包含光电二极管和激光器的半导体芯片。在工作期间，光电探测器接收输入信号(例如，由阅读器设备发射的IR波束)。输入信号根据光电效应在光学设备的光电二极管中产生电流，该电流足以为CMOS芯片提供电力，以及足以提供电力来偏置包含在光学设备中的激光器。这样，光电探测器接收到的输入信号被转换为给光学ID元件供电的电能。
与传统RFID芯片相比，本发明的光学ID元件具有多种优点。例如，与RFID芯片通信需要专用的RF发射和接收器设备。相反，已经存在成百上千万或更多的设备可方便地用作能与本发明的光学ID元件一起工作的ID阅读器。此外，这些设备在未来几年很可能会更加普遍。具体地，许多现有的移动电话、个人数字助理以及其它便携式或无线设备包括利用红外线数据协会标准工作的端口(即，“IRDA端口”)。本发明的光学ID元件可调整为在被这些现有设备的IRDA端口使用的红外线频率上工作。本发明这一特征的优点在于使得大量现有的和以后的设备基本上可执行先前只能通过具有专用设备的RFID系统执行的功能，以及多种其它功能。例如，现有移动电话可变为能够检查保存货物的价格、购买货物、识别假货等的光学ID元件接收器。
此外，获得光学ID元件的成本通常比RFID芯片的成本更有优势。因为光学ID元件的收发器芯片中的接收器和发射器只是偶尔在很短的时间段使用，所以接收器和发射器元件的质量和寿命不需要满足目前存在的经常连续长时间使用光学收发器的通信和数据网络所需的标准。
因为光学ID元件通常仅在对ID接收器可见时工作，所以光学ID元件可放在包装内，该包装对与光学ID元件接收和发射信号对应的光的波长(例如，红外线)来说是透明的。然而，类似地，传统RFID设备通常仅工作在对RF波长透明的设备中。本发明的光学ID元件的总体芯片包装可以更小并被制模。
此外，本发明的光学ID元件解决并克服了传统RFID芯片对应的许多隐秘性问题。因为本发明的光学ID元件工作在电磁光谱中的可见光部分或可见光的相邻部分(例如，红外线)，所以对于拥有标记有光学ID元件的设备的用户来说，通常非常容易获知它们能否被读取。具体地，如果本发明的光学ID元件对于人眼不可见，则通常将不被读取(即不能被未授权的个人读取)。因此，拥有标记设备的用户能够知道何时ID元件可被读取，并且能够确定何时这些设备将被读取(即通过使得光学ID元件可见)。此外，光学ID元件可被编程和修改。可对光学ID元件进行强加密，并且它们可用作标记设备的平台，以用在具有除了简单ID跟踪之外的其它用途的网络环境中。
附图更完整地示出了本发明的实施例。图1示出了适合实现本发明实施例的环境。在该实例中，光学ID元件102贴附在对象100上。光学ID元件102可贴附在对象100的包装、外壳或其它部分。为了被读取，光学ID元件102应至少对阅读器来说是可见的。例如，光学ID元件102可用一种材料制模形成，这种材料对与光学ID元件102的通信中所使用的光来说是透明的。
光学ID元件102被阅读器106利用光104来激活。如先前所述，光104可由包含移动电话和个人数字助理的许多设备的IRDA端口产生。可形成光学ID元件102，从而使得由阅读器106发出的光104的波长能够激活光学ID元件102的光学组件。
许多设备上的IRDA端口的共同用途保证了可以很方便地得到阅读器。此外，本发明的实施例可以利用阅读器的这种性能。例如，移动电话可用来拨打电话，从而利用收集到的数据来验证或鉴别对象。
由光学ID元件102存储的和由阅读器106检索的信息可用来跟踪和更新存货数据。然而，在光学ID元件102中存储的信息没必要限制为存货数据。例如，由光学ID元件102存储的数据可包括价格数据、验证数据、假货保护数据、出售限制数据等。例如，当阅读器106是移动电话时，从光学ID元件102检索的数据可包括用来验证对象100真实性的电话号码和已加密的标识符。
更通常地，光学ID元件102还可进一步包括具有存储数据功能的附加传感器。例如，可集成温度传感器并被周期性读取，从而阅读器106也可以读取温度数据。集成在光学ID元件102中的传感器的电力可来自电池，或者如下所述，在适当频率的光能入射到光学ID元件102上时也可来自光学ID元件自身。附加传感器的纳入可取决于应用，和/或还取决于成本。由阅读器106从光学ID元件102获得的数据还可被加密。
一旦由阅读器106已经收集到信息，阅读器106可发送数据至服务器系统108，其可基于收集到的数据更新数据库110，基于收集到的数据访问数据库以获得附加信息，以及类似的操作或这些操作的组合。在处理库存的情况下，光学ID元件102可在销售期间或产品交付期间被读取，从而导致对库存数据库110的更新。另一方面，价格扫描可收集用来从数据库110获得当前价格的信息。
可使用无线网络来(WiFi、移动RF网络、蓝牙等)来实现阅读器106和服务器系统108之间的通信。此外，阅读器106可存储随后下载至服务器系统108的收集数据。因此，在发射收集到的数据之前，阅读器可用来从多个光学ID元件收集数据。在一个实例中，移动电话可访问光学ID元件102以检查对象100的价格，同时只有授权的阅读器106可使用收集到的信息来更新库存。这扩展了光学ID元件102的用途，同时还对光学ID元件102存储的数据提供保护和访问控制。因此，由阅读器发射的光也可包括可用来鉴别阅读器或确定阅读器106许可的编码或加密数据。这样，仅在授权和隐秘性问题可被改善时才可读取由光学ID元件存储的数据。
图2示出了光学ID元件102的另一实施例。光学ID元件102包括光学组件202和数据管理系统204。光学组件202典型地包括例如光电二极管的半导体元件，其响应入射光而产生电流。光学组件202也可包括例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)的半导体元件，其具有在适当电压下生成光的能力。
因此，由阅读器生成并入射到光学组件202上的光产生可被数据管理204使用的电压和电流。如先前所述，也可对入射光进行调制，以验证访问和/或对数据管理204进行编程。利用光学组件202提供的能量，数据管理可访问对象数据206，并利用光学组件202的光发射功能发射对象数据。在一个实施例中，数据管理204为管理信息和信号的CMOS设备或芯片。
当从光学组件202接收到能量(以电压和/或电流的形式)时，数据管理204可产生向阅读器106传送信息、访问编码数据、写存储器，以及类似操作或这些操作的任一组合所需的信号。可通过调节包含在光学组件中的光生成设备来向阅读器106传送数据。在这种情况下，光学组件还包括VCSEL或其它光发射设备，其可由对来自读取器106的输入光作出响应而产生的电流或电压供电。数据管理204可以这样一种方式连接光学组件202，这种方式允许对光进行调制，并从而由阅读器106进行收集。可选地，数据管理204可包括传感器以及如上所述可经由阅读器106激活的RF组件。
图3示出了与数据管理204连接的光学组件202的实施例。光学组件包括含有激光器210和光电二极管208的半导体器件。可能具有IFRD对应波长的光206，是由阅读器106产生的，并可由透镜216聚焦在光电二极管208上。在对光206的响应中，光电二极管可产生向数据管理204提供能量所需的电流和电压。
由光电二极管208产生的电压也可偏置激光器210，从而使得激光器210发出可由透镜216聚焦并由阅读器106读取的光214。数据管理204可生成控制晶体管212的控制信号218。控制晶体管212状态的功能使得由激光器210发出的光214能够被调制。这是图解阅读器如何从光学ID元件收集信息的一个实例。在美国专利申请公开No.US 2004/0208600 A1和美国专利申请公开No.US 2003/0223756 A1中描述和示出根据本发明可提供上述功能并可在光学ID元件中使用的光学设备的实例，其内容公开通过引用包含于此。
光学ID元件102可集成在一个IC(集成电路)中或可使用两个IC来实现。此外，包含光电二极管和激光器的光学组件可以是整体式的结构。由激光器210产生的波长可与光电二极管208用来生成电流的波长相同或不同。
优选地，用户可控制何时读取光学ID元件，以及其它用户在用户不知晓的情况下不能读取该光学ID元件。
光学ID元件102可非常小。例如，光学ID元件102可以非醒目地置于首饰(例如，手表等)中，并可用于识别赝品。即使假设赝品制造者可将芯片置于赝品首饰中，该芯片也不可能具有鉴别相应首饰所需的号码。购买者可使用他们的移动电话读取光学ID元件，并通过向验证真实性的制造商的服务器拨打电话或发出SMS消息来验证与手表的对话。
本发明实施例也可实施为VCSEL和光电二极管相互分开而并不具有整体结构。CMOS结构可非常小(目前，对于下一节点是45纳米的状态)。结果，芯片上的一个硅单元可提供能量，并仅需VCSEL来构成整个设备。光电二极管/Rx可集成在CMOS芯片自身上。对于45纳米来说，芯片可能需要0.45伏特状态的工作电压，并在一个Si光电单元中产生约0.5伏特的电压。
本发明在不脱离其原理和本质特征的情况下可具体实施为形式。所描述的实施例在所有方面都仅是示例性的，而并非限制性的。所附权利要求示出了本发明的各种新颖性特点。这些权利要求并非是本发明实施例的详尽，也不应该理解为对本发明的范围的限制。此外，于此具体公开的本发明可用其它权利要求来限定，这些权利要求包括将在本临时申请未决期间提交的任一相关非临时申请中包括的权利要求。
Claims (22)
1.一种光学识别元件，包括：
第一芯片，其包含识别信息，并对请求所述识别信息的信号作出响应；和
第二芯片，其与所述第一芯片通信，所述第二芯片包括：
光学接收器，其接收来自识别阅读器设备的输入光信号；和
光学发射器，其发射具有由所述第一芯片提供的识别信息的输出光信号，
其中，所述第二芯片向所述第一芯片提供电力，以使所述第一芯片工作；以及所述第二芯片还向所述第一芯片发送信号，以从所述第一芯片请求所述识别信息。
2.如权利要求1所述的光学识别元件，其特征在于，所述光学发射器包括VCSEL。
3.如权利要求1所述的光学识别元件，其特征在于，所述光信号在电磁光谱的红外线范围内。
4.如权利要求3所述的光学识别元件，其特征在于，所述光学接收器和所述光学发射器被调整为与识别阅读器设备的红外线端口通信。
5.如权利要求4所述的光学识别元件，其特征在于，所述识别阅读器设备为具有所述红外线端口的移动电话和个人数字助理其中之一。
6.如权利要求1所述的光学识别元件，其特征在于，所述光信号在电磁光谱的可见光范围内。
7.如权利要求1所述的光学识别元件，其特征在于，还包括传感器，其接收来自所述第二芯片的电力。
8.如权利要求1所述的光学识别元件，其中，在工作时，所述光学识别元件：
从所述识别阅读器设备接收输入光信号，所述输入光信号中包含对所述识别信息的请求；以及
向所述识别阅读器设备发射输出光信号，所述输出光信号中包含被请求的识别信息。
9.一种验证对象的方法，该方法包括：
在嵌入对象内的光学ID元件中存储信息，该光学ID元件包括：
第一芯片，其响应入射光而产生能量，并通过产生输出光来发射数据；
第二芯片，其为所述光学ID元件提供数据管理，并通过由所述第一芯片产生的能量来工作；
接收来自阅读器的入射光；
向所述阅读器提供输出数据，所述输出数据包含让阅读器用户能够验证所述对象的信息。
10.在跟踪与对象相关的信息的系统中，一种用来跟踪所述信息的光学识别元件，该光学识别元件包括：
第一芯片，其包含光学组件，所述光学组件响应入射光而产生电力，其中所述光学组件还包括光发射元件；以及
第二芯片，其为存储在所述第二芯片中的信息提供数据管理，其中阅读器通过产生入射光从所述第二芯片收集信息，其中，所述第二芯片向所述第一芯片提供电力，以使所述第一芯片工作。
11.如权利要求10所述的光学识别元件，其特征在于，所述光学组件还包括半导体结构，且所述半导体结构进一步包括：
多个光电二极管，其响应第一波长的所述入射光而产生电力，其中，所产生的电力用于给所述数据管理提供电以及偏置所述光发射元件；以及所述光发射元件，其包括发射具有第二波长的光的激光器。
12.如权利要求11所述的光学识别元件，其特征在于，所述第一波长和所述第二波长是红外线波长或可见光波长其中之一。
13.如权利要求12所述的光学识别元件，其特征在于，所述第一波长和所述第二波长是基本相同的波长。
14.如权利要求11所述的光学识别元件，其特征在于，所述半导体结构还包括晶体管，其使得所述第二芯片能够调制由所述激光器发出的光。
15.如权利要求11所述的光学识别元件，其特征在于，所述激光器是垂直腔面发射激光器，以及所述半导体结构是整体式的结构。
16.如权利要求11所述的光学识别元件，其特征在于，所述数据管理包括一个或多个阅读器认证。
17.如权利要求16所述的光学识别元件，其特征在于，所述数据管理通过调制到所述入射光中的阅读器证书来控制提供给阅读器的数据。
18.如权利要求11所述的光学识别元件，其特征在于，所述数据管理通过调节所述激光器向所述阅读器提供所述数据。
19.如权利要求11所述的光学识别元件，其特征在于，所述阅读器是移动电话或个人数字助理其中之一。
20.如权利要求19所述的光学识别元件，其特征在于，所述阅读器调用认证服务，并利用收集到的数据来验证与所述光学ID元件关联的对象。
21.如权利要求19所述的光学识别元件，其特征在于，所述光学组件为每一节点从45纳米开始的CMOS结构。
22.如权利要求21所述的光学识别元件，其特征在于，所述光学组件包括至少一个光电二极管，所述光电二极管与发射光元件集成在一个芯片上。
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