CN102138290A - 具有光学收发器的识别元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种识别元件，其具有包括发射数据的传输器单元和接收数据的接收器单元的收发器，用于与记录和/或控制对空间或物体的访问授权的装置进行通信。另外，为传输器单元和接收器单元提供控制电路。收发器为光学收发器(1.1)，其传输器单元为发射光的传输器单元(1.3)，其接收器单元为接收光的接收器单元(1.4)。光学收发器和自备电源集成在识别元件内。识别元件为名牌型的，或具有为物体或人体设置的相应尺寸或被支撑在其上。由于光学收发器(1.1)的传输器单元(1.3)由所述控制电路(2.5)以如下方式操作：所述传输器单元在每秒内反复传输小于等于100毫微秒的光脉冲且识别元件无电池，从而提供了非常小的光学收发器，所述光学收发器几乎不需要能量且不需要电池。

Description

具有光学收发器的识别元件
相关申请参考
本申请要求2008年9月1日提交的第102008045142.8号德国专利申请和2008年10月13日提交第10 2008 050 988.4号德国专利申请的优先权，其公开内容在此明确合并在本专利申请的主题中。
技术领域
本发明涉及识别元件，其包括根据权利要求1前序的收发器，还涉及根据权利要求13前序的与其配合的装置。
背景技术
以感应方式工作的收发器很早以前便众所周知。其作为访问控制装置用于多种情况，例如，用于安全门。所谓的读卡器位于门前。为了进入安保区域，用户必须持有一般为银行卡(cheque card)形状的小型授权元件，将其靠近读卡器。由于与卡靠近，感应力可送入卡内。此时，卡本身将数字数据口令以感应方式传回读卡器内，以进行识别。读卡器将数据口令与存储在其中的数据进行比较，并且如果存在适宜的确认，运行门开启系统。在类似系统中，卡上的当前数据口令也可更改，例如由读卡器修改。这些系统的一个缺点是，例如，为了开启门，每次必须将卡直接置于读卡器上。这需要停下脚步，取出授权卡，将卡举在读卡器前面，直到读卡装置开放例如入口。随后，卡必须妥善地放回原位，例如，放回裤子口袋。
利用无线电传输技术的收发器能保证较大范围，但另一方面，由于其难以导向无线电波，因此无线电波也能穿过墙壁和房顶，因此，使用无线电收发器不安全。另外，门经常会被例如仅仅从门前经过的获授权人员无意中开启。
例如在医院里，对于仅能够走向门的人来说经常会有如下需求：在其距门还有一定距离时，门就能通过适当认证而开启。如果将收发器容纳在被授予访问权的人员的经常配带的名签(name tag)内，他就能推动其前面的(例如)病床，在他仍处于距必经的门5m远时，门将会打开。由此，他的通行不会受阻，因此节省了时间。这种情况下，精确引导光学光束的能力具有实质性的优点：仅走向门的获授权人员才能将其激活，即使处于很远的距离；而具有相同访问授权但仅仅是经过门附近的人员不能将其激活。用于收发器系统功能的固定装置也可在保护玻璃罩(中间具有间隙的双层玻璃板)后面受到保护，使其不受天气影响。在人员由于其职业原因而在无需取出其访问授权卡及在读卡装置处停留的情况下必须快速通过门时，也获得了时间上的实质性优点。这通常是机场要求的情况，因为，在机场，工作方式特别要注意省时。
进一步的优点是，在安全停车场使用光学收发器。光学收发器可安装在车内挡风玻璃后面，从而，当驶过适当的读卡器并且其访问授权被识别时，操纵阻挡车的起落杆，使车辆进入。此时，不需要减速和停车，将授权卡举在读卡器前，之后再驶离。
毫无疑问，用于进行访问控制目的的光学系统在行业中已经众所周知，激活时，它们一般需要手动释放开关。到目前为止，不采用手动激活而运行的系统无法进入市场，原因在于其尺寸或所需电池的重量和相关的运行成本。
一般情况下，用于红外线范围内的光信号的传输器单元众所周知。遥控(特别是电视机等的遥控)通常与编码红外光一起使用。这些传输器单元通过按下按键来激活，随后，其在按键被按下的短时间间隔内或预定时间内发送编码光脉冲(即，其数据口令)。通常，二进制数据口令由脉冲0和1组成，其中，0一般为短脉冲，1为长脉冲或两个连续脉冲。为了获得更大范围，在短时间内通过传输元件发送具有适当高强度的电流，这些元件通常为发光二极管。其脉冲长度通常仅为几微秒，以在传输模式期间达到相对高强度的平均电流。在实践中，在数据传输过程中，对(例如)3V的供电电压，该电流范围从几毫安到几百毫安不等。因此，这些装置设有“强力”电池并且仅适用于偶尔的操作。连续操作会使电池在短时间内放电。
从EP 1229672B1中已知用于包括接收器的装置的光学数据传输装置，所述光学数据传输装置形成权利要求1前序的基础，所述接收器设置在所述装置的位置处并包括多个便携式发射机，所述便携式发射机由相应的多个人员携带。该数据传输装置包括设置在所述位置处的移动探测器和位于接收器与多个发射机之间的多个光学无线数据链路，其中，每个发射机具有唯一识别码和用于激活警报的装置。如果所述移动探测器探测到未持有发射机的人员在所述位置处，便会发起警报；所述发射机具有识别码，识别码表示此人员被授予进入所示位置的权利。此时，对于21位的数据口令，传输时间为288微秒，重复率最少为两秒。经验表明，在采用这种类型的长数据口令且因此长传输时间的情况下，必须有更多能量用于信息传输。另外，由于信号重叠而使数据冲突的情况下，用于识别信号的装置是必需的。暂时相对较长的数据口令重叠时，容易发生这种情况。
EP 1804220A1示出了在不使用光学数据传输系统的情况下对服务进行授权的方法以及执行这项功能的便携设备。便携设备和媒介之间的通信链路用于短程操作。所述便携设备在多个不同通信链路上发射一个或多个标识符以使用所述服务。所述短程通信链路的采用不能够使操作者在不停下脚步的情况下从门穿过。使用所述服务时，操作者必须携带其便携设备向媒介移动。
从DE 102005062632A1中，已知一种用于待在建筑物范围内的人员的自动管理系统，其中，访问授权被编程到建筑物入口处的识别元件内。然后个人访问检验装置检验此项信息。优选地，这通过为识别元件提供可进行光学、声学、磁性和/或电子检测的可定制标识符来实现。特别在可进行电子检测的标识符系统的情况下使用收发器，其中，固定的发射/接收装置发送信号，其诱导收发器或所述识别元件的相应发射/接收装置发送包括个性化标识符的信号。该信号随后在所述固定装置的部分上接受检测，以控制入口。如果与光学装置结合使用，则标识符仅压印在所述识别元件上，并随后从所述识别元件进行本地读取。因此，不会发生(例如)通过光辐射的光传输。
发明内容
基于现有技术，本发明的目的在于提供一种功耗非常低且不需要电池的小型光学收发器。
上述目的由具有权利要求1特征的包括光学收发器的识别元件和具有权利要求13特征的与所述识别元件配合的装置实现。
为此，使用光学收发器，其传输器单元是发射光的传输器单元，其接收器单元(如果有的话)是接收光的接收器单元。另外，还设有自备电源，其中，所述光学收发器和所述自备电源集成到所述识别元件内。因此可以实现光学(也可能为双向的)收发器，其无需电池就能进行管理，且范围比已知感应式收发器的范围大得多。此外，优选地，其可进行远程编程。另外，光学解决方案允许对传输角度进行限制。
因此，集成在无电池识别元件内的光学收发器可仅包括一个传输器单元，或，如果需要(例如)更高安全性的话，则包括传输器单元和接收器单元两者。在这两种情况下，所述传输器单元均自动连续地，至少周期性地(例如以特定频率或以特定时钟频率)发射光信号，即，例如当采用(例如)遥控时不会发生手动操作。尽管所述光信号为连续发射，集成到相对较小的识别元件(例如名签)内仍是可能的。如果所述光学收发器仅有一个传输器单元，可替换地，也可设置接收来自其对应物的无线电波的接收器单元。所述光学收发器的传输器单元由控制电路以如下方式操作：其在每秒内多次发送小于或等于100毫微秒的光脉冲。
采用短数据口令和短传输时间有利于传输信息，因为传输的数据口令越短，或传输时间越短，则传输数据所需的功率值越小。较短传输时间能够进行无干扰的信息传输，因为这样在采用多个收发器时可防止传输期间数据口令的重叠。
因此减小了尺寸，使其具有(例如)常规名签的形状。当人员快速靠近门时，门应足够迅速地开启，以不阻碍该人员的通行。为此，所述光学收发器需要具有适当的长距离。实践中实施的例示性实施例的距离为至少6m。所述光学收发器的数据口令应能在特定距离(即该例示性实施例中所述的6m)处以光学方式进行更改。
显而易见，当安全要求不高时或出于其他原因，可以免除所述双向功能。所述收发器每秒发送(例如)10次数据口令，但无进一步的功能。当安全要求非常高时，在固定的安全装置与便携式光学收发器之间可进行超出这里所述功能的数据交换。
从所附权利要求和优选例示性实施例的以下说明中可明白进一步的优点。
附图说明
下文将根据附图所示的例示性实施例对本发明进行详细说明。其中：
图1示出了包括光学收发器的名签，
图2为包括光学编程功能的光学收发器的附属框电路图，
图3为具有优先授权的充电电路，
图4为固定的安全装置中的功能的时间顺序，
图5为所述光学收发器中的功能的定时，
图6为接收器单元和传输器单元的功耗PWR(功率)，其脉冲宽度从几毫秒(ms)降至几毫微秒(ns)，
图7为所述固定的安全装置的功能，
图8为所述光学收发器的功能，
图9为所述固定的安全装置内的接收器单元和传输器单元，
图10为具有上游转换模块的读卡器的示意图。
具体实施方式
现在根据附图以示例对本发明进行详细说明。尽管如此，例示性实施例仅为示例，并非用于将发明构思限制为特定配置。
对本发明进行详细说明之前，应指出的是，本发明既不限制为所述装置的特定部件，也不限制为特定方法步骤，因为这些部件和程序可以改变。此处所用的术语仅用于描述特殊实施例，并非用于限制的目的。此外，如果说明书或权利要求中使用单个或不定的物体，由于总的上下文并没有清楚地明确其具有其他意义，因此也指代这个范围内的多个这种元件。
附图特别是图1示出了识别元件，所述识别元件优选为名签形式的或为识别装置或识别元件形式的，或优选地，所述识别装置和识别元件具有指定用于物体或人体的相应尺寸，或将被携带在所述物体或人体上，即，一般情况下，所述识别元件尺寸相对较小。其还可设于车辆上，例如，以类似方式设于车库门开门器上，随后对所述车辆或车内人员的访问授权进行识别，而不需要手动激活。其包括光学收发器1.1，所述光学收发器1.1包括发射数据的传输器单元1.3和可能设置的接收数据的接收器单元，以与用于检测和/或控制对区域或物体的访问权利的装置进行通信。所述光学收发器内的所述传输器单元和可能设置的接收器单元以光学方式工作，即，所述传输器单元以光信号的形式发送数据，所述接收器单元以光的形式接收信号或数据。如果所述光学收发器仅有一个传输器单元，可替换地，可以设置从其对应物接收无线电波的接收器单元。所述光学收发器和自备电源集成在所述识别元件内。
因此，集成在所述识别元件内的光学收发器可仅包含传输器单元1.3，或者，如果需要(例如)更高安全性，可以包含传输器单元和接收器单元1.4两者。这两种情况下，所述传输器单元均自动地连续(至少周期性地，例如以特定频率或以特定时钟频率)发射光信号，即，例如采用(例如)遥控时不会发生手动操作。尽管所述光信号为连续发射，集成到相对较小的识别元件(例如名签)内仍是可能的。
图1示出了包括光学收发器的名签。用作自备电源的太阳能电池容纳在区域1.2内。在该例示性实施例中，其包括八个光电二极管(例如，Osram公司的BPW 34)的布置。或者，所述自备电源还可由至少一个电池形成，所述电池寿命保证为一年以上，其集成在所述识别元件内，即，例如，集成在所述名签的外壳1.1内。光学传输元件，例如，(IR-)发光二极管位于1.3内。1.4是用于接收所述固定的安全装置发出的信息的光电二极管。所述外壳1.1可由任意材料构成，仅用于容纳电子器件。1.5示出了包括用于将其紧固在衣服上的常规夹子的示意性侧视图(剖视图)。仅1.5mm厚的电子线路容纳在其内。如可了解的，所述名签不需要比其中无任何电子器件的常规名签更厚或更大。
图2示出了具有光学编程功能的该例示性实施例中的光学收发器的相关电路框图。在有适度照明的情况下，所述太阳能电池2.1内排列的八个光电二极管在至少100μA电流下输送约8×0.4V(即3.2V)的电压。所述收发器的电源电压为2-3V。
在充电电路2.2中，由太阳能电池2.1输送的电压优先提供给所述时钟脉冲发生器2.4。优先处理的意思是，当所述可再充电电池2.3放电时，不需要等待长时间充电来获得(例如)至少2.0V的必要电压，即使在可再充电电池完全放完电的情况下，所述时钟脉冲发生器2.4和与其连接的其他电子级2.5、2.7及2.14也能立即获得必要电压。随后未耗电流(即剩余电流)被提供给所述可再充电电池2.3。如果所述太阳能电池2.1上的光较弱并且可再充电电池至少部分充电的情况下，该可再充电电池接管向2.4、2.5、2.7和2.14提供电流的任务。电子级2.5为数据口令生成级，其包含用于所述传输器单元(光传输元件1.3)和所述接收器单元(光电二极管1.4)的控制电路，还可能包含微处理器，优选为FPGA(现场可编程门阵列)。此处还可设置存储元件和编程装置。
图3解释了具有优先配置2.2的充电电路。
所述曲线3.2起始于所述电源电压2.12与所述曲线3.2本身的共同零点。其显示了所述太阳能电池2.1处的电压特性为，照明增强，而所述太阳能电池上无负载。随着照明的增强，电压升高，直到达到用于所述可再充电电池2.3的充电电流的激活点3.5。这是所述时钟脉冲发生器2.4的必要电源电压2.12，或用于所述收发器的其他级的工作电压2.8。从所述激活点开始，所述电源电压2.12的电压保持为恒定值，作为提供给收发器电子器件的电压。进一步的理论增压3.2转换为用于所述可再充电电池2.3的充电电流3.4。因此，在照明故障的情况下，如果收发器电子器件要供以必要的工作电压，充电电流仅提供给所述可再充电电池。这具有如下优点：即使在黑暗中以及在照明较弱的情况下长时间存储，所述名签也能立即运行。
当照明适度或所述可再充电电池被充电时，用于所述时钟脉冲发生器2.4的电源电压2.12被激活。所述时钟脉冲发生器2.4优选地包含具有下游分频器的石英振荡器。石英提供的精度确保所述光学数据口令始终以完全相同的间隔发送。这在其环境中具有较大干扰或在多个收发器同时双向运行的情况下，有利于接受光学数据。将在接收器件的描述中对此进行解释。
所述时钟振荡器2.4通过2.9激活所述光学数据口令的开始传输。为了节省能量，在发送数据口令期间，用于生成数据口令2.5的进一步级和LED驱动器级2.7仅被提供以工作电压2.8。所述数据口令生成系统2.5产生适当的数据口令2.11，并将其传递到所述LED驱动器级2.7，该驱动器级以适当的电流值驱动所述LED 1.3。所述数据口令可由硬件固定和预定，但也可编程。对于双向数据交换，在传输所述数据口令2.11后，由所述时钟脉冲发生器2.4通过2.13激活所述接收器单元2.14。该激活程序比预期的光学数据传输早几微秒开始，以便在所包含的电容器内完成充电程序。激活所述接收器级2.14的时间长度取决于所预期的数据传输，但为了使平均电流消耗低，应保持较短的时间长度。或者，也可使用接收无线电波的接收器单元实现相应的节能操作。
在该例示性实施例中，设置特殊的光电二极管1.4，用于接收所述光学数据。显而易见，通过适当的电子系统，所述光电二极管2.1也可用于接收目的。
接收的数据项2.6被提供给所述级2.5，在那里，例如，所述数据项可以以适当的预期方式对所述数据口令2.11产生影响。为此，例如，所述元件2.5中可设有微处理器，优选为FPGA。优选地，所述光学收发器的基本编程也可以这种方式进行。换句话说，具体地，来自所述光学收发器1.1的数据可受与用于检测和/或控制所述访问授权程序的装置之间的双向通信影响。在发送所述数据口令之后，该例示性实施例中的光学收发器自动关闭，直到所述时钟振荡器2.4进行下一次激活。
图9示出了所述固定安全装置的接收器单元和传输器单元。由所述收发器发送的光信号被所述光电二极管9.1以及接收器的电子系统9.2接收，并被提供给所述数据处理系统9.3。为了抑制干扰，所述数据处理系统9.3可仅允许有效数据口令检测之后在明确确定的时间出现的数据。为此，首先不断地将从所述光电二极管9.1和接收器的电子系统9.2接收的信号检验为有效数据口令。一旦已经成立，第二个数据口令可仅在所述收发器内的振荡器(优选地，石英振荡器)产生的时间间隔后出现。所述数据处理系统9.3具有匹配的时基(time base)，并仅接受相应时间间隔内出现的数据，以便进行检验。
在所述固定安全装置内的数据口令有效识别之后，固定单元的传输级9.4通过所述发送元件9.5(例如，发光二极管)将其自身的数据口令发送给所述收发器。该数据口令可包含(例如)用于所述收发器或用于收发器数据的编程指令。例如，当多个人员同时经过安全区并且每个人都应具有以光学方式“写入”其收发器的个人信息项时，这种方法是有利的。因此，例如，也可为光学收发器提供额外信息，所述额外信息例如涉及第三方的期满访问授权，所述访问授权可以并且应该以这种方式与所有访问安全系统进行通信。
图4示出了所述固定安全装置中的功能的时间顺序。图中显示了在所述接收器的电子系统9.2内接收信号之后由所述收发器以以所接收的信号4.1的形式光学地发送的信号。在所述数据处理系统内确认其有效性之后，通过(例如)与门的电控系统或与中央计算机之间的相应数据通信9.9可进行其通路的激活。此外，伴随有效数据口令，传输级9.4可在时间段4.2内激活。其随后发送相应的数据口令4.3，所述数据口令4.3，例如，由数据通信9.7通过中央计算机预定。
图5显示了根据图2的光学收发器的定时功能。用于产生数据口令5.3的级2.5由时钟振荡器2.4在时间段5.1内启动。传输结束时，所述收发器接收器单元2.14经由2.13在时间间隔5.4内激活。在接收有效数据口令之后，由所述固定安全装置发出的特殊数据口令以曲线5.5的形式示为所述收发器内的接收信号。该接收的数据口令可适当地修改(例如)将由所述收发器发送的原数据口令。
由所述收发器不断地发出的数据口令也可仅为用于所述固定接收器的“激活码”，所述固定接收器随后发出特殊数据口令，其使所述光学收发器发出其实际的安全数据口令。可用这种措施防止对数据口令的未授权“监控”，或未授权“监控”下的光学探查。例如，所述接收器的“激活码”不需要特别加密，(例如)8位编码足够。随后，实际识别程序以相当高的数据传输率进行。因此保证了合理设计下的双向通信，双向通信可提供高安全度。
由于无电池的运行形式和前述措施，所述识别元件的尺寸可以减小，使所述收发器可以(例如)制造成常规名签的形式。当人员快速靠近门时，门应迅速开启，不阻碍该人员的通行。为此，所述光学收发器需要具有适当的远范围。在该例示性实施例中，该范围至少为6m。所述光学收发器的数据口令应能在特定距离(即在该例示性实施例中为6m)处以光学方式进行更改。
显而易见，当安全要求不高时，或出于其他原因，可以省却所述双向功能。所述收发器在每秒内发送(例如)10次其数据口令，但无进一步的功能。当安全要求非常高时，在所述安全装置与所述便携式光学收发器之间可进行超出所述功能的数据交换。
一般情况下，用于红外线范围内光信号的传输器单元众所周知。遥控(特别是电视机等的遥控)通常与编码红外光结合使用。这些传输元件通过按下按键来激活，随后，其在按键按下的短时间间隔内或以预定时间发送编码光脉冲，即，其数据口令。为了获得更大的范围，通过传输元件在短时间内发送具有适当高强度的电流，这些元件通常为发光二极管。其脉冲长度一般仅为几微秒，以在传输模式过程中达到相对高强度的平均电流。在实践中，在数据传输过程中，对(例如)3V供电电压，电流从几毫安到几百毫安不等。因此，这些装置设有“强力”电池，并且仅适用于偶尔的操作。连续操作会使电池在短时间内放电。
进一步的要求是反应速率。必须足够快速地识别朝向门的快速移动，以检验访问授权并及时将门开启。这仅在所述光学数据口令的重复率为相应的较高值(例如，每秒10次)的情况下才能保证。在所述固定安全装置与所述便携式收发器之间的互相识别完成之后，可以更频繁地进行数据的任何必要的进一步交换。
但是，这些要求的确存在很多阻碍，特别是在采用的光学系统是可远程进行光学编程的情况下。
可能的解决方案1：
所述光学收发器一直准备接收。如果接收的是由例如门的固定安全装置发射的特殊编码的光信号，则所述光学收发器仅发送其数据口令。
但是，为此目的，需要考虑以下情况：图6示意性地显示了当使用脉冲宽度从几毫秒(ms)降至几毫微秒(ns)之间变化时，接收器单元或传输器单元的功耗PWR(功率)。曲线6.1显示了所述传输级的功耗。在毫秒范围内“较长”传输脉冲的情况下，该传输级使用的能量比仅在毫微秒范围内发送短信号时更多。所述接收级以相反的方式运行。曲线6.2显示了其功耗，该功耗取决于将接收的脉冲宽度。在当前的现有技术中，当频带宽度增加(即，在毫微秒范围内的非常短脉冲的情况下)时，接收级使用更多的能量。
因此，根据图示，更好的是，对所述光学收发器内的永久运行接收器选择节省电流的接收技术。因此，如果传输的脉冲相对较长，这就可以实现。由于在例如门的固定安全装置内能够轻松提供传输所需的电流，因此当接近门时该原理有可能将所述收发器激活，从而发射其数据口令。所述收发器内的接收级可以以相对较小的电流，例如，20μA运行，以接收频带宽度为(例如)2kHz的光脉冲，该频带宽度对应于几微秒范围内的脉宽。在对接收的这些光信号(即，用于激活所述收发器内的传输器的数据口令)进行评估后，所述光学收发器可用毫微秒范围内的“节省电流”脉冲发送数据口令。随后，具有为此目的所需的相对较高电流消耗的“快速”接收器可毫无问题地容纳在例如，门的所述固定安全装置内。
图7和图8显示了这种功能方式。
图7示出了所述固定安全装置的功能方式，图8示出了所述光学收发器的功能方式。来自所述固定安全装置的相对“较长”的传输脉冲7.1导致所述收发器的接收元件内产生对应的接收信号8.1。该信号包含用于激活所述收发器的数据口令，因为数据口令生成/控制电路2.5在通过接收器单元接收数据信号后激活所述传输器单元。通过修整所述接收信号的边缘，示出了所述接收器的可能低通效应。当所述收发器已接收到信号8.1时会出现相反形式的特性，现在其本身再次发送数据口令8.2。这以信号7.2的形式被接收在所述固定安全装置内，所述信号7.2用于以适当的授权将(例如)门开启。
但是，有两种论点反对这种进行方式。首先，由于在所述数据口令7.1所处的低频光谱(特别是50Hz以下至500kHz以上范围)中的荧光灯存在重大干扰，这会使收发器的操作难以不受损害。其次，收发器内的接收器必须永久运行。根据现有技术，这需要至少20μA，也就是说，对于采用小型电池或太阳能电池的操作，这个电流消耗过高。
此外，很多情况下，所述光学收发器不仅应发送其自身的数据口令，而且还必须接收和例如为了编程而适当地处理由安全装置发送的另一个数据口令。例如在需要增强的安全性以抵制未授权进入的情况下，特别需要双向系统或可编程系统。
这些要求连同尽量减少电流消耗的要求使原理稍有不同：为了确保这些性能特征，如果省去电池操作，就有必要采取特殊措施。
可能的解决方案2：
现在根据图1所示的例示性实施例对此进行详细说明。在该例示性实施例中，在具有短脉冲时间的24位数据口令的接收阶段后，收发器用同样短脉冲时间定时发送24位数据口令。根据图1的收发器为市场上可购买到的名签的尺寸大小。其厚度约为2.2mm。为了确保长期可用性，省去了电池操作。电流供给由具有可再充电电池的小型太阳能电池提供。在该例示性实施例中，所述太阳能电池的可能表面面积1.2仅为(例如)50×3mm。
此外，甚至当室内照明弱或日间可得到的光仅能提供3-4小时的中等亮度时，也必须确保所述收发器能够积累一个储量，所述储量容许在完全黑暗中能连续操作至少24小时。在所述可再充电电池已完全放电(例如，由于在黑暗的橱柜里放置数天而完全放电)的情况下，即使在最差照明条件下，所述收发器也必须立即完全运行。该例示性实施例的以下算术示例中将解释该例示性实施例中满足这些要求的事实：
首先，为了进行评估必须进行以下假设：为了节省每个时间单位内的传输功率，所述光信息的传输应尽量短。出于成本的原因，应避免使用复杂的光聚焦系统(即，透镜或凹面镜)用于接收。可采用价格便宜的光电二极管(例如，Osram公司的BPW 34)以低成本实现可用检测灵敏度。为了保持电子系统的可维持费用，这种光电二极管的上限频率约为25MHz。这与20毫微秒的脉宽对应，该脉宽仍可轻易检测出。如果现在假设一种数据传输系统，其中“0”由宽度为20ns的光脉冲传输，“1”以双倍时间(即40ns)传输，每个第二个数据口令均为镜像(0变成1，1变成0)，可以预期30ns的固定平均脉冲长度。显而易见，可以采用任何其他合适的编码方法，唯一重要的是，所述数据口令可在非常短的传输时间(例如1μs)内进行传输。所述短传输时间还具有另一优点：谱分量处于(例如)10MHz以上的频率范围内，即，超出通常能够预期的光干涉谱。
编码数据口令的上述方法的一个替代方法是这样一种系统：其中，“0”和“1”的信号以相同方式传输，但具有不同的连续中断长度，用作区别特征。该变型的优点是：数据传输过程中不变的节能消耗。光脉冲的传输时间小于100ns，优选为20ns至50ns。如果假设用于“0”和“1”的信号用20ns的光脉宽进行传输，并且“0”之后有30ns的中断，那么60ns的双倍中断长度与“1”有关。
假设在第一种编码方法中，24位数据口令在每秒内传输10次。针对该数据口令的每秒总传输时间计算为24×30ns×10，即每秒7.2μs。换算为一小时，那么传输长度为25.92毫秒。
该例示性实施例中，在中等照明条件下，由八个串联BPW 34型光电二极管(图2，2.1)组成的太阳能电池产生约100μA，负载电压约为3.0V。所述收发器的电源电压(2.8)为2-3V。如果假设日间照明为4小时的最差情况，每天的总电流值为400μA。换算为一小时，平均电流为16.6μA。设置非常小的可再充电电池或专用电容器(2.3)来存储这4个小时内产生的能量。存储媒介的效率取决于所采用的技术，但是，其能降到70％，以使在最差情况下，所计算的16.6μA/hr中还有12μA/hr可用。
以10Hz的频率运行的时钟脉冲发生器2.4激发数据传输程序。可以计算出用于该目的的连续电流为0.25μA。因此，光学数据传输每秒被激活10次，并且在每种情况下都发送完整的数据口令。在每次数据传输结束时，为此目的提供的所述电子系统将其自身切换为无电流状态，直到下一次被激活。
为了在每100ms内都生成数据口令，传输级2.7每次都被激活1.5μs。关于已发出光数据的纯传输时间的较长时间长度源自于平均50％的脉冲中断率。因为要求部件运行快，所述传输器的电子系统的电流消耗(不包括经过LED的电流)相对较高，在该例示性实施例中为25mA。因此，总体来说，可以计算出每小时54ms的时间，所以，用于所述传输器的电子系统的平均电流(不包括经过LED的电流)为0.375μA。
接收级2.14在数据传输程序之后被激活。期望其能够接收24位数据口令。在平均长度为30ns的24位口令的情况下，实际接收过程的时间长度为每位60ns，因为在50％的脉冲中断率下，必须按照纯传输时间的两倍计算。由此，每个数据口令的接收时间为1.44μs。在接收级开启之后，由于电容的充电过程而不能立即准备好接收。因此，所述接收级2.14提早0.5μs被激活，从而，每个数据口令的总接收时间约为2μs。换算为一小时，总时间为72ms。在该例示性实施例中，接收器单元的电流消耗约为18mA。因此，换算为72ms，接收10×24位/秒需要0.36μA的电流。另外，在最差情况下，必须还考虑通过不可拆卸电子部件的0.4μA的无法消除的剩余电流。包括用于使所述收发器运行的优先授权特征的电子充电系统2.2持续地采用0.55μA。
总的来说，这导致各电子器件的平均电流消耗如下：
时钟脉冲发生器：0.25μA
传输电子器件：0.375μA
接收电子器件：0.36μA
充电系统电子器件：0.55μA
剩余电流：0.4μA
                        
＝1.935μA
如果将该电流从可用的12μA中减去，将剩余约10μA，用于为纯光传输过程供电。10μA/hr换算成每小时25.92ms的纯传输时间，从而导致至少1.388安培的脉动电流经过所述发光二极管。该电力足以实现用于数据光传输的具有+/-45度输出射束角的几米的范围。此处，常规的小型IRLED 1.3将用于所述传输器，而无任何其他光学系统。
当使用表面面积为例如8mm2的光电二极管(BPW 34等)时，因为收发器内的传输器具有高光学性能，因而也可省去用于所述固定安全装置内光电二极管的光学系统。但是，显而易见，根据所需的特定传输或检测范围，通过选择适合的光学部件，例如，通过采用集成的或前述透镜结构，在任何时间，该范围可能会增加，或者所述要求可能会降低。
在实践中，可借助于这些措施提供平均电流消耗仅为12μA、工作电压为2-3V，范围为6m的光学上可编程的光学收发器。
根据图10，所述光学收发器1.1还可用在不以光学方式运行的已知系统中。为此，在用于检测和/或控制访问授权程序的装置(例如，读卡器10.2)处设置有适用于与所述识别元件进行通信程序的转换模块10.1。其中，由光学收发器1.1以光学方式已传输的数据被转换为可由标准访问控制装置读取的数据项，并且/或者，正由标准访问控制装置发送的数据被转换为可传输至所述光学收发器的光学数据。因此，所述系统可以以有利方式连接至已知系统。同时，另外，还可使用如磁卡10.3等已知识别元件，并由所述转换模块10.1进行并行检测。
当更新现有RFID设置时，例如当用户将其现有的磁卡更换为光学收发器时，用户携带的光学收发器还没有配置在RFID设置中。为了识别(例如)所述光学收发器元件，用户以常见的方式在入口门处使用其磁性RFID卡(磁卡10.3)，所述入口门已设有RFID系统和用于所述光学收发器读取装置的附加装置，该附加装置为转换模块10.1的形式。所述光学收发器读取装置内的附加装置读取所述光学收发器名签1.1的ID号，并将该ID号连同所述磁性RFID系统读取的ID号一起输入到列表中。当第二次经过所述门时，光学收发器的ID号被读取，并且相关的RFID号从相应列表中被提取出来并被传送给RFID读卡器10.2。这可通过磁感应或使用RFID读卡器与中央控制单元之间的界面而完成。采用这个程序，可避免现有的系统专用基础结构的复杂适配，还可避免光学收发器的编程。
显而易见，可在所附权利要求等同物的范围内对本说明进行各种修改、更改和改编。
参考数字列表
1.1名签形式的光学收发器
1.2用于太阳能电池的空间
1.3光传输元件，例如LED
1.4光电二极管
1.5名签侧视图
2.1由8个光电二极管组成的太阳能电池
2.2具有优先授权的充电电路
2.3可再充电电池
2.4时钟脉冲发生器
2.5数据口令生成/控制电路
2.6接收的数据
2.7LED驱动级
2.8切换的电源
2.9数据口令的激活
2.11数据口令
2.12用于时钟脉冲发生器的电源电压
2.13接收器单元的激活
2.14收发器接收器单元
3.2无负载情况下的太阳能电池的电压特性
3.5充电电路的激活点
3.4可再充电电池的充电电流
4.1接收的信号
4.2传输阶段的时间周期
4.3发送的数据口令
5.1生成数据口令的时间周期
5.3数据口令
5.4激活接收器单元的时间周期
5.5收发器内所接收的信号
6.1传输级的功耗曲线
6.2接收级的功耗曲线
7.1固定安全装置内的长传输脉冲
7.2固定安全装置内所接收的信号
8.1收发器内所接收的信号
8.2收发器发送的数据口令
9.1固定安全装置内的光电二极管
9.2安全装置内的接收电子器件
9.3数据处理级
9.4固定单元内的传输级
9.5发送元件，LED
9.7与中央计算机的数据通信
9.9与控制电子系统的数据通信
10.1转换模块
10.2读卡器
10.3磁卡

Claims (15)

1.一种识别元件，具有包括发送数据的传输器单元和任选的接收数据的接收器单元的收发器(1.1)，与用于检测和/或控制对区域或物体的访问授权的装置进行通信，所述识别元件还具有用于所述传输器单元和所述接收器单元的控制电路(2.5)；
其中，所述收发器为光学收发器(1.1)，所述收发器的传输器单元为连续地至少周期性地自动发送光信号的光发射传输器单元(1.3)，如果所述收发器存在接收器单元，所述接收器单元为接收光的接收器单元(1.4)，并且其中还设有自备电源，其中，所述光学收发器和所述自备电源集成到所述识别元件内；并且
其中所述识别元件为名签形式的，或为具有与物体或人体相关的或将被携带在所述物体或人体上的相应尺寸的识别元件形式的；
其特征在于，所述控制电路(2.5)以如下方式操纵所述光学收发器(1.1)的传输器单元(1.3)：所述传输器单元在每秒内多次发送小于或等于100毫微秒的光脉冲，并且其特征在于所述识别元件无电池。
2.根据权利要求1所述的识别元件，其特征在于，至少一个太阳能电池(2.1)形成所述自备电源。
3.根据权利要求2所述的识别元件，其特征在于，用于为可再充电电池(2.3)充电的充电单路(2.2)与所述至少一个太阳能电池(2.1)相关，当所述可再充电电池(2.3)为扁电池时，在提供能量以便对所述可再充电电池充电之前，所述充电电路优先为所述传输器单元(1.3)以及如果存在所述接收器单元(1.4)的话也优先为所述接收器单元提供能量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的识别元件，其特征在于，所述控制电路(2.5)以如下方式控制所述接收器单元(1.3)：在数据信号发送后，其切换为有效的且持续一特定时间段。
5.根据前述权利要求中任一项所述的识别元件，其特征在于，所述光学收发器(1.1)包括存储器单元和编程装置。
6.根据权利要求5所述的识别元件，其特征在于，由于所述接收器单元(1.3)接收的数据和任选地所述光学收发器(1.1)中的数据可通过所述控制电路而改变，因而所述存储器单元能够受所述编程装置影响。
7.根据前述权利要求中任一项所述的识别元件，其特征在于，所述光学收发器(1.1)中的数据尤其能受与用于检测和/或控制访问授权的装置之间的双向通信的影响。
8.根据前述权利要求中任一项所述的识别元件，其特征在于，用于数据口令“0”和“1”的光信号具有相同的信号长度。
9.根据权利要求8所述的识别元件，其特征在于，所述信号长度为小于100ns，优选为20ns至50ns之间。
10.根据权利要求8或9所述的识别元件，其特征在于，用于数据口令“0”和“1”的光信号通过随后的中断而区分。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的识别元件，其特征在于，“0”后面的中断比“1”后面的中断短，其中“0”后面的中断优选为30ns，“1”后面的中断优选为60ns。
12.一种访问授权检测和/或控制装置，所述装置适用于与根据权利要求1至12中任一项所述的识别元件进行通信，其特征在于，所述装置与一转换模块配合，所述转换模块将光学收发器(1.1)以光学方式传输的数据转换为能够由标准化访问控制装置读取的数据，和/或所述转换模块将标准化访问控制装置发送的数据转换为能够传送到所述光学收发器的光学数据。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置进一步用于并适合于识别如磁卡的标准化识别装置以及识别根据权利要求1至12中任一项所述的识别元件。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于模拟磁卡(10.3)的工具，所述磁卡适合于与根据权利要求1至10中任一项所述的识别元件通信。
15.一种用于识别根据权利要求1至11中任一项所述的具有光学收发器(1.1)的识别元件的方法，包括如下步骤：
识别所述光学收发器(1.1)，
在未分配所述光学收发器的情况下，识别磁性收发器(10.3)的RFID号，并将所述磁性收发器(10.3)的RFID号与所述光学收发器(1.1)的ID号相联系，
在已分配所述光学收发器(1.1)的情况下，输出现有磁性收发器(10.3)的与光学ID号相联系的系统专用RFID号，以及
识别所述识别元件。
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