DE102005034351A1

DE102005034351A1 - Farb-Umschlag-Indikator zur Statusanzeige von RFID-Tickets und -Etiketten

Info

Publication number: DE102005034351A1
Application number: DE102005034351A
Authority: DE
Inventors: Peter Schneider
Original assignee: SENSION BIOLOG DETEKTIONS und; SENSION BIOLOGISCHE DETEKTIONS- und SCHNELLTESTSYSTEME GmbH
Current assignee: SENSION BIOLOG DETEKTIONS und; SENSION BIOLOGISCHE DETEKTIONS- und SCHNELLTESTSYSTEME GmbH
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-01-25
Also published as: WO2007009770A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transpondervorrichtung und ein zugehöriges Lesegerät und Verfahren. Die Transpondervorrichtung umfasst einen Transponderempfänger zum Empfangen eines Transpondersignals und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen einer Information. Die Transpondervorrichtung ist imstande, die Information berührungslos zu empfangen. Die Anzeigeeinrichtung nimmt abhängig vom Inhalt der Information einen von zwei visuell unterscheidbaren Zuständen an. Bevorzugte Anwendungsgebiete sind Fahrscheine und Haltbarkeitsetiketten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transpondervorrichtung sowie ein zugehöriges Lesegerät und Verfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung Transpondervorrichtungen mit einem Transponderempfänger zum Empfangen eines Transpondersignals und einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen einer Information.

In vielen Bereichen des öffentlichen Lebens, vor allem auf dem Gebiet der Güterlogistik, Zugangsberechtigung und sowie im Ticketbereich, werden in den letzten Jahren verstärkt RFID-Systeme (RFID: Radio Frequency Identification) verwendet. Der Term bezeichnet hierbei eine Identifikation mittels Radiowellen (bzw. Hochfrequenzwellen). Ein RFID-Systeme besteht im Wesentlichen immer aus zwei Komponenten: einem Auswertegerät, das als Lese- und/oder Schreibeinheit ausgebildet sein kann, und einem Transponder, der die zur Identifikation verwendeten Daten elektronisch gespeichert trägt. Grundlagen hierzu sind in Finkenzeller, K.: „RFID-Handbuch", 3. Auflage, Hanser, München 2002 beschrieben.

Für viele Anwendungen ist die Auslegung des Transponders als Wegwerfprodukt zweckmäßig oder sogar zwingend nötig, um eine breite Marktakzeptanz zu erreichen. Dies gut für viele Formen der Warenkennzeichnung mittels Etiketten und es gilt auch für Fahrscheine, insbesondere auch im Bereich ÖPNV (Öffentlicher Personennahverkehr).

In vielen Ländern, unter anderem in Deutschland, wird aus sicherheits- und bauphysikalischen Gründen eine Bahnsteigsperre etwa mittels Drehkreuzen abgelehnt. Vielmehr werden Zeitkarten, Mehrfachfahrscheine und auch Einzelfahrkarten verwendet, die der Benutzer vor Gebrauch „abstempeln" oder „entwerten" muss. Dazu muss der Benutzer den Fahrschein in ein Lesegerät einbringen, das die: Entwertung etwa durch Aufstempeln des Einstiegsorts und Einstiegszeitpunkts dokumentiert. Dadurch wird entsprechend den Benutzertarifen die Berechtigung für eine bestimmte Fahrstrecke erworben. Ausserdem wird durch Entwertung der Karte eine nochmalige Verwendung ausgeschlossen. Der Benutzer und auch ein Kontrolleur kann visuell durch die Aufstempelung erkennen, dass die Karte bereits benutzt wurde.

Zukünftige Ticketingsysteme werden RFID-Komponenten mit einbeziehen. Dies beginnt derzeit bei den hochpreisigen „Monatskarten" und wird, schon aus Gründen der Systemkompatibilität, auch bei allen anderen Fahrscheinen erfolgen, ein schlagender Vorteil ist, dass RFID-Tickets ohne physischen Kontakt, also berührungslos, gelesen und prinzipiell auch entwertet werden können. Die diesbezügliche Information wird elektronisch im Speicher des Transponders oder aber auch in der Datenbasis des ÖPNV-Betreibers abgelegt. Die Information kann mittels eines Lesegerätes, sei es bei Ein- und/oder Austritt, im Vorbeigehen („Hands-free") ermittelt und optisch oder akustisch dem Benutzer angegeben werden, Ebenso kann ein mit einem entsprechenden Lesegerät ausgerüsteter Kontrolleur die Gültigkeit des Tickets überprüfen.

Ein nicht mit einem Lesegerät ausgestatteter Benutzer kann die Gültigkeit des Tickets allerdings nicht erkennen oder verifizieren. Dies kann in der Praxis zu absichtlichen oder auch unabsichtlichen Schwarzfahrern führen, wobei sich der Fahrgast auf seine Unkenntnis des Gültigkeitsstatus berufen kann und wird. Dies kann in der Regel zu juristischen Implikationen führen und diese wiederum schränken, unter anderem, die Einführung der „elektronischen Tickets" vorerst ein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dieses Problem zu beheben. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß kann auf sehr einfache Weise eine Aussage über den Status der gespeicherten Information für einen Benutzer ohne technische Hilfsmittel visuell zugänglich gemacht werden. Ein Farbumschlagindikator kann zur Statusanzeige insbesondere von ultraflachen RFID-Tickets und -Etiketten verwendet werden. Es kann ein irreversibles Ein-Bit-Display zur visuellen Kenntlichmachung des Status eines RFID-Transponders eingesetzt werden, insbesondere im Ticket-Sektor. Dazu werden auf dem Substrat der RFID-Komponente ein oder mehrere passive, vorzugsweise im wesentlichen aus der Papiertechnik bekannte flache Bauteile aufgebracht, deren optisches Aussehen berührungslos verändert werden kann.

Dazu detektiert ein Lesegerät im Hochfrequenzbereich den Speicherinhalt des RFID-Transponders, trifft eine logische Entscheidung über ein relevantes Merkmal und sendet anschließend ein entsprechendes Hochfrequenzsignal an den Transponder zurück. Dieses Signal kann von im wesentlichen passiven Komponenten auf dem Transpondersubstrat diskriminiert und als Farbumschlag auf dessen Oberfläche dauerhaft angezeigt werden, so das ein Benutzer ohne jedes technische Hilfsmittel eine Information über den Status erkennen kann.

Eine derart ausgerüstete RFID-Komponente vereint somit auf besonders preiswerte Weise die Vorteile der RFID-Technik (berührungslos über größere Distanz elektronisch les- und/oder beschreibbar) mit den konventionellen Möglichkeiten wie beispielsweise die Bereitstellung visueller, ohne technische Hilfsmittel vom Benutzer erfassbarer graphischer Information.

Vorteilhafterweise wird daher eine besonders preiswert herstellbare, elektrochemische Farbanzeige zur visuellen, lesegerätlosen Übermittlung und Anzeigeermittlung wichtiger Daten, die in künftigen Produkten der RFID-Teehnik gespeichert sind, bereitgestellt.

Erfindungsgemäß kann auf einem Ticket eine irreversible Anzeige über den Gültigkeitsstatus bereitgestellt werden, Gegenüber herkömmlichen, kontaktbehafteten oder auch kontaktlosen Chipkarten (wie beispielsweise Geldkarten), die mit einem Display versehen sein könnten, wird erfindungsgemäß jedoch in vorteilhafter Weise kein Display benötigt, welches neben einer gewissen Auflösung eine Energiequelle und auch eine elektrische Ansteuerung benötigen würde. Die erfindungsgemäße Vermeidung solcher Displays hat zudem einen signifikanten Kostenvorteil, da vor allem die Kontaktierung, d.h. die Verbindung zwischen integriertem Schaltkreis (IC) und Anzeige, in herkömmlichen Anordnungen umfangreich und teuer ist. Die Erfindung ist daher besonders geeignet für bestehende und künftige Wegwerfanwendungen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden, in denen:
1a eine Transponier-Indikator-Anordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zeigt;
1b das zu 1a gehörige Ersatzschaltbild zeigt;
2a eine andere Transponder-Indikator-Anordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zeigt;
2b das zu 2a gehörige Ersatzschaltbild zeigt;
3a eine Transponder-Indikator-Anordnung mit Schleifendipol gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zeigt;
3b das zu 3a gehörige Ersatzschaltbild zeigt; und
4 eine Transponder-Indikator-Anordnung mit Schlitzdipol gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zeigt.
Bevorzugt Ausgestaltungen der Erfindung werden in der folgenden, detaillierten Beschreibung näher erläutert.
Die vorliegende Erfindung wird in einer bevorzugten Ausgestaltung im Folgenden zunächst anhand eines beispielhaften Szenarios aus dem ÖPNV-Ticketbereich beschrieben. Der Einsatz der Erfindung ist aber keinesfalls auf dieses Anwendungsfeld beschränkt.
Ein Lesegerät ermittelt hierbei den Inhalt des Speichers. Dabei kann die volle, relevante Information wie etwa das Ablaufdatum der Fahrberechtigung, der Einstiegsbahnhof, usw. oder lediglich eine Nummer wie etwa die Seriennummer des integrierten Schaltkreises verwendet werden. Im ersten Fall kann das detektierende Lesegerät die Informationen autark verwerten, während im anderen Fall der Abgleich über eine zentrale Datenbasis erfolgt. Jedenfalls kann der Status „gültig/ungültig" berührungslos über eine gewisse Distanz ermittelt und verifiziert werden.
Diese Information kann nun wiederum berührungslos in die RFID-Komponente übertragen und zur visuellen Kenntlichmachung verwendet werden.
In einer ersten Ausgestaltung wird die Information auf ein Hochfrequenzträgersignal aufmoduliert und in den integrierten Schaltkreis übertragen, woraufhin der integrierte Schaltkreis veranlasst wird, eine elektronisch ansteuerbare Anzeige zu aktivieren. Eine zweite, besonders bevorzugte Ausgestaltung reduziert die gemäß der ersten Ausgestaltung benötigte Energie und erfordert zudem keine umfangreichen Verbindungen zwischen Anzeige und integriertem Schaltkreis. Ferner ist die zweite Ausgestaltung mit derzeit verwendeten, auf geringste Kosten hin minimierten integrierten Schaltkreisen realisierbar, ohne dass ein solcher integrierter Schaltkreis mehrere Anschlüsse zur externen Peripherie benötigen würde.
Die Vorgehensweise nach der zweiten Ausgestaltung ist vorzugsweise wie folgt: Das Lesegerät sendet die für die visuelle Kenntlichmachung entscheidende Information als Hochfrequenzpuls aus. Dieser Hochfrequenzpuls verwendet eine Frequenz, die sieh von der üblichen, für die Funktion des datenspeichernden RFID-Systems verwendeten RFID-Frequenz deutlich unterscheidet. Sie kann somit durch einfache passive Hochfrequenzkomponenten von der RFID-Frequenz diskriminiert werden. Hierfür genügen eine Induktivität und/oder eine Kapazität, die beispielsweise mittels aus der Laminier- und Papiertechnik bekannten Prozessen vorteilhaft gemeinsam mit dem Koppelelement (Antenne) auf dem Substrat des Transponders erzeugt werden. Die Resonanzfrequenz dieser Diskriminatorschaltung kann dabei so gewählt sein, dass die Energie des Hochfrequenzpulses in einen den visuellen Indikator bildenden Teil der Substratorfläche gelenkt wird. Vorzugsweise ist dies aus elektrischen (Kapazität) und auch fertigungstechnischen (planare Struktur) Gründen Interdigital-Struktur (Fingerstruktur).
Wenn ein Hochfrequenzpuls anliegt, entsteht zwischen den Fingern ein Wechselfeld, dessen Feldstärke aufgrund der geringen Distanz hoch ist. Diese Feldstärke kann verwendet werden, um den Farbindikator zum Umschlagen zu bringen. Dazu sind mehrere Ausführungsformen anwendbar.
Beispielsweise kann die Wechselspannung dieses zum Indikator geleitet Hochfrequenzpulses zumindest teilweise gleichgerichtet werden. Hierzu kann eine Beschichtung mit Elementen mit verschieden hoher Austrittsarbeit verwendet werden, wie dies auch bei ultraflachen (organischen) Solarzellen angewandt wird. An den Fingern der von einer entsprechenden chemischen Verbindung bedeckten Interdigitalstruktur wird dann eine Anode und eine Kathode entstehen, die aus der chemischen Verbindung ionische Bestandteile freisetzen kann. Vorzugsweise sind dies Wasserstoffionen oder Hydroxidionen, die durch die Zersetzung des wässrigen Bestandteils einer entsprechenden Indikatorfarbe freigesetzt werden. In dieser Ausgestaltung kann dann ein auf Wasserstoffionen reagierender Indikator, vulgo pH-Indikator, verwendet werden. In entsprechenden Ausführungsformen können auch andere Ionen, wie beispielsweise Ammoniumionen, Silberionen, Kaliumionen, Chloridionen oder andere Ionen freigesetzt werden.
Für anorganisch-chemische Farbumschlagsreaktionen kommen Reaktionen in Frage, die beispielsweise durch Ansäuern der Lösung ausgelöst werden. Der Protonenfluss führt zur Ansäuerung der Lösung und in Folge zu einer Fällungs- und/oder einer Farbreaktion. Aus der sehr großen Zahl möglicher Reaktionen sei der Farbumschlag einer Manganatlösung von grün nach violett durch Ansäuern der Lösung benannt.
Als organische Indikatoren kommen Stoffe aus dem breiten Spektrum der, großteils sehr empfindlichen, pH-Indikatoren in Frage. Exemplarisch genannt seien Phenolphthalein, Thymolphthalein und Lackmus. Auch geeignete Kombinationen verschiedener Indikatoren, gegebenenfalls zur Erzielung mehrfacher Farbumschläge, sind möglich.
Aus der breiten Palette biochemischer Reaktionen seien hier enzymatische Reaktionen genannt. So ist es möglich durch Protonenfluss ein pH-Optimum bestimmter Enzyme zu erzielen, die nach Erreichen dieses pH-Optimums ihre Aktivität entfalten und Umsetzungen katalysieren, die direkt oder indirekt zur Entstehung einer Färbung oder einem Farbumschlag führen. Aus der großen Zahl enzymatisch katalysierter Umsetzung sei die Meerrettichperoxidase genannt, die im leicht sauren Bereich die Umsetzung von Peroxidase katalysiert und damit indirekt über die Umsetzung von Tetramethylbenzidin eine blaue Färbung hervorrufen kann. Diese Umsetzung ist in zahlreichen Enzymimmunoassays, beispielsweise in der medizinischen Diagnostik verwirklicht. Auch weitere enzymatisch katalysierte Reaktionen durch Oxidoreduktasen, Hydrolasen und weitere Enzyme, gegebenenfalls auch unter Einbezug entsprechender Coenzyme, sind für entsprechende Anwendungen geeignet.
Der Hochfrequenzpuls, der die Umfärbung des Indikators bewirkt, kann nach Dauer und Leistung entsprechend den praktischen Gegebenheiten begrenzt sein. Die dadurch zur Verfügung gestellte Energie ist daher dann gering und folgt auf allgemeinen Aschätzungen wie folgt: Zeitdauer (ca. 100 ms) mal Leistung. (ca. 10 mW) zu typischen 1 mWs. Dies reicht rechnerisch aus, um mehr als 10¹⁴ Wasserstoffionen zu erzeugen. In der Praxis liegt die nutzbare Anzahl aber sogar sicher noch um das Hundertfache darunter, bei typisch 10¹¹ bis 10¹² Ionen.
Zur Sichtbarmachung einer solch geringen Ionenzahl verwendet eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung eine chemische Verstärkung. Dabei dienen die primär erzeugten Ionen als Initialzündung einer Reaktion, die eine größere, dann auch visuell sichtbare Menge eines geeigneten Farbstoffs umfärben kann.
Vorzugsweise ist der Farbstoff ungiftig, haftet fest auf dem Substrat, beeinflusst nicht die chemischen Eigenschaften der Oberflächen der Interdigitalstruktur und ist fälschungssicher. Ausserdem induziert sie vorzugsweise einen sicher irreversiblen, vom Benutzer nicht mehr rückgängig zu machenden Farbumschlag.
Vorzugsweise ist sie ausserdem mit gängigen Verfahren aufdruckbar und nicht austrocknend, da die Restfeuchte des Substrats, aus Preisgründen vorzugsweise Papier, für die hier verlangten elektrochemischen und auch biochemischen Vorgänge kaum ausreicht. Diese und auch weiter Anforderungen können vorzugsweise durch eine entsprechende Versiegelung erreicht werden.
Neben den genannten; besonders empfindlichen biochemischen Umschlagindikatoren können in anderen Ausgestaltungen auch andere Prinzipien zur Anwendung kommen. Beispielsweise können Erkenntnisse aus der klassischen Photographie Eingang finden, die auf der chemischen Verstärkung von kleinsten Mengen von mittels Photonen freigesetzten Silberatomen beruht. Eine analoge Reaktion ist auch hier vorstellbar: Silber wird in einer solchen Ausgestaltung galvanisch in kleinsten Mengen an den Elektroden der Interdigitalstruktur freigesetzt und durch einen chemischen Oxidationsprozess bis zur sichtbaren Schwärzung verstärkt. Es ist hierbei anzumerken, dass die Liehtempfindlichkeit dieses Prozesses zweitrangig ist, da nicht entsprechend sensibilisierte Silber- Photoreaktionen ohnedies nur im ultravioletten Teil des Spektrums reagieren. Vorteilhafterweise können bekannt Filter- und Abdeckschichten verwendet werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung verwendet visuelle Indikationsmethoden, die im Zusammenhang mit „elektronischer Tinte" („e-ink") bekannt sind, siehe beispielsweise Xerox Corp. „e-paper" 2009. In einer solchen. Ausgestaltung, werden Mikrokapslen mit einem Durchmesser von beispielsweise 100 μm in ihrem Inneren mit drehbaren, einseitig gefärbten Körperchen gefüllt sein, die in einer Flüssigkeit schwimmen. Wenn diese Körperchen eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen, länglich sind und aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante bestehen, orientieren sich diese Körperchen dergestalt, dass das hochdielektrische Material eine möglichst durchgängige lineare Anordnung bildet, Die Drehbarkeit der Körperchen in den Mikrokapseln wird durch die Viskosität der Füllflüssigkeit bestimmt. Wenn die Viskosität entsprechen hoch ist, werden die Körperchen nach einer elektrisch induzierten Orientierung diese Orientierung auch nach Abklingen des orientierenden Hochfrequenzfeldes beibehalten. Diese Orientierung gelingt vorzugsweise auch mittels Hochfrequenzeinstrahlung, weswegen eine explizite Gleichrichtung in diesem Fall vorteilhafterweise nicht erforderlich ist. Die Anforderungen bezüglich einer Fälschungssicherheit sind ähnlich wie oben beschrieben. Auch hier besteht vorzugsweise die Möglichkeit einer drucktechnischen Aufbringung. Dies gelingt beispielsweise mittels Siebdruck mit grobmaschigen Masken.
Der Farbindikator kann als Farbpunkt mit einem Durchmesser im mm- bis cm-Bereich ausgestaltet sein. Des Weiteren ist die Auslegung als Zeichen, Logo und auch als alphanumerisches Zeichen möglich, solange die zum Umschlag benötigte Energie aus dem Hochfrequenzimpuls gewonnen und/oder entsprechend chemisch verstärkt werden kann.
Die wesentlichen Vorzüge des erfindungsgemäßen elektrisch umfärbbaren Indikatorsystem sind neben der Ermittlung des Status (Umschlag ja oder nein) vor allem die berührungslose Übertragung des Umschlagbefehls durch Hochfrequenzeinstrahlung und dessen elektrische Detektion und/oder Diskriminierung mit möglichst einfachen Mitteln auf dem Substrat des Transponders.
Eine derartige Anordnung ist in 1a und dem zugehörigen Ersatzbild in 1b gezeigt.
Die 1a zeigt einen RFID-Transponder, der eine Flachspule 1 auf einem Substrat umfasst. Die Flachspule 1 weist eine Überkreuzung 2 auf und ist mittels der Anschlussflächen (Pads) 4 mit dem integrierten Schaltkreis 3 verbunden. Eine innerhalb der Falchspule 1 befindliche induktivität 5a ist ebenfalls als Flachspule ausgeführt. Diese verbindet einen der beiden Anschlusspads 4 mit einer ebenfalls innerhalb der Flachspule 1 befindlichen Interdigitalstruktur 6, die mit einem chemischen Agens 7 flächig beschichtet ist.
Vorzugsweise wird die postalisch als sog. ISM-Frequenz (ISM: Industrial, Scientific, and Medical) weltweit freigegebene Frequenz für RFID-Transponder verwendet, die 13.56 MHz beträgt. Das Lesegerät versorgt damit den Transponder kurzzeitig mit der Betriebsenergie und vom Transponder beispielsweise in modulierter Form.
Die Flachspule hat in einer solchen Ausgestaltung eine Induktivität von typisch einigen μH; und bildet zusammen mit einem im integrierten Schaltkreis implementierten Kondensator von typisch 20 pF einen auf die Betriebsfrequenz (13.56 MHz) abgestimmten Schwingkreis. Vorteilhafterweise können hierzu konventionelle, in hohen Stückzahlen industriell hergestellte RFID-Transponder („Smart Label") verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Indikatorschaltung daher aus einer mit der Spule 1 des Transponders (Induktivität L₁) verbundenen zweiten Spule 5a (Induktivität L₂), die zusammen mit der Interdigitalstruktur 6 bzw. deren Kapazität C₃ einen weitern Schwingkreis bildet, dessen Resonanzfrequenz vorzugsweise unter derjenigen des Transponders liegt. Ein bei dieser Resonanzfrequenz vom Lesegerät zusätzlich (zeitgleich oder sequentiell) ausgesandter Hochfrequenzimpuls wird dann bevorzugt in diesen Schwingkreis geleitet, erfährt aufgrund der Resonanz eine Spannungsüberhöhung und kann die hier beschriebenen chemischen Reaktionen bzw. die Rotationen der Partikel im inneren der Mikrokapseln initiieren. Ein elektrisches Schaltbild ist in 1b angegeben.
Eine Triggerfrequenz oberhalb der RFID-Betriebsfrequenz ist ebenfalls möglich. In diesem Fall ist die Frequenzdiskrimination mittels einer Kapazität C₂ bevorzugt. Dies ist in den 2a und 2b beschrieben.
Hier bedeuten die Bezugsziffern 1 bis 7 wiederum Teilkomponenten wie in 1a beschrieben. Die Frequenzweiche bestehet hier aus dem Kondensator 5b (Kapazität C₂ ), der vorzugsweise ebenfalls planer als Interdigitalstruktur ausgeführt ist.
Die Indikatorstruktur 6, 7 ist vorzugsweise mit der eigentlichen, dem Betrieb des RFID-Transponders dienenden Spule 5b verbunden. In einer anderen Ausgestaltung ist eine solche Verbindung nicht vorhanden.
Insbesondere ist es möglich und unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten auch bevorzugt, den Transponder 1, 5b und den Indikatorteil 6, 7 getrennt zu fertigen und anschließend durch eine Laminier- oder Klebetechnik zusammenzufügen. In diesem Fall besteht keine galvanisch leitende Verbindung zwischen beiden Teilsystemen.
Abgesehen von Anwendungen im Ticketbereich liegen weitere Einsatzbereiche der Erfindung beispielsweise auch in der Warenlogistik. Bei diesen Einsatzszenarien besteht vorzugsweise die Möglichkeit, dies Label auch auf metallischen Unterlagen einzusetzen. Die Zusammenführung und Laminierung kann dann auf die speziellen Gegebenheiten beim Betrieb von Smart-Labels direkt auf Metall Rücksicht nehmen.
Beispielsweise kann hierbei die in der DE 101 49 126 A beschriebene Technik verwendet werden.
Vorzugsweise können in anderen Ausgestaltungen der Erfindung auch andere als die erwähnte 13.56-MHz-Frequenz verwendet werden, insbesondere auch höhere Frequenzen. Bevorzugterweise kann die ebenfalls weltweit freigegebene Betriebsfrequenz von 2.45 GHz zur Anwendung kommen, die im Mikrowellenbereich liegt. In diesem Frequenzbereich werden vorzugsweise nicht mehr Spulen als Koppelelemente verwendet, sondern Dipole. Gegenüber offenen Dipolen sind hierbei aus Gründen der ESD-Empfindlichkeit (ESD: Electro Static Discharge, elektronische Entladung), aber auch aus Gründen der Fußpunktimpendanz, Schleifdipole bevorzugt, da diese einen DC-Kurzschluss als Schutz, eine höhere Impendanz und damit eine höhere Fußpunktspannung unter gleichen Bedingungen besitzen, Besonders bevorzugt sind unter dem Gesichtspunkt der Impendanz Schlitzdipole, wie sie aus der Radartechnik bekannt sind (Setian, L: „Antennas with wireless Applications", Feher/Prentice Hall 1998). 3a, 3b und 4 zeigen derartige Transponder.
3a und 3b zeigen eine bevorzugte Ausgestaltung eines Transponders mit Schleifendipol, bestehend aus dem integrierten Schaltkreis 3 und der Dipolschleife 10 und das zugehörige Ersatzschaltbild. Auf demselben Substrat, oder zumindest in räumlicher Nähe, ist ein weitere Dipol 11 angebracht, der einen Farbumschlagsindikator 7 über wiederum einer Interdigitalstruktur 6 trägt, der nach einem der oben beschriebenen Prinzipien die selektiv empfangene Hochfrequenzenergie zum Initiieren des visuellen Merkmals ausnutzt. Hier ist die für den Farbumschlag verwendete Frequenz f₂ höher als die für den Transponder verwendete Frequenz f₁.
4 zeigt eine Anordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, bei der sowohl für den Mikrowellentransponder als auch für den Farbindikator ein Schlitzdipol 12 auf demselben Substrat vorgesehen ist. Das dünn metallisierte Substrat trägt impedanzangepasst einen integrierten Schaltkreis 3 als Brücke im Schlitzdipol 12 sowie einen auf in diesem Fall höhere Frequenz abgestimmten zweiten Schlitzdipol 13 mit wiederum einem Farbumschlagsindikator 6, 7.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung genannt.

E1. Vorrichtung zur visuellen Sichtbarmachung auf einem Substrat, insbesondere einem RFID-Transponder, dadurch gekennzeichnet, das mittels Hochfrequenz ein Teilbereich einer Oberfläche über eine Distanz bei Vorliegen von bestimmen logischen Vorraussetzungen derart in seinem Aussehen farblich verändert werden kann, dass dies ohne technische Hilfsmittel einem Betrachter unmittelbar erkennbar ist
E2. Vorrichtung zur visuellen Sichtbarmachung auf einem Substrat, insbesondere einem RFID-Transponder nach Ausgestaltung E1, dadurch gekennzeichnet, dass dazu von einer für den bestimmungsgemäßen Einsatz des Transponders verwendeten Basisstation im Bedarfsfalle ein Hochfrequenzpuls ausgesandt wird, der sich in seiner Frequenz von derjenigen des RFID-Transponders genügend unterscheidet.
E3. Vorrichtung nach Ausgestaltung E1 und E2, dadurch gekennzeichnet, dass zu diesem Zweck auf dem Substrat mindestens eine Induktivität angeordnet wird.
E4. Vorrichtung nach Ausgestaltung E1 und E2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kapazität angeordnet wird.
E5. Vorrichtung nach Ausgestaltung E1 und E2 bzw. E3 und E4, dadurch gekennzeichnet, dass diese Elemente zu einem Schwingkreis für die in Ausgestaltung E2 bezeichnete Frequenz zusammengeschaltet sind.
E6. Vorrichtung nach Ausgestaltung E5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Schwingkreis mit der Koppelspule des RFID-Transponders verbunden ist.
E7. Vorrichtung nach Ausgestaltung E5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Schwingkreis nicht galvanisch mit der Koppelspule des RFID-Transponders verbunden ist.
E8. Vorrichtung nach Ausgestaltung E1, sowie auch E2 bis E6, oder E7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Schwingkreis eine Struktur mit mindestens zwei, räumlich eng benachbarten Elektroden aufweist, die in vorteilhafter Weise eine Interdigitalstruktur bilden.
E9. Vorrichtung nach der Ausgestaltung E3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesen Elektroden im Fall der Beaufschlagung des Schwingkreises mit Hochfrequenz elektrochemische Reaktionen ablaufen, die zu Reaktionsprodukten führen, die als Auslöser für mindestens eine weitere, chemische exotherm ablaufende Reaktionen dienen können.
E10. Vorrichtung nach Ausgestaltung E9, dadurch gekennzeichnet, dass es sieh bei dieser Reaktion um eine anorganisch-chemische Farbumschlagsreaktion handelt.
E11. Vorrichtung nach Ausgestaltung E9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine im Wesentlichen aus der Photographie bekannte, auf der Chemie Silber-Halogenide beruhende Reaktion handelt.
E12. Vorrichtung nach Ausgestaltung E9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine organisch chemische Reaktion; insbesondere auch um eine aus der Disziplin der Biochemie oder Physiologie bekannte Reaktion handelt.
E13. Vorrichtung nach den obigen Ausgestaltungen, sinngemäß nach Ausgestaltung E2 bis E12, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbindikator aus einer dünnen, aufdruckbaren oder dispensierbaren Beschichtung besteht.
E14. Vorrichtung nach Ausgestaltung E13, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Farb-Indikator lateral im Sinne eines oder mehrerer Symbole, insbesondere auch eines oder mehrer alphanumerischer Zeichen und/oder für den Betrachter logisch erkennbaren Aussage strukturiert ist.
E15. Vorrichtung nach Ausgestaltung E10 bis E11, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbindikator mit einer abriebfesten, chemischen schützenden Abdeckschicht abgedeckt und versiegelt ist.
E16. Vorrichtung nach der Ausgestaltung E1 bis E8, dadurch gekennzeichnet, dass als optischer Indikator ein im wesentlichen aus der neuen e-ink-Technik bekannter elektrisch beeinflussbarer, auf der Technologie elektrostatisch umorientierbarer Mikrokapseln beruhender Farbindikator verwendet wird.
E17. Vorrichtung nach Ausgestaltung E16, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mikrokapseln durch eine besondere Behandlung oder Auslegung einen irreversiblen Farbumschlag aufweisen.
E18. Vorrichtung nach den oben aufgeführten Ausgestaltungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbindikator mit einer für den praktischen Einsatz ausgelegten transparenten Schutzschicht abgedeckt ist.
E19. Vorrichtung nach Ausgestaltung E18, dadurch gekennzeichnet, dass diese Abdeckschicht Merkmale aufweist, die Fälschungsabsichten optisch irreversibel kenntlich macht.
E20. Vorrichtung nach oben aufgeführten Ausgestaltung, dadurch gekennzeichnet, dass es sieh bei der eingesetzten Hochfrequenz um eine Radiofrequenz, insbesondere um eine weltweit ISM-Frequenz handelt.
E21. Vorrichtung nach oben aufgeführten Ausgestaltung, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der eingesetzten Hochfrequenz um Frequenzen im Mikrowellenbereich, insbesondere um die in diesem Bereich weltweit freigegebenen ISM-Frequenzen, handelt.
E22. Vorrichtung nach Ausgestaltung E21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich für den Transponder und/oder den Umschlagsindikator um eine impedanzmäßig angepasste Schlitzantenne handelt.
E23. Vorrichtung nach oben aufgeführten Ausgestaltung, dadurch gekennzeichnet, dass es sieh um eine Kombination aus RFID und Mikrowelle handelt.

Das Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen, mit einem Umschlagsindikator versehenen RFID-Transponder ist sehr groß. Vorzugsweise werden auf extrem flache, mit den Mitteln der Papier und Drucktechnik (Ätzen, Stanzen, Drucken, Beschichten) herstellbare Strukturen eingesetzt. Sie bauen vorteilhafterweise ausserdem auf bereits verfügbare, hinsichtlich der Fertigungskosten optimierte RFID-Transponder auf, und zwar sowohl hinsichtlich des integrierten Schaltkreises als auch des Koppelelements (Spule, Dipol) und deren gegenseitige Verbindung.
Ein besonders bevorzugtes Einsatzszenario liegt etwa im Einzelhandel beispielsweise zur Kenntlichmachung der Haltbarkeit von verderblichen Waren. Hier kann beim Lesen der RFID-Komponente, sei es im Rahmen einer Inventur oder auch beim Bezahlvorgang, das Überschreiten des Haltbarkeitsdatums visuell angezeigt werden. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Ausführungsformen in hochsensiblen und/oder personengefährdenden Anwendungsfällen, etwa bei Pharmazeutik, Impfstoffen, Seren usw. eingesetzt.
Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Technik auch als berührungsloser, über eine Dezimeter- oder Meterdistanz mittels EDV aufbringbarer Stempel verstanden werden, mit Anwendungen besonders auch im Warenlogistikbereich (Zoll, Frachtpapiere).

Claims

Transpondervorrichtung, umfassend: einen Transponderempfänger zum Empfangen eines Transpondersignals; und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen einer Information, wobei die Transpondervorrichtung imstande ist, die Information berührungslos zu empfangen, und wobei die Anzeigeeinrichtung abhängig vom Inhalt der Information einen von zwei visuell unterscheidbaren Zuständen annimmt.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich die zwei visuell unterscheidbaren Zustände voneinander farblich unterscheiden.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin ein Substrat umfassend, das den Transponderempfänger und die Anzeigeeinrichtung trägt.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Anzeigeeinrichtung einen Teilbereich der Gesamtfläche des Substrates einnimmt.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Transponderempfänger ein RAID-Transponderempfänger ist.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Transpondervorrichtung imstande ist, die Information mittels eines Hochfrequenzsignals zu empfangen.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Hochfrequenzsignai ein Hochfrequenzpulssignal ist.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Transponderempfänger ein RFID-Transponderempfänger ist und die Frequenz des Hochfrequenzsignals von der Frequenz des Transpondersignals verschieden ist.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin eine Empfangsschaltung mit einem auf die Frequenz des Hochfrequenzsignals abgestimmten Schwingkreis umfassend.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der RFID-Transponderempfänger eine Koppelspule umfasst und der Schwingkreis mit der Koppelspule elektrisch verbunden ist.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der RFID-Transponderempfänger eine Koppelspule umfasst und der Schwingkreis mit der Koppelspule galvanisch entkoppelt ist.
Transpondervorrichtung. nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Schwingkreis eine Struktur aus wenigstens zwei räumlichen eng benachbarten Elektroden umfasst.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Struktur aus wenigsten zwei räumlich eng benachbarten Elektroden eine Interdigitalstruktur bildet.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei das Hochfrequenzsignal eine Radiofrequenz nutzt.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei das Hochfrequenzsignal eine Mikrowellenfrequenz nutzt.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei das Hochfrequenzsignal eine ISM-Frequenz nutzt.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, weiterhin eine Empfangsschaltung zum Empfangen des Hochfrequenzsignals umfassend, wobei die Empfangsschaltung wenigstens eine Induktivität und/oder wenigstens eine Kapazität umfasst.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, weiterhin eine Empfangsschaltung zum Empfangen des Hochfrequenzsignals umfassend, wobei die Empfangsschaltung eine Schlitzdipolantenne umfasst.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, weiterhin eine Empfangsschaltung zum Empfangen des Hochfrequenzsignals umfassend, wobei die Empfangsschaltung wenigstens zwei Elektroden umfasst, die beim Empfangen des Hochfrequenzsignals eine elektrochemische Reaktion anstoßen, die einen Wechsel zwischen den zwei visuell unterscheidbaren Zuständen verursacht.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Reaktionsprodukte der elektrochemischen Reaktion Auslöser für wenigstens eine weitere, chemische exotherm ablaufende Reaktion sind.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 20, wobei die weitere, chemisch exotherm ablaufende Reaktion eine anorganisch-chemische Farbumschlagsreaktion ist.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 20, wobei die weitere, chemisch exotherm ablaufende Reaktion eine silberhalogenidbasierte, zu optischen Kontrasten führende Reaktion ist.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 20, wobei die weitere, chemisch exotherm ablaufende Reaktion eine organisch-chemische Reaktion unter Verwendung wenigstens einer biochemisch aktiven Substanz ist oder eine physiologische Reaktion ist.
Transpondervorrichtung. nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen einer Information eine Farbindikatorschicht umfasst, die zwei visuell unterscheidbare Zustände annehmen kann.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Farbindikatorschicht eine aufgedruckte Farbindikatorschicht ist.
Transpondervorrichtung. nach Anspruch 24, wobei die Fabrindikatorschicht eine dispensierte Farbindikatorschicht ist.
Transpondervorrichtung nach den Ansprüchen 24 bis 26, wobei die Farbindikatorschicht in einer Weise strukturiert ist, das für einen Betrachter ein oder mehrere Symbole erkennbar sind.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Farbindikatorschicht mit einer abriebfesten, chemisch schützenden Abdeckschicht versiegelt ist.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei die Farbindikatorschicht einen elektrostatisch umorientierbare Mikrokapseln enthaltenden Farbindikator umfasst.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Mikrokapseln geeignet sind, einen irreversiblen Farbumschlag zu verursachen.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei die Farbindikatorschicht mit einer transparenten Schutzschicht abgedeckt ist.
Transpondervorrichtung nach Anspruch 31, wobei die transparente Schutzschicht in irreversibler Weise in einen Zustand wenigstens teilweiser Nichttransparenz verbringbar ist.
Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei der Transponderempfänger eine Schlitzdipolantenne umfasst.
Fahrschein zur Verwendung im öffentlichen Personennahverkehr, umfassend eine Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33.
Warenetikett zur Haltbarkeitsanzeige begrenzt haltbarer Ware oder zur Anzeige anderweitiger Informationen, umfassend eine Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33.
Transponderlesestation zum Senden eines Transpondersignals und einer Anzeigeinformation an eine Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33.
Verfahren zum Betreiben einer Transpondervorrichtung, umfassend: Empfangen eines Transpondersignals; und Anzeigen einer Information, wobei die Information berührungslos empfangen wird, und wobei die Transpondervorrichtung abhängig vom Inhalt der Information einen von zwei visuell unterscheidbaren Zuständen annimmt.