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Waren
oder Produkte können
mit speziellen Etiketten oder Aufdrucken versehen sein, anhand deren
die Echtheit, der nicht manipulierte Zustand oder die Identität der Ware
bzw. des Produktes elektronisch überprüft werden
kann. Dabei kann es sich im einfachsten Fall um einen Strichcode
handeln, der mit einem entsprechenden Lesegerät erfasst und mit vorgegebenen
Daten verglichen werden kann. Es ist auch möglich, elektronische Bauelemente,
insbesondere zum Beispiel Transponder, als elektronisch lesbares
Etikett zu verwenden. Anhand derartiger Kennzeichnungen kann auch
die Echtheit des betreffenden Gegenstandes überprüft werden. Eine einfache und
seit langem bekannte Möglichkeit
hierzu ist zum Beispiel das Wasserzeichen im Papier eines Geldscheines
oder der in den Geldschein eingearbeitete Metallstreifen.
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Auch
bei der Verwendung von Chipkarten, z. B. im bargeldlosen Zahlungsverkehr,
ist es wünschenswert,
dass Sicherheitsmerkmale vorgesehen sind, die über die bereits bekannten elektronischen Sicherungen
des Chips hinausgehen. Das ist insbesondere wichtig in Bereichen,
in denen Chipkarten zur Zugangskontrolle oder zur Autorisierung
von Transaktionen, insbesondere dem Transfer von Geldmitteln, eingesetzt
werden. Die zur Erhöhung der
Sicherheit vorzusehenden Echtheitsmerkmale sollten nicht-elektrischer
Natur sein, da rein elektrisch generierbare und detektierbare Signale
leicht durch Chips anderer Hersteller oder durch geeignet konzipierte
Schaltungen emuliert, das heißt
vorgetäuscht
werden können.
Das Echtheitsmerkmal sollte sich jedoch der einfachen Anwendung
halber und aus Kostengründen
auf elektronischem Weg überprüfen lassen
können.
Das Echtheitsmerkmal oder Sicherheitsmerkmal soll außerdem nur
schwer imitierbar und die Echtheitsüberprüfung nur schwer simulierbar
sein.
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In
einer Vielzahl von Veröffentlichungen
wurden so genannte Blockcopolymere beschrieben, die Blockpolymere
mit mehr als einer Art von Monomer sind. Wie bei gewöhnlichen
Blockpolymeren besteht das Molekül
eines Blockcopolymers aus linear verknüpften Blöcken, worunter ein Abschnitt
eines Polymermoleküls
verstanden wird, der mehrere identische Repetiereinheiten umfasst
und mindestens ein konstitutionelles oder konfiguratives Merkmal
besitzt, das sich von denen der angrenzenden Abschnitte (Blöcke) unterscheidet.
Die Blöcke
sind direkt oder durch konstitutionelle Einheiten, die nicht Teil
der Blöcke
sind, miteinander verbunden. Ein Beispiel ist Pluronic®, ein
aus Ethylenoxid und Propylenoxid aufgebautes Blockcopolymer. Die
Blockcopolymere sind durch die allgemeine Formel -Ak-Bl-Cm-Dn-
zu beschreiben, wobei die Indizes k, l, m und n für die Anzahl
der Repetiereinheiten in den einzelnen Blöcken steht. Die Anzahlen aufeinander
folgender gleicher Monomere können
im Bereich von 100 bis 100000 liegen.
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Wenn
die Komponente A beispielsweise hydrophob ist (Styrol, Isopren)
und die Komponente B hydrophil ist (Ethylenoxid), findet zum Erreichen
eines Zustandes eines thermodynamischen Minimums eine selbstorganisierte
Mikrophasenseparation statt. Die entstehenden Phasen bilden wohlgeordnete zweidimensionale
und/oder dreidimensionale Mesostrukturen aus. Diese Strukturen können kubisch zentriert,
schichtartig, in parallel zueinander angeordneten Zylindern oder
in wurmartig gekrümmten Strukturen
ausgebildet sein. Die Ausbildung der Phasen wird außer durch
die Zusammensetzung des Blockcopolymers auch durch die formgebende
Oberfläche
des Materialbereiches beeinflusst. Die Länge der Mesostrukturen liegt
typisch im Bereich von 1 μm bis
10 nm. Die Strukturgrößen können so
gewählt werden,
dass sie im Bereich des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums
oder im W-Bereich oder Infrarotbereich liegen.
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Wenn
aus einem Blockcopolymer eine dünne
Schicht als Film hergestellt wird, zeigt dieser Film eine winkelabhängige Bre chung
der Strahlung, beispielsweise im sichtbaren Bereich. Diese Anisotropie wird
durch eine richtungsabhängige
Energiebandlücke
(so genannte optische Bandlücke)
hervorgerufen, so dass der Blockcopolymerfilm, beispielsweise in
Transmission der elektromagnetischen Wellen, unter bestimmten Winkeln
transparent erscheint, unter anderen Winkeln jedoch farbig erscheint.
Ein Punkt des Films verfügt
so über
mindestens zwei Informationsinhalte, die auf einfache Weise durch
in verschiedenen Winkeln eingestrahltes Licht detektiert werden können, die
aber nicht mit einem normalen Farbstoff nachgeahmt werden können. Durch
die Mesostruktur der Blockcopolymere werden die verschiedenen Einfallswinkel
bestimmt, die jeweils unterschiedliche Ausprägungen eines Merkmals der transmittierten oder
reflektierten Strahlung liefern.
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Mesostrukturen
lassen sich auch durch Phasenseparation von Entmischungen herstellen,
beispielsweise aus Polyphenylvinyliden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur elektronischen
Prüfung
einer Echtheit oder Identität
einer Ware oder eines Produktes anzugeben, die fälschungssicher ist und insbesondere
für Anwendungen
im Chipkartenbereich geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird mit der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches
1, mit der Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 12, mit dem
Produkt mit den Merkmalen des Anspruches 17 beziehungsweise mit
der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruches 26 oder 27 gelöst. Ausgestaltungen
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Die
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Materialbereiches
mit einer Mesostruktur, zum Beispiel aus einem Blockcopolymer, nach
Art eines Wasserzeichens. Dieser Materialbereich ist an oder in
einer Ware oder einem Produkt angebracht und kann auch ein Bestandteil
des Produktes selbst sein. Mittels einer Strahlungsquelle für elektromagnetische
Wellen und eines zugehörigen
Detektors kann die durch den Materialbereich hervorgerufene Änderung
einer Eigenschaft der elektromagnetischen Wellen und damit insbesondere eine
in dem Materialbereich vorhandene Anisotropie festgestellt werden.
Die Strahlungsquelle bzw. der Detektor wird zur Feststellung einer
durch den Materialbereich hervorgerufenen Richtungsabhängigkeit einer
Eigenschaft der Strahlung an zwei verschiedenen Punkten angeordnet,
so dass die elektromagnetischen Wellen auf oder in den Materialbereich
eingestrahlt und nach Reflexion oder Transmission detektiert werden
können.
Die hierbei unterschiedlichen Richtungen des Strahlenganges dienen
zum Nachweis der von dem Materialbereich hervorgerufenen Richtungsabhängigkeit
einer Eigenschaft der elektromagnetischen Wellen, insbesondere der
durch die optische Bandlücke
bewirkten Anisotropie.
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Es
können
zwei Strahlungsquellen und/oder zwei Detektoren verwendet werden,
die dauerhaft an den betreffenden Punkten angebracht sind. Die Strahlungsquellen
und Detektoren können
an dem Materialbereich angeordnet, insbesondere fest angebracht
oder integriert sein. Statt dessen können die Strahlungsquellen
und/oder Detektoren in eigens dafür vorgesehenen Vorrichtungen,
zum Beispiel Lesegeräten
oder Terminals, angebracht sein. Ein zu überprüfendes und mit einem Materialbereich
mit einer Mesostruktur versehenes Produkt wird in einer vorgesehenen
Position relativ zu dieser Vorrichtung angeordnet und ausgerichtet,
so dass die Prüfung beispielsweise
der Echtheit durchgeführt
werden kann.
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Wenn
das betreffende Produkt einen Halbleiterchip umfasst, kann der Materialbereich
zum Beispiel eine als Gehäuse
des Chips vorgesehene Verkapselung, insbesondere nach Art eines
Globe-Top, bilden. Der Materialbereich kann zum Beispiel auch ein
Bestandteil eines Kartenkörpers
einer mit dem Halbleiterchip versehenen Chipkarte sein. Der Kartenkörper einer
Chipkarte kann insbesondere vollständig aus einem Material mit einer
Mesostruktur, insbesondere einem Blockcopolymer, gebildet sein.
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Im
Fall anderer Waren, insbesondere von Kleidungsstücken, kann der Materialbereich
zum Beispiel ein Etikett, ein Aufnäher, ein Aufkleber oder eine
Applikation sein. Das Material kann zum Beispiel eingepresst, eingeschmolzen
oder eingenäht
sein. Der Materialbereich kann auch einen Bestandteil des Produktes
oder der Ware selbst bilden, bei einem Kleidungsstück zum Beispiel
eine Stoffbahn, ein Futter oder eine Verstärkung. Der Materialbereich
kann grundsätzlich
auch ein beliebiges Teil sein, das mit einer Mesostruktur versehen
ist und anstelle eines bisher üblichen
Teils aus einem herkömmlichen
Material verwendet wird.
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Ein
weiteres Beispiel für
eine Anwendung ist ein Zahlungsmittel, insbesondere ein Geldschein
aus einem Blockcopolymer. Bei einem mit einer elektronischen Schaltung
versehenen Produkt kann der Materialbereich auch auf oder in einem
mit der Schaltung versehenen Halbleiterchip angeordnet sein. Der
Materialbereich mit Mesostruktur kann sich auch auf einem RF-ID-Transponder oder
RF-ID-Tag befinden.
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Bei
bevorzugten Anordnungen wird mittels eines externen Lesegerätes die
Echtheit der Ware oder des Produktes geprüft. Ein solches Lesegerät kann insbesondere
ein Mobiltelefon sein, in dem die Strahlungsquelle, zum Beispiel
eine LED, und der Detektor, zum Beispiel eine Fotodiode, integriert
sind und das beim Überprüfen der
Echtheit der Ware oder der Identifizierung des Produktes telefonisch
Vergleichsdaten einholt. Zu diesem Zweck können Echtheitsdaten oder dergleichen
beispielsweise von Netzdiensten bereitgestellt werden. Statt einer
Strahlungsquelle im optischen Bereich oder im ultravioletten oder
im infraroten Bereich können
andere Wellenlängen
gewählt
werden.
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Es
folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen der Vorrichtung
anhand der beigefügten 1 bis 7.
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Die 1 zeigt
eine Anordnung einer mit der Vorrichtung versehenen Chipkarte und
eines Lesegerätes
im Querschnitt.
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Die 2 bis 4 zeigen
verschiedene Anwendungen der Vorrichtung als Globe-Top-Chipabdeckung.
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Die 5 und 6 zeigen
Anwendungen der Vorrichtung auf einem Gegenstand.
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Die 7 zeigt
unterschiedliche Strukturen der Mesostrukturen von Blockcopolymeren.
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Die 1 zeigt
im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel
einer Chipkarte, deren Kartenkörper den
Materialbereich 1(a) mit einer Mesostruktur, zum Beispiel
aus einem Blockcopolymer, bildet. Eine punktförmige Strahlungsquelle 2 für Emission
elektromagnetischer Wellen, die im Folgenden der Einfachheit halber
jeweils als Lichtquelle bezeichnet wird, sendet Strahlung in unterschiedliche
Richtungen auf oder in den Materialbereich 1(a) aus. Zur
Unterscheidung vom Umgebungslicht kann die Lichtquelle moduliert
werden. Die Strahlung wird durch Detektoren 3, im Folgenden
auch als Fotodetektoren bezeichnet, empfangen und detektiert. Die
Strahlung wird in diesem Beispiel an einer reflektierenden Schicht 4 an
der Rückseite
des Kartenkörpers
so reflektiert, dass sie zweimal den Materialbereich 1(a) passiert.
In der vereinfachten Darstellung der 1 sind Knicke
in dem durch die Pfeile dargestellten Strahlengang infolge der optischen
Brechung vernachlässigt.
In dem in der 1 im Querschnitt dargestellten
Beispiel ist der Materialbereich 1(a) der gesamte Kartenkörper. Der
Materialbereich kann aber auch auf eine Schichtlage der Chipkarte
begrenzt sein, was zum Beispiel im Falle laminierter Kartenkörper von
Vorteil sein kann.
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Die
Lichtquelle 2 und die Detektoren 3 sind in diesem
Beispiel in einem Lesegerät 6 angeordnet, das
auch Daten aus einem in der Chipkarte integrierten Chip 5 erfasst.
Der Chip ist mit Kontakten 7 versehen, die mit entsprechenden
Kontakten des Lesegerätes 6 verbunden
sind. Das ist in der schematisierten Darstellung der 1 durch
die elektrisch leitenden Verbindungen 8 angedeutet. Bei
diesen Verbindungen 8 kann es sich zum Beispiel um federartige
Schleifkontakte handeln. Bei dieser Chipkarte ist daher zusätzlich zu
einer Authentifizierung oder dem Nachweis einer Zugangsberechtigung
mittels des eingesetzten Chips und eines zugehörigen Kryptoalgorithmus oder
dergleichen als weiteres Sicherheitsmerkmal der Materialbereich 1(a) vorgesehen.
Bei weitergehenden Sicherheitsanforderungen können die aus dem Chip 5 ermittelten
Daten und das Prüfergebnis
aufgrund des Materialbereiches 1(a) im Lesegerät 6 auch
in einer vorgesehenen Weise miteinander verbunden werden. Bei geringen
Sicherheitsanforderungen reicht es aus, wenn die elektrischen Signale
aus dem Chip unabhängig
von der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verarbeitet werden.
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Bei
Ausführungsbeispielen
kontaktloser Chipkarten kann die gesamte für eine optische Authentifizierung
erforderliche Anordnung in der Chipkarte integriert sein. Auch die
Lichtquelle und die Fotodetektoren können zum Beispiel in dem Chip 5 integriert
sein. Die reflektierende Schicht 4 ist dann auf der Kartenunterseite
gegenüberliegend
dem Halbleiterchip 5 angebracht. Die Lichtquelle 2 und
die Fotodetektoren 3 können
auf der Oberseite des Chips angeordnet sein, wenn eine Wellenlänge der
Strahlung gewählt
wird, für
die das Substrat, zum Beispiel aus Silizium, durchlässig ist.
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Eine
weitere Möglichkeit,
die Vorrichtung zu nutzen, besteht darin, dass die Karte in gewissen
vorgegebenen Zeitabständen
zur weiteren Verwendung einem Lesegerät zugeführt werden muss, das die Einheit
zwischen Karte und Chip verifiziert und dann den Chip für einen
gewissen Zeitraum freischaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel brauchen keine Lichtquellen
und Detektoren auf der Karte integriert zu sein. Der Aufbau der
Karte ist in diesem Fall wesentlich einfacher.
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Statt
wie in dem gezeigten Beispiel eine Lichtquelle vorzusehen und in
unterschiedlichen Winkeln reflektierte Strahlung durch zwei oder
mehrere Detektoren zu erfassen, ist es auch möglich, mehrere punktförmige Lichtquellen
vorzusehen, die alternativ eingeschaltet werden und so angeordnet sind,
dass das von ihnen ausgesandte Licht nach Reflexion und/oder Transmission
des Materialbereiches mit Mesostruktur in denselben Fotodetektor
reflektiert wird. Da die Reflexionswinkel beziehungsweise Transmissionswinkel
aufgrund der unterschiedlichen Anordnung der Lichtquellen verschieden
sind, wird auch so ein Unterschied in einer Eigenschaft der jeweiligen
elektromagnetischen Strahlung detektiert.
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In
der 2 ist im Querschnitt eine Anordnung eines Halbleiterchips 5 unter
einer als Gehäuse vorgesehenen
Globe-Top-Abdeckung
dargestellt. Die Verkapselung bildet hier den Materialbereich 1(b).
Der Chip 5 ist zum Beispiel auf einem Träger 9 in
einer an sich von Halbleiterchipgehäusen her bekannten Weise angebracht.
In dem in der 2 dargestellten Beispiel befinden
sich auf der Oberseite des Chips 5 zwei Fotodetektoren 3,
die das von einer externen Lichtquelle 2 ausgesandte Licht
nach dem Passieren des Materialbereiches 1(b) detektieren.
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Die 3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform,
bei der auf dem Halbleiterchip 5 nur ein Fotodetektor 3 vorhanden
ist. Es werden zwei externe Lichtquellen 2 benutzt, die
im Abstand zueinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung hat den
Vorteil, dass die Strahlungssignale vom Fotodetektor 3 an
derselben Stelle des Materialbereiches 1(b) erfasst werden.
Es ist damit sichergestellt, dass unterschiedliche Wellenlängen durch
unterschiedliche Einstrahlrichtungen hervorgerufen wurden und nicht durch
Unterschiede der Materialstruktur an verschiedenen Stellen innerhalb
des Materialbereiches 1(b) bedingt sind.
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In
der 3 ist noch durch die in dem Fotodetektor 3 eingezeichneten
Striche eine Unterteilung des Fotodetektors in einzelne Bildpunkte
angedeutet. Mit einer solchen Unterteilung des Detektors kann die Genauigkeit
des erfassten Signals erhöht
werden.
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Die
Lichtquelle 2 kann, wie in der 4 im Schema
dargestellt, im Prinzip auch auf dem Halbleiterchip integriert sein,
während
die Fotodetektoren 3 extern angeordnet werden. Auch hierbei
besteht im Prinzip die Möglichkeit,
mehr als eine Lichtquelle auf dem Halbleiterchip 5 vorzusehen
und dafür
nur einen externen Fotodetektor anzubringen. Im Fall eines Halbleiterchips
aus Silizium, das bei ausreichend geringer Dicke für Infrarotstrahlung
durchlässig
ist, kann eine Infrarot-Signalquelle auch auf der Rückseite
des Chips angebracht sein.
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Der
mesostrukturierte Materialbereich hat vorzugsweise eine Dicke von
mehr als 100 nm und kann eine weitere Strukturierung aufweisen,
die vorzugsweise so gestaltet ist, dass sie die für die primäre optische
Detektion erforderlichen Eigenschaften nur wenig oder gar nicht
beeinflusst. Die Abmessungen der Struktur, zum Beispiel eine Periodizität, liegen
im Bereich oberhalb 10 μm
und sind zur weiteren Codierung vorgesehen. Dafür ist zum Beispiel eine Ausgestaltung
als Hologramm oder als eindimensionaler oder zweidimensionaler Strichcode
geeignet.
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In
der 5 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel der Vorrichtung
dargestellt. Der Materialbereich 1(c) ist hierbei auf einem
Gegenstand 10, zum Beispiel einer Ware oder einem Produkt
angebracht. Zwischen dem Gegenstand und dem Materialbereich befindet
sich eine reflektierende Schicht 4. Eine Lichtquelle 2 strahlt
von oberhalb Licht durch den Material bereich 1(c), das
nach der Reflexion an der reflektierenden Schicht 4 mit
Fotodetektoren 3 detektiert wird. Diese Anordnung hat,
wie im Ausführungsbeispiel
der Chipkarte, den Vorteil, dass die Strahlung die Schicht des Materialbereiches 1(c) zweimal passiert,
so dass die Auswirkung der Mesostruktur auf die Eigenschaften der
elektromagnetischen Wellen entsprechend stärker ist. Der Gegenstand 10 kann
auch eine Gewebestruktur, zum Beispiel eines Kleidungsstückes, sein.
Der Materialbereich 1(c) kann auch zumindest teilweise
in den Gegenstand 10 eingeschmolzen, eingenäht oder
auf andere Weise integriert sein.
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Die 6 zeigt
eine der 5 entsprechende Anordnung, bei
der jedoch zwei an unterschiedlichen Orten angeordnete punktförmige Lichtquellen 2 und
nur ein Fotodetektor 3 vorhanden sind. Wie an den mit den
Pfeilen dargestellten Strahlengängen
erkennbar ist, können
bei beiden Ausführungsbeispielen
Strahlen unterschiedlicher Richtungen detektiert werden. Es kann
daher die Anisotropie der Mesostruktur des Materialbereiches 1(c) in
jedem Fall detektiert werden.
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Die
dargestellten Beispiele der Vorrichtung und der Anordnung der Vorrichtung
mit externen Lichtquellen und Fotodetektoren können miteinander kombiniert
werden. Insbesondere ist es möglich, mehrere
Lichtquellen und/oder mehrere Fotodetektoren einzusetzen und so
eine Anordnung von Lichtquellen und/oder Fotodetektoren als Array
auszubilden. Der Materialbereich kann zum Beispiel auch aus zwei
oder mehr Blockcopolymeren ausgebildet sein.
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Die 7 zeigt
Beispiele verschiedener Mesostrukturen, insbesondere der Blockcopolymere. Dargestellt
sind Ausschnitte aus einer kubisch zentrierten Struktur, einer parallelen
Anordnung zylindrischer Adern, einer Schichtlagenstruktur und einer Struktur
mit wurmartig gekrümmten
länglichen
Struktureinheiten. Grundsätzlich
kommen für
den Materialbereich der Vorrichtung alle in der Literatur beschriebenen
Strukturfor men dieses Materials in Frage. Dabei kommt es nur darauf
an, dass eine richtungsabhängige
und gegebenenfalls auch wellenlängenabhängige Veränderung
der elektromagnetischen Wellen durch dieses Material hervorgerufen
wird, so dass festgestellt werden kann, dass ein entsprechender Materialbereich
vorhanden ist. Der Materialbereich ist an der Ware oder dem Produkt,
insbesondere der Chipkarte, jeweils so angeordnet, dass elektromagnetische
Wellen einer vorgesehenen Wellenlänge auf den Materialbereich
eingestrahlt und nach Reflexion und/oder Transmission detektiert
werden können. Die
mit dieser Vorrichtung verbundenen oder in einer Anordnung vorhandenen
Strahlungsquellen und Detektoren sind so ausgestaltet, dass die
auf die elektromagnetischen Wellen ausgeübten Effekte des Materiales
detektiert werden.
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- 1
- Materialbereich
- 2
- Strahlungsquelle
- 3
- Detektor
- 4
- reflektierende
Schicht
- 5
- Halbleiterchip
- 6
- Lesegerät
- 7
- Kontakt
- 8
- elektrisch
leitende Verbindung
- 9
- Träger
- 10
- Gegenstand