DE19613491A1 - Transponder watch e.g. for use with electronic access control system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Armbanduhr gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3.The invention relates to a wristwatch according to the preamble of claims 1 and 3.
Eine solche Transponder-Armbanduhr ist etwa als "SkiData-KeyWatch" auf dem Markt (vgl. DIALOG Heft 2/1991 Seite 33). Sie dient als Berechtigungsausweis und Abbuchungskonto für elektronische Zutritts- und Abrechnungssysteme, etwa zur Benutzung von Skiliften, Parkgaragen, Mautstraßen, Bädern oder Hotelange boten. Ihr Chip enthält einen Speicher, der als unveränderliche Information eine Kennung beinhaltet, an die eine Nutzungsberechtigung für ein bestimmtes Dienst leistungsangebot vergeben werden kann. Ein variabler Speicherinhalt stellt ein ab buchbares Guthabenkonto dar, welches auch wieder aufgefüllt werden kann. Die Kommunikation mit einem Computer zur Auswertung und ggf. Veränderung des Speicherinhalts erfolgt über eine Funkschnittstelle im niederfrequenten Mittelwel lenbereich, wie in der EP 0 582 137 A2 als solches näher beschrieben: Bei hinrei chender Annäherung an die sendende Funkschnittstelle nimmt die auf das Hochfre quenzfeld abgestimmte Antennenspule des Transponders genügend Hochfrequen zenergie auf, um für das Auslesen und ggf. Beschreiben des Transponderspeichers über einen Gleichrichter die erforderliche Betriebsspannung zur Verfügung zu stellen. Es handelt sich also um einen sogenannten passiven Transponder, weil er ohne eigene Energiequelle arbeitet. Insbesondere belastet der Transponder nicht die Energiequelle der Armbanduhr. Die aus dem Speicher ausgelesene Information steuert einen Modulator, mittels dessen die Transponderantenne im Rhythmus der aus dem Speicher ausgelesenen Binärinformation bedämpft wird und somit dem eingespeisten Hochfrequenzfeld Energie entzieht. Das ist in der Funkschnittstelle als Amplitudenmodulation detektierbar, so daß auf diese Weise die aus dem Spei cher abgerufene Information drahtlos in den Computer übermittelbar ist. Wird an dererseits sendeseitig die abgestrahlte Hochfrequenzenergie moduliert, dann kann das im Transponder detektiert und in eine abzuspeichernde Information umgesetzt werden, um beispielsweise ein Guthabenkonto im Transponder-Speicher nach Ab buchen bzw. nach Auffüllen auf den aktuellen Wert zu setzen.Such a transponder wristwatch is about as "SkiData-KeyWatch" on the Markt (see DIALOG issue 2/1991 page 33). It serves as a credential and debit account for electronic access and billing systems, such as for the use of ski lifts, parking garages, toll roads, baths or hotel facilities offered. Your chip contains a memory, which is an unchangeable piece of information Identifier contains to which a usage authorization for a specific service range of services can be awarded. A variable memory content turns off bookable credit account, which can also be replenished. The Communication with a computer to evaluate and, if necessary, change the Memory content takes place via a radio interface in the low-frequency Mittelwel oil range, as described in more detail as such in EP 0 582 137 A2: Appropriate approach to the sending radio interface takes on the Hochfre Antenna coil of the transponder matched to the reference field zenergy in order to read out and, if necessary, write to the transponder memory the required operating voltage is available via a rectifier put. So it is a so-called passive transponder because it works without its own energy source. In particular, the transponder is not a burden the energy source of the wristwatch. The information read from the memory controls a modulator, by means of which the transponder antenna follows the rhythm of the Binary information read from the memory is damped and thus the the high-frequency field fed in draws energy. That is in the radio interface detectable as amplitude modulation, so that in this way the from the Spei cher retrieved information can be transmitted wirelessly to the computer. Will be on on the other hand, modulates the emitted radio frequency energy on the transmission side, then can that is detected in the transponder and converted into information to be stored to, for example, a credit account in the transponder memory according to Ab book or set to the current value after filling.
Bei am Markt erhältlichen Transponder-Armbanduhren liegt die Antennenspule als flache dünne Luftspule sehr großen Durchmessers in einem Ringraum, der im nichtmetallischen Uhrgehäuse zwischen einem zentralen Aufnahmebereich für das Werk und der äußeren Gehäusewandung dafür freigespart ist. Das vergrößert den Durchmesser des Uhrgehäuses überproportional, wenn ein preisgünstigeres, da größer bauendes, Werk eingesetzt werden soll.In the case of transponder wristwatches available on the market, the antenna coil lies as flat thin air coil of very large diameter in an annular space which in the non-metallic watch case between a central receiving area for the Factory and the outer housing wall is saved for it. That enlarges the Diameter of the watch case disproportionately, if a cheaper, because larger building, plant should be used.
Der Erfindung liegt die technische Problematik zugrunde, flexiblere Möglichkeiten für die Ausstattung einer Armbanduhr mit einem Transponder zu eröffnen.The invention is based on the technical problem, more flexible options to open a wristwatch with a transponder.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmalsalternativen der Hauptan sprüche gelöst. So ist die Anbringung der Luft spule unter dem Uhrglas ohne Ein fluß auf den Durchmesser des Uhrgehäuses, welches somit nach modischen, tech nischen oder wirtschaftlichen Gesichtspunkten dimensioniert werden kann, ohne dabei auf den Transponder Rücksicht nehmen zu müssen, dessen Antennenspule koaxial zum Zifferblatt unter dem Rande des Uhrglases umläuft. Diese Spule stellt damit zugleich ein dekoratives Element hinsichtlich der Ausgestaltung der Arm banduhr dar. Das Uhrgehäuse kann jetzt sogar metallisch sein, bzw. ein Kunststoff-Uhrgehäuse kann aus dekorativen Gründen mit einem metallischen Glasreif (Lunette) versehen werden, dann ist lediglich darauf zu achten, daß (radial gemes sen) einige Millimeter Abstand zwischen dem umlaufenden Metallteil und dem Au ßendurchmesser der unter das Uhrglas geklebten Luftspule eingehalten bleibt. Sonst könnten Dämpfungseinflüsse die notwendige Annäherung der Transponder spule an die Funkschnittstelle zu stark reduzieren.According to the invention, this task is based on the alternative features sayings solved. So the attachment of the air coil under the watch glass is without an flow to the diameter of the watch case, which is thus fashionable, tech niche or economic aspects can be dimensioned without taking into account the transponder, its antenna coil runs coaxially to the dial under the edge of the watch glass. This coil represents a decorative element with regard to the design of the arm The watch case can now even be metallic, or a plastic watch case can be made with a metallic frosted ring for decorative reasons (Lunette) are provided, then you only have to make sure that (radially measured sen) a few millimeters distance between the surrounding metal part and the Au The outer diameter of the air coil stuck under the watch glass is maintained. Otherwise, damping influences could lead to the necessary approximation of the transponders Reduce the coil to the radio interface too much.
Noch zweckmäßiger kann es sein, Kunststoff-Austauschteile des Uhrgehäuses - wie auf der Sicht- oder Vorderseite den Lunettenring, oder auf der Rückseite den Bat teriedeckel oder den gesamten Gehäuseboden (mit Batteriedeckel, oder den Batte riedeckel umgebend) - mit einer eingeklebten oder eingespritzten Transponder-Luftspule auszustatten. Dann kann eine ganz normale Armbanduhr im Zuge der Endmontage oder auch nachträglich zur Transponderuhr umgestaltet werden, in dem einfach der entsprechend mit der Luftspule samt Chip bestückte Lunettenring, Batteriefachboden oder Gehäuseboden gegen das unbestückte Standardteil ausge tauscht wird, denn eine funktionale Verknüpfung zwischen der Uhr und dem Transponder ist nicht gegeben, weshalb dieser Austausch jederzeit problemlos möglich ist.It can be even more convenient to like plastic replacement parts of the watch case the bezel ring on the visible or front, or the bat on the back teriedeckel or the entire case bottom (with battery cover, or the Batte surrounding the lid) - with a glued or injected transponder air coil equip. Then a completely normal wristwatch in the course of Final assembly or can also be converted into a transponder clock, in which is simply the bezel ring equipped with the air coil and chip, Battery compartment bottom or case bottom against the unassembled standard part is exchanged, because a functional link between the clock and the There is no transponder, which is why this exchange is possible at any time is possible.
Die Antennen-Luftspule des Transponders muß nicht (als bei diesen Abmessungen handhabungskritische) frei gewickelte Spule realisiert sein. Zweckmäßiger ist die Ausgestaltung als bogenförmige Leiterbahnen-Kaschierung auf einem starren oder flexiblen Träger, zumal damit zugleich eine Montagefläche für den an die Spule nenden zu bondenden Chip gegeben ist, vgl. die Darstellung in der älteren Pa tentanmeldung 1 95 38 917.The antenna air coil of the transponder does not have to (as with these dimensions handling-critical) freely wound coil can be realized. It is more appropriate Design as an arc-shaped conductor track lamination on a rigid or flexible carrier, especially since it also provides a mounting surface for the spool the chip to be bonded is given, cf. the representation in the older Pa tent registration 1 95 38 917.
Wenn es sich bei der Transponder-Antennenspule dagegen um eine Ferritstab- Spule (wie im Falle der am Markt anzutreffenden TIRIS-Glasröhrchentransponder der Fa. Texas Instruments) handelt, dann ist zweckmäßigerweise am Kunststoff- Uhrgehäuse eine seitliche Ausbuchtung zur Aufnahme dieses Ferritstabes (mit auf gewickelter Antennenspule und an diese angeschlossenem Chip) vorgesehen. Diese Ausbuchtung kann etwa als unsymmetrisches Uhrengehäuse realisiert sein, also etwa seitlich der Krone gegenüber liegend, oder einer der Bandanschluß-Bereiche wird dekorativ verdickt ausgestaltet, um darin den Ferritstab-Transponder unter zubringen. Dabei kann vorgesehen sein, standardmäßig am Uhrgehäuse lediglich entsprechende verschließbare Hohlräume auszusparen, in die dann und nur dann ein Transponder-Ferritstab eingeschoben wird, wenn die Uhr als Transponder- Armbanduhr eingesetzt werden soll. Denn elektrische Anschlüsse an die Elektronik oder Stromversorgung des Uhrwerks selbst sind wie gesagt ja nicht erforderlich.If, however, the transponder antenna coil is a ferrite rod Coil (as in the case of the TIRIS glass tube transponder found on the market Texas Instruments), then the plastic Watch case has a side bulge to accommodate this ferrite rod (with on wound antenna coil and chip connected to this). This Bulge can be realized, for example, as an asymmetrical watch case approximately opposite the crown, or one of the band connection areas is decoratively thickened to accommodate the ferrite rod transponder bring to. It can only be provided as standard on the watch case to cut out corresponding closable cavities, in which then and only then a transponder ferrite rod is inserted when the watch as a transponder Wristwatch to be used. Because electrical connections to the electronics or power supply of the clockwork itself is not necessary, as I said.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird außer auf die Ansprüche und die ab schließende Zusammenfassung auf nachstehende Beschreibung der Zeichnung Be zug genommen, in der Anordnungs-Beispiele für die Transponder-Antenne symbo lisch vereinfacht und nicht ganz maßstabsgerecht dargestellt sind. In der Zeichnung zeigtFor a more detailed explanation of the invention, except on the claims and from concluding summary on the following description of the drawing Be taken in the arrangement examples for the transponder antenna symbo lisch simplified and are not shown to scale. In the drawing shows
Fig. 1 den Einbau von Luftspulen in Armbanduhren und Fig. 1 the installation of air coils in wristwatches and
Fig. 2 den Einbau von Ferritstab-Antennen. Fig. 2 shows the installation of ferrite rod antennas.
Die in der Zeichnung skizzierten Armbanduhren 10 sind fest oder austauschbar mit Transpondern 11 ausgestattet. Deren magnetischen Antennen 12 sind im Falle der Fig. 1 als Luftspulen 13 ausgebildet. Bei diesen handelt es sich z. B. um freitragend gewickelte Zylinderspulen, deren axiale Höhe klein ist im Vergleich zur radialen Breite, die wiederum sehr klein ist im Vergleich zum Innen- oder Außendurchmes ser der Spule 13, oder es handelt sich um im wesentlichen spiralförmig verlaufende Leiterbahnen auf einem flachen ringförmigen Schaltungsträger. Anfang und Ende der Spule 13 sind an einen Chip 14 angeschlossen, dessen Querschnittsabmessun gen höchstens in der Größenordnung der Ringbreite der Spule 13 liegen. Die inte grierte Schaltung des Chip 14 kann eine Abstimm-Kapazität, mit der die Spule 13 auf Parallelresonanz zum Abfragefeld (typisch um 120 kHz) eingestellt ist, und einen geglätteten Einweggleichrichter enthalten, sowie auf jeden Fall einen Spei cher, der zumindest teilweise als Nurlese-Speicher für eine vorgegebene Identin formation betreibbar ist.The wristwatches 10 outlined in the drawing are equipped with transponders 11 in a fixed or exchangeable manner. Their magnetic antennas 12 are designed as air coils 13 in the case of FIG. 1. These are e.g. B. cantilevered cylindrical coils, the axial height is small compared to the radial width, which in turn is very small compared to the inner or outer diameter of the coil 13 , or it is essentially spiral tracks on a flat annular circuit carrier . The beginning and end of the coil 13 are connected to a chip 14 whose cross-sectional dimensions are at most in the order of the ring width of the coil 13 . The integrated circuit of the chip 14 can contain a tuning capacitance with which the coil 13 is set to parallel resonance to the interrogation field (typically around 120 kHz) and a smoothed one-way rectifier, and in any case a memory which is at least partially read-only -Storage is operable for a given identification information.
Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1a ist die Luft-Spule 13 als dekorati ves Element, also sichtseitig, unter dem Uhrglas 15 der Armbanduhr 10 angeord net. Für den Fall, daß der Glasreif (Lunette 16) oder das Gehäuse 17 der Arm banduhr 10 aus Metall besteht, ragt der Außenrand der Spule 13 nicht bis an die Lunette 16 heran, sondern es verbleibt ein radialer Abstand 18 in der Größenord nung der radialen Breite der Spule 13 (ca. 2 mm), um eine zu starke Bedämpfung der induktiven Kopplung bei der Annäherung der Transponder-Antenne 12 an die Funkschnittstelle zu vermeiden.In the case of the embodiment according to FIG. 1a, the air coil 13 is as a decorative element, ie on the visible side, under the watch glass 15 of the wristwatch 10 . In the event that the bezel (bezel 16 ) or the housing 17 of the arm banduhr 10 is made of metal, the outer edge of the coil 13 does not protrude up to the bezel 16 , but there remains a radial distance 18 in the order of magnitude of the radial Width of the coil 13 (approx. 2 mm) in order to avoid excessive damping of the inductive coupling when the transponder antenna 12 approaches the radio interface.
Wenn wie im Falle der Beispielsdarstellung in Fig. ib der Transponder 11 in einer verdrehbar oder starr auf dem Gehäuse 17 gehalterten Lunette 16 angeordnet ist (in einen Ringhohlraum eingelegt oder in ihr Kunststoffmaterial eingespritzt), dann wird diese Lunette 16 zweckmäßigerweise als Austauschteil ausgelegt welches als Verzierung nachträglich auf die komplettierte Armbanduhr 10 aufgesetzt werden kann, wenn diese als Transponderuhr Einsatz finden soll. Durch unterschiedliche Form- oder Farbgebung der Lunette 16 im Zuge der Bestückung des Uhrgehäuses 17 kann der Armbanduhr 10 ein unterschiedliches Aussehen gegeben werden, wel ches damit zugleich eine informative Wechselbeziehung zur Transponderfunktion aufweisen kann. So kann durch die Farb- oder Formgebung der mit der Spule 13 samt Chip 14 ausgestatteten Lunette 16 zum Ausdruck gebracht werden, ob der Transponder 11 einen saldierenden Speicher, und in diesem Falle einen nur ab buchbaren oder auch wieder aufwertbaren Speicher, enthält.If, as in the case of the example representation in FIG. 1b, the transponder 11 is arranged in a bezel 16 which is rotatably or rigidly held on the housing 17 (inserted into an annular cavity or injected into its plastic material), then this bezel 16 is expediently designed as an exchange part which as Decoration can be placed on the completed wristwatch 10 if this is to be used as a transponder watch. By different shape or color of the bezel 16 in the course of equipping the watch case 17 , the wristwatch 10 can be given a different appearance, which can also have an informative interrelation with the transponder function. Thus, the color or shape of the bezel 16 equipped with the coil 13 including the chip 14 can be used to express whether the transponder 11 contains a balancing memory, and in this case a memory that can only be booked or upgraded.
Für einen anderen Beispielsfall des nachträglich oder austauschbar, nun rückseitig applizierten Transponders 11 ist gemäß Fig. 1c die Integration der Luft-Spule 13 samt Chip 14 in den Rand oder in den umlaufenden Flansch des Deckels 19 vorge sehen, mit dem rückwärtig die Batterieöffnung einer Armbanduhr 10 verschließbar ist. Dabei kann der Batterie-Deckel 19 sich auch entgegen der Darstellung in Fig. 1c über die gesamte Rückseite des Gehäuses 17 erstrecken und somit Bodenfunk tion für das Gehäuse 17 wahrnehmen, oder der aus Kunststoff gespritzte (und in sich den separaten Batteriedeckel 19 aufnehmende) Gehäuse-Boden 20 ist seiner seits mit der eingelegten oder eingeformten Luft-Spule 13 samt Chip 14 des Trans ponders 11 ausgestattet.For another example of the retrofitted or exchangeable transponder 11 now applied on the rear, the integration of the air coil 13 together with the chip 14 into the edge or into the circumferential flange of the cover 19 is provided according to FIG. 1c, with the battery opening of a wristwatch at the rear 10 is closable. The battery cover 19 can also extend contrary to the illustration in Fig. 1c over the entire back of the housing 17 and thus perceive Bodenfunk tion for the housing 17 , or the molded plastic (and in it the separate battery cover 19 receiving) housing -Bottom 20 is in turn equipped with the inserted or molded air coil 13 together with chip 14 of the trans ponder 11 .
So können beliebig ausgestalteten Armbanduhren 10 mit hinsichtlich ihrer Abmes sungen standardisierten Lunetten 16, Batteriedeckeln 19 oder Gehäuseböden 20 ausgestattet werden, welche wahlweise mit oder ohne Transponder 11 ausgerüstet sind, um die Armbanduhr 10 als normale oder als Transponder-Armbanduhr zu tragen. In letzterem Falle ist die Uhr 10 in Richtung der Spulenachse, also mit dem Glas 15 oder dem Boden 20 voraus, der Funkschnittstelle anzunähern, um den Transponder 11 in Betrieb zu setzen.Thus, any wristwatches 10 can be equipped with bezels 16 , battery covers 19 or case bottoms 20 which are standardized with regard to their dimensions and which are optionally equipped with or without transponder 11 in order to wear the wristwatch 10 as a normal or as a transponder wristwatch. In the latter case, the clock 10 is to approach the radio interface in the direction of the coil axis, that is to say with the glass 15 or the base 20 , in order to put the transponder 11 into operation.
Der Einsatz eines Transponders 11 mit Ferritstab-Antenne 12 gemäß Fig. 2 er bringt den Vorteil kleineren Durchmessers der Antennen-Spule 13 bei einer Orien tierung ihrer Spulenachse abweichend von der Achse des Armbanduhren-Gehäuses 17 gemäß Fig. 1. So ist die Spulenachse im Beispielsfalle der Fig. 2a parallel zur Hauptebene des Gehäuses und quer zu seiner Achse, also quer zur Achse der Zei gerwellen in Richtung zwischen den Armband-Anschlüssen 21 orientiert. In diesem Falle ist eine optimale magnetische Kopplung zur Funkschnittstelle gegeben, wenn der Träger der Armbanduhr 10 sich ihr mit der Hand voraus annähert. Der Trans ponder 11 ist bei Fig. 2a seitlich neben dem Uhrwerk und dem Uhrglas 15 in einer unsymmetrischen Ausbuchtung des Gehäuses 17 untergebracht. Er kann nachträg lich in einen eingangsseitig verschließbaren, sacklochformigen Hohlraum 22 einge schoben werden, wenn die Standard-Armbanduhr 10 nachträglich zum Gebrauch als Transponder-Uhr aufgerüstet werden soll. The use of a transponder 11 with ferrite rod antenna 12 according to FIG. 2, it has the advantage of a smaller diameter of the antenna coil 13 with an orientation of its coil axis deviating from the axis of the wristwatch housing 17 according to FIG. 1. Thus, the coil axis is in Example trap of Fig. 2a parallel to the main plane of the housing and transversely to its axis, ie transversely to the axis of the Zei gerwellen oriented in the direction between the bracelet connections 21 . In this case there is an optimal magnetic coupling to the radio interface when the wearer of the wristwatch 10 approaches it with his hand in advance. The trans ponder 11 is housed in Fig. 2a laterally next to the clockwork and the watch glass 15 in an asymmetrical bulge of the housing 17 . It can be inserted afterwards Lich into a closable, pocket-shaped cavity 22 on the input side if the standard wristwatch 10 is to be upgraded subsequently for use as a transponder watch.
Quer dazu liegt im Beispielsfalle der Fig. 2b die Ferritstab- und somit die Anten nenachse, wo der Hohlraum 22 in demjenigen Bereich des Gehäuses 17 vorgesehen ist, an dem der Anschluß 21 für ein Armband 23 liegt. Zweckmäßigerweise wird ein Anschluß 21 dann soweit vergrößert, daß er den Hohlraum 22 für den Trans ponder 11 aufnehmen kann. Jetzt ist der die Uhr 10 tragende Arm seitlich an die Funkschnittstelle anzunähern.Transversely to this is in the example of FIG. 2b the ferrite rod and thus the antenna axis, where the cavity 22 is provided in that area of the housing 17 on which the connection 21 for a bracelet 23 is located. Appropriately, a connector 21 is then enlarged to the extent that it can accommodate the cavity 22 for the trans ponder 11 . Now the arm carrying the watch 10 is to be brought closer to the side of the radio interface.
Claims (4)
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