DE2534457A1

DE2534457A1 - Abtastvorrichtung (fuer einen kodewandler)

Info

Publication number: DE2534457A1
Application number: DE19752534457
Authority: DE
Inventors: Jun Glenn Ellis Moore
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1974-08-02
Filing date: 1975-08-01
Publication date: 1976-03-04
Also published as: US3932731A; JPS5149014A; ES439929A1; FR2281012A1; IT1041456B; JPS5913071B2; SE402827B; NL7509221A; SE7508483L; FR2281012B1; SE402827C

Description

Me Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung zur Feststellung des Auftretens charakteristiscner Eigenschaften einer Bit-Darstellung in einer sich längs einer Achse bewegenden Folge von Bit-Darstellungen, von denen jede eine charakteristische Zellenlänge aufweist.

Es sind verschiedene selbst den Takt bildende Kodierschemen angegeben v/orden, bei welchen ein sowohl Daten- als auch Zeitsteuerungsinforrnation enthaltendes Signal durch einen

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einzigen Binär-Bit-Strom dargestellt wird. Im Idealfall ist ein solcher Strom durch wenigstens zwei mögliche Pegel oder Zustände dargestellt und durch Übergänge zwisehen den Zuständen charakterisiert. Wenn ein magnetisches Medium für die Speicherung des Bitstroms verwendet wird, ist die Daten- und Zeitsteuerungsinformation beispielsweise entweder durch eine Folge von Übergängen zwischen unterschiedlichen Magnetisierungszuständen oder grafisch durch einen Strichkode aus permanentmagnetischem Material dargestellt.

Der Strichkode wird häufig für Kreditkarten verwendet. Ein akzeptiertes Kodierschema dieser Art wird "Aiken"-Kode genannt. Der Aiken-Kode ist elektrisch gekennzeichnet durch Übergänge zwischen zwei möglichen Signalpegeln,wobei die übergänge regelmäßig am Anfang und. am Ende eines jeden Bit-Intervall-Strichs oder einer jeden Zellenlänge auftreten. Der Kode ist außerdem gekennzeichnet durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von "unregelmäßigen" Übergängen, welche zwisehen den regelmäßigen Übergängen auftreten und erste und zweite Ausgangsdatenzustände anzeigen, die zum Beispiel eine binäre 1 bzw. eine binäre 0 repräsentieren. Die in einem solchen Kode enthaltenen Daten werden also durch die unregelmäßigen Übergänge dargestellt, und die Zeitsteuerungsinformation wird durch die regelmäßigen Übergänge dargestellt.

Der Aiken-Kode wird zur Verarbeitung typischerweise in eine andere Form umgewandelt. Eine solche Form ist eine binäre V/ellenform mit Taktsteuerung. Um diese Umwandlung durchzuführen, wird ein Dekoder benötigt zur Erzeugung eines Ditenbitstrcms, welcher durch einen

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eine binäre Eins repräsentierenden ersten Pegel und einen eine binäre Null repräsentierenden zweiten Pegel gekennzeichnet ist. Zur Interpretation des Datenbitstroms wird jedoch ein zweiter oder Zeitsteuerungs-Bitstrom verwendet. Demgemäß werden die regelmäßigen und die unregelmäßigen Übergänge voneinander getrennt.

Bekannte Dekodierer zur Durchführung der oben beschriebenen Umwandlung sind relativ einfach zu erstellen, wenn der Aiken-Kode mit gleichmäßiger Geschwindigkeit gelesen wird. Beispielsweise kann ein genauer Takt- oder Zeitsteuerer verwendet werden, um die richtige Zeit innerhalb einer Bitzelle zu bestimmen, zu welcher das Vorhandensein oder NichtVorhandensein eines unregelmäßigen Übergangs geprüft wird. Wenn aber der Aiken-Kode mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit gelesen oder abgetastet wird, wie es der Fall ist, wenn ein handbetätigter Leser verwendet wird, nutzt ein Takt wenig, und es ist im allgemeinen eine andere Lösung erforderlich.

Eine bekannte Lösung zum Lesen (optischer) Kode mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit kanr· beispielsweise die räumliche Breite des vorausgehenden Bits als Basis für die Einrichtung eines geeigneten Betrachtungsfensteis für das vorliegende Bit verwenden. Pur diesen Fall kann der Dekodierer trotz mäßiger Änderungen in der Lesegeschwindigkeit zwischen benachbarten Bits noch richtig funktionieren. Diese Verarbeitungsart erfordert jedoch eine relativ komplizierte und kostspielige Logikschaltungsanordnung und arbeitet unter bestimmten, Beschleunigung und Verzögerung umfassenden Lesebedingungen nicht richtig. Zudem kann bei Kodes konstanter Zellengröße,

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wie dem Aiken-Kode, ein solches Verfahren nicht verwendet werden.

Obiges Problem läßt sich lösen mit einer Abtastvorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß erste und zweite Elemente vorgesehen sind, die unabhängig voneinander betreibbar sind und auf jedes der ihnen zugeführten Bits ein dieses darstellendes Signal erzeugen, und daß die ersten und die zweiten Elemente längs der Achse in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der im wesentlichen gleich der halben Zellenlänge ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine herkömmliche Kreditkarte, die sich erfindungsgemäß lesen läßt;

Fig. 2 und 3 vergrößerte Draufsichten auf Teile des magnetischen Bandes der Kreditkarte der Fig. 1, welche magnetische Zustände in diesem zeigen;

Fig. h eine fragmentarische Schrägansicht einer Abtastvorrichtung zum Lesen der Kreditkarte der Fig. 1 gemäß der Erfindung;

Fig. 5 und 6 eine vergrößerte Drauf- bzw. Schnittansicht der Abtastvorrichtungsanordnung der Fig. 4;

Fig. 7 eine schematiscne Darstellung der Abtastvorrichtungsanordnung der Fig. 4 im Verhältnis zum Kreditkartenband der FLg. 1;

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Fig. 8 eine sciiematische Darstellung einer Schaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Detektoranordnung der Fig. 2;

Fig. 9, 10 und 11 Impulsdiagramme, die beim Betrieb der Schaltung der Fig. 8 auftreten;

Fig. 12 und. 16 eine vergrößerte Draufsicht bzw. Schnittansicht einer anderen erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung:

Fig. 13 eine Draufsicht auf eine Kreditkarte für das Abtasten mit der Abtastvorrichtung der Fig. 12;

Fig. lh und 15 Schaltungsdiagramrne einer Schaltanordnung, die zur Verwendung mit der Abtastvorrichtung der Fig. 12 vorgesehen ist; und

Fig. 17 eine Querschnittsansicht einer anderen Abtastvorrichtung entsprechend, einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß zwei Abtastelemente, die im Abstand einer halben Zellenlänge voneinander angeordnet sind, in Abhängigkeit von den Bits eines Signalstroms unabhängige Ausgangssignale erzeugen, die getrennte Darstellungen derDaten- und der Zeitsteuerungsinformation erzeugen, wenn sie einer einfachen Logikschaltungsanordnung zugeführt v/erden. Die Logikschaltungsanordnung umfaßt eine auf die Ausgangssignale der beiden Elemente ansprechende Entscheidungsschaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangsstroms, der Zeitsteuerungsinformation enthält. Die Zeitsteuerungsinformation vjird in Verbindung mit den Ausgangssignalen der beiden Abtastelemente zur Er-

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zeugung eines getrennten, Dateninformation enthaltenden Ausgangsstroms verwendet.

Bei einer Ausführungsform wird ein Paar magnetoresistiver Abtastelemente verwendet, die in einem Abstand von einer halben Zellenlänge voneinander im Weg des Kodes angeordnet sind. Jedes Element spricht unabhängig auf die regulären Übergänge am Anfang und am Ende einer Zelle und außerdem auf die unregelmäßigen Übergänge (Dateninformation) an, die in der Zellenmitte gespeichert sind. Aufgrund des Abstandes zwischen den Elementen erhält man ein Ausgangssignal von den beiden Elementen gleichzeitig nur, wenn ein Datenbit (eine binäre Eins) gespeichert ist. Nur ein Element wird aktiviert, wenn keine Dateninformation (eine binäre Null) gespeichert ist. Das elektronische Ausgangssignal ist unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher der Kode die Abtastvorrichtung passiert.

Eine einfache elektronische Schaltung verarbeitet die Ausgangssignale der beiden Elemente typischerweise für eine Übertragung zu einem entfernt stehenden Computer. Die Ausgangssignale v/erden auf eine ODER-Schaltung gegeben, deren Ausgangssignale dazu verwendet werden, die (über ein UND-Gatter) auf ein Schieberegister zu gebenden Daten von den Elementen freizugeben und einen Taktimpuls für das Schieberegister zu erzeugen. Der Vorgang erzeugt Aktivierungs- oder Öffnungsimpulse mit die Bewegung der Kreditkarte reflektierenden Breiten, und die Wirkung bestent -darin, daß das Ausgangssignal von wenigstens einem der Elemente im

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Schieberegister gespeichert wird, vjenn ir.imer die entsprechenden Bits des !Codes an der Abtastvorrichtung erscheinen.

Die Arbeitsweise hängt von der dichten Nähe der Elemente zueinander ab. Um die gewünschte Mähe zu erreichen, werden magnetoresistive Abtastelemonte durch fotolithografische Methoden gebildet und elektrisch parallel verbunden, um unabhängige Anzeigen des Kodes zu erzeugen, wie es erforderlich ist. Die zwingenden Anforderungen an die magnetoresistiven Elemente erlegen Konstruktionskriterien auf, die hier auf neue V/eise verwirklicht v/erden. Jedes Element umfaßt beispielsweise eine Vielzahl von Sub-Elementen mit einer vorgeschriebenen gezüchteten oder durch die Form gegebenen Anisotropie. Die Sub-Elemente sind elektrisch in Reihe geschaltet und sprechen auf das Vorhandensein eines Übergangs des Kodes durch Drehung der Magnetisierung in ihnen an.

Es ist in Betracht u ziehen ,daß eine Abtastvorrichtung, die zwei magnetoresistive Elemente in Parallelschaltung verwendet, um den gespeicherten Kode darstellende gleichzeitige Ausgangssignale zu erzeugen, zusammen mit der Elektronik für die Erzeugung von den Kode repräsentierenden Daten neue Merkmale der vorliegenden Erfindung darstellt.

In Pig. 1 ist eine Plastikkreditkarte 10 dargestellt, welche ein längliches magnetisches Band 11 trägt. Das Band umfaßt eine Reihe von Streifen, von denen jeder eine separate Zelle bildet. Ist keine aufgezeichnete Information vorhanden, sind.die aufeinanderfolgenden Zellen längs der Bandrichtung in abwechselnden Richtungen magnetisiert, wie es in der Fig. durcn die entgegengesetzt ge-

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richteten Pfeile 12 angedeutet ist. Jede Grenzfläche zwischen einem Paar entgegengesetzt magnetisierter Zellen ist durch eine senkrecht zur Bandachse verlaufende gebrochene Linie 1> dargestellt, Jede gebrochene Linie entspricht einem Wechsel (oder Übergang) der Magnetisierungsrichtung innerhalb des Bandes.

Pig. 2 zeigt einen Abschnitt des Bandes 11 in vergrößerter Ansicht. Die Pfeil.e 12 deuten drei getrennte Zellen an, welche zwei benachbarte Übergänge 13 definieren. Diese Übergänge treten nach regel-

und mäßigen Intervallen längs des Bandes auf/definieren zwischen sich eine konstante Zellenlänge C. Dateninforraation wird in einer Zelle dadurch gespeichert, daß in der Mitte der Zelle eine Umkehrung der Magnetisierungsrichtung vorhanden ist. Pig. J zeigt einen solchen zusätzlichen Übergang in der Mitte einer repräsentativen Zelle, die durch ein Paar benachbarter gebrochener Linien \J> definiert ist. Dieser Übergang teilt eine Zelle in zwei Zonen auf und stellt ein Datenbit (nämlich eine binäre Eins) dar. Der unregelmäßige Übergang wird in der Figur durch eine vertikale punktierte Linie dargestellt. Man beachte, daß die Magnetisierungen in den Zonen 15 und. 16 der Pig. J Richtungen aufweisen, die gegenüber den für diese Zonen in Fig. 2 gezeigten Richtungen umgekehrt sind,'um das Datenbit zu speichern und dennoch den Zellenende-Übergang aufrechtzuerhalten. Eine Vorrichtung zur Kodierung derartiger Kreditkarten in dieser Weise ist im allgemeinen Gebrauch und arbeitet normalerweise so, daß die Zellenlänge konstant gehalten wird.

Fig. 4 zeigt eine Kode-Umwandlungsvorrichtung (einen Kreditkarten-

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leser) entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zum Lesen einer Kreditkarte, die ein kodiertes Magnetband trägt, wie es in den Fig. 1,2 und 5 beschrieben ist. Die Karte wird mit dem Band nach unten und gegen eine Führung 21 anstoßend auf eine Oberfläche 20 gelegt . Typischerweise Viird die Karte in einen Scr.litz eingegeben, der durch die Oberfläche 20 und eine an der Führung befestigte Platte 22 gebildet ist, um die Karte gegen die Oberfläche 20 zu drücken. Fig. 4 zeigt außerdem eine magnetoresistlve Abtastvorrichtung 25, die in die Oberfläche 20 eingelassen ist und mit dieser ein Niveau bildet. Die Vorrichtung 25 spricht auf die Übergänge des Bandes 11 an, v/enn die Karte nach links bewegt wird, wie es durch einen Pfeil 2o in der Figur angedeutet ist. Die Platte 22 stellt dadurch, daß sie die Karte 10 gegen die Oberfläche 20 preßt, einen geringen Abstand zwischen dem Band und. der Abtastvorrichtung sicher, um geeignete Ausgangssignale dieser Vorrichtung zu erzeugen.

Die Abtastvorrichtung umfaßt ein erstes und ein zweites magnetoresistives Element J>0 bzw. J)I, welche den Weg überspannen, längs welchem sich das Band 11 bewegt. Die Fig. 5* 6 und. 7 zeigen Details dieser Elemente zusammen mit der Bezienung zwischen den

11 Elementen und den magnetischen Zuständen des Bande^. Die magnetoresistiven Elemente sind im Detail in Fig. 5 dargestellt. Sie umfassen Sub-Elemente 30a, JOb ... und. 51a, ^Ib ..., die durch elektrisch leitende Elemente 40a, 40b ... bzw. 4la, 4lb ... zu einem Streifen von Sub-31ernenten verbunden sind. Jedes Sub-Element ist entweder derart aufgebracht, daß seine Magnetisierung aufwärts

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gerichtet ist, wie es in Fig. 5 dargestellt und dort durch Pfeile 42 angedeutet ist, oder es ist in einer solchen Form aufgebracht, daß die Magnetisierung in der beispielsweise bevorzugten Aufwärtsrichtung sichergestellt ist. Die Streifen aus Sub-Elementen sind zwischen Leiter 45 und 46 und Erde (über einen Leiter 47) geschaltet, wie es Fig. 5 zeigt.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch benachbarte magnetoresistive Sub-Elemente des Elementes ^G, und zwar längs der Linie 6-6' der Fig. 5. Die beiden magnetoresistiven Sub-Elemente (aus weichmagnetischem Permalloy) sind in den Fig. 5 und 6 mit 47 und 48, und das verbindende leitende Sub-Element ist mit 49 bezeichnet. Eine Oxidbeschichtung 50 bedeckt das (metallische) leitende Sub-Element, bringt die Abtastvorrichtung in die Ebene der Oberfläche 20 und wirkt als Schutzschicht. Typischerv.'eise weisen die magnetoresistiven Subelemente Abmessungen von 50,8 ,um x, 0,50C rnm χ 0,102yum und die leitenden Sub-Elemente Abmessungen von 50,8^um χ 5O,8jum χ 0,152 L/m auf, und in jedem Abtastelement sind 5 Sub-Elemente vorhanden. Jedes Abtastelement entwickelt bei einem typischen Übergang in Band 11 ein Signal von 4 Millivolt bei einem Strom von 3 Milliampere. Die Breite eines jeden Elementes ist so dimensioniert, daß Änderungen der Abstände zwischen den Übergängen auf dem Band (typischerweise + 4$) kompensiert werden.

Fig. 7 zeigt die das Band 11 überspannenden Abtastelemente ^.0 und 31. Aufeinanderfolgende (regelmäßige) Übergänge l'ß im Band sind in Fig. 7 als vertikale Reihe positiver ·(+) oder negativer (-) Zeichen identifiziert. Das Vorhandensein und NichtVorhandensein von

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(unregelniäi3igen) Übergängen ißt darüberhinaus gekennzeichnet, durch den durch diese repräsentierten Informationsgehalt (nämlich: binäre "l" bzw. binäre "θ"). Das Vorhandensein von +-Zeichen in der Näne der Abtastvorrichtung pO kann man so auffassen, daß die Magnetisierung in Ausrichtung mit der Achse des Bandes gedreht wird, was in Element ^O zu einem Signal S 50 führt. Das Vorhandensein von (-)-Zeichen bei Element ^l zu diesem Zeitpunkt bewirkt ebenfalls wieder eine Drehung der Magnetisierung der Sub-Elemente dieses Elementes, was ein Signal S J>\ bewirkt, welches von den in diesem Element fließenden Strömen abhängt. Die Signale S yd und S 51 sind in den Fig. 5 und 8 angedeutet.

Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm einer als Beispiel aufzufassenden elektronischen Schaltung 60, welcher die Signale S 30 und S ^l zugeführt werden, um das in den Impulsdiagrarnmen der Fig. 9* 10 und 11 angegebene Verhalten zu erzeugen. Die Schaltung 60 umfaßt eine erste und eine zweite Eingangsleitung 6l bzw. 62, welchen die Signale S 30 bzw. 3I zugeführt werden. Diese Leitungen sind über Kondensatoren 63 und 64 mit Eingängen von Verstärkern 66 bzv/. 67 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 66 ist mit dem Eingang einer ODER-Schaltung 68 und einem Eingang einer UND-Schaltung 70 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 67 ist gleichermaßen mit einem Eingang der ODER-Schaltung 68 und einem Eingang der UND-Schaltung 70 verbunden. Der Ausgang der ODER-Schaltung 68 ist auf den Eingang eines Flipflop 71 geführt. Der Ausgang des Flipflops 71 ist mit einem Eingang der UND-Schaltung 70 und einem Takteingang eines Schieberegisters 72 verbunden. Der Ausgang der UND-Schaltung 70 ist an den Dateneingang des Registers 72 angeschlossen.

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Während des Betriebes spricht die Schaltung 60 in Fig. 8 auf gleichzeitige Ausgangssignale von den Elementen 30 und Jl an, um ein Datenbit in das Register 72 zu schleusen. Die Kondensatoren 63 und 64 und die Verstärker 66 und 67 dienen lediglich dazu, die durch das Abtasten eines Übergangs im Band 11 erzeugten Signale rechteckig zu machen und Logikpegelsignale zu erzeugen, wie dies durch die Impulse in Fig. 9 dargestellt ist. Wenn man einen (kodierten) Datenstrom (DS) betrachtet, der durch die Impulsform in der obersten Zeile der Fig. 9 dargestellt und erzeugt wird, wenn sich die Karte 10 in Fig. 4 nach links bewegt, repräsentiert die Wellenform der zweiten Zeile von oben in Fig. 9 die am Element 30 erzeugten Signale S 30 und die Wellenform der dritten Zeile die am Element 31 erzeugten Signale S 31. Man kann sehen, daß die die Signale S 30 und S 3I darstellenden Wellenformen identisch, aber zueinander zeitlich versetzt sind, wie man der Figur entnehmen kann, und auch aufgrund der physikalischen Anordnung der Abtastelemente in Fig. 5 erwartet.

Die Schaltung erzeugt auf Impulse von den beiden Abtastelementen am Punkt 80 in Fig. 8 eine Impulsfolge V 80, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist. Diese Impulsfolge wird auf das Flipflop 71 gegeben. Das Fl'ipflop gibt daraufhin auf das Register 72 ein Zwei-Pegel-Signal, wie es in Fig. 9 als V 8l gezeigt ist. Man beachte, daß das Signal V 8l auf einem gegebenen Wert bleibt, bis ein Impuls (V 80) auftritt, um diesen Wert zu ändern. Wenn die Kreditkarte mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegt wird, erzeugt es lediglich längere Impulse im Signal V 8l, wie es in den Fig. 10 und 11

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gezeigt ist. Die Fig. 10 und 11 zeigen Situationen, in welchen die Karte in der Mitte einer Zelle langsamer bewegt oder gestoppt wird, und. zwar für den Fall, in welchem sich das Signal V 81 auf einem Auslösepegel bzw. auf einem nicht auslösenden Pegel befindet. Wann immer ein Zellenende-Übergang einen Impuls (S ^JO) erzeugt, befindet sich ein Zellenbeginn-Übergang an einer Stelle, an welcher er einen Impuls (S Jl) erzeugt. Deshalb kann die Kreditkarte beim vorliegenden System nicht zwischen 2ellen gestoppt werden.

Fig. 9 zeigt auch, daß aufeinanderfolgende gleichzeitige Ausgangssignale von den Elementen auftreten, wenn eine binäre Eins gespeichert ist, und daß lediglich eins von diesen auftritt, wenn V 81 einen Wert aufweist, um das UND-Gatter 70 zu aktivieren. Das Signal Y 8l wird ebenso wie das Ausgangssignal der UND-Schaltung 70 auf das Schieberegister 72 gegeben. Das Signal (V 3l) dient als Taktimpuls, um den Inhalt des Schieberegisters 72 jedesmal um eine Stufe zu verschieben, wenn sich das Signal auf dem Auslösewert für die Ermöglichung einer Speicherung des nächstfolgenden Datenbits befindet.

Wie ausführlicher in einer parallelen, gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung ausgeführt ist, tritt, so lange die Abtastelemente einen räumlichen Abstand von einer halben Zellenlänge aufweisen, dieselbe Übergangsanzahl erst an einem und dann am anderen Abtastelement auf. VJenn der Abstand von einer halben Zellenlänge nicht beachtet v/ird, muß ein Speicher die Differenz zwischen den an den beiden Abtastelementen festgestellten Ubergangszahlen verfolgen.

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Es versteht sich, daß-es hier nicht nötig ist, das -Schieberegister 72 der Fig, 8 dazu zu verwenden, Information für eine spätere Verwendung zu speichern. Die Information kann stattdessen direkt beispielsweise auf einen Computer zur Verarbeitung übertragen werden. In einem solchen Pail dient das Signal V 8l nicht als Taktsignal für die Speicherung, sondern als Rahmensignal für die Übertragung.

Die Verbindung beider Verstärker 66 und &J mit der UIID-Schaltung verhindert einige praktische Änschlußprobleme. Wenn beispielsweise nur ein Verstärker mit der UND-Schaltung. 70 verbunden ist und. das mit dem anderen Verstärker verbundene Element zuerst Daten feststellt, könnte das System mit einer Aufzeichnung lauter binärer Einsen reagieren. Dieses Ergebnis wird dadurch vermieden, daß die Verbindungen getauscht oder die Drähte mittels Farbe kodiert werden, um eine unrichtige Verbindung in der ersten Stelle zu verhindern. Wenn beide Verstärker mit der Schaltung 70 verbunden sind, wie es Fig. 8 zeigt, kann das Element so verbunden werden, daß irgendein Element die Daten zuerst feststellt und der Arbeitsvorgang abläuft wie beschrieben Es ist nun klar, daß der Halbzellenabstand zwischen den Abtastelementen wichtig ist, um die Notwendigkeit für einen Speicher zu vermeiden, welcher die Differenz zwischen den an den beiden Elementen festgestellten Datenbits verfol.gt. Die Verwirklichung einer solchen Anordnung hängt aber davon ab, ob man dazu in der Lage ist, die Elemente physikalisch oder körperlich im erforderlichen Abstand anzuordnen. Der physikalische Abstand, zwischen den normalen Übergängen in einem Band einer Kreditkarte reicht von im wesentlichen 03*5 pm ois etwa I50 oder l8Oyüm. FoIg-

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lieh ist der Abstand, zwischen den Elementen von Mitte zu Mitte gleich groß. Diese Abmessungen liegen durchaus innerhalb der Möglichkeiten der zur Bildung der Elemente verwendeten allgemeinen fotolithografischen Methode.

In der Praxis wurden die Elemente auf einmal dadurch gebildet, daß ein aus 5 Inseln bestehender Streifen aus 1000 Angström dickem Permalloy durch eine Maske hindurch mittels solcher fotolithografischer Methoden niedergescnlagen wurde, wobei jede Insel etwa 508 μπι lang und 50,8 mn breit war (ein Oberflächenbereich von etwa 25,300 um ). Zur Verbindung der Permalloy-Iriseln wurden in gleicner Weise Goldinseln mit einer Dicke von 13.ΟΟΟ Angstörm in der in Fig. 5 gezeigten Geometrie niedergeschlagen. Die Anordnung wurde dann mit einer Oxid-(SiOp)-Schicht bedeckt, die eine Dicke von einem Mikrometer hatte. Die Permalloy-Elemente wiesen eine Formanisotropie auf, die in diesem Fall derart war, daß ein Feld von 20 Oersted parallel zur Bandbewegungsrici-tung die Abtastelemente sättigte. Der vom Band in der Kreditkarte verfügbare Fluß überstieg 20 Oersted für Abtastelemente, die sich innerhalb eines Abstandes von 50,8 um vom Band befanden.

Grund für die Bildung der Abtastelemente aus einem Streifen von Sub-Elementen ist es, einen Aufbau mit einem ausreichend niedrigen Entmagnetisierungsfeld zu erreichen, um eine Drehung der Magnetisierung der Elemente durch die Datenbits zum Erhalt eines Ausgangssignal zu erlauben. Jedes Sub-Element wies ein Entmagnetisierungsfeld von etwa 20 Oersted auf, was zum Feststellen ausreicnt und noch von Streumagnetfeldern unbeeinflußt ist. Jedes

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Abtastelement wies bei einem Strom von ^ Milliampere ein Ausgangssignal von etwa 4 Millivolt auf. Der Widerstand, eines jeden Elementes betrug etwa 100 Ohm und. die Widerstandsänderung (magnetischer Widerstand) war etwa 1

Die Verwendung magnetoresistiver Sub-Elemente mit quadratischer oder kreisförmiger Oberflächengeometrie macht es erforderlich, eine Anisotropie durch Behandeln zu erzeugen. Eine solche Behandlung ist im Stand der Technik bekannt.

Die oben beschriebene Ausfuhrungsform richtet sich auf die Abtastung eines Bandes auf einer Kreditkarte, welche eine einzige Informationsspur (Spur II oben) umfaßt. Gewöhnlich verwendete Kreditkarten haben mehrere Informationsspuren, typischerweise 5· Die erste Spur weist den IATA-(International Air Transport Association) Kode auf, der eine Dichte von 210 Bit pro 25,4 mm hat. Die zweite Spur weist den ABA-(American Banking Association) Kode mit einer Dichte von 75 Bit pro 25,4 mm auf. Die zweite Spur wird am meisten verwendet, und die oben als Beispiel beschriebene Aus-· führungsform ist auf die Abtastung dieser Spur bezogen.

Der Kode in Spur II ist streng numerisch, und es wird zunehmend wichtig, alphanumerische Zeichen zu verwenden, so.daß der Name des Karteninhabers kodiert und direkt mit seinen Geschäftshandlungen in Beziehung gebracht werden kann. Spur I hat beispielsweise einen alphanumerischen Kode und wird beispielsweise in Reservierungs-oder Buchungssystemen auf Flughäfen verwendet. Ein

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Kartenleser, der mehr als eine Spur einer Kreditkarte zu lesen vermag, wäre natürlich recht wünschenswert*

Die Anordnung der Fig. 1 bis 7 kann für das Abtasten einer oder beider (oder mehrerer) Spuren auf Kreditkarten dadurch angepaßt ■ werden, daß in einem einzigen Abtastkopf eine Parallelanordnung von Abtastelementepaaren gebildet wird, und zwar jedes mit einem Abstand, welcher der Hälfte der Zellenlänge des Kodes der diesem Paar zugeordneten Spur ist.

Eine Anordnung, zur Abtastung von zwei Spuren ist in Fig. 12 dargestellt. Die Fig. zeigt eine Anordnung eines Paares Abtastelemente JO und 31, die der Abtastung dieser Spur II dienen und

einen Abstand von C_ aufweisen, wie es in der Figur angedeutet

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ist. Dieser Teil der Fig. 12 ist exakt in Fig. 5 beschrieben und

in entsprechender Vieise gekennzeichnet. Fig. 12 zeigt außerdem ein Paar Abtastelemente j?0' und Jl', die einen Abstand, von C_

2 aufweisen, wie es in der Figur angedeutet ist. Der aktive Teil der Abtastelemente J>0' und J5l' ist, um dem Abstand zwischen den Spuren auf einer Kreditkarte zu entsprechen, gegenüber den Elementen JO und J)I körperlich versetzt und der Spur I zugeordnet. Diese Beziehung wird verständlich durch eine Betrachtung der Fig. l'j>, in welcher die Spuren II und I durch Bezugszeichen 11 bzw. 11' gekennzeichnet sind (s. Ziff. 11 Fig. 4).

In der einfachsten zu beschreibenden Anordnung werden die Ausgangssignale eines jeden Äbtastelementepaares getrennt je auf

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eine zugeordnete Elektronik gegeben, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. In der Praxis ist es Jedoch billiger, eine einzige elektronische Einheit mit einer geeigneten Schalteranordnung zu verwenden, und zwar geeigneterweise mit einem Abstand S zwischen den Abtastelementepaaren, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, um der Elektronik ausreichend Zeit zur Bestimmung zu geben, welche Spur dekodiert wird.

Die Fig. 14 und 15 zeigen eine Schalteranordnung, welche die Signale von einem Paar aus einer Mehrzahl (2) Abtasteleraeiitepaaren, welche einer Spur einer zu dekodierenden Kreditkarte entsprechen, liefert. Fig. 14 zeigt einen Teil der Anordnung, welche auf ein Signal von einem Abtastelement eines jeden der den Spuren I und II entsprechenden Abtastelementepaares anspricht. Dieser Teil umfaßt Verstärker 100 und 101, deren Eingangsanschlüssen Signale von je einem Abtastelement zugeführt werden, welches der Spur I bzw. II zugeordnet ist. Der Ausgang des Verstärkers 101 ist mit einem Eingang eines rücktriggerbaren Multivibrators 102 und einem Eingang eines Inverters 104 verbunden. Die Ausgänge des Verstärkers 100 und des Multivibrators 102 sind an Eingänge einer NAND-Schaltung 105 angeschlossen. Die Ausgänge des Inverters 104 und der NAND-Schaltung 105 sind mit Eingängen einer NAND-Schaltung 106 verbunden.

Im Betrieb werden den Spuren I und II zugeordnete Rohsignale durch den Verstärker 100 bzw. 106 auf.Logikpegel verstärkt. Es wird lediglich ein Signal von einem Abtastelement eines jeden Paares

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betrachtet. Es exiäiert eine von zwei Bedingungen;

(1) Dateninformation ist auf Spur II vorhanden

In diesem Fall wird der Multivibrator durch den ersten Datenimpuls von Spur II getriggert. Der anfänglich auf hoher Spannung liegende Ausgang des Multivibrators geht auf niedrige Spannung. Dadurch geht ein Eingang der NAND-Schaltung IO5 auf L (niedrige Spannung) und blockiert so den Eingang von Daten von der Spur I. Der Ausgang der NAND-Schaltung befindet sich nun im Η-Zustand, öffnet somit die NAlID-Schaltung IO6 und erlaubt den Daten von der Spur II über den Inverter 104 direkt zur Dekodierelektronik zu gelangen.

(2) Dateninformation ist auf Spur II nicht vorhanden

In diesem Fall wird der Multivibrator 102 nicht getriggert, und sein Ausgang bleibt auf einem hohen Spannungswert (H). Die NAND-Schaltung ist folglich geöffnet und ermöglicht es, die invertierte Dateninformation vom Abtastelement der Spur I auf die NAND-Schaltung 106 zu führen. Gleichzeitig öffnet das Ausgangssignal vom Inverter 104 die NAND-Schaltung IO6 und deren Ausgangssignal wird auf die Dekodierschaltungsanordnung der Fig. 8 gegeben.

Jedes Abtastelementepaar der Fig. 12 weist zwei im Abstand voneinander angeordnete Actastelemente auf, die je ein Signal erzeugen, von denen lediglich eins auf die Anordnung der Fig. 14 geführt wird. Das Ausgangssignal vom zweiten Element eines jeden

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Paares wird auf den Multivibrator 102 im Teil der in Fig. 15 gezeigten Schalteranordnung gegeben. Der Ausgang des Multivibrators 102 der Fig. 14 ist mit je einem Eingang von NAND-Schaltungen 109 und 110 verbunden, mit letzterem über einen Inverter 111. Signale von den zweiten Elementen der Abtastelementepaar für die Spuren I und II werden auf Eingänge von Verstärkern 113 und 114 gegeben. Die Ausgänge dieser Verstärker sind an NAND-Schaltungen bzw. 110 angeschlossen. Die Ausgänge der NAND-Schaltungen sind mit den Eingängen einer NAND-Schaltung 115 verbunden.

Im ersten Fall, in welchem auf Spur II Dateninformation vorhanden ist, geht der Ausgang des Multivibrators auf L und blockiert die Schaltung 109, wodurch Daten von Spur I gesperrt werden. Gleichzeitig invertiert der Inverter 111 das Multivibratorausgangssignal und öffnet die Schaltung 110. Folglich werden Daten von Spur II auf die Schaltung 115 geführt. Der Ausgang der Schaltung 109 befindet sich auf H, so daß die Schaltung 115 geöffnet wird und die Daten auf die Dekodierelektronik gibt.

Im zweiten Fall, in welchem Dateninformation auf Spur II nicht vorhanden ist, bleibt der Ausgang des Multivibrators 102 auf H, so daß Schaltung 109 geöffnet und Schaltung 110 gesperrt ist. Die geöffnete Schaltung 109 gibt Daten von Spur I auf die Schaltung II5. Der Ausgang der Schaltung 110 ist H, so daß die Schaltung II5 geöffnet ist und Daten von Spur I auf die Dekodierelektronik gibt.

Dieses erste Datenbit in irgendeiner kodierten Spur wird an einem

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gegebenen (eingestellten) Punkt relativ zur voreilenden Kante der Kreditkarte angeordnet. So stellt der Kunstgriff, daß das der einen Spur zugeordnete Abtastelementepaar hinsichtlich des einer zweiten Spur zugeordneten Paares verschoben ist, sicher, daß Signale im ersten (angetroffenen) Paar erzeugt werden. Es ermöglicht es der Elektronik der Fig. 1Λ und 15* den D:teninhalt einer Spur vor dem der anderen zu prüfen. Wenn die Verschiebung (S der Fig. 12) 2,54 mm beträgt, ist dies für eine Kartenbewegung von typischerweise 6~j>,5 cm/sec. angemessen. Die Ursprungsausgangssignale von den getrennten Spuren sind in diesem Fall 4 Millisekunden voneinander getrennt, was eine ausreichende Zeit zur Durchführung der Umschaltung ist.

Die Schaltung kann angepaßt sein für das Umschalten auf eine von mehr als zwei Spuren in direkter Weise. Wenn beispielsweise für jede Spur ein charakteristischer Startkode verwendet wird, kann die Schaltungsanordnung zum Abtasten von zwei oder mehr (von vielen) kodierten Spuren geeignet sein. In diesem Fall können Daten von einer Spur in einem Puffer gespeichert v/erden, während Daten von einer anderen Spur verarbeitet werden.

Abnutzungstests zeigen, daß das magnetische Band bei fortgesetztem Gebrauch die Dicke der Schutzbescnichtung auf Kreditkartendetektoren reduziert. Folglich besteht ein Aufpreis für Ausführungen, welche einen leichten Austausch ermöglichen, wenn eine typische bekannte Abtastanordnung verwendet wird, bei viel eher sich die Schutzschicht lediglich über die Abtastelemente erstreckt.

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Pig. Id zeigt demgegenüber eine Anordnung, Vielehe eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung aufweist. Die Figur kann als Querschnitt angesehen werden, der von den Flg. 4 und 5 längs des Elementes yd und durch die Karte 10 gebildet und in Richtung des Pfeils 26 in Figur betrachtet wird. Die Figur zeigt die Kreditkarte 10 und das über einem Permalloy-Abtastelement (Fig. 5) 30 gelegene B^nd. 11. Das Abtastelement ^O ist in einer Schutzschicht 120 eingebettet, welche sich bei wiederholter Benutzung bis auf eine Tiefe abnutzt, welche durch eine gebrochene Linie 121 angedeutet ist. Wenn die Schicht 120 bis auf diese Tiefe abgenutzt ist, bilden die Oberflächen 122 und 123 der Beschichtung 120 Schienen (Tragflächen), auf Vielehen die Unterseite 124 der Karte 10 bei deren Vorwärtsbewegung getragen wird· Demzufolge berührt das Band 11 nicht länger die Schutzschicht, und eine weitere Abnutzung ist verhindert. Viele hunderttausend Kreditkartendurchläufe sind durch die Anordnung der Fig. 16 ermöglicht.

Für das Abtasten von Bändern hoher Dichte (> 10- Bits pro 25*4 mm) können Seite an Seite liegende Permalloy-Abtastelemente nicht verwendet werden. Der Grund dafür ist, daß die minimale Dicke des Elementes -etwa 1000 Angstrom beträgt und das Breiten-zu-Dicken-Verhältnis, das durch Entmagnetisierungseffekte vorgeschrieben ist, welche eine minimale Streifenbreite auferlegen, erfordert eine Elementenbreite von 5 um für ein angenommenes Entmagnetisierungsfeld von 20 Oersted. Aber eine in Fig. YJ gezeigte alternative Geometrie erlaubt eine Dekodierung von Bändern mit viel größeren Dichten. Die Figur zeigt im Querschnitt ein magnetisches Band 130* das sich in einer durch einen Pfeil IJl angedeuteten Richtung be-

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wegt und Abtastelemente 133 und l'^k passiert, die in einem isolierenden Substrat 135 eingebettet sind. In dieser Anordnung erstrecken sich die Elemente in einem Abstand in das Substrat hinein, der gleich der Bandbreite ist. Überdies wird der Abstand 136 zwischen dem Band und. den Enden der Elemente klein gehalten, um zu ermöglichen, daß die vertikalen Magnetfelder vom Band eine maximale Wirkung auf die Abtastelemente haben. Die Elemente bestehen aus niedergeschlagenen Schichten, die durch niedergeschla-

sind
gene Isolierschichten getrennt/und bis auf einen Abstand von 100 Angström beieinanderliegen können, einem Abstand, der für die erfindun^sgemäße Abtastung der Bänder mit der derzeit verfügbaren höchsten Dichte geeignet ist.

Die Permalloy-Sub-Elemente der Fig. 5 oder 12 können in einem länglichen Element vereinigt werden, das in jedem Fall so lang ist, daß das Breiten-zu-Längen-Verhältnis eine zufriedenstellende Formanisotropie sicherstellt. Bei diesen Geometrien trennt die gemeinsame Leitung (Erde) gewöhnlich die Elemente für die getrennten Spuren. Zusätzlich erstrecken sich die Abtastelemente der Fig. 4 typischerweise über einen Abstand, der etwa gleich der Breite einer Spur ist, und. nicht über einen Abstand, der, wie gezeigt, gleich der Breite der Kreditkarte ist.

Wenn die Erfindung auch anhand eines magnetischen Bandes und magnetoresistiver Elemente beschrieben worden ist, läßt sich der erfindungsgemäße Halbzellenabstand auf nicht magnetischen Anordnungen anwenden, wie auf optisch reflektierende Kodezeichen.

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Claims

Patentansprüche

X Abtastvorrichtung zur Peststellung des Auftretens charakteristischer Eigenschaften einer Bit-Darstellung in einer sich längs einer Achse bewegenden Folge von Bit-Darstellungen, von denen jede eine charakteristische Zellenlänge aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß erste (jyO) und. zweite (31) Elemente vorgesehen sind, die unabhängig voneinander betreibbar sind, und auf jedes der ihnen zugeführten Bits ein dieses darstellendes Signal erzeugen, und daß die ersten und die zweiten Elemente längs der Achse in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der im wesentlichen gleich der halben Zellenlänge ist.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Elemente magnetoresistive Elemente sind, und daß die Bits als Zonen eines magnetischen Materials definiert sind, die längs dieser Achse in einer ersten und einer zweiten Richtung magnetisiert sind, um zwischen diesen Übergänge zu bilden.

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J. Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den ersten und. zweiten Elementen um Dünnschichten weichmagnetischen Materials handelt,

4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bits eine normal zur Achse verlaufende Lunge L aufweisen, daß jedes der Elemente eine Mehrzahl Sub-Elemente umfaßt, die normal zur Achse eine gegenüber L kleine Abmessung haben, und daß die Sub-Elemente elektrisch in Reihenschaltung miteinander verbunden sind.

5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Elemente elektrisch parallel miteinander verbunden sind.

6· Abtastvorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Schaltung angekoppelt ist, die unabhängig von den Ausgangssignalen der ersten und zweiten magnetoresistiven Elemente einen Datensignalstrom und. ein getrenntes Taktsignal für den Datensignalstrom erzeugt.

7. Abtastvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung eine Datenzuführeinrichtung zum Zuführen von Daten von den Elementen zu einer Verbraucherschaltung umfaßt, daß diese Schaltung eine auf aufeinanderfolgende Ausgangssignale von den Elementen ansprechende Einrichtung zur abwechselnden Erzeugung erst eines Öffnungs- und eines Taktimpulses und danach eines Sperrsignals zum Sperren der Ver-

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braucherschaltung aufweist, und daß eine durch den Öffnungsimpuls geöffnete Einrichtung "zürn. Anlegen eines Ausgangssignals vom ersten Elerae'nt an die Verbraucherschaltung vorgesehen ist.

8. Abtastvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenzuführeinrichtung auf gleichzeitige Ausgangs sign ale von sowohl den ersten als auch den zweiten Elementen anzusprechen vermag.

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