DE2812388A1

DE2812388A1 - Einrichtung zum kapazitiven abtasten von aufzeichnungstraegern, markierungselemente und markierungsverfahren hierfuer

Info

Publication number: DE2812388A1
Application number: DE19782812388
Authority: DE
Inventors: Juergen Ing Grad Machate
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-21
Filing date: 1978-03-21
Publication date: 1979-10-04
Also published as: DE2812388C2

Description

Einrichtung zum kapazitiven Abtasten von Aufzeichnungs-
trägern, Markierungselemente und Markierungsverfahren [Anwendungsgebiet und Zweck:] Die ErfindunG betrifft eine Einrichtung zun kapazitiven Abtasten des. zugehörigen Aufzeichnungsträgers, nach dem Oberbegriff des Patentansprüches, sowie Markierungselemente die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Markierungsverfahrens eine einfache Programmierung des Aufzeichnungsträgers ermön hen.
Kartenförmige, maschinell lesbare Datenträger, bei denen die Information durch metallische Flächenelemente auf einem elektrisch nicht leitenden, kartenförmigen Aufzeichnungsträger gebildet wird, werden in zunehmendem Maße für Identitäts- oder Berechtigungskarten verwendet. Sie weisen gegenüber anderen, wie zum Beispiel optisch- oder magnetischlesbaren Datenträgern, den Vorteil großer Robustheit auf.
Die Möglichkeit, die Informations-Elemente zwischen undurchwichtigen, schwer trennbaren Deckschichten anzuordnen, bietet die Vorteile der Unerkennbarkeit und Fälschungssicherheit des Daten-Inhaltes sowie die Möglichkeit die Deckschichten mit einem lesbaren Aufdruck zu vorsehen.
[Stand der Technik und Kritik des Standes der Technik:] Die Abtastung solcher Datenträger kann mit Hilfe der induktiven. oder kapazitiven Kopplungsänderungen durch die Markierungselemente erfolgen. Bei Lesegeräten, die auf dem induktiven Leseverfahren beruhen (P26550959) sind, zur Erreichung einer ausrachend großen Kopplungsänderung, metallische Flächenelemente mit Mindestdicken von #10-5m erforderlich.
Die Herstellung dieser relativ dicken Metallflächen ist durch Ätz- oder Stanzverfahren möglich. Für Anwendungsbereiche, bei denen große Mengen billiger Datenträger, z.B. Fahrkarten, benötigt werden, sind diese Verfahren .4.
zu teuer. Es sind Dtenträger und zugehörige Lesegeräte bekannt, bei denen die Marken aus Materialien mit vom Trägermaterial abweichenden Dielektrizitätskonstanten gebildet werden, wie dies für Lochkarten zutrifft (DT-PS 1 198 096; DT-PS 1 223 594). Die Lesegeräte nützen zur Auswertung die = Vergrößerung oder Verkleinerung von Kondensatoren durch die Marken. Um ausreichende Kapazitätsveränderungen zu erzielen muß die Markierung bezw. die fehlende Markierung eine gewisse Mindestdicke aufweisen. Außerdem eignet sich der Markierungsträger nicht zum Verdecken der Information.
[Aufgabe:] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine kapazit-..!v arbeitende Einrichtung zu schaffen, die in der Lage it einfach zu erstellerde Informationsträger aus elektrischleitenden Flächenelementen auf kartenförmigen, nichtleitenden Trägern zu erkennen und ein Verfahren zu beschreiben mit dem entsprechend ausgebildete Markierungselemente einfach programmiert werden können.
[Lösung:] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine in der Abtasteninrichtung befindliches Markierungselement durch kapazitive Kopplung von der HF-gespeisten Sende-Elektrode elektrische Energie übernimmt, diese Energie auf galvanischem Wege zu der räumlich versetzt angeordneten Empfänger-Elektrode transportiert und dort durch kapazitive Kopplung abgibt und daß die, auf diese Weise an der Empfänger-Elektrode entstehende, hochfrequente Wechselspannung zur Auswertung benützt wird.
Um die Programmierung der Markierungsträger beim Anwender durchführen zu können, werden alle zur Ausnutzung vorgesehenen Informationsplätze mit erfindugnsgemäßen Markierungspaaren aus elektrisch-leitenden Flächenelementen versehen und die Darstellung der gewünschten Information erfolgt erfindungsgemäß durch das Aufringen einer leitenden Verbindung zwischen den Teilflächen des Markierungspaares.
Bei einem weiteren Verfahren werden die Verbindungsstücke mit aufgedruckt. Die Markierung erfolgt dann durch Abschmelzen der Verbindungsstücke.
[Erzielbare Vorteile:] Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen besonders darin, daß zur Herstellung der Markierungsträger übliche Druckverfahren angewendet werden können und damit der Markierungsträger preiswert hergestellt werden kann.
Weiterhin gestattet die Erfindung z.B. Identifikationskarten einheitlich und rationell herzustellen, wobei die Programmierung durch die verschiedenen Anwender in einfacher und sicherer Weise erfolgt.
[Beschreibung :1 An Hand Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen Figur 1 Erfindungsgemäße Abtastvorrichtung in Seitenansicht Figur 2 Draufsicht der Abtastvorrichtung in Sietenansicht Figur 3 Ersatzschaltbild der Lesevorrichtung mit Markierung Figur 4 Besondere Ausgestaltung des Markierungselementes Figur 5 Differenzielle Abtastvorrichtung mit beidseitig des Markierungsträgern angeordneten Lene-Elektroden in Seitenansicht.
Figur 6 Draufsicht der differenziellen Abtastvorrichtung Figur 7 Ersatzschaltbild der differenziellen Abtastvorrichtung mit Markierung.
In Figur 1 ist das Prinzip der kapazitiven Abtastvorrichtung dargestellt. Das Markierungselement 1 besteht aus einer elektrisch leitenden F Fläche J'ie auf einem nicht leitenden Träger 2 aufgebracht ist und zum Schutz mit einer ebenfalls nicht leitenden Schicht 3 abgedeckt ist. Das Vorhanden@ein einer Markierung wird dadurch srkannt, daß ein hochfrequenter Generator 6 eine HF-Spannung an die Sendeelektrode 4 liefert, die auf das Markierungselement 1 kapazitiv Energie koppelt und daß diese Energie durch das Markierungselement zur Empfänger-Elektrode transportiert wird, wo sie durch kapazitive Kopplung eine Wechselspannung erzeugt. Die Wechselspannung wird mit hilfe eines Verstärkers 7 einer nachfolgenden Auswerteschaltung an Klemme 9 angeboten. Um die direkte Kopplung der Sende-Elektrode 4 auf die Empfängerelekrode 5 zu vermeiden ist eine Abschirmblech 8 zwischen den beiden Elekroden angebracht, das mit dem gemeinsamen Null-Potential von Sender 6 und Verstärker 7 verbunden ist. Die au der Anbringung des Schirmbleches resultierenden Kapazitäten sind im Ersatzschaltbild nach Fig. 3 als C48 und C58 zu ersehen. In Figur 2 ist die Draufsicht der Abtastvorrichtung dargestellt. Die zusätzlich dargestellte zweite Abtastvorrichtung 6.1 - 7.1 - 9.1 zeigt schematisch die Erweiterung von einer Abtaststelle in eine mehrstellige Abtastreihe. Das Ersatzschaltbild nach Figur 3 zeigt die kombinierte Wirkung des Markierungselementes als Teil des Koppel-Kondensators C 41 zwischen Sender und Markierung, als galvanische Verbindung mit dem wirksamen Wider tand 12 zum zweiten Kondensator C 51, der die kapazitive Auskopplung realisiert. Die Amplitude der durch die Serienschaltung C41 - 12 - C51 an den Verstärker-Eingang gelangenden Wechselspannung hängt von der Größe des Scheinwiderstandes der Serienschaltung bei der Betriebsfrequenz des Oszillators ab. Typische Werte für C41 und C51 liegen bei 1pF. Bei einer typischen Frequenz des Oszillators von 1MHz beträgt der 1 Scheinwiderstand Rc= = 105#. Daraus folgt, daß jwc für den ohmschen Längswiderstand 12 des Markierungselementes Widerstände von einigen 10³# zulässig sind, da dieser Anteil am Gesamtscheinwiderstand unerheblich ist. Das Markierungselement kann also entweder aus sehr dünnen Metallschichten bestehen oder aus dickeren Schichten mit geringem spezifischem Leitwert. Damit sind übliche Druckverfahren zur Herstellung der Markierungen geeignet.
Häufig ist es nicht möglich den Markierungsträger mit seinem endgültigen Dateninhalt beim Hersteller zu erzeugen. Im Falle von Identifikationskarten muß der Anwender die Programmierung an Ort und Stelle durch: führen.
In Figur 4 ist eine besondere Ausgestaltung des Markierungselementes dargestellt. Das Markierungselement besteht aus zwei Teilelementen 10 die zunächst miteinander nicht verbunden sind. Werden die beiden Teilelemente 10 mittels eines elektrisch leitfähigen :3toges 11 mitcinander verbunden, so ist diese Ein1lcit in ihrer Wirkung dem Markierungselement 1 identisch. Dadurch ist es möglich, daß alle zu Ausnutzung vorgesehen Informationsplätze zunächst mit den Markierungspaaren 10 versehen werden und die Darstellung der gewünschten Information des Markierungsträgers durch Anbringung der Stege 11 an den entsprechenden Plätzen erfolgt.
Da der Steg vergleichsweise hochohmig ausgeführt werden kann, eignen sich dafür leitfähige Lacke oder die Graphit-Bahn eines entsprechenden Bleistiftes.
Figur 5 zeigt das Schema einer abgewandelten, differenziell wirkenden Abtastvorrichtung mit deren Hilfe transmissive Leser aufgebaut werden können. Der Sender 13 leifert zwei zum Nullpotential symmetrische, zu einander um 1800 -phasenverschobene, amphitudengleiche Spannungen an die Sende-Elektroden 14. Die Sende-Elektroden 14 koppeln auf zwei, ihnen auf der anderen Seite des Markierungsträgers gegenüberstehende Empfänger-Elektroden 15, die mit den Eingängen eines. Differenzverstärkers 17 verbunden sind.
Befindet sich keine Markierung zwischen den Elektrodenpaaren, so liegen an den Empfänger-Eingängen zwei etwa amplitudengleiche, um 1800 phasenverschobene Wechsel-Spannungen, die zu tiner vergleichsweise hohen Amplitude der an Klemme 19 abnehmbaren Ausgangsspannung führen.
Ein Markierungselement zwischen den Elektrodenpaaren führt, wie aus dem Prinzipschaltbild in Figur 7 zu erkennen ist, zu einer Verminderung sowohl der Amplituden als auch der Phasendifferenz der an den Verstärker-Eingängen auftretenden Wechselspannungen. Im Idealfall, R12 = 0# werden die Wechselspannungsamplituden zu Null. Die an die Klemme 19 angeschlosone Auswerteschaltung reagiert auf das Absinken der Verstärkerausgangsspannung.
Die in Figur 6 dargestellte Draufsicht der differenziellen Abtastvorrichtung zeigt, daß auch bei dieser Abtastvorrichtung geteilte Markierungselemente 10 verwendet werden können, die mit Hilfe des leitenden Steges 11 programmiert werden In vielen Fällen ist es wünschenswert, daß die Karten schon vor dem Programmierungsprozeß beim Hersteller mit der Abdeckung versehen werden und damit ihre mechanisch endgültige Form aufweisen. In diesem Fall kann der dünne teg 11 beim Druckvorgang mit aufgebracht werden und die Programmierung erfolgt durch Trennen des steges. Dieses Trennen ann durch Abschmelzen erfolgen in dem der Sender 16 eine übergroße ,'iechselspannung an die Elektroden liefert, die einen übergroßen Strom durch den Steg zur Folge hat.
Zweckmäßiger Weise wird dabei zusätzlich mit einer erheblich höheren Senderfrequenz gearbeitet.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 1.) Einrichtung zum kapazitiven Abtasten von Aufzeichnungstrmgern bei denen die Markierungen aus sehr dünnen, elektrioch-leitenden Flächenelementen auf einem nichtleitenden, kartenförmigen Datenträger bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Abtastvorrichtung befindliches Markierungselement (1) durch kapazitive Kopplung von der HF-gespeisten Sende-Elektrode(4) elektrische Energie übernimmt, diese Energie auf galvanischem Wege zu der räumlich versetzt angeordneten Empfänger-Elektrode(5) transportiert und dort durch kapazitive lCopplung abgibt und daß die, auf diese Weise an der Empfänger-Elektrode(5) entstehende Wechselspannung zur Auswertung benützt wird.
2.) Einrichtung zum kapazitiven Abtasten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung zwei von einem HF-Generator (16) mit gegenphasigen, amplituden = gleichen Spannungen belieferte Sende-Elektroden (14) aufweist, die auf zwei gegenüberstehende Empfänger-Elektroden (15) kapazitiv koppeln, wodurch an den Empfänger-Elektroden gegenphasige Wechselspannungen entstehen und daß diese Wechselspannungen sowohl nach dem Betrag als auch der Phasendifferenz beim Einfügen eines Markierungselementes, durch den in Anspruch 1 beschriebenen Wirkmechanismus, vermindert werden und somit zur Auswertung benützt werden.
3.) Markierungselement zur Verwendung in des Abtasteinrichtung anch Anspruch 1 und Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Markierungselement (1) in zwei Teilflächen (10) aufgeteilt wird, die ein Markieren nach der serienmäßigen Herstellung des Markierungsträgers zulassen.
4.) Verfahren zur Programmierung der Markierungselemente nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilflächen (10) durch einen elektrisch-leitenden Steg (11) verbunden werden.
5.) Markierungselement zur Verwendung in der Abtasteinrichtung nach ANspruch 1 und Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Markierungselement (1) in zwei Teilflächen (10) aufgeteilt wird, die durch einen dünnen Steg (11) des elben Materials wie des der Teilflächen, verbunden sind.
6.) Verfahren zur Programmierung der Markierungselemente nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Steg (11) mit Hilfe eines kapazitiv eingekoppelten, übergroßen Strome durch den Steg, abgeschmolzen wird.