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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Identifizierungsmarkierung, insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine
Identifizierungsmarkierung, die auf eine Abfrage reagiert, die Hochfrequenzstrahlung verwendet.
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Die Identifizierungsmarkierungen
haben in der Regel eine Größe von ein
paar Zentimeter und werden für
eine Anzahl von Anwendungen wie beispielsweise persönliche tragbare
Markierungen und Antidiebstahlmarkierungen verwendet. Solche Antidiebstahlmarkierungen
sind oft so gestaltet, daß sie von
Hochfrequenzstrahlung wie beispielsweise von Hochfrequenzstrahlung,
die eine Frequenz von mehreren hundert Kilohertz hat, abgefragt
werden; die Markierungen werden im allgemeinen an Handelswaren in
Verkaufsräumen
angebracht, so daß die
unautorisierte Passage der Markierungen an einem zugehörigen Abfragegerät vorbei
einen Alarm auslöst.
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Persönliche tragbare Markierungen
werden oft von autorisiertem Personal getragen und werden verwendet,
um einen beschränkten
Zugang zu Einrichtungen wie beispielsweise Maschinen und Gebäuden zu
gewähren.
Die persönlichen
Markierungen sind häufig
als Magnetkarten ausgestaltet, die abgefragt werden, indem man sie
physisch an Magnetsensoren vorbeizieht.
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Antidiebstahlmarkierungen sind in
einem Britischen Patent Nr. GB 2306080A beschrieben, in dem die
Markierungen Feldeffekttransistor(FET)-Technologie zum Mischen der
Abfragestrahlung mit Frequenzen von f1 und
f2 verwenden und dadurch entsprechende gemischte
Strahlung mit Frequenzen von f1 +/– f2 zur Verwendung bei der Erfassung des Vorhandenseins
der Markierungen erzeugen.
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Außerdem offenbart eine Europäische Patentanmeldung
Nr.
EP 0 142 380 A2 Markierungen für die Verwendung
in Überwachungssystemen.
Die Markierungen weisen jeweils eine passive verteilte Resonanzschaltung
mit induktiven und kapazitiven Elementen auf, die zwei elektrische
Resonanzen aufweisen, wobei die Resonanzen erfaßbar sind, um das Vorhandensein
der Markierungen zu bestimmen.
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Außerdem wird eine Identifizierungseinrichtung
in einem amerikanischen Patent Nr.
US
5 734 332 beschrieben. Die Einrichtung umfaßt einen
nicht aktiven Codeträger,
beispielsweise eine Komponente für
eine stehende akustische Welle, einen Frequenzmischabschnitt und
einen doppelten Antenneneingang. Die Einrichtung ist betreibbar,
um Abfragestrahlung mit zwei unterschiedlichen Frequenzen zu empfangen
und zwei entsprechende empfangene Signal zu erzeugen. Die Signale
werden in dem Frequenzmischabschnitt gemischt, um ein Zwischensignal
zu erzeugen, das eine Frequenz hat, die einem Frequenzunterschied
zwischen den empfangenen Signalen entspricht. Das Zwischensignal
ist mit der akustischen Welleneinrichtung gekoppelt, die eine kodierte
Modulation auf das Zwischensignal anwendet. Das modulierte Zwischensignal
wird dann mit den empfangenen Signalen rekombiniert, um ein zusammengesetztes
Signal für
das Aussenden von der Einrichtung zu erzeugen. Die ausgesendete
Strahlung entspricht dem zusammengesetzten Signal, das von dem Gerät erfaßt wird,
welches die Einrichtung abfragt, wodurch das Vorhandensein und die
Identität
der Einrichtung erkannt wird.
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Gewöhnliche Identifizierungsmarkierungen weisen
eines oder mehrere der folgenden Probleme auf:
- (a)
sie erzeugen keine ausreichend einmalige Antwort für gewisse
Anwendungen; dies kann dazu führen,
daß nicht
autorisiertes Personal Zugang zu Gebäuden und Maschinen erhält;
- (b) für
Antidiebstahlanwendungen wird das Abfragegerät, das zu den Markierungen
gehört,
fälschlich
von Gegenständen
ausgelöst,
die eine ähnliche
Antwort wie die Markierungen erzeugen; und
- (c) manchmal ist es schwierig, lediglich die Markierungen zu
identifizieren, die dafür
eingerichtet sind, um von kontaktlosen Abfrageverfahren abgefragt
zu werden, wie beispielsweise unter Verwendung von Hochfrequenzstrahlung;
und
- (d) es ist nicht einfach, die Identifizierungscodes, die auf
den Markierungen aufgezeichnet sind zu verändern, wenn beispielsweise
die Identifizierungsmarkierungen an Handelswaren angebracht werden,
wenn diese ihre Herstellungsverfahren durchlaufen, wobei die Markierungen
für die
Aufzeichnung der vollständigen
Herstellungsverfahren, die auf die Waren angewendet werden, oder zur
Qualitätskontrolle
verwendet werden.
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Es ist somit ein Problem, für jede Karte
eine zugehörige
einmalige Signatur zu schaffen, während sie gleichzeitig durch
kontaktlose Abfrageverfahren abgefragt werden kann und fälschungssicher
ist. Das US-Patent Nr. 6 060 815 offenbart ein piezo-elektrisches
Substrat, das betreibbar ist, um Hochfrequenzabfragepulse zu empfangen,
die einem Informationscode entsprechen, der den Transponder identifiziert, um
akustische Strahlung zu erzeugen und die Pulse in ein elektrisches
Signal zurückzuwandeln
und es einer Antenne zum Aussenden modulierter Strahlung zuzuführen. Jedoch
sind die Antennen von der Einrichtung zum Modulieren des empfangenen
Signals getrennt.
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Deshalb wird erfindungsgemäß Identifizierungsmarkierung
geschaffen mit:
- (a) einer Transpondereinrichtung
zum Empfang von Abfragestrahlung und zum Aussenden modulierter Strahlung
als Antwort; und
- (b) einer Modulationseinrichtung zum Modulieren der empfangenen
Abfragestrahlung auf eine Art, die kennzeichnend für die Identität der Markierung ist,
um die modulierte Strahlung zu erzeugen,
wobei die
Transpondereinrichtung eine erste und eine zweite Vorrichtung zum
Empfang erster und zweiter Strahlungskomponenten der Abfragestrahlung
und zur Erzeugung jeweils entsprechender erster und zweiter Signale
aufweist, wobei die erste und zweite Komponente voneinander unterschiedliche Frequenzen
aufweisen,
wobei die Modulationseinrichtung eine Koppelvorrichtung
aufweist, die betreibbar ist, um das zweite Signal zu empfangen
und entsprechende akustische Strahlung zu erzeugen und die akustische
Strahlung auf die erste Vorrichtung einwirken zu lassen, wobei die
akustische Strahlung das erste Signal in der ersten Vorrichtung
moduliert, um die modulierte Strahlung zu erzeugen, wobei die Koppelvorrichtung
eine piezo-elektrische Schicht zur Erzeugung der akustischen Strahlung
als Antwort auf das zweite Signal aufweist, wobei die erste und
die zweite Vorrichtung Funkantennen zum Empfang der Abfragestrahlung und
Aussenden der modulierten Strahlung aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß die
Antennen leitfähige
Spuren oder leitfähige
Bereiche aufweisen, die auf der piezoelektrischen Schicht gebildet
sind, wobei die Schicht als Antwort auf das zweite Signal betreibbar
ist, um akustische Strahlung zu erzeugen.
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Der Vorteil liegt darin, daß dies eine
potentiell billige und kompakte Art ist, um eine Koppelvorrichtung
und erste und zweite Vorrichtungen zu implementieren. Für viele
An wendungen von Identifizierungsmarkierungen sind eine kleine Markierungsgröße und niedrige
Markierungskosten wichtige Kriterien. Die Erfindung hat auch zumindest
einen der folgenden Vorteile:
- (a) die Markierung
kann zuverlässig
auf eine Art identifiziert werden, für welche modulierte Strahlung
moduliert wird; und
- (b) die Identifikationsmerkmale der Markierung können verändert werden,
indem die erste Vorrichtung verändert
wird.
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Akustische Strahlung wird als mechanische Schwingungsstrahlung
definiert, die sich entlang eines Mediums fortpflanzt.
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Vorteilhafterweise kann die Schicht
aus Polyvinyldifloridwerkstoff (PVDF) bestehen, welcher den Vorteil
hat, mechanisch robust zu sein.
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Im allgemeinen kann die Markierung
so betrieben werden, daß sie
von Hochfrequenzstrahlung in einem Frequenzbereich von ungefähr 50 MHz
bis 3 GHz abgefragt wird.
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In einer ersten Ausführungsform
der Erfindung kann die erste Vorrichtung einen kreisförmigen Elektrodenbereich
und die zweite Vorrichtung eine Rahmenantenne aufweisen. Gewöhnlich liegt
die erste Vorrichtung räumlich
innerhalb der zweiten Vorrichtung. Daraus ergibt sich vorteilhafterweise
eine potentiell kompakte Anordnung zum Empfangen der Abfragestrahlung
und Aussenden der modulierten Strahlung.
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In einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung kann die erste Vorrichtung mehrere elektrisch miteinander
verbundene und radial angeordnete längliche leitfähige Segmentspuren
aufweisen, wobei jede Spur betreibbar ist, um als akustischer Resonator
zu wirken, der eine zugehörige
modale Schwingungsantwort hat und um die erste Komponente mit der
modalen Antwort zu modulieren, die einer Segmentspur entspricht,
die durch akustische Schwingungen zur Resonanz angeregt wird, wodurch
die Markierung mit einem Signaturcode versehen wird, mit dem die
modulierte Strahlung moduliert ist. Vorteilhafterweise führt dies
dazu, daß die
modulierte Strahlung durch eine komplexe Signatur moduliert werden
kann, durch welche die Markierung zuverlässiger identifiziert werden
kann.
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In einer dritten Ausführungsform
kann die erste Vorrichtung eine Starterelektrode aufweisen, die
mit der zweiten Vorrichtung verbunden ist, wobei eine parallel geschaltete
akustische Oberflächenwellenvorrichtung
und eine Dipolantenne mit der parallel geschalteten Vorrichtung
verbunden sind, wobei die Starterelektrode betreibbar ist, um das
zweite Signal auf sich einwirken zu lassen, um akustische Oberflächenwellen
zu erzeugen, wobei die parallel geschaltete Vorrichtung betreibbar
ist, um die Wellen zu empfangen, die ihre elektrischen Merkmale
modulieren, und wobei die Dipolantenne betreibbar ist, um die erste
Komponente zu empfangen und das erste Signal zu erzeugen, welches
die parallel geschaltete Vorrichtung zu modulieren veranlaßt ist,
um die modulierten Strahlen bereitzustellen. Vorteilhafterweise führt dies
dazu, daß die
parallel geschaltete Vorrichtung, die modulierte Strahlung mit einem
Signaturcode modulieren kann, wobei der Signaturcode durch die Art
bestimmt wird, auf die sich akustische Oberflächenwellen durch die parallel
geschaltete Vorrichtung fortpflanzen.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden nun nur beispielhaft mit Bezugnahme auf die folgenden Diagramme
beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung einer generischen Identifizierungsmarkierung
gemäß der Erfindung
ist;
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2 eine
Darstellung einer Identifizierungsmarkierung gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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3 eine
Darstellung einer Identifizierungsmarkierung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist; und
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4 eine
Darstellung einer Identifizierungsmarkierung gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung ist.
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Mit Bezugnahme auf 1 ist eine Identifizierungsmarkierung
gezeigt, die mit 100 bezeichnet ist. Die Markierung 100 weist
eine Stützvorrichtung auf,
die geeigneterweise aus einem Kunststoff besteht und die Form einer
kleinen rechteckigen Karte hat, die physikalische Abmessungen von
85 mm Länge,
54 mm Breite und ungefähr
1 mm Dicke hat. Die Markierung 100 weist eine erste Vorrichtung 110 zum Empfangen
von Strahlung und eine zweite Vorrichtung 120 sowohl zum
Empfangen als auch zum Aussenden von Strahlung auf. Die Markierung 100 weist auch
eine Filtervorrichtung 122 auf, die einen Eingang T1, der
mit der ersten Vorrichtung 110 gekoppelt ist, und einen
Eingang T2 hat, der mit einem Eingang J1 einer Konvertervorrichtung 130 gekoppelt ist.
Die Vorrichtung 130 umfaßt einen Eingang J2, der mit
einem Eingang P1 einer Kodierer-Modulator-Vorrichtung 140 gekoppelt
ist. Die Kodiererstruktur 140 weist einen zweiten Anschluß P2 auf,
der mit der zweiten Vorrichtung 120 verbunden ist.
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Die Vorrichtungen 110 bis 140 werden
in oder auf der Markierung 100 hergestellt.
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Die Betriebsweise der Markierung 100 wird nun
mit Bezugnahme auf 1 beschrieben
werden. Ein Abfragegerät
(nicht gezeigt) sendet Abfragestrahlung 200 zu der Markierung 100 aus.
Die Strahlung 200 weist eine erste und eine zweite Strahlungskomponente
auf, die Frequenzen f1 bzw. f2 haben, wobei
f1 beträchtlich
kleiner als f2 ist; beispielsweise f1 = 13,56 MHz und f2 =
2,45 GHz. Die erste und die zweite Komponente sind kontinuierliche
Strahlungswellen. Vorteilhafterweise kann die Erfindung ebenfalls
angewandt werden, wenn die Komponenten moduliert werden. Die erste
Vorrichtung 110 empfängt die
Strahlung 200 und wandelt sie um, um ein entsprechendes
Signal SL zu erzeugen, welches die Signalkomponenten
SL1 und SL2 aufweist,
die der ersten bzw. der zweiten Strahlungskomponente entsprechen.
Das Signal SL pflanzt sich von der Vorrichtung 110 zu
der Filtervorrichtung 122 fort, wo die Komponente SL2 durch Filtern entfernt wird, und die Komponente
SL1 pflanzt sich zu dem Ausgang T2 fort,
von wo sie sich zu dem Eingang J1 fortpflanzt.
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Die Konvertervorrichtung 130 wandelt
die Komponente SL1 in entsprechende akustische
Strahlung durch piezo-elektrisches Koppeln um, die sich zu der Kodierervorrichtung 140 fortpflanzt.
Die zweite Vorrichtung 120 empfängt die Abfragestrahlung 200 auch
und wandelt sie in ein entsprechendes empfangenes Signal SL um, das hauptsächlich die Komponente SL2 und einen kleinen Rest der Komponente SL1 wegen der Übertragungsmerkmale aufweist,
die für
die zweite Vorrichtung 120 kennzeichnend sind. Die Komponente
SL2 pflanzt sich von der zweiten Vorrichtung 120 zu
der Kodierervorrichtung 140 fort, wo sie durch die Komponente
SL1 moduliert wird, die mit der Kodierervorrichtung 140 von
der Konvertervorrichtung 130 gekoppelt ist; dies erzeugt
ein moduliertes Signal Sm in der Kodierervorrichtung 140,
das zu der zweiten Vorrichtung 120 zurückläuft, wo es als ausgesendete
Strahlung 210 ausgesendet wird, die daraufhin bei dem Abfragegerät (nicht
gezeigt) empfangen wird. Das Gerät
identifiziert das Vorhandensein der Markierung 100 mit
Hilfe der Modulation, die von der Markierung 100 auf die
Signalkomponente SL2 angewandt worden wäre.
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Wie für die Ausführungsformen der Erfindung,
die in 2, 3 und 4 gezeigt sind, beschrieben werden wird,
kann die Kodierervorrichtung 140 eine spezifische Art der
Antwort erzeugen, die für
die Markierung 100 einmalig ist. Außerdem kann die Art der Antwort
für die
Markierung 100 mit Hilfe einer Anzahl unterschiedlicher
Verfahren angepaßt
werden. Weil die Markierung 100 die Signalkomponente SL1 von einem elektrischen Signal zu einer
entsprechenden akustischen Strahlung bei der Konvertervorrichtung 130 umwandelt,
kann die Markierung 100 als „Markierung für mehrere
Technologien" angesehen
werden.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden nun beschrieben, wobei die Vorrichtungen 110 bis 140,
auf die oben Bezug genommen wurde, auf unterschiedliche Arten ausgeführt sind.
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Mit Bezugnahme auf 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt;
nämlich
eine Markierung, die mit 300 bezeichnet ist, Es ist auch eine
Querschnittsansicht gezeigt, die mit 310 bezeichnet ist;
die Ansicht 310 ist ein Querschnitt entlang einer Linie
A-A' auf der Markierung 300.
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Die Markierung 300 umfaßt eine
Anordnung mit mehrere Schichten, die in Folge eine Metallunterlageschicht 320,
eine dicke Kunststoffschicht 330, eine piezo-elektrische
Schicht 340 und eine leitende Elektrodenschicht, die mit 350 bezeichnet
ist, aufweist. Die Markierung 300 hat die Form einer rechteckigen
Karte, die eine Länge
von 85 mm, eine Weite von 54 mm und eine Dicke von ungefähr 1 mm
in Richtung der Pfeile 360, 370 bzw. 380 hat.
Die Pfeile 360, 370 gehören zu der Markierung, die
mit 300 bezeichnet ist, und der Pfeil 380 gehört zu der
Ansicht 310. Die Metallunterlageschicht 320 dient
als eine Bodenplatte und besteht aus Aluminiummetall; sie ist zwischen
50 μm und
150 μm dick.
Die piezo-elektrische Schicht 340 ist zwischen 100 μm und 250 μm dick und
besteht aus einem piezo-elektrischen Polymerwerkstoff wie etwa Polyvinyldifluorid
(PVDF). Die Strukturschicht 330 besteht aus einem Polymer
wie Polyvinylchlorid (PVC) und ist zwischen 500 μm und 800 μm dick. In einem mittleren Bereich
der Markierung 300 weist die Schicht 330 einen
Hohlraum 390 auf, der einen Zwischenraum innerhalb der
Markierung 300 bildet. Die obere und die untere Wand des Zwischenraums
bestehen aus den Schichten 340 bzw. 320. Der Hohlraum 390 ist
kreisförmig,
hat einen Durchmesser von 20 mm bis 30 mm und ist so angeordnet,
daß er
an der kreisförmigen
Elektrodenvorrichtung 400 ausgerichtet ist, die in der
Elektrodenschicht 350 ausgebildet ist. Die kreisförmige Vorrichtung 400 hat
einen ähnlichen
Durchmesser wie der Hohlraum 390.
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Die Elektrodenschicht 350 weist
auch eine Spiralantennenvorrichtung auf, die mit 410 bezeichnet
ist und von einer einzigen Spur 420 gebildet wird, die
eine Breite von 1 mm hat und 3½ konzentrische Windungen
aufweist. Ein erstes Ende der Spur 420 endet an einer Kante
der Markierung 300, und deren zweites Ende endet, indem
es mit der kreisförmigen Vorrichtung 400 verbunden
ist. Die Elektrodenschicht 350 ist zwischen 1 μm und 50 μm dick. Die
Antennevorrichtung hat eine Begrenzung in Form einer quadratischen
Begrenzung mit Seitenlängen
von ungefähr
40 mm.
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Die Vorrichtungen 400, 410 werden
in der Elektrodenschicht 350 mit Hilfe eines oder mehrerer lithographischer
Verfahren, selektiver Ätzverfahren und
mit Hilfe des Durchführens
von Tintensiebdruckverfahren ausgebildet.
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Die Betriebsweise der Markierung 300 wird nun
mit Bezugnahme auf 2 beschrieben
werden. Ein Abfragegerät
(nicht gezeigt) sendet Abfragestrahlung aus, die eine erste Strahlungskomponente mit
13,5 MHz und eine zweite Strahlungskom ponente mit 2,45 GHz aufweist.
Die Markierung 300 empfängt
die Abfragestrahlung bei der Antennenvorrichtung 410 und
auch bei der kreisförmigen
Elektrodenvorrichtung 400.
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Die Antennenvorrichtung 410 dient
sowohl als Antenne zum Empfangen der Strahlung als auch als eine
induktive Impedanz, die zusammen mit einem Kondensator, der von
der Vorrichtung 400 und der Unterlageschicht 320 über dem
Hohlraum 390 gebildet wird, eine abstimmbare Schaltung
bildet. Die abgestimmt Schaltung ist auf im wesentlichen 13,56 MHz
abgestimmt, wobei sie mit der ersten Strahlungskomponente koppelt,
die bei der Vorrichtung 410 der kreisförmigen Vorrichtung 400 empfangen wird,
um ein fluktuierendes elektrisches Feld mit 13,5 MHz über die
piezo-elektrische Schicht 340 und den Hohlraum 390 zu
erzeugen. Das elektrische Feld führt
zur Stimulierung der akustischen Schwingung innerhalb der Schicht 340 aufgrund
ihrer piezo-elektrischen Eigenschaften. Die akustischen Schwingungen
modulieren die physikalischen Abmessungen der kreisförmigen Vorrichtung 400,
die sich aufgrund des Hohlraums 390 biegen und strecken
kann, der es der Schicht 340 erlaubt, in der Nähe des Hohlraums 390 nachgiebig
zu sein.
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Die kreisförmige Vorrichtung 400 empfängt die
Abfragestrahlung und ist aufgrund ihrer physikalischen Größe hauptsächlich für die zweite
Strahlungskomponente mit 2,45 GHz empfänglich. Die Vorrichtung 400 reflektiert
die zweite Komponente, obwohl ihre Reflexion von akustischen Schwingungen
moduliert wird, welche die Abmessungen periodisch ändern.
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Die Vorrichtung 400 empfängt somit
die zweite Strahlungskomponente und reflektiert sie in modulierter
Form als reflektierte Strahlung. Diese reflektierte Strahlung umfaßt eine
Trägerkomponente mit
2,45 GHz zusammen mit Seitenbandkomponenten mit hauptsächlich (2,45
GHz + 13,56 MHz) und (2,45 GHz – 13,56
MHz). Das Abfragegerät
empfängt die
re flektierte Strahlung und bestimmt, ob sich die Markierung 300 innerhalb
seines Erfassungsbereichs befindet oder nicht, abhängig davon,
ob es die Seitenbandkomponenten mit ausreichender Amplitude empfängt, die
einen Schwellwert überschreitet, der
in dem Gerät
voreingestellt ist.
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Die Antennenvorrichtung 410 kann
weniger oder mehr als 3½ Windungen
aufweisen, wodurch jede Markierung 300 eine einmalige akustische
Vibrationssignaturfrequenz erhält,
auf die sie am ehesten anspricht. Alternativ kann die Dicke der
Schicht 330 oder die Fläche
der Vorrichtung 400 verändert werden,
um die Abstimmung zu beeinflussen, wodurch eine einmalige Signaturfrequenz
geschaffen wird; beispielsweise kann die Fläche der Vorrichtung 400 mit
Hilfe von Laser-Schneidtechniken
zugeschnitten werden.
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Da das Abfragegerät eine spezifische Antwort
auf seine Abfragestrahlung erwartet, wenn es die Markierung 300 abfragt,
nämlich
die Erzeugung von zwei Seitenbandkomponenten, wird das Gerät nicht
einfach von unerwünschter
Umgebungsstrahlung oder allgemeiner Reflexion von passiv leitenden Gegenständen wie
beispielsweise Münzen
oder Schlüssel
ausgelöst
werden; dies sorgt für
eine erhöhte
Zuverlässigkeit
der Erfassung der spezifischen Markierung. Wenige, wenn überhaupt
irgendwelche einfachen metallischen Teile können Seitenbandkomponenten
erzeugen, die spezifisch auf empfangene Abfragestrahlung ansprechen,
die Strahlungskomponenten bei 13,45 MHz und 2,54 GHz aufweist. Diese
erhöhte
Zuverlässigkeit
ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Markierung 300 als
elektronischer Zugangsschlüssel
in sicherheitsempfindlichen Bereichen eingesetzt wird, in denen
unautorisierter Zugang vermieden werden muß.
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Aus dem Vergleich der Markierung 300 mit der
Markierung 100 ergibt sich:
- (a) Die
Antennenvorrichtung 410 entspricht der ersten Vorrichtung 110;
- (b) Die kreisförmige
Vorrichtung 400 entspricht der zweiten Vorrichtung 120;
- (c) Eine Kombination der Antennenvorrichtung 410 und
des Kondensators, der zwischen der kreisförmigen Vorrichtung 400 und
der Unterlageschicht 320 auftritt, wodurch eine auf 13,45
MHz abgestimmte Filterschaltung geschaffen wird, entspricht der
Filtervorrichtung 122;
- (d) Die Schicht 340 in der Nähe des Hohlraums 390,
wo sich die Schicht 340 biegen und dadurch elektrische
Signale in akustische Schwingungen umwandeln kann, entspricht der
Konvertervorrichtung 130; und
- (e) die kreisförmige
Vorrichtung 400, die Reflexionseigenschaften aufweist,
die durch akustische Schwingungen in der Schicht 340 veränderlich sind,
entspricht der Kodierervorrichtung 140.
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Mit Bezugnahme auf 3 ist eine Identifizierungsmarkierung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt; die Markierung wird mit 500 bezeichnet.
Die Markierung 500 ist mit der Markierung 300 identisch,
abgesehen davon, daß die kreisförmige Vorrichtung 400 durch
eine radiale Elektrodenvorrichtung ersetzt wird, die mit 520 bezeichnet
ist. Die Vorrichtung 520 umfaßt zwölf radial angeordnete Elektrodensegmente,
wie beispielsweise ein Segment 522, die gegenseitig unterschiedliche
radiale Längen
haben, aber elektrisch wie gezeigt in ihrem radialen Mittelpunkt
miteinander verbunden sind. Die Spur 420 ist in einem äußeren Bereich
mit einem längsten
Segment der Vorrichtung 520 verbunden. Die Segmente sind
in einer Folge angeordnet und werden im Uhrzeigersinn um die Vorrichtung 520 herum
zunehmend länger.
Das Vorhandensein des Hohlraums 390 erlaubt es den Segmenten
frei zu schwingen. Für
die Markierung 500 hat der hohe Raum 390 eine
rechteckige Gestalt.
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Das Vorhandensein der Segmente verleiht der
Vorrichtung 520 ein komplexes meachanisches modales Schwingungsspektrum,
wobei jedes Segment eine zugehörige
Reihe von mechanischen Resonanzen erzeugt. Diese Reihe entspricht
einer Kodierersignatur der Markierung 500, durch welche
sie identifiziert werden kann. Das Schwingungsspektrum kann durch
Masseladen der Segmente wie beispielsweise durch Tintenstrahldrucken
von Tintenpunkten auf ihnen oder durch selektives Abschmelzen von spezifischen
Segmenten mit einem Laser verändert werden.
Die erlaubt es, daß die
Markierungen 500 einmalig anpaßbar sind.
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Beim Betrieb weist die Abfragestrahlung,
die von einem Abfragegerät
(nicht gezeigt) auf die Markierung 500 gerichtet ist, eine
Signalkomponente mit niedriger Frequenz und eine Signalkomponente
mit hoher Frequenz auf wie beispielsweise eine Komponente mit hoher
Frequenz von 2,54 GHz. Indem die Komponente mit niedriger Frequenz über einen
Frequenzbereich variiert wird, können
akustische Resonanzmoden, welche die Segmente aufweisen, der Reihe
nach in der reflektierten Strahlung von der Vorrichtung 520,
die zu dem Gerät
zurückreflektiert
wird, erfaßt
werden. Dies erlaubt es dem Gerät,
Resonanzmoden der Markierung 500 aufzuzeichnen und dadurch
zu bestimmen, ob zu der Markierung 500 eine besondere einmalige
kodierte Signatur gehört oder
nicht.
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Die Markierung 500 nutzt
die Vorrichtung 520 effizient auf verschiedene Arten. Die
Vorrichtung 520 dient nämlich
als:
- (a) eine Antenne zum Empfang der Abfragestrahlung
und Reflexion der Strahlung;
- (b) ein Abstimmkondensator im Zusammenarbeit mit der Unterlageschicht 320;
und
- (c) ein piezo-elektrischer Resonator, der ein komplexes Resonanzmodenspektrum
erzeugt, das einen Signaturcode für die Markierung 500 darstellt.
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Der Vorteil er Markierung 500 besteht
darin, daß sie
mit hoher Geschwindigkeit wie beispielsweise innerhalb von 500 μs abgefragt
werden kann. Außerdem
kann, falls es nötig
ist, die Abfragestrahlung eine Hochfrequenzkomponente und mehrere
Komponenten mit niedriger Frequenz aufweisen, was es ermöglicht,
Resonanzmoden der Struktur 520 gleichzeitig anzuregen,
was zu einer schnelleren Abfrage der Markierung 500 führt, um
ihre Signatur zu bestimmen. Außerdem
kann die Markierung 500 wie oben beschrieben einfach nach
der Herstellung durch selektives Masseladen angepaßt werden,
das auf die Vorrichtung 500 wie zum Beispiel durch Tintenstrahldrucken
wie oben beschrieben angewandt wird. Diese Anpassung stellt eine
technische Entwicklung der Markierung 300 dar, die ein
einfacheres mechanisches Resonanzmodenspektrum für die Vorrichtung 400 aufweist.
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Die Markierung 500 ist dadurch
gekennzeichnet, daß ihr
Signaturcode aus ihrer modalen Resonanzfrequenzantwort entsteht.
Es ist auch praktisch eine Identifizierungsmarkierung zu schaffen,
die einen zugehörigen
Signaturcode hat, der von ihrer Zeitantwort auf die Abfragestrahlung
bestimmt wird. Dies wird nun beschrieben werden.
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Mit Bezugnahme auf 4 ist eine Identifizierungsmarkierung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt; die Markierung ist mit 700 bezeichnet. Die
Markierung 700 ist mit der Markierung 300 identisch,
abgesehen davon, daß die kreisförmige Vorrichtung 400 durch
eine akustische Oberflächenwellen(SAW)-Vorrichtung
ersetzt ist, die mit 710 bezeichnet ist, und daß der Hohlraum 390 eine
rechteckige Gestalt in der Markierung 700 hat. Die SAW-Vorrichtung 710 weist
eine akustische Wellenstarterelektrode 720, eine parallel
geschaltete Elektrodenvorrichtung 730 und eine Schmetterlingsdipolantenne 740 auf.
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Die Starterelektrode 720 hat
eine längliche rechteckige
Gestalt und ist elektrisch mit der Spur 420 der Antennenvorrichtung 410 verbunden.
Die Vorrichtung 410 ist symmetrisch um einen Mittelpunkt
in der Markierung 700 angebracht. Die Starterelektrode 720 ist
von einem Mittelpunkt in der Markierung 700 versetzt und
ihre längliche
Achse ist parallel oder rechtwinklig zu den äußeren Kanten der Markierung 700.
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Die parallel geschaltete Vorrichtung 730 weist
zwei gegenseitig parallele längliche
Elektroden 750, 760 auf, die symmetrisch in Bezug
auf den Mittelpunkt der Markierung 700 angebracht sind.
Senkrecht zu den länglichen
Achse der Elektroden 750, 760 befinden sich parallel
geschaltete Spuren, wie beispielsweise eine Spur 762, die
mit den entsprechenden Elektroden 750, 760 vermascht
und verbunden sind. Jede Elekrode 750, 760 ist
elektrisch mit dreizehn paralle geschalteten Spuren verbunden. Die
Elektroden 750, 760 sind gegenseitig elektrisch isoliert.
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Die Antenne 740 weist zwei
im wesentlichen dreieckige Elektroden 772, 774 auf,
die jeweils in der einen Ecke mit einem mittleren Bereich der Elektroden 750 bzw. 760 verbunden
sind. Die dreieckigen Elektroden 772, 774 befinden
sich auf den gegenüberliegenden
Seiten der Elektroden 750, 760 relativ zu den
parallel geschalteten Spuren. Der Einschluß des Hohlraums 390 in
der Markierung 700 stellt sicher, daß die Schicht 340 in
der Nähe
der Vorrichtung 730 nachgiebig ist, was bei der Fortpflanzung
der akustischen Oberflächenwellen
in der Vorrichtung 730 hilft.
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Der Betrieb der Markierung 700 wird
nun mit Bezugnahme auf 4 beschrieben
werden. Ein Abfragegerät
(nicht gezeigt) sendet Abfragestrahlung zu der Markierung 700 aus.
Die Abfragestrahlung umfaßt
eine erste und eine zweite Strahlungskomponente. Die erste Komponente
weist Pakete mit Strahlung von 50 MHz und einer Dauer von 1 μs und einer Wiederholungsfrequenz
von 5 KHz auf, und die zweite Komponente weist kontinuierliche Wellenstrahlung mit
2,45 GHz auf. Die Abfragestrahlung wird sowohl bei der Antennenvorrichtung 410 als
auch bei der Antenne 740 empfangen.
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Die Antenne 410 bewirkt
eine induktive Impedanz, die eine abgestimmte Schaltung zusammen mit
einer Kapazität
bildet, die sich aufgrund der Starterelektrode 720 zusammen
mit der Unterlageschicht 320 ergibt; die abgestimmte Schaltung
hat eine elektrische Resonanz bei 50 MHz. Folglich antwortet die Antenne 410 selektiv
auf die erste Komponente der Abfragestrahlung. Der Empfang der ersten
Komponente führt
zu einem entsprechenden elektrischen Signal, das an der Elektrode 720 auftritt
und akustische Oberflächenwellen
in der Schicht 340 stimuliert, die sich in einer Richtung
zu der parallel geschalteten Vorrichtung 730 und auch in
einer Richtung zu einer äußeren Kante
der Markierung 700 fortpflanzen, wo sie absorbiert werden.
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Die akustischen Wellen sind räumlich in
Wellengruppen in der Schicht 340 unterteilt, da die erste Komponente
zeitlich in Pakete unterteilt ist, wobei jedes Paket eine entsprechende
Wellengruppe erzeugt.
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Jede Gruppe hat eine räumliche
Breite in der Fortpflanzungsrichtung, die vergleichbar mit den Spurenabstand
der Vorrichtung 730 ist. Somit pflanzt sich jede erzeugte
Gruppe zu und durch die Vorrichtung 730 durch und mo duliert
den Spurenabstand, wodurch die elektrischen Eigenschaften der Dipolantenne 740 verändert und
daher moduliert werden. Da die Wiederholungsfrequenz relativ niedrig,
nämlich
5 KHz ist, pflanzt sich nur eine Wellengruppe auf einmal in der
Schicht 340 fort.
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Die Antenne 740 empfängt die
zweite Komponente der Abfragestrahlung und erzeugt ein entsprechendes
elektrisches Signal, das sich durch die Elektroden 750, 760 und
ihre zugehörigen
Spuren fortpflanzt und dann als reflektierte Strahlung von der Antenne 740 wieder
ausgesendet wird. Die Antenne 740 ist relativ unempfindlich
auf die erste Komponente der Abfragestrahlung aufgrund ihrer physikalischen
Abmessungen. Als eine Folge davon, daß die Spuren der Elektroden 750, 760 von
Gruppen der akustischen Oberflächenwellen
beeinflußt
werden, die sich durch diese fortpflanzen, wird die reflektierte Strahlung
durch die Pakete, die in der ersten Komponente der Abfragestrahlung
vorhanden sind, moduliert. Dies führt zur Erzeugung von Seitenbandstrahlungskomponenten
in der reflektierten Strahlung.
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Das Abfragegerät (nicht gezeigt) bestimmt das
Vorhandensein der Markierung 700, indem sie die Seitenbandkomponenten
in der reflektierten Strahlung erfaßt, die in ihm empfangen wird;
die Seitenbandkomponenten werden beeinflußt, während sich die Gruppen der
akustischen Wellen durch die Vorrichtung 730 fortpflanzen.
Die Reflexion der Abfragestrahlung von einfachen metallischen Objekten führt nicht
zu reflektierter Strahlung, die solche Seitenwandkomponenten aufweist.
Die erlaubt es dem Abfragegerät,
das Vorhandensein der Markierung 700 und passiver Reflektoren
wie einfacher Metallgegenstände
zu unterscheiden.
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Die Markierung 700 kann
so angepaßt
werden, daß sie
einen Signaturcode erzeugt, der sie einmalig von ähnlichen
Markierungen unterscheidet. Dies kann erreicht werden, indem selektiv
Spuren, die mit den Elektroden 750, 760 verbunden
sind, unter Verwendung von Laser-Schneidtechniken wie beispielsweise
Laser-Schmelzen oder Ionenätztechniken
entfernt werden. Während
die Markierung 700 hergestellt wird, können alternativ die Spuren
so angeordnet sein, daß sie
anfänglich
von den entsprechenden Elektroden 750, 760 durch
kleine Spalten getrennt sind; diese Spalten können selektiv durch Aufdrucken
von leitenden Tintenflecken auf diese überbrückt werden, wodurch Spuren
selektiv verbunden werden und wodurch die Markierung 700 mit
ihrem Signaturcode versehen wird. Außerdem können die Tintenpunkte als anpaßbare Punkte
dienen, die unter Verwendung von optischen Scangeräten wie beispielsweise
Strichcodelasern lesbar sind.
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Der Signaturcode wird der Reihe nach
gelesen, wenn sich eine Wellengruppe durch die Vorrichtung 730 fortpflanzt.
Somit wird eine räumliche
Verteilung der leitenden Tintenpunkte auf der Vorrichtung 730 oder
eine räumliche
Verteilung der Laserschnitte auf den Spuren in den Seitenbändern der
reflektierten Strahlung von der Markierung 700 ausgegeben, wenn
sich eine Wellengruppe durch die Vorrichtung 730 fortpflanzt,
wobei sie die Markierung mit ihrem Signaturcode versieht.
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Die Markierungen 300, 500, 700 sind
für eine Anzahl
von Anwendungen verwendbar, wie beispielsweise:
- (a)
zur Verwendung als persönlich
tragbare Personalidentifizierungsmarkierungen;
- (b) zur Verwendung als Antidiebstahlmarkierungen, die an wertvollen
Waren in Geschäften
oder wertvollen Bücher
und Schriften in Büchereien
befestigt sind;
- (c) zur Verwendung als gültig
machbare Eintrittstikkets, beispielsweise als Alternative zu gewöhnlichen
Tickets, die holographische Bilder zur Überprüfung aufweisen;
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Fachleute werden es zu schätzen wissen, daß die Markierungen 100, 300, 500, 700 variiert werden
können.
Somit können
die Markierungen 100, 300, 500, 700 physikalische
Abmessungen haben, die sich von denen unterscheiden, in den 1 bis 4 gezeigt sind. Außerdem können Markierungen 100, 300, 500, 700 als
integrierte Bestandteile von Produkten wie beispielsweise Büchern einbezogen sein.
Außerdem
können
alternative Werkstoffe für
die Schichten 320, 330, 340, 350 verwendet
werden, vorausgesetzt, daß sie
auf ähnliche
Art wie die Werkstoffe wirken, die für die Schichten 320, 330, 340, 350 verwendet
werden. Ebenso können
die Vorrichtung 400, 520, 730 durch alternative
Vorrichtungen ersetzt werden, vorausgesetzt, daß sie die Strahlung, die daran
empfangen wird, mit einem Signal modulieren können, daß in der Antenne 410 erzeugt
wird. Beispielsweise kann die Antennenvorrichtung 410 und die
kreisförmige
Vorrichtung 400 durch eine Vorrichtung mit einem dünnen Film
ersetzt werden, der für modulierte
optische Strahlung empfänglich
ist, aber auch Hochfrequenzwellenstrahlung als Antwort aussenden
kann; der Vorteil liegt darin, daß die Markierung von einem
Strahlungstyp abgefragt werden könnte
und mit einem anderen Strahlungstyp antworten könnte, wodurch Nebensprechenproblemen
in dem zugehörigen
Abfragegerät
entgegengewirkt wird. Alternativ kann die Antennenvorrichtung 410 durch
eine Dipolantenne ersetzt werden.
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Außerdem können die Markierungen 100, 300, 500, 700 so
abgeändert
sein, daß sie
eine Stromquelle wie beispielsweise eine Solarzelle oder eine Miniaturstromzelle
zusammen mit einem Verstärker
aufweisen, um eine Verstärkung
zu erzeugen, was es den Markierungen ermöglicht, in größeren Ab ständen von
den zugehörigen
Abfragequellen betrieben zu werden. Der Verstärker beinhaltet geeigneterweise
ein Signalspeicherelement und arbeitet im pseudokontinuierlichen
Modus, um dem Auftreten spontaner Selbstoszillation innerhalb der
Markierung entgegenzuwirken.
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Die Markierung 700 kann
auch so angepaßt werden,
daß sie
als kontaktloser abfragbarer Belastungssensor betrieben wird. Die
Markierung 700 kann dünner
gemacht werden, beispielsweise 300 μm dick, und an Gegenständen befestigt
werden, die einer Belastung ausgesetzt sind und überwacht werden sollen. Wenn
die Gegenstände
aus Metall wie beispielsweise eine metallische Antriebsstange eines Straßenfahrzeugs
oder ein metallisches Turbinenblatt sind, ist die Unterlageschicht 320 nicht
erforderlich, da die Gegenstände
bereits für
eine geerdete Schicht für
die angepaßte
Markierung 700 sorgen. Da jede angepaßte Schicht einen Signaturcode
erzeugt, der dieser entspricht, kann ein einziges Abfragegerät verwendet
werden, um Belastungsdaten von vielen angepaßten Markierungen, die als
Belastungssensoren wirken, welche an verschiedenen Teilen der Gegenstände angebracht
sind, zu sammeln. Beispielsweise kann eine angepaßte Version
der Markierung 700 an jedem Blatt eines Rotors befestigt sein,
was es einem Abfragegerät
erlaubt, die Belastung individuell für jedes Blatt zu überwachen.
Die Merkmale der Markierung 700 ergeben sich aus der Belastung,
die die Abstände
der parallel geschalteten Elektroden moduliert, wodurch ihr Signaturcode
auf eine Art verändert
wird, die bezeichnend für
die Belastung ist.