EP2127160A1 - System und portables gerät für die übertragung von identifikationssignalen - Google Patents

System und portables gerät für die übertragung von identifikationssignalen

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Publication number
EP2127160A1
EP2127160A1 EP08700559A EP08700559A EP2127160A1 EP 2127160 A1 EP2127160 A1 EP 2127160A1 EP 08700559 A EP08700559 A EP 08700559A EP 08700559 A EP08700559 A EP 08700559A EP 2127160 A1 EP2127160 A1 EP 2127160A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
portable device
portable
electrode
transparent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08700559A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas HÄBERLI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kaba AG
Original Assignee
Kaba AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kaba AG filed Critical Kaba AG
Publication of EP2127160A1 publication Critical patent/EP2127160A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/005—Transmission systems in which the medium consists of the human body
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/20—Individual registration on entry or exit involving the use of a pass
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • G07C2009/00753—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated by active electrical keys
    • G07C2009/00809—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated by active electrical keys with data transmission through the human body

Definitions

  • the invention relates to the communication between a transmitter and a receiver via the capacitive coupling (sometimes referred to as capacitive-resistive coupling, intrabody coupling, RCID coupling or PAN coupling) in which small currents are generated in the human body which are used for transmitting information between the transmitter and the receiver and / or in which the transmitter and the receiver interact with each other over very short distances via electric fields.
  • capacitive coupling sometimes referred to as capacitive-resistive coupling, intrabody coupling, RCID coupling or PAN coupling
  • a disadvantage is, inter alia, that due to the poor signal-to-noise ratio (actually: signal-interference ratio) only a limited amount of data can be transmitted.
  • a good signal-to-noise ratio is only possible with a large amplitude of the transmission signal.
  • a large amplitude i.e., high voltage
  • in [international patent publication WO 2007/112609 solution approaches are shown with which this problem can be addressed. Nevertheless, the bandwidth of the signal transmission remains limited.
  • Electrodes in the transmitter are formed according to the prior art as a pair of electrodes, wherein the two electrodes are located in parallel in the manner of a plate capacitor.
  • the electrodes should be as large as possible in order to maximize the coupling to the body and to optimize the signal-to-noise ratio even in the situation where there is no electrically conductive contact between the one electrode and the human body.
  • These large electrodes have a problematic effect on the design and dimensions of the transmitter. In addition, they cause the power consumption through the transmitter is quite high, so that a frequent battery change is necessary.
  • a portable device or a receiver is characterized in that at least one of the electrodes is at least partially transparent.
  • a portable device is by a user, for example, on the body wearable, it can as, for example, card-like identification medium, as a "smart card cover", mobile phone, clock, portable computer (eg. The type "handheld” computer etc.
  • It has at least two electrodes and means for applying an electrical signal between the electrodes, such that the signal can be coupled through the electrodes into the body of the user and can be detected by the body through at least one electrode of the second device
  • such device also enables direct, short-range communication (not through the body), for example, by holding the portable device in the immediate vicinity of a receiving electrode
  • applications of the invention are not limited to coupling by the human body but also extend to cases in which the user carries the portable device in front of him, in the vicinity he receiver electrode holds or otherwise allows the communication takes place directly and not exclusively via the body between the transmitter and receiver.
  • Transparent electrical conductors are nowadays available, for example as very thin metal layers vapor-deposited or sputtered onto a transparent substrate or certain oxide-based doped semiconductors (TCOs such as ITO layers). These have long been known for certain applications, for example as components for flat screens or thin-film solar cells. For the Information transfer, however, they have not been considered because they have a known poor electrical conductivity and at the usual for the transmission of information high frequencies would lead to excessive losses.
  • TCOs oxide-based doped semiconductors
  • the capacitive-resistive information transmission can be set up in such a way that the conductivity of the transparent electrodes is sufficient.
  • the combination of relatively small voltages (eg less than 5V or even less than 3V) and currents and low frequencies (eg less than 2 MHz center frequency) allows the use of low conductivity electrodes.
  • these conductive layers can be used as electrodes without significantly affecting the read and write characteristics of an RFID transponder used in combination with the capacitive-resistive information transmission, even if the RFID antenna between the electrodes is substantially completely surrounded by the electrodes, for example.
  • the surprisingly simple measure according to the invention results in many new degrees of freedom in the design of the receiver or of a transmitter, for example by means of fully transparent buttons or buttons with an underlying display device.
  • the transmitter (and / or possibly a receiver) is preferred, in particular for applications in which access control (for example the authorization-dependent actuation of door locks and / or the release of objects such as devices, possibly including logging) is involved.
  • access control for example the authorization-dependent actuation of door locks and / or the release of objects such as devices, possibly including logging
  • a portable device In the portable device, the design seemed to be less important, since a portable device-the inventive type in general in one 8 000057
  • Arranging the electrodes as layers on a card which has " labels - in the manner of an identity card or a badge", possibly with a photo - and possibly other functionalities.
  • the electrodes may form the outermost layers of the card, possibly with the exception of thin protective layers.
  • a first of the two transmitter (and / or receiver) electrodes can be arranged in or above the display. This also has the advantage of a reduced capacity when the second - transparent or non-transparent - electrode, for example. In the vicinity of a rear side of the device is arranged.
  • elements of the transmitter electronics and / or elements of other applications can be arranged between the transparent electrodes.
  • a special application provides for arranging an RFID tag (RFID transponder with antenna) between the transparent electrodes. As already mentioned, the electrodes can even substantially completely cover the RFID antenna without significantly affecting the function of the RFID application.
  • the provision of transparent electrodes has the very attractive advantage, in particular for the "access control" application, that the electrodes are not seen to be electrodes and therefore part of an electronic device Design element or another functional element to act.
  • the two electrodes of a portable device are arranged so that between the electrodes either components of the transmitter electronics and / or an application different from the transmitter electronics are arranged - it can also be a battery - or an air gap is present, in which such a component can be inserted, for example, with a "smart card" as the carrier of the component.
  • active or passive preferably electronic components are referred to, which are more than a mere separating layer between the electrodes, for example.
  • active electronic components such as ASICs, processors, integrated circuits, memory devices, transmitters and / or receivers for contactless information transmission, including active or passive RFID Transponders, passive components such as antennas, resistors, capacitors, coils, etc. or even batteries, optical elements etc.
  • the transmitter electronics and electronic components of the application different from the transmitter electronics can be integrated with one another in at least one common component, for example an integrated circuit.
  • the feature of the "components of an application different from the transmitter electronics" merely states that electronic elements arranged between the electrodes can perform functions which are completely different from the capacitive-resistive information transmission and preferably also from other non-contact information transmission modes, for example Control or form the display of a mobile telephone by storing and / or storing information that is not transmitted by intrabody information transmission, etc.
  • Capacitance at a given electrode size is disadvantageous, because a large capacity has a negative effect on the life of a battery of the portable device, since flowing larger currents when generating the signal. In addition, due to the larger flowing currents with larger capacity and the requirements of the
  • the capacitance is proportional to the area of the
  • Electrodes and the dielectric constant of the material between the electrodes are generally spaced further apart from each other than in the prior art, without a compact design of the portable device would be impossible.
  • the larger electrode gap reduces the capacitance.
  • the transparent electrodes with their comparatively low electrical conductivity results in a synergy effect, because such transparent electrodes are particularly useful due to the smaller flowing currents.
  • the portable device with the air gap can have a communication interface, via which data can be exchanged with the application, which can be inserted into the air gap.
  • a communication interface via which data can be exchanged with the application, which can be inserted into the air gap.
  • Such an interface may, for example, be designed like a conventional smart-cart reader.
  • a communication connection may exist between the transmitter electronics and an input unit, in which case the signals transmitted by the transmitter electronics may then depend on data to be input.
  • the transmitted signals may include a PIN, which the user has previously entered into the input unit.
  • the portable device may, for example, be designed as a mobile telephone, wherein the input unit of the input unit of the mobile phone (keyboard, touch screen, voice recognition device, etc.) may correspond.
  • the display of the mobile phone is provided or covered with a transparent electrode.
  • the portable device is a mobile phone
  • Transmitter electronics be solved in a simple manner: namely by the transmitter electronics is powered by the very powerful battery of the mobile phone, for example. Via a 3V DC supply.
  • Mobile phones can - if they are not integrated with each other - via any known or still to be developed interface, for example. Via an I 2 C data bus.
  • the receiver has at least one receiver electrode and evaluation electronics, by means of which a signal generated by the capacitive-resistive signal transmission between the receiver electrode and a further electrode or between the receiver electrode and a ground contact can be detected and evaluated.
  • an information transmission method which is based on the frequency spreading method, wherein the signal is transmitted as an ultra-wideband signal, preferably according to the teaching of WO 2007/112609.
  • Ultra broadband is defined as the use of a frequency range of at least 20% of the center frequency or carrier frequency.
  • a direct sequence spread spectrum method is used in particular.
  • the data are preferably first modulated with a method of digital data modulation and then frequency-spread.
  • WO 2007/1 12609 also describes methods for evaluating a capacitive-resistive signal.
  • FIG. 1 shows a representation of a transmitter according to the invention
  • FIG. 2 shows an illustration of a transmitter according to the invention with inserted SmartCard of another application
  • FIG. 3 is a sectional view of a transmitter with SmartCard
  • FIG. 6 is a diagram of the mobile phone of FIG. 5.
  • FIG. 6 is a diagram of the mobile phone of FIG. 5.
  • the portable device 1 is substantially card-shaped and has a first electrode 3 and a second electrode 4. Between the first and the second electrode there are further elements, for example a plastic carrier 5 with integrated and / or applied electronic components and a battery compartment (not shown in the figure).
  • the integrated and / or applied electronic components may, for example, an ASIC for driving the electrodes, an EEPROM or EPROM memory, interconnect structures and / or further elements. include.
  • the carrier can also be ceramic, of material or of another material, it is only important that the two electrodes are electrically insulated from one another.
  • At least one of the electrodes is now at least partially transparent, in the illustrated example the first electrode 3.
  • Inscriptions, images, etc. may be applied on an upper side of the plastic carrier 5 in a manner known per se, passing through the transparent electrode are visible.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment which, according to a preferred embodiment, has an air gap between the electrodes, in which elements of another application can be inserted here.
  • the transmitter 1 is embodied as a so-called "smart card cover.”
  • Smart card covers are known per se and are embodied, for example, as a rigid, transparent envelope which, for example, can be attached to a piece of clothing and into which a smart card (ie card-shaped medium with memory and communication functionality) can be inserted.
  • the transmitter has a compartment for a battery 6 and a control electronics represented schematically by a chip 7 for the at least partially transparent electrodes 3, 4.
  • the Smart Card 1 1 can be inserted into an air gap.
  • a possible labeling field 12 of the smart card remains visible through the transparent first electrode 3.
  • FIG. 3 shows a variant of the embodiment of FIG. 2, in which the smart card (or other components of an application different from the transmitter electronics) simultaneously serves as an RFID identification medium.
  • the RFID antenna 15 which is not completely covered by one of the electrodes - in the example shown by the transparent electrode 3.
  • the RFID communication also works when, unlike the figure, both the transparent electrodes completely cover the RFID antenna 15, that is, when the transparent electrode 3 covers the entire upper surface in the figure.
  • FIG. 4 shows very schematically a dashboard of a car, in which and / or on which a plurality of receiver electrodes are arranged.
  • the car is driven by a user, in which a capacitive-resistive data signal can be coupled in by a transmitter.
  • the transmitter may, for example, be worn by the user and be personally distinctive to him, or he may also be in a location necessarily contacted by the user - for example in the seat. Particularly preferred is the personalized variant.
  • the dashboard has display fields 21 and controls 22 in a manner known per se. In addition, it has a plurality of receiver electrodes
  • This control is in communication with the vehicle electronics, through which a corresponding event can be triggered, for example.
  • the event may be user-dependent - for example, a control surface may have a different function for a first user than for a second user, or other parameters, eg.
  • the user selectivity results from the fact that different transmitters and thus different capacitive-resistive data signals can be assigned to the first and the second user.
  • a transfer of vehicles to other objects - such as buildings, etc. - is of course also possible.
  • At least some of the receiver electrodes 23, 24 are now transparent, for example at least those receiver electrodes 24 which cover a display field.
  • This incredibly simple approach opens up new possibilities for interaction, for example by setting a target speed for a cruise control directly on the tachometer.
  • Transparent receiver electrodes - it may be, for example, all receiver electrodes are transparent - can be backlit and / or labeled depending on the situation depending on the situation.
  • Figures 5 and 6 relate to a designed as a mobile phone 31 erfmdungsgemässes portable device.
  • the first electrode 3 is integrated in the display and transparent at least in the display area, while the second electrode 4 is not necessarily transparent, as in the preceding examples of transmitter electrodes.
  • the second electrode is located on a rear side of the Mobiltelef ⁇ ns (or as in the example shown by its hinged lid or from another part of the mobile phone) and may optionally also be formed by a conductive housing part. It is arranged in the largest possible, fixed distance from the first electrode.
  • Fig. 6 is shown very schematically how the transmitter electronics 7 may be in communication with the rest of the mobile phone electronics:
  • the mobile phone feeds the transmitter electronics (3V), and there is a communication connection via an I 2 C interface.
  • the integration of the transmitter electronics 7 in a mobile phone allows the integration of multiple functionalities together in a portable device. Possible are for example:
  • the current data signal can be used, for example, as a PIN code, which can be changed as often as desired.
  • Infomrationsübertragungsprozedere be included, for example. As downlink. This allows, for example, the use of the "Challenge-Response" system known per se.A central unit can also be included in the communication and, for example, certificates are issued (Cerberus, etc.).
  • the mobile phone with the transmitter electronics can be used as a programming device.
  • a continuous stream of data can be sent to the receiver using the transmitter electronics.
  • Future mobile phones may be equipped with NFC, RFID or low-power wireless (for example, as sold under the brand name wibree TM (www.wibree.com) or Ultra Low Power Bluetooth or others
  • the capacitive-resistive information transmission By using the capacitive-resistive information transmission, such an identification technology be integrated into a single device, and the user does not necessarily have to know which technology is currently being used.
  • the combination with the approach according to the invention is of particular interest, inter alia because, for example, the selective capacitive-resistive information transmission can be followed by a possibly short-range ( ⁇ 10 m), contactless, unselective information transmission and can interact therewith.
  • a transmitter electronics for a mobile phone can be designed by default and can be easily integrated into existing mobile phone architectures.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System mit einem portablen Gerät für die Übertragung von Signalen an ein zweites Gerät, wobei das portable Gerät durch einen Benutzer auf dem Körper tragbar ist. Das portable Gerät weist mindestens zwei Elektroden und eine Transmitterelektronik zum Anlegen eines elektrischen Signals zwischen den Elektroden auf, so, dass das Signal durch die Elektroden in den Körper des Benutzers einkoppelbar und vom Körper durch mindestens eine Elektrode des zweiten Geräts detektierbar ist. Gemäss der Erfindung zeichnet sich ein portables Gerät oder auch ein zweites Gerät (Empfänger) dadurch aus, dass mindestens eine der Elektroden mindestens teilweise transparent ist.

Description

SYSTEM UND PORTABLES GERÄT FÜR DIE ÜBERTRAGUNG VON IDENTIFIKATIONSSIGNALEN
Die Erfindung betrifft die Kommunikation zwischen einem Sender (Transmitter) und einem Empfanger über die kapazitive Kopplung (manchmal auch als kapazitiv- resisitive Kopplung, „intrabody"-Kopplung, RCID-Kopplung oder PAN-Kopplung bezeichnet) bei welcher im menschlichen Körper kleine Ströme erzeugt werden, die zur Informationsübertragung zwischen dem Transmitter und dem Empfänger benutzt werden, und/der bei welchem der Transmitter und der Empfänger über sehr kurze Distanzen via elektrische Felder miteinander wechselwirken.
Diese Art der Kopplung ist in den US-Patentschriften 4,591,854, 5,914,701 und 5,796,827 offenbart. Anwendungen davon sind in der internationalen Patentanmeldung PCT/CH 2006/000518 sowie in weiteren veröffentlichten Schriften verschiedener Inhaber beschrieben.
Besonders vorteilhaft an der kapazitiven Kopplung durch den menschlichen Körper bzw. über kurze Distanzen ist die Selektivität der Datenübertragung. Je nach Konstellation kann man mit recht hoher Sicherheit bestimmen, dass das vom Empfänger empfangene Signal nur durch diejenige Person übertragen worden sein kann, die sich in unmittelbarer Nähe oder in physischem Kontakt zu einer dafür vorgesehenen Empfängerelektrode befindet. 57
Nachteilig ist unter anderem, dass aufgrund des schlechten Signal-Rauschverhältnisses (eigentlich: Signal-Interferenzverhältnisses) nur eine beschränkte Datenmenge übertragen werden kann. Ein gutes Signal-Rauschverhältnis ist nur bei einer grossen Amplitude des Übertragungssignals möglich. Eine grosse Amplitude (d.h. hohe Spannung) wird aber vom Benutzer eher nicht toleriert. In der [internationalen Patentveröffentlichung WO 2007/112609 werden Lösungsansätze aufgezeigt, mit denen dieses Problem angegangen werden kann. Trotzdem bleibt die Bandbreite der Signalübertragung beschränkt.
Wichtig für eine möglichst effektive Signalübertragung ist die Auslegung der Elektroden im Transmitter. Diese sind gemäss dem Stand der Technik als Elektrodenpaar ausgebildet, wobei die beiden Elektroden sich in der Art eines Plattenkondensators parallel liegend gegenüber liegen. Die Elektroden sollten möglichst gross sein, um die Koppelung an den Körper zu maximieren und um das Signal-Rauschverhältnis auch in der Situation zu optimieren, in der kein elektrisch leitender Kontakt zwischen der einen Elektrode und dem menschlichen Körper besteht. Diese grossen Elektroden wirken sich aber problematisch auf das Design und die Abmessungen des Transmitters aus. Ausserdem bewirken sie, dass der Stromverbrauch durch den Transmitter recht hoch ist, so dass ein häufiger Batteriewechsel notwendig ist.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, Lösungen für die Auslegung der Transmitterelektroden zur Verfügung zu stellen, die obige Nachteile mindestens zum Teil beheben und die einen weiteren Schritt zur kommerziellen Anwendung der Technologie und deren Akzeptanz durch die Konsumenten bedeuten. Die genannten Lösungen sollten insbesondere bei der Zutrittskontrolle verwertbar sein. 00057
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist.
Gemäss der Erfindung zeichnet sich ein portables Gerät oder auch ein Empfanger dadurch aus, dass mindestens eine der Elektroden mindestens teilweise transparent ist.
Ein portables Gerät gemäss dem erfmdungs gernässen Ansatz ist durch einen Benutzer bspw. auf dem Körper tragbar, es kann als bspw. kartenartiges Identifikationsmedium, als „Smart Card Cover", Mobiltelefon, Uhr, portabler Computer (bspw. vom Typ „Handheld"-Computer etc. ausgebildet sein. Es weist mindestens zwei Elektroden und Mittel zum Anlegen eines elektrischen Signals zwischen den Elektroden auf, so, dass das Signal durch die Elektroden in den Körper des Benutzers einkoppelbar und vom Körper durch mindestens eine Elektrode des zweiten Geräts detektierbar ist. Ein solches Gerät ermöglicht auch eine direkte, kurzreichweitige Kommunikation (nicht durch den Körper), bspw. durch Halten des portablen Geräts in die unmittelbare Nähe einer Empfängerelektrode, d.h. Anwendungen der Erfindung sind nicht auf die Kopplung durch den menschlichen Körper beschränkt sondern erstrecken sich auch auf Fälle, in denen der Benutzer das portable Gerät vor sich trägt, in die Nähe einer Receiverelektrode hält oder sonstwie ermöglicht, dass die Kommunikation direkt und nicht ausschliesslich über den Körper zwischen Transmitter und Receiver erfolgt.
Transparente elektrische Leiter sind heutzutage erhältlich, beispielsweise als auf ein transparentes Substrat aufgedampfte oder aufgesputterte sehr dünne Metallschichten oder gewisse dotierte Halbleiter auf Oxidbasis (TCOs wie bspw. ITO-Schichten). Diese sind für gewisse Anwendungen seit längerem bekannt, bspw. als Komponenten für Flachbildschirme oder Dünnschicht-Solarzellen. Für die Informationsübertragung wurden sie jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, da sie eine bekannt schlechte elektrische Leitfähigkeit haben und bei den für die Informationsübertragung üblichen hohen Frequenzen zu allzu grossen Verlusten fuhren würden.
Es hat sich nun jedoch gezeigt, dass die kapazitiv-resistive Informationsübertragung so einrichtbar ist, dass die Leitfähigkeit der transparenten Elektroden genügt. Insbesondere erlaubt die Kombination von verhältnismässig kleinen Spannungen (bspw. kleiner als 5V oder gar kleiner als 3V) und Strömen und tiefen Frequenzen (bspw. kleiner als 2 MHz Mittenfrequenz) die Verwendung der Elektroden mit geringer Leitfähigkeit. Zudem hat sich durchaus überraschend gezeigt, dass diese leitfahigen Schichten als Elektroden verwendet werden können, ohne die Lese- und Schreibeigenschaften eines in Kombination mit der kapazitiv-resistiven Informationsübertragung verwendeten RFID-Transponders signifikant zu beeinträchtigen, selbst wenn sich dessen RFID-Antenne zwischen den Elektroden befindet und bspw. im Wesentlichen vollständig von den Elektroden umgeben wird.
Durch die verblüffend einfache erfindungsgemässe Massnahme ergeben sich viele neue Freiheitsgrade beim Design der Empfänger oder eines Transmitters, bspw. durch voll transparente Schaltflächen oder Schaltflächen mit einer unterlegten Displayeinrichtung.
Bevorzugt — insbesondere für Anwendungen, bei denen es um die Zugangskontrolle (bspw. das berechtigugnsabhängige Betätigen von Türschlössern und/oder das Freigeben von Objekten wie bspw. Geräten, eventuell inklusive Protokollierung), geht - ist der Transmitter (und/oder eventuell ein Empfanger) in einem portablen Gerät angeordnet. Beim portablen Gerät schien das Design bisher weniger bedeutend zu sein, da ein portables Gerät -der erfindungsgemässen Art im Allgemeinen in einer 8 000057
Tasche oder sonstwie verdeckt getragen wird. Eine weitere Erkenntnis der Erfindung ist, dass sich bei transparenten Elektroden des portablen Geräts die Gestaltungsmöglichkeiten des portablen Geräts stark vervielfachen:
Anordnen der Elektroden als Schichten auf einer Karte, die "Beschriftungen — in der Art einer Identitätskarte oder eines „Badges", eventuell mit Foto - sowie eventuell weitere Funktionalitäten aufweist. Die Elektroden können — ggf. bis auf dünne Schutzschichten — die äussersten Schichten der Karte bilden.
Anordnen der Elektroden in einem Halter („Hülle", „Cover") für eine Smart Card. Smart Cards für die Zugangskontrolle werden oft als sog. „Badges" verwendet. Sie sind dabei in transparente Halter eingebracht, die bspw. mit einer
Klammer an einem Kleidungsstück befestigbar und von aussen sichtbar sind. Gemäss dem "ersten Aspekt der Erfindung ist es nun möglich, diese Halter aus formsteifen oder biegbarem Material als Transmitter auszugestalten. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Kapazität der von den beiden Elektroden gebildeten Kondensatoranofdnung reduziert ist, was nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.
Kombination mit einem ■ anderen elektronischen Gerät, bspw. einem Mobiltelefon. Moderne elektronische Geräte haben oft grossflächige Displays. Erfindungsgemäss kann eine erste der beiden Sender- (und/oder Empfänger-) • Elektroden im oder über dem Display angeordnet sein. Auch das hat den Vorteil einer reduzierten Kapazität, wenn die- zweite — transparente oder nicht transparente - Elektrode bspw. in der Nähe einer Rückseite des Geräts angeordnet ist. Ausserdem ergeben sich auch in der Funktionalität vielfältige Kombinationsmöglichkeiten, was nachfolgend ebenfalls noch detaillierter beschrieben wird. In all diesen Fällen können zwischen den transparenten Elektroden Elemente der Transmitterelektronik und/oder Elementen von anderen Applikationen angeordnet sein. Eine besondere Anwendung sieht das Anordnen eines RFID-, Tags' (RFID- Transponders mit Antenne) zwischen den transparenten Elektroden vor. Wie vereits erwähnt können die Elektroden die RFID-Antenne sogar im Wesentlichen vollständig abdecken, ohne die Funktion der RFID-Anwendung wesentlich zu beeinflussen.
Ausserdem hat das Vorsehen von transparenten Elektroden den insbesondere für die Anwendung „Zugangskontrolle" durchaus reizvollen Vorteil, dass man den Elektroden nicht ansieht, dass sie Elektroden und somit Teil eines elektronischen Geräts sind. Es scheint sich je nach Anordnung vielmehr lediglich um eine Hülle, ein Designelement oder ein anderes funktionales Element zu handeln.
Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die zwei Elektroden eines portablen Geräts (Transmitters) so angeordnet, dass zwischen den Elektroden entweder Bauteile der Transmitterelektronik und/oder einer von der Transmitterelektronik verschiedenen Applikation angeordnet sind - dabei kann es sich auch um eine Batterie handeln - oder ein Luftspalt vorhanden ist, in den ein solches Bauteil - bspw. mit einer „Smart Card" als Träger des Bauteils - eingeschoben werden kann.
Als Bauteile werden hier aktive oder passive vorzugsweise elektronische Bauteile bezeichnet, die mehr sind als eine blosse trennenden Schicht zwischen den Elektroden, bspw. insbesondere aktive elektronische Bauteile wie ASICs, Prozessoren, integrierte Schaltungen, Speicherbausteine, Sender und/oder Empfanger für berührungslose Informationsübertragung, inklusive aktive oder passive RFID- Transponder, passive Bauteile wie Antennen, Widerstände, Kondensatoren, Spulen, etc. oder auch Batterien, optische Elemente etc.. J
Natürlich können die Transmitterelektronik und elektronische Bauteile der von der Transmitterelektronik verschiedenen Applikation miteinander in mindestens einer gemeinsamen Komponente - bspw. einer integrierten Schaltung - integriert sein. Das Merkmal der „Bauteile einer von der Transmitterelektronik verschiedenen Applikation" besagt lediglich, dass zwischen den Elektroden angeordnete elektronische Elemente Funktionen wahrnehmen können, die von der kapazitiv- resistiven Informationsübertragung und vorzugsweise auch von anderen, berührungslosen Informationsübertragungsarten gänzlich verschieden sind, bspw. indem sie den Display eines Mobiltelefons steuern, oder bilden, indem sie Informationen speichern und/oder gespeichert haben, die nicht mit der Intrabody- Informationsübertragung übermittelt werden etc.
Dieses Vorgehen macht sich die neue Erkenntnis zunutze, dass für die Datenübertragung die Fläche der Elektroden massgeblich ist, nicht aber die kapazitive Kopplung dazwischen. Es hat sich im Gegenteil gezeigt, dass eine grosse
Kapazität bei gegebener Elektrodengrösse nachteilig ist, denn eine grosse Kapazität wirkt sich negativ auf die Lebensdauer einer Batterie des portablen Geräts aus, da beim Erzeugen des Signals grossere Ströme fliessen. Ausserdem sind aufgrund der grosseren fliessenden Ströme bei grosserer Kapazität auch die Anforderungen an die
Elektrodenleitfähigkeit höher. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass eine parallele
Anordnung der Elektroden zwar eine Möglichkeit ist, aber nicht notwendig ist.
Bei einem Plattenkondensator ist die Kapazität proportional zur Fläche der
Elektroden und zur Dielektrizitätskonstante des Materials zwischen den Elektroden aber umgekehrt proportional zum Abstand der Elektroden. Aufgrund des Ansatzes gemäss der bevorzugten Ausfuhrungsform sind die zwei Elektroden im Allgemeinen weiter voneinander beabstandet als gemäss dem Stand der Technik, ohne dass eine kompakte Bauweise des portablen Geräts verunmöglicht würde. Durch den grosseren Elektrodenabstand wird die Kapazität verringert. In Verbindung mit den transparenten Elektroden mit ihrer vergleichsweise geringen elektrischen Leitfähigkeit ergibt sich ein Synergieeffekt, denn solche transparenten Elektroden sind aufgrund der kleineren fliessenden Ströme besonders gut verwendbar.
In Ausführungsformen, in denen zwischen den Elektroden ein Luftspalt bleibt, in den Komponenten einer anderen Applikation einschiebbar sind - bspw. eine Identitätskarte und/oder Smartcard - sind auch die Kompatibilität mit bestehenden Systemen sowie die Nachrüstbarkeit gegeben.
Gemäss einer speziellen Ausführungsform kann das portable Gerät mit dem Luftspalt ein Kommunikationsinterface aufweisen, über welches Daten mit der Applikation ausgetauscht werden können, die in den Luftspalt einschiebbar ist. Ein solches Interface kann bspw. wie ein an sich konventioneller Smart-Cart-Reader ausgebildet sein.
Gemäss einer anderen speziellen Ausführungsform kann eine Kommunikationsverbindung zwischen der Transmitterelektronik und einer Eingabeeinheit bestehen, wobei dann die von der Transmitterlelektronik übermittelten Signale von einzugebenden Daten abhängig sein können. Bspw. können die übermittelten Signale einen PIN beinhalten, welchen der Benutzer vorgängig in die Eingabeeinheit eingegeben hat. In dieser Ausführungsform kann das portable Gerät bspw. als Mobiltelefon ausgebildet sein, wobei die Eingabeeinheit der Eingabeeinheit des Mobiltelefons (Tastatur, Touchscreen, Stimmerkennungseinrichtung etc.) entsprechen kann. Ganz besonders bevorzugt ist in dieser Ausführungsform der Display des Mobiltelefons mit einer transparenten Elektrode versehen oder bedeckt.
Indem das portable Gerät ein Mobiltelefon ist, kann auch die Stromversorgung der
Transmitterelektronik auf einfache Weise gelöst sein: nämlich indem die Transmitterelektronik durch die sehr leistungsfähige Batterie des Mobiltelefons gespeist wird, bspw. über eine 3V-DC-Versorgung. Die Kommunikation zwischen der Transmitterelektronik und den übrigen elektronischen Bauteilen des
Mobiltelefons kann — sofern diese nicht miteinander integriert sind - über irgend eine bekannte oder noch zu entwickelnde Schnittstelle erfolgen, bspw. über einen I2C- Datenbus.
Der Empfänger weist mindestens eine Empfängerelektrode und eine Auswerteelektronik auf, durch welche ein durch die kapazitiv-resistive Signalübertragung erzeugtes Signal zwischen der Empfängerelektrode und einer weiteren Elektrode oder zwischen der Empfängerelektrode und einem Massekontakt detektierbar ist und ausgewertet werden kann.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Informationsübertragungsverfahrens, welches auf dem Frequenzspreizverfahren beruht, wobei das Signal als Ultra- Breitband-Signal übertragen wird, bevorzugt gemäss der Lehre der WO 2007/112609. Ultra-Breitband ist definiert als die Nutzung eines Frequenzbereiches einer Bandbreite von mindestens 20% der Mittenfrequenz bzw. Trägerfrequenz. Gemäss Lehre dieses Dokuments wird insbesondere ein direkte- Folge-Frequenzspreiz- (direct sequence spread spectrum) -verfahren verwendet. Die Daten werden bevorzugt zuerst mit einem Verfahren der digitalen Datenmodulation moduliert und anschliessend frequenzgespreizt. In der WO 2007/1 12609 sind auch Verfahren beschrieben, ein kapazitiv-resistives Signal auszuwerten. Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen illustriert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines erfindungsgemässen Transmitters;
Fig. 2 eine Darstellung eines erfindungsgemässen Transmitters mit eingeschobener SmartCard einer weiteren Applikation;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Transmitters mit SmartCard;
Fig. 4 eine Darstellung eines Fahrzeuginnenraums mit transparenten Receiverelektroden;
Fig. 5 ein erfindungsgemäss ausgestaltetes Mobiltelefon; und
- Fig. 6 ein Schema zum Mobiltelefon von Fig. 5.
Das portable Gerät 1 gemäss Figur 1 ist im dargestellten Beispiel im wesentlichen kartenförmig ausgestaltet und weist eine erste Elektrode 3 und eine zweite Elektrode 4 auf. Zwischen der ersten und der zweiten Elektrode befinden sich weitere Elemente, bspw. ein Kunststoffträger 5 mit integrierten und/oder aufgebrachten elektronischen Bauteilen und einem Batteriefach (in der Figur nicht gezeichnet). Die integrierten und/oder aufgebrachten elektronischen Bauteile können bspw. einen ASIC zur Ansteueruήg der Elektroden, einen EEPROM- oder EPROM-Speicher, Leiterbahnstrukturen und/oder weitere Elemente . beinhalten. Anstatt aus Kunststoff kann der Träger auch keramisch, aus Stoff oder aus einem anderen Material sein, wichtig ist lediglich, dass die beiden Elektroden voneinander elektrisch isoliert sind.
öemäss dem ersten Aspekt der Erfindung ist nun mindestens eine der Elektroden mindestens teilweise transparent, im gezeichneten Beispiel die erste Elektrode 3. Auf einer Oberseite des Kunststoffträgers 5 können in an sich bekannter Art Beschriftungen, Bilder etc. aufgebracht sein, die durch die transparente Elektrode hindurch sichtbar sind.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das gemäss einer bevorzugten Ausfuhrungsform zwischen den Elektroden einen Luftspalt aufweist, in welchen hier Elemente einer weiteren Applikation einschiebbar sind. Der Transmitter 1 ist als sogenanntes „Smart Card Cover" ausgebildet. Smart Card Covers sind an sich bekannt. Sie sind als bspw. biegesteife, transparente Hülle ausgebildet, welche bspw. an einem Kleidungsstück befestigt werden kann und in welche eine Smart Card (d.h. ein kartenförmiges Medium mit Speicher- und Kommunikationsfunktionalität) einschiebbar ist.
Der Transmitter weist ein Fach für eine Batterie 6 sowie eine schematisch durch einen Chip 7 repräsentierte Ansteuerelektronik für die mindestens zum Teil transparenten Elektroden 3, 4 auf. Die Smart Card 1 1 ist in einen Luftspalt einschiebbar. Ein eventuelles Beschriftungsfeld 12 der Smart Card bleibt durch die transparente erste Elektrode 3 hindurch sichtbar.
Figur 3 zeigt eine Variante der Ausführungsform von Figur 2, in welcher die Smart Card (bzw. andere Bauteile einer von der Transmitterelektronik verschiedenen Applikation) gleichzeitig als RFID-Identifikationsmedium dient. Zusätzlich zu den vorstehend bereits beschriebenen Elementen sieht man schematisch die RFID- Antenne 15, die hier von einer der Elektroden - im gezeichneten Beispiel von der transparenten Elektrode 3 — nicht vollständig abgedeckt wird. Die RFID- Kommunikation funktioniert jedoch auch, wenn anders als in der Figur dargestellt beide transparenten Elektroden die RFID-Antenne 15 vollständig abdecken, d.h. wenn die transparente Elektrode 3 die ganze in der Figur obere Fläche bedeckt.
In Figur 4 ist sehr schematisch ein Armaturenbrett eines Autos dargestellt, in dem und/oder auf dem eine Mehrzahl von Receiverelektroden angeordnet ist. Das Auto wird gefahren durch einen Benutzer, in den durch einen Transmitter ein kapazitiv- resistives Datensignal einkoppelbar ist. Der Transmitter kann bspw. vom Benutzer getragen sein und für ihn persönlich charakteristisch sein, oder er kann sich auch an einem vom Benutzer notwendigerweise kontaktierten Ort - bspw. im Sitz befinden. Besonders bevorzugt ist die personalisierte Variante.
Das Armaturenbrett weist in an sich bekannter Art Anzeigefelder 21 und Bedienelemente 22 auf. Zusätzlich besitzt es eine Mehrzahl von Receiverelektroden
23, 24, die als Eingabeflächen fungieren. Eine Berührung einer Receiverelektrode durch den Benutzer - in den wie erwähnt ständig ein Datensignal eingekoppelt wird
- wird von einer Ansteuerung der Receiverelektrode registriert. Diese Ansteuerung steht in Kommunikationsverbindung mit der Fahrzeugelektronik, durch welche ein entsprechendes Ereignis ausgelöst werden kann, bspw. das Einschalten eines
Blinklichts oder eines Abblendlichts etc. Das Ereignis kann benutzerabhängig sein — bspw. kann eine Bedienfläche für einen ersten Benutzer eine andere Funktion haben als für einen zweiten Benutzer, oder es können andere Parameter, bspw.
Sitzeinstellungen etc. gewählt werden. Die Benutzerselektivität ergibt sich daraus, dass dem ersten und dem zweiten Benutzer verschiedene Transmitter und somit verschiedene kapazitiv-resistive Datensignale zugeordnet werden können.
Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass ein bestimmter Benutzer eben nicht oder nur zu bestimmten Zeiten/nur für eine vorgesehene Anzahl Betätigungen berechtigt ist, die Fahrzeugfunktionen zu bedienen.
Eine Übertragung von Fahrzeugen auf andere Objekte - bspw. Gebäude etc. - ist natürlich ebenfalls möglich.
Gemäss der Erfindung sind nun mindestens einige der Receiverelektroden 23, 24 transparent, bspw. mindestens diejenigen Receiverelektroden 24, die ein Anzeigefeld überdecken. Durch diesen verblüffend einfachen Ansatz ergeben sich neue Möglichkeiten der Interaktion, bspw. indem eine Sollgeschwindigkeit für einen Tempomaten gleich am Tachometer gesetzt werden kann. Transparente Receiverelektroden - es können bspw. alle Receiverelektroden transparent sein — können durch ein entsprechendes Displayfeld situationsabhängig hinterleuchtet und/oder beschriftet werden.
Figuren 5 und 6 betreffen ein als Mobiltelefon 31 ausgestaltetes erfmdungsgemässes portables Gerät. Die erste Elektrode 3 ist in den Display integriert und mindestens im Displaybereich transparent, während die zweite Elektrode 4 wie in den vorstehenden Beispielen von Transmitterelektroden nicht notwendigerweise transparent ist. Die zweite Elektrode befindet sich auf einer Hinterseite des Mobiltelefόns (bzw. wie im dargestellten Beispiel von dessen Klappdeckel oder von einem anderen Teil des Mobiltelefons) und kann ggf. auch durch ein leitfähiges Gehäuseteil gebildet sein. Sie ist in möglichst grossen, festen Abstand zur ersten Elektrode angeordnet. In Fig. 6 ist sehr schematisch dargestellt, wie die Transmitterelektronik 7 mit der übrigen Mobiltelefon-Elektronik in Verbindung stehen kann: Das Mobiltelefon speist die Transmitterelektronik (3V), und es besteht eine Kommunikationsverbindung über eine I2C-Schnittstelle. Die Integration der Transmitterelektronik 7 in ein Mobiltelefon ermöglicht die Integration mehrerer Funktionalitäten miteinander in einem portablen Gerät. Möglich sind bspw.:
Dynamische Veränderung des kapazitiv-resistiv übertragenen Datensighales. Das aktuelle Datensignal kann bspw. als PIN-Code verwendet werden, der beliebig oft verändert werden kann.
Erhöhte Sicherheit kann ermöglicht werden, bspw. durch sogenannte „rolling codes" oder andere an sich bekannte Mittel der sicheren Datenübertragung.
- Eine noch weiter erhöhte Sicherheit kann erwirkt werden, indem die UHF- Übertragungsmittel des Mobiltelefons (Bluetooth, 3G etc.) ins
Infomrationsübertragungsprozedere einbezogen werden, bspw. als downlink. Das ermöglicht bspw. die Verwendung des an sich bekannten „Challenge-Response"- Systemes. Auch eine zentrale Einheit kann in die Kommunikation mit einbezogen werden und bspw. Zertifikate vergeben (Cerberus etc.)
- Das Mobiltelefon mit der Transmitterelektronik kann als Programmiergerät verwendet werden. Ein kontinuierlicher Datenstrom kann mit Hilfe der Transmitterelektronik zum Empfänger gesendet werden.
Künftige Mobiltelefone werden möglicherweise mit NFC, RFID- oder low- power-wireless (bspw. wie vertrieben unter dem Markennamen wibree™ (www.wibree.com) oder Ultra Low Power Bluetooth oder anderen
Identifikationsstandards versehen sein. Durch die Verwendung der kapazitiv- resistiven Informationsübertragung kann eine solche Identifikationstechnologie in einer einzigen Vorrichtung integriert werden, und der Benutzer muss nicht notwendigerweise wissen, welche Technologie aktuell genutzt wird. Besonders interessant ist die Kombination mit dem erfmdungsgemässen Ansatz unter anderem darum, weil bspw. die selektive kapazitiv-resistive Informationsübertragung einer möglicherweise kurzreichweitigen (<10m), berührungslosen unselektiven Informationsübertragung nachfolgen und mit dieser zusammenwirken kann.
Eine Transmitterelektronk für ein Mobiltelefon kann standardmässig ausgestaltet sein und lässt, sich ohne Weiteres in bestehende Mobilitelefonarchitekturen einfügen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. System für die Übertragung von Signalen aufweisend ein erstes, portables
Gerät, welches durch einen Benutzer tragbar ist und ein zweites Gerät, wobei das erste und das zweite Gerät Mittel zum Übertragen von Informationssignalen mindestens vom ersten an das zweite Gerät aufweisen, indem die Informationssignale in den Körper des Benutzers von Elektroden des ersten Geräts in den Körper des Benutzers eingekoppelt und durch mindestens eine Elektrode des zweiten Geräts detektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode des ersten Geräts und/oder des zweiten Geräts mindestens teilweise transparent ist.
2. Portables Gerät für die Übertragung von Signalen an ein zweites Gerät, wobei das portable Gerät durch einen Benutzer tragbar ist, aufweisend mindestens zwei Elektroden und Mittel zum Anlegen eines elektrischen Signals zwischen den Elektroden, so, dass das Signal durch die Elektroden in den Körper des Benutzers einkoppelbar und vom Körper durch mindestens eine Elektrode des zweiten Geräts detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden des portablen Geräts mindestens teilweise' transparent ist.
3. Portables Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das portable Gerät im Wesentlichen kartenförmig ausgebildet ist und dass die Elektroden Schichten des im Wesentlichen kartenförmigen Geräts bilden, welches auch eine Beschriftung aufweist.
4. Portables Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden die Beschriftung transparent überdeckt.
5. Portables Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet, durch eine Antenne für die Kommunikation mittels Induktion oder über elektromagnetische Wellen.
6. Portables Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektroden entweder Bauteile der Transmitterelektronik und/oder von einer von der Transmitterelektronik verschiedenen Applikation angeordnet sind und/oder ein Luftspalt vorhanden ist.
7. Portables Gerät nach Anspruch 6 mit einem Luftspalt, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt in seiner Dimensionierung so auf ein vom portablen Gerät verschiedenes Element angepasst ist, dass dieses passgenau in den Luftspalt einschiebbar ist.
8. Portables Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Elektroden mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 1.5 mm oder mindestens 2 mm beträgt.
9. Portables Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8 mit einem Luftspalt, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftspalt ein Kommunikationsinterface für den Austausch von Daten zwischen dem portablen Gerät und einem vom portablen Gerät verschiedenen, in den Luftspalt einschiebbaren Gerät vorhanden ist.
10. Portables Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikationsverbindung zwischen der Transmitterelektronik und einer Eingabeeinheit besteht oder herstellbar ist und die Transmitterelektronik so ausgelegt und/oder programmiert ist, dass das elektrische Signal von über die Eingabeeinheit eingegebenen Daten abhängig ist.
11. Portables Gerät nach Anspruch 10, wobei zwischen den Elektroden Bauteile einer von der Transmitterelektronik verschiedenen Applikation angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es als Mobiltelefon ausgebildet und die
Eingabeeinheit die Eingabeeinheit des Mobiltelefons ist.
12. Portables Gerät nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Anzeigefeld des Mobiltelefons mit der transparenten Elektrode bzw. einer der transparenten Elektroden versehen oder mindestens teilweise bedeckt ist.
13. Portables Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Anlegen eines elektrischen Signals so ausgebildet sind, dass eine maximale Spannung zwischen den Elektroden 5 V nicht übersteigt und/oder dass eine Mittenfrequenz des angelegten Signals 2 MHz nicht übersteigt.
14. Gerät zum Empfangen von Signalen, welche durch Elektroden eines ersten, portablen Geräts in den Körper eines Benutzers eingekoppelt worden sind, aufweisend mindestens eine Elektrode, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode bzw. mindestens eine der Elektroden mindestens teilweise transparent ist bzw. sind.
15. Gerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Elektroden, wobei das Gerät zum Empfangen von Signalen unterschiedliche Aktionen auslöst je nach dem über welche der Elektroden ein Signal empfangen wird.
16. Verwendung eines Systems nach Anspruch 1 oder eines Geräts nach einem der Ansprüche 2 bis 14 für die Zugangskontrolle.
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