NL1001533C2 - Contactloos identificatiesysteem, eventueel aangevuld met sensoren, gebaseerd op gemoduleerde reflectie van optische signalen. - Google Patents

Description

-1-

CONTACTLOOS IDENTIFICATIESYSTEEM, EVENTUEEL AANGEVULD MET SENSOREN, GEBASEERD OP GEMODULEERDE REFLECTIE VAN OPTISCHE 5 SIGNALEN

Contactloze identificatiesystemen, waarbij de energieverzorging van een electronisch identificatielabel plaatsvindt door middel van een ondervraagsignaal, maken meestal gebruik van een electromagnetisch zendveld, met een 10 frequentie variërend van ca. 100 kHz tot ca. 13,5 MHz. Een voorbeeld van een dergelijk identificatiesysteem wordt beschreven in de Europese octrooiaanvrage 92202927.7 van aanvraagster. Het identificatielabel bestaat hierbij meestal uit een contactloze chipcard met de gestandaardiseerde 15 afmetingen van een bankpas of creditcard. Om bij dergelijke systemen een zo laag mogelijke kostprijs voor de chipcard te realiseren worden in de chipcard zo weinig mogelijk electronische componenten toegepast, meestal een chip en een spoel. De spoel is nodig om het electromagnetische veld om 20 te zetten in energievoorziening voor de electronische schakeling en om de communicatie tussen de zender/ontvanger en de chipcard te realiseren.

Nog verdere vermindering van het aantal componenten, waardoor verdere kostprijsreductie mogelijk is, heeft geleid 25 tot ontwikkelingen, waarbij de voor de radiofrequente contactloze overdracht noodzakelijke spoel eveneens op de chip werd geïntegreerd. Hierbij ontstaat door de lage kwaliteitsfactor van de spoel en vanwege de uiterst geringe afmetingen een zeer slecht rendement met betrekking tot de 30 energieoverdracht en daarmee gepaard gaand een zeer geringe communicatieafstand.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel om dit probleem op te heffen en een contactloos 1 0 0 1 533.' -2- identificatiesysteem te realiseren, waarbij de chipcard relatief een lage kostprijs heeft, door twee of slechts één optoëlectronisch element toe te passen in de vorm van een geïntegreerd circuit (chip), dat in deze kaart wordt 5 aangebracht en waarbij de energievoorziening, zowel als de communicatie langs optische weg plaatsvindt. Behalve een identificatiecode kan uiteraard ook informatie afkomstig van sensoren, zoals bijvoorbeeld een temperatuursensor, of bijvoorbeeld biosensoren, worden overgedragen.

10 Aangezien de energiebehoefte van het electronische circuit moet worden geminimaliseerd, wordt bij het systeem volgens de uitvinding voor het retoursignaal gebruik gemaakt van passieve gemoduleerde reflectie van het optische zendersignaal, in plaats van het toepassen van een actieve 15 optische component, zoals bijvoorbeeld een lichtemitterende diode (LED). Door gebruik te maken van reflectie, of nog beter retroreflectie, waarbij met behulp van een speciale retroreflecterende spiegel de reflectie uitsluitend plaatsvindt in de richting van het ondervraagsignaal, kan 20 het rendement van de signaaloverdracht en daarmee de afstand die contactloos kan worden overbrugd nog verder worden vergroot. De energievoorziening van het electronische circuit vindt plaats met behulp van één of meerdere, bij voorkeur op de chip geïntegreerd(e), fotovoltaïsch(e) 25 element(en). Door het zendniveau van de optische zender te moduleren, is het mogelijk om informatie van de zender naar de kaart over te dragen, zodat met behulp van bekende zogenaamde "challenge" en "response" technieken de authenticiteit van de identificatielabel, of van de 30 ontvangen berichten, kan worden vastgesteld.

Door gebruik te maken van het zogenaamde "free carrier absorption" effect in o.a. silicium, waarbij afhankelijk van een aangelegde potentiaal door relaxatie en recombinatie van "electron/hole" paren een variatie in de 35 optische absorptiecoëfficiënt optreedt, is het mogelijk om afhankelijk van de op een fotosensitieve laag silicium aangebrachte spanning, informatie van de label naar de 1 o o < e 3 :> -3- optische zender/ontvanger over te dragen. In dit geval is slechts één optische component nodig om energie en dataïnformatie van de optische zender/ontvanger op te vangen en om, bijvoorbeeld door variatie van de belasting waardoor 5 de spanning varieert, met behulp van relaxatie en recombinatie en de daarbij behorende variatie van de absorptiecoëfficiënt, informatie van de label naar de optische zender/ontvanger over te dragen.

In het geval dat gebruik gemaakt wordt van variabele 10 absorptie en reflectie via het "free carrier absorption" effect kan het rendement van de overdracht worden verbeterd door voor de fotosensitieve laag een lens aan te brengen, waarbij de fotosensitieve laag zich bij voorkeur op de brandpuntsafstand van deze lens bevindt. Op deze wijze wordt 15 het van de optische zender/ontvanger afkomstige licht geconcentreerd op één punt in de fotosensitieve laag en zal de op deze plaats geconcentreerde variabele absorptie met als gevolg variabele reflectie, grotendeels in de richting van de optische zender/ontvanger plaatsvinden.

20 Als alternatief kan voor de dataoverdracht van de label naar de optische zender/ontvanger ook gebruik gemaakt worden van een tweede optisch element in de vorm van een "Liquid Cristal Modulator", aangebracht voor of op een (retro)reflecterende spiegel, waardoor de intensiteit van 25 het door de spiegel gereflecteerde licht kan worden gemoduleerd om zodoende informatie over te dragen van de label naar de optische zender/ontvanger. Deze laatste methode vergt echter meerdere processtappen bij de vervaardiging van het geïntegreerde circuit, waarop de 30 benodigde schakelingen en optische componenten zijn aangebracht.

Doordat bidirectionele communicatie mogelijk is kunnen, behalve identificatie of overdracht van sensorinformatie, uiteraard ook andere funkties in de chip 35 worden geïmplementeerd, zoals bijvoorbeeld "smartcard" funkties voor een electronische beurs, prijsinformatie en artikelbeveiligingsinformatie indien de labels of de chips 1001553.

-4- worden aangebracht op artikelen. Voor chips met microprocessor funkties is echter een hoger energieniveau noodzakelijk, zodat de te behalen afstand hierdoor beperkt zal worden.

5 Als nadeel ten opzichte van radiofrequente contactloze identificatielabels of chipcards kan genoemd worden, dat een onbelemmerd zichtcontact noodzakelijk is tussen de optische zender/ontvanger en de identificatielabel. Echter door de geringe afstand die 10 bereikt kan worden indien de antenne of spoel op de chip geïntegreerd is, speelt dit in de vergelijking geen rol van betekenis.

De bereikbare communicatieafstand hangt voornamelijk af van het energieverbruik van de label, de intensiteit van 15 de zenderbron en of maatregelen getroffen zijn om het zendersignaal en het gereflecteerde retoursignaal van elkaar te scheiden, door bijvoorbeeld optische (interferentie)filters of polarisatiefliters.

Uiteraard kan het onderhavige identificatiesysteem 20 behalve in geïntegreerde vorm op één chip ook worden opgebouwd uit gescheiden componenten voor de optische en de electronische elementen, waarbij dan grotere afstanden kunnen worden overbrugd door grotere optische componenten toe te passen.

25 Aan de hand van twee figuren zal de onderhavige uitvinding in het vervolg worden beschreven.

Figuur 1 toont schematisch een functioneel diagram van het geïntegreerde electronische circuit met liquid cristal modulator, waarmee alle noodzakelijke functies van 30 de identificatielabel kunnen worden uitgevoerd, waarbij het uiteraard ook mogelijk is om de informatieoverdracht van de zender naar de kaart achterwege te laten.

Figuur 2 toont schematisch een functioneel diagram van het geïntegreerde electronische circuit met 35 fotosensitieve laag, waarbij gebruik gemaakt wordt van variabele absorptie en reflectie door spanningsafhankelijke relaxatie en recombinatie en waarbij een lens is toegevoegd 1001533.

-5- om het rendement te verbeteren.

De geïntegreerde label in figuur 1 bestaat uit een fotovoltaïsch element (1), dat via een diode (2) en voedingscondensator (3) verbonden is met een electronisch 5 circuit (4). Variatie in intensiteit wordt via verbinding (5) aan het electronische circuit (4) toegevoerd, zodat informatie van de optische zender/ontvanger naar het circuit (4) kan worden overgedragen. De uitgang van het electronisch circuit (4) is via verbinding (6) verbonden met de "liquid 10 cristal" modulator (7), die is aangebracht voor spiegel (8). Het van de optische zender/ontvanger en eventueel uit de omgeving afkomstige licht (9) wordt opgevangen door het fotovoltaïsche element (1), dat via de condensator (3) voorziet in de energievoorziening van het circuit (4). Het 15 eveneens van de optische zender/ontvanger afkomstige licht (10) (11) wordt afhankelijk van de doorlaatbaarheid van de "liquid cristal" modulator (7) door spiegel (8) opgevangen en gereflecteerd.

Indien de spiegel (8) niet retroreflectief is, zal 20 het licht zoals getekend in de situatie (10) worden gereflecteerd. Indien de spiegel (8) wel retroreflectief is, zal het licht zoals getekend in de situatie (11) in de richting van herkomst, dus de optische zender/ontvanger worden gereflecteerd. Afhankelijk van het uitgangssignaal 25 (6) zal dus de intensiteit van de reflectie variëren, zodat informatie van de label naar de optische zender/ontvanger kan worden overgezonden.

In het voorbeeld van figuur 2 is de funktie van het fotovoltaïsche element en de modulator gecombineerd in één 30 fotoëlectrisch element (12), dat via diode (2) en condensator (3) de energievoorziening van het electronische circuit (4) verzorgt en waarbij de uitgang (6) verbonden is met een schakelelement (13) bijvoorbeeld in de vorm van een "Field Effect Transistor" of PET, waarmee de belasting van 35 het element (12), al dan niet met toevoeging van weerstand (14) kan worden gevariëerd, zodat eveneens de spanning op dit element variëert. Door relaxatie en recombinatie zal in 1 0 0 1 5 35..

-6- het fotoëlectrische element (12) een variatie in de lichtabsorptie optreden, waardoor de intensiteit van de reflectie afhankelijk is van de op het fotoëlectrische element (12) aanwezige electrische spanning. Indien voor het 5 fotoëlectrische element (12) een lens (15) wordt aangebracht op een afstand, die gelijk is aan de brandpuntsafstand van deze lens, dan zal het licht (16), afkomstig van de optische zender/ontvanger geconcentreerd worden op een bepaald gedeelte van het fotoëlectrische element (12), Het 10 gereflecteerde licht, dat afkomstig is van dezelfde plaats op het fotoëlectrische element (12), zal via de lens (15) in dezelfde richting worden teruggezonden. Uiteraard kan de schakeling zoals aangegeven in figuur 2 ook funktioneren zonder dat de lens (15) is aangebracht.

1001bio.

Claims (11)

1. Een contactloos identificatiesysteem bestaande uit een optische zender en een optische ontvanger alsmede uit een optoëlectronisch label met het kenmerk, dat de 5 energievoorziening van de label plaatsvindt langs optische weg vanuit de optische zender, vanuit de omgeving of vanuit een combinatie van beide, door fotovoltaïsche omzetting en waarbij de energie, die nodig is voor de optische informatieoverdracht van de 10 label naar de optische ontvanger, niet wordt betrokken uit de langs optische weg aan de label toegevoerde en omgezette hoeveelheid electrische energie, doch rechtstreeks wordt betrokken uit de optische energie afkomstig van de optische zender eventueel in combinatie 15 met andere optische bronnen buiten de label.

2. Een contactloos identificatiesysteem volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de optische informatieoverdracht van de label naar de optische ontvanger plaatsvindt met behulp van modulatie van optische reflectie, 20 bijvoorbeeld met behulp van een "liquid cristal" modulator.

3. Een contactloos identificatiesysteem volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de reflectie wordt verzorgd door een retroreflectieve spiegel, waardoor de optische 25 informatieoverdracht van de label naar de optische ontvanger uitsluitend plaatsvindt in de richting van de optische ontvanger.

4. Een contactloos identificatiesysteem volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de optische informatieoverdracht 30 van de label naar de optische ontvanger plaatsvindt met behulp van spanningsafhankelijke modulatie van optische absorptie en reflectie veroorzaakt door relaxatie gevolgd door recombinatie van "electron/hole" paren. I V v * .> - » -8-

5. Een contactloos identificatiesysteem volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat voor de fotogevoelige laag van de label een lens wordt aangebracht, zodanig dat de fotogevoelige laag zich op of nabij de brandpuntsafstand 5 van deze lens bevindt waardoor het van de optische zender afkomstige licht op één punt van de fotogevoelige laag wordt geconcentreerd en waardoor het van dit punt afkomstige geretransmitteerde licht nagenoeg uitsluitend in de richting van de optische ontvanger wordt gezonden.

6. Een contactloos identificatiesysteem volgens één of meerdere der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat informatieoverdracht van de optische zender naar de label plaatsvindt door variatie van de intensiteit van het door de optische zender uitgezonden licht.

7. Een contactloos identificatiesysteem volgens één of meerdere der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat alle in de label aanwezige optische en electronische componenten geïntegreerd zijn op slechts één optoëlectronische chip.

8. Een contactloos identificatiesysteem volgens één of meerdere der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat ter verbetering van de scheiding tussen het licht, afkomstig van de optische zender en het licht, afkomstig van de optische label gebruik gemaakt wordt van één of 25 meerdere optische filter(s).

9. Een contactloos identificatiesysteem volgens conclusie 8 met het kenmerk, dat als filterelement gebruik gemaakt wordt van één of meerdere interferentiefilter(s).

10. Een contactloos identificatiesysteem volgens conclusie 8 30 met het kenmerk, dat als filterelement gebruik gemaakt wordt van één of meerdere polarisatiefilter(s). 1 ft ' * r 7 I v ·>' J \ «' j « -9-

11. Een contactloos identificatiesysteem volgens één of meerdere der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat behalve of in plaats van informatie betrekking hebbend op bijvoorbeeld de identiteit van de label ook 5 informatie afkomstig van met de label verbonden sensoren wordt overgezonden naar de optische zender/ontvanger. 10.1 :·: