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Die
Erfindung betrifft einen Identifikations-Datenträger, eine Lese-Vorrichtung,
ein Identifikations-System und ein Verfahren zum Herstellen eines
Identifikations-Datenträgers.
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In
vielen Gebieten des täglichen
Lebens werden Identifizierungsmarken zum Identifizieren von Personen
oder Gegenständen
eingesetzt. Gemäß dem Stand
der Technik werden Identifizierungsmarken zum Beispiel auf der Basis
von Strichcodes (Barcodes) verwendet, die allerdings in der Anwendung
personalintensiv und somit teuer sind, da sie unter Verwendung einer
optischen Lese-Vorrichtung ausgelesen werden müssen, die von einem Benutzer
bedient werden muss. Außerdem
können
Barcodesysteme in vielen Anwendungsgebieten von Identifizierungsmarken
(zum Beispiel als Diebstahlsicherungssysteme in Kaufhäusern) nicht
sinnvoll eingesetzt werden.
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Eine
Alternative zu Barcodesystemen besteht in der Verwendung von Funketiketten
(sogenannten Transpondern) als Identifikations-Datenträger. Im
Gegensatz zu Barcodes lassen sich Funketiketten ohne Sichtkontakt
auslesen und auch beschreiben, und sie funktionieren in der Regel
auch dann noch, wenn sie verschmutzt oder ihre Oberflächen zerkratzt
sind.
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Derzeit
gibt es im Wesentlichen zwei unterschiedliche Arten von Transponder-Etiketten
(auch als Tags bezeichnet), die mit Barcodes konkurrieren:
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(i) One-Bit-Tags
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Hierbei
handelt es sich um eine Verbindung aus einer einzelnen Schwingkreis-Schleife
bzw. Resonanzkreis-Schleife, welche aus einer Spule und einem Kondensator
zusammengesetzt ist, wobei die Spule und der Kondensator auf einem
Plastikträger
(z.B. Plastikfolie oder Plastik-Stick) angeordnet sind. In einem solchen
Tag kann genau ein Bit (binary digit) an Information gespeichert
werden, wobei das eine Bit durch die "Anwesenheit" (logischer Wert "1")
bzw. die "Abwesenheit" (logischer Wert "0") des Tags in einem Magnetfeld mit einer
vorgegebenen Frequenz im Radiofrequenz-(RF)-Bereich kodiert wird. Ein solcher
Tag wird daher auch als RF-Tag bezeichnet. Die Abwesenheit eines
RF-Tags wird dadurch realisiert, dass der Tag unbrauchbar (inoperabel)
gemacht wird, z.B. durch mechanische Einwirkung (mechanisches Zerstören) oder
durch Verwendung eines sehr hohen elektromagnetischen Feldes, was
zur Selbstzerstörung
des Schwingkreises bzw. Resonanzkreises führt. One-Bit-Tags sind relativ
kostengünstig
und werden typischerweise dazu verwendet, Ladendiebstahl von Wertsachen
(z.B. Compact Discs, CDs) zu verhindern. Ein offensichtlicher Nachteil
dieser Tags besteht jedoch darin, dass nur ein Bit in dem Tag gespeichert
werden kann. Im Hinblick auf die Datenkapazität sind One-Bit-Tags daher nicht
konkurrenzfähig
zu Barcodes.
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(ii) RFID-Tags (Radio
Frequency Identification Tags)
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Diese
Tags bestehen aus einem mit einer Antenne verbundenen Silizium-Chip,
wobei der Chip und die Antenne auf ein Substrat (z.B. auf eine Plastikfolie)
aufgebracht sind. Mit Hilfe eines RFID-Tags kann eine größere Menge
(d.h. mehr Bits) an Information gespeichert werden als mit einem
One-Bit-Tag. Ein
Nachteil besteht jedoch darin, dass der Herstellungspreis von derzeit
ungefähr
10 Cent (0.10 Euro) pro RFID-Tag für viele Märkte zu hoch ist, um in dem
jeweiligen Markt mit Barcodes konkurrieren zu können.
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Durch
Verringern der Gesamt-Produktionskosten auf unter 1 Cent (0.01 Euro)
pro Tag wird es möglich sein,
herkömmliche
Barcodes bzw. Strichcodes durch elektronische passive Barcodes zu
ersetzen und diese elektronischen passiven Barcodes in einer Vielzahl
von Einsatzgebieten zu verbreiten.
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In
[1] ist ein Identifikations-Datenträger beschrieben, bei dem auf
einem Substrat eine Mehrzahl von Schwingkreis-Strukturen ("Antennen") für
elektromagnetische Schwingkreise ausgebildet sind, wobei die Schwingkreis-Strukturen
unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen. Ein Nachteil des
in [1] beschriebenen Datenträgers
besteht in dem durch die Mehrzahl von Antennen bedingten hohen Flächenbedarf.
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In
[2] ist ein Verfahren zum Kodieren von Information beschrieben,
welches Verfahren auf Amplitudenmodulation basiert.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen kostengünstigen
Identifikations-Datenträger
bereitzustellen, mit dem eine ausreichend große Menge an Information übertragbar
ist.
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Das
Problem wird durch einen Identifikations-Datenträger, eine Lese-Vorrichtung,
ein Identifikations-System und ein Verfahren zum Herstellen eines
Identifikations-Datenträgers
mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Beispielhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Die
weiteren Ausgestaltungen der Erfindung, die im Zusammenhang mit
dem Identifikations-Datenträger beschrieben
sind, gelten sinngemäß auch für die Lese-Vorrichtung,
das Identifikations-System und das Verfahren zum Herstellen des
Identifikations-Datenträgers.
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Es
wird ein Identifikations-Datenträger
bereitgestellt mit einem Substrat sowie einer auf oder in dem Substrat
ausgebildeten Schwingkreis-Struktur für einen elektromagnetischen
Schwingkreis. Die Schwingkreis-Struktur weist eine für ein zu
identifizierendes Objekt spezifische Resonanzfrequenz auf.
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Ein
Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass das Prinzip
eines One-Bit-Tags mit einer Schwingkreis-Schleife, welches One-Bit-Tag
nur ein einziges Bit (i.e. Tag ist anwesend oder abwesend) speichern
kann, derart erweitert wird, dass ein Identifikations-Datenträger mit
einem elektromagnetischen Schwingkreis geschaffen ist, welcher Identifikations-Datenträger mehrere
Bits an Information, und somit objektspezifische Information, speichern
kann und dennoch auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden
kann. Dazu ist die Schwingkreis-Struktur des Identifikations-Datenträgers derart
ausgebildet ist, dass sie eine Resonanzfrequenz aufweist, deren
Wert spezifisch für
ein zu identifizierendes Objekt ist.
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Ein
Vorteil der Erfindung kann darin gesehen, werden dass der Identifikations-Datenträger den
Vorteil von One-Bit-Tags, i.e. gute Kosteneffizienz, mit dem Vorteil
von Barcodes, i.e. hohe Datenkapazität, in sich vereint.
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Der
Identifikations-Datenträger
kann mit sehr niedrigen Kosten hergestellt werden. Das Herstellen
des Identifikations-Datenträgers
ist mit Kosten unterhalb von 0.01 Euro möglich und stellt somit eine
wirtschaftlich konkurrenzfähige
Alternative zu Barcode-Systemen dar.
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Durch
die Erfindung wird weiterhin eine Lese-Vorrichtung zum Auslesen
von in einem Identifikations-Datenträger enthaltener objektspezifischer
Information bereitgestellt. Die Lese-Vorrichtung weist eine elektromagnetische
Strahlungsquelle auf zum Emittieren elektromagnetischer Energie
in einem vorgebbaren Frequenzbereich. Ferner weist die Lese-Vorrichtung eine
Detektionseinrichtung auf zum Erfassen der von einer Schwingkreis-Struktur
des Identifikations-Datenträgers bei
unterschiedlichen Frequenzen des Frequenzbereiches absorbierten
elektromagnetischen Energie sowie zum Bestimmen des Wertes der Resonanzfrequenz
der Schwingkreis-Struktur. Weiterhin weist die Lese-Vorrichtung
eine Ermittlungseinrichtung auf zum Ermitteln der in dem Identifikations-Datenträger enthaltenen
objektspezifischen Information aus dem Wert der Resonanzfrequenz
der Schwingkreis-Struktur.
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Die
elektromagnetische Strahlungsquelle kann so eingerichtet sein, dass
sie mit der von ihr emittierten elektromagnetischen Strahlung einmal
oder mehrmals einen vorgegebenen Frequenzbereich bzw. ein vorgegebenes
Frequenzintervall durchfährt
("Wobbeln"), in welchem Frequenzintervall
die Resonanzfrequenz mindestens eines Schwingkreises enthalten ist,
welcher mindestens eine Schwingkreis in mindestens einem mit der
Lese-Vorrichtung zusammenwirkenden Identifikations-Datenträger enthalten
ist.
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Anders
ausgedrückt
kann von der Strahlungsquelle einmal oder mehrmals ein sogenannter
Frequenz-Sweep ausgeführt
werden, bei dem ein ausreichend breiter Bereich des Frequenzraums
abgetastet werden kann, um alle möglichen Schwingkreise bzw.
deren Resonanzfrequenzen erfassen zu können.
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Mit
Hilfe der Detektionseinrichtung kann die Absorption der emittierten
elektromagnetischen Energie frequenzabhängig in dem gesamten abgetasteten
Frequenzintervall detektiert werden.
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Anders
ausgedrückt
dient die Detektionseinrichtung zur Entscheidung anhand der Leistung,
die in Form der emittierten elektromagnetischen Strahlung bei unterschiedlichen
Frequenzen abgegeben wird, ob die Frequenz der emittierten elektromagnetischen
Welle einer Resonanzfrequenz eines Schwingkreises eines Identifikations-Datenträgers entspricht.
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Noch
anders ausgedrückt
wird mindestens ein Identifikations-Datenträger im Frequenzraum abgetastet,
und es wird die Resonanzfrequenz des mindestens einen Identifikations-Datenträgers durch
Auswertung eines Leistungs-Absorptionsspektrums
bestimmt: Liegt die Frequenz der von der elektromagnetischen Strahlungsquelle
abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ausreichend nahe bei
der Resonanzfrequenz des Identifikations-Datenträgers, so erfolgt eine Absorption
der elektromagnetischen Energie, so dass die absorbierte Energie
in dem von der Lese-Vorrichtung ermittelbaren Absorptionsspektrum
für diese
Frequenz besonders groß ist.
Liegt die Frequenz der von der elektromagnetischen Strahlungsquelle
abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung hingegen deutlich unterhalb
der Resonanzfrequenz oder deutlich oberhalb der Resonanzfrequenz,
so ist die durch den Schwingkreis bei dieser Frequenz absorbierte
Energie gering. Die Resonanzfrequenz lässt sich daher im Absorptionsspektrum
durch ein Maximum bzw. einen Peak in der absorbierten Energie identifizieren.
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Mit
Hilfe der Ermittlungseinrichtung lässt sich aus dem mittels der
Detektionseinrichtung bestimmten Wert der Resonanzfrequenz der Schwingkreis-Struktur
eines Identifikations-Datenträgers
die für
ein Objekt spezifische Information bestimmen.
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Anders
ausgedrückt
kann die durch den Wert der Resonanzfrequenz kodierte Information
mit Hilfe der Ermittlungseinrichtung der Lese-Vorrichtung wieder
dekodiert werden.
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Dies
kann z.B. dadurch erfolgen, dass aus dem Wert f der Resonanzfrequenz
eine Bitfolge B = {b1, b2, ..., bk, bk+1, ..., bn} aus beispielsweise n Bits bk ∊ {0,
1} ermittelt wird, welche die entsprechende Information über das
Objekt enthält
bzw. kodiert. Anders ausgedrückt
kann mittels der Ermittlungseinrichtung einer Resonanzfrequenz f
eine bestimmte Bitfolge B zugeordnet werden, z.B. durch Berechnen
anhand eines vorgegebenen Algorithmus' oder durch Nachschlagen in einer Datenbank
bzw. einer Zuordnungs-Tabelle (Lookup-Table) zum Beispiel unter
Verwendung einer elektronischen Datenverarbeitungs-Einrichtung (z.B.
Computer).
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Noch
anders ausgedrückt
kann durch die Ermittlungs-Einrichtung
eine Abbildung g technisch realisiert werden, welche Abbildung g
eine Menge von diskreten Frequenzwerten fi (fi ∊ R) oder alternativ eine Menge von
Frequenz-Intervallen [fi – Δfi, fi + Δfi] (fi, Δfi ∊ R) auf eine Menge von Bitfolgen
Bi abbildet, wobei die Abbildung g eineindeutig
(injektiv) ist, d.h. jedem Frequenzwert fi bzw.
jedem Frequenz-Intervall [fi – Δfi, fi + Δfi] wird mit Hilfe der Abbildung g eineindeutig
eine Bitfolge Bi zugeordnet.
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Anders
ausgedrückt
folgt für
zwei verschiedene Resonanzfrequenz-Werte fi ≠ fj (wobei "verschieden" in diesem Zusammenhang
derart zu verstehen ist, dass die beiden Frequenzwerte fi, fj ausreichend
weit auseinander liegen), dass auch die daraus bestimmten Bitfolgen
Bi bzw. Bj unterschiedlich
sind, d.h. dass gilt: fi ≠ fj ⇒ Bi = g(fi) ≠ g(fj) = Bj.
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Ein
Identifikations-System weist mindestens einen Identifikations-Datenträger mit
den oben beschriebenen Merkmalen auf. Das Identifikations-System
weist ferner eine Lese-Vorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen
auf zum Auslesen von in dem mindestens einen Identifikations-Datenträger enthaltener
objektspezifischer Information.
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Ein
Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass zum Auslesen
von in einem Identifikations-Datenträger oder in mehreren Identifikations-Datenträgern enthaltener
objektspezifischer Information die Lese-Vorrichtung (auch als Reader
bezeichnet) bzw. die elektromagnetische Strahlungsquelle der Lese-Vorrichtung
ein Signal in Form einer elektromagnetischen Welle mit einer vorgegebenen
Frequenz aussendet (z.B. mit Hilfe einer in der Lese-Vorrichtung ausgebildeten
Antenne). Die elektromagnetische Welle wird von einem Identifikations-Datenträger, genauer
der Schwingkreis-Struktur, welche als Transponder aufgefasst werden
kann, empfangen und "moduliert", anschaulich verändert. Die
Lese-Vorrichtung bzw. die Detektions-Einrichtung der Lese-Vorrichtung (des
Readers) empfängt,
durch Rückstreuung,
die durch die Modulation bewirkte Störung des Magnetfeldes, wodurch
zum Beispiel die Stärke
eines elektrischen Stromes in der Lese-Vorrichtung verändert bzw.
modifiziert wird. Die Störung
des Magnetfeldes erreicht ein Maximum, wenn die Frequenz des von
der Lese-Vorrichtung gesendeten Signals gleich der Resonanzfrequenz
des Transponders ist. Durch Erzeugen elektromagnetischer Signale
bzw. elektromagnetischer Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen,
z.B. im Rahmen eines Frequenz-Sweeps innerhalb eines vorgebbaren
Frequenzintervalls, und durch Ablesen des in der Lese-Vorrichtung
bei der jeweiligen Frequenz induzierten elektrischen Stromes ist
es möglich,
die Resonanzfrequenzen der Identifikations-Datenträger (genauer
die Resonanzfrequenzen der jeweiligen Schwingkreis-Strukturen), welche
Identifikations-Datenträger
sich im Identifikations-Bereich (Detection Range) der Lese-Vorrichtung, anschaulich
der Reichweite der Lese-Vorrichtung, befinden, genau zu ermitteln. Die
Strom-Intensität
verringert sich mit zunehmendem Abstand zwischen der Lese-Vorrichtung
und dem Transponder.
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Bei
einem Verfahren zum Herstellen eines Identifikations-Datenträgers wird
auf einem Substrat eine Schwingkreis-Struktur für einen elektromagnetischen
Schwingkreis gebildet, wobei die Schwingkreis-Struktur derart gebildet
wird, dass sie eine für
ein zu identifizierendes Objekt spezifische Resonanzfrequenz aufweist.
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Die
Schwingkreis-Struktur kann mit Hilfe eines Abscheideverfahrens und/oder
eines Strukturierungsverfahrens auf oder in dem Substrat gebildet
werden.
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Ein
Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass in einem Identifikations-Datenträger mehrere
Bits dadurch gespeichert werden können, dass der Identifikations-Datenträger bzw.
die Schwingkreis-Struktur des Identifikations-Datenträgers eine
für ein
zu identifizierendes Objekt spezifische Resonanzfrequenz aufweist.
Mit anderen Worten werden die Bits, bzw. die durch die Bits dargestellte
objektspezifische Information, durch eine Feineinstellung (Tuning)
der Resonanzfrequenz kodiert.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Substrat
des Identifikations-Datenträgers
ein Kunststoffträger
ist.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass
das Substrat des Identifikations-Datenträgers die
Verpackung des zu identifizierenden Objektes ist.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Schwingkreis-Struktur
des Identifikations-Datenträgers
mindestens eine Kapazität
und mindestens eine Induktivität
auf.
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Die
mindestens eine Kapazität
des Identifikations-Datenträgers kann
zu der mindestens einen Induktivität des Identifikations-Datenträgers in
Serie geschaltet sein.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine der mindestens
einen Kapazität
des Identifikations-Datenträgers
als Kondensator ausgebildet. Eine als Kondensator ausgebildete Kapazität bildet
anschaulich einen Kopplungskondensator des Schwingkreises.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine der
mindestens einen Induktivität des
Identifikations-Datenträgers als
Induktionsspule ausgebildet. Eine als Induktionsspule ausgebildete
Induktivität
bildet anschaulich eine Kopplungsspule des Schwingkreises.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine der
mindestens einen Kapazität
des Identifikations-Datenträgers derart
ausgebildet, dass dadurch der Wert der für das zu identifizierende Objekt spezifischen
Resonanzfrequenz der Schwingkreis-Struktur festgelegt ist.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine der mindestens
einen Induktivität
des Identifikations-Datenträgers
derart ausgebildet, dass dadurch der Wert der für das zu identifizierende Objekt
spezifischen Resonanzfrequenz der Schwingkreis-Struktur festgelegt
ist.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der
Identifikations-Datenträger
als Radio Frequency Identification Tag (RFID-Tag) eingerichtet ist.
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In
diesem Fall kann die Schwingkreis-Struktur des Identifikations-Datenträgers mit
einem integrierten Schaltkreis auf und/oder in dem Substrat gekoppelt
sein, wobei der integrierte Schaltkreis im Wesentlichen so gebildet
sein kann wie bei bekannten RFID-Tags.
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Bei
einem als RFID-Tag eingerichteten Identifikations-Datenträger kann
eine Information zur Individualisierung des RFID-Tags, anders ausgedrückt eine
Identifikations-Information
des RFID-Tags, nach der Fertigung des Tags mit Hilfe eines Programmier-Verfahrens
auf Wafer-Ebene (on-wafer programming) in dem Tag gespeichert werden
kann, beispielsweise mit Hilfe eines in [3] beschriebenen Verfahrens.
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Ein
Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass mehrere Bits
mit der Schwingkreis-Struktur des Identifikations-Datenträgers kodiert
werden können,
indem die Resonanzfrequenz des Schwingkreises feineingestellt wird
(Tuning) durch Anpassen des Kopplungskondensators und/oder der Kopplungsspule
des Schwingkreises. Der Bit-Inhalt kann durch eine diskrete Resonanzfrequenz
oder durch einen Frequenzbereich kodiert sein.
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Anders
ausgedrückt
kann ein Aspekt der Erfindung darin gesehen werden, dass die Resonanzfrequenz,
welche die objektspezifische Information kodiert, dadurch festgelegt
bzw. eingestellt wird, dass die mindestens eine Kapazität und/oder
die mindestens eine Induktivität,
genauer die entsprechenden Werte der mindestens einen Kapazität und/oder
der mindestens einen Induktivität,
des Identifikations-Datenträgers entsprechend
angepasst werden.
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Anschaulich
bildet eine Schwingkreis-Struktur, bei der eine Kapazität C (z.B.
in Form eines Kondensators), eine Induktivität L (z.B. in Form einer Spule)
und ein Widerstand R in Serie geschaltet sind, einen elektromagnetischen
Serienschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz f gegeben ist durch:
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Aus
Gleichung (1) ist ersichtlich, dass die Resonanzfrequenz f sowohl
von der Induktivität
L als auch von der Kapazität
C des Schwingkreises bzw. der Schwingkreis-Struktur des Identifikations-Datenträgers abhängt. Anders
ausgedrückt
ist die Resonanzfrequenz f des Schwingkreises bzw. der Schwingkreis-Struktur eine
Funktion von L und C und kann daher durch Anpassen von L und/oder
C entsprechend beeinflusst bzw. eingestellt werden.
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Dem
oben geschilderten Prinzip folgend können unterschiedliche Daten-Inhalte,
z.B. objektspezifische Informationen, durch unterschiedliche Resonanzfrequenzen
oder auch durch unterschiedliche Frequenz-Bereiche (Frequenz-Intervalle) repräsentiert,
anders ausgedrückt
kodiert werden.
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Zum
Beispiel kann eine erste Information I1 durch
eine erste Resonanzfrequenz f1 kodiert werden,
eine zweite (von I1 verschiedene) Information
I2 durch eine zweite Resonanzfrequenz f2 (f2 ≠ f1), eine dritte (von I1 und
I2 verschiedene) Information I3 durch
eine dritte Resonanzfrequenz f3 (f3 ≠ f1 ∧ f3 ≠ f2), usw.
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Alternativ
können
die erste Information I1 durch einen ersten
Frequenzbereich [f1 – Δf1,
f1 + Δf1], die zweite Information I2 durch
einen zweiten Frequenzbereich [f2 – Δf2, f2 + Δf2], die dritte Information I3 durch
einen dritten Frequenzbereich [f3 – Δf3, f3 + Δf3], usw., dargestellt werden. In diesem Fall
ist zu beachten, dass die einzelnen Frequenzbereiche, welche die
Informationen I1, I2,
I3, usw. kodieren, einander nicht überlappen,
damit eine eindeutige Zuordnung zwischen einem Frequenzbereich und
der durch diesen Frequenzbereich kodierten Information möglich ist.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass
die mindestens eine Kapazität des
Identifikations-Datenträgers
eine Mehrzahl zueinander parallel geschalteter Teil-Kapazitäten aufweist.
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Durch
Anwesenheit bzw. Abwesenheit von bestimmten Teil-Kapazitäten mit bestimmten vorgegebenen
Kapazitäts-Werten
können
einzelne Bits der Information kodiert werden.
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Zum
Beispiel kann eine Schwingkreis-Struktur bzw. ein Transponder eines
Identifikations-Datenträgers
einen Serienschaltkreis aus einem Widerstand R, einer Induktivität mit dem
Wert L sowie n (n ∊ N) parallel geschalteten Teil-Kapazitäten mit
den Werten C1, C2,
C3, ..., Cn aufweisen. Die Gesamt-Kapazität bzw. Äquivalenz-Kapazität der parallel
geschalteten Teil-Kapazitäten
des Schwingkreises der Schwingkreis-Struktur ist dann gleich der
Summe der einzelnen Teil-Kapazitäten,
d.h.
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Für einen
gegebenen Wert L der Induktivität
kann, um eine bestimmte Resonanzfrequenz f gemäß Gleichung (1) zum Kodieren
einer spezifischen Information zu erhalten, die Gesamtkapazität C der
Schwingkreis-Struktur entsprechend Gleichung (2) angepasst bzw.
variiert werden. Die einzelnen Bits der Information können so
kodiert sein, dass jedem Bit der Information genau eine Teil-Kapazität der Schwingkreis-Struktur zugeordnet
ist. Mit anderen Worten kann bei einer Informations-Länge von
n Bits dem k-ten (1 ≤ k ≤ n) Informations-Bit
die k-te Teil-Kapazität
der Schwingkreis-Struktur
mit dem Wert Ck zugeordnet sein.
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Es
ist dann möglich,
Bits dadurch zu kodieren, dass eine Teil-Kapazität (bzw. ein die Teil-Kapazität bildender
Kondensator), welche zu einem bestimmten Bit korrespondiert, in
der Schwingkreis-Struktur anwesend ist (z.B. eine logische "1" repräsentierend) oder fehlt (z.B.
eine logische "0" repräsentierend).
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Mit
anderen Worten können
mit Hilfe einer Schwingkreis-Struktur,
welche parallel geschaltete Teil-Kapazitäten aufweist, objektspezifische
Informationen, die aus insgesamt bis zu n Bits bestehen können, dadurch kodiert
werden, dass bestimmte Teil-Kapazitäten der insgesamt n Teil-Kapazitäten mit
den Werten C1, C2,
C3, ..., Cn entweder
anwesend (vorhanden) sind oder fehlen. Dadurch kann gemäß Gleichung
(2) der Wert C der Gesamtkapazität
festgelegt werden, und somit bei gegebenem Wert L der Induktivität gemäß Gleichung
(1) die Resonanzfrequenz f der Schwingkreis-Struktur 404.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Schwingkreis-Struktur
des Identifikations-Datenträgers
mindestens eine Sicherungs-Einrichtung auf, welche mindestens eine
Sicherungs-Einrichtung zu mindestens einer Teilkapazität in Serie
geschaltet ist. Mit einer Sicherungs-Einrichtung kann eine zu der
Sicherungs-Einrichtung in Serie geschaltete Teilkapazität aktiviert
oder deaktiviert werden.
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Eine
oder mehrere der mindestens einen Sicherungs-Einrichtung können beispielsweise
als Schmelzsicherungs-Einrichtung (auch als Fuse bezeichnet) eingerichtet
sein und zum Aktivieren der entsprechenden in Serie geschalteten
Teilkapazität/en
dienen. Alternativ können
eine oder mehrere der mindestens einen Sicherungs-Einrichtung als
Anti-Schmelzsicherungs-Einrichtung (auch als Anti-Fuse bezeichnet)
eingerichtet sein und zum Deaktivieren der entsprechenden in Serie
geschalteten Teilkapazität/en
dienen.
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Allgemein
kann die mindestens eine Sicherungs-Einrichtung derart eingerichtet
sein, dass durch Zufuhr von Energie ein anderer Materialzustand
(in der Sicherungs-Einrichtung) erzeugt bzw. getriggert wird, welcher
sich in einer Veränderung
des elektrischen Widerstands des Materials (der Sicherungs-Einrichtung) äußert. Je
nachdem, ob sich der Widerstand des Materials von einem hohen Wert
zu einem niedrigeren Wert ändert,
oder umgekehrt, kann eine in Serie geschaltete Teilkapazität entsprechend
aktiviert oder deaktiviert werden.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, dass ein
auf Frequenzmodulation basierendes Verfahren zum Kodieren von Information
in einem Identifikations-Datenträger
bereitgestellt wird.
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Ein
Vorteil gegenüber
einem auf Amplitudenmodulation basierenden Verfahren (siehe z.B.
[2]) kann darin gesehen werden, dass das hier beschriebene Verfahren
besser geeignet ist für
eine Verwendung aus größerer Entfernung
(remote use): Bei einem auf Amplitudenmodulation basierenden Verfahren
müssen
vor dem eigentlichen Auslesen des Identifikations-Datenträgers zunächst Leer-Daten
(blank data) gesendet werden, um den Lese-Amplituden-Bereich der
Lese-Vorrichtung abzustimmen, um eine ausreichende Robustheit beim
Lesen und Auswerten der Daten zu gewährleisten. Dies ist bei dem
hier beschriebenen, auf Frequenzmodulation basierenden Verfahren
nicht erforderlich, da bei einer Frequenzmodulation die Zuverlässigkeit beim
Daten-Lesen höher
ist als bei einer Amplitudenmodulation.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass bei
dem Identifikations-Datenträger
nur eine Schwingkreis-Struktur bzw. Antenne benötigt wird. Der hier beschriebene
Identifikations-Datenträger
ist daher z.B. im Vergleich zu dem in [1] beschriebenen Identifikations-Datenträger effizienter
hinsichtlich der Flächenausnutzung.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass man
bei der Herstellung des Identifikations-Datenträgers, im Gegensatz zu einem
herkömmlichen
komplexen RFID-Tag, nicht auf eine CMOS-Prozess-Technologie (Complementary
Metal Oxide Semiconductor) beschränkt ist.
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Stattdessen
können
zur Herstellung des Identifikations-Datenträgers alle Materialien verwendet
werden, welche ein für
einen Resonanz-Schaltkreis typisches Ansprechverhalten (Response)
aufweisen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden
näher erläutert. In
den Figuren sind gleiche oder ähnliche
Elemente, soweit sinnvoll, mit gleichen oder identischen Bezugszeichen
versehen. Die in den Figuren gezeigten Darstellungen sind schematisch
und daher nicht maßstabsgetreu
gezeichnet.
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Es
zeigen
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1 ein
Identifikations-System gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 ein
Identifikations-System gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 ein
Leistungs-Absorptionsspektrum;
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4 eine
Schwingkreis-Struktur eines Identifikations-Datenträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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1 zeigt
ein Identifikations-System 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem ersten Identifikations-Datenträger 102a,
einem zweiten Identifikations-Datenträger 102b und einem
dritten Identifikations-Datenträger 102c sowie
einer Lese-Vorrichtung 105 zum Auslesen von in dem ersten
Identifikations-Datenträger 102a,
dem zweiten Identifikations-Datenträger 102b und dem dritten
Identifikations-Datenträger 102c enthaltener
objektspezifischer Information.
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Die
erste Identifikations-Datenträger 102a,
der zweite Identifikations-Datenträger 102b und der dritte Identifikations-Datenträger 102c weisen
jeweils ein Substrat 103 auf, welches zum Beispiel als
Kunststoffträger
oder als Verpackung eines zu identifizierenden Objektes oder auch
als das zu identifizierende Objekt selbst ausgebildet sein kann.
Der erste Identifikations-Datenträger 102a weist eine
erste Schwingkreis-Struktur 104a auf für einen ersten Schwingkreis
mit einer ersten für
ein erstes Objekt spezifischen Resonanzfrequenz f1.
Der zweite Identifikations-Datenträger 102b weist eine
zweite Schwingkreis-Struktur 104b auf für einen zweiten Schwingkreis
mit einer für
ein zweites Objekt spezifischen zweiten Resonanzfrequenz f2. Der dritte Identifikations-Datenträger 102c weist
eine dritte Schwingkreis-Struktur 104c auf für einen
dritten Schwingkreis mit einer dritten für ein drittes Objekt spezifischen
Resonanzfrequenz f3.
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Bei
dem ersten Objekt, dem zweiten Objekt und dem dritten Objekt handelt
es sich um unterschiedliche Objekte. Daher sind die objektspezifischen
Resonanzfrequenzen f1, f2 und
f3, deren Wert die Information über das
jeweilige Objekt kodiert, paarweise voneinander verschieden, d.h.
f1 ≠ f2 ≠ f3 ≠ f1. Die Schwingkreis-Strukturen 104a, 104b und 104c können auf
oder in dem jeweiligen Substrat 103 des entsprechenden Identifikations-Datenträgers 102a, 102b bzw. 102c ausgebildet
sein.
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Die
in dem Identifikations-System 100 ausgebildete Lese-Vorrichtung 105 weist
eine elektromagnetische Strahlungsquelle 106 auf zum Emittieren
elektromagnetischer Energie in einem vorgebbaren Frequenzbereich
bzw. Frequenz-Intervall
I = (fmin, fmax)
sowie eine Detektionseinrichtung 107 zum Erfassen der von
der ersten Schwingkreis-Struktur 104a des ersten Identifikations-Datenträgers 102a,
der zweiten Schwingkreis-Struktur 104b des zweiten Identifikations-Datenträgers 102b und
der dritten Schwingkreis-Struktur 104c des dritten Identifikations-Datenträgers 102c bei
unterschiedlichen Frequenzen des vorgegebenen Frequenzbereiches
absorbierten elektromagnetischen Energie und zum Bestimmen der Resonanzfrequenzen
der Schwingkreis-Strukturen 104a, 104b, 104c (d.h.
der Frequenzen f1, f2 und
f3 in dem gezeigten Beispiel). Damit die
Resonanzfrequenzen f1, f2,
f3 der Schwingkreis-Strukturen 104a, 104b, 104c von
der Detektionseinrichtung 107 sicher bestimmt werden können, kann
der Frequenzbereich so gewählt
werden, dass fmin < {f1, f2, f3} < fmax gilt.
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Die
Lese-Vorrichtung weist ferner eine Ermittlungseinrichtung 108 auf
zum Ermitteln der in den Identifikations-Datenträgern 102a, 102b und 102c enthaltenen
objektspezifischen Informationen aus dem jeweiligen Wert f1, f2 bzw. f3 der Resonanzfrequenz der entsprechenden
Schwingkreis-Struktur 104a, 104b, 104c.
-
Mit
anderen Worten wird mit Hilfe der Ermittlungseinrichtung 108 die
in dem Wert der Resonanzfrequenz kodierte objektspezifische Information
wieder dekodiert.
-
Dies
kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass aus den Werten f1, f2 und f3 der Resonanzfrequenzen der entsprechenden
Schwingkreis-Strukturen 104a, 104b, 104c entsprechende
n-Bitfolgen B1 = {b11,
b12, ..., b1n},
B2 = {b21, b22, ..., b2n} bzw.
B3 = {b31, b32, ..., b3n} aus
jeweils n Bits bjk ∊ {0, 1} (1 ≤ j ≤ 3; 1 ≤ k n) ermittelt werden,
welche Bitfolgen die entsprechende Information über das jeweilige Objekt enthalten
bzw. kodieren. Anders ausgedrückt
kann mittels der Ermittlungseinrichtung 108 den Resonanzfrequenzen
f1, f2 und f3 eine entsprechende Bitfolge B1,
B2 bzw. B3 zugeordnet
werden, z.B. durch Berechnen anhand eines vorgegebenen Algorithmus' oder durch Nachschlagen
in einer Datenbank bzw. einer Zuordnungs-Tabelle (Lookup-Table)
zum Beispiel unter Verwendung einer elektronischen Datenverarbeitungs-Einrichtung
(z.B. Computer).
-
Obwohl
die elektromagnetische Strahlungsquelle 106, die Detektionseinrichtung 107 und
die Ermittlungseinrichtung 108 der Lese-Vorrichtung 105 in 1 als
räumlich
getrennt dargestellt sind, können
zwei oder mehrere der genannten Komponenten als eine Einheit zusammengefasst
sein (vgl. 2).
-
In 1 ist
weiterhin der Identifikations-Bereich 101 des Identifikations-Systems 100 gezeigt,
anschaulich der Bereich um die Lese-Vorrichtung 105 herum,
in dem ein Identifikations-Datenträger 102 von der Lese-Vorrichtung
sicher identifiziert werden kann, d.h. die Reichweite bzw. Detection
Range.
-
Das
in 1 gezeigte veranschaulichende Ausführungsbeispiel
eines Identifikations-Systems 100 weist drei Identifikations-Datenträger 102a, 102b bzw. 102c innerhalb
des Identifikations-Bereiches 101 auf. Alternativ kann
das Identifikations-System 100 auch eine andere Anzahl
an Identifikations-Datenträgern
aufweisen.
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Im
Folgenden wird unter Bezug auf 2 der Auslesevorgang
eines Identifikations-Datenträgers
bzw. der in dem Identifikations-Datenträger enthaltenen Information
genauer erläutert.
-
2 zeigt
ein Identifikations-System 200 mit einem Identifikations-Datenträger 202,
welcher eine Schwingkreis-Struktur 204 (als "Transponder" gekennzeichnet)
für einen
elektromagnetischen Schwingkreis aufweist. Die Schwingkreis-Struktur 204 des
Identifikations-Datenträgers 202 kann
auf oder in einem Substrat (nicht gezeigt) ausgebildet sein. Der
elektromagnetische Schwingkreis der Schwingkreis-Struktur 204 ist
als RLC-Serienschwingkreis ausgebildet, mit einem elektrischen Widerstand 214,
welcher den Wert R aufweist, mit einer Induktivität 224,
welche den Wert L aufweist, und mit einer Kapazität 234,
welche den Wert C aufweist. Die Kapazität 234 kann beispielsweise
durch einen Kondensator gebildet sein, und die Induktivität 224 kann
beispielsweise durch eine Induktionsspule gebildet sein.
-
2 zeigt
weiterhin eine Lese-Vorrichtung 205 (als "Reader" gekennzeichnet),
welche eine elektromagnetische Strahlungsquelle, eine Detektionseinrichtung
und eine Ermittlungseinrichtung aufweist, wobei die elektromagnetische
Strahlungsquelle, die Detektionseinrichtung und die Ermittlungseinrichtung
schematisch durch einen gemeinsamen Schaltkreis 221 in 2 veranschaulicht
sind. Der Schaltkreis 221 weist eine Signalerzeugungs-Einrichtung 215 (z.B.
einen Funktionsgenerator/Frequenzgenerator oder einen Wobbel-Generator)
auf zum Erzeugen eines Wechselstromsignals mit einer vorgebbaren
Frequenz f. Die Signalerzeugungs-Einrichtung 215 ist
in Serie geschaltet mit einer Stromstärke-Messeinrichtung 225 (z.B.
einem Amperemeter) und einer Induktivität 235, welche beispielsweise
als (Induktions-)Spule ausgebildet ist.
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Zum
Auslesen der in dem Identifikations-Datenträger 202 enthaltenen
objektspezifischen Information wird mit Hilfe der Signalerzeugungs-Einrichtung 215 ein
Wechselstromsignal mit einer Frequenz f (zum Beispiel im Radiofrequenz-Bereich)
in dem Schaltkreis 221 erzeugt und mittels der zu der Signalerzeugungs-Einrichtung 215 in
Serie geschalteten Spule 235 als elektromagnetische Welle
mit der Frequenz f und der Magnetfeld-Amplitude H in den umgebenden
Raum abgestrahlt. Die Spule 235 wirkt anschaulich als Antenne
der Lese-Vorrichtung 205.
Die Magnetfeldlinien 250 der von der Antenne abgestrahlten
elektromagnetischen Welle sind in 2 schematisch
gezeigt.
-
Die
elektromagnetische Welle wird von dem Identifikations-Datenträger 202,
genauer der Schwingkreis-Struktur 204 (Transponder), empfangen.
Anschaulich bildet die in der Schwingkreis-Struktur 204 ausgebildete
Induktivität 224 ebenfalls
eine Antenne, und die Magnetfeldlinien 250 der elektromagnetischen
Welle können
die Windungen der als (Induktions-)Spule ausgebildeten Induktivität 224 des
Identifikations-Datenträgers 202 durchsetzen
und durch elektromagnetische Induktion in der Spule 224 und
somit dem RLC-Serienschwingkreis der Schwingkreis-Struktur 204 ein
Wechselstromsignal mit der Frequenz f der elektromagnetischen Welle
hervorrufen (induzieren). Der elektromagnetische Schwingkreis der
Schwingkreis-Struktur 204 des Identifikations-Datenträgers 202 wird
daher zu einer elektromagnetischen Schwingung mit der Frequenz f angeregt
und strahlt seinerseits über
die als Antenne wirkende Induktivität 224 eine zweite
elektromagnetische Welle ab, welche der von der Spule 235 der
Lese-Vorrichtung 205 abgestrahlten elektromagnetischen
Welle überlagert
wird und diese dadurch moduliert. Die Überlagerung der beiden Wellen
bewirkt eine Veränderung (Störung) des
Magnetfeldes H der von der Lese-Vorrichtung 205 abgestrahlten
elektromagnetischen Welle. Diese Störung kann von der Lese-Vorrichtung 205 mittels
der Spule 224 erfasst werden und führt zu einer Änderung
bzw. Modifikation des elektrischen Stromes I in dem Schaltkreis 221 der
Lese-Vorrichtung 205, welche Stromänderung wiederum durch die
Stromstärke-Messeinrichtung 225 registriert
werden kann. Anschaulich wird der Koeffizient der gegenseitigen
Induktion bzw. die gegenseitige Induktivität durch den Transponder (i.e. die
Schwingkreis-Struktur 204)
des Identifikations-Datenträgers 202 modifiziert.
-
Die
Lese-Vorrichtung 205 empfängt, durch Rückstreuung,
die durch die Modulation bewirkte Störung des Magnetfeldes, wodurch
die Stärke
des elektrischen Stromes in der Lese-Vorrichtung 205 modifiziert
wird. Die Störung
des Magnetfeldes wird maximal, wenn die Frequenz f des von der Lese-Vorrichtung 205 gesendeten
Signals gleich der Resonanzfrequenz des Transponders ist, welche
Resonanzfrequenz durch die Gleichung (1) gegeben ist. Gemäß Gleichung
(1) hängt
die Resonanzfrequenz des Transponders bzw. des Schwingkreises der
Schwingkreis-Struktur 204 von dem Wert L der Induktivität 224 und
dem Wert C der Kapazität 234 ab.
Durch entsprechendes Ausbilden der Kapazität 234 und/oder der
Induktivität 224 kann
somit der Wert der Resonanzfrequenz der Schwingkreis-Struktur 204 festgelegt
werden.
-
Durch
das Erzeugen elektromagnetischer Signale (Wellen) mit unterschiedlichen
Frequenzen, anders ausgedrückt
mit einem Spektrum von Frequenzen, z.B. im Rahmen eines Frequenz-Sweeps
durch ein vorgebbares Frequenzintervall, und durch das Erfassen
des in dem Schaltkreis 221 (Reader-Stromkreis) bei der
jeweiligen Frequenz induzierten elektrischen Stromes I ist es möglich, die
Resonanzfrequenz des Identifikations-Datenträgers 202 (und eventuell
anderer nicht gezeigter Identifikations-Datenträger) genau zu ermitteln, wenn
dieser sich im Identifikations-Bereich (Detection Range, vgl. 1)
der Lese-Vorrichtung 205 befindet. Die Strom-Intensität des induzierten
Stromes verringert sich mit zunehmendem Abstand zwischen der Lese-Vorrichtung 205 und
dem Transponder des Identifikations-Datenträgers 202, wenn der
Abstand größer ist als
die Radien der Spulen 224 (Transponder-Spule) bzw. 235 (Reader-Spule).
-
Durch
den oben im Zusammenhang mit 2 beschriebenen
Auslesevorgang eines oder mehrerer Identifikations-Datenträger können die
Resonanzfrequenzen der Identifikations-Datenträger bzw. die Resonanzfrequenzen
von in den Identifikations-Datenträgern ausgebildeten elektromagnetischen
Schwingkreisen bestimmt werden. Der konkrete Wert einer Resonanzfrequenz
kodiert dabei (eindeutig) eine für
ein Objekt spezifische Information, wie zum Beispiel die Art oder
den Preis eines Artikels in einem Kaufhaus. Unterschiedliche Resonanzfrequenzen
kodieren somit unterschiedliche Informationen.
-
Das
Diagramm 300 in 3 zeigt schematisch das Ergebnis
von Auslesevorgängen
bzw. Frequenz-Scans an sechs verschiedenen Identifikations-Datenträgern, welche
Identifikations-Datenträger sechs unterschiedliche
Resonanzfrequenzen (f1 bis f6)
aufweisen. Auf der Abszisse 310 des Diagramms 300 ist
die Frequenz der von einer Strahlungsquelle einer Lese-Vorrichtung emittierten
elektromagnetischen Strahlung aufgetragen, während auf der Ordinate 320 die
von einer Schwingkreis-Struktur eines Identifikations-Datenträgers bei
unterschiedlichen Frequenzen des Frequenzbereiches absorbierte elektromagnetische
Leistung der elektromagnetischen Strahlung aufgetragen ist. Das
Diagramm 300 wird daher auch als Leistungs-Absorptionsspektrum
bezeichnet.
-
Eine
erste Kurve 303 repräsentiert
die von einer Schwingkreis-Struktur eines ersten Identifikations-Datenträgers absorbierte
Leistung, wobei die Absorption ein deutlich ausgeprägtes Maximum
M1 aufweist. Aus der Lage, d.h. der zugehörigen Frequenz,
des ersten Maximums M1 ergibt sich die Resonanzfrequenz
f1 der Schwingkreis-Struktur des ersten
Identifikations-Datenträgers.
-
Eine
zweite Kurve 304 repräsentiert
die von einer Schwingkreis-Struktur eines zweiten Identifikations-Datenträgers absorbierte
Leistung, wobei die Absorption ein deutlich ausgeprägtes Maximum
M2 aufweist, aus dessen Lage sich die Resonanzfrequenz
f2 der Schwingkreis-Struktur des zweiten
Identifikations-Datenträgers
ergibt.
-
In
analoger Weise ergeben sich aus Absorptionsmaxima M3,
M4, M5, M6 entsprechend die Resonanzfrequenzen f3, f4, f5,
f6 von Schwingkreis-Strukturen eines dritten,
vierten, fünften
und sechsten Identifikations-Datenträgers.
-
Die
Werte der sechs Resonanzfrequenzen f1, f2, f3, f4,
f5, f6 sind paarweise
verschieden, d.h. fi ≠ fj für i ≠ j, i,j ∊ {1,
2, 3, 4, 5, 6}. Da durch den Wert einer Resonanzfrequenz fi eine objektspezifische Information eindeutig
kodiert wird, bedeutet dies, dass die Schwingkreis-Strukturen der
sechs Identifikations-Datenträger
jeweils unterschiedliche objektspezifische Information enthalten.
Zum Beispiel können
in einem einfachen Fall durch die sechs verschiedenen Frequenzwerte
sechs unterschiedliche Preise eines Verkaufsartikels dargestellt
werden. Die durch den Wert der jeweiligen Resonanzfrequenz kodierte
Information über
das zu identifizierende Objekt kann jedoch auch deutlich komplexer
bzw. umfangreicher sein.
-
Aus 3 ist
zu erkennen, dass die Absorptionsmaxima M1,
M2, M3, M4, M5, M6 unterschiedliche
Intensitäten
aufweisen. Dies kann dadurch erklärt werden, dass die einzelnen
Identifikations-Datenträger
beim Auslesen durch die Lese-Vorrichtung
unterschiedliche Abstände
zu der Lese-Vorrichtung aufweisen, wobei die Intensität eines
Maximums mit zunehmendem Abstand zwischen der Lese-Vorrichtung und
dem Transponder des Identifikations-Datenträgers abnimmt.
-
Wie
oben bereits erwähnt
können
in einer Schwingkreis-Struktur
eines Identifikations-Datenträgers eine
oder mehrere Kapazitäten
und/oder eine oder mehrere Induktivitäten so ausgebildet werden,
dass gemäß Gleichung
(1) ein bestimmter Wert für
die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises festgelegt wird, wobei durch
den Wert der Resonanzfrequenz für
ein Objekt spezifische Information kodiert wird. Im Folgenden wird unter
Bezug auf 4 ein beispielhaftes Kodier-Schema
näher erläutert.
-
4 zeigt
eine Schwingkreis-Struktur 404 bzw. einen Transponder eines
Identifikations-Datenträgers,
welche einen Serienschaltkreis aus einer Induktivität 424 mit
dem Wert L sowie n (n ∊ N) parallel geschalteten Teil-Kapazitäten mit
den Werten C1, C2,
C3, ..., Cn aufweist,
wobei in 4 der Übersichtlichkeit halber nur
eine erste Teil-Kapazität 434a mit
einem Wert C1, eine zweite Teil-Kapazität 434b mit
dem Wert C2, eine dritte Teilkapazität 434c mit
dem C3 und eine n-te Teilkapazität 434d mit
dem Wert Cn gezeigt sind.
-
Die
Induktivität 424 ist
als eine Induktionsspule auf einem Substrat ausgebildet, und die
Teil-Kapazitäten 434a, 434b, 434c, 434d (sowie
die anderen nicht gezeigten Teil-Kapazitäten) sind
als Kondensatoren auf dem Substrat ausgebildet. Der Serienschaltkreis
der Schwingkreis-Struktur 404 kann außerdem einen oder mehrere elektrische
Widerstände
aufweisen (nicht gezeigt).
-
Bei
der in 4 gezeigten Schwingkreis-Struktur ist der Wert
L der Induktivität 424 durch
die Eigenschaften der Induktionsspule festgelegt. Um eine bestimmte
Resonanzfrequenz f gemäß Gleichung
(1) für
die Schwingkreis-Struktur 404 zu
erzielen zum Kodieren einer spezifischen Information, kann daher
die Gesamtkapazität
C der Schwingkreis-Struktur 404 entsprechend angepasst
bzw. variiert werden.
-
Um
die Automatisierung des Herstellungsprozesses der Identifikations-Datenträger zu vereinfachen, können die
einzelnen Bits der Information folgendermaßen kodiert sein:
- • einem
ersten Bit wird die erste Teil-Kapazität 434a der Schwingkreis-Struktur 404 zugeordnet,
wobei der Wert C1 der ersten Teil-Kapazität 434a als
C1 = 20C0 gewählt
wird;
- • einem
zweiten Bit wird die zweite Teil-Kapazität 434b der Schwingkreis-Struktur 404 zugeordnet,
wobei der Wert C2 der zweiten Teil-Kapazität 434b als
C2 = 21C0 gewählt
wird;
- • einem
dritten Bit wird die dritte Teil-Kapazität 434c der Schwingkreis-Struktur 404 zugeordnet,
wobei der Wert C3 der dritten Teil-Kapazität C3 als C3 = 22C0 gewählt wird,
- • usw.
-
Allgemein
wird einem k-ten (1 ≤ k ≤ n) Informations-Bit
die k-te Teil-Kapazität
der Schwingkreis-Struktur 404 zugeordnet, wobei den Wert
Ck der k-ten Teil-Kapazität als Ck = 2k-1C0 gewählt
wird. Der Faktor CO ist ein vorgebbarer konstanter Faktor, anschaulich
ein vorgebbarer Basis-Kapazitäts-Wert.
Anschaulich beträgt somit
in dem Beispiel der Wert Ck der k-ten Teil-Kapazität ein Vielfaches,
i.e. das 2k-1-fache, des vorgebbaren Basis-Kapazitäts-Wertes
C0.
-
Es
ist nun möglich,
einzelne Bits dadurch zu kodieren, dass eine Teil-Kapazität (bzw.
der die Teil-Kapazität
bildende Kondensator), welche zu einem bestimmten Bit korrespondiert,
entweder anwesend ist (z.B. eine logische "1" repräsentierend)
oder fehlt (z.B. eine logische "0" repräsentierend).
-
In
dem in 4 gezeigten Beispiel ist die zweite Teil-Kapazität 434b mit
dem Wert C2 nicht gebildet, was durch die
gestrichelten Linien 410 verdeutlicht ist. Dementsprechend
wird dass das zu der zweiten Teil-Kapazität 434b korrespondierende
zweite Bit als logische "0" kodiert, wohingegen
z.B. das erste Bit (durch die erste Teil-Kapazität 434a dargestellt),
das dritte Bit (durch die dritte Teil-Kapazität 434c dargestellt)
und das n-te Bit (durch die n-te Teil-Kapazität 434d dargestellt)
jeweils als logische "1" kodiert werden,
da die entsprechenden Teil-Kapazitäten in der Schwingkreis-Struktur 404 vorhanden
sind.
-
Die
Gesamt-Kapazität
bzw. Äquivalenz-Kapazität C der
parallel geschalteten Teil-Kapazitäten C1 bis Cn des Schwingkreises der Schwingkreis-Struktur 404 ist
durch die Summe der einzelnen Teil-Kapazitäten C1 bis
Cn.
-
Nimmt
man an, dass in dem in 4 gezeigten Beispiel abgesehen
von der fehlenden zweiten Teil-Kapazität 434b mit dem Wert
C2 alle anderen Teil-Kapazitäten vorhanden
sind, mit anderen Worten, dass nur das zweite Bit auf logisch "0" gesetzt ist, während alle anderen Bits auf
logisch "1" gesetzt sind, so
folgt für
den Wert der (Äquivalenz-)Kapazität C C = 20C0 + 22C0 +
23C0 + ... + 2n-1C0 = (2n – 3)C0. (3)
-
Da
die zweite Teil-Kapazität 434b nicht
ausgebildet ist, fehlt in der Summe in Gleichung (3) der Term 21C0.
-
Durch
Einsetzen von Gleichung (3) in Gleichung (1) folgt für die Resonanzfrequenz
f der Schwingkreis-Struktur
404 -
Mit
Hilfe der in 4 gezeigten Schwingkreis-Struktur 404 können also
objektspezifische Informationen mit einer Länge von n Bits dadurch kodiert
werden, dass einzelne Teil-Kapazitäten der
insgesamt n Teil-Kapazitäten
mit den Werten C1, C2,
C3, ..., Cn entweder
anwesend (vorhanden) sind oder fehlen. Auf diese Weise wird gemäß Gleichung
(3) der Wert C der Gesamtkapazität
festgelegt, wobei jede Bitfolge einen charakteristischen Wert C
ergibt.
-
Bei
gegebenem Wert L der Induktivität 424 ergibt
sich dann gemäß Gleichung
(1) der Wert der Resonanzfrequenz f der Schwingkreis-Struktur 404,
wobei wiederum jede Bitfolge einen charakteristischen Resonanzfrequenz-Wert
liefert.
-
Aus
der bei einem Auslesen des Identifikations-Datenträgers bestimmten
Resonanzfrequenz f lässt sich
umgekehrt (bei bekanntem Wert L der Induktivität) durch Auflösen der
Gleichung (4) bzw. der Gleichung (1) der Wert C der Gesamtkapazität berechnen,
und aus diesem lässt
sich gemäß Gleichung
(3) eindeutig auf die anwesenden Bits bzw. abwesenden Bits schließen und
somit die in dem Identifikations-Datenträger enthaltene Information
dekodieren.
-
Um
eine größere Flexibilität während des
Herstellungsprozesses zu ermöglichen,
kann die anhand 4 beschriebene Art des Kodierens
einerseits dadurch realisiert werden, dass einzelne, die Teil-Kapazitäten C1 bis Cn und somit
die n Bits repräsentierende
Kondensatoren physikalisch auf dem Substrat des Identifikations-Datenträgers gebildet
sind und entsprechend der Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines Bits
mit der Antenne des Transponders (d.h. der Spule) verbunden sind
oder nicht. Andererseits kann die Kodierung dadurch erreicht werden,
dass ein einzelner Kondensator auf dem Substrat ausgebildet ist,
wobei der einzelne Kondensator einen Kapazitäts-Wert aufweist, welcher der
Summenkapazität
der einzelnen Bits entspricht. Anders ausgedrückt weist der einzelne Kondensator
eine Kapazität
C auf, deren Wert durch die linke Seite in Gleichung (2) bzw. Gleichung
(3) gegeben ist.
-
Falls
das Kodieren der einzelnen Bits durch das Bilden einzelner Teil-Kapazitäten erfolgt,
können
bei der Herstellung des Identifikations-Datenträgers ausschließlich die
für die
Kodierung erforderlichen Teil-Kapazitäten gebildet werden.
-
Alternativ
können
bei der Herstellung zunächst
alle Teil-Kapazitäten (Kondensatoren)
gebildet werden, und anschließend
können
selektiv einzelne Teil-Kapazitäten
(und damit Bits) aktiviert bzw. deaktiviert werden. Zum Beispiel
kann zu einer oder mehreren der in 4 gezeigten
Teil-Kapazitäten
C1 bis Cn jeweils
eine Schmelzsicherungs-Einrichtung (Fuse) in Serie geschaltet sein,
und durch irreversibles Durchbrennen bzw. Durchschmelzen einzelner
Schmelzsicherungs-Einrichtungen bzw. Fuses bei Anlegen einer Spannung
können
die zu den Fuses in Serie geschalteten Teil-Kapazitäten deaktiviert
werden.
-
Alternativ
kann zu einer oder zu mehreren der in 4 gezeigten
Teil-Kapazitäten
C1 bis Cn jeweils eine
Anti-Schmelzsicherungs-Einrichtung
(Anti-Fuse) in Serie geschaltet sein, und durch Anlegen einer Spannung
an ausgewählte
Anti-Fuses kann
die Isolationsschicht dieser Anti-Fuses irreversibel durchgebrannt
werden, wodurch eine niederohmige Verbindung entsteht und die entsprechenden
in Serie geschalteten Teil-Kapazitäten aktiviert werden.
-
Es
ist darauf hinzuweisen, dass ein oder mehrere Identifikations-Datenträger auf
einer Verpackung eines zu identifizierenden Objekts oder auf einem
zu identifizierenden Objekt selbst aufgebracht sein kann oder können. Wenn
beispielsweise mehrere Identifikations-Datenträger auf einer Verpackung eines
zu identifizierenden Objekts oder auf einem zu identifizierenden
Objekt selbst aufgebracht sind, kann mit einem Identifikations-Datenträger mit
einer ersten Resonanzfrequenz beispielsweise das Objekt identifiziert
werden und mit einem anderen Identifikations-Datenträger mit
einer zweiten Resonanzfrequenz beispielsweise der Preis oder eine
andere Eigenschaft des Objekts, usw.
-
In
diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
- [1] Deutsche Patentanmeldung 10 2004 038 840.7-53
- [2] DE 102 06
137 A1
- [3] Deutsche Patentanmeldung 10 2005 002 749.0-55
-
- M1, M2, M3,
M4, M5, M6
- Absorptionsmaxima
- 100
- Identifikations-System
- 101
- Identifikations-Bereich
- 102a,
102b, 102c
- Identifikations-Datenträger
- 103
- Substrat
- 104a,
104b, 104c
- Schwingkreis-Strukturen
- 105
- Lese-Vorrichtung
- 106
- elektromagnetische
Strahlungsquelle
- 107
- Detektionseinrichtung
- 108
- Ermittlungseinrichtung
- 200
- Identifikations-System
- 202
- Identifikations-Datenträger
- 204
- Schwingkreis-Struktur
- 205
- Lese-Vorrichtung
- 214
- Widerstand
- 215
- Signalerzeugungs-Einrichtung
- 221
- Schaltkreis
- 224
- Induktivität
- 225
- Stromstärke-Messeinrichtung
- 234
- Kapazität
- 235
- Induktivität
- 250
- Feldlinien
- 300
- Diagramm
- 301,
302, 303, 304, 305, 306
- Kurven
- 310
- Abszisse
- 320
- Ordinate
- 404
- Schwingkreis-Struktur
- 410
- Linien
- 424
- Induktivität
- 434a,
434b, 434c, 434d
- Teil-Kapazitäten