DE19816908A1 - Kapazitives Verfahren und kapazitive Vorrichtung zum Erfassen von Informationen des Inhalts von Umschlägen und anderen ähnlich verdeckten Informationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Erfassung codierter Informa­ tionen vom Inhalt versiegelter oder verschlossener Umschläge oder anderer schicht- oder lagenweise angeordneter Struktu­ ren, die die Informationen verdecken.

Ein großer Teil zurückgesendeter Massenpostsendungen wird durch mindestens eine manuelle Handhabung verarbeitet, insbesondere wenn sie Aufträge enthalten. Wenn sie einmal aufgeschnitten sind, werden die Umschläge allgemein von Hand geleert, und in ihrem Inhalt enthaltene Informationen werden über eine Tastatur, durch optisches Abtasten oder auf andere Weise in einen Computer eingegeben. Die erforderlichen Schritte zum Öffnen der Umschläge, Trennen ihres Inhalts und Eingeben relevanter Daten sind teuer und zeitaufwendig. Au­ ßerdem können bei der Dateneingabe Fehler auftreten, insbe­ sondere wenn Informationen von den getrennten Umschlägen mit den Informationen ihres Inhalts verknüpft werden müssen.

Bei abgehenden Postsendungen, die möglicherweise Ein­ steck- oder Einfügevorrichtungen durchlaufen, können eben­ falls Sortier- und andere Verarbeitungsfehler auftreten, die schwer erfaßbar sind, weil der Inhalt, wenn dieser einmal versiegelt ist, vor einer visuellen oder optischen Ansicht verborgen ist. Es wurden verschiedene Versuche unternommen, durch die Umschläge zu "schauen", um ihren Inhalt zu lesen, ohne sie zu öffnen, wobei jedoch jeweils Probleme auftreten.

In der US-A-5522921 wird die Verwendung von Röntgen­ strahlen zum Lesen des Inhalts von Umschlägen vorgeschlagen, der mit speziellen, für Röntgenstrahlen undurchlässigen Ma­ terialien bedruckt ist. Die Röntgenstrahlen sollen die Um­ schläge und ihren Inhalt mit Ausnahme der Stellen, die durch die besonderen Materialien undurchlässig sind, durchdringen. Durch eine Röntgenstrahlenerfassungseinrichtung wird das er­ zeugte Schattenmuster erfaßt. Durch die speziellen Materia­ lien entstehen jedoch zusätzliche Kosten und sind die Optio­ nen oder Möglichkeiten für das Bedrucken begrenzt, und durch die Röntgenstrahlen entstehen Gesundheitsrisiken, die für diese Zwecke schwer zu rechtfertigen sind.

In der US-A-5288994 wird auf ähnliche Weise Infrarot­ licht verwendet, um den Inhalt versiegelter Umschläge zu le­ sen. Durch eine Lichtquelle wird ein Infrarotlichtstrahl durch die Umschläge auf einen optischen Detektor gerichtet, der ein durch verschiedene Absorptionscharakteristiken der herkömmlichen Farben oder Tinten und des Papiers, auf dem sie aufgedruckt sind, erzeugtes Schattenmuster erfaßt. Sol­ che gefüllten Umschläge sind jedoch, selbst bei einer Über­ tragung im Infrarotbereich, schlechte optische Elemente zum Übertragen von Bildern. Papier überträgt die Infrarotbilder nicht sehr effizient. Durch Unregelmäßigkeiten in den Ober­ flächen, Zwischenräume, eine lagen- oder schichtweise Anord­ nung und die Materialien der Umschläge und ihres Inhalts werden wesentliche Abberationen verursacht, durch die die Auflösung der Bilder erheblich beeinträchtigt werden kann. Außerdem sind Überzüge oder Beläge von auf den Umschlägen und ihrem Inhalt aufgedrucktem Material schwer separierbar, und durch aufgedruckten Unter- oder Hintergrund kann der Kontrast reduziert werden.

Außer hinsichtlich verschiedenen Wellenlängen sind die­ se herkömmlichen Verfahren analog zu einem Verfahren, gemäß dem Blitzlicht auf eine Seite eines Umschlags aufgestrahlt wird, um diesen zu durchleuchten und möglicherweise dunkle­ res aufgedrucktes Material durch die entgegengesetzte Um­ schlagseite zu lesen. Röntgenstrahlen durchdringen Papier sehr leicht, sind jedoch gefährlich, und zum Absorbieren von Röntgenstrahlen sind besondere Materialien erforderlich. Wellenlängen im nahen Infrarotbereich werden durch Papier schlecht übertragen, und ihre Bilder unterliegen einer Aber­ ration durch optische Inkonsistenzen und durch Verdunkelung durch aufgedruckte Überzüge oder Unter- bzw. Hintergründe.

In einem anderen System (US-Patentanmeldung Nr. 08/778077, eingereicht am 2. Januar 1997), werden leitfähige oder dielektrische Muster durch Mikrowellen aufgeheizt, und anschließend wird eine Infrarotdetektion des zur Oberfläche des Umschlags geleiteten thermischen Bildes ausgeführt, um Informationen über den Inhalt des versiegelten Umschlags zu erhalten.

Die beiden vorliegenden Miterfinder haben zusammen mit einem dritten Miterfinder ein anderes Verfahren entwickelt, durch das Informationen durch Umschläge gelesen werden kön­ nen, was Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, und das unabhängig von der Strahlungswellenlänge und unabhängig da­ von ist, ob Informationen durch die Umschlagoberfläche er­ faßt werden oder eine Emission von der Umschlagoberfläche erfaßt wird. Statt dessen mißt ein Meßwandler Kapazitätsände­ rungen eines lokalisierten Bereichs unter der Oberfläche des Umschlags, der beispielsweise durch leitfähige Tinten oder Tinten mit einer von dem Papier, auf dem sie aufgedruckt ist, verschiedenen Dielektrizitätskonstante erzeugt werden kann. Dieses Verfahren weist mit anderen Erfindungen gemein­ same Elemente auf, insbesondere solche zum Authentifizieren von Lotterielosen, Dokumenten und Währungen, unterscheidet sich jedoch wesentlich hinsichtlich der Funktion und dem An­ wendungszweck.

In der US-A-5621200 wird ein elektronisches Validati­ onssystem für abkratzbare oder abreibbare Lotterielose bzw. Rubbellose beschrieben. Eine leitfähige Tinte, die ein Mu­ ster von Widerständen aufweist, ist als Abschnitt des ab­ kratzbaren Materials oder als die darunterliegenden Spiel­ kennzeichen aufgedruckt. Es werden Kondensatoren verwendet, um die aufgedruckten Widerstandsschaltungen mit einer elek­ tronischen Verifizierungsmaschine zu koppeln und elektroni­ sche Zeichenmuster der Widerstandsschaltungen zu verifizie­ ren. Die elektronischen Zeichen sind mit vorgegebenen Stan­ dards vergleichbar, sie weisen jedoch keine in herkömmlichen Formaten codierten Informationen auf, die als alphanumeri­ sche Zeichen lesbar sind. Außerdem müssen die Lose an einer vorgegebenen Position in der Verifizierungsmaschine jeweils einzeln geprüft werden.

In der US-A-3519802 wird ein frühes Verfahren zum Au­ thentifizieren von Kreditkarten mit intern codierten Daten beschrieben. Leitfähige Platten sind in einem Muster ange­ ordnet, und ihre Anwesenheit, Abwesenheit oder ungefähre Ausrichtung wird durch einen Kapazitätssensor erfaßt. Für das Erfassungssystem ist es jedoch erforderlich, daß die leitfähigen Platten in zwei versetzte Ebenen gebogen sind, wodurch die Herstellung komplizierter wird und die Karten nicht leicht auf dünneren Substraten, z. B. normalerweise in Umschlägen eingeschlossene Lagen- oder Blattmaterialien, aufgebracht werden können.

In der US-A-4591189 wird ein neueres Beispiel eines Kreditkartenverifizierungssystems beschrieben, wobei eine lichtdurchlässige Authentifizierungslage oder -schicht zwi­ schen zwei nichtreflektierenden Filmlagen angeordnet ist. Die Authentifizierungsschicht wird vorzugsweise, beispiels­ weise durch Sputtern, in Vakuum aufgebracht, kann jedoch auch durch eine aufgedruckte Lage aus leitfähiger Tinte ge­ bildet werden. Die Impedanz, die Leitfähigkeit oder die Ka­ pazität der Authentifizierungsschicht kann erfaßt werden, obwohl die Kapazität für die Erfassung diskreter Bereiche der Authentifizierungsschicht nicht empfohlen wird. Über die Authentifizierung hinaus enthält die leitfähige Lage keine nützlichen Informationen.

In der vorliegenden Erfindung wird ein anderes Verfah­ ren zum Erfassen von Informationen des Inhalts versiegelter Umschläge oder anderer lagenweise angeordneter Strukturen verwendet, wobei lokalisierte Kapazitätsänderungen auf einem Substrat, z. B. einer Papiereinlage in einem Umschlag, ausge­ nutzt werden, die durch leitfähige oder dielektrische Tinte erzeugt werden, die zum Aufdrucken codierter Informationen, z. B. eines Strichcodes, verwendet wird. Die durch Kapazi­ tätsmessungen erhaltenen Informationen können geeignet in­ terpretiert und verwendet werden, um die Umschläge oder an­ dere lagenweise angeordnete Strukturen weiterzuverarbeiten.

Die hinter einer Hülle oder Abdeckung, z. B. einem Um­ schlag, verborgenen Informationen können unter Verwendung einer leitfähigen Tinte in einem Muster auf einem Substrat aufgedruckt sein. Das Substrat und die Abdeckung oder Hülle werden mit einer Geschwindigkeit über einen Kapazitätssensor bewegt, gemäß der aufeinanderfolgende Abschnitte des Musters an Punkten ungefähr gleichen Abstands zum Kapazitätssensor gemessen werden können. Dem Muster der leitfähigen Tinte zu­ geordnete Kapazitätsänderungen werden als Funktion der Rela­ tivposition des Kapazitätssensors entlang des umhüllten oder abgedeckten Substrats erfaßt und mit gespeicherten Informa­ tionen über gleiche Muster verglichen, um die codierten In­ formationen zu lesen.

Die Erfindung ist insbesondere zum Verarbeiten einer Reihe oder Folge von Umschlägen geeignet, deren Inhalt co­ dierte Verarbeitungsinformationen enthält. Die Verarbei­ tungsinformationen sind in Mustern kontrastierender absolu­ ter Dielektrizitätskonstanten aufgezeichnet. Die Umschläge werden zusammen mit ihrem codierten Inhalt über einen Kapa­ zitätssensor bewegt. Gemessene Kapazitätsänderungen, die den Mustern kontrastierender absoluter Dielektrizitätskonstanten zugeordnet sind, werden in erkannte Informationseinheiten entziffert. Die anschließenden Verarbeitungen der einzelnen Umschläge wird auf der Basis der gemäß ihrem Inhalt erhalte­ nen Verarbeitungsinformation unterschieden.

Beispielsweise können die Verarbeitungsinformationen so angeordnet sein, daß vorgesehene Empfänger oder Adressaten der Umschläge identifiziert werden können. Die tatsächlichen Adressaten können durch optische Standardeinrichtungen von der Außenseite der Umschläge gelesen und mit von ihrem In­ halt erhaltenen Adresseninformationen verglichen werden, um zu verifizieren, ob sie übereinstimmen. Die Weiterverarbei­ tung der Umschläge wird bei Erfassung einer Nichtüberein­ stimmung abgebrochen. Alternativ können die vom Inhalt der Umschläge erhaltene Adresseninformationen zum Aufdrucken entsprechender Adresseninformationen auf die Außenseite der Umschläge verwendet werden. Anweisungen zur Weiterverarbei­ tung können ebenfalls vom Inhalt der Umschläge gelesen wer­ den.

Ein in Verbindung mit der Erfindung verwendbares System kann eine Transporteinrichtung aufweisen, die eine Reihe oder Folge umhüllter oder abgedeckter Substrate transpor­ tiert, die mit leitfähiger Tinte in Mustern bedruckt sind, die durch eine Hülle oder Abdeckung verdeckte codierte In­ formationen darstellen. Eine Kapazitätsmeßvorrichtung, über die die Folge umhüllter oder abgedeckter Substrate bewegt wird, ist empfindlich auf den Mustern der leitfähigen Tinte zugeordnete Kapazitätsänderungen als Funktion der Position der abgedeckten oder umhüllten Substrate in der Kapazitäts­ meßvorrichtung. Eine Verarbeitungseinrichtung paßt die ge­ messenen Kapazitätsänderungen an gespeicherte Informationen über ähnliche Muster an, um die codierten Informationen zu lesen, und eine Sortiereinrichtung legt die nachfolgende Verarbeitung der abgedeckten oder umhüllten Substrate basie­ rend auf den auf die Substrate aufgedruckten und durch die Abdeckung oder Umhüllung verdeckten codierten Informationen fest.

Die Kapazitätsänderungen werden vorzugsweise erfaßt durch einen Meßwandler mit: (a) parallelen Platten eines Kondensators, die Seite an Seite bzw. nebeneinander an einer Seite des abgedeckten oder umhüllten Substrats angeordnet sind, (b) einem Paar solcher nebeneinander angeordneten Platten an jeder Seite der abgedeckten oder umhüllten Sub­ strate, (c) einem Paar solcher Platten an einer Seite der abgedeckten oder umhüllten Substrate und einer Erdungsplatte an der anderen Seite der abgedeckten oder umhüllten Substra­ te oder (d) einem Paar von Platten, die an einer Seite der abgedeckten oder umhüllten Substrate stirnseitig zueinander ausgerichtet sind. Ein Ausgangssignal wird durch eine Schal­ tung erfaßt, die eine Impedanzänderung in eine Spannungsän­ derung umwandelt, die dann verwendet werden kann, um einen A/D-Wandler anzusteuern, dessen Ausgangssignal einem Compu­ ter zugeführt wird, wo das Signal verarbeitet werden kann, um Informationen zu erfassen und weitere Verarbeitungen zu steuern.

Es können bekannte Mustererkennungsprogramme verwendet werden, um die erfaßten Signale zu interpretieren und nach­ folgende Operationen zu steuern. Beispielsweise können Auf­ träge und Kundenidentifizierungscodes von zurückgesendeten Postsendungen gelesen werden, um Aufträge zu verarbeiten. Im Inneren abgehender Postsendungen aufgedruckte Adressen oder andere Informationen des Inhalts abgehender Postsendungen können verifiziert werden oder als Basis zum Aufdrucken von Informationen, einschließlich Adresseninformationen, auf die Außenseite der Umschläge verwendet werden.

Fig. 1 zeigt ein Basisstruktur des Systems zum kapazi­ tiven Erkennen verdeckter Zeichen;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Anord­ nungen von Elektroden, durch die der in einer kapazitiven Meßvorrichtung verwendbare Meßwandler gebildet wird;

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen typi­ scher Komponenten einer elektronischen Schaltung zum Verar­ beiten von Kapazitätsänderungen;

Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm von zum Verarbei­ ten der Kapazitätsänderungen verwendeten elektronischen Schlüsselkomponenten;

Fig. 5 zeigt eine alternative Meßwandlerstruktur, durch die die Abbildung von von Strichcodes verschiedenen codierten Informationen ermöglicht wird;

Fig. 6 zeigt, wie der Computer Signale interpretiert, um eine weitere Datenverarbeitung und/oder mechanische Ope­ rationen zu steuern;

Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer alternativen Struktur eines Meßwandlers für Kapazi­ tätsmessungen; und

Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer anderen alternativen Struktur eines Meßwandlers für Kapazitätsmessungen.

Gemäß Fig. 1 wird ein Umschlag 10, der eine Einlage oder Beilage (Substrat) 11 enthält, auf der codierte Infor­ mationen aufgedruckt sind, in diesem Beispiel in der Form eines Strichcodes 12, zwischen einem Satz von Parallelplat­ tenkondensatoren (auch als Meßwandler bezeichnet) 13 bewegt, die mit einem Verstärker 14 verbunden sind, dessen Ausgangs­ signal durch einen Computer 47 ausgewertet oder untersucht wird. Der Strichcode 12 ist unter Verwendung einer leitfähi­ gen Tinte oder einer dielektrischen Tinte aufgedruckt. Wenn diese zwischen den Platten 13 des Meßwandlers hindurchbewegt wird, ändert sich die Kapazität.

In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird der Umschlag zwischen zwei parallelen Sätzen von Platten hindurchbewegt, wie in Fig. 2 dargestellt. Wenn zwischen Platten 20-21 und 22-23 des Meßwandlers 13 kein Umschlag vorhanden ist, hat die Kapazität den Wert C₀, und diese Ka­ pazität ist Teil einer im Verstärker 14 eingebauten Reso­ nanzschaltung, deren Frequenz durch geeignete Auswahl einer Induktivität L eingestellt wird. Wenn ein Umschlag 10 den Tastkopf (Meßwandler 13) passiert, ändert sich die Kapazität auf den Wert C₁. Eine weitere Änderung auf den Wert C₂ wird erfaßt, wenn die leitfähige oder dielektrische Tinte, die eine andere absolute Dielektrizitätskonstante aufweist als die Beilage oder Einlage 11 im Umschlag 10, zwischen den Platten 20-21 und 22-23 hindurchbewegt wird.

Die Einlagen 11, auf denen codierte Informationen auf­ gedruckt sind, bestehen vorzugsweise aus Papier, das ein Dielektrikum bildet. Es können jedoch auch andere nichtlei­ tende Materialien, einschließlich Harzfilme oder Textilmate­ rialien, als Substrate zum Halten leitfähiger Substanzen oder von Substanzen mit verschiedenen absoluten Dielektrizi­ tätskonstanten verwendet werden. Die zum Aufdrucken des Strichcodes 12 verwendete leitfähige Tinte kann sichtbar sein, um zusätzliche optisch lesbare Informationen auf den Einlagen 11 bereitzustellen, oder unsichtbar, um andere Funktionen auszuführen, wie beispielsweise mit der Wegver­ folgung oder Abtastung, der Buchhaltung oder der Sicherheit in Beziehung stehende Funktionen. Der Strichcode 12 kann auch für ähnliche Zwecke zwischen Einlagen 11 verdeckt sein. Ein Beispiel einer für diese Zwecke geeigneten leitfähigen Tinte wird in Hewlett-Packard-Tintenstrahldruckern, Modell­ nummer 870 CSE verwendet.

Im Blockdiagramm von Fig. 3 wird eine Oszillatorschal­ tung 32 verwendet, um eine feste Frequenz basierend auf ei­ ner modifizierten Colpitts-Kristallschaltung zu erzeugen. Durch eine Frequenzüberwachungseinrichtung 31 kann das In­ strument für Prüfzwecke überwacht werden, während außerdem die Frequenzstabilität verbessert wird.

Das Ausgangssignal des Oszillators 32 wird einem Puf­ ferverstärker 33 zugeführt, der ebenfalls Teil der Oszilla­ torschaltung 32 ist. Der Pufferverstärker 33 ist eine Span­ nungsquelle, die zusammen mit einer Impedanz 34 als konstan­ ter Wechselstromgenerator dient, der einem mit einer ge­ trennten Masse 35 verbundenen Resonatorquarz 35 mit hohem Q-Fak­ tor zugeführt wird. Der Quarz oder Kristall 35 ist so spezifiziert, daß er bei einer Frequenz f₂ arbeitet, die sich nur geringfügig von der Frequenz f₁ unterscheidet, bei der der Oszillator 32 arbeitet.

Durch den parallel zum Quarz oder Kristall 35 angeord­ neten Meßwandler 13 wird die durch den Stromgenerator (der aus dem Pufferverstärker 33 in Kombination mit der Impedanz 34 besteht) gebildete Impedanz modifiziert, wodurch eine va­ riable Spannung erzeugt wird, die die durch den Meßwandler erfaßte Kapazität darstellt.

Dieses modulierte Hochfrequenzsignal mit der Frequenz f₁ wird durch den Pufferverstärker 38 verstärkt, der auch verwendet wird, um den Resonatorquarz 35 mit hohem Q-Faktor von der Niedrigimpedanzseite einer für die Erfassung vorge­ sehenen Gleichrichtungsschaltung 39 zu trennen. Diese Schal­ tung 39 demoduliert die Signale, die durch den Pufferver­ stärker 38 als Ergebnis von Impedanzänderungen im Meßwandler 13 erzeugt werdend die auftreten, wenn die auf den in ver­ siegelten Umschlägen angeordneten Einlagen aufgedruckten In­ formationen am Meßwandler vorbeibewegt werden. In der Gleichrichtungsschaltung 39 wird für Stabilitätszwecke ein thermisches Kompensationsverfahren verwendet.

Das stromverstärkte Ausgangssignal der Gleichrichtungs­ schaltung 39 wird einem Pegelverschiebungsverstärker 40 zu­ geführt, der zusammen mit einem Rückkopplungsintegrator 41 ein Signal erzeugt, das zwangsweise auf einen Pegel einge­ stellt ist, der etwa demjenigen der getrennten Masse 36 ent­ spricht und den unerwünschten "Gleichtakt" kompensiert, durch den ansonsten die Endverstärkung in einem Spannungs­ verstärker 42 beeinflußt würde.

Der Rückkopplungsintegrator 41 dient als Hochpaßfilter und ermöglicht, daß sich schnell ändernde Signale, die am Meßwandler 13 durch die durchlaufenden codierten Informatio­ nen in den Umschlägen 10 erzeugt werdend durch Verstärker 40 und 42 auf einen für einen A/D-Wandler 43 erforderlichen Pe­ gel verstärkt werden. Sich langsamer ändernde Signale, z. B. durch Temperaturänderungen oder lokale Änderungen der abso­ luten Dielektrizitätskonstanten entlang der Länge der schnell durchlaufenden Umschläge 10 durch die Struktur des Umschlag oder des Einlagenmaterials erzeugte Signale, werden durch die Wirkung des Rückkopplungsintegrators 41 unter­ drückt oder gelöscht.

Weitere unerwünschte Signale, die eine Einrichtung durchlaufen können, die im wesentlichen ein Hochpaßfilter (Integrator 41) bildet, können durch eine geeignete Anfangs­ einstellung eines Schwellenpegels des Verstärkers 42 unter Verwendung einer Spannungsquelle 44 unterdrückt werden.

Ein zweites Eingangssignal für den A/D-Wandler 43 wird durch einen Amplituden-Zeitdauerumsetzer 45 erzeugt, der ei­ ne Impulsfolgendarstellung der am Meßwandler 13 erzeugten Signale erzeugt. Diese Signale weisen eine Amplitude auf, die beispielsweise eine Funktion der breite der Linien des Strichcodes 12 ist. Die Linien des Strichcodes 12 weisen verschiedene Breiten auf, und die durch den Meßwandler 13 erfaßte Impedanzänderung hängt von dieser Breite ab, die Än­ derungen der Plattenfläche des effektiven Kondensators ent­ spricht, der durch die leitfähigen oder dielektrischen Lini­ en des Strichcodes 12 gebildet wird, wenn diese den Meßwand­ ler 13 passieren.

Eine bipolare LED-Sichtanzeige 46 wird in Verbindung mit der Schwellenpegeleinstellungssteuerung der Spannungs­ quelle 44 verwendet, um Anfangszustände des Verstärkers 42 festzulegen. Die Sichtanzeige 46 zeigt einen Spannungsbe­ reich von negativen zu positiven Werten bezüglich einer bei Null zentrierten Referenzspannung an, die die getrennte Mas­ se 36 darstellt.

Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 43 wird einem Com­ puter 47 zugeführt, durch den die durch den Meßwandler 13 erzeugten Signale decodiert werden können. Diese Informatio­ nen vom Computer 47 können auch verwendet werden, um die Ge­ schwindigkeit zu steuern, mit der Umschläge über den Meß­ wandler 13 bewegt werden, und die gleichen Informationen können verwendet werden, um eine Rückkopplungsschleife und damit die Spannungsquelle 44 zu steuern und unerwünschte Si­ gnale zu entfernen, die beispielsweise durch akkumulierte statische Aufladungen erzeugt werden können.

In Fig. 4 dient eine Schaltung 50 als Puffer für die Frequenzüberwachungseinrichtung 31, die mit einer im Emitter eines Hauptoszillatortransistors 61 zwischengeschalteten Ka­ pazität 60 Teil der Oszillatorschaltung 32 bildet. In der Oszillatorschaltung 32 wird durch Verwendung eines Quarzes oder Kristalls 62 (f₃₁ = 4,93152 MHz) in Kombination mit ei­ nem Phasenschieber 63 eine hohe Frequenzstabilität (10^-7) er­ halten. Die kombinierte Wirkung aus der Kapazität 60 und der Kapazität der Basis-Kollektorstruktur des Transistors 61 und eines Elements 64 wird die Kapazität eines Elements 65 um einen Betrag erhöht, der ausreichend ist, um eine Oszillati­ on aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise dient der Pufferver­ stärker 33 als Puffer und Verstärker für ein über das Ele­ ment 65 der Oszillatorschaltung 32 abgegriffenes irreguläres Ausgangssignal.

Der Hochgeschwindigkeits-Pufferverstärker 33 dient als Emitterfolger, durch den ein leistungsstarkes Signal an die Reihenschaltung aus der Impedanz 34 und dem Kristall 35 übertragen wird, die eine Eigenresonanzfrequenz f₂ = 5,0000 MHz aufweist.

In der Oszillatorschaltung 32 wird aufgrund der Verwen­ dung zweier Puffer (50 und 64) mit ihren eigenen kapazitiven Wirkungen keine Einstellvorrichtung benötigt. Dadurch wird die Vorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen, In der im allgemeinen zahlreiche Trimmer und Abschirmungen angeordnet sind, nicht nur einfacher sondern auch wesentlich kleinformatiger.

Die Kombination aus der Impedanz 34 und dem Quarz oder Kristall 35 dient als Spannungsteiler. Die Impedanz 34 ist konstant, während diejenige des Kristalls 35 sich in Antwort auf die durch den Meßwandler erfaßte, sich ändernde Kapazi­ tät, die das gewünschte Signal darstellt, ändert.

Bei Abwesenheit einer Linie oder Aufzeichnung am Meß­ wandler, die die codierte Information trägt, wird die Kapa­ zität des Meßwandlers nur durch die absolute Dielektrizi­ tätskonstante des Papiers beeinflußt. Dadurch wird die höch­ ste Impedanz über den Kristall 35 erzeugt, d. h. basierend auf der Spannungsteilerwirkung der höchste über den Kristall 35 erzeugte Spannungspegel. Durch jegliche zusätzliche Kapa­ zität (wenn beispielsweise eine leitfähige oder dielektri­ sche Linie oder Aufzeichnung zwischen den Elektroden vorhan­ den ist, vergl. Fig. 2) wird die Impedanz, die durch die durch die Parallelschaltung aus dem Kristall 35 und dem Meßwandler 13 gebildete Resonanzschaltung erzeugt wird, re­ duziert. Es ist bekannt, daß in einer parallelen Resonanz­ schaltung die Resonanzfrequenz mit zunehmender Kapazität ab­ nimmt. Der Pufferverstärker 33 führt dem Spannungsteiler ein Signal mit konstanter Amplitude und Frequenz (f₃₁) zu, der dadurch gezwungen wird, bei dieser Frequenz (f₃₁) mit zu­ schwingen. Die durch den Kristall 35 erhaltene höchste Impe­ danz tritt bei f₂ auf, eine Frequenz, die in der vorliegen­ den Schaltung aufgrund des Vorhandenseins der durch den Meß­ wandler 13 gebildeten parallelen Kapazität nie vorkommt. D.h., daß der maximale Impedanzwert des Kristalls 35 niemals auftritt. Die Resonanzfrequenz nimmt durch jegliche weiteren Kapazitäten an der Meßwandlerseite noch weiter ab, wodurch die durch den Kristall 35 als Teil der Spannungsteilerschal­ tung, die aus der Impedanz 34 und dem Kristall 35 gebildet wird, dargestellte äquivalente Impedanz reduziert wird. Das erhaltene verkleinerte Signal wird durch den durch Ureingabe geladenen Pufferverstärker 38 verstärkt und der Gleichrichterschaltung 39 zugeführt.

Das durch den Meßwandler 13 erzeugte Signal (das glei­ che wie das über den Kristall 35 erzeugte Signal) nimmt für sehr kleine Kapazitätsänderungen von 10⁻² bis 10^-3 pF (Werte, die bei einer unabhängigen Messung unter Verwendung eines professionellen LCR-Referenzmeßgeräts für durch leitfähige Tinten aufgedruckte codierte Informationen erwartet werden) aufgrund des hohen Q-Faktors des Resonatorquarzes 35 und der hohen Impedanzen und der niedrigen Kapazitäten an beiden Seiten des Kristalls 35 scharf ab.

Nach der Gleichrichtungsschaltung 39 wird das Signal durch den Pegelverschiebungsverstärker 40 und den Rückkopp­ lungsintegrator 41 verarbeitet. Der Signalpegel am Emitter eines Transistors 67 ist in einem positiven Bereich und grö­ ßer als die getrennte Masse, wodurch ein unerwünschter "Gleichtakt" für einen Verstärker 69 erzeugt wird. Daher ist eine Rückkopplungsschleife vorgesehen, die aus einem Inte­ grator 70 und einem Transistor 5 besteht, durch die die Spannung am invertierenden Eingang des Verstärkers 69 so eingestellt wird, daß sie dem Pegel des nicht-invertierenden Eingangs des gleichen Verstärkers gleich ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 69 wird auf diese Weise zwangsweise auf den Pegel der getrennten Masse 36 ein­ gestellt, wobei berücksichtigt wird, daß der Integrator 70 selbst eine Nullspannung zwischen seinen Eingängen erzeugt. Die Zeitkonstante des Integrators 70, die durch das Produkt aus den Größen der Elemente 71 und 72 bestimmt ist, ist we­ sentlich größer als die erwartete Impulsdauer des am Meß­ wandler 13 erzeugten Signals, jedoch kürzer als der Zeitmaß­ stab der erwarteten Temperaturänderungen, durch die das Si­ gnal beeinflußt werden kann. Herkömmlich (US-Patent Nr. 5231359) wurde eine ähnliche Technik zum Modifizieren der Reaktanz bzw. des Blindwiderstands des Resonatorquarzes 35 durch Ändern einer parallel zum Resonator geschalteten Diode mit variabler Kapazität verwendet. Dabei werden viele zu­ sätzliche elektronische Schaltungselemente benötigt und wer­ den durch den Integrator 70 selbst an der Resonatorseite, auf der er einwirkt, verursachte Temperatureffekte nicht eliminiert. In der vorliegenden Schaltung werden alle akku­ mulierten Temperatureffekte an der Pegelverschiebungsein­ richtung unterdrückt, so daß das Leistungsvermögen bzw. die Funktion des Resonators nicht beeinflußt wird. Ein anderer Vorteil ist, daß der Verstärker 69 als realer Verstärker (hierin mit einem Verstärkungsgrad von 30) als erste Ver­ stärkerstufe verwendet werden kann.

Durch einen Schalter 74 in Verbindung mit einem Poten­ tiometer 76 wird eine Anfangskalibrierung ermöglicht, wenn die Integratorstufe abgekoppelt ist.

Die gemessenen Parameter für die Kristalle 62 und 35 zeigen an, daß bei einer Frequenz von 5 MHz bei parallel ge­ schalteten äquivalenten Kapazitäten von 3,335 bzw. 3,257 pF ein Gütefaktor von über 500 erhalten werden könnte. Aufgrund dieser Kapazitäten muß die am Meßwandler erzeugte, mehr kleine Kapazität (1 fF) erfaßt werden. Weil die Resonanzkur­ ven der Kristalle eine sehr hohe Selektivität oder Trenn­ schärfe aufweisen, kann das System anstatt im GHz-Bereich, in dem andere herkömmliche Systeme arbeiten und in dem all die unerwünschten Probleme auftreten, die durch einen Be­ trieb bei solch hohen Frequenzen verursacht werden (z. B. Ab­ schirmung, Interferenz, Reflexion usw.), im MHz-Fre­ quenzbereich betrieben werden.

Aufgrund der hohen Empfindlichkeit der Kristallschal­ tungen werden nur zwei Verstärkerstufen verwendet (Verstär­ ker 40 und 42). Der Verstärker 42 ist ein invertierender Verstärker, und sein Rückkopplungsnetz ist so eingestellt, daß am Meßwandler erfaßte Signale gefiltert werden. Durch die Einstellungssteuerung (Spannungsquelle) 44 wird der Schwellenpegel für die Signale eingestellt, die durch den A/D-Wandler 43 verarbeitet werden müssen.

Der Amplituden-Zeitdauerumsetzer 45 wandelt mit einem Abtast- und Haltekreis, der mit einem linearen Wobbelinte­ grator kombiniert ist, die Spitzenamplitude jedes Signalim­ pulses in eine Impulsfolge um, die aus Impulsen gleicher Am­ plitude besteht, wobei jedoch die Breiten der einzelnen Im­ pulse ihren Anfangsamplituden entsprechen. Weil die Anfangs­ amplituden die Breiten der Linien im Strichcode 12 darstel­ len, wird durch den Umsetzer 45 eine Sichtanzeige des ur­ sprünglichen Strichcodes ermöglicht, der auf einem durch ei­ nen Computer 47 gesteuerten Monitor (nicht dargestellt) dar­ gestellt werden kann.

Fig. 5 zeigt eine Verfeinerung des Meßwandlers 13, wo­ durch komplexere Strukturen als nur einfache Strichcodes ab­ gebildet und interpretiert werden können. Die Meßwandler­ platten 20-21 und 22-23 enden in flachen Abschnitten über und unter dem Umschlag 10. Eine permanente Kapazität zwi­ schen den glatten 20-21 bzw. 22-23 wird durch das Vorhanden­ sein der leitfähigen oder dielektrischen Tinte des Strich­ codes 12 auf der/den durch den Umschlag 10 umschlossenen Einlage(n) 12 modifiziert. Durch Anordnen einer Reihe sol­ cher Meßwandler 13, durch die die Breite eines die Meßwand­ lerreihe passierenden Umschlags abgedeckt wird, kann im Com­ puter 47 ein Bild des Umschlaginhalts erzeugt werden, indem die Bewegung dem Umschlags über die Meßwandler als Zeitbasis verwendet wird.

Fig. 6 zeigt eine Folge von Umschlägen 10, die durch einen herkömmlichen Umschlagtransportmechanismus, z. B. einen Bandantrieb 80, über den Meßwandler 13 bewegt werden. Die durch den Verstärker 14 verstärkten Signale werden dem Com­ puter 47 zugeführt und gemäß den Erfordernissen der besonde­ ren Verwendung geeignet interpretiert. Beispielsweise können durch herkömmliche Erkennungsprogramme Informationsmuster des Strichcodes 12 interpretiert werden. Der Computer 47 kann auch zum Überwachen der Geschwindigkeit verwendet wer­ den, mit der Umschläge 10 dem Meßwandler 13 zugeführt wer­ den, und diese Information kann verwendet werden, um die Ge­ schwindigkeit eines Antriebs 82 für das Transportband 80 zu verändern.

Basierend auf den vom Inhalt 83 der Umschläge 10 erfaß­ ten Informationen können verschiedenartige weitere Verarbei­ tungen ausgeführt werden. Beispielsweise können die Umschlä­ ge gemäß ihrem Inhalt 83 sortiert werden, können Aufträge bzw. Bestellungen oder Antworten erzeugt, Aufzeichnungen ak­ tualisiert oder Informationen verifiziert werden. Im In­ line-System von Fig. 6 wird ein herkömmlicher Drucker 81 gesteuert, um Informationen auf die Außenflächen (Außensei­ ten) der Umschläge aufzudrucken, die mit aber vom Inhalt 83 er Umschläge 10 erfaßten Informationen verknüpft sind. Bei­ spielsweise können Adressen aufgedruckt werden, um Adressen- oder andere Identifizierungsinformationen anzupassen, die vom Inhalt 83 der Umschläge erfaßt wurden.

Anstatt die Adresseninformationen auf die Außenflächen der Umschläge aufzudrucken, könnten im voraus aufgedruckte Adresseninformationen durch eine herkömmliche optische Lese­ einrichtung von den Außenflächen der Umschläge gelesen und mit den von ihrem Inhalt erfaßten Identifizierungsinforma­ tionen verglichen werden. Die Weiterverarbeitung der Um­ schläge kann unterbrochen werden, wenn erfaßt wird, daß die beiden Adressen nicht übereinstimmen, und die Nichtüberein­ stimmung kann korrigiert werden.

Obwohl die im Inhalt 83 der Umschläge codierten Infor­ mationen vorzugsweise einen herkömmlichen Strichcode dar­ stellen, könnten auch andere in alphanumerischen Zeichen in­ terpretierbare herkömmliche Symbole verwendet werden, um die Weiterverarbeitung der Umschläge 10 zu unterstützen. Es könnten auch eindeutige selbstdefinierende Symbole verwendet werden.

Die übrigen zwei Figuren zeigen andere Anordnungen des Meßwandlers 13. In Fig. 7 sind die Platten des Meßwandlers 13 parallel zueinander angeordnet und normal zur Trans­ portrichtung der Umschläge 10 ausgerichtet. In Fig. 8 sind die Platten des Meßwandlers 13 stirnseitig zueinander ange­ ordnet und normal zur Transportrichtung der Umschläge 10 ausgerichtet. Die letztgenannte Anordnung ist zum Messen li­ nearer Strichcodemuster bevorzugt, obwohl die Auflösung mög­ licherweise geringer ist.

Außerdem sind die Meßwandler 13 bei beiden Anordnungen vorzugsweise in einem abgeschirmten Gehäuse (nicht darge­ stellt) mit einer oder mehreren Erdungen entweder über oder hinter den Umschlägen angeordnet. Außerdem kann an gegenüber­ liegenden Seiten des Umschlags 10 eine Erdungsplatte (nicht dargestellt) angeordnet sein, was eine Variation eines Prin­ zips darstellt, das in berührungsfreien Meßvorrichtungen für Kapazitätsänderungen verwendet wird, wie beispielsweise bei einer E-H-Einheit eines Micro-Epsilon Systems. Außerdem kann ein Faradayscher Käfig bzw. ein Faradaybecher (ebenfalls nicht dargestellt) als Schutz gegen Streustrahlung gegen­ überliegend dem Meßwandler angeordnet sein.

Die Platten des Meßwandlers 13 können durch eine Tech­ nologie zum Herstellen gedruckter Schaltungen gebildet wer­ den, wobei eine leitfähige Fläche mit Ausnahme eines Be­ reichs weggeätzt wird, wo die Platten ausgebildet werden. Die gedruckte Schaltung (nicht dargestellt) kann zwischen benachbarten Platten ausgeschnitten oder gebohrt werden, um einen lokalisierten Luftspalt zu bilden.

Außer der Verarbeitung von Umschlägen mit verdecktem Inhalt, kann die Erfindung auch zum Lesen von anderweitig verborgenen oder verdeckten Informationen verwendet werden, wie beispielsweise von Informationen in Verpackungen oder hinter Etiketten. Beispielsweise könnte leitfähige Tinte verwendet werden, um Anweisungs- oder Identifizierungsinfor­ mationen zwischen Etikettenlagen oder anderen Laminaten auf­ zudrucken, um weitere Operationen für die Etiketten oder mit den Etiketten zu steuern.

Claims (32)

1. Verfahren zum Lesen von Informationen, die auf einem Substrat codiert und hinter einer Abdeckung verdeckt sind, mit den Schritten:
Aufdrucken der codierten Informationen unter Ver­ wendung einer elektrisch leitfähigen Tinte in einem Mu­ ster auf das Substrat;
Vorbeibewegen des codierten Substrats und der Ab­ deckung an einem Kapazitätssensor mit einer Geschwin­ digkeit, gemäß der aufeinanderfolgende Abschnitte des Musters an Punkten etwa gleichen Abstands zum Kapazi­ tätssensor gemessen werden können;
Erfassen von dem Muster der leitfähigen Tinte zu­ geordneten Kapazitätsänderungen als Funktion einer re­ lativen Position des Kapazitätssensors entlang des ab­ gedeckten Substrats; und
Anpassen der erfaßten Kapazitätsänderungen an ge­ speicherte Informationen über ähnliche Muster zum Lesen der codierten Informationen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die codierten Informa­ tionen in Form eines Strichcodes aufgedruckt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die elektrisch leitfä­ hige Tinte keine leicht erkennbare Änderung des Sub­ strats erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Kapazi­ tätssensor nebeneinander angeordnete Platten aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei das Sub­ strat im wesentlichen aus einem dielektrischen Material besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat eine ebene Oberfläche aufweist und die codier­ ten Informationen vollständig auf der ebenen Oberfläche aufgedruckt sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die codierten Informationen auf dem Substrat in Mustern aufgedruckt sind, die alphanumerische Zeichen darstel­ len.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schritt zum Erfassen von Kapazitätsänderungen das Über­ wachen einer entsprechenden Impedanzänderung in einer Abtastschaltung des Kapazitätssensors aufweist.

9. Verfahren zum Verarbeiten einer Folge von Umschlägen mit in ihrem Inhalt codierten Verarbeitungsinformatio­ nen, mit den Schritten:
Vorbeibewegen der Folge von Umschlägen zusammen mit ihrem codierten Inhalt an einem Kapazitätssensor;
Messen von Kapazitätsänderungen, die Mustern der Verarbeitungsinformationen zugeordnet sind, die als Kontrast absoluter Dielektrizitätskonstanten zwischen den Mustern und einer Substratunterlage aufgezeichnet sind;
Entziffern der Muster in erkannte Informationsein­ heiten; und
Unterscheiden einer nachfolgenden Verarbeitung der einzelnen Umschläge auf der Basis der von ihrem Inhalt erhaltenen Verarbeitungsinformationen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Unterscheidungs­ schritt das Sortieren der Umschläge gemäß der von ihrem Inhalt erhaltenen Verarbeitungsinformationen aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei durch die Ver­ arbeitungsinformationen vorgesehene Adressaten der Um­ schläge identifiziert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, mit den weiteren Schritten zum Lesen von auf einer Außenseite der Umschläge aufge­ druckten Adresseninformationen und Vergleichen der Adresseninformationen von den Umschlägen mit den von ihrem Inhalt erhaltenen vorgesehenen Adressaten, um festzustellen, ob diese übereinstimmen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Unterscheidungs­ schritt das Unterbrechen einer weiteren Verarbeitung der Umschläge aufweist, wenn festgestellt wird, daß die Adresseninformation von den Umschlägen nicht mit den von ihrem Inhalt erhaltenen vorgesehenen Adressaten übereinstimmen.

14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei der Un­ terscheidungsschritt das Aufdrucken von Adresseninfor­ mationen auf die Außenseiten der Umschläge gemäß den von ihrem Inhalt enthaltenen vorgesehenen Adressaten aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Unterscheidungsschritt das Erzeugen einer Antwort gemäß den vom Inhalt der Umschläge erhaltenen Verarbeitungs­ informationen aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Verarbeitungsinformationen unter Verwendung einer elek­ trisch leitfähigen Tinte aufgezeichnet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, mit dem weiteren Schritt zum Aufdrucken der Verarbeitungsinformationen unter Verwendung der elektrisch leitfähigen Tinte in einem Muster auf das Substrat.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei die aufgezeichneten Verarbeitungsinformationsmuster als Strichcode aufgezeichnet werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, wobei der Entzifferungsschritt das Umwandeln der Verarbeitungsin­ formationsmuster in entsprechende alphanumerische Zei­ chen aufweist.

20. System zum erfassen von auf einer Folge abgedeckter Substrate aufgedruckten verborgenen Informationen, mit:
einer Transporteinrichtung zum Transportieren ei­ ner Folge abgedeckter Substrate, die mit leitfähiger Tinte in Mustern bedruckt sind, die durch eine Abdeckung verdeckte codierte Informationen darstellen;
einer Kapazitätsmeßvorrichtung, durch die die Fol­ ge abgedeckter Substrate bewegt wird, und die auf den Mustern der leitfähigen Tinte entsprechende Kapazitäts­ änderungen als Funktion einer Position der abgedeckten Substrate in der Kapazitätsmeßvorrichtung empfindlich ist;
einer Verarbeitungseinrichtung, die die gemessenen Kapazitätsänderungen an gespeicherte Informationen über ähnliche Muster anpaßt, um die codierten Informationen zu lesen; und
einer Sortiereinrichtung, die nachfolgende Verar­ beitungen der abgedeckten Substrate basierend auf den auf die Substrate aufgedruckten und durch die Abdeckung verdeckten codierten Informationen unterscheidet.

21. System nach Anspruch 20, wobei die abgedeckten Substra­ te Einlagen aufweisen, die mit der leitfähigen Tinte bedruckt und in Umschlägen angeordnet sind, die die co­ dierten Informationen verdecken.

22. System nach Anspruch 21, ferner mit einer optischen Le­ seeinrichtung zum Lesen von auf der Außenseite der Um­ schläge aufgedruckten Informationen.

23. System nach Anspruch 22, wobei die Verarbeitungsein­ richtung von der Außenseite der Umschläge gelesene In­ formationen mit den von den Einlagen gelesenen codier­ ten Informationen vergleicht und außerdem die Operation der Sortiereinrichtung basierend auf den Vergleichser­ gebnissen steuert.

24. System nach Anspruch 21, 22 oder 23, ferner mit einem Drucker zum Aufdrucken von Adresseninformationen auf Außenseiten der Umschläge.

25. System nach Anspruch 24, wobei die durch die Verarbei­ tungseinrichtung gelesenen codierten Informationen In­ formationen über vorgesehene Adressaten der Umschläge aufweisen, und die Verarbeitungseinrichtung außerdem den Drucker steuert, um entsprechende Adresseninforma­ tionen auf die Umschläge zu drucken.

26. System nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei die Kapazitätsmeßvorrichtung ein in der Nähe einer Seite der abgedeckten Substrate angeordnetes Plattenpaar auf­ weist.

27. System nach Anspruch 26, wobei die Platten parallel an­ geordnet sind und normal zu einer Richtung ausgerichtet sind, in der die abgedeckten Substrate über die glatten beibewegt werden.

28. System nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Platten stirnseitig zueinander angeordnet sind und normal zu einer Richtung ausgerichtet sind, n der die abgedeck­ ten Substrate über die Platten bewegt werden.

29. System nach Anspruch 26, 27 oder 28, wobei die codier­ ten Informationen in Form eines Strichcodes aufgedruckt sind und die Platten mit dem Strichcode ausgerichtet sind.

30. System nach Anspruch 26, 27, 28 oder 29, wobei die Ka­ pazität durch eine Impedanzänderung erfaßt wird, die in einer Abtastschaltung der Kapazitätsmeßvorrichtung er­ zeugt wird.

31. System nach einem der Ansprüche 20 bis 30, wobei die leitfähige Tinte auf den abgedeckten Substraten als Strichcodemuster aufgedruckt ist.

32. System nach Anspruch 31, wobei die Verarbeitungsein­ richtung die gemessenen Kapazitätsänderungen an bekann­ te Strichcodemuster anpaßt, um die codierten Informa­ tionen zu lesen.