DE60008107T2

DE60008107T2 - Identifizierungsmarkierung

Info

Publication number: DE60008107T2
Application number: DE60008107T
Authority: DE
Inventors: Ian Chelmsford FORSTER
Original assignee: Marconi UK Intellectual Property Ltd
Current assignee: Mineral Lassen LLC
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: DK1190380T3; KR100649284B1; GB2352936A; KR20020013557A; JP2003500964A; ES2215656T3; DE60008107D1; GB2352936B; WO2000072255A1; US6744367B1; AU781037B2; EP1190380A1; JP4565085B2; ATE259084T1; GB9911878D0; CA2371590A1; CN1364278A; EP1190380B1; AU4598500A; GB0011711D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Identifizierungsmarkierung, insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Identifizierungsmarkierung, die auf eine Abfrage reagiert, die Hochfrequenzstrahlung verwendet.
Die Identifizierungsmarkierungen haben in der Regel eine Größe von ein paar Zentimeter und werden für eine Anzahl von Anwendungen wie beispielsweise persönliche tragbare Markierungen und Antidiebstahlmarkierungen verwendet. Solche Antidiebstahlmarkierungen sind oft so gestaltet, daß sie von Hochfrequenzstrahlung wie beispielsweise von Hochfrequenzstrahlung, die eine Frequenz von mehreren hundert Kilohertz hat, abgefragt werden; die Markierungen werden im allgemeinen an Handelswaren in Verkaufsräumen angebracht, so daß die unautorisierte Passage der Markierungen an einem zugehörigen Abfragegerät vorbei einen Alarm auslöst.
Persönliche tragbare Markierungen werden oft von autorisiertem Personal getragen und werden verwendet, um einen beschränkten Zugang zu Einrichtungen wie beispielsweise Maschinen und Gebäuden zu gewähren. Die persönlichen Markierungen sind häufig als Magnetkarten ausgestaltet, die abgefragt werden, indem man sie physisch an Magnetsensoren vorbeizieht.
Antidiebstahlmarkierungen sind in einem Britischen Patent Nr. GB 2306080A beschrieben, in dem die Markierungen Feldeffekttransistor(FET)-Technologie zum Mischen der Abfragestrahlung mit Frequenzen von f₁ und f₂ verwenden und dadurch entsprechende gemischte Strahlung mit Frequenzen von f₁ +/– f₂ zur Verwendung bei der Erfassung des Vorhandenseins der Markierungen erzeugen.
Außerdem offenbart eine Europäische Patentanmeldung Nr. EP 0 142 380 A2 Markierungen für die Verwendung in Überwachungssystemen. Die Markierungen weisen jeweils eine passive verteilte Resonanzschaltung mit induktiven und kapazitiven Elementen auf, die zwei elektrische Resonanzen aufweisen, wobei die Resonanzen erfaßbar sind, um das Vorhandensein der Markierungen zu bestimmen.
Außerdem wird eine Identifizierungseinrichtung in einem amerikanischen Patent Nr. US 5 734 332 beschrieben. Die Einrichtung umfaßt einen nicht aktiven Codeträger, beispielsweise eine Komponente für eine stehende akustische Welle, einen Frequenzmischabschnitt und einen doppelten Antenneneingang. Die Einrichtung ist betreibbar, um Abfragestrahlung mit zwei unterschiedlichen Frequenzen zu empfangen und zwei entsprechende empfangene Signal zu erzeugen. Die Signale werden in dem Frequenzmischabschnitt gemischt, um ein Zwischensignal zu erzeugen, das eine Frequenz hat, die einem Frequenzunterschied zwischen den empfangenen Signalen entspricht. Das Zwischensignal ist mit der akustischen Welleneinrichtung gekoppelt, die eine kodierte Modulation auf das Zwischensignal anwendet. Das modulierte Zwischensignal wird dann mit den empfangenen Signalen rekombiniert, um ein zusammengesetztes Signal für das Aussenden von der Einrichtung zu erzeugen. Die ausgesendete Strahlung entspricht dem zusammengesetzten Signal, das von dem Gerät erfaßt wird, welches die Einrichtung abfragt, wodurch das Vorhandensein und die Identität der Einrichtung erkannt wird.
Gewöhnliche Identifizierungsmarkierungen weisen eines oder mehrere der folgenden Probleme auf:

(a) sie erzeugen keine ausreichend einmalige Antwort für gewisse Anwendungen; dies kann dazu führen, daß nicht autorisiertes Personal Zugang zu Gebäuden und Maschinen erhält;
(b) für Antidiebstahlanwendungen wird das Abfragegerät, das zu den Markierungen gehört, fälschlich von Gegenständen ausgelöst, die eine ähnliche Antwort wie die Markierungen erzeugen; und
(c) manchmal ist es schwierig, lediglich die Markierungen zu identifizieren, die dafür eingerichtet sind, um von kontaktlosen Abfrageverfahren abgefragt zu werden, wie beispielsweise unter Verwendung von Hochfrequenzstrahlung; und
(d) es ist nicht einfach, die Identifizierungscodes, die auf den Markierungen aufgezeichnet sind zu verändern, wenn beispielsweise die Identifizierungsmarkierungen an Handelswaren angebracht werden, wenn diese ihre Herstellungsverfahren durchlaufen, wobei die Markierungen für die Aufzeichnung der vollständigen Herstellungsverfahren, die auf die Waren angewendet werden, oder zur Qualitätskontrolle verwendet werden.

Es ist somit ein Problem, für jede Karte eine zugehörige einmalige Signatur zu schaffen, während sie gleichzeitig durch kontaktlose Abfrageverfahren abgefragt werden kann und fälschungssicher ist. Das US-Patent Nr. 6 060 815 offenbart ein piezo-elektrisches Substrat, das betreibbar ist, um Hochfrequenzabfragepulse zu empfangen, die einem Informationscode entsprechen, der den Transponder identifiziert, um akustische Strahlung zu erzeugen und die Pulse in ein elektrisches Signal zurückzuwandeln und es einer Antenne zum Aussenden modulierter Strahlung zuzuführen. Jedoch sind die Antennen von der Einrichtung zum Modulieren des empfangenen Signals getrennt.
Deshalb wird erfindungsgemäß Identifizierungsmarkierung geschaffen mit:

(a) einer Transpondereinrichtung zum Empfang von Abfragestrahlung und zum Aussenden modulierter Strahlung als Antwort; und
(b) einer Modulationseinrichtung zum Modulieren der empfangenen Abfragestrahlung auf eine Art, die kennzeichnend für die Identität der Markierung ist, um die modulierte Strahlung zu erzeugen,

Der Vorteil liegt darin, daß dies eine potentiell billige und kompakte Art ist, um eine Koppelvorrichtung und erste und zweite Vorrichtungen zu implementieren. Für viele An wendungen von Identifizierungsmarkierungen sind eine kleine Markierungsgröße und niedrige Markierungskosten wichtige Kriterien. Die Erfindung hat auch zumindest einen der folgenden Vorteile:

(a) die Markierung kann zuverlässig auf eine Art identifiziert werden, für welche modulierte Strahlung moduliert wird; und
(b) die Identifikationsmerkmale der Markierung können verändert werden, indem die erste Vorrichtung verändert wird.

Akustische Strahlung wird als mechanische Schwingungsstrahlung definiert, die sich entlang eines Mediums fortpflanzt.
Vorteilhafterweise kann die Schicht aus Polyvinyldifloridwerkstoff (PVDF) bestehen, welcher den Vorteil hat, mechanisch robust zu sein.
Im allgemeinen kann die Markierung so betrieben werden, daß sie von Hochfrequenzstrahlung in einem Frequenzbereich von ungefähr 50 MHz bis 3 GHz abgefragt wird.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann die erste Vorrichtung einen kreisförmigen Elektrodenbereich und die zweite Vorrichtung eine Rahmenantenne aufweisen. Gewöhnlich liegt die erste Vorrichtung räumlich innerhalb der zweiten Vorrichtung. Daraus ergibt sich vorteilhafterweise eine potentiell kompakte Anordnung zum Empfangen der Abfragestrahlung und Aussenden der modulierten Strahlung.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann die erste Vorrichtung mehrere elektrisch miteinander verbundene und radial angeordnete längliche leitfähige Segmentspuren aufweisen, wobei jede Spur betreibbar ist, um als akustischer Resonator zu wirken, der eine zugehörige modale Schwingungsantwort hat und um die erste Komponente mit der modalen Antwort zu modulieren, die einer Segmentspur entspricht, die durch akustische Schwingungen zur Resonanz angeregt wird, wodurch die Markierung mit einem Signaturcode versehen wird, mit dem die modulierte Strahlung moduliert ist. Vorteilhafterweise führt dies dazu, daß die modulierte Strahlung durch eine komplexe Signatur moduliert werden kann, durch welche die Markierung zuverlässiger identifiziert werden kann.
In einer dritten Ausführungsform kann die erste Vorrichtung eine Starterelektrode aufweisen, die mit der zweiten Vorrichtung verbunden ist, wobei eine parallel geschaltete akustische Oberflächenwellenvorrichtung und eine Dipolantenne mit der parallel geschalteten Vorrichtung verbunden sind, wobei die Starterelektrode betreibbar ist, um das zweite Signal auf sich einwirken zu lassen, um akustische Oberflächenwellen zu erzeugen, wobei die parallel geschaltete Vorrichtung betreibbar ist, um die Wellen zu empfangen, die ihre elektrischen Merkmale modulieren, und wobei die Dipolantenne betreibbar ist, um die erste Komponente zu empfangen und das erste Signal zu erzeugen, welches die parallel geschaltete Vorrichtung zu modulieren veranlaßt ist, um die modulierten Strahlen bereitzustellen. Vorteilhafterweise führt dies dazu, daß die parallel geschaltete Vorrichtung, die modulierte Strahlung mit einem Signaturcode modulieren kann, wobei der Signaturcode durch die Art bestimmt wird, auf die sich akustische Oberflächenwellen durch die parallel geschaltete Vorrichtung fortpflanzen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Bezugnahme auf die folgenden Diagramme beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung einer generischen Identifizierungsmarkierung gemäß der Erfindung ist;
2 eine Darstellung einer Identifizierungsmarkierung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
3 eine Darstellung einer Identifizierungsmarkierung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist; und
4 eine Darstellung einer Identifizierungsmarkierung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist.
Mit Bezugnahme auf 1 ist eine Identifizierungsmarkierung gezeigt, die mit 100 bezeichnet ist. Die Markierung 100 weist eine Stützvorrichtung auf, die geeigneterweise aus einem Kunststoff besteht und die Form einer kleinen rechteckigen Karte hat, die physikalische Abmessungen von 85 mm Länge, 54 mm Breite und ungefähr 1 mm Dicke hat. Die Markierung 100 weist eine erste Vorrichtung 110 zum Empfangen von Strahlung und eine zweite Vorrichtung 120 sowohl zum Empfangen als auch zum Aussenden von Strahlung auf. Die Markierung 100 weist auch eine Filtervorrichtung 122 auf, die einen Eingang T1, der mit der ersten Vorrichtung 110 gekoppelt ist, und einen Eingang T2 hat, der mit einem Eingang J1 einer Konvertervorrichtung 130 gekoppelt ist. Die Vorrichtung 130 umfaßt einen Eingang J2, der mit einem Eingang P1 einer Kodierer-Modulator-Vorrichtung 140 gekoppelt ist. Die Kodiererstruktur 140 weist einen zweiten Anschluß P2 auf, der mit der zweiten Vorrichtung 120 verbunden ist.
Die Vorrichtungen 110 bis 140 werden in oder auf der Markierung 100 hergestellt.
Die Betriebsweise der Markierung 100 wird nun mit Bezugnahme auf 1 beschrieben werden. Ein Abfragegerät (nicht gezeigt) sendet Abfragestrahlung 200 zu der Markierung 100 aus. Die Strahlung 200 weist eine erste und eine zweite Strahlungskomponente auf, die Frequenzen f₁ bzw. f₂ haben, wobei f₁ beträchtlich kleiner als f₂ ist; beispielsweise f₁ = 13,56 MHz und f₂ = 2,45 GHz. Die erste und die zweite Komponente sind kontinuierliche Strahlungswellen. Vorteilhafterweise kann die Erfindung ebenfalls angewandt werden, wenn die Komponenten moduliert werden. Die erste Vorrichtung 110 empfängt die Strahlung 200 und wandelt sie um, um ein entsprechendes Signal S_L zu erzeugen, welches die Signalkomponenten S_L1 und S_L2 aufweist, die der ersten bzw. der zweiten Strahlungskomponente entsprechen. Das Signal S_L pflanzt sich von der Vorrichtung 110 zu der Filtervorrichtung 122 fort, wo die Komponente S_L2 durch Filtern entfernt wird, und die Komponente S_L1 pflanzt sich zu dem Ausgang T2 fort, von wo sie sich zu dem Eingang J1 fortpflanzt.
Die Konvertervorrichtung 130 wandelt die Komponente S_L1 in entsprechende akustische Strahlung durch piezo-elektrisches Koppeln um, die sich zu der Kodierervorrichtung 140 fortpflanzt. Die zweite Vorrichtung 120 empfängt die Abfragestrahlung 200 auch und wandelt sie in ein entsprechendes empfangenes Signal S_L um, das hauptsächlich die Komponente S_L2 und einen kleinen Rest der Komponente S_L1 wegen der Übertragungsmerkmale aufweist, die für die zweite Vorrichtung 120 kennzeichnend sind. Die Komponente S_L2 pflanzt sich von der zweiten Vorrichtung 120 zu der Kodierervorrichtung 140 fort, wo sie durch die Komponente S_L1 moduliert wird, die mit der Kodierervorrichtung 140 von der Konvertervorrichtung 130 gekoppelt ist; dies erzeugt ein moduliertes Signal S_m in der Kodierervorrichtung 140, das zu der zweiten Vorrichtung 120 zurückläuft, wo es als ausgesendete Strahlung 210 ausgesendet wird, die daraufhin bei dem Abfragegerät (nicht gezeigt) empfangen wird. Das Gerät identifiziert das Vorhandensein der Markierung 100 mit Hilfe der Modulation, die von der Markierung 100 auf die Signalkomponente S_L2 angewandt worden wäre.
Wie für die Ausführungsformen der Erfindung, die in 2, 3 und 4 gezeigt sind, beschrieben werden wird, kann die Kodierervorrichtung 140 eine spezifische Art der Antwort erzeugen, die für die Markierung 100 einmalig ist. Außerdem kann die Art der Antwort für die Markierung 100 mit Hilfe einer Anzahl unterschiedlicher Verfahren angepaßt werden. Weil die Markierung 100 die Signalkomponente S_L1 von einem elektrischen Signal zu einer entsprechenden akustischen Strahlung bei der Konvertervorrichtung 130 umwandelt, kann die Markierung 100 als „Markierung für mehrere Technologien" angesehen werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beschrieben, wobei die Vorrichtungen 110 bis 140, auf die oben Bezug genommen wurde, auf unterschiedliche Arten ausgeführt sind.
Mit Bezugnahme auf 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt; nämlich eine Markierung, die mit 300 bezeichnet ist, Es ist auch eine Querschnittsansicht gezeigt, die mit 310 bezeichnet ist; die Ansicht 310 ist ein Querschnitt entlang einer Linie A-A' auf der Markierung 300.
Die Markierung 300 umfaßt eine Anordnung mit mehrere Schichten, die in Folge eine Metallunterlageschicht 320, eine dicke Kunststoffschicht 330, eine piezo-elektrische Schicht 340 und eine leitende Elektrodenschicht, die mit 350 bezeichnet ist, aufweist. Die Markierung 300 hat die Form einer rechteckigen Karte, die eine Länge von 85 mm, eine Weite von 54 mm und eine Dicke von ungefähr 1 mm in Richtung der Pfeile 360, 370 bzw. 380 hat. Die Pfeile 360, 370 gehören zu der Markierung, die mit 300 bezeichnet ist, und der Pfeil 380 gehört zu der Ansicht 310. Die Metallunterlageschicht 320 dient als eine Bodenplatte und besteht aus Aluminiummetall; sie ist zwischen 50 μm und 150 μm dick. Die piezo-elektrische Schicht 340 ist zwischen 100 μm und 250 μm dick und besteht aus einem piezo-elektrischen Polymerwerkstoff wie etwa Polyvinyldifluorid (PVDF). Die Strukturschicht 330 besteht aus einem Polymer wie Polyvinylchlorid (PVC) und ist zwischen 500 μm und 800 μm dick. In einem mittleren Bereich der Markierung 300 weist die Schicht 330 einen Hohlraum 390 auf, der einen Zwischenraum innerhalb der Markierung 300 bildet. Die obere und die untere Wand des Zwischenraums bestehen aus den Schichten 340 bzw. 320. Der Hohlraum 390 ist kreisförmig, hat einen Durchmesser von 20 mm bis 30 mm und ist so angeordnet, daß er an der kreisförmigen Elektrodenvorrichtung 400 ausgerichtet ist, die in der Elektrodenschicht 350 ausgebildet ist. Die kreisförmige Vorrichtung 400 hat einen ähnlichen Durchmesser wie der Hohlraum 390.
Die Elektrodenschicht 350 weist auch eine Spiralantennenvorrichtung auf, die mit 410 bezeichnet ist und von einer einzigen Spur 420 gebildet wird, die eine Breite von 1 mm hat und 3½ konzentrische Windungen aufweist. Ein erstes Ende der Spur 420 endet an einer Kante der Markierung 300, und deren zweites Ende endet, indem es mit der kreisförmigen Vorrichtung 400 verbunden ist. Die Elektrodenschicht 350 ist zwischen 1 μm und 50 μm dick. Die Antennevorrichtung hat eine Begrenzung in Form einer quadratischen Begrenzung mit Seitenlängen von ungefähr 40 mm.
Die Vorrichtungen 400, 410 werden in der Elektrodenschicht 350 mit Hilfe eines oder mehrerer lithographischer Verfahren, selektiver Ätzverfahren und mit Hilfe des Durchführens von Tintensiebdruckverfahren ausgebildet.
Die Betriebsweise der Markierung 300 wird nun mit Bezugnahme auf 2 beschrieben werden. Ein Abfragegerät (nicht gezeigt) sendet Abfragestrahlung aus, die eine erste Strahlungskomponente mit 13,5 MHz und eine zweite Strahlungskom ponente mit 2,45 GHz aufweist. Die Markierung 300 empfängt die Abfragestrahlung bei der Antennenvorrichtung 410 und auch bei der kreisförmigen Elektrodenvorrichtung 400.
Die Antennenvorrichtung 410 dient sowohl als Antenne zum Empfangen der Strahlung als auch als eine induktive Impedanz, die zusammen mit einem Kondensator, der von der Vorrichtung 400 und der Unterlageschicht 320 über dem Hohlraum 390 gebildet wird, eine abstimmbare Schaltung bildet. Die abgestimmt Schaltung ist auf im wesentlichen 13,56 MHz abgestimmt, wobei sie mit der ersten Strahlungskomponente koppelt, die bei der Vorrichtung 410 der kreisförmigen Vorrichtung 400 empfangen wird, um ein fluktuierendes elektrisches Feld mit 13,5 MHz über die piezo-elektrische Schicht 340 und den Hohlraum 390 zu erzeugen. Das elektrische Feld führt zur Stimulierung der akustischen Schwingung innerhalb der Schicht 340 aufgrund ihrer piezo-elektrischen Eigenschaften. Die akustischen Schwingungen modulieren die physikalischen Abmessungen der kreisförmigen Vorrichtung 400, die sich aufgrund des Hohlraums 390 biegen und strecken kann, der es der Schicht 340 erlaubt, in der Nähe des Hohlraums 390 nachgiebig zu sein.
Die kreisförmige Vorrichtung 400 empfängt die Abfragestrahlung und ist aufgrund ihrer physikalischen Größe hauptsächlich für die zweite Strahlungskomponente mit 2,45 GHz empfänglich. Die Vorrichtung 400 reflektiert die zweite Komponente, obwohl ihre Reflexion von akustischen Schwingungen moduliert wird, welche die Abmessungen periodisch ändern.
Die Vorrichtung 400 empfängt somit die zweite Strahlungskomponente und reflektiert sie in modulierter Form als reflektierte Strahlung. Diese reflektierte Strahlung umfaßt eine Trägerkomponente mit 2,45 GHz zusammen mit Seitenbandkomponenten mit hauptsächlich (2,45 GHz + 13,56 MHz) und (2,45 GHz – 13,56 MHz). Das Abfragegerät empfängt die re flektierte Strahlung und bestimmt, ob sich die Markierung 300 innerhalb seines Erfassungsbereichs befindet oder nicht, abhängig davon, ob es die Seitenbandkomponenten mit ausreichender Amplitude empfängt, die einen Schwellwert überschreitet, der in dem Gerät voreingestellt ist.
Die Antennenvorrichtung 410 kann weniger oder mehr als 3½ Windungen aufweisen, wodurch jede Markierung 300 eine einmalige akustische Vibrationssignaturfrequenz erhält, auf die sie am ehesten anspricht. Alternativ kann die Dicke der Schicht 330 oder die Fläche der Vorrichtung 400 verändert werden, um die Abstimmung zu beeinflussen, wodurch eine einmalige Signaturfrequenz geschaffen wird; beispielsweise kann die Fläche der Vorrichtung 400 mit Hilfe von Laser-Schneidtechniken zugeschnitten werden.
Da das Abfragegerät eine spezifische Antwort auf seine Abfragestrahlung erwartet, wenn es die Markierung 300 abfragt, nämlich die Erzeugung von zwei Seitenbandkomponenten, wird das Gerät nicht einfach von unerwünschter Umgebungsstrahlung oder allgemeiner Reflexion von passiv leitenden Gegenständen wie beispielsweise Münzen oder Schlüssel ausgelöst werden; dies sorgt für eine erhöhte Zuverlässigkeit der Erfassung der spezifischen Markierung. Wenige, wenn überhaupt irgendwelche einfachen metallischen Teile können Seitenbandkomponenten erzeugen, die spezifisch auf empfangene Abfragestrahlung ansprechen, die Strahlungskomponenten bei 13,45 MHz und 2,54 GHz aufweist. Diese erhöhte Zuverlässigkeit ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Markierung 300 als elektronischer Zugangsschlüssel in sicherheitsempfindlichen Bereichen eingesetzt wird, in denen unautorisierter Zugang vermieden werden muß.
Aus dem Vergleich der Markierung 300 mit der Markierung 100 ergibt sich:

(a) Die Antennenvorrichtung 410 entspricht der ersten Vorrichtung 110;
(b) Die kreisförmige Vorrichtung 400 entspricht der zweiten Vorrichtung 120;
(c) Eine Kombination der Antennenvorrichtung 410 und des Kondensators, der zwischen der kreisförmigen Vorrichtung 400 und der Unterlageschicht 320 auftritt, wodurch eine auf 13,45 MHz abgestimmte Filterschaltung geschaffen wird, entspricht der Filtervorrichtung 122;
(d) Die Schicht 340 in der Nähe des Hohlraums 390, wo sich die Schicht 340 biegen und dadurch elektrische Signale in akustische Schwingungen umwandeln kann, entspricht der Konvertervorrichtung 130; und
(e) die kreisförmige Vorrichtung 400, die Reflexionseigenschaften aufweist, die durch akustische Schwingungen in der Schicht 340 veränderlich sind, entspricht der Kodierervorrichtung 140.

Mit Bezugnahme auf 3 ist eine Identifizierungsmarkierung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt; die Markierung wird mit 500 bezeichnet. Die Markierung 500 ist mit der Markierung 300 identisch, abgesehen davon, daß die kreisförmige Vorrichtung 400 durch eine radiale Elektrodenvorrichtung ersetzt wird, die mit 520 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 520 umfaßt zwölf radial angeordnete Elektrodensegmente, wie beispielsweise ein Segment 522, die gegenseitig unterschiedliche radiale Längen haben, aber elektrisch wie gezeigt in ihrem radialen Mittelpunkt miteinander verbunden sind. Die Spur 420 ist in einem äußeren Bereich mit einem längsten Segment der Vorrichtung 520 verbunden. Die Segmente sind in einer Folge angeordnet und werden im Uhrzeigersinn um die Vorrichtung 520 herum zunehmend länger. Das Vorhandensein des Hohlraums 390 erlaubt es den Segmenten frei zu schwingen. Für die Markierung 500 hat der hohe Raum 390 eine rechteckige Gestalt.
Das Vorhandensein der Segmente verleiht der Vorrichtung 520 ein komplexes meachanisches modales Schwingungsspektrum, wobei jedes Segment eine zugehörige Reihe von mechanischen Resonanzen erzeugt. Diese Reihe entspricht einer Kodierersignatur der Markierung 500, durch welche sie identifiziert werden kann. Das Schwingungsspektrum kann durch Masseladen der Segmente wie beispielsweise durch Tintenstrahldrucken von Tintenpunkten auf ihnen oder durch selektives Abschmelzen von spezifischen Segmenten mit einem Laser verändert werden. Die erlaubt es, daß die Markierungen 500 einmalig anpaßbar sind.
Beim Betrieb weist die Abfragestrahlung, die von einem Abfragegerät (nicht gezeigt) auf die Markierung 500 gerichtet ist, eine Signalkomponente mit niedriger Frequenz und eine Signalkomponente mit hoher Frequenz auf wie beispielsweise eine Komponente mit hoher Frequenz von 2,54 GHz. Indem die Komponente mit niedriger Frequenz über einen Frequenzbereich variiert wird, können akustische Resonanzmoden, welche die Segmente aufweisen, der Reihe nach in der reflektierten Strahlung von der Vorrichtung 520, die zu dem Gerät zurückreflektiert wird, erfaßt werden. Dies erlaubt es dem Gerät, Resonanzmoden der Markierung 500 aufzuzeichnen und dadurch zu bestimmen, ob zu der Markierung 500 eine besondere einmalige kodierte Signatur gehört oder nicht.
Die Markierung 500 nutzt die Vorrichtung 520 effizient auf verschiedene Arten. Die Vorrichtung 520 dient nämlich als:

(a) eine Antenne zum Empfang der Abfragestrahlung und Reflexion der Strahlung;
(b) ein Abstimmkondensator im Zusammenarbeit mit der Unterlageschicht 320; und
(c) ein piezo-elektrischer Resonator, der ein komplexes Resonanzmodenspektrum erzeugt, das einen Signaturcode für die Markierung 500 darstellt.

Der Vorteil er Markierung 500 besteht darin, daß sie mit hoher Geschwindigkeit wie beispielsweise innerhalb von 500 μs abgefragt werden kann. Außerdem kann, falls es nötig ist, die Abfragestrahlung eine Hochfrequenzkomponente und mehrere Komponenten mit niedriger Frequenz aufweisen, was es ermöglicht, Resonanzmoden der Struktur 520 gleichzeitig anzuregen, was zu einer schnelleren Abfrage der Markierung 500 führt, um ihre Signatur zu bestimmen. Außerdem kann die Markierung 500 wie oben beschrieben einfach nach der Herstellung durch selektives Masseladen angepaßt werden, das auf die Vorrichtung 500 wie zum Beispiel durch Tintenstrahldrucken wie oben beschrieben angewandt wird. Diese Anpassung stellt eine technische Entwicklung der Markierung 300 dar, die ein einfacheres mechanisches Resonanzmodenspektrum für die Vorrichtung 400 aufweist.
Die Markierung 500 ist dadurch gekennzeichnet, daß ihr Signaturcode aus ihrer modalen Resonanzfrequenzantwort entsteht. Es ist auch praktisch eine Identifizierungsmarkierung zu schaffen, die einen zugehörigen Signaturcode hat, der von ihrer Zeitantwort auf die Abfragestrahlung bestimmt wird. Dies wird nun beschrieben werden.
Mit Bezugnahme auf 4 ist eine Identifizierungsmarkierung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt; die Markierung ist mit 700 bezeichnet. Die Markierung 700 ist mit der Markierung 300 identisch, abgesehen davon, daß die kreisförmige Vorrichtung 400 durch eine akustische Oberflächenwellen(SAW)-Vorrichtung ersetzt ist, die mit 710 bezeichnet ist, und daß der Hohlraum 390 eine rechteckige Gestalt in der Markierung 700 hat. Die SAW-Vorrichtung 710 weist eine akustische Wellenstarterelektrode 720, eine parallel geschaltete Elektrodenvorrichtung 730 und eine Schmetterlingsdipolantenne 740 auf.
Die Starterelektrode 720 hat eine längliche rechteckige Gestalt und ist elektrisch mit der Spur 420 der Antennenvorrichtung 410 verbunden. Die Vorrichtung 410 ist symmetrisch um einen Mittelpunkt in der Markierung 700 angebracht. Die Starterelektrode 720 ist von einem Mittelpunkt in der Markierung 700 versetzt und ihre längliche Achse ist parallel oder rechtwinklig zu den äußeren Kanten der Markierung 700.
Die parallel geschaltete Vorrichtung 730 weist zwei gegenseitig parallele längliche Elektroden 750, 760 auf, die symmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt der Markierung 700 angebracht sind. Senkrecht zu den länglichen Achse der Elektroden 750, 760 befinden sich parallel geschaltete Spuren, wie beispielsweise eine Spur 762, die mit den entsprechenden Elektroden 750, 760 vermascht und verbunden sind. Jede Elekrode 750, 760 ist elektrisch mit dreizehn paralle geschalteten Spuren verbunden. Die Elektroden 750, 760 sind gegenseitig elektrisch isoliert.
Die Antenne 740 weist zwei im wesentlichen dreieckige Elektroden 772, 774 auf, die jeweils in der einen Ecke mit einem mittleren Bereich der Elektroden 750 bzw. 760 verbunden sind. Die dreieckigen Elektroden 772, 774 befinden sich auf den gegenüberliegenden Seiten der Elektroden 750, 760 relativ zu den parallel geschalteten Spuren. Der Einschluß des Hohlraums 390 in der Markierung 700 stellt sicher, daß die Schicht 340 in der Nähe der Vorrichtung 730 nachgiebig ist, was bei der Fortpflanzung der akustischen Oberflächenwellen in der Vorrichtung 730 hilft.
Der Betrieb der Markierung 700 wird nun mit Bezugnahme auf 4 beschrieben werden. Ein Abfragegerät (nicht gezeigt) sendet Abfragestrahlung zu der Markierung 700 aus. Die Abfragestrahlung umfaßt eine erste und eine zweite Strahlungskomponente. Die erste Komponente weist Pakete mit Strahlung von 50 MHz und einer Dauer von 1 μs und einer Wiederholungsfrequenz von 5 KHz auf, und die zweite Komponente weist kontinuierliche Wellenstrahlung mit 2,45 GHz auf. Die Abfragestrahlung wird sowohl bei der Antennenvorrichtung 410 als auch bei der Antenne 740 empfangen.
Die Antenne 410 bewirkt eine induktive Impedanz, die eine abgestimmte Schaltung zusammen mit einer Kapazität bildet, die sich aufgrund der Starterelektrode 720 zusammen mit der Unterlageschicht 320 ergibt; die abgestimmte Schaltung hat eine elektrische Resonanz bei 50 MHz. Folglich antwortet die Antenne 410 selektiv auf die erste Komponente der Abfragestrahlung. Der Empfang der ersten Komponente führt zu einem entsprechenden elektrischen Signal, das an der Elektrode 720 auftritt und akustische Oberflächenwellen in der Schicht 340 stimuliert, die sich in einer Richtung zu der parallel geschalteten Vorrichtung 730 und auch in einer Richtung zu einer äußeren Kante der Markierung 700 fortpflanzen, wo sie absorbiert werden.
Die akustischen Wellen sind räumlich in Wellengruppen in der Schicht 340 unterteilt, da die erste Komponente zeitlich in Pakete unterteilt ist, wobei jedes Paket eine entsprechende Wellengruppe erzeugt.
Jede Gruppe hat eine räumliche Breite in der Fortpflanzungsrichtung, die vergleichbar mit den Spurenabstand der Vorrichtung 730 ist. Somit pflanzt sich jede erzeugte Gruppe zu und durch die Vorrichtung 730 durch und mo duliert den Spurenabstand, wodurch die elektrischen Eigenschaften der Dipolantenne 740 verändert und daher moduliert werden. Da die Wiederholungsfrequenz relativ niedrig, nämlich 5 KHz ist, pflanzt sich nur eine Wellengruppe auf einmal in der Schicht 340 fort.
Die Antenne 740 empfängt die zweite Komponente der Abfragestrahlung und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal, das sich durch die Elektroden 750, 760 und ihre zugehörigen Spuren fortpflanzt und dann als reflektierte Strahlung von der Antenne 740 wieder ausgesendet wird. Die Antenne 740 ist relativ unempfindlich auf die erste Komponente der Abfragestrahlung aufgrund ihrer physikalischen Abmessungen. Als eine Folge davon, daß die Spuren der Elektroden 750, 760 von Gruppen der akustischen Oberflächenwellen beeinflußt werden, die sich durch diese fortpflanzen, wird die reflektierte Strahlung durch die Pakete, die in der ersten Komponente der Abfragestrahlung vorhanden sind, moduliert. Dies führt zur Erzeugung von Seitenbandstrahlungskomponenten in der reflektierten Strahlung.
Das Abfragegerät (nicht gezeigt) bestimmt das Vorhandensein der Markierung 700, indem sie die Seitenbandkomponenten in der reflektierten Strahlung erfaßt, die in ihm empfangen wird; die Seitenbandkomponenten werden beeinflußt, während sich die Gruppen der akustischen Wellen durch die Vorrichtung 730 fortpflanzen. Die Reflexion der Abfragestrahlung von einfachen metallischen Objekten führt nicht zu reflektierter Strahlung, die solche Seitenwandkomponenten aufweist. Die erlaubt es dem Abfragegerät, das Vorhandensein der Markierung 700 und passiver Reflektoren wie einfacher Metallgegenstände zu unterscheiden.
Die Markierung 700 kann so angepaßt werden, daß sie einen Signaturcode erzeugt, der sie einmalig von ähnlichen Markierungen unterscheidet. Dies kann erreicht werden, indem selektiv Spuren, die mit den Elektroden 750, 760 verbunden sind, unter Verwendung von Laser-Schneidtechniken wie beispielsweise Laser-Schmelzen oder Ionenätztechniken entfernt werden. Während die Markierung 700 hergestellt wird, können alternativ die Spuren so angeordnet sein, daß sie anfänglich von den entsprechenden Elektroden 750, 760 durch kleine Spalten getrennt sind; diese Spalten können selektiv durch Aufdrucken von leitenden Tintenflecken auf diese überbrückt werden, wodurch Spuren selektiv verbunden werden und wodurch die Markierung 700 mit ihrem Signaturcode versehen wird. Außerdem können die Tintenpunkte als anpaßbare Punkte dienen, die unter Verwendung von optischen Scangeräten wie beispielsweise Strichcodelasern lesbar sind.
Der Signaturcode wird der Reihe nach gelesen, wenn sich eine Wellengruppe durch die Vorrichtung 730 fortpflanzt. Somit wird eine räumliche Verteilung der leitenden Tintenpunkte auf der Vorrichtung 730 oder eine räumliche Verteilung der Laserschnitte auf den Spuren in den Seitenbändern der reflektierten Strahlung von der Markierung 700 ausgegeben, wenn sich eine Wellengruppe durch die Vorrichtung 730 fortpflanzt, wobei sie die Markierung mit ihrem Signaturcode versieht.
Die Markierungen 300, 500, 700 sind für eine Anzahl von Anwendungen verwendbar, wie beispielsweise:

(a) zur Verwendung als persönlich tragbare Personalidentifizierungsmarkierungen;
(b) zur Verwendung als Antidiebstahlmarkierungen, die an wertvollen Waren in Geschäften oder wertvollen Bücher und Schriften in Büchereien befestigt sind;
(c) zur Verwendung als gültig machbare Eintrittstikkets, beispielsweise als Alternative zu gewöhnlichen Tickets, die holographische Bilder zur Überprüfung aufweisen;

Fachleute werden es zu schätzen wissen, daß die Markierungen 100, 300, 500, 700 variiert werden können. Somit können die Markierungen 100, 300, 500, 700 physikalische Abmessungen haben, die sich von denen unterscheiden, in den 1 bis 4 gezeigt sind. Außerdem können Markierungen 100, 300, 500, 700 als integrierte Bestandteile von Produkten wie beispielsweise Büchern einbezogen sein. Außerdem können alternative Werkstoffe für die Schichten 320, 330, 340, 350 verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie auf ähnliche Art wie die Werkstoffe wirken, die für die Schichten 320, 330, 340, 350 verwendet werden. Ebenso können die Vorrichtung 400, 520, 730 durch alternative Vorrichtungen ersetzt werden, vorausgesetzt, daß sie die Strahlung, die daran empfangen wird, mit einem Signal modulieren können, daß in der Antenne 410 erzeugt wird. Beispielsweise kann die Antennenvorrichtung 410 und die kreisförmige Vorrichtung 400 durch eine Vorrichtung mit einem dünnen Film ersetzt werden, der für modulierte optische Strahlung empfänglich ist, aber auch Hochfrequenzwellenstrahlung als Antwort aussenden kann; der Vorteil liegt darin, daß die Markierung von einem Strahlungstyp abgefragt werden könnte und mit einem anderen Strahlungstyp antworten könnte, wodurch Nebensprechenproblemen in dem zugehörigen Abfragegerät entgegengewirkt wird. Alternativ kann die Antennenvorrichtung 410 durch eine Dipolantenne ersetzt werden.
Außerdem können die Markierungen 100, 300, 500, 700 so abgeändert sein, daß sie eine Stromquelle wie beispielsweise eine Solarzelle oder eine Miniaturstromzelle zusammen mit einem Verstärker aufweisen, um eine Verstärkung zu erzeugen, was es den Markierungen ermöglicht, in größeren Ab ständen von den zugehörigen Abfragequellen betrieben zu werden. Der Verstärker beinhaltet geeigneterweise ein Signalspeicherelement und arbeitet im pseudokontinuierlichen Modus, um dem Auftreten spontaner Selbstoszillation innerhalb der Markierung entgegenzuwirken.
Die Markierung 700 kann auch so angepaßt werden, daß sie als kontaktloser abfragbarer Belastungssensor betrieben wird. Die Markierung 700 kann dünner gemacht werden, beispielsweise 300 μm dick, und an Gegenständen befestigt werden, die einer Belastung ausgesetzt sind und überwacht werden sollen. Wenn die Gegenstände aus Metall wie beispielsweise eine metallische Antriebsstange eines Straßenfahrzeugs oder ein metallisches Turbinenblatt sind, ist die Unterlageschicht 320 nicht erforderlich, da die Gegenstände bereits für eine geerdete Schicht für die angepaßte Markierung 700 sorgen. Da jede angepaßte Schicht einen Signaturcode erzeugt, der dieser entspricht, kann ein einziges Abfragegerät verwendet werden, um Belastungsdaten von vielen angepaßten Markierungen, die als Belastungssensoren wirken, welche an verschiedenen Teilen der Gegenstände angebracht sind, zu sammeln. Beispielsweise kann eine angepaßte Version der Markierung 700 an jedem Blatt eines Rotors befestigt sein, was es einem Abfragegerät erlaubt, die Belastung individuell für jedes Blatt zu überwachen. Die Merkmale der Markierung 700 ergeben sich aus der Belastung, die die Abstände der parallel geschalteten Elektroden moduliert, wodurch ihr Signaturcode auf eine Art verändert wird, die bezeichnend für die Belastung ist.

Claims

Identifizierungsmarkierung (300, 310) mit: (a) einer Transpondereinrichtung (400, 410, 420) zum Empfang von Abfragestrahlung (200) und zum Aussenden modulierter Strahlung (210) als Antwort; und (b) einer Modulationseinrichtung (340) zum Modulieren der empfangenen Abfragestrahlung auf eine Art, die kennzeichnend für die Identität der Markierung ist, um die modulierte Strahlung zu erzeugen, wobei die Transpondereinrichtung eine erste (400) und eine zweite (410) Vorrichtung zum Empfang erster und zweiter Strahlungskomponenten der Abfragestrahlung (200) und zur Erzeugung jeweils entsprechender erster und zweiter Signale aufweist, wobei die erste und zweite Komponente voneinander unterschiedliche Frequenzen aufweisen, wobei die Modulationseinrichtung (340, 390) eine Koppelvorrichtung (340) aufweist, die betreibbar ist, um das zweite Signal zu empfangen und entsprechende akustische Strahlung zu erzeugen und die akustische Strahlung auf die erste Vorrichtung (400) einwirken zu lassen, wobei die akustische Strahlung das erste Signal in der ersten Vorrichtung (400) moduliert, um die modulierte Strahlung zu erzeugen, wobei die Koppelvorrichtung (400) eine piezoelektrische Schicht (340) zur Erzeugung der akustischen Strahlung als Antwort auf das zweite Signal aufweist, wobei die erste und die zweite Vorrichtung Funkantennen (400, 410) zum Empfang der Abfragestrahlung (200) und Aussenden der modulierten Strahlung (210) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (400, 410) leitfähige Spuren oder leitfähige Bereiche aufweisen, die auf der piezoelektrischen Schicht (340) gebildet sind, wobei die Schicht als Antwort auf das zweite Signal betreibbar ist, um akustische Strahlung zu erzeugen.
Markierung nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus einem piezoelektrischen Polyvinyldifluoridwerkstoff (PVDF) besteht.
Markierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schicht ungefähr 100 μm bis 250 μm dick ist.
Markierung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Vorrichtung eine Dipolantenne (740) oder einen kreisförmigen Elektrodenbereich (400) aufweist, und wobei die zweite Vorrichtung eine Rahmenantenne (410) aufweist.
Markierung nach Anspruch 4, wobei die erste Vorrichtung (400) räumlich innerhalb der zweiten Vorrichtung (410) liegt.
Markierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Vorrichtung (520) mehrere, elektrisch miteinander verbundene und radial angeordnete, längliche, leitfähige Segmentspuren (522) aufweist, wobei jede Spur betreibbar ist, um als akustischer Resonator zu wirken, der eine zugehörige, modale Schwingungsantwort hat, und um die erste Komponente mit der modalen Antwort zu modulieren, die einer Segmentspur entspricht, die durch akustische Schwingungen zur Resonanz angeregt wird, wodurch die Markierung mit einem Signaturcode versehen wird, mit dem die modulierte Strahlung moduliert ist.
Markierung nach Anspruch 6, wobei der Signaturcode durch wahlweises Masseladen oder Zuschneiden der Segmentspuren anpaßbar ist.
Markierung nach Anspruch 7, wobei die Segmentspuren wahlweise masseladbar sind, indem sie mit Tinte bedruckt werden.
Markierung nach Anspruch 11, wobei die Segmentspuren wahlweise durch Laser-Schneidtechniken zuschneidbar sind.
Markierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Vorrichtung eine Starterelektrode (720) aufweist, die mit der zweiten Vorrichtung (410) verbunden ist, wobei eine parallel geschaltete akustische Oberflächenwellenvorrichtung (730) und eine Dipolantenne (740) mit der parallel geschalteten Vorrichtung verbunden sind, wobei die Starterelektrode (730) betreibbar ist, um das zweite Signal auf sich einwirken zu lassen, um akustische Oberflächenwellen zu erzeugen, wobei die parallel geschaltete Vorrichtung (730) betreibbar ist, um die Wellen zu empfangen, die ihre elektrischen Merkmale modulieren, und wobei die Dipolantenne (740) betreibbar ist, um die erste Komponente zu empfangen und das erste Signal zu erzeugen, welches die parallel geschaltete Vorrichtung (730) zu modulieren veranlaßt ist, um die modulierte Strahlung bereitzustellen.
Markierung nach Anspruch 10, wobei die parallel geschaltete Vorrichtung (730) parallel geschaltete Spuren aufweist, die wahlweise verbindbar sind, um modulierte Strahlung mit einem Signaturcode für die Markierung bereitzustellen.
Markierung nach Anspruch 11, wobei die Spuren verbindbar sind, indem sie mit leitbarer Tinte bedruckt werden, oder durch Laserschneidtechniken trennbar sind.
Markierung nach Anspruch 8, 9, 11 oder 12, wobei die Veränderungen der Spuren, um die Markierung anzupassen, durch eine optische Leseeinrichtung lesbar sind.
Markierung nach Anspruch 1, wobei die Modulationseinrichtungen und Transpondereinrichtungen betreibbar sind, um zusammenzuarbeiten, um einen Filter zur wahlweisen Isolierung des zweiten Signals von der Abfrageschaltung zur Verwendung bei der Erzeugung der modulierten Strahlung zu bilden.
Markierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die mehrere Schichten aufweist, wobei die Schichten der Reihe nach eine Unterlageschicht (320), eine Strukturschicht (330), eine piezoelektrische Schicht (340) und eine Elektrodenschicht (350) umfassen, wobei die Transpondereinrichtung und die Modulationseinrichtung im wesentlichen in der piezoelektrischen Schicht (340) und der Elektrodenschicht (350) gebildet sind.
Markierung nach Anspruch 15, wobei die Strukturschicht einen leeren Bereich (390) umfaßt, der an einem Bereich (400) der piezoelektrischen Schicht ausgerichtet ist, in der sich die akustischen Wellen im wesentlichen fortpflanzen.
Markierung nach Anspruch 19, wobei die Unterlageschicht (320) leitfähig ist.
Markierung nach Anspruch 1, wobei die zweite Vorrichtung (410) für eine induktive Impedanz sorgt, die in Verbindung mit einem Kondensator, der durch die erste Vorrichtung (400) und eine Unterlageschicht (320) der Markierung gebildet wird, eine abgestimmte Schaltung bildet.
Persönliche, tragbare Identifikationskarte, die eine Markierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Antidiebstahlmarkierung, um Diebstahl von Gegenständen entgegenzuwirken, an denen sie angebracht ist, wobei die Antidiebstahlsmarkierung eine Markierung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
Verbindung: aus einer Markierung nach einem der Ansprüche 1 bis 20; und aus einem Gerät zum Abfragen der Markierung, wobei das Gerät betreibbar ist, um Abfragestrahlung zur Markierung auszusenden, wobei die Abfragestrahlung eine erste und eine zweite Strahlungskomponente aufweist und betreibbar ist, um modulierte Strahlung zu empfangen, die von der Markierung als Antwort auf die Abfragestrahlung ausgesendet wurde, und um die Identität der Markierung anhand der Strahlungskomponenten zu bestimmen, die in der modulierten Strahlung vorhanden sind, die der ersten Strahlungskomponente entspricht, die durch die zweite Strahlungskomponente moduliert wurde.
Belastungssensor mit einer Markierung nach Anspruch 10, wobei der Sensor betreibbar ist, um die Belastung wahrzunehmen, die auf die Markierung einwirkt, die Veränderung der parallel geschalteten Vorrichtung (730) bewirkt und entsprechende Veränderungen hervorruft, die in der modulierten Strahlung hervorgerufen sind.