專利名稱：光讀/寫電子標簽的制作方法
目前在市場上具有多種可存儲與物品或產(chǎn)品相關(guān)的信息的電子標簽。其中最簡單的標簽僅包括一種只讀存儲器(ROM)，在其中例如存儲有一個識別序號。更先進的系統(tǒng)許可讀及寫所存儲的信息，它允許根據(jù)屆時產(chǎn)品的進展修改存儲信息，并由此保證其可跟蹤性。最簡單這類系統(tǒng)利用一個由耐久電池，例如鋰電池供電的靜態(tài)存儲器(RAM)。在較復(fù)雜的系統(tǒng)中使用了電可擦除及可編程的存儲器(EEPROM)，它具有在無外部能源支持時能保持其信息的優(yōu)點，這就允許去掉電池。對其可通過多個觸點，例如在小型集成卡(cartes a puce)中那樣地存取信息。但是愈來愈需要找到一種系統(tǒng)，它能夠被讀、寫并能在遠距離上不用接觸地讀與寫?，F(xiàn)在已知的所有系統(tǒng)使用的是一種磁耦合，這意味著至少使用了一個線圈，這種作法帶來了諸多不便。
例如不能將這樣一種標簽固定地貼在金屬物體上，這表現(xiàn)為一種磁短路，影響到標簽的能量。并也不能將多個標簽彼此靠近地放置，因為有干擾的危險。最好，線圈是一種相對體積大及脆弱的部件。
本發(fā)明涉及一種不具有上述缺點的不用接觸能在遠距離上讀或讀/寫的電子標簽。這種標簽至少包括能在無電源時保存其存儲狀態(tài)的一種電子存儲器及該存儲器的一個控制電路，其特征在于，它至少包括光電管類型的元件的組合，以便在將光線發(fā)送到所述這些元件表面上時向所述存儲器及其控制電路供電，及至少具有與所述控制電路相連接的裝置，以便用來向外部發(fā)送與所述存儲器裝置的內(nèi)容有關(guān)的光信號。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的標簽一例的原理圖；圖2表示存儲器及其控制電路，例如更詳細的電路圖；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的標簽結(jié)構(gòu)的一例；圖4表示結(jié)合了一種條形碼的根據(jù)本發(fā)明的標簽的一例；圖5表示結(jié)合了定中心光靶的根據(jù)本發(fā)明的標簽的一例。
在圖1上，可以看到四個光電元件1，其例如是在非晶硅上的光電元件或是在晶體硅上的砷化鎵(AsGa)元件。當將一束光線照射到這些光電管上時，它們即輸出一電壓，該電壓則通過一個二極管3及將該供電電壓濾波的電容器4對存儲器及其控制電路2供電。最好該控制電路包括一個能在光電管受很強光線照射的情況下限制該電壓的電路?？刂齐娐?與一晶體三極管5的基極相連接，該晶體管5經(jīng)由一個電阻7譬如向電致發(fā)光二極管6供電。因此，也可以通過這些電致發(fā)光二極管向外部發(fā)送與存儲器內(nèi)容相對應(yīng)的光信號。這些光信號可以由公知的裝置進行檢測。例如當這些二極管是紅外(IR)類型時，則可使用紅外(IR)檢測器，例如是個人檢測用的那種紅外檢測器。同樣可以通過入射光的變化來發(fā)送光信號，這就是說通過由標簽發(fā)射的光線中一部分的變化來發(fā)送光信號。
在最簡單的結(jié)構(gòu)即存儲器為只讀類型的情況下，可以想象，當供電電壓達到一個足夠的值時該控制電路2將自動啟動，持續(xù)地掃描整個存儲器，將會通過晶體管5向二極管6上發(fā)送相應(yīng)的信號。同樣可以持續(xù)地讀出存儲器的內(nèi)容，只要光電管1被足夠地照明。
但是，這種結(jié)構(gòu)與簡單的條形碼相比無甚大優(yōu)點。一種更有效的方案在于使用一種在無電源時能保存信息的EEPROM類型的讀/寫存儲器。
那么就必須做到能將待存儲信息發(fā)送到存儲器中并能從外部使用不同的控制信號控制不同讀、寫步驟。來自外部的信號與信息和控制信號有關(guān)。
為此，譬如可以對照射到標簽上的光線進行調(diào)制。這種調(diào)制光可以由一種光檢測器，例如一個光電二極管8來檢測，該光電二極管經(jīng)由控制電路2的輸入端9與一個放大電路及信號成形電路相連接?？刂齐娐?的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更詳細地繪在圖2中。
另一個更簡單的方案在于，直接利用全部或部分的光電元件1來檢測該調(diào)制光。事實上，這些光電元件能具有足夠慢的響應(yīng)時間，以致可通過頻率為數(shù)KHz量級的(調(diào)制或非調(diào)制)光線的短暫中斷來輸入控制信號。這種短暫中斷將由二極管3及電容器4這樣地濾波，即它們對電源電壓的影響是可忽略的。然后將由光電元件1產(chǎn)生的控制信號施加到存儲器2的控制電路的輸入端9上。
另一種更有利的可能性在于，將電致發(fā)光二極管6作為光檢測器使用。事實上，我們知道這些元件是可逆的，因此可被用作發(fā)射器或接收器。這種構(gòu)型可以作到使以光電管1為代表的能量供給部分與以二極管6為代表的信息發(fā)送-接收部分完全分開。這種分離同樣可用光束的波長作為水準來實現(xiàn)。對于供能部分例如可使用與日光類似的白色光；而對于發(fā)射器-接收器部分則最好用紅外光來工作，這種光是具有更多選擇及由此對外部干擾更少敏感的光。在二極管6為可逆型及可同樣用作光檢測器的情況下，它們將與控制電路2的輸入端9相連接。在圖1中用虛線表示出輸入端9接線的三種可能性。
在上述的后一例中，持續(xù)聚集于標簽上的供能因此將使用白色光束10，而信息的通信則使用雙向紅外光束11。圖1的棱鏡12可以使這兩種光線相組合，以便產(chǎn)生圖示的系統(tǒng)功能。
應(yīng)該指示，對于產(chǎn)生這些光線束及將它們發(fā)送到標簽表示存在著很多的可能性，或是以直接的方式，或是以間接的方式，例如借助光纖。
圖2表示該控制電路及相關(guān)存儲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一例。
控制信號20被施加在一個信號成形電路21的輸入端，該電路產(chǎn)生不同的標簽功能程序并將矩形波信號傳送到一個串行/并行變換器22的輸入端。該交換器被設(shè)置來對借助光線束以串行方式從外部傳入的信息進行解碼，以便利用存儲器地址輸入端24，其數(shù)據(jù)輸入-輸出端25，讀輸入端26及寫輸入端27對存儲器23進行控制。對于這類本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的存儲器存在著多種結(jié)構(gòu)，因此對它不再贅述。僅要補充的是，這種類型的EEPROM存儲器通常包括一個升壓變壓器28，它在讀期間被啟動以使得新數(shù)據(jù)被固定存入到寄存器中。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的標簽結(jié)構(gòu)的一例。
在該圖上，在一個固定于管狀外殼32中的載體34上安裝了不同的電子元件。在載體31的一側(cè)上，可看到電容器33(在圖1中標號為4)。在另一面上，可看到四個光電管34及兩個電致發(fā)光二極管35，以及一個集成電路36，該集成電路包括控制電路及存儲器和二極管(圖1中標號為3)。
在一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，載體31是一種包括不同元件間連接互連的雙面即刷電路板。電容器33為SMD型，它直接地焊在印刷電路板上。集成電路36可帶有凸緣并可用熱壓進行固定，而光電元件則利用粘接焊料37進行連接。
這種類型的安裝是作為理解本發(fā)明給出的一個例子。然而目前微型組裝方法有了快速的發(fā)展，例如可以使多個元件先組合在同一襯底，以便限制元件數(shù)目及連接導(dǎo)線數(shù)目，因而，可預(yù)料在將來該結(jié)構(gòu)會有明顯的簡化。
現(xiàn)在討論這種標簽參數(shù)。典型地，簡單的光源諸如激光二極管可發(fā)射每1cm2為100mW量級的強度的光束。現(xiàn)今已知的光電管具有10％量級的效率。這樣在每mm2的光電管表面上可獲得0.1mW的電功率。
為了將一字節(jié)寫入到EEPROM存儲器中，應(yīng)使升壓變壓器啟動并提供一定功率。對于現(xiàn)今已知的光電管該功率一般為在2.5ms期間具有2.5mW(Faselec)。
為了向外部發(fā)送信息，典型地應(yīng)以至少1mA對電致發(fā)光二極管供電，以便它能發(fā)送易于被檢測的光信號，這就是在5V時為5mW。
為了獲得這樣的功率，光電管的整個表面積應(yīng)具有50mm2。這就導(dǎo)致了相對大及昂貴的標簽。一種簡單的措施在于以分開的時間工作。這意味著僅在很短的期間中進行寫或發(fā)送光信號，在此期間中從濾波電容上吸取功率，接著是較長的時間，在該期間中電容被再充電。因此可達到非常低的平均功耗。
為了寫信號譬如我們已經(jīng)看到，對于寫一字節(jié)應(yīng)在2.5ms期間供給2.5mW。為了減少平均功耗，隨后在7.5ms期間再對電容充電就足夠了，這便形成了全部為10ms的寫周期。其平均功耗為2.5mW×2.5/(2.5＋7.5)＝0.625mW。
為了向外部發(fā)送信號，我們已看到應(yīng)需要5mW。相反地，紅外(IR)二極管可以高速地被調(diào)制，以致可在幾微秒中發(fā)送一個字節(jié)，因此平均功耗可簡便地減少到該峰值的10％，即0.5mW。
這些不同的周期關(guān)系可直接地由圖2中的控制電路產(chǎn)生。
因而光電管的所有表面積可簡便地縮小8至10倍，例如這代表4個2mm2的光電管。包括存儲器及其控制電路及二極管的集成電路典型地具有4mm2的表面積(techno Faselec SAC MOS2微米，容量為256/8比特)。對于電致發(fā)光二極管方面它們不超過0.5mm/0.5mm。
當寫信號時，電容器應(yīng)能在2.5ms期間輸出0.5mA電流且其壓降是可接受的。因此它應(yīng)具有微法數(shù)量級的電容值。這就是為什么應(yīng)考慮采用至少量級為1812的SMD型電容器。
應(yīng)指示這些功率的估計是與現(xiàn)今市場上可以得到的元件方面的技術(shù)狀態(tài)相適應(yīng)的。前面已說明，EEPROM存儲器用于寫僅需要縮小10倍的功率，因此這可以使尺寸下降。
在圖示例中，所有的元件可以安裝在如圖3所示的8mm直徑及4mm高(比例為8倍)的管狀外殼32中。該外殼的一側(cè)被一滴樹脂38形成密封，而另一側(cè)由固定地安裝在該外殼槽口的透鏡39來密封。
圖4表示結(jié)合有條形碼的根據(jù)本發(fā)明的標簽的一個例子。
為了使用根據(jù)本發(fā)明的標簽，對其發(fā)送一個光束并作為響應(yīng)將接收到編碼的光信號。因而這與閱讀條形碼所需的裝置有很大相似之處。故可將根據(jù)本發(fā)明的標簽41與一條形碼42相組合，后者代表(識別)信息的固定部分，而根據(jù)本發(fā)明之標簽則代表該信息的可改變部分。
圖5表示結(jié)合有一光靶的根據(jù)本發(fā)明的標簽的一個例子。
大家知道，近來圖象識別裝置有了很大進展。這類裝置例如可用來作精確定位。在我們這種圖象識別裝置的情況下，結(jié)合了一個靶51，它能夠使光束精確地照射到位于其中心處的標簽52上。
對于實施根據(jù)本發(fā)明的標簽具有很多其它的組合，但以上的說明中為了理解其功能沒有對附加的成分提供描述。
權(quán)利要求
1.一種標簽，至少包括能在無電源時保存其存儲狀態(tài)的一個電子存儲器及該存儲器的一個控制電路，其特征在于它至少包括光電管類型的元件的組合，以便在將光線束發(fā)送到所述這些元件表面上時向所述存儲器及其控制電路供電，及至少具有與所述控制電路相連接的裝置，以便用來與所述存儲器內(nèi)容相對應(yīng)地向外部發(fā)送光信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標簽，其特征在于所述的與所述控制電路相連接以便用來與所述存儲器內(nèi)容相對應(yīng)地向外部發(fā)送光信號的裝置是發(fā)光的光電子類型的元件(LED)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標簽，其特征在于它還包括檢測裝置及通過調(diào)制所述光線束獲得的信號的成形裝置，這些檢測裝置及成形裝置被設(shè)置用來借助所述信號從外部對所述存儲器的控制電路進行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的標簽，其特征在于所述光電元件的全部或一部分被用作所述信號的檢測裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的標簽，其特征在于所述發(fā)光的光電子裝置是可逆型的并用作為所述信號的檢測裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的標簽，其特征在于所述光線束包含兩種不同波長的成分，第一種成分用于通過光電元件對標簽供電，而第二種成分用于發(fā)送控制信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標簽，其特征在于該標簽被定位在一個條形碼的附近，使得可用所述光線束讀取所述條形碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標簽，其特征在于標簽被定位在一個光靶中，所述光線束與圖象檢測、識別裝置有關(guān)，以便通過識別所述光靶使所述光線束照射在該標簽上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種典型地包括EEPROM型存儲器的電子標簽。該標簽包括能在其上照射光線束時進行供電的光電管，及光電子元件，后者一方面接收光控制信號，另一方面向外部發(fā)送與存儲器內(nèi)容相對應(yīng)的光信號。
文檔編號G06K17/00GK1130437SQ95190608
公開日1996年9月4日 申請日期1995年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月4日
發(fā)明者J·C·伯尼 申請人:蓋伊弗里爾斯有限公司