DE69909301T2

DE69909301T2 - Verwendung für ein hochfrequenz-identifikationssystem

Info

Publication number: DE69909301T2
Application number: DE69909301T
Authority: DE
Inventors: D. Edward GOFF; A. Bernard GONZALEZ; Chester Piotrowski; Ching-Long Tsai
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: DE69909301D1; ES2198938T3; KR20010072457A; US7619529B2; WO2000010112A1; EP1110163B1; CA2338134A1; CN1312928A; AU762495B2; US20030206107A1; US6335686B1; US6600420B2; CA2338134C; HK1037761A1; EP1110163A1; US20020011967A1; JP2002522999A; ATE244427T1; AU5394199A; EP1298573A3

Description

Die Erfindung betrifft Anwendungen für Hochfrequenzidentifikations (RFID) -systeme und insbesondere die Verwendung solcher Systeme in Bibliotheken.
Elektronische Artikelsicherungs ("EAS") -systeme erfassen das Vorhandensein kleiner elektronischer Vorrichtungen, die auf oder in einem Artikel von Interesse angeordnet sind oder durch eine Person von Interesse getragen werden, und werden häufig in Einzelhandels- oder Bibliotheksumgebungen verwendet, um vor Diebstahl oder einer unzulässigen Entwendung von Artikeln abzuschrecken. Diese Vorrichtungen, die allgemein als Etiketten oder Marker bekannt sind, haben in der Vergangenheit nur mit dem Vorhandensein des Gegenstandes in Beziehung stehende Information enthalten. Diese Information konnte durch intermittierendes oder kontinuierliches elektronisches Abfragen des Etiketts erhalten werden. Über die Jahre sind basierend darauf, wie diese Abfrage ausgeführt worden ist, d. h. magnetisch, magnetomechanisch, durch Hochfrequenz (HF bzw. RF) oder Mikrowellen, mindestens vier verschiedene Typen von EAS-Systemen entwickelt worden. Von diesen vier Typen ist in den meisten Anwendungen durch magnetische Systeme der höchste Sicherheitsgrad bereitgestellt worden. Magnetische Etiketten können in oder auf einem Gegenstand leicht verborgen angeordnet werden, sind schwer erfaßbar (weil sie für eine Abschirmung, für Biege- und Druckbeanspruchungen weniger anfällig sind), und sind leicht deaktivierbar und reaktivierbar, wodurch ein hoher Sicherheitsgrad bereitgestellt wird und einige Informationen be züglich des Zustands des etikettierten Artikels bereitgestellt werden können.
Viele Benutzer von EAS-Systemen möchten mehr Informationen erhalten als lediglich Informationen darüber, ob ein etikettierter Gegenstand vorhanden ist. Sie möchten z. B. auch wissen, welcher etikettierte Gegenstand vorhanden ist. Detailinformationen bezüglich der Eigenschaften von Gegenständen, z. B. über ihr Herstellungsdatum, ihren Inventarstatus und ihren Eigentümer, wurden im allgemeinen automatischen Handhabungs- und Steuersystemen durch optische Bar- oder Strichcodes übermittelt. Obwohl optische Bar- oder Strichcodesysteme kostengünstig und effektiv sind, haben sie bestimmte Grenzen. Strichcodes müssen sichtbar sein, wodurch die Stellen eingeschränkt sind, an denen sie angeordnet sein können, und Strichcodes können leicht zufällig oder absichtlich verdeckt werden. Der Bereich, in dem ein Detektor den Strichcode erfassen kann, ist ebenfalls vergleichsweise eng. Der Strichcode muß für eine Erfassung möglicherweise auch geeignet positioniert werden. Außerdem ist der Strichcode, weil Strichcodes häufig freiliegen müssen, um eine Erfassung zu ermöglichen, anfällig für Beschädigungen, die zu Erfassungsfehlern führen können. Schließlich müssen mehrere Gegenstände gleichzeitig verarbeitet werden. Aufgrund dieser Einschränkungen sind Strichcodes für einige Anwendungen ungeeignet oder ineffizient, z. B. zum Markieren von Bibliotheksmedien.
In jüngster Zeit sind elektronische Identifikationstechniken (auch als RF-Identifikationstechniken oder RFID-Techniken bekannt) entwickelt worden, um den Einschränkungen optischer Strichcodes Rechnung zu tragen. RFID-Systeme sind geeignet für die Identifizierung und Verfolgung von Gegenständen, sie sind jedoch zum Sichern von Gegenständen ungeeignet, weil die meisten RFID-Systeme in Frequenzbereichen (~ 1 MHz oder darüber) arbeiten, in denen das Etikett leicht überlistet werden kann. Die mit RF-Etiketten verbundenen Sicherheitsmängel ergeben sich, weil sie beispielsweise durch Abdecken des Etiketts durch eine Hand oder Aluminiumfolie, oder indem das Etikett einfach in einem Buch angeordnet wird, "abgeschirmt" werden können. Auch batteriebetriebene RF-Etiketten können blockiert oder abgeschirmt werden, obwohl ihre Leistung größer ist und eine Abschirmung schwieriger wäre, Daher können Gegenstände mit einem RFID-Etikett unabsichtlich oder absichtlich einer Erfassung entgehen. Dadurch wird die Wirksamkeit der Etiketten als Sicherheitsvorrichtungen wesentlich reduziert. RFID-Marker stehen auch mit "Smart Cards" in Beziehung. In kommerziellen Anwendungen sind sowohl Kontakt-Smart-Cards als auch kontaktfreie Smart Cards verwendet worden. Smart Cards werden tendentiell eher einer spezifischen Person als einem etikettierten Gegenstand zugeordnet. Mit der Sicherheit und Verfolgung einer Smart Card (oder einer Person, die sie trägt) in Beziehung stehende Merkmale sind den vorstehend bezüglich RFID-Markern diskutierten Merkmalen ähnlich.
Die mit RFID-Markern verbundenen Sicherheitsmerkmale sind Fachleuten auf dem Gebiet der RF- und mikrowellenbasierten EAS-Etiketten bekannt. Es wurden wesentliche Anstrengungen unternommen, um die Nachteile von RF- und mikrowellenbasierten EAS-Etiketten zu eliminieren. Ihre Leistungsfähigkeit als Sicherheitsetiketten wurde jedoch nicht verbessert. Im US-Patent Nr. 5517195 (Narlow et al.) mit dem Titel "Dual Frequency EAS Tag with Deactivation Coil" wird ein Doppelfrequenz-Mikrowellen-EAS-Etikett beschrieben, das eine Antennenschaltung mit einer Diode und eine Deaktivierungsschaltung aufweist. Die Deaktivierungsschaltung spricht auf ein niederenergetisches magnetisches Wechselfeld an, indem eine Spannung in der Diode der Antennenschaltung indu ziert wird, um die Diode und die Antenne zu sperren und dadurch das Etikett zu deaktivieren. Obwohl das im Patent von Narlow. et al. beschriebene, auf einem Kondensator bzw. einer Kapazität basierende Etikett für einige Anwendungen geeignet ist, kann es über die Zeit elektrische Ladung verlieren, was dazu führen könnte, daß das Etikett unbeabsichtigt aktiviert wird.
RF-EAS-Etiketten des im US-Patent Nr. 4745401 (Montean et al.) beschriebenen Typs weisen ein magnetisches Element auf. Das magnetische Element ändert die Abstimmung des Etiketts, wenn es durch eine Zusatzvorrichtung geeignet magnetisiert worden ist, und blockiert dadurch die RF-Antwort des Etiketts. Obwohl diese Etiketten für bestimmte Anwendungen geeignet sind, erfüllen sie nicht die Anforderungen einer erhöhten Sicherheit und der Identifikation.
RF-Identifikationstechniken sind durch viele Firmen bzw. Unternehmen entwickelt worden, z. B. von Motorola/Indala (vergl. US-Patente Nr. 5378880 und 5565846), Texas Instruments (vergl. US-Patente Nr. 5347280 und 5541604), Mikron/Philips Semiconductors, Single Chip Systems (vergl. US-Patente Nr. 4442507, 4796074, 5095362, 5296722 und 5407851), CSIR (vergl. EP-A2-0494114, EP-A1-0585132, EP-A1-0598624 und EP-A2-0615285), IBM (vergl. US-Patente Nr. 5528222, 5550547, 5521601 und 5682143) und Sensormatic Electronics (vergl. US-Patent Nr. 5625341). Durch diese Etiketten soll eine Fernidentifikation bereitgestellt werden, ohne daß eine Batterie erforderlich ist. Sie arbeiten bei Frequenzen im Bereich von 125 kHz bis 2,45 GHz. Die niedrigerfrequenten Etiketten (125 kHz) sind gegen Abschirmung mittelmäßig sicher, sie haben aufgrund von Bandbreiteneinschränkungen jedoch nur eine begrenzte RF-Funktionalität. Insbesondere arbeiten auf solchen Markern basierende Systeme im allgemeinen nur dann zuverlässig, wenn sich jeweils nur ein einzelnes Etikett im Abfragebereich befindet. Sie sind außerdem tendentiell großformatig und in der Herstellung teuer. Bei höheren Frequenzen (typischerweise 13,56 MHz, 915 MHz und 2,45 GHz) hat die zusätzliche verfügbare Bandbreite die Entwicklung von Systemen ermöglicht, die mehrere Etiketten im Abfragebereich innerhalb einer kurzen Zeitdauer zuverlässig verarbeiten können. Dies ist für viele Produktanwendungen hochgradig erwünscht. Außerdem erfüllen einige Etikettenkonstruktionen die Erwartungen, daß sie relativ kostengünstig herstellbar und daher für einen Kunden attraktiver sind. Aber auch diese höherfrequenten Vorrichtungen sind in verschiedenem Maß anfällig für die vorstehend diskutierte Abschirmung. Daher können sie nicht den hohen Sicherheitsgrad bereitstellen, der in bestimmten Anwendungen, z. B. in Bibliotheken, erforderlich ist.
Gemäß der vorstehenden Diskussion ist ersichtlich, daß zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für RFID-Etiketten in verschiedenen Umgebungen existieren, in denen die Identität des etikettierten Gegenstandes wichtig ist. Beispielsweise wird in der PCT-Veröffnetlichung WO-A-99/05660, veröffentlicht am 4. Februar 1999 von Checkpoint Systems, Inc. ein Inventarisierungs- oder Inventursystem unter Verwendung von Artikeln mit RFID-Etiketten beschrieben. In der darin beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird die Verwendung von RFID-Etiketten in Bibliotheksmaterialien vorgeschlagen, die dann durch Abfragen des RFID-Etiketts automatisch geprüft werden können, um das Material zu identifizieren. Es verbleiben jedoch mehrere wichtige oder wünschenswerte Bibliotheks- oder Inventurfunktionen, die in dieser Veröffentlichung nicht beschrieben oder vorgeschlagen werden.
Die EP-A2-0740262 betrifft ein elektronisches System mit einer Schaltung zum Verarbeiten eines Signals und mit mehreren Antennen. Außerdem sind mehrere Schalter vorgese hen, die jeweils zwischen der Verarbeitungsschaltung und einer entsprechenden der Antennen verbunden sind. Jeder der Schalter weist einen ersten und einen zweiten Leistungs-MOSFET auf, wobei die Source-Elektrode des ersten MOSFET mit der Source-Elektrode des zweiten MOSFET verbunden ist. Das System weist ferner eine Schaltung auf, die dazu vorgesehen ist, einen der mehreren Schalter auszuwählen, der eingeschaltet werden soll.
Die EP-A1-0526038 betrifft eine Detektoranordnung für ein Artikelinventarsteuerungssystem, in dem mehrere Sensoren zum Erfassen empfindlich gemachter Marker verwendet werden, die an den Inventargegenständen befestigt sind. Durch Verarbeiten von Signalen von jedem der mehreren Sensoren wird ein Erfassungs- oder Detektionsmuster bereitgestellt, um zu bestimmen, ob innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs kein, ein oder mehr als ein Marker vorhanden ist.
Die vorliegende Erfindung, die in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 16 definiert ist, betrifft Antennensysteme, die eine RFID-Vorrichtung in die Lage versetzen, Gegenstände von Interesse abzufragen, die sich in der Nähe des Antennensystems befinden. Das RFID-Antennensystem wird in Verbindung mit Gegenständen verwendet, denen ein RFID-Etikett und wahlweise ein magnetisches Sicherungselement zugeordnet ist. Die Vorrichtungen und Anwendungen werden unter besonderem Bezug auf Bibliotheksmaterialien beschrieben, z. B. auf Bücher, Zeitschriften und magnetische und optische Medien. Andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung kommen ebenfalls in Betracht.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Strukturen bezeichnen; es zeigen:
1A und 1B schematische Darstellungen von RF-Identifikationsetiketten;
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungeform eines RF-Identifikationsetiketts;
3 eine schematische Draufsicht eines Kombinationsetiketts;
4 ein Blockdiagramm eines mit einem RFID-Etikett wechselwirkenden RFID-Abfragesystems;
5, 6, 7 und 8 Darstellungen erfindungsgemäßer Kombinationsetiketten; und
9 und 10 Darstellungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In den hierin beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden RFID-Etiketten verwendet, und vorzugsweise kombinierte RFID-/magnetische Sicherheitsetiketten. Etiketten dieses Typs werden in der US-A-09/093120, eingereicht am 8. Juni 1998 mit dem Titel "Identification Tag With Enhanced Security", die auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und in die US-Anmeldung, deren Priorität die vorliegende Anmeldung in Anspruch nimmt, durch Verweis aufgenommen wurde, beschrieben. In Verbindung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendete magnetische, RFID- und Kombinationsetiketten werden im nachstehenden Abschnitt I ausführlich beschrieben, und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden dann im nachstehenden Abschnitt II ausführlich dargestellt.
I. Etiketten und Elemente zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
Durch ein im nachstehenden Abschnitt II beschriebenes, mit Ausführungsformen der Erfindung verwendetes Etikett können durch eine einzige Vorrichtung sowohl Gegenstandsinformationen als auch eine effektive Sicherheit bereitgestellt werden. Sie weisen vorzugsweise ein Element auf, das auf ein magnetisches Abfragesignal anspricht, und ein Element, das auf ein RF-Abfragesignal anspricht. In einer Ausführungsform wird durch das magnetisch ansprechende Element außerdem eine Antenne für das auf RF-Signale ansprechende Element bereitgestellt. Der Ausdruck "ansprechen" bedeutet in Verbindung mit der vorliegenen Erfindung, daß durch das Element verständliche Informationen bereitgestellt werden, wenn es einem geeigneten Abfragefeld ausgesetzt wird. Nachstehend werden zunächst die einzelnen Elemente beschrieben, woraufhin ein Kombinationsetikett beschrieben wird. Wie verdeutlicht wird, können die im nachstehenden Abschnitt II beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entweder nur ein RFID-Element oder eine Kombination aus einem RFID-Element und einem magnetischen Sicherheitselement aufweisen.
A. Das magnetisch ansprechende Element
Das magnetisch ansprechendes Element wird vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material mit geringer Koerzitivkraft und hoher Permeabilität hergestellt, z. B. aus einem Material, das in den von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota (3M) unter der Handelsbezeichnung "TATTLE-TAPE^TM" verkauften Streifen verwendet wird. Diese Streifen oder Markeranordnungen werden in mehreren für 3M erteilten Patenten beschrieben, z. B. in den US-Patenten Nr. 5331313 (Koning) und 3747086 (Peterson). Exemplarische ferromagnetische Materialien mit geringer Koerzitivkraft und hoher Permeabilität sind Permalloy (eine Nickel-Eisenlegierung) und amorphe Hochleistungsmetalle, z. B. von Allied Signal Company, Morristown, NY unter der Handelsbezeichnung Metglas 2705M und Metglas 2714A erhältliche Metalle.
Das magnetisch ansprechende Element kann in Abhängigkeit vom Artikel, dem das Element zugeordnet ist, entweder ein Einzel- oder ein Doppelstatuselement sein. Beispielsweise dürfen bestimmte Verzeichnisbücher in Bibliotheken nicht von der Bibliothek entfernt werden, so daß ein Einzelstatus(nicht deaktivierbarer) Marker immer anzeigen würde, ob ein solches Buch einen Abfragebereich passiert hat. Für andere Artikel, z. B. allgemeine Bibliotheksmaterialien oder Handelsgüter, kann eine Doppelstatus-Markeranordnung erforderlich sein, so daß, wenn der Artikel geeignet verarbeitet wurde, der Marker deaktiviert werden kann, um eine Erfassung durch die Abfragequelle zu verhindern. Eine Doppelstatus-Funktionalität wird im allgemeinen durch Hinzufügen von Abschnitten eines magnetischen Materials mit höherer Koerzitivkraft in der Nähe des magnetischen Materials mit der geringen Koerzitivkraft bereitgestellt, wie nachstehend und im vorstehend erwähnten Patent von Peterson beschrieben wird.
Bestimmte magnetisch ansprechende Elemente haben die Fähigkeit, die magnetische Ausrichtung schnell umzuschalten, wenn sie ein niederfrequentes magnetisches Wechselfeld (z. B. 50 Hz bis 100 kHz) passieren, und erzeugen eine vorgegebene charakteristische Antwort, die durch Empfangsspulen eines Detektors erfaßt werden kann. Die Schaltfunktion der Markeranordnung wird durch den Magnetisierungszustand der Elemente mit hoher Koerzitivkraft oder "Relais- oder Magnetankerelemente" ("keeper") gesteuert. Wenn diese Relais- oder Magnetankerelemente magnetisiert sind, wird die Fähigkeit des Markers, innerhalb des magnetischen Wechselfeldes des Abfragebereichs hin- und her zu schalten, geändert, so daß der Marker typischerweise nicht erfaßt wird. Wenn die Relais- oder Magnetankerelemente entmagnetisiert sind, kann der Marker die Schaltfunktion erneut ausführen, so daß die Abfragequelle das Vorhandensein des Markers erfassen kann. Die Relais- oder Magnetankerelemente können auf verschiedene Weisen bereitgestellt werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
Die Markeranordnung kann auf einer oder beiden Seiten davon auch einen Klebstoff aufweisen, um zu ermöglichen, daß der Marker an einem Buch oder einem anderen Artikel festgeklebt werden kann. Die Klebstofflage(n) kann (können) von einem ablösbaren Liner abgedeckt sein, um zu verhindern, daß der Marker an einer nicht dafür vorgesehen Oberfläche anhaftet, bevor er auf die vorgesehene Oberfläche aufgebracht wird. Diese und andere Merkmale der Markeranordnung sind in den US-Patenten Nr. 3790945 (Fearon), 5083112 (Piotrowski) und 5331313 (Koning) beschrieben, die alle vorstehend erwähnt wurden.
Weil es schwierig ist, niederfrequente Magnetelemente dieses Typs so abzuschirmen, daß sie einer Erfassung entgehen, sind sie für eine breite Vielfalt von Gegenständen effektiv verwendbar, wenn Sicherheit wichtig ist. Außerdem können sie bequemer, vollständiger und häufiger deaktiviert und wiederaktiviert werden als Marker, in denen EAS-Techniken verwendet werden, so daß sie zur Verwendung in bestimmten Anwendungen (z. B. in Bibliotheken), in denen diese Eigenschaften hochgradig erwünscht sind, geeigneter sind.
B. Das auf Hochfrequenz (RF) -signale ansprechende Element
RFID-Etiketten können entweder aktiv oder passiv sein. Ein aktives Etikett weist eine zusätzliche Energiequelle, z. B. eine Batterie, in der Etikettenkonstruktion auf. Diese Energiequelle ermöglicht es, daß die RFID-Etiketten starke Antwortsignale auch in solchen Bereichen erzeugen und übertragen können, in denen das RF-Abfragefeld schwach ist, so daß ein aktives RFID-Etikett in einem größeren Bereich erfaßbar ist. Die relativ kurze Lebensdauer der Batterie begrenzt jedoch die Gebrauchsdauer des Etiketts. Außerdem wird das Etikett durch die Batterie größer und teurer. Ein passives Etikett gewinnt die zum Versorgen des Etiketts mit Leistung erforderliche Energie vom RF-Abfragefeld und nutzt diese Energie aus, um durch Modulieren der Impedanz der im Abfragefeld angeordneten Antenne Antwortcodes zu übertragen, wodurch das zur Antenne des Lesegeräts zurückreflektierte Signal moduliert wird. Daher ist ihr Erfassungsbereich enger eingegrenzt. Weil passive Etiketten für viele Anwendungen bevorzugt sind, beschränkt sich der Rest dieser Diskussion auf diesen Etikettentyp. Für Fachleute ist jedoch ersichtlich, daß beide Etikettentypen viele gemeinsame Merkmale aufweisen, und daß beide Etikettentypen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendbar sind.
Wie in 1 dargestellt, weist ein typisches passives, auf RF-Signale ansprechendes Element 10 typischerweise zwei Komponenten auf: eine integrierte Schaltung 12 und eine Antenne 14. Durch die integrierte Schaltung wird die primäre Identifikationsfunktion bereitgestellt. Sie weist ein Programm und eine Schaltung zum permanenten Speichern der Etikettenidentifizierung und anderer gewünschter Informationen, zum Interpretieren und Verarbeiten von von der Abfragehardware empfangenen Befehlen, zum Antworten auf Anforderungen für Informationen durch die Abfrageeinrichtung und zum Unterstützen der Hardware bei der Lösung von Konflikten auf, die sich ergeben, wenn mehrere Etiketten gleichzeitig auf die Abfrage antworten. Optional kann der Speicher der integrierten Schaltung an Stelle eines Nur-Lese-Speichers ein Le se-/Schreib-Speicher sein, so daß die Information im Speicher durch die integrierte Schaltung nicht nur ausgelesen, sondern auch aktualisiert werden kann. Zur Verwendung in RFID-Markern geeignete integrierte Schaltungen sind u. a. von Texas Instruments (TIRIS- oder Tag-it-Produktlinie), Philips (I-Code-, Mifare- und Hitag-Produktlinie), Motorola/Indala und Single Chip Systems erhältlich.
Die Antennengeometrie und -eigenschaften hängen von der gewünschten Betriebsfrequenz des RFID-Abschnitts des Etiketts ab. Beispielsweise würden 2,45 GHz- (oder bei einer ähnlichen Frequenz arbeitende) RFID-Etiketten typischerweise eine Dipolantenne aufweisen, z. B. die in 1A dargestelten linearen Dipolantennen 14, oder die gefalteten Dipolantennen 14a, die in 1B am auf RF-Signale ansprechenden Element 10a befestigt sind. 13,56 MHz- (oder bei einer ähnlichen Frequenz arbeitende) RFID-Etiketten würden eine Spiral- oder Spulenantenne 14b verwenden, die, wie in 2 dargestellt, am auf RF-Signale ansprechenden Element 10b befestigt ist. In jedem Fall kreuzt die Antenne 14 die durch eine Abfragequelle abgestrahlte RF-Energie. Durch diese Signalenergie werden sowohl Leistung als auch Befehle an das Etikett übertragen. Die Antenne ermöglicht es dem auf RF-Signale ansprechenden Element ausreichend Energie zu absorbieren, um den IC-Chip mit Leistung zu versorgen und dadurch die zu erfassende Antwort bereitzustellen. Daher müssen die Antenneneigenschaften und -kenngrößen dem System angepaßt sein, in dem die Antenne angeordnet ist. Im Fall von Etiketten, die im hohen MHz- bis GHz-Bereich arbeiten, ist die wichtigste Eigenschaft die Antennenlänge. Typischerweise wird die effektive Länge einer Dipolantenne so ausgewählt, daß sie etwa der halben Wellenlänge oder einem Vielfachen der halben Wellenlänge des Abfragesignals entspricht. Im Fall von Etiketten, die im niedrigen oder mittleren MHz- Bereich arbeiten (z. B. 13,56 MHz), wo eine Halbwellenlängenantenne aufgrund von Größeneinschränkungen unpraktisch ist, sind die wichtigen Antenneneigenschaften die Induktanz und die Anzahl der Wicklungen der Antennenspule. Für beide Antennentypen ist eine gute elektrische Leitfähigkeit erforderlich. Typischerweise würden Metalle, z. B. Kupfer oder Aluminium, verwendet, andere Leiter, z. B. magnetische Metalle, wie beispielsweise Permalloy, sind jedoch ebenfalls geeignet und tatsächlich für die erfindungsgemäßen Zwecke bevorzugt. Es ist außerdem wichtig, daß die Eingangsimpedanz des ausgewählten IC-Chips der Impedanz der Antenne angepaßt ist, um eine maximale Energieübertragung zu ermöglichen. Weitere Informationen über Antennen sind Fachleuten beispielsweise basierend auf Referenzdokumenten, wie z. B. J. D. Kraus, Antennas (2d ed. 1988, McGraw-Hill, Inc., New York) bekannt.
Häufig wird ein Kondensator 16 verwendet, um die Leistung des Markers zu erhöhen, wie in 2 dargestellt. Der Kondensator 16 stimmt, falls er vorhanden ist, die Betriebsfrequenz des Etiketts auf einen vorgegebenen Wert ab. Dies ist erwünscht, um einen maximalen Arbeits- oder Betriebsbereich zu erhalten und die Einhaltung von Betriebsvorschriften zu gewährleisten. Der Kondensator kann ein diskretes Bauteil oder in der Antenne integriert sein, wie nachstehend beschrieben wird. In einigen Etikettenkonstruktionen, insbesondere in Etiketten, die dafür konstruiert sind, bei sehr hohen Frequenzen zu arbeiten, z. B. bei 2,45 GHz, ist kein Abstimmkondensator erforderlich. Der Kondensator wird so ausgewählt, daß, wenn er mit der durch die Antenne bereitgestellten Induktivität gekoppelt ist, die Resonanzfrequenz der kombinierten Struktur, die gegeben ist durch:
wobei C = Kapazität (in Farad)
L = Induktivität (in Henry)
der gewünschten Arbeits- oder Betriebsfrequenz des RFID-Systems ungefähr entspricht. Der Kondensator kann auch eine verteilte Kapazität sein, wie in den für 3M erteilten US-Patenten Nr. 4598276 (Tait et al.) und 4578654 (Tait et al.) beschrieben ist. Eine verteilte Kapazität ist erwünscht, um die Etikettengröße, insbesondere die Dicke, zu reduzieren und die manuelle Montage zu minimieren.
Im Betrieb wird das auf RF-Signale ansprechende Etikett 110, wie in 4 dargestellt, durch ein EAS-Sicherheitssystem 100 abgefragt, das typischerweise in der Nähe der Stelle angeordnet ist, an der das Etikett überwacht werden soll. Ein Abfragebereich kann durch Anordnen beabstandeter Detektorplatten quer über die Ausgänge des Raums eingerichtet werden, in dem die etikettierten Artikel angeordnet sind, in der Nähe eines Transportbandes, das zu überwachende Gegenstände transportiert, oder an ähnlichen Positionen. Es können auch Hand-Detektoren verwendet werden. Eine Abfragequelle 102 (typischerweise mit einem Treiberoszillator und einem Verstärker) ist mit einer Antenne 104 (die manchmal als Feldspule bezeichnet wird) zum Übertragen eines Radiofrequenz-Wechselfeldes oder eines Abfragesignals im Abfragebereich verbunden. Das System 100 weist außerdem eine Antenne zum Empfangen eines Signals (als Antenne 104 dargestellt und manchmal als Empfangsspule bezeichnet) und einen Detektor 106 zum Verarbeiten von durch Etiketten im Abfragebereich erzeugten Signalen auf.
Die Abfragequelle 102 überträgt ein Abfragesignal 200, das innerhalb bekannter Frequenzbereiche ausgewählt wird, die bevorzugt sind, weil sie andere Anwendungen nicht stören, und weil sie anwendbare staatliche oder behördliche Vorschriften erfüllen. Wenn das auf RF-Signale ansprechende Element ein Abfragesignal empfängt, überträgt es sein eigenes Antwortcodesignal 202, das über die Antenne 104 empfangen und zum Detektor 106 übertragen wird. Der Detektor decodiert die Antwort, identifiziert das Etikett (typischerweise basierend auf in einem Computer oder einer anderen Speichereinrichtung 108 gespeicherten Informationen) und führt basierend auf dem erfaßten Codesignal Verarbeitungen oder Funktionen aus. Fachleuten sind verschiedene Modifikationen des dargestellten Systems bekannt, z. B. können an Stelle der dargestellten Einzelantenne 104 separate Antennen für die Abfragequelle 102 und den Detektor 106 verwendet werden.
Durch moderne RFID-Etiketten werden außerdem wesentliche Speicherkapazitäten eines konventionellen Speichers bereitgestellt, manchmal in der Form von ROM-Speichern oder einmal beschreibbaren Speichern, sie ermöglichen dem Benutzer jedoch vorzugsweise, den Speicher durch Überschreiben seines Inhalts aus der Entfernung wiederholt zu aktualisieren. Die bereitgestellte Speicherkapazität kann variieren und beeinflußt die Größe und die Kosten des IC-Abschnitts eines RFID-Etiketts. Typischerweise können wirtschaftlich zwischen 128 und 512 Bits Gesamtspeicherkapazität bereitgestellt werden. Beispielsweise werden durch ein von Texas Instruments, Dallas, Texas unter der Handelsbezeichnung "Tagit" erhältliches RFID-Etikett zusätzlich zu 128 Bits Speicherkapazität, die für Informationen reserviert sind, wie beispielsweise die eindeutige Seriennummer des Etiketts, die Version und Herstellerinformationen und ähnliche, 256 Bits Speicherkapazität für einen durch einen Benutzer program mierbaren Speicher bereitgestellt. Ähnlicherweise werden durch ein von Philips Semiconductors, Eindhoven, Niederlande unter der Handelsbezeichnung "I-Code" erhältliches RFID-Etikett 384 Bits Benutzerspeicher zusammen mit zusätzlichen 128 Bits bereitgestellt, die für die vorstehend erwähnten Informationsarten reserviert sind.
Der konventionelle Speicher kann verwendet werden, um das Leistungsvermögen eines Gegenstandidentifikationssystems zu erhöhen, das beispielsweise in einer Bibliotheksumgebung verwendet wird. Gegenwärtig identifizieren Bibliotheken Gegenstände durch Scannen eines optischen Bar- oder Strichcodes. Die in diesem Strichcode enthaltene eindeutige Identifizierung wird verwendet, um auf eine Umlaufdatenbank zuzugreifen, die LAV- (library automation vendors) Software enthält, wo ausführlichere Informationen über den Gegenstand permanent gespeichert sind. Obwohl dieses System hochgradig entwickelt worden ist und in vielen Anwendungen sehr gut funktioniert, kann es zwei Nachteile aufweisen. Erstens muß eine Verbindung zu einer Umlaufdatenbank eingerichtet werden, um auf Informationen zuzugreifen. Dadurch wird die Verfügbarkeit der Information begrenzt, wenn ein Gegenstand sich an einer von einer Verbindung zu dieser Datenbank entfernten Stelle befindet. Zweitens kann für die Wiedergewinnung von Information von der Umlaufdatenbank während Perioden hohen Datenaufkommens manchmal eine inakzeptabel lange Zeitdauer erforderlich sein. Durch Speichern bestimmter kritischer Informationselemente auf dem RFID-Etikett können beide Einschränkungen eliminiert werden.
Ein Informationsbeispiel, durch das das Leistungsvermögen eines Bibliotheksidentifikationssystems verbessert werden könnte, wenn die Informationen auf dem RFID-Etikett selbst vorhanden wären, wäre eine Bibliotheksidentifizierungsnummer. Dann könnte durch einfaches Scannen des RFID- Etiketts ohne Zugriff auf eine Datenbank eine "Heim"-Bibliothek eines Gegenstandes schnell und bequem bestimmt werden. Ein anderes Informationsbeispiel, das vorzugsweise auf einem RFID-Etikett selbst vorhanden ist, wäre ein Code, durch den bestimmt wird, ob der Gegenstand ein Buch, ein Videoband, ein Tonband, eine CD oder ein anderer Gegenstand war. Dieser Code könnte beispielsweise ein von 3M erhältlicher, gemäß dem 3M Standard Interchange Protocol spezifizierter Medientypcode sein. Weil der Medientyp sofort bekannt ist, könnte ein Bibliotheksmaterialmanagementsystem sicherstellen, daß ein Gegenstand geeignet verarbeitet worden ist, ohne daß eine Verzögerung und eine Unbequemlichkeit dadurch auftritt, daß auf eine entfernte Umlaufdatenbank zugegriffen werden muß. Andere Informationsbeispiele, die dazu geeignet sind, auf einem RFID-Etikett bereitgestellt zu werden, sind Fachleuten bekannt.
Ein anderer Bereich, in denen RFID-Systeme gegenüber auf Strichcode basierenden Systemen Vorteile bieten, ist die Identifizierung mehrerer Gegenstände. Durch Verwendung hochentwickelter Softwarealgorithmen arbeiten RFID-Lesegeräte und Marker zusammen, um zu gewährleisten, daß alle Gegenstände im Abfragebereich des Lesegeräts ohne Eingriff durch eine Bedienungsperson erfolgreich identifiziert werden. Diese Fähigkeit ermöglicht die Entwicklung zahlreicher nützlicher Anwendungen im Bereich der Inventarsteuerung, der Verfolgung und der Sortierung von Gegenständen, die durch auf Strichcodes basierenden Identifikationssystemen nur schwierig, wenn überhaupt, implementierbar wären.
B. Das Kombinationsetikett
Wie in den 3 und 5 bis 8 dargestellt ist, ist im Kombinationsetikett 20 ein magnetisch ansprechendes Element mit einem auf RF-Signale ansprechenden Element kombi niert, um die Vorteile beider Elemente bereitzustellen. Daher können die beiden Elemente gleichzeitig auf einem Gegenstand von Interesse angebracht werden, wodurch die Kosten reduziert werden. Das Kombinationsetikett kann einen druckempfindlichen Klebstoff aufweisen, der durch einen ablösbaren Liner abgedeckt ist, so daß das Kombinationsetikett an einer Oberfläche des Artikels angehaftet werden kann, nachdem der Liner entfernt worden ist. In einer anderen Ausführungsform verwendet das Etikett das magnetisch ansprechende Element als Antenne für das auf RF-Signale ansprechende Element. Das magnetisch ansprechende Element ist, wenn es als Antenne verwendet wird, mit einem auf RF-Signale ansprechenden Element elektrisch gekoppelt und kann gegebenenfalls auch physisch mit dem auf RF-Signale ansprechenden Element gekoppelt sein.
Das erfindungsgemäß hergestellte Kombinationsetikett kann auf zwei Weisen abgefragt werden. Erstens könnte die RFID-Abfragequelle RF-Signale verwenden, um Codes von der integrierten Schaltung anzufordern und zu empfangen. Diese Informationen würden beispielsweise die Identifizierung des Artikels, dem das Etikett zugeordnet ist, und Informationen darüber anzeigen, ob der Artikel geeignet verarbeitet worden ist. Zweitens könnte das Etikett durch ein magnetisches Abfragefeld abgefragt werden, um zu bestimmen, ob der magnetische Abschnitt der Markeranordnung aktiv war. Wenn die Markeranordnung aktiv war, würde die Abfragequelle eine Antwort erzeugen, z. B. eine Mitteilung, daß der markierte Artikel nicht geeignet verarbeitet worden ist. Weil die magnetische Abfrage bezüglich Abschirmung sicherer ist als die RF-Abfrage, würde durch den magnetischen Abschnitt des Kombinationsetiketts eine erhöhte Sicherheit bereitgestellt. Dadurch werden die Merkmale eines magnetischen und eines RFID- Etiketts in einem einzigen Kombinationsetikett bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kombinationsetikett ein magnetisch ansprechendes Element auf, das auch als Antenne in der Schaltung des auf RF-Signale ansprechenden Elements funktioniert. Um beide Funktionen bereitzustellen, muß das Antennenmaterial eine niedrige magnetische Koerzitivkraft aufweisen, eine sehr hohe magnetische Permeabilität (um als effizientes Sicherheitselement zu dienen) und eine mittlere bis hohe elektrische Leitfähigkeit (um als effiziente Antenne zu funktionieren). Außerdem muß die Antennengeometrie mit beiden Funktionen kompatibel sein. In dieser Ausführungsform könnte die Antenne beispielsweise aus Permalloy, einer Legierung aus Nickel und Eisen, hergestellt sein.
In einer Ausführungsform kann als eine lineare Dipolantenne ein Sicherheitsstreifen der Marke "Tattle-Tape^TM" von 3M oder ein anderes äquivalentes magnetisches Element verwendet werden, das bei 2,45 GHz oder einer ähnlichen Hochfrequenz arbeitet. Die Länge, die Breite und die Dicke dieses Streifens werden so ausgewählt, daß sie der spezifischen Betriebsfrequenz und anderen Kenngrößen des verwendeten RFID-Chips angepaßt sind. Typischerweise würde der Streifen aus Permalloy (erhältlich von mehreren Quellen, z. B. von Carpenter Specialty Alloys, Reading, PA unter der Handelsbezeichnung "HyMu80") oder einer amorphen Legierung hergestellt, die beispielsweise von Allied Signal Company, Morristown, NY unter der Handelsbezeichnung 2705M erhältlich ist, und seine Länge würde zwischen 6,35 und 16,5 cm (2,5 und 6,5 Zoll) betragen. Die Anschlüsse der integrierten Schaltung wären mit den Enden des Sicherheitsstreifens physisch verbunden. Elektrische Messungen der Impedanz und der Leistungsverstärkung haben gezeigt, daß durch einen solchen magnetischen Streifen die gleichen grundsätzlichen elektrischen Eigenschaften erhalten werden wie für Kupfer- oder Aluminium-Dipolantennen, die normalerweise mit einem solchen Chip verwendet werden, so daß erwartet werden kann, daß beide Funktionen geeignet ausgeführt werden.
Wenn das magnetisch ansprechende Element mindestens als Teil der Antenne des auf RF-Signale ansprechenden Elements verwendet wird, werden die beiden Elemente elektrisch miteinander gekoppelt. Die elektrische Kopplung kann durch eine physische Verbindung zwischen mehreren Elementen eingerichtet werden (wie in 5 dargestellt), oder, wenn keine physische Verbindung vorhanden ist, durch kontaktlose elektromagnetische Kopplung (wie in den 6, 7 und 8 dargestellt). Kontaktlose Kopplung kann z. B. parasitäre Kopplung, kapazitive Kopplung oder induktive Kopplung sein, wobei als Antennenkomponenten beispielsweise parasitäre Antennenelemente, Reflektor- und Richtantennen, Yagi-Uda-Antennen oder andere geeignete Antennenkonfigurationen verwendet werden.
Das in 3 dargestellte Kombinationsetikett weist Spulenwicklungen aus einem magnetischen Material auf. Das Etikett könnte beispielsweise ein 13,56 MHz-Etikett z. B. mit einer Antennenstruktur 14c sein, in der Flußkollektoren an den Ecken vorgesehen sind, um die magnetische Funktion des Etiketts zu verbessern. Es können auch andersartige Flußkollektoren bereitgestellt werden.
Das in 5 dargestellte Kombinationsetikett weist eine physische Verbindung zwischen der aus einem magnetisch ansprechenden Material hergestellten Antenne 22 und der integrierten Schaltung 12 auf. Ein oder mehrere Relais- oder Magnetankerelemente des vorstehend beschriebenen Typs können ebenfalls auf das magnetisch ansprechende Material aufgebracht werden, so daß es selektiv aktiviert und deaktiviert werden kann, um ein Doppelstatusetikett bereitzustellen. Die in 6 dargestellte Antenne 22a ist zwar nicht physisch mit der integrierten Schaltung 12 oder mit der Dipolantenne 23 verbunden, sie ist jedoch trotzdem durch parasitäre Dipolkopplung elektrisch mit der Dipolantenne verbunden, um ein Kombinationsetikett 20a bereitzustellen. Die Dipolantenne 23 kann ein magnetisch ansprechendes Material oder ein nicht-magnetisch ansprechendes Material aufweisen.
Die 7 und 8 zeigen Ausführungsformen, in denen mehr als eine Antenne 22 für eine elektrische Kopplung mit Antennen 23b bzw. 23c bereitgestellt werden. In dem in 7 dargestellten Kombinationsetikett 20b weist die integrierte Schaltung 12 eine Dipolantenne 23b auf, die mit den Antennen 22b parasitär gekoppelt ist. Die Antennen 22b bestehen aus einem magnetisch ansprechenden Material, und die Antenne(n) 23b kann (können) aus einem magnetisch ansprechenden Material hergestellt sein. Im in 8 dargestellten Kombinationsetikett 20c ist ein auf RF-Signale ansprechendes Element des in 2 dargestellten Typs mit Antennen 22c parasitär elektrisch gekoppelt. Die Antennen 22c bestehen aus einem magnetisch ansprechenden Material, und die Antenne(n) 23c kann (können) aus einem magnetisch ansprechenden Material hergestellt sein. Weitere Modifikationen dieser Ausführungsformen sind leicht konstruierbar.
Die Gesamtdicke des Kombinationsetiketts sollte so klein wie möglich sein, um zu ermöglichen, daß das Etikett unauffällig auf oder in einem Artikel angeordnet werden kann. Beispielsweise kann das Etikett einen Klebstoff aufweisen und zwischen den Seiten eines Buchs angeordnet werden, wobei es wünschenswert ist, das Etikett ausreichend dünn auszubilden, um zu verhindern, daß das Etikett durch Betrachten des Buchendes leicht erkennbar ist. Herkömmliche ICs können etwa 0,5 mm (0,02 Zoll) dick sein, und die Ge- samtgröße des Etiketts ist vorzugsweise kleiner als 0,635 mm (0,025 Zoll).
Die erfindungsgemäßen Kombinationsetiketten können in Rollenform bereitgestellt werden, um zu ermöglichen, daß einzelne Etiketten in einem automatischen Aufbringprozess sequentiell auf Artikel aufgebracht werden können. Dieses allgemeine System ist beispielsweise in der PCT-Veröffentlichung WO-A-97/36270 (DeVale et al.) beschrieben. Einzelne Kombinationsetiketten, wobei eine oder mehrere Oberflächen der Etiketten mit einem Klebstoff bedeckt sein können (z. B. mit einem druckempfindlichen Klebstoff), können von der Rolle abgetrennt und zwischen zwei Seiten eines Buches in der Nähe seines Einbandes angeordnet werden. Es kann eine Seitenspreizeinrichtung bereitgestellt werden, um das Einfügen des Kombinationsetiketts zu erleichtern, und es können auch andere Optionen, z. B. Sensoren zum Erfassen der Position verschiedener Komponenten im System, bereitgestellt werden.
Das Kombinationsetikett ist vermutlich insbesondere, obgleich nicht ausschließlich, zur Verarbeitung von Bibliotheksmaterialien geeignet. Die Ausleihe bzw. Ausgabe und Rückgabe von Bibliotheksmaterialien mit einem RFID-Etikett dieses Typs würde erleichtert und könnte möglicherweise ohne personelle Unterstützung erfolgen. D. h., die Materialien würden an einen bestimmten Kunden (der selbst eine Bibliothekskarte mit einem ihr zugeordneten RFID-Etikett besitzen könnte) automatisch ausgegeben bzw. ausgeliehen werden, wenn der Kunde einen geeigneten Erfassungsbereich passiert, und zurückgegeben bzw. -übertragen werden, wenn der Kunde die Bibliothek mit den entsprechenden Materialien erneut betritt. Das erfindungsgemäße Etikett kann auch Inventarmanagement und -analyse unterstützen, indem der Bibliotheksverwaltung ermöglicht wird, Materialien sofort und kontinuierlich zu verfolgen. Diese und andere Merkmale der Erfin dung sind natürlich auch für andere Annwendungszwecke geeignet, z. B. zur Materialhandhabung in Läden, Warenhäusern und für ähnliche Zwecke.
Gemäß einer anderen Ausführungsform könnte durch das Kombinationsetikett eine Doppelstatus-Markerinformation sowohl durch magnetisches Ansprechen (wodurch angezeigt wird, ob die magnetischen Merkmale des Etiketts aktiviert oder deaktiviert worden sind) als auch durch Ansprechen auf RF-Signale bereitgestellt werden (wodurch unter Verwendung geeigneter Software angezeigt wird, ob die Datenbank oder der Speicher des RFID-Chips selbst angezeigt hat, daß der Gegenstand geeignet verarbeitet worden ist).
Durch die folgenden Beispiele werden weitere Informationen bezüglich in den im nachstehenden Abschnitt II beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung verwendeten Etiketten bereitgestellt.
Beispiel 1
Ein Kombinationsetikett wurde erfindungsgemäß hergestellt. Ein Permalloy-Streifen, der aus einer von Carpenter Technology Corporation, Reading, Pennsylvania unter der Handelsbezeichnung "HyMu80" erhältlichen Legierung hergestellt wurde, wurde an einem Testbefestigungselement befestigt, das durch Single Chip Systems (SCS), San Diego, California hergestellt wird. Der Streifen war etwa 1,6 mm (0,625 Zoll) breit, 0,0254 mm (0,001 Zoll) dick und 10,16 cm (4 Zoll) lang. Das Testbefestigungselement bestand aus einer mit einer Leuchtdiode verbundenen 2,45 GHz-SCS-Standardantenne. Die Vorrichtung war so konstruiert, daß die Leuchtdiode leuchten würde, wenn sie einem 2,45 GHz-Feld ausgesetzt ist, das stark genug ist, um ein typisches SCS-RFID-Etikett mit Leistung zu versorgen, wodurch eine sofortige Sichtanzeige hinsichtlich einer geeigneten Funktionsweise des Leistungs empfangsabschnitts der Vorrichtung bereitgestellt wird. Nachdem die SCS-Standardantenne durch die Prototyp-Permalloy-Antenne ersetzt wurde, leuchtete die Leuchtdiode bei etwa der gleichen Feldstärke, wodurch eine geeignete Funktionsweise des Prototyps bestätigt wurde.
Beispiel 2
3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Antenne, die vermutlich für eine 13,56 MHz-Konstruktion geeignet ist. Bei dieser Frequenz ist eine Spulenantennengeometrie bevorzugt. Die die Spule bildenden spiralförmigen Wicklungen werden entweder durch (physisches oder chemisches) Ätzen, Stanzen oder Aufdampfen durch eine Maske aus einer magnetischen Legierung hergestellt, z. B. aus Permalloy. Die geraden "Arm" oder "Schenkel" -abschnitte der Spule dienen in dieser Konstruktion auch als magnetisch ansprechende Elemente. Die reduzierte Länge dieser Metallelemente begrenzt jedoch in dieser Geometrie die Wirksamkeit des magnetischen Sicherheitsabschnitts der Vorrichtung. In der in 3 dargestellten Ausführungsform sind der Antennenspule an den Ecken Flußkollektorelemente hinzugefügt, um diese Einschränkung zu eliminieren. Die in 3 dargestellte Konstruktion würde vorzugsweise einen Kondensator aufweisen, wie vorstehend beschrieben, um die Betriebsfrequenz der Antenne auf die vorgeschriebene Abfragefrequenz abzustimmen.
Die Eigenschaften und Kenngrößen der in diesem Beispiel beschriebenen Antenne wurden mit den Eigenschaften und Kenngrößen bekannter Antennen für RF-ICs verglichen, und weil diese Eigenschaften und Kenngrößen ähnlich waren, wird erwartet, daß die Antenne dieses Beispiels in einer solchen Anwendung geeignet funktionieren würde.
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann entweder ein Etikett nur mit ei nem RFID-Element oder ein Kombinationsetikett verwendet werden, die beide vorstehend beschrieben wurden.
II. Antennesystem für ein RFID-Abfragesystem
A. Allgemein
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennensystem zur Verwendung mit mehreren Gegenständen von Interesse, von denen mindestens einige RFID-Elemente aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Antennensystem auf: ein kontinuierliches Antennenband, das in der Nähe der Gegenstände angeordnet ist, wobei das Antennenband entweder permanent oder lösbar mit einer RFID-Abfragequelle verbunden ist, Software zum Verarbeiten der durch das Antennenband erhaltenen Information und einen Controller, der Abschnitte des Bandes aktiviert, um zu ermöglichen, daß die RFID-Abfragequelle Informationen von diesen Bandabschnitten erhalten kann. Diese und andere Merkmale der Erfindung werden nachstehend ausführlicher beschrieben. Obwohl innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung andere Anwendungen möglich sind, ist die vorliegende Erfindung besonders geeignet für das Inventarisieren von auf Regalen angeordneten Bibliotheksgegenständen, und die vorliegende Erfindung wird im wesentlichen in Verbindung mit dieser Anwendung beschrieben.
B. Systemkomponenten
Einige der in diesem Abschnitt beschriebenen Komponenten können in bestimmten Anwendungen der vorliegenden Erfindung optional sein.
1. Mit RFID-Etiketten versehene Gegenstände
Das System ist dafür vorgesehen, Informationen von und über Gegenstände mit RFID-Elementen zu erhalten, die in RFID-Etiketten enthalten sein können (und alternativ als RFID-Etiketten bezeichnet werden). In einigen Ausführungsformen können Kombinationsetiketten des vorstehend beschriebenen Typs an Stelle von oder zusätzlich zu RFID-Etiketten verwendet werden. Im Fall von Bibliotheksmaterialien können die RFID-Etiketten an einer beliebigen Stelle auf dem Gegenstand angeordnet werden, obwohl es bevorzugt ist, daß das Etikett in einem vorgegebenen Abstand über dem Boden des Gegenstandes angeordnet wird, so daß bei allen derartigen Gegenständen, die auf einem Regal angeordnet sind, die RFID-Etiketten etwa an der gleichen Stelle angeordnet sind. Bevorzugte RFID-Etiketten müssen nicht in direktem Sichtkontakt mit der RFID-Abfragequelle stehen und können z. B. an einem Buch auf oder in der Nähe des Einbandes befestigt sein. Weil das Antennen-Regalband mit Leistung versorgt wird und die RFID-Elemente in den Etiketten mit Leistung versorgt, können in den RFID-Etiketten kleinere Antennen verwendet werden, so daß sowohl ihre Größe als auch ihre Kosten reduziert werden.
2. RFID-Abfragequelle
Die RFID-Abfragequelle wird häufig als "RFID-Lesegerät" oder RFID-Vorrichtung bezeichnet und ist dazu geeignet, ein RFID-Etikett abzufragen, um auf bekannte Weise Informationen davon zu erhalten. Das RFID-Lesegerät kann ein stationäres, tragbares oder sogar ein Hand-Gerät sein und ist dazu geeignet, das erfindungsgemäße Antennensystem zu verwenden, um die RFID-Etiketten abzufragen. In anderen Ausführungsformen weist das Lesegerät außerdem eine Antenne auf, um den Lesebereich des Lesegerätes zu vergrößern. Viele Hersteller stellen RFID-Lesegeräte her, die verschiedenartige Marker lesen können. Das RFID-Lesegerät könnte aus einem 13,56 MHz-RFID-Lesegerät des Typs Commander 320, hergestellt von Texas Instruments, Dallas, Texas, bestehen. Ein Hand- Lesegerätmodul ist von I. D. Systems unter der Handelsbezeichnung "flx-msr" erhältlich, das, obwohl es aufgrund seines niedrigen Leistungsverbrauchs einen begrenzten Lesebereich aufweist, als tragbares Lesegerät geeignet funktioniert. Eine andere Leseeinheit ist als mit Phillips-RFID-Markern zusammenwirkendes Discovery Kit von Phillips erhältlich, wobei Phillips das Leseherät jedoch vermutlich nicht in den Handel bringen wird. Andere Lesegeräte, die bei höheren Frequenzen arbeiten, sind z. B. 2,45 GHz-Systeme von Single Chip Systems und 900 MHz-Systeme von Amtech. Jede dieser kommerziell erhältlichen Abfragequellen oder andere gegenwärtig bekannte oder zukünftig entwickelte Lesegeräte können mit einem geeignet konstruierten Antennen-Regalband als Abfragequelle verwendet werden. Weil das hierin beschriebene RFID-Lesegerät und das beschriebene Antennenband zusammenwirken müssen, um Gegenstände von Interesse erfolgreich abzufragen, wird die zu implementierende besondere Antennenbandkonstruktion von der Abfragefrequenz (und möglicherweise von anderen Eigenschaften) des RFID-Lesegeräts abhängen. Daher ist es sehr schwierig, spezifische Aussagen über allgemein akzeptierbare Konstruktionsparameter für Antennensysteme zu machen.
3. Software
Nachdem das RFID-Lesegerät Informationen von den RFID-Etiketten erhalten hat, wird Software verwendet, um die Information auf eine durch den Benutzer ausgewählte Weise zu verarbeiten und zu speichern. Diese Software wird verwendet, um zunächst das Lesegerät und anschließend die Etiketten abzufragen. Die Software sendet Anforderungen und Befehle von einem Hostrechner an das Lesegerät, um Betriebsparameter und Statusprüfungen vom Lesegerät zu erhalten. Die Lesegerät-Software weist außerdem Sicherheitsprogramme auf, um zu ve rifizieren, daß die an das Lesegerät und vom Lesegerät übertragenen Befehle gültige Befehle oder Antworten sind.
Nachdem die RFID-Vorrichtung das RFID-Etikett gelesen hat, kann die Vorrichtung die Gegenstandidentifizierungsinformation an einen Computer übertragen, der eine LAV- (library automation vendor) Software aufweist. Beispiele von etwa 50 gegenwärtig bekannten LAV-Software-Systemen sind "Dynix", erhältlich von Ameritech Library Services, Provo, Utah, "Carl ILS", erhältlich von CARL Corporation, Denver, Colorado und "DRA", erhältlich von DRA, St. Louis, Missouri. LAV-Software ermöglicht es Bibliotheken, den Fluß von Bibliotheksmaterialien durch die Bibliothek zu managen und weist mit Kunden, mit Bibliotheksmaterialien und ihrem Status und ihrer Verfügbarkeit und mit ähnlichen Informationen in Beziehung stehende Datenbanken auf.
4. Antenne
Um die Abfrage der RFID-Etiketten und den Empfang von Informationen von diesen Etiketten zu ermöglichen, weist die vorliegende Erfindung ein Antennensystem auf, das entweder kontinuierlich sein kann (und daher als "RFID-Regalband", "Antennen-Regalband" oder lediglich als "Regalband" bezeichet wird, obwohl das Regalband nicht notwendigerweise haftend ist, wie ein normales Bandmaterial), oder diskontinuierlich, obwohl ein kontinuierliches Antennensystem für eine einfache Fertigung, Aufbringung und einen einfachen Betrieb normalerweise bevorzugt ist. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Verwendung diskreter Antennen realisierbar ist, wird sie zur Vereinfachung unter Bezug auf ein kontinuierliches Antennenband beschrieben.
In einer Ausführungsform sind Etiketten mit RFID-Elementen in einigen oder vorzugsweise in allen Gegenständen innerhalb eines Bereichs von Interesse angeordnet, und ein Antennen-Regalband ist an der Position oder in der Nähe der Gegenstände angeordnet. Das Antennen-Regalband wird vorzugsweise durch einen bereitgestellten Wechselstrom mit Leistung versorgt. Wenn die RFID-Etiketten durch eine RFID-Abfragequelle (die entweder eine einzige Quelle für den Gesamtbereich ist oder aus mehreren Quellen besteht) abgefragt werden, ist diese Quelle dann schnell in der Lage, Informationen über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Gegenstandes und die Identität des Gegenstandes optional für einen Vergleich mit einer Datenbank zu erhalten. Dadurch ist eine Inventur häufig oder sogar kontinuierlich möglich, was in Bibliotheken besonders nützlich ist.
Ein Antennen-Regalband ist in 9 dargestellt und kann in einem vorgegebenen Bereich von Interesse auf einem, mehr als einem oder allen Regalen installiert werden. Das Antennen-Regalband kann den RFID-Elementen zusätzliche Leistung zuführen, wodurch die zum Lesen der RFID-Elemente in den den Bibliotheksmaterialien zugeordneten Etiketten erforderliche Gesamtleistung reduziert wird. Lesegeräte, die weniger Leistung benötigen, können kleiner ausgebildet werden und sind dadurch leichter handhabbar. Anstatt einen Hand-Scanner zu verwenden, durch den einzelne Gegenstände nacheinander gescannt werden, kann eine Gruppe von Gegenständen unter Verwendung des Antennenbandes in einem Arbeitsvorgang schnell gelesen oder gescannt werden, was es einem Benutzer ermöglicht, Gegenstände kontinuierlich zu verfolgen und zu inventarisieren. Dadurch kann eine Bedienungsperson in Echtzeit bestimmen, welche Gegenstände gelagert oder in Regalen abgelegt bzw. eingestellt sind, wodurch u. a. eine Bibliotheksinventur wesentlich vereinfacht würde.
Das erfindungsgemäße Antennensystem funktioniert vorzugsweise in der Nähe verschiedenartiger Typen von Regalmaterialien. Aus Holz oder Kunststoff hergestellte Regale kön nen das Antennenband beeinflussen, die Konstruktion der Antennen kann jedoch leicht derart angepaßt werden, daß die auf die Antennen ausgeübten verschiedenen dielektrischen Belastungen berücksichtigt werden, wie Fachleuten bekannt ist. Beispielsweise könnte ein Antennenband mit Klebstoffunterlage auf die Unterseiten nichtmetallischer Regale aufgebracht werden. In einigen Bibliotheken und Datenzentren werden Metallregale vorhanden sein. Daher ist es bevorzugt, daß das Antennenband so konstruiert ist, daß es in der Nähe von Metallregalen funktioniert. In Anwendungen, in denen das Antennenband auf einem Metallregal verwendet würde, kann eine geeignete Antennenkonstruktion erforderlich sein, in der z. B. zusätzlich eine dielektrische Abstandsschicht vorgesehen ist. Die zum Optimieren der Leistung erforderliche besondere Konstruktion wird von der für das Antennen-Regalband ausgewählten Betriebsfrequenz abhängen. Beispielsweise könnte eine Kompatibilität mit Metallregalen erreicht werden, indem das Antennenband für RFID-Systeme, die bei Frequenzen von maximal etwa 13,56 MHz arbeiten, möglicherweise um etwa 1,27 cm (0,5 Zoll) vom Metallregal beabstandet angeordnet wird. Bei Frequenzen über 13,56 MHz kann das Regal selbst effektiv in die Antennenkonstruktion einbezogen und ein integraler Teil des Antennensystems werden. Eine alternative Konstruktion für Metallregale würde darin bestehen, daß das Antennenband auf dem Regal direkt über den Büchern oder anderen Bibliotheksmaterialien angeordnet wird.
Für eine geeignete Funktionsweise muß jede einzelne Antenne in der Anordnung einen geeigneten Q-Faktor aufweisen, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Der Q-Faktor beschreibt den Qualitätsfaktor der Antenne und ist ein Maß für den Verlust, den Wirkungsgrad bzw. die Effizienz und die Bandbreite der Antenne. Ein geeigneter Q-Faktor würde von anderen Komponenten des Systems abhängen: dem Q-Faktor der Marker, dem Q-Faktor der der Abfragequelle zugeordneten Abfrageantenne und der für die Abfrageelektronik erforderlichen Signalbandbreite.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Antennenband eine Steuerschaltung auf, die es dem Lesegerät ermöglicht, seine Abfrage mit einem spezifischen, aktivierten Abschnitt des Antennenbandes zu koordinieren. D. h., das Lesegerät fragt einem spezifischen Abschnitt des Antennenbandes zugeordnete RFID-Etiketten ab und erhält Informationen von diesen Etiketten, und fragt dann einem anderen (vorzugsweise benachbarten) Abschnitt des Antennenbandes zugeordnete RFID-Etiketten ab, usw. Dieses Merkmal wird als Adressierbarkeit bezeichnet, und die Steuerschaltung kann eine Multiplexschaltung aufweisen. Adressierbarbeit ist zum Überwachen von Bereichen besonders nützlich, die zu groß sind, um durch eine einzelne Antenne effektiv überwacht zu werden, obwohl ein einzelnes großes Antennensystem alle Ggenstände von Interesse auf einmal abfragen könnte. Unter Verwendung eines solchen Einzelantennensystem wäre die Abfragequelle nicht in der Lage, die Reihenfolge der Gegenstände zu bestimmen, sie wäre jedoch in der Lage, zu bestimmen, ob und welche Gegenstände im überwachten Bereich vorhanden sind.
Wie nachstehend unter Bezug auf 10 ausführlicher erläutert wird, würde der Controller eine Adresse an die Antennenschaltungen übertragen. Nur eine spezifische Antenne würde dann aktiviert, um die RFID-Etiketten unter Verwendung des Lesegerätsignals zu lesen. Nachdem eine Antenne gelesen wurde, würde die Multiplexschaltung weiterschalten oder inkrementieren, um einen nächsten spezifizierten Abschnitt des Antennenbandes zu aktivieren. Diese Antenne würde das RFID-Lesegerät unterstützen, die diesem Abschnitt zugeordneten RFID-Etiketten abzufragen, usw. Es kann wünschenswert sein, die Bereiche benachbarter Antennenelemente zu überlappen, so daß im ersten Abschnitt beispielsweise die Gegenständen 1 bis 10 zugeordneten Positionen gelesen werden, im zweiten Abschnitt die Gegenständen 9 bis 20 zugeordneten Positionen gelesen werden, im dritten Abschnitt die Gegenständen 19 bis 30 zugeordneten Positionen gelesen werden, usw. Diese Anordnung ist in 10 dargestellt und wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Die Redundanz bei der doppelten Abfrage der gleichen Gegenstände (im vorstehenden Beispiel der Gegenstände 9, 10, 19, 20) kann durch die Software berücksichtigt werden und gewährleistet, daß alle Gegenstände an der Übergangsstelle zwischen Antennenelementen geeignet abgefragt werden. Es wäre auch möglich, spezifische Abschnitte des Antennenbandes ohne Verwendung einer Multiplexschaltung abzufragen, indem diese Abschnitte des Antennenbandes beispielsweise sequentiell manuell aktiviert und deaktiviert werden. Dies könnte durch einen einfachen Schalter erreicht werden.
Die Adressierbarkeit ist besonders nützlich zum Bestimmen der tatsächlichen Reihenfolge abgefragter Gegenstände, weil sie spezifischen Gegenständen eine spezifische Position zuordnet. Durch die Adressierbarkeit wird außerdem eine höhere Leistung für jedes Antennenelement bereitgestellt. Wenn keine Schalter auf den anderen Elementen vorhanden wären, würde die Schaltung als Leistungsteilerschaltung wirken. Dies würde dazu führen, daß jedem Element ein Teil der Gesamtleitung zugeführt würde, wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß die Etiketten geeignet gelesen werden, reduziert wird.
Das Band selbst kann ein kontinuierliches Band sein oder kann in vorgegebene Abschnitte zur Verwendung auf spezifischen Regalen unterteilt sein. Ein Beispiel eines kontinuierlichen Bandes würde Trennungspunkte aufweisen, an denen das kontinuierliche Antennenbandmaterial getrennt werden könnte, vorausgesetzt, daß die Trennungspunkte ein Antennen element nicht beeinträchtigen oder eine Adressierungsschaltung unterbrechen. Am Trennungspunkt könnte die Schaltung für eine Verbindung mit dem Lesegerät durch eine einfache mechanische oder elektrische Verbindung mit dem Antennenband (durch kapazitive Kopplung) hinzugefügt werden. Am anderen Ende des Antennenbandes wäre ein Anschluß zum Festlegen der Anzahl von Elementen angeordnet. Wenn die Schaltung zum ersten Mal verwendet wird, würde durch einen Initialisierungsschritt festgelegt, wie viele Antennenelemente vorhanden sind, und die Schaltungsadressen würden gesetzt. Wenn eine vorgegebene Bandlänge verwendet würde, würden die Multiplexschaltung und die Verbindung mit der Lesegerätelektronik eingestellt und wären für eine Verwendung bereit.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird durch einen RF-Verstärker eine zusätzliche Signalleistung zum Abfragen des RFID-Etiketts bereitgestellt. Das Antennenband führt den Etiketten RF-Energie zu, und ein Lesegerät liest anschließend die Etiketten entweder durch eine Hand-Vorrichtung oder durch das Antennenband selbst durch die Antennen im Band. Durch das Band wird zusätzliche RF-Energie bereitgestellt, so daß eine Handheld- oder eine Regalband-Leseeinheit die Etiketten mit größerer Effizienz lesen kann. Eine andere Ausführungsform eines Verstärkers ist ein Basis-RF-Verstärker, der mit der Lesegerätsignalleitung in Serie geschaltet ist, um die den Antennen des Bandes zugeführte Leistung zu erhöhen und eine bessere Signalverarbeitung oder -verstärkung des zurückübertragenen Signals bereitzustellen und dazu beizutragen, das zurückübertragene Signal geeignet zu interpretieren.
5. Systemintegration
Das Antennenband würde mit Abfrage- und Steuerelektronik und dadurch mit geeigneter LAV-Software verbinden. So wohl die Größe als auch die Kosten der mit RFID-Vorrichtungen (Abfragequellen) verwendeten Antennen könnten reduziert werden, wodurch Stromversorgungsprobleme eliminiert würden, die durch relativ große, unhandliche und in der Herstellung teuere Kupferdrahtantennen verursacht werden. Ein kontinuierliches Antennenband würde das Erfordernis für ein kostengünstiges, einfach installierbares Antennensystem erfüllen, das in Regale eingestellte Artikeln mit einer hohen Auflösung von z. B. 12 cm (4 Zoll) oder weniger für ein 13,56 MHz-System lokalisieren kann. Unter Verwendung geeigneter Hard- und Software könnten die Inventarisierung und Positionsbestimmung von Gegenständen in einem vorgegebenen Bereich vollständig automatisiert werden.
In einer Ausführungsform arbeitet ein RFID-Inventarsystem bei einer Abfragefrequenz von 13,56 MHz, wobei diese Frequenz innerhalb eines Frequenzbandes liegt, das für industrielle, wissenschaftliche oder medizinische Anwendungen reserviert ist. Durch eine geeignete Änderung in der Antennenkonstruktion kann die vorliegende Erfindung für einen breiten Bereich von Frequenzen und Anwendungen verwendet werden. Die Abfragesignalamplitude ist vorzugsweise niedrig genug, damit magnetische Medien, kommerzielle (nicht gehärtete) Halbleiterbausteine (z. B. Speicherbausteine) und andere elektronische Geräte, die außerhalb dieses Bandes arbeiten, nicht nachteilig beeinflußt werden. Das System erfüllt vorzugsweise alle anwendbaren FCC- und EU-Richtlinien für elektromagnetische Emission.
Wie nachstehend unter Bezug auf 10 ausführlicher bschrieben wird, können das RFID-Lesegerät, die Steuerschaltung und andere Systemkomponenten entweder einem spezifischen Segment oder Abschnitt eines Antennenbandes oder einer Hand- oder einer anderen RFID-Vorrichtung zugeordnet sein, die am Antennenband befestigt und davon getrennt werden kann. In Ausführungsformen, in denen ein Einzelantennenband für sämtliche Interessensbereiche verwendet wird, muß die RFID-Vorrichtung nicht vom Band trennbar sein. In Ausführungsformen, in denen ein Mehrfachantennenband verwendet wird, kann ein tragbares Lesegerät mit einem ersten Abschnitt des Antennenbandes verbunden und aktiviert werden und dann davon getrennt und mit einem nachfolgenden Abschnitt des Antennenbandes verbunden werden. In einer großen, vollautomatischen Anwendung, bei der eine große Anzahl von Antennenbändern verwendet wird, kann ein Lesegerät einem spezifischen Bereich zugeordnet sein, um alle Bänder in diesem Bereich zu lesen, d. h. pro Regal ist ein Lesegrät vorgesehen. Ein Zentralrechner könnte dann alle Lesegeräte und das gesamte System steuern. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung könnte eine RFID-Vorrichtung mit dem Antennenbandsystem gekoppelt sein, um das System ohne physische Verbindung abzufragen. Dieses kontaktlose System würde eine Hand-RFID-Vorrichtung aufweisen, die mit einer oder mehreren Kopplungsstationen induktiv gekoppelt würde, die über den gesamten Bereich von Interesse bereitgestellt werden. Die Wirkung wäre die gleiche wie bei einer tatsächlichen physischen Kopplung, es würden jedoch zusätzliche Vorteile bereitgestellt, z. B. eine geringere Abnutzung bzw. ein geringerer Verschleiß des Systems und eine höhere Geschwindigkeit bei der Kopplung mit mehreren Antennen.
10 zeigt eine Ausführungsform eines gesamten Antennenband- und Abfragesystems. Bestimmte Gegenstände von Interesse 1 bis 20 sind auf einem Regal 300 angeordnet, und jeder Gegenstand weist ein ihm zugeordnetes RFID-Element auf. Ein Antennenband 310 ist am Regal 300 befestigt und weist einzelne adressierbare Antennenelemente 312, 314, 316, usw. auf. Für Anwendungen, in denen das Antennenband mit dem Rest des Systems verbindbar und davon trennbar ist, kann ein Port (z. B. ein Port 320) vorgesehen sein. Abschnitte des Systems, die als trennbar vom Antennenband dargestellt sind, z. B. ein Lesegerät 330 und eine Steuerschaltung 340, können entweder stromaufwärts oder stromabwärts von einem Port angeordnet sein. Das Lesegerät 330 fragt die Antennenelemente 312, 314 und 316 vorzugsweise sequentiell ab, wenn diese Abschnitte durch die Steuerschaltung 340 aktiviert werden. Die Steuerschaltung 340 weist vorzugsweise eine Multiplexschaltung auf. In der dargestellten Ausführungsform kann, wie vorstehend unter Bezug auf adressierbare Antennenelemente beschrieben wurde, ein erstes Antennenelement 312 die Gegenständen 1 bis 10 zugeordnete Position abfragen, ein zweites Antennenelement 314 die Gegenständen 9 bis 20 zugeordnete Position abfragen, usw.
Die durch das Lesegerät 330 erhaltene Information kann durch eine geeignete Einrichtung, z. B. über eine drahtlose oder verdrahtete Verbindung, an einen Computer 350 übertragen werden, der Software und eine Datenbank 360 aufweist. Die Software kann eine LAV-Software oder eine andere Software sein und wechselwirkt vorzugsweise mit der Datenbank, um Informationen über die Gegenstände 1 bis 20 zu erhalten oder Informationen über diese Gegenstände an die Datenbank zu übertragen. Die Ergebnisse können für einen Benutzer auf einem Display 370 dargestellt werden.
Nachstehend wird das Verfahren zum Spezifizieren und Implementieren eines erfindungsgemäßen Antennen-Regalbandsystems beschrieben. Als erstes werden Prototypen eines flexiblen Antennenbandes hergestellt, das eine gewünschte Anzahl adressierbarer einzelner Antennenelemente aufweist. Diese Elemente oder Einheiten werden in einer Reihe entlang des Bandes angeordnet und können eine beliebige gewünschte Länge überspannen. Durch mehr Antennenelemente wird eine höhere Auflösung (eine größere Fähigkeit, spezifische Gegens tände spezifischen Positionen zuzuordnen) erzielt, durch weniger Antennenelemente wird eine niedrigere Auflösung erhalten. Zwei zu handhabende wichtige Funktionen sind, eine geeignete Impedanzanpassung von der ersten Antenne bis zur letzten Antenne entlang des Bandes zu erreichen und aufrechtzuerhalten und die gleiche Leistung für alle Antennenelemente aufrechtzuerhalten, um einen gleichmäßigen Lesebereich zu erhalten. Diese Funktionen sind durch Fachleute leicht handhabbar.
Als zweites wird eine Abfrageelektronikschnittstelle, eine Antennenschnittstellenkonstruktion und ein Verfahren zum Adressieren einzelner Antennenelemente auf dem Band entwickelt. Als drittes wird Computersoftware geschrieben, um eine geeignete Datenerfassung vom Antennenband zu ermöglichen. Als viertes wird das Leistungsverhalten der Prototypkonstruktion in der gewünschten Umgebung demonstriert und bewertet, indem z. B. a) das Strahlungsmuster eines einzelnen Antennenelements abgebildet wird; b) der maximale Lesebereich eines einzelnen Antennelements bestimmt wird; c) Interferenz zwischen benachbarten Antennenelementen bestimmt wird; d) der Einfluß der Regalstruktur, von Büchern usw. in der Nähe des gelesenen Antennenbandes auf das Erfassungsverhalten bewertet wird; e) die Effizienz der Abfrageleistungsübertragung entlang des Bandes bestimmt wird; und f) die Ergebnisse dieser Untersuchungen und Messungen verwendet werden, um den optimalen Antennenabstand und die optimale Antennengeometrie zu bestimmen.
RFID-Regalbänder können auch für Anwendungen in anderen Bereichen verwendet werden. Beispielsweise könnte das System angepaßt werden, um spezifische, mit RFID-Etiketten versehene Gegenstände in einer Sammlung von in Regalen eingestellten Videobändern, Tonbändern, Computerdisketten oder Datenkassetten zu lokalisieren, was beispielsweise in einer kommerziellen oder staatlichen Datenzentrale erforderlich sein könnte. Andere mögliche Anwendungen sind Inventarmanagement, Verfolgung von Gegenständen, Logistik, und Sortierung von Vermögensgegenständen oder Geldmitteln. Für Fachleute ist ersichtlich, daß die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung modifizierbar sind.

Claims

Antennensystem zur Verwendung mit Gegenständen, die jeweils ein RFID-Element aufweisen, wobei das Antennensystem mehrere Antennen aufweist, von denen mindestens eine ausgewählt wird, um die RFID-Elemente in der Nähe der ausgewählten Antenne(n) durch eine RFID-Vorrichtung abzufragen, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem in Form eines sich in Längsrichtung erstreckenden Bandes vorgesehen ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei das System eine Leistungsquelle aufweist, die von einer durch eine RFID-Abfragequelle zugeführten Leistung getrennt ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei das Antennensystem ferner eine Multiplexschaltung zum selektiven Aktivieren einer oder mehrerer Antennen zur Abfrage aufweist.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei die Antennen entlang der Bandlänge überlappend angeordnet sind.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei das Antennensystem mindestens eine Antenne aufweist, die aus Spulenantennen, spiralförmigen Antennen, Dipolantennen und Microstrip-Patch-Antennen ausgewählt wird.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei das Band dem RFID-System ermöglicht, die Reihenfolge der Gegenstände zu bestimmen.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei die RFID-Elemente durch eine zentrale Abfragequelle im wesentlichen gleichzeitig abgefragt werden.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei das Band durch eine Hand-Einheit mit Energie versorgt und aktiviert wird.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei das Antennenband durch eine mechanische Befestigungseinrichtung an einem Regal befestigbar ist.
Antennensystem nach Anspruch 9, wobei das Antennenband magnetisch an einem Metallregal befestigbar ist.
Antennensystem nach Anspruch 9, wobei das Antennenband eine Klebstoffschicht für eine Befestigung an einem Regal aufweist.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei das System einen RF-Verstärker zum Erhöhen der Leistung des durch das Band erzeugten Signals aufweist.
Inventarsystem mit dem Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in Kombination mit einer RFID-Abfragequelle und Software zum Verarbeiten von von Gegenständen erhaltenen Informationen.
System nach Anspruch 13, wobei die Gegenstände Bibliotheksmaterialien sind.
System nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Software einen Algorithmus aufweist, um zu bestimmen, ob die abgefragten Gegenstände in einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet sind.
Verfahren zum Abfragen bestimmter Gegenstände, die jeweils ein RFID-Element aufweisen, mit den Schritten: (a) Bereitstellen eines mit Leistung versorgten Antennensystems, das in der Form eines sich in Längsrichtung erstreckenden Bandes vorgesehen ist und mehrere Antennen aufweist, von denen eine oder mehrere ausgewählt werden können, um Informationen über die Gegenstände in der Nähe der ausgewählten Antenne(n) bereitzustellen; (b) Auswählen einer ersten Antenne; (c) Abfragen der RFID-Elemente, die Gegenständen in der Nähe der ersten Antenne zugeordnet sind; und (d) Erhalten von Informationen über die Gegenstände in der Nähe der ersten Antenne von diesen RFID-Elementen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist: (e) Verwenden der in Schritt d) erhaltenen Informationen, um eine Datenbank zu aktualisieren, die Informationen über die Gegenstände enthält.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren nach den Schritten (a) bis (c) ferner die folgenden Schritte aufweist: (e) Auswählen einer zweiten Antenne; (f) Abfragen der RFID-Elemente, die den Gegenständen in der Nähe der zweiten Antenne zugeordnet sind; und (g) Erhalten von Informationen über die Gegenstände in der Nähe der zweiten Antenne von den RFID-Elementen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei mindestens ein Gegenstand durch die erste und die zweite Antenne abgefragt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist: (e) Bestimmen, ob der Gegenstand der Position in der Nähe der ersten Antenne zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren kontinuierlich ausgeführt wird, um eine Echtzeit-Informationserfassung bezüglich der Gegenstände bereitzustellen, die den Positionen der ersten und der zweiten Antenne zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren intermittierend ausgeführt wird, um Informationen bezüglich der Gegenstände, die den Positionen der ersten und der zweiten Antenne zugeordnet sind, in gewünschten Intervallen bereitzustellen.