МАГНИТНЫЕ ЯРЛЫКИ Российский патент 2002 года по МПК G01V15/00 G06K1/12 G06K19/12 

Изобретение относится к магнитным ярлыкам и, более конкретно, но не исключительно, касается ярлыков, которые могут кодироваться данными.

В более ранних патентных заявках, например, в WO 96/31790 и WO 97/04338 заявитель описал ярлыки дистанционной идентификации, которые могут опрашиваться с использованием переменного и/или статического магнитных полей. Откликаясь на опрос, ярлыки излучают магнитные сигналы, которые могут обнаруживаться в соответствующем приемном оборудовании. Такие ярлыки имеют многочисленные применения в таких областях, как идентификация предметов, безопасность и управление доступом.

Некоторые ярлыки, описанные в WO 96/31790, содержат элементы высокой магнитной проницаемости, низкой коэрцитивности, выполненные из "магнитно-мягкого" сплава в виде полоски, проволоки или тонкой пленки, покрытые магнитным слоем средней коэрцитивности. Магнитный сигнал или "подпись", генерируемый элементом высокой магнитной проницаемости в качестве отклика на опрос, определяется картиной намагниченности, хранящейся в "кодировочном" слое средней коэрцитивности, и характеристиками элемента высокой магнитной проницаемости.

В практических реализациях кодировка ярлыка может выполняться, например, в ходе изготовления ярлыка путем контактной или околоконтактной записи соответствующей магнитной картины на сплошной кодировочный слой с использованием матрицы постоянных магнитов. Этот способ особенно подходит для получения множества ярлыков с одним и тем же кодом.

Другой способ, который подходит для изготовления ярлыков, чьи коды никогда не потребуется изменять, состоит в том, чтобы размещать должным образом намагниченные куски кодировочного материала в соответствующих положениях на материале высокой магнитной проницаемости.

Еще один способ состоит в том, чтобы размещать ненамагниченные куски материала средней коэрцитивности в соответствующей картине с использованием, например, процесса теплового переноса, а затем производить объемное намагничивание всей структуры.

Очень удобная компоновка использует магнитную записывающую головку общеизвестного типа для записи информации на магнитную ленту. При такой компоновке ярлыки, изготовленные с однородным ненамагниченным кодировочным слоем, могут иметь картины, индивидуально кодированные на пункте выпуска. Это в высшей степени полезно для таких приложений, как маркировка авиационного багажа, где детали индивидуального ярлыка (имя пассажира и т.п.) заранее не известны до выпуска.

Международная заявка WО 97/04338 раскрывает магнитный маркер или ярлык, который включает в себя (а) первый магнитный материал, отличающийся высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивностью и нелинейной характеристикой В-Н (магнитная индукция - напряженность магнитного поля); и (b) второй магнитный материал, который способен быть постоянно намагниченным, отличающийся тем, что упомянутый второй магнитный материал способен намагничиваться при неоднородной картине поля.

Патент США US 5643686 (П1) раскрывает использование фиксированной постоянной магнитной картины для идентификации носителя магнитной записи. С помощью этой системы достигается высокая степень защиты от подделки. Магнитный носитель включает в себя немагнитную подложку, которая поддерживает, по крайней мере, два магнитных слоя, один из которых содержит рассеянные магнитные частицы, имеющие коэрцитивность 4000 эрстед (Э) (318400 А/м) или менее, и имеет неперезаписываемый фиксированный сигнал, записанный в слои. Это достигается путем магнитного ориентирования рассеянных частиц в ходе изготовления слоистого материала, в то время как рассеяние частиц еще сырое. Ориентирующее магнитное поле действует до тех пор, пока слой не станет твердым, после чего рассеянные частицы приобретают желаемую нестираемую магнитную картину.

Европейский патент ЕР 0353040-А (П2) раскрывает применение магнитного материала типа так называемого "водяного знака" к магнитно-мягким ярлыкам ЭОП (электронного обзора предметов). Материал "водяного знака" заключает в себе магнитные частицы, ориентированные в переменных направлениях, различающихся по фазе в соседних участках на 90^o. В своем первоначальном состоянии, материал "водяного знака", хотя и структурированный в ходе изготовления, является ненамагниченным. Таким образом, на магнитно-мягкий материал в ярлыках ЭОП никакого влияния не оказывается, и ярлык может быть обнаружен путем общепринятого принципа опроса переменным током (который, например, обыкновенно используется в магазинах в воротах обнаружения). Чтобы предотвратить обнаружение ярлыка, в пунктах продажи его стирают с помощью постоянного магнита. Это вызывает намагниченность чередующихся участков слоя "водяного знака"; затем эти участки проявляют однородное магнитное смещение, которое осуществляет магнитное скрепление соседних участков магнитно-мягкого материала, тем самым осуществляет магнитное деление материала на участки слишком малые, чтобы генерировать сигнал тревоги при опросе системой обнаружения переменного тока. В намагниченных участках нет никакой магнитной картины - просто однородная намагниченность.

Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к магнитным ярлыкам, чья структура такова, что посредством относительно простой магнитной записи возможно генерировать записанные картины в частях ярлыка, которые являются такими, чтобы изолировать области ярлыка (выполненного из сплошного слоя магнитно-мягкого материала), так что магнитное поведение областей таково, как если бы они были физически разделены. Оно также описывает, как данные могут кодироваться в такой ярлык с использованием измерений размера изолированных участков и/или промежутка между ними.

Конкретнее, одним объектом настоящего изобретения является магнитный маркер или ярлык, который включает в себя (а) первый магнитный материал, характеризующийся высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивностью и нелинейной характеристикой В-Н; и (b) второй магнитный материал, который способен быть постоянно намагниченным посредством известных методик магнитной записи, причем упомянутые первый и второй магнитные материалы наложены один на другой, отличающийся тем, что выбранные участки упомянутого второго магнитного материала намагничены и обладают намагниченностью в виде стираемой картины неоднократно реверсирующей полярности, при этом упомянутая намагниченность способна осуществлять магнитное скрепление со смежными участками упомянутого первого магнитного материала и осуществлять магнитное деление первого магнитного материала на группу магнитно-обособленных зон, причем длина упомянутых магнитно-обособленных зон и/или длины упомянутых намагниченных участков ("щелей") образуют элементы кода.

В отличие от системы, раскрытой в П1, ярлыки, согласно настоящему изобретению, предназначены принимать схему кодирования, которая требует намагничивания участков второго магнитного материала. Не представляется возможным встраивать такую намагниченность в материал в ходе изготовления ярлыка; это сделало бы изготовление столь дорогим, что процесс стал бы практически неосуществимым. Поэтому, в отличие от системы по П1, второй магнитный материал, используемый в ярлыке согласно настоящему изобретению, способен быть постоянно намагниченным посредством известных методик магнитной записи и является, предпочтительно, общепринятым носителем магнитной записи. Магнитная картина, накладываемая на материал, является, таким образом, стираемой и потому отличается от неперезаписываемого защитного кода, который является сущностью изложения в системе по П1.

Аналогично, ярлыки, согласно настоящему изобретению, существенно отличаются от ярлыков, описанных в системе по П2, в том, что они не обладают заранее сформированным распределением магнитных частиц в чередующихся зонах, чье выравнивание отличается по фазе на 90^o. Такая заранее сформированная ориентация вызывает двоичный отклик, когда материал подвергается продольному стиранию с помощью постоянного магнита; в результате этого действия каждая зона либо намагничивается, либо нет. Следовательно, при таком носителе невозможно встраивать стираемую картину неоднократно реверсирующей полярности по любой выбранной длине материала.

Исходя из этих различий, задачей систем по П1 и П2 является увеличение безопасности, тогда как настоящее изобретение касается ярлыков, которые могут подвергаться магнитной кодировке с целью переноса информации.

Полезно то, что два магнитных материала, по существу, имеют общую границу. Такой ярлык может кодироваться информацией путем намагничивания избранных участков второго магнитного материала; намагниченные участки аннулируют свойства первого магнитного материала, с которым они контактируют и, тем самым, эффективно делят магнитно-мягкий (первый) материал на группу магнитно-обособленных зон, хотя в физическом смысле материал является сплошным. В целях удобства намагниченные участки второго магнитного материала именуются здесь "щелями", поскольку они служат для синтеза магнитных щелей в первом магнитном материале, с которым они контактируют.

Предпочтительно, второй магнитный материал является материалом средней коэрцитивности.

Как будет объяснено ниже, преимущественная природа намагничивания зависит от физического размера щели.

Магнитно-обособленные зоны упомянутого первого магнитного материала ("активные участки") и длины упомянутых намагниченных участков ("щелей") упомянутого второго магнитного материала, образующие элементы кода, могут рассматриваться как "магнитные кодоны", поскольку они используются в изобретении для генерирования в ярлыке кодированной информации. Подходящий шифровальный ключ требуется для записи и/или чтения информации; он является, предпочтительно, по возможности простым и в любом случае может быть получен общепринятыми средствами. Ниже в этом документе посредством примера описана простая шифровальная система.

В одном варианте реализации длины магнитно-обособленных зон в упомянутом первом магнитном материале ("активных участков") являются неизменными, тогда как длины намагниченных участков ("щелей") упомянутого второго магнитного материала изменяются, чтобы обеспечивать кодирование данных. При желании можно принять и другие компоновки, например, использование различных длин для активных участков наряду или вместо разных длин для щелей.

Изобретение, таким образом, способно обеспечивать магнитную запись картин на ярлыке, выполненном из слоя магнитно-мягкого материала, покрытого слоем магнитного материала средней коэрцитивности.

В настоящем изобретении можно удовлетворительно использовать многочисленные коммерчески доступные материалы. Например, одним из материалов, пригодных для использования в качестве первого, магнитно-мягкого материала, является тонкопленочный материал, поставляемый бельгийской фирмой IST с торговым наименованием "Atlante" ("Атлант"). Это распыленный аморфный сплав толщиной около 1 мкм, напыляемый на основу ПЭТ (полиэтилентерефталат). Пленка имеет типичную внутреннюю магнитную проницаемость 10⁵ и низкочастотную коэрцитивность в несколько А/м.

Соответствующие кодировочные материалы, т.е. материалы для использования в качестве второго магнитного материала, являются тонко измельченными ферромагнитными оксидами с коэрцитивностями в диапазоне от 100 до 6000 Э (от 7960 до 477600 А/м). Коммерчески доступны соответствующие материалы от различных поставщиков, например, BASF (Германия), Kurtz (Германия) и TDK (Япония), и они, в общем случае, используются для производства носителей магнитной записи.

Простейший формат многобитового ярлыка (также именуемого меткой), который может считываться считывателем с плавающим нулем, как описано в WO 96/31790, состоит из матрицы физически разделенных кусков магнитного материала, причем информация кодируется размерами металлических элементов и/или щелями между ними.

При такой структуре минимальная длина элемента, который можно надежно обнаружить, определятся деталями считывателя, внутренними свойствами магнитного материала и формой элемента. Например, для простых меток из пленки, тонкой, как Atlante, критическая длина материала шириной 3 мм для обнаружения в детекторе 2-й гармоники типа, описанного в патентной заявке Великобритании GB 9506909.2, составляет в настоящее время около 5 мм. Длины в половину этого размера вызывают незначительный выход. Это вытекает из фактора формы элемента, который снижает внешнюю магнитную проницаемость материала от примерно 10⁵ для элемента бесконечной длины до примерно 5000 для длины 5 мм и менее половины этого для длины 2,5 мм.

Для меток, выполненных из сплошного слоя или тонкой пленки, необходимо делать промежутки между участками, где материал, подлежащий обнаружению, воспринимается считывателем как магнитно-неактивный. Это можно сделать, должным образом намагничивая слой записи, покрывающий эти участки.

Если участки короткие, т.е. меньше половины минимальной длины для активного участка, то достаточно наложить на них простую однородную намагниченность с целью сделать их, по существу, неактивными. Такая намагниченность препятствовала бы начальной кромке участка откликаться на опрос нулем считывающей системы в той же пространственной точке, что и конечная кромка непосредственно соседствующего активного участка. Кроме того, заявитель обнаружил, что, когда нуль перемещается в точку, где результирующее поле по предварительно намагниченному участку равно нулю, длина участка делает генерируемый сигнал незначительным.

Однако, для участков, которые сравнимы с минимальной длиной для активного участка или больше нее, простая однородная намагниченность, в общем случае, не может быть удовлетворительной. Это происходит потому, что намагниченный участок становится активным, когда нуль считывателя находится в точке, где результирующее поле по участку равно нулю, и в этой точке участок будет генерировать сигнал, который может перекрывать сигнал от активного участка и искажать предполагаемый сигнал.

Универсально-пригодная записываемая картина является, в общем случае, простой повторяющейся последовательностью, которая реверсирует свою полярность с пространственной частотой, так что северный и южный полюсы картины разделяются, самое большее, половиной минимальной активной длины для магнитно-мягкого материала. Это гарантирует, что участки материала, покрытые картиной, являются магнитно-разделенными на длины, не способные генерировать значительный сигнал, в силу их низкой эффективной магнитной проницаемости.

Для меток, выполненных, как описано выше, и использующих полоски шириной 3 мм из пленки Atlante, покрытые слоем записи средней коэрцитивности, минимальная длина для активного сегмента обычно составляет 5 мм. Поэтому, чтобы сделать участки любой длины неактивными, пространственная длина волны записываемой картины должна быть меньше, чем, примерно, 5 мм, и, предпочтительно, меньше, чем 2,5 мм.

Для меток, выполненных из аморфной полоски типа Vacuum-schmeltze (Вакуумшмельтц) 6025 шириной 1 мм и толщиной 15 мкм, минимальная эффективная длина активного элемента в таком считывателе, как например, описанном в PCT/GB 96/00823, составляет около 10 мм, и пространственная длина волны записываемой картины должна быть менее 10 мм и, предпочтительно, менее 5 мм для хорошего ослабления сигналов от нижележащего участка.

Такие картины намагниченности можно создавать с использованием матриц из близко разнесенных узких постоянных магнитов. Другая методика состоит в том, чтобы наносить слой записи сегментами, которые являются более узкими и разнесены на расстояние, меньшее, чем вышеописанные критические размеры, и затем однородно намагничивать их в тех участках ярлыка, которые должны быть неактивными. Еще одна альтернатива состоит в том, чтобы использовать общепринятый контактный процесс магнитной записи того типа, что широко используется для записи информации на магнитную ленту. Такие процессы могут легко достигать пространственного разрешения в несколько мкм, и, таким образом, с использованием таких головок легко также четко задавать конечные условия на неактивных сегментах путем регулировки фазы записываемого сигнала. Это может быть полезно при задании точных пространственных конечных точек блоков. Например, синусоидальная картина смещения может быть установлена на начало и конец в точках 90-градусной фазы гармонической волны, а не нулевой фазы, что дает очень быстрое возрастание поля в начале и конце сегмента, который предполагается быть неактивным. Также просто программировать картины, где остаточное смещение по активным участкам, вызванное полями от концов намагниченного участка, имеют либо однородную полярность, либо полярность, реверсирующую от одного конца к другому.

Примеры подходящих картин для неактивных участков ярлыков с многобитовыми данными изображены на нижеприведенных чертежах (фиг.1, 2, 3). Во всех случаях картины включают в себя "защитные полосы" на каждом конце. Эти неактивные участки гарантируют, что все активные участки в структуре ярлыка находятся в аналогичных локальных магнитных средах, что улучшает согласованность длин сегментов как измеряемых системой считывателя.

Иллюстративные схемы кодирования для многобитовых ярлыков с плавающим нулем
Ярлыки, выполненные как описано выше, способны кодироваться информацией с использованием разнообразных схем. Одна из простейших схем описывается в одной из более ранних заявок настоящего заявителя. Она использует наличие активного участка, чтобы обозначать цифровую "1", и неактивного участка, чтобы обозначать цифровой "0", причем промежутки между участками не изменяются вдоль ярлыка. Поскольку неактивные участки, по определению, не обнаруживаются считывателем ярлыка, необходимо также добавлять активные участки по обоим концам ярлыка, чтобы указывать считывателю, когда начались и закончились данные. Это позволяет хранить символ с использованием двоичного представления. Например, десятиричную "6" можно представить как 11101, причем 110 это двоичное представление 6, где начальная и конечная "1" указывает на начало и конец данных. Эта схема очень проста в применении и особенно подходит для ярлыков с емкостью данных всего в несколько бит. Однако, для ярлыков с более высокой емкостью данных эта схема менее привлекательна. Специфический недостаток состоит в том, что, поскольку слово данных становится длиннее, коды могут содержать длинные ряды следующих друг за другом "0", и это приводит к проблемам при декодировании. Эти проблемы заключаются в принятии решения при достижении конца ярлыка и в колебаниях ширины вспомогательного сигнала, обусловленных колебаниями скорости ярлыка при движении относительно считывателя.

Устойчивые схемы кодирования для ярлыков высокой емкости это те, что не генерируют длинные ряды следующих друг за другом "0" и имеют присущую встроенную информацию о скорости ярлыка. Также очень удобно будет с точки зрения реализации, если все ярлыки данной емкости данных имеют одну и ту же физическую длину.

Общий подход, который допускает схемы кодировки, которые могут отвечать всем этим критериям, основывается на кодировании информации путем варьирования длин неактивных участков (щелей) между фиксированными длинами активных участков.

Теперь будет описан практический пример одной из таких схем кодировки. В этой схеме блок символа составляется из 4 активных участков и 3 неактивных участков. Все активные участки имеют неизменную длину, а положение первого и последнего фиксируется. Положения двух средних активных участков являются изменяемыми и задаются схемой, которая присваивает одну из четырех возможных длин каждому из трех неактивных участков в блоке с тем ограничением, что общая физическая длина блока остается неизменной. Типичный набор размеров щели составляет 1,5, 3,5, 5,5 и 7,5 мм с использованием 5-миллиметровых активных участков с тем ограничением, что три щели, задающие символ, составляют в сумме 12,5 мм. Это дает двенадцать возможных вариаций, которые можно соотносить с символами так, как представлено в таблице.

Символы 0-4 при считывании в обратном направлении соответствуют символам 5-9, тогда как символы * и # являются палиндромами. Используя эту схему кодирования, направление считывания ярлыка можно удобно определять путем использования * или # в качестве стартовых или стоповых символов. Для большей защиты кода в центре числа, содержащего нечетное число символов, может помещаться символ контрольной суммы в формате по модулю 5. Это дает информацию как о направлении (поскольку обратные значения будут читаться как 5-9), так и о целостности данных.

Информацию о скорости ярлыка можно извлекать посредством аппаратуры считывания ярлыка путем хронирования поступления каждого третьего активного участка. Эти участки поступают на промежутках блока символа и предпочтительно однородно разносятся каждые 27,5 мм вдоль ярлыка.

Конечно, можно использовать другие значения размеров щелей и длин активных элементов, и те же самые принципы можно применять к схемам с иным количеством щелей и шагами размера щели. Например, простое дополнение к описанной схеме состоит в том, чтобы создавать пятый вариант шага размера в 9,5 мм. Продолжая использовать блок, содержащий 3 неактивных участка, но на этот раз с общей длиной, увеличенной от 27,5 мм до 29,5 мм, можно легко показать возможность кодирования 18 уникальных символов (включая 2 палиндрома). Эта расширенная схема обеспечивает увеличенную емкость данных для данной полной длины ярлыка по сравнению с более простой схемой за счет требования преобразования данных в шестнадцатиричный формат вместо десятиричного формата.

Возможно также использовать изменения в длинах активных элементов вместо того, чтобы варьировать размеры щелей, чтобы кодировать данные в общем случае аналоговым путем, хотя при этом нужно принимать в расчет ограничения минимальной длины для активного элемента, обсуждавшиеся ранее. Компоновка кодировки, которая использует в сочетании варьирование размеров щелей и варьирование длин активных участков, является потенциально эффективной в смысле минимизации полной длины ярлыка для данной емкости данных.

Использование: в технике кодирования магнитными средствами. Сущность изобретения: магнитный маркер или ярлык включает в себя первый магнитный материал, характеризующийся высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивностью и нелинейной характеристикой В-Н, и второй магнитный материал, который способен быть постоянно намагниченным. Упомянутые первый и второй магнитные материалы наложены один на другой и имеют, по существу, общую границу. Второй магнитный материал имеет предпочтительно среднюю коэрцитивность. Избранные участки упомянутого второго магнитного материала могут обладать намагниченностью, чтобы осуществлять магнитное деление первого магнитного материала на группу магнитно-обособленных зон, причем длина упомянутых магнитно-обособленных зон и/или длины упомянутых намагниченных участков ("щелей") образуют элементы кода. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Магнитный маркер или ярлык, который включает в себя (а) первый магнитный материал, характеризующийся высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивностью и нелинейной характеристикой B-H, и (b) второй магнитный материал, который способен быть постоянно намагниченным посредством известных методик магнитной записи, причем упомянутые первый и второй магнитные материалы наложены один на другой, отличающийся тем, что избранные участки упомянутого второго магнитного материала намагничены и обладают намагниченностью в виде стираемой картины неоднократно реверсирующей полярности, при этом упомянутая намагниченность способна осуществлять магнитное скрепление со смежными участками упомянутого первого магнитного материала и осуществлять магнитное деление первого магнитного материала на группу магнитно-обособленных зон, причем длина упомянутых магнитно-обособленных зон и/или длины упомянутых намагниченных участков ("щелей") образуют элементы кода. 2. Ярлык по п. 1, отличающийся тем, что два магнитных материала, по существу, имеют общую границу. 3. Ярлык по одному из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что упомянутый второй магнитный материал включает в себя один или более тонко измельченных ферромагнитных оксидов. 4. Ярлык по п. 3, отличающийся тем, что второй магнитный материал является материалом с коэрцитивностью 1000 - 6000 Э (7960 - 477600 А/м). 5. Ярлык по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что картина намагниченности, наложенная на упомянутый второй магнитный материал, такова, что (i) длины магнитно-обособленных зон в упомянутом первом магнитном материале ("активных участков") не изменяются, и (ii) длины упомянутых намагниченных участков ("щелей") упомянутого второго магнитного материала изменяются для обеспечения кодирования данных. 6. Ярлык по одному из пп. 4 и 5, отличающийся тем, что намагниченность упомянутого второго магнитного материала (в упомянутых "щелях") является однородной, когда длина данной "щели" мала по сравнению с минимальной длиной "активного участка", который можно обнаружить при считывании ярлыка. 7. Ярлык по одному из пп. 4 и 5, отличающийся тем, что, когда длина 1_m данной "щели" того же порядка или больше, чем минимальная длина L_a "активного участка", который можно обнаружить при считывании ярлыка, намагниченность упомянутого второго магнитного материала (в упомянутых "щелях") включает в себя картину неоднократно реверсирующей полярности, причем пространственная частота упомянутой картины такова, что ее северный и южный полюсы разнесены на расстояние d, которое меньше, чем L_a. 8. Ярлык по п. 7, отличающийся тем, что расстояние d меньше, чем L_a/2. 9. Ярлык по одному из пп. 7 и 8, отличающийся тем, что намагниченность упомянутого второго магнитного материала (в упомянутых "щелях") включает в себя картину неоднократно реверсирующей полярности в виде гармонической волны, которая начинается и кончается в точке 90-градусной фазы волны. 10. Ярлык по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый второй магнитный материал выполнен в виде коммерчески доступной ленты магнитной записи. 11. Способ кодирования данных в магнитном ярлыке типа по п. 1, отличающийся тем, что записывают магнитную картину в выбранных участках упомянутого второго магнитного материала, причем упомянутая магнитная картина имеет вид стираемой картины неоднократно реверсирующей полярности, причем упомянутая намагниченность способна осуществлять магнитное скрепление со смежными участками упомянутого первого магнитного материала и осуществлять магнитное деление первого магнитного материала на группу магнитно-обособленных зон, причем длина упомянутых магнитно-обособленных зон и/или длины упомянутых намагниченных участков ("щелей") образуют элементы кода. 12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что упомянутую магнитную картину записывают с использованием магнитной записывающей головки. 13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что упомянутую магнитную картину записывают с использованием матрицы близко разнесенных параллельных постоянных магнитов.