專利名稱：具有回射和射頻響應特征的物品的制作方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及一種同時具有回射特征和射頻響應特征的物品。尤其涉及一種安全銘牌，適合用作陳列樣本(window sticker)，結(jié)合了回射特性和射頻響應特性，因而適合用于防止假貨和信息檢索。
交通工具的牌照是一種用來標識交通工具及其主人的典型的物品。交通工具牌照承載了一定量的可視信息，典型的包括牌照號碼及其注冊所在地州、省或者國家的標識，以及該牌主是否已擁有一有效牌照。牌照通常被作成具有回射性的薄片并具有安全特征。射頻標識技術(shù)有時縮寫為RFID技術(shù)，它具有廣泛的商業(yè)應用，它通常被用于在一定距離內(nèi)的對象標識和跟蹤。射頻響應元件可以包含標識物體的電子信息。
有一種要在當前的牌照或者RFID技術(shù)承載的信息基礎上提供附加安全性和信息的需求。在序列號為09/974,385的美國專利申請中描述了一種結(jié)合回射特征和RFID技術(shù)的銘牌，其內(nèi)容提高引用包括于此?；厣涮卣鱾鬟f可視信息，RFID技術(shù)傳遞電子信息。耦合射頻響應元件到敷有金屬的回射物體上存在困難。如果把射頻響應元件放置到回射物體的約1/4英寸即6mm距離之內(nèi)，很多傳統(tǒng)的回射物體比如車牌薄片，很容易使射頻響應元件失調(diào)，或者對射頻響應元件性能產(chǎn)生不利的影響。
發(fā)明的概述本發(fā)明揭示一種提供視覺和電子信息的系統(tǒng)，它是采用一種易于標識的組合銘牌，其中的射頻響應元件緊鄰著回射元件。這種組合銘牌包括具有光學體和反射層的回射體。其光學體具有一個光學表面和一個與之相對的背面。一結(jié)構(gòu)化表面與光學表面或者背面同延。在一種實施例中，光學體包含有玻璃微球(光學珠子)或者立方隅角反射器作為光學元件。反射層沉積在光學體的背面的至少一部分上，在本實施例中背面也是光學體的結(jié)構(gòu)化表面。反射層可包含非鄰接的金屬層。組合銘牌還包括射頻響應元件。射頻元件包括天線和集成電路。射頻響應元件具有存儲和發(fā)送信息的性能，適于使一種詢問系統(tǒng)能夠從射頻響應元件中獲取信息。射頻響應元件耦合在光學體的其中一個光學表面上或者其背面上。即使在射頻響應元件是位于回射物體6mm之內(nèi)的情況下此組合銘牌也能工作。
這種系統(tǒng)有幾點優(yōu)勢。在這幾點優(yōu)勢中，組合銘牌的整個表面都可具有回射性而銘牌依然很薄。這樣，可視信息易于標識?？梢曅畔⒑碗娮有畔⒖梢徊⒈挥脕泶_認交通工具的注冊情況?？梢员容^可視信息和電子信息進而確認此銘牌的合法性。再者，當注冊、支付稅或保險費用時可對電子信息進行更新，這提供了一種及時的驗查方法。預計還有其它的優(yōu)勢。


圖1所示是組合銘牌的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1所示銘牌的平面視圖。
圖3是圖1所示銘牌中的射頻響應元件的示意圖。
圖4是一種和圖3所示射頻響應元件之間互動的RFID詢問系統(tǒng)的塊結(jié)構(gòu)圖。
圖5是圖1所示銘牌的一種實施例的截面?zhèn)纫暿疽鈭D。
圖6是圖1所示銘牌的另外一種實施例的截面?zhèn)纫暿疽鈭D。
發(fā)明的詳細描述本發(fā)明的組合銘牌合并了回射物體和響應射頻信號的元件來組成一種可靠的交通工具標識系統(tǒng)。圖1描述了這種組合銘牌10的結(jié)構(gòu)圖。銘牌10包括回射物體12，它可操作地耦合至射頻響應元件14?；厣湮矬w12包括一光學表面16，光以各種角度入射到光學表面16上，由射線18表示，通常這些光被反平行地反射，由射線20表示，并返回到光源(未示出)?；厣潴w12包括光學體13和反射層15。光學體13包括光學表面16和與之相對的背面17。光學表面16或者背面17中的一個是結(jié)構(gòu)化的表面。反射層15沉積在至少一部分的結(jié)構(gòu)化面上，，在本實施例中是沉積在背面上。射頻響應元件14具有存儲與發(fā)送信息的性能，并且包括如虛線所示的集成電路22，和天線24。元件14用來使一種詢問系統(tǒng)能夠從該元件14中獲取信息，由電磁波26、27所示，在下文對此有更加詳細的討論。射頻響應元件14被耦合即直接或者間接地連接到光學體的背面17上。
圖2示出了銘牌10的一種例子的平面視圖。銘牌10包括回射體12和射頻響應元件14，射頻響應元件14如虛線所示貼附在回射物體12的背面。回射體12包括印刷標記32，諸如普通背景標志34和銘牌專有標識36，在所示例子中是以墨西哥車牌的形式。在銘牌10上覆蓋著一種壓敏膠38。在本實施例中，回射體12和射頻響應元件14可以用來確認交通工具的注冊情況。用電子的方法讀出射頻響應元件14中的信息并把它和車牌以及交通工具標識號碼對照，從而判斷交通工具注冊情況的合法性。在如圖所示的實施例中，當注冊、支付稅款或保險費用時射頻響應元件14中的電子信息可以被更新，這為法律執(zhí)行部門提供了一種及時的驗查方法。
射頻響應元件可以是有源的也可以是無源的。有源銘牌是在銘牌的結(jié)構(gòu)中引入了附帶的能量源，比如電池。即使在射頻詢問系統(tǒng)的場較弱的情況下，這個能量源可使有源射頻響應元件產(chǎn)生和傳送強的響應信號，這樣，有源射頻響應元件將能夠在更大的范圍內(nèi)被檢測到。然而，電池相對較短的壽命限制了銘牌的有效使用壽命。并且電池增加了銘牌的體積和成本。無源元件是從詢問系統(tǒng)的射頻場中獲得元件所需的能量，它通過調(diào)制元件天線向詢問場所呈現(xiàn)的阻抗來利用這些能量發(fā)送響應碼，從而調(diào)制反射回閱讀器天線的信號。這種情況下它們的工作距離是更受限制的。因為對很多種應用而言更適合使用無源元件，因此下面的討論將只限于這一類的元件。然而對于本領(lǐng)域的熟練人士，他們將會認識到這兩種元件有很多共同的特征，它們都可以應用于本發(fā)明的實施例。
如圖3所示，無源射頻響應元件14通常包括兩個部件一集成電路22和一天線24。集成電路提供基本的標識功能。它包括固件和電路用來永久的存儲銘牌標識和其它的所需信息、解釋并處理從詢問系統(tǒng)硬件接收的命令、響應詢問系統(tǒng)對信息的請求、并幫助詢問系統(tǒng)硬件解決由多個銘牌同時響應詢問系統(tǒng)而引起的沖突?？扇芜x地，集成電路可以提供對存儲在(讀/寫)存儲器中的信息進行更新，而不僅只是只能讀出信息(只讀)。適用于射頻響應元件的集成電路包括以下公司的產(chǎn)品Texas Instruments(TIRIS生產(chǎn)線中的產(chǎn)品)、Philips(Mifare和Hitag生產(chǎn)線中的產(chǎn)品)Motorla/Indala、Single ChipSystems、以及其他公司的產(chǎn)品。其中的一個例子是Texas Instruments的產(chǎn)品，出售時商品編號為#RI-I01-110A。
天線的幾何形狀和性質(zhì)取決于銘牌中射頻響應部分所期望的工作頻率。例如，2.45GHz(或者相近的頻率)的射頻響應元件通常具有偶極子天線，諸如線性偶極子天線(未示出)，或者折疊偶極子天線(未示出)。13.56MHz(或者相近的頻率)的射頻響應元件具有螺旋型或者線圈型天線24。在兩種情形中，天線24截獲詢問系統(tǒng)源輻射的射頻能量。這個信號能量同時帶來了能量和對銘牌的命令。天線使射頻元件能夠吸收充足的能量驅(qū)動集成電路(IC)芯片，從而提供待檢測到的響應。這樣，天線的特性必須與包含它的系統(tǒng)相匹配。銘牌工作在高MHz到GHz范圍時，天線的長度是一個重要特征。通常，合理選擇偶極子天線的長度使之接近于詢問系統(tǒng)信號的半波長度或者多個半波長度。銘牌工作于從低到中等MHz(例如13.56MHz)的頻段時，由于尺寸的限制半波長度的天線是不實際的，此時天線的重要特征是天線的自感應系數(shù)和天線線圈繞的匝數(shù)。兩種天線都要求有良好的導電性。通常用銅或者鋁等金屬作材料，其它的導體包括磁性金屬比如鎳鐵導磁合金也可適用。還有一個要點是為了最大限度的傳輸能量，所選用的IC芯片的輸入阻抗要與天線阻抗相匹配。
經(jīng)常會引入電容30以提高指示器的性能。如果存在電容30，則它可以調(diào)諧銘牌的工作頻率到某個特定值。其好處是可使銘牌獲得最大的工作頻段，并且可以保證滿足調(diào)節(jié)要求。此電容可以是分立的也可以是像下面描述的集成在天線中的。在一些銘牌的設計中，特別是被設計成工作于非常高的頻率，比如2.45GHz的銘牌，將不需要可變電容。選擇電容的值，使它在與天線產(chǎn)生的電感耦合時，該復合結(jié)構(gòu)的共振頻率與RFID系統(tǒng)的工作頻率密切匹配。其振頻率由下面的公式給出fr=(12π)1LC]]>其中
C＝電容(以法拉第為單位)L＝電感(以亨利為單位)這個電容可以是一種分布電容，如美國專利.4,598,276(Tait等)和4,578,654(Tait等)中所描述的，這些專利屬于3M公司。分布電容有助于減小銘牌的體積，特別是厚度，最大限度地減少手工裝配。
在操作中，如圖4所示，射頻響應銘牌10被一種電子物品安全系統(tǒng)300詢問，此種系統(tǒng)通常被安裝在需要對銘牌進行監(jiān)視的地點附近。手持式探測設備也可以用。詢問源302(通常包括驅(qū)動振蕩器和放大器)耦合在天線304上(有時被描述成場線圈)，用來在詢問區(qū)域內(nèi)發(fā)射交替的射頻場，或者說詢問信號。系統(tǒng)300還包括接受信號的天線(如天線304所示，有時被描述成接收線圈)和用來處理由在詢問區(qū)內(nèi)的銘牌所產(chǎn)生的信號的探測器306。
詢問源302發(fā)射詢問信號310，可以在已知頻段內(nèi)選擇此信號的頻率使之位于較佳的頻段內(nèi)，而所謂頻段較佳是因為不會與其他的應用相干擾，因為此頻段符合政府的相關(guān)規(guī)則。當射頻響應元件接收到詢問信號時，它將發(fā)射它自己的響應碼信號312，此信號將被天線304接收并傳送到探測器306。探測器對響應進行解碼并對銘牌進行標識(通常是基于存儲在一個計算機或者其它的存儲設備308里的信息)，然后根據(jù)探測到的碼信號采取動作。本領(lǐng)域的熟練人士熟知所描述系統(tǒng)的多種變型，包括例如，詢問源302和探測器306擁有單獨的天線，而不是所描述的單個天線304。
圖5是銘牌40的一種實施例的截面的側(cè)面視圖。銘牌40包括回射體42和耦合在回射體背面的射頻響應元件44。銘牌40是圖1中銘牌10的一種實施例。射頻響應元件44可以是參照圖3所描述的。回射體42包括光學體43和反射層45。
光學體43包括光學表面46和與之相對的結(jié)構(gòu)化背面47，實施例中所示的光學體是幾種適用于銘牌40的微球形類型的回射器中的一種。在實施例中光學體43包括封閉的單層光學元件48，諸如玻璃構(gòu)成的微球，它們被涂覆在定位樹脂49中，例如這種樹脂包括聚乙烯醇縮丁醛樹脂或者聚酯。較佳地，球體48和樹脂49基本上是透明的。光學表面46通常被做成平滑的形狀，結(jié)構(gòu)化背面47被做成與球體48相符合的形狀，正如在本領(lǐng)域為人所熟知的。光學面46和背面47形成于定位樹脂49上，從而使球體48被封閉于樹脂中。這種物品體的具體實例之一是美國圣保羅市3M公司的回射片，它的指定編號是3750，但是這種回射片沒有反射層。
預期可以對微球形類型的回射體加以變型。例如，光學球體被部分地嵌入到定位樹脂中，并在上面包裹一層珠連層(bead bond layer)，從而定位樹脂介于反射層和珠連層之間。珠連層可以包含一種有色顏料，從而使回射體在環(huán)境光線下具有彩色的外觀，而在回射光線下具有不同的外觀，比如銀色?；厣潴w的另外一種變型是它包括有暴露在外的單層微球。
預期可以對光學體43加以變型。圖6描述的銘牌50的實施例和圖5描述的具有相似的結(jié)構(gòu)，只是它具有立方隅角回射器52，包括立方隅角光學體53和反射層45。立方隅角光學體包括立方隅角形狀的光學元件54。立方隅角回射器52可以由熱朔性材料構(gòu)成，比如乙烯樹脂、聚碳酸酯、丙烯酸酯樹脂或者其他材料，或者可以由固化一種材料比如尿烷、環(huán)氧樹脂、聚酯和丙烯酸寡聚物或者單體來構(gòu)成。立方隅角元件54通常有三個相互垂直的面，它們共同把光回射至光源。在如圖所示的實施例中，光學體52是一個包括立方隅角元件54的整體件?？蛇x擇地，可以把立方隅角元件粘接到一個襯底上從而形成回射器。在這種情況下，可能用不同于襯底的材料構(gòu)成立方隅角元件。光學體52可以包括覆蓋層(圖上未示出)，它粘接在光學面56上。光學體52也包括結(jié)構(gòu)背面57。
預期可對立方隅角回射器類型的光學體52加以變型。例如，圖6中描述的光學元件是立方隅角棱鏡，在本領(lǐng)域是為人所熟知的，其背面是結(jié)構(gòu)化的面。光學體也可以是由立方隅角空洞構(gòu)成的薄片，這與立方隅角棱鏡正相反，正如在本領(lǐng)域為人所熟知的。如果采用立方隅角棱鏡，光學表面和結(jié)構(gòu)化面將是同延的(coextensive)，并且反射層沉積在立方隅角元件的光學表面上，而后與背面相對。
回到圖5，其中與圖6相近的元件用相同的號碼標記，鏡面反射層45沉積在結(jié)構(gòu)化背面47上。反射層45直接沉積在至少一部分的光學體43上。例如，光學體的一部分包括下面將要討論的安全標記58，它直接沉積在結(jié)構(gòu)化面上。在圖5中，光經(jīng)定位樹脂的光學表面46進入到回射體42，由微球48聚焦。然后，光由反射層45反射，再經(jīng)過微球48和定位樹脂49射向光源。在圖6中，光從光學表面56進入到立方隅角光學體52，然后被立方隅角元件54的三個相互正交的面鏡面反射出去返回光源。
反射層可以只是一種漫反射顏料，諸如一種用于僅需要少量回射的應用中的白色油墨或涂層。若只是帶有這種漫反射反射層，相對較少量的入射光線將被反射回光源。漫反射反射層不需要含有金屬。
反射層45可以含有金屬化油墨來增加物品的回射性能。金屬化油墨含有非鄰接的金屬微粒，沉積到結(jié)構(gòu)化面上時不至于在結(jié)構(gòu)化面的大范圍內(nèi)形成連續(xù)的金屬層。非鄰接金屬層的一種例子是隨機散布的非全部電氣相互連接在一起的金屬微粒。非鄰接的金屬層可以產(chǎn)生鏡面反射但是不會使射頻響應元件失諧(detune)。
金屬化油墨一般包括聚合物載體(如油漆粘結(jié)劑)，和一定百分比含量的金屬顆粒，它起到反射器涂層的作用。試驗表明油墨中金屬含量增大將減小射頻響應元件的被讀出的距離。即，隨著油墨中金屬含量的提高射頻響應元件的效能將降低。例如，金屬含量為10％的油墨和不含金屬的油墨相比較，其射頻響應元件的被讀出距離損失10％。但是，金屬的百分含量直接與回射量相關(guān)。再者，金屬的百分含量還直接和銘牌不在回射狀態(tài)下時外觀的顆粒度有關(guān)。更進一步，油墨的成本直接與金屬的含量相關(guān)，在一些實施例中，其中的金屬是純銀。綜合考慮射頻響應元件的效能、回射性、理想的外觀和經(jīng)濟因素，油墨中金屬的較佳體積百分含量為大約10％到％14。
用于反射層的金屬化油墨包括可從Akzo Nobel公司(工廠遍布全球包括普利茅斯和明尼蘇達)購買的油墨。這些油墨商品編號為MUFP0877 Metalglow877 Silver UV多功能油墨，MGUP0877 Metallure 877 Silver UV多功能油墨，或者WMJ02003 Metalglow 877銀水基多功能油墨(Silver water based flexoink)。這些油墨中的金屬是銀，鋁或者其它的金屬，此類油墨構(gòu)成了具有非鄰接金屬層的鏡面反射面。此類油墨還可以與其他油墨混合，比如不透明的白油墨，這樣可以形成漫射色彩，從而可以達到從光學面46看上去銘牌具有所需要的外觀或者“漫射外表”的效果。上面描述的商品編號為MGUP0877的油墨，它大約具有12％的銀含量但是它產(chǎn)生的回射量在視覺上接近于蒸涂回射薄片產(chǎn)生的回射量。
可以用多種方法應用這些油墨，比如普遍采用的曲面印刷工藝，其中用一個具有圖像的印刷版擠壓到光學體43上。油墨既可以空氣干燥也可以用紫外光固化來干燥，正如本領(lǐng)域人所熟知的。這些工藝過程并不苛刻，可以用在珠形回射器和立方隅角物品的金屬化處理。
這一工藝過程允許多種安全標記58被加到回射物體42上。蒸鍍金屬層到回射物體上的苛刻工藝過程比如劇烈加熱會破壞一些安全特征。安全標記是一種帶圖像的涂層，諸如珍珠光澤的、七彩的、變色的、磷光的、紫外可見的、全息圖、或者其它形式的，它們可以在反射層被涂敷之前，通過曲面印刷或者借助粘著劑設置到薄片帶珠一側(cè)。，以便可以從光學面透過薄片看得到。用了這樣的標記就可以用肉眼來確認標識的可靠性。另外一種使用安全標記的系統(tǒng)利用薄片的回射性的變化。通過使用不同的反射器涂層可以使從光學面看上去具有相同外觀的涂層具有非常不同的回射性。利用回射光觀察時，回射性的差異表現(xiàn)為明亮區(qū)域和稍暗區(qū)域的圖案。此外，通常透明的帶圖案的色彩可被施加到反射層上，它在漫反射光下能被看到，而在回射光下看不到，可以應用多種安全標記來實現(xiàn)更強的安全性。
所描述的實施例中的射頻響應元件44用膠59粘接在后結(jié)構(gòu)化面47。在所示實施例中，膠59是一種丙烯酸酯粘合劑，涂敷在反射層45和安全標記58上。射頻響應元件包括44可以包括涂層60，比如不透明的油墨，當從光學面觀察銘牌時它可以進一步的遮掩射頻響應元件44。在本實施例中，涂層60是一種白油墨。襯底62也粘在射頻響應元件44和后結(jié)構(gòu)化面47上。如圖所示，襯底62是一種聚合物紙，諸如Ritrama公司的聚丙烯紙。也可以用其它的襯底。
光學面46包括背景標志64、銘牌特有標志66和膠68。背景標志通常對于特定類型的銘牌是通用的。比如，墨西哥車牌的樣式被印刷在墨西哥所有的銘牌上。可以通過不同的工藝把背景標志64施加到銘牌上，比如曲面印刷。銘牌特有標志66可包括的信息有具體的車牌號碼或者類似的信息?？梢杂貌煌墓に嚢雁懪铺赜械木唧w標志66施加在背景標志64的上面，比如熱轉(zhuǎn)印。膠68，比如丙烯酸酯粘合劑覆蓋著銘牌并用來把銘牌粘貼在交通工具某個窗口的里面?？蛇x擇地，如果銘牌被貼在交通工具的外面，則襯底62可以被去掉或者一種膠被涂敷在襯底62上代替膠68。
對本領(lǐng)域熟練人士而言，對所揭示的實施例進行各種修改和組合是顯而易見的，這些修改將落在本發(fā)明由權(quán)利要求書所定義的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種組合銘牌，其特征在于它包括具有光學體和反射層的回射體；其中所述光學體包括一光學表面、與之相對的背面，和一結(jié)構(gòu)化面，結(jié)構(gòu)化表面與光學面和背面中的一個面同延；其中所述反射層沉積在光學體的結(jié)構(gòu)化面的至少一部分上；還包括射頻響應元件，射頻響應元件包括天線和集成電路，射頻響應元件具有存儲和發(fā)送信息的性能，適于使一種詢問系統(tǒng)從所述射頻響應元件獲取信息；以及其中射頻響應元件耦合于所述回射體的背面或者光學表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的組合銘牌，其特征在于，所述反射層包括非鄰接的金屬層。
3.如權(quán)利要求2所述的組合銘牌，其特征在于，所述反射層是金屬化油墨。
4.如權(quán)利要求3所述的組合銘牌，其特征在于，所述反射層金屬成分的含量為體積比10％到14％。
5.如權(quán)利要求4所述的組合銘牌，其特征在于，所述金屬是銀。
6.如權(quán)利要求1所述的組合銘牌，其特征在于，所述光學體包括嵌在定位樹脂中的玻璃微球，且其中光學表面和背面由定位樹脂形成。
7.如權(quán)利要求6所述的組合銘牌，其特征在于，所述反射層直接沉積在至少部分的定位樹脂上。
8.如權(quán)利要求1所述的組合銘牌，其特征在于，它還包括沉積在光學體上的安全標記。
9.一種組合銘牌，它包括具有光學體和反射層的回射體；其中所述光學體包括由微球形組成的光學元件，所述光學體具有光學表面和與之相對的結(jié)構(gòu)化背面；且其中所述反射層是非鄰接的金屬化層，沉積在至少一部分的光學體的結(jié)構(gòu)化背面上；以及射頻響應元件，耦合在光學體的背面上，所述射頻元件包括天線和集成電路，所述射頻響應元件具有存儲和發(fā)送信息的性能，適于使一種詢問系統(tǒng)從所述射頻響應元件獲取信息。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種產(chǎn)生視覺和電子信息的系統(tǒng)，它是一種易于標識的組合銘牌，其中的射頻響應元件緊鄰回射元件。該組合銘牌包括具有光學體和反射層的回射體。其中的光學體具有一個光學面和一個結(jié)構(gòu)面。例如，光學體包含有光學元件微球形玻璃(光學珠子)或者立方隅角反射器。反射層沉積在至少一部分的光學體結(jié)構(gòu)面上。例如，反射層包含非鄰接金屬層。組合銘牌還包含天線和集成電路。射頻響應元件具有信息存儲和發(fā)送的功能，并且能夠使一種詢問系統(tǒng)從中獲取信息。射頻響應元件耦合在光學體的一個光學面上或者其背面上。
文檔編號G06K19/00GK1606756SQ02825597
公開日2005年4月13日 申請日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
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