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DE4138131A1 - Kontaktlose chip-karte mit integriertem mikroprozessor und vorrichtung zum lesen und eingeben von informationen - Google Patents

Kontaktlose chip-karte mit integriertem mikroprozessor und vorrichtung zum lesen und eingeben von informationen

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DE4138131A1
DE4138131A1 DE4138131A DE4138131A DE4138131A1 DE 4138131 A1 DE4138131 A1 DE 4138131A1 DE 4138131 A DE4138131 A DE 4138131A DE 4138131 A DE4138131 A DE 4138131A DE 4138131 A1 DE4138131 A1 DE 4138131A1
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DE
Germany
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card
read
chip card
contactless chip
write device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE4138131A
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English (en)
Inventor
Walter Dr Holzer
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Provera Gesellschaft fuer Projektierung und Vermoegensadministration mbH
Original Assignee
Provera Gesellschaft fuer Projektierung und Vermoegensadministration mbH
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Publication date
Application filed by Provera Gesellschaft fuer Projektierung und Vermoegensadministration mbH filed Critical Provera Gesellschaft fuer Projektierung und Vermoegensadministration mbH
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Description

Die Möglichkeit, mit "Plastikgeld" zu bezahlen, nimmt auf allen Gebieten rasant zu. Kreditkarten, Scheckkarten und firmeneigene Karten sind bereits überall zu finden. Vor allem auf dem Gebiet der Dienstleistungen steigt die Nachfrage nach einfachen und rationellen Verrechnungsmöglichkeiten.
Karten zum Zahlen von Telefon- oder Parkgebühren, aber auch von Benzin- oder Kantinenrechnungen sind immer wieder neu zu kaufende Anschaffungen, welche in Millionen verbraucht werden und als "Einwegprodukte" die Umwelt belasten. Eine "Mehrwegkarte" erfordert andere, bessere Eigenschaften, als die bisher bekannten Karten aufweisen.
Sie müssen gegen ungewollte Einflüsse z. B. durch starke Magnetfelder unempfindlich sein. Aus diesem Grund sind Karten mit Magnetstreifen als Mehrwegkarten ungeeignet. Selbst die mit vergoldeten Kontakten ausge­ statteten CHIP-Karten, wie sie z. B. derzeit in Deutschland oder Frankreich als Telefonkarten in Gebrauch sind, führen trotz ihrer kurzen Lebensdauer infolge verschmutzter Kontakte oft zu Fehlfunktionen. Die bisher bekannten kontaktlosen Chip-Karten erfordern eine hochfrequente, aufwendige Strom­ versorgung. Die meisten Karten haben aber auch den Nachteil, daß man das jeweilige Guthaben kaum oder erst nach dem Einsetzen in die Entwertungsautomaten erkennen kann.
Aufgabe der Erfindung war es, einfache, aber zuverlässige, kontakt­ lose Mehrwegkarten und Lese-Schreib-Einrichtungen zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, eine kontakt­ lose CHIP-Karte mit einem im stromlosen Zustand nicht flüchtigen Speicher auszustatten und als Stromversorgung eine oder mehrere Solarzellen (3) vorzusehen, welche entweder vom Umgebungslicht und/oder in der Lese- Schreib-Einrichtung (17) von einer Lichtquelle beleuchtet werden und dadurch dem Mikroprozessor (4) den nötigen Strom liefern. Dabei werden die zu übertragenden Informationen und Daten über Sonden kapa­ zitiv, optisch oder induktiv zwischen der Karte (1) und der Lese- Schreibeinrichtung (17) übermittelt.
Solarzellen werden zwar seit längerer Zeit zur Stromversorgung von elektronischen Geräten verwendet, aber diese Art der erfindungsgemäßen Nutzung von Umgebungslicht und/oder Beleuchtung durch eine Lichtquelle zur kontaktlosen Energieübertragung eröffnet vollkommen neue Möglich­ keiten.
Die Solarzellen (3) können z. B. auch ein Display (2) versorgen, wel­ ches eine numerische Anzeige des jeweils verfügbaren Betrages gestattet.
Zum Ablesen des jeweils verfügbaren Betrages genügt das einfallende Umgebungslicht. Während des Lesens oder des Beschreibens in der Lese- Schreib-Einrichtung (17) beleuchtet eine Lichtquelle (18) die Solar­ zellen (3) und versorgt den Mikroprozessor (4) direkt mit Gleichspannung.
Gegenüber den bekannten bisherigen Methoden der Energieversorgung über Hochfrequenz im Megahertzbereich, mit anschließender Umformung des Wechselstromes in die erforderliche Gleichspannung, hat eine erfindungs­ gemäße Stromversorgung zwei wesentliche Vorteile:
Beim Ablesen der Daten auf dem Display (2) ist Umgebungslicht immer vorhanden, und die Solarzellen (3) liefern ohne weiteren Aufwand direkt die für die CHIP-Karte erforderliche Gleichspannung.
Die Übertragung der Daten von der Lese-Schreib-Einrichtung (17) zur Karte (1) und umgekehrt kann im kHz-Bereich erfolgen, da zur kontakt­ losen Übergabe der Daten fast keine Leistung erforderlich ist. Sowohl bei induktiven als auch kapazitiven Übertragungselementen, die im fol­ genden als Sonden bezeichnet werden, treten dadurch keine störenden Ab­ strahlungen auf. Das gleiche gilt für optische Koppelung zwischen Lese- Schreib-Einrichtung und Karte.
Die optische Energiekoppelung zwischen der Lese-Schreib-Einrich­ tung (17) und der Karte (1) kann erfindungsgemäß auch dazu benutzt werden, daß das Licht der Lichtquelle (10) mit den einzugebenden Daten moduliert wird und auf diese Weise die Informationen direkt über den Mikroprozessor (4) in die Speicherbereiche eingelesen wer­ den. Eine solche Lösung führt nicht nur zu einer weiteren Verein­ fachung der Karte, sondern erschwert auch das widerrechtliche Benutzen und Fälschen der Karten, da zum Eingeben und Lesen unterschiedliche Verfahren vorgesehen werden können. Das Eingeben kann z. B. optisch und das Lesen der Daten unabhängig davon induktiv oder kapazitiv er­ folgen. Eine solche komplexe, aber trotzdem einfache und billige Lö­ sung ist weitgehend fälschungssicher. Es fehlt auch der Anreiz, eine aufwendige Lese-Schreib-Einrichtung zu bauen, die mit verschiedenen Verfahren arbeitet, nur um die eigenen Karten "aufzuladen". Das Kosten- Nutzungs-Verhältnis macht eine Fälschung unattraktiv.
Allgemein wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Lesen und Eingeben der Daten bzw. deren Übertragung über Sonden mit unterschied­ lichen Verfahren, z. B. kapazitiv/optisch, kapazitiv/induktiv, induktiv/ optisch, induktiv/kapazitiv, optisch/kapazitiv oder optisch/induktiv durchzuführen.
Intelligente CHIP-Karten eignen sich besonders aufgrund der vielsei­ tigen Programmiermöglichkeiten der Mikroprozessoren auch zur Speicherung von mehreren Speicherbereichen, welche bestimmten Kostenstellen zuge­ ordnet werden können.
Mehrere Speicherbereiche für verschiedene Kostenstellen haben nicht nur den Vorteil einer Kostenreduzierung, sondern reduzieren auch die Anzahl der Karten, welche der Benützer mit sich herumtragen muß.
Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung einer intelligenten CHIP- Karte wird erfindungsgemäß daher vorgeschlagen, mehrere Speicherbereiche auf einer Karte vorzusehen und beim Eingeben und Lesen über den Mikro­ prozessor einen Identifizierungscode vorzusehen, welcher eine falsche Zu ordnung verhindert.
Um die Handhabung einer erfindungsgemäßen CHIP-Karte mit mehreren Speicherbereichen übersichtlicher zu gestalten, wird vorgeschlagen, auf der Karte und/oder in der Lese-Schreib-Einrichtung (17) mehrere Sonden vorzusehen, welche abhängig von der Art des Einsetzens der Karte (1) in die Lese-Schreib-Einrichtung (17) die entsprechende Zuordnung der Sonden der Lese-Schreib-Einrichtung (17) zu den Speicherbereichen der Karte (1) bestimmt.
Besonders übersichtlich kann eine derartige Karte (1) dadurch gestal­ tet werden, daß jeweils abhängig von der Art des Einsetzens der Karte (1) in die Lese-Schreib-Einrichtung (17) eine auf der Karte befindliche Be­ schriftung (29) den jeweils angesprochenen Speicherbereich bzw. die ent­ sprechende Kostenstelle erkennen läßt.
Eine andere Variante der Erfindung besteht darin, die Handhabung einer erfindungsgemäßen Karte (1) "narrensicher" zu machen, indem unabhängig von dem Einsetzen der Karte in die Lese-Schreib-Einrichtung (17) entsprechend dem Identifizierungscode der gewünschte Speicherbereich angesprochen wird, wobei die Wahl des Speicherbereiches durch die Lese-Schreib-Einrichtung (17) bestimmt wird, z. B. durch eine dort zu betätigende Wahltaste.
Möchte man eine Lese-Schreib-Einrichtung (17) so gestalten, daß nur ein bestimmter Bereich angesprochen werden kann, wird als weitere Selektions­ möglichkeit erfindungsgemäß empfohlen, die Lichtquelle (18) so anzuordnen, daß nur in einer bestimmten Art des Einsetzens der Karte (1) die Solarzel­ len (3) beleuchtet werden und nur in diesem Falle die Karte (1) die not­ wendige Energie zugeführt erhält.
Für den Fall eines beliebigen Einsetzens der Karte wird erfindungsgemäß ferner empfohlen, die Lese-Schreib-Einrichtung (17) derart auszubilden, daß die Solarzellen in jeder möglichen Art des Einsetzens mit Lichtenergie ver­ sorgt werden.
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine beispielsweise Ausführung einer erfindungsgemäßen "Mehrwegkarte" in Form einer gebräuchlichen CHIP­ karte.
Entsprechend der Anordnung eines Taschenrechners gleichen Formates, wie er seit Jahren auf dem Markt zu finden ist, befindet sich links oben auf der Karte (1) ein LC-Display (2), welches den jeweiligen Speicherinhalt (6) als numerische Zahl, also z. B. "86.00", anzeigt. Rechts daneben befinden sich Solarzellen (3) für die Stromversorgung. Sie gestatten bei Licht jederzeit die Ablesung des Speicherinhaltes (6) des Speichers (21). Beim Lesen oder Eingeben von Daten über eine Lese-Schreib-Einrichtung (17), werden die Solarzellen (3), wie in Fig. 7 gezeigt, von einer Lichtquelle (18) beleuchtet und versorgen alle Bauteile der Karte (1) direkt mit Gleichstrom.
Diese erfindungsgemäße Art der Stromversorgung ist besonders wirtschaftlich, da keine Umwandlung von Wechselstrom auf Gleichstrom, wie bei bisherigen kontaktlosen CHIP-Karten notwendig ist. Sie ist billig und zuverlässig.
Die Sonde (5) ist im Beispiel Fig. 3 auf der horizontalen Mittel­ linie der Karte (1) vorgesehen, was z. B. eine symmetrische Anordnung einer zweiten Sonde (7) gestattet, welche einem zweiten Speicher (22) zugeordnet ist. Der Inhalt des Speichers (22) ist als Anzeige (8) ebenfalls im LC-Display (2) ablesbar.
Die Fig. 2 zeigt schematisch den einfachen, inneren Aufbau einer kontaktlosen, erfindungsgemäßen CHIP-Karte. Der Mikroprozessor (4) mit seinem Speicher (21) erhält direkt Gleichstrom von den Solar­ zellen (3), die eventuell auch moduliertes Licht als Eingabe von codierten Informationen übermitteln.
Bei kapazitiver Übertragung der Informationen kann die Sonde (5) eine Metallbeschichtung in der Karte (1) als Kondensatorbelag sein, dessen Gegenbelag als Sonde (19) in der Lese-Schreib-Einrichtung (17) angeordnet ist, wie in Fig. 7 gezeigt. Im Fall einer induktiven Über­ tragung sind die Sonden (5) und (19) als Windungen eines Transformators auszubilden, oder bei optischer Übertragung als Lichtquellen und licht­ empfindliche Sensoren. Da eine optische Koppelung nur in einer Richtung funktioniert, müßte neben der Sonde (5) eine weitere Sonde (11) zur Über­ tragung in der anderen Richtung vorgesehen werden, wie in Fig. 4 gezeigt.
In Fig. 4 ist auch schematisch der Innenaufbau eines Doppelsystems dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Ziffern bezeichnet.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen schematisch eine andere geometrische Anordnung und das Einsetzen in eine Lese-Schreib-Einrichtung (17). Diese Zeichnung macht den extrem einfachen Aufbau deutlich und erklärt die einfache Kopplung der Sonden (5) und (19), so daß eine Übertragung mit niedrigen Frequenzen möglich ist ohne in den Bereich von störenden HF-Funksignalen zu geraten.
Die Fig. 8 und 9 zeigen ebenfalls schematisch eine erfindungsgemäße Lese-Schreib-Einrichtung (27) mit einer geschlitzten Aufnahme (25) aus transparentem Material, in den die Karte (1) eingesetzt werden kann. Die Aufnahme (25) ist vorne geöffnet, so daß notfalls Fremdkörper, welche in die Aufnahme (25) fallen, leicht entfernt werden können. Anschläge (26) stützen die Karte (1) im Schlitz (20) ab.
In dem Beispiel Fig. 8 bis Fig. 13 ist eine erfindungsgemäße Karte (1) für vier verschiedene Kostenstellen, nämlich "Autobahn", "S-Bahn" auf einer Seite und "Parken" und "Telefon" auf der anderen Seite dargestellt. Das Anzeige-Display (2) ist in diesem Beispiel in der Mittellinie der Karte (1) angeordnet und die Solarzellen (3) neben dem Display (2). Der im Innern der Karte (1) befindliche Mikroprozessor (4) mit den dazu­ gehörigen Speicherbereichen für jede Kostenstelle könnte etwa an der eingetragenen Stelle untergebracht werden. Die Anordnung der Teile ist selbstverständlich beliebig den Erfordernissen von Normvorschlägen oder konstruktiven Bedingungen anzupassen.
Die gleiche Karte (1) ist in den Fig. 10 bis Fig. 13 in den vier möglichen Lagen dargestellt, wie sie in den Schlitz (20) der Aufnahme (25) eingesetzt werden kann, so z. B. in Fig. 10 mit der Aufschrift (29) "Autobahn" oben.
Aus diesem Beispiel ist eine besonders einfache und klar verständliche Zuordnung der gewünschten Kostenstellen zu erkennen. Je nachdem wie man die Karte (1) in die Aufnahme (25) einsetzt, ragt die entsprechende Aufschrift (23) z. B. "Autobahn" deutlich erkennbar aus dem Schlitz (20). Damit ist bereits die Zuordnung zu der gewünschten Kostenstelle erfolgt, indem die Sonde (5) der Karte (1), welche z. B. den Autobahngebühren entspricht in der Aufnahme (25) der korrespondierenden Sonde (19) gegen­ über liegt, wie in Fig. 10 dagestellt.
Will man telefonieren, setzt man die Karte entsprechend Fig. 13 ein und stellt dadurch die entsprechende Verbindung zur Sonde (31) her, welche für die Kostenstelle "Telefon" über den Mikroprozessor (4) den zuständigen Speicherbereich belegt.
Ebenso kann man für die beiden anderen Kostenstellen "S-Bahn" und "Parken" vorgehen und über die dann zuständigen Sonden (33) oder (32) die Daten der zuständigen Speicherbereiche ansprechen.
Um ein "narrensicheres" System zu schaffen, wird erfindungsgemäß empfohlen eine elektronische Sicherung gegen Fehlbedienungen vorzusehen welches die jeweiligen Speicherbereiche durch einen "Identifizierungs­ code" sperrt bzw. freigibt.
Eine andere Art einer Sicherung kann erfindungsgemäß darin bestehen die Lichtquelle (18) z. B. in der Lese-Schreib-Einrichtung eines Telefons so anzuordnen, daß nur bei richtig einsetzter Karte (1) die Solarzellen (3) beleuchtet werden und die Karte (1) Energie erhält, wie in Fig. 14 schematisch dargestellt. Abhängig von der anzusprechenden Kostenstelle würde nur eine der Lichtquellen (34) bis (37) in der Aufnahme (25) der Lese-Schreib-Einrichtung (27) vorgesehen. Im Beispiel "Telefon" gemäß Fig. 13 wäre nur die Lichtquelle (34) vorhanden.
Aber auch die weniger übersichtliche, aber dafür "blind" zu bedienende Variante, daß die Karte (1), unabhängig davon wie man sie in die Aufnahme (25) der Lese-Schreib-Einrichtung (27) einsetzt, richtig arbeitet ist erfindungsgemäß möglich. Zu diesem Zweck müssen die Solarzellen (3) in jeder Lage in der Lese-Schreib-Einrichtung (27) beleuchtet werden.
Fig. 9 zeigt schematisch eine extrem einfache erfindungsgemäße Ausführung einer Lese-Schreib-Einrichtung (27) mit einer Aufnahme (25), welche mit einer Lichtquelle (18) die Solarzellen (3) der Karte (1) in jeder Einstecklage beleuchtet. In diesem Beispiel ist die Aufnahme (25) aus transparentem Material, z. B. Plexiglas gefertigt und außen verspiegelt, so daß die Lichtstrahlen (23) die Karte (1) direkt und die Lichtstrahlen (24) nach doppelter Spiegelung die Rückseite der Karte (1) und damit die Solarzellen (3) in jeder Einstecklage beleuchten können.
Um die Größe des Displays klein zu halten, empfiehlt es sich wie in den Fig. 8, 10 und 11 dargestellt, auf der Karte (1) Tasten (28) und (30) vorzusehen, welche die Umschaltung des Displays auf verschiedene Anzeigen gestatten. Man kann dann z. B. bei S-Bahn Tickets die letzte Eingabe abrufen, um den Einsteigeort und die Uhrzeit abzurufen und ähnliche Informationen.
Die Gestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind so zahlreich, daß man die beschriebenen Beispiele nur als Hilfe zum besseren Verständnis auffassen kann. So wäre es mit gleichem Erfolg möglich z. B. anstelle mehrerer Sonden auf der Karte (1) und nur einer korrespondierenden Sonde (19) in der Lese-Schreib-Einrichtung (27), auf der Karte (1) nur eine Sonde (5), aber 4 korrespondierende Sonden in der Lese-Schreib- Einrichtung (27) vorzusehen. Solche äquivalente Lösungen machen die Anwendung der Erfindung flexibel und anpassungsfähig.
Aus den Zeichnungen gehen die wesentlichen Merkmale der Erfindung klar erkennbar hervor und ergänzen die Beschreibung. Sie sind nicht beschränkend aufzufassen sondern erläutern im Gegenteil weitere Details des Erfindungsgedankens.

Claims (11)

1. Kontaklose CHIP-Karte mit integriertem Mikroprozessor und Vor­ richtung zum Lesen und Eingeben von Informationen unter Ver­ wendung eines im spannungslosen Zustand nicht flüchtigen Speichers, dessen Inhalt ohne Relativbewegung zwischen der Karte und einer Lese-Schreib-Einrichtung, induktiv, kapazitiv oder optisch ein­ gegeben oder abgefragt werden kann, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stromversorgung des Mikroprozessors aus einer oder mehreren auf der Karte angeordneten Solarzellen (3) besteht, welche vom Umgebungslicht und/oder in der Lese-Schreib- Einrichtung (17) von einer Lichtquelle (18) beleuchtet werden.
2. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte (1) ein Display (4) auf­ weist, welches ebenfalls von den Solarzellen (3) mit Strom versorgt wird.
3. Kontaklose CHIP-Karte und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch der Daten zwischen der Karte (1) und der Lese-Schreib-Einrichtung (17) im kHz-Bereich erfolgt.
4. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (18) Licht, welches mit einzugebenden Daten moduliert ist, an die Solarzellen (3) abgibt.
5. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Lesen und Eingeben der Daten bzw. deren Übertragung über Sonden mit unterschiedlichen Verfahren, z. B. kapazitiv/optisch, kapazitiv/induktiv, induktiv/optisch, induktiv/kapazitiv, optisch/ kapazitiv oder optisch/induktiv erfolgt.
6. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Karte mehrere Speicherbereiche für verschiedene Kosten­ stellen vorhanden sind und beim Eingeben und Lesen über den Mikropro­ zessor (4) ein Identifizierungscode eine falsche Zuordnung verhindert.
7. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte (1) und/oder die Lese-Schreib-Einrichtung (17) mehrere Sonden aufweisen und abhängig von der Art des Einsetzens der Karte (1) in die Lese-Schreib-Einrichtung (17) die Zuordnung der Sonden der Lese-Schreib-Einrichtung (17) zu den Speicherbereichen erfolgt.
8. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Art des Einsetzens der Karte (1) in die Lese- Schreib-Einrichtung (17) die Bezeichnung (29) des jeweils angesproche­ nen Speicherbereiches ablesbar ist.
9. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Art des Einsetzens der Karte (1) in die Lese-Schreib-Einrichtung (17) durch einen Identifizierungscode sowohl beim Eingeben als auch beim Lesen der Daten ein bestimmter Speicherbereich angesprochen wird, welcher von der Lese-Schreib- Einrichtung (17) bestimmbar ist.
10. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtquelle (18) der Lese-Schreib-Einrichtung (17) nur bei einer bestimmten Art des Einsetzens der Karte (1) die Solarzellen (3) belichtet.
11. Kontaktlose CHIP-Karte und Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lese-Schreib-Einrichtung (17) derart ausgebildet ist, daß die Solarzellen in jeder möglichen Art des Einsetzens der Karte (1) von Lichtquellen (18) mit Lichtenergie versorgt werden.
DE4138131A 1991-10-19 1991-11-20 Kontaktlose chip-karte mit integriertem mikroprozessor und vorrichtung zum lesen und eingeben von informationen Withdrawn DE4138131A1 (de)

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