DE102010054057B4

DE102010054057B4 - Tragbarer Datenträger zum taktilen Wahrnehmen einer mechanischen Welle, System und Verfahren

Info

Publication number: DE102010054057B4
Application number: DE102010054057.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Baldischweiler; Dr. Aschauer Hans
Original assignee: Giesecke and Devrient ePayments GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient ePayments GmbH
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2030-12-11
Also published as: DE102010054057A1

Abstract

Tragbarer Datenträger (1), insbesondere Chipkarte, aufweisend einen integrierten Halbleiterchip (2) und einen Datenträgerkörper, wobei der Datenträgerkörper ausgebildet ist, eine mechanische Welle, die an einem ersten Ort im Datenträgerkörper aufgrund mechanischer Anregung des Datenträgerkörpers entsteht, an einen zweiten Ort im Datenträgerkörper weiterzuleiten, wobei die mechanische Welle für einen Benutzer des Datenträgers (1) an dem zweiten Ort taktil wahrnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger (1) zumindest vier Schwingungsgeneratoren (5) aufweist, welche im Datenträgerkörper angeordnet sind, wobei jeder Schwingungsgenerator (5) in einem Eck- und/oder Randbereich des Datenträgerkörpers angeordnet ist; wobei jeder Schwingungsgenerator (5) ausgestaltet ist, den Datenträgerkörper mechanisch anzuregen und die mechanische Welle an dem ersten Ort zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger, ein System aus Datenträger und Lesegerät sowie ein Verfahren, wobei eine mechanische Welle für einen Benutzer wahrnehmbar ist.
Bei einem tragbaren Datenträger handelt es sich vorzugsweise um Datenträger mit entsprechenden Sicherheitsfunktionalitäten, wie z.B. Smartcards, Chipkarten, Token, Massenspeicherkarten, Multimediakarten und/oder um elektronische Identitätsdokumente, wie beispielsweise ein elektronischer Personalausweis, Reisepass mit, auf einem Chip gespeicherten maschinenlesbaren Identifikationsdaten einer Person. Insbesondere wird eine Chipkarte unter dem Begriff tragbarer Datenträger verstanden, wobei das Anwendungsgebiet der Chipkarte sehr vielfältig ist, beispielsweise als Kredit- oder Debit-Bezahlkarte, Gesundheitskarte, Zutrittsberechtigungskarte, Firmenausweis, Identifikationskarte oder Führerschein.
Der Datenträger ist dabei mit den üblichen funktionellen Einheiten, insbesondere einem flüchtigen Speicher RAM, einem nichtflüchtigen Speicher ROM, EEPORM, einer zentralen Recheneinheit CPU und diversen Kommunikationsschnittstellen, insbesondere kontaktlos und/ oder kontaktbehaftet ausgestattet.
Aufgrund ihrer vielseitigen Einsatzgebiete wird von dem tragbaren Datenträger zukünftig mehr Funktionalität abverlangt, insbesondere eine von einem Endgerät unabhängige Datenein- und/oder -ausgabe.
Aus dem Stand der Technik sind Chipkarten mit Displays bekannt, welche diese Mehrfunktionalität aufweisen. Allerdings ist die Herstellung von Chipkarten mit Display recht aufwändig, insbesondere aufgrund der Komplexität des Displays sowie der Integration desselben in den Kartenaufbau.
Bekannte Heißlaminiertechniken, wie sie zur Herstellung gewöhnlicher Chipkarten ohne Display bekannt sind, bei denen mehrere Materialschichten unter vergleichsweise hohen Temperaturen und hohem Druck miteinander verbunden werden, sind hier meist nicht anwendbar, da die verwendete Displaytechnologie sehr empfindlich auf solche Verarbeitungsumgebungen reagiert.
In vielen Anwendungsfällen ist ein Display als Funktionalität nicht notwendig, beispielsweise wenn es um den Status einer Transaktion oder die Bestätigung der Richtigkeit einer Eingabe geht.
DE 10 2006 008 345 B3 beschreibt ein Sicherheits- und/oder Wertdokument mit einer elektronischen Transponderschaltung, wobei die Transponderschaltung mit einer Transponderantenne verbunden ist, wobei die Transponderantenne und/oder die Transponderschaltung mit Mitteln zur Anzeige einer Aktivierung der Transponderantenne verbunden ist, welche ein optisches, akustisches oder mechanisches Signal bei oder nach Aktivierung der Transponderantenne erzeugen.
DE 103 17 257 A1 beschreibt einen kontaktlosen Datenträger mit einer Antenne und einem Chip, wobei auf dem Datenträger Daten angeordnet sind, die über einen optischen Datenübertragungskanal an ein Lesegerät übertragen werden. Dieses Dokument beschreibt weiterhin Verfahren zur Feststellung der willentlichen Benutzung eines kontaktlosen Datenträgers, wobei zusätzlich zu einer antennenbasierten kontaktlosen Datenübertragung eine optische Datenübertragung mit Hilfe auf dem Datenträger angeordneter Daten erfolgt.
WO 2010/ 137 901 A2 beschreibt eine Chipkarte mit einem Vibrationsmodul, welches Schwingungen in der Chipkarte nach unterschiedlichen Mustern in Abhängigkeit von Transaktionsdaten erzeugt.
US 2008 / 0 105 751 A1 beschreibt eine Datenträgerkarte mit einer Anzeige, auf welcher optische Signale ausgegeben werden können, um Videospiele zu spielen.
JP 2007 - 114 981 A beschreibt eine Chipkarte mit einem Vibrationsmodul, welches eine Vibration auf den Chipkartenkörper ausgibt, um einen Nutzer über einen Vorgang zu informieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Datenträger bereitzustellen, der eine Signalisierung für einen Benutzer auf kostengünstigere und einfachere Weise als im Stand der Technik ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die in dem Hauptanspruch und den nebengeordneten unabhängigen Patentansprüchen beschriebenen Gegenstände gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Aufgabe wird insbesondere durch einen tragbaren Datenträger, insbesondere eine Chipkarte, aufweisend einen integrierten Halbleiterchip und einen Datenträgerkörper gelöst. Der Datenträgerkörper ist dabei ausgebildet, eine mechanische Welle, die an einem ersten Ort im Datenträgerkörper aufgrund mechanischer Anregung des Datenträgerkörpers entsteht, an einen zweiten Ort im Datenträgerkörper weiterzuleiten. Die mechanische Welle ist für einen Benutzer des Datenträgers an dem zweiten Ort taktil wahrnehmbar. Der Datenträger weist zumindest vier Schwingungsgeneratoren auf, welche im Datenträgerkörper angeordnet sind, wobei jeder Schwingungsgenerator in einem Eck- und/oder Randbereich des Datenträgerkörpers angeordnet ist und wobei jeder Schwingungsgenerator ausgestaltet ist, den Datenträgerkörper mechanisch anzuregen und die mechanische Welle an dem ersten Ort zu erzeugen
Die Art der mechanischen Welle hängt von der Art der Anregung, also der Einkopplung in den Datenträgerkörper ab.
Als eine mechanische Welle wird in dieser Anmeldung ein sich räumlich und zeitlich veränderliches Feld verstanden, welche Energie überträgt. Die mechanische Welle ist dabei an den Datenträgerkörper gebunden und breitet sich im Datenträgerkörper aus. Die mechanische Welle ist dabei bevorzugt eine Druckwelle, die sich im Datenträgerkörper als Longitudinalwelle ausbreitet. Als Druckwelle werden hierbei kurzzeitige Schwankungen des Drucks innerhalb des Datenträgerkörpers verstanden, die sich als Wellenfront ausbreiten können.
Alternativ breitet sich die mechanische Welle als Transversalwelle, also senkrecht zur Schwingungsanregung aus.
Diese mechanische Welle ist keine akustische Oberflächenwelle, engl. SAW. Die SAW breiten sich zum einen nur an der Oberfläche des Datenträgers in zweidimensionaler Form aus und sind aufgrund ihrer hohen Frequenzen in keiner Weise taktil wahrnehmbar.
Mit dem Merkmal „taktil wahrnehmbar“ wird in dieser Anmeldung eine passive Wahrnehmung mechanischer Eindrücke durch den Benutzer des Datenträgers verstanden. Diese Wahrnehmung wird durch Mechanorezeptoren in der Haut möglich. Diese Wahrnehmung ist eng verknüpft mit den Parametern Amplitude und Frequenz der mechanischen Welle.
Durch diesen Datenträger wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass durch die mechanische Welle, die sich im Datenträgerkörper ausbreitet, dem Benutzer ein taktiles Signal gegeben wird, welches durch einfache Berührung des Datenträgers erfasst werden kann. Es sind somit keine aufwendigen Anzeigevorrichtungen notwendig, um dem Benutzer einfache Informationen, insbesondere Bestätigungssignale etc. mitzuteilen.
Vorzugsweise ist der Datenträger zumindest bereichsweise homogen ausgestaltet. Somit ist gewährleistet, dass die mechanische Welle sich gleichförmig ausbreitet und die taktile Wahrnehmung an dem vordefinierten zweiten Ort des Datenträgers erfolgt. Der tragbaren Datenträger weist entweder einen mittels Spritzgusstechnik hergestellten monolithischen Körper oder einen durch Laminieren unterschiedlicher Materialien, zum Beispiel Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS), Polycarbonat (PC) hergestellten Datenträgerkörper auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an dem zweiten Ort ein Bereich mit einer Farbschicht angeordnet. An diesem Bereich kann dem Benutzer optisch der Hinweis gegeben werden, dass hier das taktile Feedback erhalten werden kann.
Bevorzugt ist der Schwingungsgenerator ein Piezo-Schallgeber. Der Generator erzeugt eine mechanische Schwingung, die sich im Datenträgerkörper als mechanische Welle, insbesondere als Druckwelle oder Transversalwelle, ausbreitet. Diese Schwingungsgeneratoren sind heutzutage in geringen Baugrößen erhältlich und sind sehr gut in den Datenträgerkörper einlaminierbar, wodurch eine gute Einkopplung sowie eine störungsarme Ausbreitung der mechanischen Welle im Datenträgerkörper erreicht ist. Diese Schwingungsgeneratoren erzeugen periodische, niederamplitudige und niederfrequente Schwingungen, welche sich aufgrund der elastischen Eigenschaft des Datenträgerkörpers als mechanische Welle im Datenträgerkörper ausbreiten und gut vom Benutzer wahrgenommen werden können.
Erfindungsgemäß sind vier Schwingungsgeneratoren im Datenträgerkörper angeordnet. Jeder Schwingungsgenerator ist dabei in einer der vier Ecken des Datenträgerkörpers angeordnet. Jeder Generator erzeugt durch mechanische Anregung eine mechanische Welle, die sich im Datenträgerkörper ausbreitet. Durch die bekannten Effekte bei Wellenausbreitung, insbesondere die Bildung von Interferenzen, stehenden Welle, aber auch Schwebungen, wird die taktile Wahrnehmung verstärkt.
Es können auch mehr als vier Schwingungsgeneratoren in den Datenträger integriert werden, welche bevorzugt im Randbereich des Datenträgerkörpers eingebracht werden. Durch eine äquidistante Anordnung wird eine gute Überlagerung der mechanischen Wellen erzielt.
Werden mehrere mechanische Wellen erzeugt, insbesondere durch die Verwendung mehrerer Schwingungsgeneratoren aber auch aufgrund Überlagerung von an Randbereichen reflektierten Wellen, entsteht bevorzugt zumindest ein Wellenmaximum durch Überlagern. Dieses Maximum mit der größeren Amplitude ist gut wahrnehmbar.
Dieses zumindest eine Wellenmaximum wird durch phasenverschobene Ansteuerung der Schwingungsgeneratoren auf dem Datenträgerkörper positionierbar. Dies wird beispielsweise mittels einer Ansteuereinheit, die jeden Schwingungsgenerator einzeln oder zumindest zeitverzögert ansteuert, erzielt. Durch diese Ausgestaltung kann beispielsweise der Ort des Wellenmaximums zirkulieren. Alternativ können durch unterschiedliche Phasenverschiebung unterschiedliche Bereiche auf dem Datenträgerkörper angesteuert werden, wodurch für verschiedene Signalisierungen des Datenträgers die unterschiedlichen Bereiche angesteuert werden.
Insbesondere ist ein berührungsempfindliches Eingabemittel im Datenträgerkörper eingebracht. Als Eingabemittel sind insbesondere Dehnungsmessstreifen, mechanische oder magnetische Taster vorgesehen, da diese sehr kostengünstig in den Datenträgerkörper eingebracht werden können. Da der Benutzer der Taster den Datenträger zur Betätigung berühren muss, kann ihm während der Berührung das taktile Feedback gegeben werden.
Weiterhin ist die Aufgabe durch ein System bestehend aus einem tragbaren Datenträger und einem mit dem Datenträger in Kommunikationsverbindung befindlichen Lesegerät gelöst. Der Datenträger weist einen integrierten Halbleiterchip und einen Datenträgerkörper auf, wobei der Datenträgerkörper ausgebildet ist, eine mechanische Welle, die an einem ersten Ort im Datenträgerkörper aufgrund mechanischer Anregung des Datenträgerkörpers entsteht, an einen zweiten Ort im Datenträgerkörper weiterzuleiten, wobei die mechanische Welle für einen Benutzer des Datenträgers an dem zweiten Ort taktil wahrnehmbar ist. Das Lesegerät ist eingerichtet, den Datenträgerkörper mittels einer mechanischen Schwingung anzuregen, sodass in der Folge die mechanische Welle im Datenträger entsteht.
In diesem System kann der Datenträger nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen enthalten sein.
Als eine Kommunikationsverbindung wird eine Signalübertragung, eine wechselseitige Steuerung und in einfachen Fällen auch eine Verbindung von/ zwischen technischen Geräten verstanden. In der Informationstheorie wird eine Kommunikation unter anderem durch das Sender-Empfänger-Modell geprägt: Informationen werden in Zeichen kodiert und dann von einem Sender über einen Übertragungskanal an einen Empfänger übertragen. Dabei ist entscheidend, dass Sender und Empfänger dieselbe Kodierung verwenden, damit der Empfänger die Nachricht versteht, d.h. die zu übertragene Information dekodieren kann. In der Informationstheorie geht die Kommunikation auch über das syntaktische Sender-Empfänger-Modell hinaus: Die Bedeutung und der Informationsgehalt der Kommunikation sind immer von dem semantischen Kontext einer Übertragung abhängig. Die Kommunikation kann dabei kontaktlos mittels ISO 14443 Standard oder kontaktbehaftet sein.
Weiterhin ist ein Verfahren vorgesehen, mit den Verfahrensschritten: Mechanisches Anregen des Datenträgerkörpers zum Erzeugen einer mechanischen Welle an einem ersten Ort im Datenträgerkörper; Weiterleiten der mechanischen Welle durch den Datenträgerkörper zu einem zweiten Ort des Datenträgerkörpers; und Taktiles Wahrnehmen der mechanischen Welle durch einen Benutzer aufgrund Berührung des Datenträgerkörpers am zweiten Ort, wobei zumindest vier Schwingungsgeneratoren in jeweils einem Eckbereich des Datenträgerkörpers angeordnet sind und ein Wellenmaximum (8) der mechanischen Welle aufgrund phasenverschobener Ansteuerung der Schwingungsgeneratoren beliebig an einen zweiten Ort des Datenträgerkörpers positioniert wird.
Nachfolgend wird anhand von Figuren die Erfindung bzw. weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Gleiche Bestandteile in den Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind nicht als maßstabsgetreu anzusehen, es können einzelne Elemente der Figuren übertrieben groß bzw. übertrieben vereinfacht dargestellt sein.
Es zeigen:

1 ein skizzenhafter Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Datenträgers;
2 ein schemenhafter Schichtaufbau des in 1 dargestellten Datenträgers;
3 eine skizzenhafte Draufsicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des in 1 dargestellten Datenträgers;
4 eine Darstellung der Ausbreitung mechanischer Wellen auf einem Datenträgers gemäß 1 mit 4 Piezoschallgeber bei einer Wellenlänge X = 2cm
5 ein aufgrund der Konfiguration aus 4 erhaltenes Diagramm mit dem Amplitudenverlauf der Schallgebersignale und der resultierenden mechanischen Wellen;
6 eine Darstellung der Ausbreitung mechanischer Wellen auf einem Datenträgers gemäß 1 mit 4 Piezoschallgeber bei einer Wellenlänge X = 1cm
7 ein aufgrund der Konfiguration aus 6 erhaltenes Diagramm mit dem Amplitudenverlauf der Schallgebersignale und der resultierenden mechanischen Wellen;
8 eine Darstellung der Ausbreitung mechanischer Wellen auf einem Datenträger mit 12 Piezoschallgeber bei einer Wellenlänge X = 2cm
9 ein aufgrund der Konfiguration aus 8 erhaltenes Diagramm mit dem Amplitudenverlauf der Schallgebersignale und der resultierenden mechanischen Wellen;
10 eine Darstellung der Ausbreitung mechanischer Wellen auf einem Datenträger mit 12 Piezoschallgeber bei einer Wellenlänge λ = 1cm
11 ein aufgrund der Konfiguration aus 10 erhaltenes Diagramm mit dem Amplitudenverlauf der Schallgebersignale und der resultierenden mechanischen Wellen;
12 eine Darstellung der Ausbreitung mechanischer Wellen auf einem Datenträger mit 40 Piezoschallgeber bei einer Wellenlänge λ = 1cm
13 ein aufgrund der Konfiguration aus 12 erhaltenes Diagramm mit dem Amplitudenverlauf der Schallgebersignale und der resultierenden mechanischen Wellen;
14 ein zur 1 alternatives Ausführungsbeispiel eines Datenträgers;
15 ein zur 14 alternatives Ausführungsbeispiel eines Datenträgers;
16 ein System eines Datenträgers und Lesegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt einen Datenträger 1 mit einem Halbleiterchip 2, der in Form eines Chipmoduls in den Datenträgerkörper integriert ist. Auf einer Oberseite des Datenträgers 1 ist ein Kontaktfeld für eine kontaktbehaftete Kommunikationsverbindung 3a des Datenträgers 1 mit einem Lesegerät 9 (nicht dargestellt) vorgesehen. Im gezeigten Querschnitt ist weiterhin eine Antenne für eine kontaktlose Kommunikationsverbindung 3b dargestellt. Beide Kommunikationsschnittstellen 3 sind mit dem Chipmodul 2 des Datenträgers 1 elektrisch leitend verbunden. Erfindungsgemäß weist der Datenträgerkörper weiterhin Schwingungsgeneratoren 5 auf.
Diese Schwingungsgeneratoren 5 sind hier Piezo-Schallgeber, die mittels Ansteuereinheit 2a (nicht dargestellt) angesteuert werden. Diese Piezo-Schallgeber sind Umsetzer, die elektrische Energie der Ansteuereinheit 2a in (zumindest) eine mechanische Schwingung umformen. Die Bauform der Schallgeber kann oval, eckig, kreisrund oder beliebig anders sein. Diese Piezo-Schallgeber 5 funktionieren nach dem inversen piezoelektrischen Prinzip, wobei sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung das Material im Piezo-Schallgeber verformt. Diese Verformung wird als mechanische Schwingung eine mechanische Welle im Datenträgerkörper ausbreiten. Dabei sind die mechanischen Schwingungen der Schwingungsgeneratoren niederamplitudig und weisen eine niedrige Frequenz auf. Dabei gilt, dass die Wellenlänge der sich ausbreitenden mechanischen Welle gleich dem Verhältnis aus Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle im Datenträgerkörper und der Frequenz der Welle ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist dabei von der Beschaffenheit des Datenträgerkörpers abhängig.
Prinzipiell reicht ein Schwingungsgenerator zum mechanischen Anregen des Datenträgers aus. Am ersten Ort des Datenträgers 1, an dem die mechanische Anregung erfolgt entsteht somit eine mechanische Welle. Somit wird eine mechanische Welle in den Datenträgerkörper eingekoppelt. Diese Welle wird aufgrund des elastischen Datenträgerkörpers an einen zweiten Ort des Datenträgerkörpers weitergeleitet. Ein Benutzer des Datenträgers 1 nimmt die mechanische Welle taktil am zweiten Ort wahr, vorzugsweise indem er den Datenträgerkörper leicht berührt.
Der Datenträger 1 weist unabhängig von der Ausbreitung der mechanischen Welle erfindungsgemäß ein piezochromes, sonochromes und/oder auf Beschleunigung reagierendes Farbelement 4 auf, welches für einen Benutzer sichtbar auf dem Datenträger 1, vorzugsweise der Oberseite, angeordnet ist. Der piezochrome, sonochrome und/ oder auf Beschleunigung reagierende Farbeffekt ist durch Druck, Anlegen einer elektrischen Spannung und/oder durch Anregen mittels mechanischer Wellen erzielt. Das Farbelement 4 ist entweder piezochrom, sonochrom und/ oder auf Beschleunigung reagierend, je nachdem, welche Art von mechanischer Welle sich im Datenträgerkörper ausbreitet. Erfolgt die Ausbreitung als Druckwelle, so wird das Farbelement 4 piezochrom oder sonochrom sein, sodass eine Druckänderung am piezochromen oder sonochromen Farbelement 4 einen Farbwechsel erzeugt wird.
Ist die mechanische Welle eine Transversalwelle, so ist das Farbelement 4 sonochrom oder auf Beschleunigung reagierend, sodass die durch die Welle erzeugte Beschleunigung des Farbelements 4 der Farbkippeffekt erzeugt ist.
Sowohl piezochromen, sonochromen als auch auf Beschleunigung reagierende Farbelemente 4 sind bekannt, wobei die Farbelemente 4 meist als Druckfarbe bestehend aus einer Trägerfarbe mit darin befindlichen Mikrokapseln, also einer Suspension realisiert ist. Die Mikrokapseln enthalten wiederum Elemente, die aufgrund des Stimulus Druck (bei piezochromer Farbe) oder Beschleunigung (bei sonochromer oder auf Beschleunigung reagierender Farbe) die Reflexions- und/oder Absorptionseigenschaften der Mikrokapseln ändern, wodurch es zu dem Farbwechseleffekt kommt.
In dieser Anmeldung wird das Farbelement 4 als piezochrom, sonochrom und/oder auf Beschleunigung reagierend beschrieben, wobei in Abhängigkeit der Ausbreitung der mechanischen Welle der jeweilige Farbkippeffekt 4 erfolgt.
Dieses Farbelement 4 ist in 1 eine Druckfarbe, insbesondere in Form einer Suspension aus Trägerfarbe und Mikrokapseln, welche beim Herstellungsprozess in den Datenträger eingebracht worden ist. Dies erfolgt vorzugsweise durch Bedrucken einer einzulaminierenden Schicht oder alternativ durch Einbringen als separate Schicht. Die Farbschicht 4 weist einen ersten Farbeindruck auf, der je nach Ausbreitungsort der mechanischen Welle in einen zweiten Farbeindruck wechselt. Auf diese Weise nimmt der Benutzer die mechanische Welle visuell war.
In 2 ist ein Schichtaufbau 7 eines erfindungsgemäßen Datenträgers 1 dargestellt. Die Schichten können aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise PVC, PC, PE, ABS etc in verschiedensten Dicken, insbesondere zwischen wenigen µm bis zu hunderten µm, ausgestaltet sein. Bevorzugt ist ein Bereich des Datenträgers 1, in dem die mechanische Welle sich ausbreitet, homogen ausgestaltet, das heißt in diesem Bereich des Datenträgerkörpers befinden sich keine zusätzlichen Bauelemente, wie beispielsweise Batterie, Display oder NFC-Antenne, sodass sich die mechanische Welle ungehindert von einem ersten Ort (Entstehung, Einkopplung) zu einem zweiten Ort (taktile Wahrnehmung) ausbreiten kann.
Alternativ und in 2 nicht dargestellt ist der Datenträgerkörper monolithisch aufgebaut und beispielsweise in einem Spritzgussverfahren und/ oder Stanzverfahren hergestellt.
In dem Datenträger gemäß 2 ist ebenfalls ein piezochromes, sonochromes und/oder auf Beschleunigung reagierendes Farbelement 4 eingebracht. Alternativ zu 1 ist das Farbelement nur bereichsweise und nicht vollflächig im Datenträgerkörper integriert. Somit ist eine visuelle Wahrnehmung der ausbreitenden Welle nur an dem Ort, an dem das Farbelement 4 eingebracht ist. und nicht auf der gesamten Oberseite des Datenträgers möglich. Es können auch mehrere verschiedene Bereiche des Datenträgers mit einem piezochromen, sonochromen und/ oder auf Beschleunigung reagierenden Farbelement 4 versehen werden, siehe dazu 14.
In einer Ausführung ist unterhalb des Farbelements 4 ein Eingabemittel 6 in den Datenträger 1 eingebracht. Dieses Eingabemittel ist bevorzugt ein Dehnungsmessstreifen, ein mechanischer Taster oder ein magnetisches Tastelement. Durch Betätigen des Tasters wird auf dem piezochromen, sonochromen und/oder auf Beschleunigung reagierenden Element 4 ein erster Farbkippeffekt erzeugt, welcher als erste visuelle Wahrnehmung der getätigten Eingabe durch den Benutzer wahrgenommen wird. Alternativ erfolgt ein Farbkippeffekt seitens des Datenträgers 1 durch Ausbreiten einer mechanischen Welle als weiteres oder erstes visuelles Bestätigen der Eingabe. Dabei erfolgt die Ausbreitung entweder als Druckwelle, sodass eine Druckänderung am piezochromen Farbelement 4 einen Farbwechsel erzeugt wird. Alternativ erfolgt durch die mechanische Welle eine Krafteinwirkung am sonochromen Farbelement 4, welche den Farbkippeffekt erzeugt. Unabhängig davon erhält der Benutzer darüber hinaus ein taktiles Wahrnehmen durch Spüren der mechanischen Welle am Eingabemittel 6.
In 3 ist eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Datenträger 1 gezeigt. Hierbei sind 4 Schwingungsgeneratoren 5 in jeweils den Eckbereichen des Datenträgers 1 eingebracht. Lediglich angedeutet ist das Chipmodul 2 mit der Ansteuereinheit 2a für die Schwingungsgeneratoren 5 sowie der CPU 2b. Zu jedem Schwingungsgenerator sind Ansteuerleitungen zum Bereitstellen elektrischer Energie aus dem Chipmodul vorgesehen.
Die Ansteuereinheit 2a steuert nun die Schwingungsgeneratoren 5 mit gleicher Grundfrequenz f aber unterschiedlicher Phasenlage φ an. Je nach Phasenlage und Grundfrequenz breitet sich ausgehend von jedem Schwingungsgenerator 5 eine mechanische Welle im Datenträgerkörper aus. Der erste Ort, an dem die mechanischen Wellen jeweils entstehen sind somit die Eckbereiche des Datenträgers 1. Diese mechanischen Wellen überlagern sich nun und erzeugen Wellenmaxima 8. Durch Ändern der Phasenlage können nun diese Wellenmaxima 8 an jedem Ort des Datenträgers 1 beliebig positioniert werden.
Durch Überlagerung der mechanischen Wellen an einem lokalen Maximum 8 ist die taktile Wahrnehmung verbessert. Unabhängig davon ist durch die Maxima auch der Farbkippeffekt der piezochromen, sonochromen und/ oder auf Beschleunigung reagierenden Elemente 4 verstärkt.
In den folgenden Figurenbeschreibungen werden nun 5 Möglichkeiten vorgestellt, wie ein taktiles und unabhängig davon ein visuelles Wahrnehmen der mechanischen Wellen durch alternatives Anregen und Ansteuern von Schwingungsgeneratoren 5 erzielt werden kann. Dabei werden Ausbreitungscharakteristika auf den Datenträgern und entsprechende Diagramme mit Amplitudenverlauf der Schwingungsgeneratorsignale und der resultierenden mechanischen Wellen gezeigt.
Den 4 bis einschließlich 13 geht voraus, dass eine Gesamtamplitude der mechanischen Anregung auf die jeweilige Anzahl an Schwingungsgeneratoren 5 gleichmäßig aufgeteilt worden ist, sodass beispielsweise bei 4 Schwingungsgeneratoren 5 auf dem Datenträger 1 jeder Schwingungsgenerator 5 25% der Gesamtamplitude von der Ansteuereinheit 2a erhalten hat. Die Schwingungsgeneratoren 5 sind äquidistant auf dem Datenträger 1 im Randbereich bzw. in jeweils einer Ecke angeordnet. Alle erhaltenen Ergebnisse wurden unter den Annahmen erhalten, dass der Datenträger 1 am Rand frei schwingen kann, die mechanischen Wellen am Rand nicht reflektiert werden, die mechanischen Schwingungsquellen punktförmig sind und die Wellenamplituden reziprok mit der Ausbreitung abnehmen. Die Amplituden für die Schwingungsgeneratoren 5 sind derart gewählt, dass ein Schwingungsgenerator 5 der weiter von dem zu erzeugenden Maximum entfernt ist, mit entsprechend größerer Amplitude schwingt. Somit sind die Amplituden aller Schwingungsgeneratoren 5 am erzeugten Wellenmaximum gleich groß. Alternativ könnten alle Schwingungsgeneratoren 5 gleich große Amplituden erzeugen, wodurch aber ein schwächeres Wellenmaximum erzeugt werden würde.
Die Summe aller Schwingungsquellamplituden ist stets gleich und auf einen festen Wert normiert. Dadurch können die Figuren vergleichbar ausgewertet werden, unabhängig von der Anzahl der Schwingungsgeneratoren 5. Alternativ könnte das Quadrat der Amplituden normiert werden, was einer, für alle Schwingungsgeneratoren 5 gleiche Gesamtschallleistung entspricht.
Die 4, 6, 8, 10, 12 zeigen dabei jeweils eine Draufsicht auf einen Datenträger 1, hier eine Chipkarte mit den Seitenkantenlängen x und y. Die Ausbreitung der Wellen ist anhand einer Grauskala dargestellt, wobei ein hoher Amplitudenwert dunkler und ein geringer Amplitudenwert heller ist. der Datenträger ist vollflächig mit einer piezochromen, sonochromen und/oder auf Beschleunigung reagierenden Schicht 5 ausgestattet. Diese Seitenkantenwerte sind der besseren Darstellung halber normiert, wobei die ablesbare Länge der Abszisse x und der Ordinate y jeweils durch Faktor fünf zu teilen ist, um den Wert in mm einer tatsächlichen Chipkarte zu erhalten. Bei dem Seitenkantenwert y = 253 (entspricht einer gedachten Linie bei ca. 5cm einer Chipkarte) sowie y = 166 (entspricht einer gedachten Linie bei ca. 3,3 cm einer Chipkarte) wurden die Amplitudenwerte der mechanischen Wellen sowohl der Schwingungsgeneratoren 5 (also dem ersten Ort) als auch der resultierenden Wellen am zweiten Ort erfasst und in den Diagrammen der 5, 7, 9, 11 und 13 dargestellt.
In 4 sind Ausbreitungscharakteristika auf einem Datenträger 1 mit 4 Schwingungsgeneratoren 5 bei einer Grundfrequenz f₀, entsprechend einer Wellenlänge λ = 2cm dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, dass aufgrund der Überlagerung der erzeugten vier mechanischen Wellen insbesondere im Zentrum (= zweiter Ort) der Oberseite des Datenträgers 1 acht Wellenmaxima 8 bilden. Diese acht Wellenberge sind taktil besonders gut wahrnehmbar, wie in 5 anhand des Amplitudenverlaufs am Schnitt y = 166 entnommen werden kann.
Ist eine vollflächige piezochrome, sonochrome und/ oder auf Beschleunigung reagierende Farbschicht 4 im Datenträger 1 angeordnet, so werden speziell in den Bereichen der acht Wellenmaxima 8, Farbkippeffekte auftreten, die visuell durch einen Benutzer wahrnehmbar sind.
In 6 sind Ausbreitungscharakteristika auf einem Datenträger 1 mit 4 Schwingungsgeneratoren 5 bei einer Grundfrequenz 2 * f₀, entsprechend einer Wellenlänge λ = 1cm dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, dass aufgrund der Überlagerung der erzeugten vier mechanischen Wellen insbesondere im Zentrum (= zweiter Ort) der Oberseite des Datenträgers 1 zwölf Wellenmaxima 8 bilden. Diese zwölf Wellenberge sind taktil besonders gut wahrnehmbar, wie in 7 anhand des Amplitudenverlaufs am Schnitt y=166 entnommen werden kann.
Ist eine vollflächige piezochrome, sonochrome und/ oder auf Beschleunigung reagierende Farbschicht 4 im Datenträger 1 angeordnet, so werden speziell in den Bereichen der zwölf Wellenmaxima 8, Farbkippeffekte auftreten, die visuell durch einen Benutzer wahrnehmbar sind.
In 8 sind Ausbreitungscharakteristika auf einem Datenträger 1 mit 12 Schwingungsgeneratoren 5 bei einer Grundfrequenz f₀, entsprechend einer Wellenlänge λ = 2cm dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, dass aufgrund der Überlagerung der erzeugten zwölf mechanischen Wellen insbesondere im Zentrum (= zweiter Ort) der Oberseite des Datenträgers 1 ein Wellenmaximum 8 bildet. Dieser Wellenberg ist taktil besonders gut wahrnehmbar, wie in 9 anhand des Amplitudenverlaufs am Schnitt y=166 entnommen werden kann.
Ist eine vollflächige piezochrome, sonochrome und/ oder auf Beschleunigung reagierende Farbschicht 4 im Datenträger 1 angeordnet, so wird speziell im Bereich des einen Wellenmaximums 8, ein Farbkippeffekt auftreten, der visuell durch einen Benutzer wahrnehmbar ist.
Dieser eine Wellenberg 8 ist nun durch Verändern der Phasenlage beliebig auf dem Datenträger 1 positionierbar. Insbesondere und zur Verbesserung der taktilen Wahrnehmung für einen Benutzer wird bei Berührung beispielsweise eine zirkulare Bewegung des Wellenbergs 8 durch phasenverschobene Ansteuerung mittels Ansteuereinheit 2a durchgeführt.
Diese Ausführungsform ist besonders sinnvoll, wenn verschiedene Farbelemente 4 im Datenträger 1 eingebracht sind. Somit kann durch gezielte phasenverschobene Ansteuerung ein spezielles Farbelement 4 mittels mechanischer Wellen angeregt werden und nur dieses Farbelement 4 wird einem Farbkippeffekt unterzogen. Näheres dazu in 14.
In 10 sind Ausbreitungscharakteristika auf einem Datenträger 1 mit 12 Schwingungsgeneratoren 5 bei einer Grundfrequenz 2 * f₀, entsprechend einer Wellenlänge λ = 1cm dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, dass aufgrund der Überlagerung der erzeugten zwölf mechanischen Wellen insbesondere im Zentrum (= zweiter Ort) der Oberseite des Datenträgers 1 ein Wellenmaximum 8 bildet. Dieser Wellenberg 8 ist taktil gut wahrnehmbar, wie in 11 anhand des Amplitudenverlaufs am Schnitt y=166 entnommen werden kann.
Ist eine vollflächige piezochrome, sonochrome und/ oder auf Beschleunigung reagierende Farbschicht 4 im Datenträger 1 angeordnet, so wird speziell in dem Bereich des Wellenmaximums 8, ein Farbkippeffekte auftreten, der visuell durch einen Benutzer sehr gut wahrnehmbar ist.
Diese Ausführungsform ist besonders sinnvoll, wenn verschiedene Farbelemente 4 im Datenträger 1 eingebracht sind. Somit kann durch gezielte phasenverschobene Ansteuerung ein spezielles Farbelement 4 mittels mechanischer Wellen angeregt werden und nur dieses Farbelement 4 wird einem Farbkippeffekt unterzogen. Näheres dazu in 14.
In 12 sind Ausbreitungscharakteristika auf einem Datenträger 1 mit 40 Schwingungsgeneratoren 5 bei einer Grundfrequenz 2 * f₀, entsprechend einer Wellenlänge λ = 1cm dargestellt. Die Schwingungsgeneratoren 5 sind äquidistant auf dem Datenträger 1 im Randbereich angeordnet. Hierbei ist zu erkennen, dass sich aufgrund der Überlagerung der erzeugten vierzig mechanischen Wellen insbesondere im Zentrum (= zweiter Ort) der Oberseite des Datenträgers 1 ein Wellenmaximum 8 bildet. Dieser Wellenberg 8 ist taktil gut wahrnehmbar, wie in 13 anhand des Amplitudenverlaufs am Schnitt y=166 entnommen werden kann.
Ist eine vollflächige piezochrome, sonochrome und/oder auf Beschleunigung reagierende Farbschicht 4 im Datenträger 1 angeordnet, so wird speziell in dem Bereich des Wellenmaximums 8, ein Farbkippeffekte auftreten, der visuell durch einen Benutzer sehr gut wahrnehmbar ist.
Diese Ausführungsform ist besonders sinnvoll, wenn verschiedene Farbelemente 4 im Datenträger 1 eingebracht sind. Somit kann durch gezielte phasenverschobene Ansteuerung ein spezielles Farbelement 4 mittels mechanischer Wellen angeregt werden und nur dieses Farbelement 4 wird einem Farbkippeffekt unterzogen. Näheres dazu in 14.
Die Wellenberge 8 der gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen gemäß 4 bis 13 können je nach Phasenlage unterschiedlich auf dem Datenträger 1 positioniert werden, wobei die Positionierung und vor allem die Anzahl der Wellenberge stark abnimmt mit der Anzahl der Schwingungsgeneratoren 5.
In 14 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel gezeigt, welches in elf Bereichen der Oberseite piezochrome, sonochrome und/oder auf Beschleunigung reagierende Farbelemente 4 aufweist. Die Anzahl und die Platzierung der Farbelemente sind selbstverständlich nicht einschränkend auf den Erfindungsgedanken. Mittels der vier Schwingungsgeneratoren 5, wobei auch diese Anzahl variieren kann, und vor allem einer gezielten phasenverschobenen Ansteuerung über die Ansteuereinheit 2a kann nun jedes einzelne Farbelement 4 unabhängig voneinander mittels der mechanischen Wellen angeregt werden. Dadurch lassen sich Informationen für einen Benutzer auf kosteneffizientem Weg darstellen. Es können insbesondere alphanumerische Zeichen, Ziffern, Symbole dargestellt sein. Diese Zeichen können insbesondere als piezochrome, sonochrome und/ oder auf Beschleunigung reagierende Farbelemente 4 eingebracht sein, sodass bei Anregung mittels mechanischer Wellen ein Farbkippeffekt auftritt. Dieser Effekt kann beispielsweise die Bestätigung einer Eingabe über ein nicht dargestelltes Eingabemittel 6 sein. Dieser Effekt könnte auch eine Farbschicht 4 von transparent zu opak kippen, sodass ein Passwort oder ein Geheimnis angezeigt wird. Alternativ ist eine bloße Bestätigung durch Anzeigen eines „Okay“-Bereichs möglich.
Das in 14 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ebenfalls die Möglichkeit, platziert taktiles Feedback zu geben. Insbesondere nach der Eingabe durch den Benutzer wird eine an den Randbereichen erzeugte mechanische Welle gezielt an einen der gezeigten Bereiche, die in dem Fall nicht piezochrom, sonochrom und/oder auf Beschleunigung reagierend sein müssen, weitergeleitet und an kann an diesem zweiten Ort taktil wahrgenommen werden. Ein Umwandern des Bereichs auf einer elliptischen oder zirkularen Bahn als taktiles Feedback ist ebenfalls durch gezielte phasenverschobene Ansteuerung möglich.
In 15 ist alternatives Ausführungsbeispiel zum in 14 dargestellten Datenträger 1 gezeigt, bei dem im einzigen Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen der Erfindung die Schwingungsgeneratoren 5 in Form von Dauermagneten in den Datenträger eingebracht sind. Ein nicht dargestelltes Lesegerät 9 sendet über eine Nahfeldkommunikationsschnittstelle 9a elektromagnetische Strahlung aus. Diese Strahlung dient dazu, die Dauermagnete mechanisch anzuregen, was insbesondere durch ein Wechselfeld oder ein induktives Magnetfeld mit wechselnder Magnetfeldstärke möglich ist. Durch gezieltes phasenverschobenes Anregen weist das Lesegerät 9 Spulen auf, welche durch einen gesteuerten Stromfluss der CPU 9a des Lesegeräts 9 gezielt die jeweiligen Dauermagnete anregen. Durch die mechanische Anregung werden ebenfalls mechanische Wellen im Datenträger ausgesendet, die wie in den vorangegangenen Figuren zur taktilen und/ oder visuellen Wahrnehmung verwendet werden.
In 16 ist ein erfindungsgemäßes System bestehend aus Datenträger 1 und Lesegerät 9 dargestellt. Üblicherweise kommunizieren Lesegerät 9 und Datenträger 1 über eine kontaktlose Schnittstelle 9b. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen wird der Datenträger von außen mechanisch angeregt. Hierzu sind Nadeln 9c als Schwingungsgeneratoren vorgesehen, die an einer Auflagefläche für den Datenträger 1 mechanische Schwingungen erzeugen, die sich als mechanische Wellen im Datenträger ausbreiten. Die taktile und/oder visuelle Wahrnehmung bzw. Auswertung erfolgt wie vorhergehend beschrieben.
Bezugszeichenliste

1: Tragbarer Datenträger, insbesondere Chipkarte
2: Integrierte Halbleiterchip, Chipmodul
2a: Ansteuereinheit für Schwingungsgenerator
2b: CPU
3: Kommunikationsschnittstelle
3a: kontaktbehaftet
3b: kontaktlos
4: Piezochromes/ sonochromes Farbelement bzw. Farbschicht
4a: Zeichen, Symbol (alphanumerisch)
5: Schwingungsgenerator, insbesondere Piezoschallgeber
6: Eingabeelement
7: Schichtaufbau des Datenträgerkörpers
8: Wellenmaximum
9: Lesegerät
9a: CPU des Lesegeräts
9b: Kontaktlosschnittstelle
9c: Schwingungsgenerator, insbesondere Nadeln
x,y: Datenträgerseitenlängen normiert auf 0,2 mm

Claims

Tragbarer Datenträger (1), insbesondere Chipkarte, aufweisend einen integrierten Halbleiterchip (2) und einen Datenträgerkörper, wobei der Datenträgerkörper ausgebildet ist, eine mechanische Welle, die an einem ersten Ort im Datenträgerkörper aufgrund mechanischer Anregung des Datenträgerkörpers entsteht, an einen zweiten Ort im Datenträgerkörper weiterzuleiten, wobei die mechanische Welle für einen Benutzer des Datenträgers (1) an dem zweiten Ort taktil wahrnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger (1) zumindest vier Schwingungsgeneratoren (5) aufweist, welche im Datenträgerkörper angeordnet sind, wobei jeder Schwingungsgenerator (5) in einem Eck- und/oder Randbereich des Datenträgerkörpers angeordnet ist; wobei jeder Schwingungsgenerator (5) ausgestaltet ist, den Datenträgerkörper mechanisch anzuregen und die mechanische Welle an dem ersten Ort zu erzeugen.
Tragbarer Datenträger nach Anspruch 1, wobei der Datenträgerkörper zumindest bereichsweise homogen ist.
Tragbarer Datenträger nach Anspruch 1 bis 2, wobei ein Schwingungsgenerator (5) ein Piezo-Schallgeber ist und wobei der erste Ort ein Randbereich des Datenträgerkörpers ist.
Tragbarer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schwingungsgeneratoren (5) in äquidistanten Abständen untereinander in einem Randbereich des Datenträgerkörpers angeordnet sind.
Tragbarer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich mehrere mechanische Wellen am zweiten Ort überlagern.
Tragbarer Datenträger nach Anspruch 5, wobei das aufgrund der Überlagerung entstehende Wellenmaximum (8) durch phasenverschobene Ansteuerung der Schwingungsgeneratoren (5) auf dem Datenträgerkörper positionierbar ist.
Tragbarer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein berührungsempfindliches Eingabemittel (6) im Datenträgerkörper eingebracht ist und das taktile Wahrnehmen am zweiten Ort als Folge einer Eingabe des Benutzers erfolgt.
Tragbarer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei mehrere zweite Orte auf dem Datenträgerkörper vorgesehen sind und diese Orte für den Benutzer mittels Farbdruck markiert sind.
System bestehend aus einem Datenträger und einem mit dem Datenträger (1) in Kommunikationsverbindung befindlichen Lesegerät (9), wobei der Datenträger einen integrierten Halbleiterchip (2) und einen Datenträgerkörper aufweist, wobei der Datenträgerkörper ausgebildet ist, eine mechanische Welle, die an einem ersten Ort im Datenträgerkörper aufgrund mechanischer Anregung des Datenträgerkörpers entsteht, an einen zweiten Ort im Datenträgerkörper weiterzuleiten, wobei die mechanische Welle für einen Benutzer des Datenträgers (1) an dem zweiten Ort taktil wahrnehmbar ist, wobei das Lesegerät (9) eingerichtet ist, den Datenträgerkörper am ersten Ort mittels einer mechanischen Schwingung anzuregen, sodass in der Folge die mechanische Welle im Datenträger (1) entsteht.
System nach Anspruch 9, wobei im Datenträgerkörper ein Schwingungsgenerator (5) in Form eines Dauermagneten eingebracht ist und der Dauermagnet mittels einer Kontaktlosschnittstelle (9b) des Lesegeräts (9) ausgesendeter elektromagnetischer Strahlung angeregt ist, sodass die mechanische Welle entsteht.
Verfahren in einem tragbaren Datenträger (1), insbesondere einer Chipkarte, mit den Verfahrensschritten: - mechanisches Anregen des Datenträgerkörpers zum Erzeugung einer mechanischen Welle an einem ersten Ort im Datenträgerkörper; - Weiterleiten der mechanischen Welle durch den Datenträgerkörper zu einem zweiten Ort des Datenträgerkörpers; und - taktiles Wahrnehmen der mechanischen Welle durch einen Benutzer aufgrund Berührung des Datenträgerkörpers am zweiten Ort; - wobei zumindest vier Schwingungsgeneratoren (5) in jeweils einem Eckbereich des Datenträgerkörpers angeordnet sind und ein Wellenmaximum (8) der mechanischen Welle aufgrund phasenverschobener Ansteuerung der Schwingungsgeneratoren (5) beliebig an einen zweiten Ort des Datenträgerkörpers positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erzeugen der mechanischen Welle am ersten Ort durch zumindest einen, an diesem Ort eingebrachten, Schwingungsgenerator (5) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das taktile Wahrnehmen als eine Bestätigung einer Benutzereingabe erfolgt.