Titre de l'invention : Dispositif répéteur de champ magnétique de communication en champ proche

[0001] Domaine Technique

[0002] La présente invention se rapporte à un dispositif répéteur de champ magnétique de communication en champ proche.

[0003] Arrière-Plan Technologique

[0004] La demande de brevet WO2021/038167 décrit un dispositif de localisation d’objets sur un plateau qui utilise une communication en champ proche plus connue sous l’acronyme NFC (de l’anglais Near Field Communication). Le principe mis en œuvre consiste à disposer une pluralité d’antennes NFC dans un plateau destiné à recevoir des objets munis chacun d’une étiquette électronique. Le plateau comporte un ou plusieurs lecteurs NFC connectés aux antennes afin de communiquer avec les étiquettes électroniques des objets posés sur le plateau. Une sélection successive de chaque antenne est réalisée pour interroger les étiquettes se trouvant dans le champ de l’antenne sélectionnée. En fonction des réponses obtenues des étiquettes pour chaque antenne il est possible de déterminer la position de chaque étiquette sur le plateau.

[0005] Afin de simplifier les calculs réalisés tout en conservant une grande précision pour déterminer la localisation d’une étiquette électronique, les lecteurs NFC émettent préférentiellement un champ magnétique de faible puissance. La limitation de la puissance du champ magnétique a pour effet de limiter la portée des antennes du plateau de localisation à quelques centimètres. Ainsi, seules les étiquettes électroniques situées à proximité d’une antenne d’émission sélectionnée peuvent être détectées.

[0006] Un tel système de localisation d’objet fonctionne très bien lorsque l’étiquette électronique est placée sur la partie basse de l’objet à détecter. Cependant, lorsque l’objet est un emballage d’un produit, il peut être malencontreusement placé à l’envers sur le plateau, l’étiquette électronique dudit objet étant alors située à une certaine distance du plateau correspondant à la hauteur de l’emballage. Si la hauteur de l’emballage est supérieure à la distance de rayonnement des antennes, l’étiquette électronique peut ne pas être détectée car elle est située hors de la portée des antennes du plateau de détection. Cette problématique peut aussi être rencontrée dans le cas d’un empilement d’objets les uns sur les autres. Dans ce cas, seul l’objet en contact avec le plateau peut être détecté et localisé de manière certaine, les objets empilés pouvant ne pas être détectés et localisés. Une augmentation de la puissance du champ magnétique s’avère nécessaire. Cependant l’augmentation de la puissance du champ magnétique augmente la consommation du système ainsi que la complexité des calculs à effectuer pour déterminer la position de chaque objet, ce qui peut nuire à la précision de localisation.

[0007] Par ailleurs, il est connu d’augmenter la distance de rayonnement d’un lecteur NFC en plaçant des antennes résonantes dans le champ d’un lecteur NFC pour amplifier le champ magnétique du lecteur NFC. De tels systèmes d’amplification du champ magnétique sont décrits, par exemple, dans les demandes de brevet FR 3078218 et FR 2974259. Toutefois, de tels dispositifs ne sont pas adaptés à l’utilisation attendue pour la localisation d’objet sur un plateau. En effet, de telles antennes résonantes permettent d’amplifier le champ magnétique d’un lecteur et ainsi d’augmenter sa portée dans toutes les directions, ce qui nuirait à la précision de localisation.

[0008] La demande de brevet US 2007/222603 divulgue un répéteur de champ magnétique sur un substrat souple qui permet d’étendre la portée d’un lecteur NFC dans une direction donnée.

[0009] La présente invention cherche à améliorer la portée des antennes de lecteurs NFC d’un plateau de localisation uniquement dans la direction verticale afin de pouvoir détecter des objets empilés sans nuire à la précision de localisation tout en proposant une solution à bas coût.

[0010] Résumé de l’Invention

[0011] L’invention propose un emballage intégrant un répéteur de champ magnétique d’un lecteur de communication en champ proche comprenant une antenne résonante dont la configuration et le dimensionnement spécifique permettent d’élargir la portée des antennes d’émission d’un lecteur de communication en champ proche selon une direction préférentielle verticale. Une telle intégration d’un répéteur de champ dans un emballage permet de réduire le coût d’intégration en évitant de réaliser un répéteur qui doit ensuite être placé dans l’emballage.

[0012] Plus particulièrement, l’invention propose un emballage comportant une face supérieure, une face inférieure et au moins une face latérale reliant la face supérieure et la face inférieure. Un matériau constituant l’emballage forme un substrat et sur lequel une partie intérieure de l’emballage est imprimée de pistes conductrices afin de former une antenne résonante accordée sur le champ magnétique de communication en champ proche. La face supérieure et la face inférieure comporte chacune au moins une spire réalisée par une piste conductrice. La au moins une face latérale, quant à elle, comporte deux pistes conductrices connectant chacune des au moins une spire en parallèle sur l’autre. La face latérale comporte en outre un condensateur d’accord connecté entre les deux pistes conductrices de ladite face latérale afin de former avec les spires un circuit résonant accordé sur une fréquence du champ magnétique de communication.

[0013] L’utilisation de deux spires placées sur les faces supérieure et inférieure de l’emballage permet de capter le champ sur la spire de la face inférieure et de le recopier au niveau de la spire de la face supérieure, la résonance de l’antenne permettant de compenser d’éventuelles pertes de puissance de champ liées à la présence d’une ou plusieurs étiquettes. Le positionnement dans l’espace des spires l’une par rapport à l’autre permet de translater verticalement le champ magnétique reçu par une spire dans une zone correspondant à l’autre spire.

[0014] Afin de simplifier la conception dudit dispositif répéteur de champ magnétique de communication en champ proche et de favoriser un coût de fabrication compétitif, chaque chacune des faces supérieure et inférieure peut comporter une seule et unique spire.

[0015] Pour des considérations environnementales et économiques, le substrat peut être préférentiellement constitué de carton. [0016] Afin de permettre l’utilisation de moyens de production déjà existants dans une imprimerie, les pistes conductrices sont préférentiellement réalisées avec de l’encre conductrice.

[0017] Pour éviter une détérioration dudit dispositif répéteur, le condensateur d’accord peut être réalisé à l’aide des pistes conductrices au moins partiellement élargies et sur lesquelles une feuille de papier disposant d’une face recouverte de matériau conducteur a été collée.

[0018] D’un point de vue économique et pour faciliter la conception, les deux spires peuvent être identiques et le condensateur peut être positionné dans la face latérale à équidistance des spires.

[0019] Pour n’avoir à coller qu’une seule étiquette sur un produit et également pour pouvoir optimiser la fréquence de résonnance du dispositif répéteur, une étiquette électronique d’identification peut être intégrée audit dispositif répéteur. Ainsi, le dispositif répéteur peut comporter une antenne couplée à une puce de radio-identification formant une étiquette électronique, ladite antenne étant positionnée à l’intérieur de l’une des spires.

[0020] Dans un cas d’utilisation au sein d’une boite d’emballage, le substrat peut correspondre à un matériau constituant l’emballage. Ainsi, l’emballage comporte une face supérieure, une face inférieure et au moins une face latérale reliant la face supérieure et la face inférieure. Les pistes conductrices peuvent alors être imprimées à l’intérieur de l’emballage. Ainsi, les zones d’extrémité correspondent aux faces supérieure et inférieure dudit emballage et la zone centrale correspond à la au moins une face latérale.

[0021] Brève Description des figures

[0022] L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et faisant référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

[0023] La figure 1 montre un exemple de plateau de communication en champ proche, [0024] La figure 2 montre un exemple de plateau de communication en champ proche utilisant un dispositif conforme à l’invention,

[0025] La figure 3 montre une vue de dessus d’un répéteur de champ selon l’état de la technique,

[0026] La figure 4 montre une vue de côté du dispositif de la figure 3,

[0027] La figure 5 montre une vue de dessus d’un premier exemple de réalisation d’un emballage conforme à l’invention,

[0028] La figure 6 montre une vue de dessus d’un deuxième exemple de réalisation d’un emballage, en cours d’assemblage, conforme à l’invention,

[0029] La figure 7 illustre en vue de côté l’assemblage de l’emballage de la figure 6,

[0030] La figure 8 montre une vue de dessus de l’emballage de la figure 6 après assemblage,

[0031] La figure 9 montre une variante d’emballage conforme à l’invention,

[0032] Description détaillée

[0033] La description qui va suivre va décrire un exemple principal de réalisation ainsi que des variantes et améliorations possibles à partir de l’exemple principal. Afin de simplifier la description qui va suivre, une même référence sera utilisée sur différentes figures dès lors que l’objet référencé sera le même ou de même nature. En outre, par communication en champ proche, le présent document fait référence à des systèmes de communication, plus connus sous l’acronyme NFC, qui utilisent le champ magnétique pour communiquer et également pour alimenter des puces d’identification. Un tel système de communication est par exemple conforme à la norme ISO/IEC 14443.

[0034] La figure 1 montre un exemple d’un plateau 10 de communication en champ proche permettant de localiser un produit P1 à P4 situé sur le ledit plateau 10. Le plateau 10 est par exemple conforme à celui décrit dans la demande de brevet WO2021/038167 et comprend une pluralité d’antennes afin de localiser chaque produit P1 à P4 selon des axes X et Y définissant le plan horizontal du plateau 10. A cet effet chaque produit P1 à P4 est muni d’une étiquette électronique E1 à E4 permettant d’identifier et de localiser chacun des objets P1 à P4 positionnés sur ledit plateau 10. Dans la présente description, les objets P1 à P4 correspondent à des produits emballés dans des boites de formes et de matières diverses pouvant s’empiler les unes sur les autres. Afin de simplifier la description de la forme des objets P1 à P4, on peut considérer que ces objets sont de forme et de taille identiques. Cependant l’homme du métier comprendra que la forme de chaque objet importe peu.

[0035] Comme indiqué précédemment, un tel plateau 10 utilise des lecteurs et antennes de communication en champ proche qui rayonnent jusqu’à une distance D1 , par exemple de 5 centimètres autour de chaque antenne aussi bien horizontalement, selon les axes X et Y, que verticalement selon un axe Z perpendiculaire à la surface du plateau 10. Si une étiquette électronique est placée au-delà de la distance D1 , l’étiquette ne sera pas dans le champ de communication et ne pourra pas être détectée. A titre d’exemple, les objets P1 à P4 ont une hauteur D2, par exemple de 10 cm, et leur étiquette électronique E1 à E4 est située normalement sur une face inférieure afin que celle-ci soit à proximité des antennes du plateau 10.

[0036] Comme on peut le voir sur la figure 1 , les objets P1 et P3 sont positionnés correctement et leurs étiquettes E1 et E3 sont à proximité des antennes du plateau 10. L’objet P2 étant placé à l’envers sur le plateau 10, son étiquette électronique E2 se trouve sur sa face supérieure à une distance D2 du plateau 10. L’objet P4 est posé sur l’objet P3 avec son étiquette E4 qui est donc située à une distance D2 dudit plateau 10. Si la distance D2 est supérieure à la distance D1 , les étiquettes E2 et E4 ne peuvent pas être détectées par les antennes du plateau 10.

[0037] L’invention remédie au problème de détection en rajoutant à chaque objet P1 à P4 un dispositif répéteur conforme à l’invention. Ainsi, la figure 2 illustre un exemple d’utilisation d’un emballage conforme à l’invention qui utilisés pour les objets P1 à P4 afin de pouvoir détecter les étiquettes électroniques E2 et E4 sans perturber la localisation au niveau du plateau 10.

[0038] Sur la figure 2, un dispositif répéteur est placé dans l’emballage de chaque objet P1 à P4 de sorte à disposer d’une spire 121 placée sur une surface inférieure et d’une spire 122 placée sur une surface supérieure de chaque objet P1 à P4, les spires 121 et 122 étant reliées ensemble par des conducteurs 130 et en parallèle à un condensateur d’accord non visible sur la figure 2, afin de former une antenne résonante accordée sur le champ magnétique de communication en champ proche. Le principe mis en œuvre par l’invention consiste à capter le champ provenant des antennes du plateau 10 à l’aide de la spire 121 ou 122 située sur la partie inférieure de l’objet P1 à P4. Le dispositif répéteur, étant accordé sur le champ de communication de l’antenne formée par les deux spires 121 et 122 et par le condensateur d’accord, entre alors en résonance, ce qui permet d’amplifier le champ et de le reproduire au niveau de la spire 122 ou 121 située à la distance D2. L’amplification réalisée par la résonance du dispositif répéteur permet de fournir une puissance du champ magnétique au niveau de la spire 121 ou 122 placée sur la partie supérieure du même ordre de grandeur que celle fournie par les antennes du plateau 10 malgré l’absorption de champ réalisée par l’étiquette électronique. Ainsi, le dispositif répéteur permet d’augmenter la portée du champ selon l’axe Z sans augmenter la portée du champ magnétique selon les axes X et Y car le rayonnement est du même ordre de grandeur que le rayonnement capté et ne s’étend pas plus selon les axes X et Y que celui-ci de l’antenne du plateau 10 qui alimente le dispositif répéteur.

[0039] Le principe général d’un répéteur est détaillé à l’aide des figures 3 et 4 qui représentent un exemple de répéteur conforme à celui décrit dans US 2007/222603. Le dispositif répéteur 100 comporte une antenne résonante composée d’un substrat 110 comportant deux zones d’extrémité 111 séparées par une zone centrale 112. Des pistes conductrices sont dessinées sur au moins une face du substrat 110 afin de définir une première spire 121 et une deuxième spire 122 respectivement dans chacune des zones d’extrémité 111 et deux conducteurs 130, placés dans la zone centrale 112, reliant la première spire 121 en parallèle sur la deuxième spire 122. Un condensateur d’accord 140 est connecté entre les deux conducteurs 130 dans la zone centrale 112. L’ensemble des pistes conductrices présentes sur ledit substrat 110 forme ainsi un circuit électrique de type LCL résonant accordé sur la fréquence du champ magnétique de communication en champ proche émis par l’une des antennes d’émission du plateau 10. [0040] Un tel répéteur doit être ensuite placé à l’intérieur de l’emballage si l’on souhaite réaliser une augmentation de portée du champ NFC dans une direction verticale. Toutefois, cela nécessite de réaliser des répéteurs de champ puis de les placer dans un emballage, ce qui n’nécessite une étape supplémentaire lors de l’emballage d’un produit.

[0041] Afin de réduire les coûts de fabrication et de placement du répéteur dans l’emballage d’un produit, l’invention propose de réaliser le répéteur de champ NFC directement sur l’emballage. En effet, dans le cas de l’emballage d’un produit, réalisé en carton ou en matériau équivalent, il est possible de réaliser directement le dispositif répéteur objet de l’invention sur l’emballage. Une telle réalisation permet de réduire les coûts car ceux-ci sont intégrés directement dans les coûts de fabrication de l’emballage, à condition d’utiliser les mêmes machines que celles classiquement utilisées pour fabriquer les emballages. La figure 5 illustre un premier mode de réalisation du dispositif répéteur 100 réalisé directement sur un emballage 300, par exemple de type boite en carton.

[0042] La figure 5 montre un emballage 300sous une forme dépliée avant que celui- ci soit formé en boite, la vue de dessus correspondant à la vue de la surface intérieure dudit emballage. Une feuille de matériau d’emballage, par exemple du carton, a été imprimée puis découpée afin de définir une face supérieure 310, une face inférieure 320 et des faces latérales 330 reliant la face supérieure 310 et la face inférieure 320 de la boite assemblée. Des languettes 361 et 362 permettent respectivement, d’une part, de coller les différentes faces entre elles pour constituer la boite et, d’autre part, de fermer et ouvrir la boite selon une technique connue. Par rapport à une fabrication classique d’emballage, une impression supplémentaire est réalisée sur une surface correspondant à l’intérieur de l’emballage à l’aide d’une encre conductrice selon un procédé d’imprimerie compatible avec celui utilisé par l’usine d’emballage. L’impression supplémentaire consiste à imprimer les pistes conductrices formant une antenne résonante directement sur le matériau de l’emballage 300. Des spires 321 et 322 sont imprimées respectivement sur les faces inférieure 320 et supérieure 310 de la boite et des conducteurs 331 sur une ou plusieurs des faces latérales 330 afin de relier les spires 321 et 322 en parallèle. Un condensateur 340 est placé entre les conducteurs 331 afin d’accorder l’antenne résonnante ainsi formée. Une fois le dispositif répéteur réalisé, l’emballage 300 peut être plié et collé afin de former une boite. Ainsi, la fabrication de l’emballage comporte deux étapes supplémentaires qui correspondent à deux des étapes de réalisation d’un répéteur de l’état de la technique sans qu’il soit nécessaire de de le replacer dans l’emballage. De plus le matériau de l’emballage formant substrat pour le circuit imprimé, cela permet d’économiser le matériau de substrat utilisé pour le répéteur de l’état de la technique.

[0043] La forme de l’emballage et de la boite est donnée à titre d’exemple et de nombreuses autres formes d’emballage peuvent être utilisée. L’important est que l’emballage dispose d’au moins une face supérieure, une face inférieure et au moins une face latérale reliant la face supérieure et la face inférieure et que ces trois faces soient réalisées sur un même matériau pouvant être mis à plat afin de former un substrat.

[0044] L’impression des pistes conductrices peut également être réalisée de différentes manières suivant le type de substrat utilisé. Pour du carton, on peut privilégier une réalisation des pistes conductrices à l’aide d’une encre conductrice. De telles encres sont composées de polymères organiques semi- conducteurs ou sont chargées de particules conductrices, telles que par exemple de l’argent, du cuivre ou du carbone. Plusieurs techniques de mise en œuvre peuvent être utilisées pour disposer l’encre conductrice sur l’emballage 300, telles que la technique par tamponnage, la sérigraphie et l’impression par jet d’encre. L’avantage d’une impression d’encre conductrice sur du papier ou carton réside également dans l’utilisation des équipements d’impression déjà existants pour la réalisation d’emballages en carton. Bien entendu, il est également possible d’utiliser d’autres matériaux pour réaliser les pistes conductrices tels que du cuivre ou de l’aluminium en les gravant selon une technique connue. Cependant, le matériau de l’emballage devra alors être compatible avec un procédé de gravure par attaque acide.

[0045] Dans l’exemple précédent, une seule et unique spire 321 ou 322 est imprimée sur chacune des faces supérieure 310 et inférieure 320 pour réaliser le dispositif répéteur. Toutefois, chacune des faces supérieure 310 et inférieure 320 peut comporter plusieurs spires. Cependant, l’utilisation de plusieurs spires nécessite un croisement de conducteurs impliquant d’utiliser un substrat disposant de pistes conductrices imprimées sur chacune de ses faces et la réalisation de vias, ce qui est plus complexe plus coûteux et moins esthétique sur un emballage sans apporter d’avantage conséquent par rapport à l’utilisation d’une seule spire.

[0046] Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, le condensateur 340 est simplement un composant rapporté directement sur les pistes conductrices en le connectant entre les deux conducteurs 331 , par exemple avec de la colle conductrice. Cependant, l’utilisation d’un tel composant fait apparaître une surépaisseur sur la surface interne de l’emballage. Une telle surépaisseur présente un risque d’arrachage du condensateur 340, par exemple lorsqu’un produit est inséré dans ledit emballage 300. En variante et afin de supprimer le risque d’arrachage du condensateur 340, le condensateur 340 peut être un condensateur papier directement réalisé sur le matériau de l’emballage. Une telle variante permet d’obtenir un emballage incluant un répéteur de champ magnétique de communication en champ proche sans aspérité sur les parois interne dudit emballage. De plus, un tel condensateur papier peut également être réalisé dans une usine d’emballage avec les moyens de production existants.

[0047] Un deuxième exemple de réalisation présentée sur les figures 6 à 8 consiste à réaliser le condensateur 340 à partir des pistes conductrices 331 et d’une feuille de papier 360 recouverte d’un matériau conducteur. Ainsi, tel qu’illustré en figure 6, les pistes conductrices 331 comportent chacune un élargissement 350 correspondant à des premières armatures de condensateur. Une feuille de papier 360, telle qu’illustrée en figure 7, est positionnée sur les pistes conductrices 331 au niveau des élargissement. Cette feuille de papier 360 dispose d’une face inférieure 360a et d’une face supérieure 360b. La face supérieure 360b est recouverte d’un matériau conducteur, encre conductrice ou aluminisation. Ladite face inférieure 360a est destinée à être collée sur les élargissements 350 des pistes conductrices 331. Ainsi, la feuille de papier 360 et la colle constituent l’isolant diélectrique dudit condensateur. Ladite face supérieure 360b, recouverte d’un matériau conducteur, correspond ainsi à des deuxièmes armatures de condensateur. Tel qu’illustré en figure 8, le condensateur 340 est alors formé par les élargissements 350 des conducteurs 331 , la feuille de papier 360 et la face supérieure 360b conductrice de la feuille de papier 360 formant deux condensateurs en série. Les zones d’élargissement 350 peuvent être réalisées sur une ou plusieurs des faces latérales 330 en fonction de la valeur de capacité souhaitée. Le condensateur 340 étant directement intégré à l’emballage afin de former le circuit résonant, aucune surépaisseur n’apparait.

[0048] En outre, avec une telle intégration d’un répéteur de champ dans l’emballage, il est possible d’intégrer à moindre coût une étiquette électronique d’identification du produit à l’emballage 300. Une telle intégration permet d’éviter d’avoir à coller une étiquette électronique sur le produit, l’emballage assurant à la fois la fonction d’étiquetage électronique et la fonction de répétition du champ magnétique de communication en champ proche. A cet effet une étiquette électronique composée d’une antenne et d’une puce électronique peut être placée dans l’une des spires 321 ou 322.

[0049] La figure 9 montre un exemple de réalisation particulier de l’emballage décrit à l’aide des figures 6 à 8 dans lequel une antenne 370 est réalisée à l’aide d’encre conductrice lors de l’impression des spires 321 et 322 et des conducteurs 331. L’antenne 370 est par exemple composée d’une spire et de conducteurs destinés à relier une puce 380 de radio-identification. L’antenne 370 est placée à l’intérieure de l’une des spires 322. La connexion de la puce 380 à l’antenne peut être réalisée par collage direct des plages de contact de la puce sur des bornes de l’antenne 370. Afin de protéger la puce 380, une couche de protection (non représentée) peut être déposée sur ladite puce et recouvrir tout ou partie de la face 320 sur laquelle elle est placée. Un avantage supplémentaire de l’intégration de l’étiquette électronique dans l’emballage 300 est que les caractéristiques de l’étiquette électronique peuvent être prises en compte pour le dimensionnement du condensateur 340. La prise en compte de l’étiquette électronique permet d’ajuster la fréquence de résonnance du dispositif répéteur de sorte à avoir un champ magnétique répété sensiblement égal au niveau du champ magnétique d’excitation provenant d’un lecteur.

[0050] A titre de variante, l’antenne 370 peut comprendre plusieurs spires à condition de réaliser une impression de pistes conductrices sur chacune de ses faces ainsi que des vias, ce qui n’est pas souhaitable. Selon une autre variante l’étiquette électronique peut être réalisée de manière indépendante et peut être simplement collée au centre de l’une des spires 321 ou 322.

[0051]

[0052] Il sera apprécié de l’homme du métier que la présente divulgation n’est pas limitée à ce qui est particulièrement montré et décrit ci-dessus. D’autres modifications peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention définie par les revendications ci-annexées. Notamment, les spires peuvent être de forme différente, par exemple rectangulaire ou autre, afin d’épouser par exemple les formes d’un emballage.

[0053] Également, les exemples de réalisation peuvent être remplacés par toute autre forme d’emballage, l’important étant de pouvoir imprimer les spires sur une face supérieure et une face inférieure et de pouvoir les relier ensemble à l’aide de conducteurs traversant une ou plusieurs faces latérales. Les élargissements peuvent également s’étendre sur une ou plusieurs faces latérales en fonction de la surface souhaitée pour réaliser le condensateur et de la surface des faces latérales.