Il est possible avec les moyens actuels de réaliser des étiquettes optoélectroniques autonomes comportant une mémoire non volatile et pouvant être alimentées, lues ou lues et écrites à distance. Il va de soi que le terme d'étiquette électronique est un terme général qui peut recouvrir la plupart des applications nécessitant ce type de mémoire, cartes à puce, TAG, etc... La demande de brevet suisse 02 120/94-0 du 04/07/94 décrit une étiquette de ce type en se concentrant particulièrement sur les moyens optoélectroniques à mettre en oeuvre pour faire fonctionner ce type d'étiquette. La demande de brevet suisse 03 759/94-1 du 13/12/94 concerne plus particulièrement les procédures qui gèrent la communication entre l'étiquette et les moyens de lecture/ écriture externes. La demande de brevet suisse 00 262/95-6 pour sa part concerne ies moyens de visée et de transmission d'énergie vers l'étiquette.

La présente invention est un perfectionnement à ces différents brevets. Elle concerne un système comprenant au moins une source d'énergie lumineuse comportant au moins des moyens de focalisation de cette source d'énergie, et un dispositif pour générer des signaux optiques à destination d'une étiquette électro-optique comprenant au moins un circuit de détection de ces signaux'et des moyens pour assurer la communication entre l'étiquette et la source d'énergie lumineuse, caractérisé par le fait que le dispositif pour générer les

signaux optiques est agencé de manière à délivrer des signaux lumineux de très courte durée et de très grande intensité, le circuit de détection de l'étiquette comportant au moins un discriminateur de niveau agencé de manière de séparer les impulsions électriques générées par lesdits signaux lumineux de grande intensité de celles générées par les signaux d'intensité courante.

La figure 1 représente à titre d'exemple une source lumineuse selon l'invention avec ses moyens de focalisation.

La figure 2 représente à titre d'exemple une partie de la configuration inteme de l'étiquette électro-optique avec les moyens de discrimination des signaux d'entrée.

La figure 3 représente à titre d'exemple une partie de la configuration interne du dispositif pour générer les signaux optiques.

La figure 4 représente un exemple de configuration de ces signaux optiques.

Sur la figure 1 est représentée une source lumineuse selon l'invention comportant trois possibilités pour générer la lumière.

Premièrement on trouve une ampoule à filament 1, par exemple de type halogène. On sait que ce type d'ampoule a un bon rendement dans le spectre visible. On peut donc l'utiliser pour transmettre à l'étiquette tout ou partie de l'énergie lumineuse dont elle a besoin. Par ailleurs, cette ampoule crée un rayon lumineux visible qui, correctement focalisé, peut être utilisé pour viser

l'étiquette. Par contre cette ampoule ne peut pas être utilisée pour générer des signaux optiques codés en raison de la constante de temps du filament.

Deuxièmement on trouve une diode électroluminescente 2. Cette diode ne peut pas générer une puissance suffisante pour alimenter l'étiquette à une certaine distance, par contre elle peut générer des signaux codés rapides qui peuvent être facilement captés par l'étiquette. Cette diode pourrait également être utilisée pour viser l'étiquette dans la mesure où elle travaille dans le spectre visible.

Troisièmement, et c'est ce qui distingue le système selon l'invention des brevets cités plus haut, on trouve une ampoule flash 3. On sait que ce type d'ampoule, une fois correctement amorcée, délivre une intensité lumineuse très élevée pouvant atteindre plusieurs centaines de milliers de lux pendant une courte durée. C'est cette particularité que nous allons utiliser comme nous allons le décrire plus loin.

Sur ia figure 1, on peut également reconnaître les moyens de focalisation du rayon lumineux. Ces moyens peuvent ne comporter qu'un simple réflecteur par exemple de forme parabolique 4, ou des moyens optiques plus sophistiqués comportant par exemple un jeu de lentilles 5. Ces dernières peuvent être agencées de manière à former un zoom 6 permettant d'ajuster le rayon lumineux en fonction de la distance.

Enfin on trouve des moyens de commutation 7 dont nous décrirons plus loin la fonction.

Dans l'exemple donné à la figure 1, les trois sources de lumière sont groupées et utilisent les mêmes moyens de focalisation. Cependant nous avons vu dans un précédent brevet que ces sources pouvaient parfaitement être séparées, ce qui ne change rien au fonctionnement de base du système.

La figure 2 représente à titre d'exemple une partie de la configuration interne de l'étiquette électro-optique avec les moyens de discrimination des signaux d'entrée. Premièrement on reconnaît les cinq cellules photovoltaïques 10, nécessaires pour transformer le rayon luroineux en énergie électrique. Ces 5 cellules permettent d'obtenir la tension de travail de 1,5 à 2,0 volts nécessaire pour alimenter un circuit CMOS à basse tension. Si une tension plus élevée est nécessaire, par exemple pour écrire dans la mémoire, celle-ci sera obtenue de préférence en utilisant un élévateur de tension plutôt que de multiplier le nombre de cellules. Avec un éclairage de l'ordre de 2'000 à 3O00 lux que l'on peut obtenir avec une ampoule halogène de 10 à 50 watts selon la distance, ces cellules délivrent typiquement 2,0 volts (0,4 volts par cellule) pour un courant de quelques centaines de microampères. On a ainsi une puissance suffisante pour faire fonctionner le système.

Les cellules 10 sont rehées à l'émetteur d'un transistor 11 dont la base est branchée à une capacité 12 et le collecteur à l'émetteur d'un deuxième transistor 13. Le collecteur de ce transistor 13 est branchée à Vss par la résistance 14 et à l'entrée d'un amph 15. La base du transistor 13 est rehée à Vss par une diode zener 36 polarisée par la résistance 37.

Le fonctionnement de ce circuit peut s'expliquer comme suit.

Lorsque la tension aux bornes des cellules 10 est faible, la tension au bornes de la diode zener 36 est insuffisante pour que celle-ci soit conductrice. Il n'y a donc aucun courant qui passe dans la base du transistor 13. Celui-ci est non conducteur et aucun courant ne peut passer par le collecteur du transistor 11.

La totalité du courant délivré par les cellules 10 passe donc par la diode base- émetteur du transistor 11 et charge la capacité 12. La tension aux bornes de cette capacité 12 est utilisée pour alimenter le circuit CMOS. Cette capacité 12 fait office de capacité tampon et accumule une énergie suffisante pour délivrer des pointes de courant pendant de courtes durées, par exemple lors des opérations d'écriture dans la mémoire, ou lorsque l'on envoie des signaux lumineux en retour au moyen de la LED, ce qui représente des pointes de l'ordre de 10 mA pendant quelques microsecondes.

Si l'éclairage est suffisant, la puissance générée par les cellules devient supérieure à celle nécessaire pour le bon fonctionnement du circuit CMOS et la tension augmente. Lorsque la tension de seuil de la diode zener 36 est atteinte, un courant s'établit dam cette diode à travers la base du transistor 13, et par là entre émetteur et collecteur vers la résistance 14. Ainsi, compte tenu du gain du transistor 13, la presque totalité du courant excédentaire est déviée sur la résistance 14 et une tension apparaît aux bornes de cette dernière. Cette tension est apphquée à l'entrée de l'amph 15 qui fonctionne à l'instar d'un détecteur de niveau. Il est connu que de tels amphs CMOS simples ont un seuil égal environ à la moitié de la tension d'alimentation. Ainsi la sortie de l'amph 15 va-t-elle passer à 1 lorsque la tension aux bornes de la résistance 14 dépasse V/2.

Nous avons étabh plus haut qu'un éclairement de l'ordre de 2O00 à 3O00 lux était suffisant pour assurer l'alimentation de l'étiquette électro-optique. Cet éclairement peut être obtenu au moyen de l'ampoule halogène prévue à la figure 1, mais peut également se trouver de manière naturelle si l'étiquette se trouve dans un endroit très éclairé, par exemple au soleil. Ainsi plusieurs étiquettes se trouvant dans cette situation pourraient se mettre à émettre d'elles-même des signaux optiques qui se perturberaient" les uns les autres. Pour éviter cette situation, il est souhaitable de ne pouvoir faire fonctionner que l'étiquette visée en réveillant celle-ci par un signal optique tel qu'on ne puisse pas le confondre avec un signal qui pourrait se présenter de manière naturelle. Ceci est possible en utilisant l'ampoule flash de la figure 1. Ce type d'ampoule est capable de générer des rayons lumineux de plusieurs centaines de milliers de lux pendant un temps de l'ordre de la milliseconde. Ce rayon est donc capable de générer aux bornes des cellules 10 une pointe de courant beaucoup plus importante que le courant moyen obtenu soit avec l'ampoule halogène, soit en éclairement naturel, même exceptionnel. Si avec 3 '000 lux on génère par exemple un courant de 200 microA, ce courant passera à 2 mA pour 30O00 lux, éclairement correspondant déjà à un bon ensoleillement. Pour un flash délivrant 150O00 lux, ce courant passe à 10 mA.

En fixant une valeur de 200 ohms pour la résistance 14, on obtiendra une tension de 0,4 volt maximum pour l'éclairement à 30O00 lux et une tension de 2,0 volts lors du flash. Dans le premier cas, la sortie de l'amph 15 reste à 0, alors que dans le deuxième cas une impulsion positive apparaît sur sa sortie. Ce circuit fait donc office de discriminateur permettant de séparer les impulsions de forte intensité lumineuse générées au moyen du flash des autres

signaux d'intensité lumineuse courante.

La sortie de l'amph 15 est branchée à l'entrée reset d'un flip-flop 16 dont la sortie Q va à l'entrée reset d'un générateur de séquences 17 tel celui décrit dans la demande de brevet 03 759/94-1, et à une première entrée d'une porte OU 18 dont la sortie est rehée à l'entrée reset d'un compteur 19. Lorsque une impulsion apparaît à la sortie de l'amph 15, la sortie Q du ^" flip-flop 16 passe à 0. Le compteur 19 commence à compter, et le générateur de séquences 17 devient opérationnel et génère un premier lot de signaux optiques de référence par l'intermédiaire d'un ampli 20 et d'une LED 21. Ces signaux optiques de référence permettent au dispositif pour générer les signaux optiques à destination de l'étiquette de se synchroniser sur celle-ci. Si c'est le cas, une communication bidirectionnelle va s'établir, et le dispositif va émettre des signaux dans des fenêtres bien précises par rapport aux signaux de référence envoyés par l'étiquette. Pour détecter ces signaux, on pourrait employer une cellule séparée. Dans le cas décrit à la figure 2, on utilise directement les cellules photovoltaïques 10. Cette solution n'est possible que si la fenêtre mentionnée ci-dessus est courte par rapport à la période totale de transmission des signaux. Si c'est le cas, le fait de détourner le courant généré par les cellules pendant la durée de la fenêtre ne réduit que peu l'énergie pouvant être délivrée par celles-ci.

Le générateur de séquence 17 délivre un signal correspondant à ladite fenêtre sur l'entrée de commande d'un switch analogique 22 qui rehe les cellules 10 à l'entrée d'un amph analogique pendant la durée de la fenêtre. Cet amph est formé d'un transistor 23 dont le collecteur est relié à Vdd par la résistance 24

et l'émetteur à Vss par la résistance 25 branchée en parrallèle avec la capacité 26. Cet émetteur est également raccordé par la résistance 28 à la base d'un transistor 27 rehée à Vss par la capacité 29. L'émetteur du transistor 27 est rehé à Vss par la résistance 30, alors que son collecteur va sur la base du transistor 23 et sur la sortie du switch analogique 22. L'amph analogique est agencé de manière supprimer la composante continue due soit à l'ampoule halogène, soit à la lumière ambiante, de manière à extraire les signaux optiques codés. Le fonctionnement s'explique comme suit:

Nous avons vu que, dans des conditions normales d'éclairement, les cellules 10 généraient une tension de l'ordre de 2,0 volts pour un courant de quelques centaines de microampères. Lorsque le switch analogique 22 se ferme, cette tension est apphquée à la base du transistor 23. Celui-ci devient conducteur, la capacité 26 ce charge, de même que la capacité 29 à travers la résistance 28. Lorsque la tension sur la base du transistor 27 devient suffisante, ce dernier devient conducteur et dérive le courant en provenance des cellules 10. Si la résistance 30 est faible, la tension aux bornes de ces cellules est ainsi régulée à environ la somme des seuils de diode base-émetteur des transistors 23 et 27. En raison du gain de ces transistors, la presque totahté du courant en provenance des cellules 10 est dérivé dans le transistor 27. Ce dernier délivre donc un courant égal à celui délivré par les cellules et fonctionne comme générateur de courant. Cependant, en raison de la constante de temps constituée par la résistance 28 et la capacité 29, ce générateur de courant ne peut pas s'adapter immédiatement à des variations brusque de courant dans les cellules 10. Ainsi, si on envoyé un signal optique rapide et de courte durée sur les cellules, l'augmentation de courant instantannée ainsi obtenue ne pourra

pas être absorbée par le transistor 27. La totahté de cette augmentation de courant passera donc dans la base du transistor 23 et générera une impulsion sur la résistance 24. Cette impulsion, apphquée par une capacité 31 à l'entrée d'un amplificateur 32 est encore amplifiée par ce dernier. La sortie de cet amph 32 est branché à une entrée d'un décodeur 33 qui délivre à la seconde entrée de la porte OU 18 un signal quand le train d'impulsions reçu aux bornes des cellules 10, apparaissant amplifié à la sortie de l'ampli ^' 32, est conforme à une séquence préétablie.

Au moment où la sortie de l'amph 15 est passée à 1, mettant le flip-flop 16 à 0, le compteur 19 s'est mis à compter. Si le décodeur reçoit périodiquement des trains d'impulsions conformes, il va délivrer sur la porte 18 des signaux qui permettent de remettre périodiquement le compteur 19 à 0. Le générateur de séquences 17 reste alors en service et gère les différentes opérations sur la mémoire 34. Par contre, si le décodeur- ne reçoit rien, ou si il reçoit des trains d'impulsions non conformes, cette remise à 0 périodique n'aura pas lieu. Lorsque le compteur atteind un état déteπniné, il va délivrer un signal sur l'entrée set du flip-flop 16 et ce dernier va repasser à 1, bloquant le générateur de séquences 17 et le compteur 19. L'étiquette est ainsi mise hors service, jusqu'au moment où un nouveau flash va remettre le système en service. En résumé, le circuit de la figure 2 permet de séparer les impulsions électriques générées par les signaux lumineux délivrés par l'ampoule flash. Ces impulsions agissent sur un circuit d'enclenchement des moyens de communication entre l'étiquette et la source d'énergie lumineuse. Un compteur permet de déclencher ces moyens de communication lorsque celle-ci est interrompue pendant une durée définie.

La figure 3 représente à titre d'exemple une partie de la configuration inteme du dispositif pour générer les séquences de signaux optiques incorporé à la source d'énergie lumineuse.

Ce dispositif comporte une photo-diode 40 permettant de recevoir les signaux optiques en provenance de l'étiquette. Cette photo-diode 40 est rehée à un ampli-décodeur 41 lui-même relié à un générateur de séquences 42. Cette configuration de circuits permet d'amplifier les signaux reçus aux bornes de la photo-diode 40 et d'analyser leur distribution dans le temps selon une procédure similaire à ceUe décrite dans la demande de brevet 03 759/94-1. Pour que cette procédure fonctionne, il faut que les générateurs de séquences de l'étiquette et du présent dispositif travaillent de manière synchrone. Cela est facilement réahsable si les deux générateurs ont une base de temps précise. La synchronisation pourra être obtenue par une simple remise à 0 périodique de la base de temps du présent dispositif en réponse à une configuration particulière des signaux optiques en provenance de l'étiquette, décodées par l'ampli- décodeur 41. Pour obtenir cette base de temps précise, l'ampli-décodeur 41 utilise un quartz 43, tout comme la base de temps du générateur de séquences de l'étiquette.

Le fait que ce soit le générateur du présent dispositif qui se synchronise sur celui de l'étiquette, et non l'inverse, comporte un avantage essentiel. En effet, si deux étiquettes se trouvaient à proximité immédiate l'une de l'autre et soient réveillées simultanément par le flash, il est peu probable qu'elles émettent simultanément leurs signaux optiques de référence. Le générateur du présent dispositif pourra donc se synchroniser soit sur l'une, soit sur l'autre, selon des

critères à définir. Ainsi seule l'étiquette qui reçoit des signaux synchrones va continuer à émettre, alors que l'autre va être mise automatiquement hors service comme nous l'avons vu à la figure précédente.

Le générateur de séquences 42 délivre les signaux commandant l'allumage des différentes sources de lumière, soit l'ampoule halogène 44, la diode LED 45 et l'ampoule flash 46. Ces signaux de commande se présentent sous deux configurations que nous décrirons de manière détaillée ci-après, ceci selon la position du commutateur 46, correspondant aux moyens de commutation 7 de la figure 1.

Configuration 1 - distance normale

La séquence normale des signaux est la suivante (voir brevet 262/95-6) :

Enclenchement de la lampe halogène 44

Visée de l'étiquette

Enclenchement de la lampe flash 46 pour réveiller l'étiquette

Synchronisation du générateur 42, établissement et maintien de la communication au moyen de la LED 45 La lampe halogène 44 et la LED 45 peuvent être alimentées directement à basse tension par le générateur 42. Pour la lampe flash, la procédure est un peu plus complexe, quoi que parfaitement connue. Une capacité 47 est chargée à haute tension, par exemple 250 V continu, au moyen d'un système représenté de manière simplifiée par la diode 48 rehée à la dite capacité par la résistance de limitation de courant 49. Si l'on rehe ce système de charge au secteur, la capacité 47 va se charger à la tension peak du secteur, soit plus de 250 V. Cette tension est toutefois insuffisante pour amorcer la décharge.

Celle-ci est provoquée par une surtension de plusieurs rnilhers de volts générée sur une électrode spéciale 50 au moyen d'une bobine d'amorçage 51 commandée par le générateur de séquence 42. A l'apparition de cette surtension, le gaz de l'ampoule s'ionise et devient parfaitement conducteur. Si la capacité 47 était branchée directement aux bornes de l'ampoule, celle-ci se viderait alors complètement, et c'est la valeur de cette capacité qui déterminerait la durée du flash comme cela se produit dans les flash photographiques simples du commerce. Lorsque la capacité s'est complètement vidée et que le courant est passé au-dessous d'un seuil critique, le gaz se désionise et redevient non conducteur. La capacité peut alors se recharger. Dès que celle-ci a atteint sa tension de consigne, on peut déclencher un nouveau flash en générant une nouvelle surtension aux bornes de la bobine 51. Dans le cas de la figure 3, il a été incorporé un transistor 52 en série avec l'ampoule flash 50. Si ce transistor reste conducteur en permanence, nous aurons le cas de figure décrit ci-dessus. Par contre, en rendant ce transistor non-conducteur, il est possible de couper le courant dans l'ampoule flash de manière à contrôler avec plus de précision la durée du signal lumineux, voir de moduler ce signal comme on peut le voir à la figure suivante.

La figure 4 représente une configuration particulière des signaux optiques émis par le dispositif de la figure 3.

La configuration 1 ci-dessus fonctionne très bien jusqu'à une certaine distance, soit environ 50 à 70 cm pour une ampoule halogène de quelques Watts. Mais nous savons que l'énergie nécessaire croît avec le carré de la distance. Ainsi, pour travailler à plus grande distance, il faudrait une ampoule additionneUe de

certainement plusieurs dizaines de watts. Or cette ampoule, nous l'avons déjà à disposition sous la forme de la lampe flash.

En effet, même les lampes flash les plus petites connues sur le marché sont capables de délivrer des éclairs d'au moins un Joule. Si au heu d'envoyer un seul éclair pour réveiller l'étiquette, on envoyait une succession d'éclairs à la manière des flash stroboscopiques, par exemple 20 éclairs par seconde, on pourrait transmettre une énergie lumineuse équivalente à une ampoule halogène de 20 Watts.

On sait également que la transmission des signaux vers l'étiquette se fait par trains d'impulsions périodiques (voir brevet 03 759/94-1), et il est possible de synchroniser notre succession d'éclairs avec ces trains d'impulsions périodiques.

Ainsi, à la figure 4, on peut voir plusieurs de ces trains d'impulsions qui se succèdent à période fixe 60. A l'intérieur de chacun de ces trains d'impulsions on trouve le signal résultant du flash 61, plus une série d'impulsions 62 représentant les informations, ordres, datas, parités à transmettre à l'étiquette. Ainsi on n'aura pas uniquement un flash pour l'étabhssement de la communication avec l'étiquette, mais une succession de flashes à période fixe, synchrones avec la transmission des datas et susceptibles d'apporter à l'étiquette le supplément d'énergie nécessaire lorsque la distance devient importante.

Notons que la puissance électrique nécessaire pour faire fonctionner l'étiquette dépend également de sa vitesse de travail et donc de la période des trains d'impulsions ci-dessus. Ainsi on peut agir sur la consommation de l'étiquette en programmant cette période au moyen du dispositif de la figure 3 en envoyant des ordres ad hoc.

Enfin il est possible, comme décrit à la figure précédente, de moduler le signal émis par l'ampoule flash au moyen du transistor 52. En effet, lorsque celle-ci à été correctement ionisée, on peut moduler tout ou rien le courant sans desioniser l'ampoule, pour autant que les coupures de courant soient de courte durée. H est ainsi possible de générer les signaux de la figure 4 directement avec l'ampoule flash au moyen du transistor de commutation 52, sans avoir recours à la LED.

Alors pourquoi maintenir cette LED et, ne pas travailler qu'avec la lampe flash. Premièrement parce que, à courte distance, le flash risque de saturer complètement les cellules, et deuxièmement pour économiser l'énergie, surtout lorsque on veut un dispositif portable et autonome.

Ainsi le commutateur 46 permet d'enclencher une deuxième configuration.

Configuration 2 - grande distance

Enclenchement de la lampe halogène 44

Visée de l'étiquette

Enclenchement de la lampe flash 46 pour réveiller l'étiquette

Synchronisation du générateur 42, établissement et maintien de la communication au moyen de la LED 45 (ev. de la lampe flash 46) Envoi de flashes en début de chaque train d'impulsions comme apport suplémentaire d'énergie à l'étiquette.

Il y a bien sûr beaucoup d'autres configurations possible du système selon l'invention, notament des systèmes utihsant de la logique programmée en heu et place de logique câblée, mais leur description n'apporterait pas d'éléments supplémentaires à la compréhension de celui-ci.