DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un dispositif de radio identification ou dispositif d'identification RFID (acronyme de Radio Frequency Identification qui signifie en français radio-identification) apte à être fixé à un objet à identifier.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION

Dans le domaine des dispositifs d'identification RFID, des étiquettes

RFID sont classiquement utilisées couramment pour l'identification, le suivi et la gestion d'objets. Ces étiquettes comportent généralement une puce électronique RFID connectée à une antenne formée par une boucle magnétique. On parle alors d'étiquettes RFID magnétiques.

Les dispositifs utilisant la technologie RFID permettent ainsi une gestion automatisée plus fiable et plus rapide d'objets dans de nombreux domaines.

Cependant, il existe des domaines où l'utilisation de telles étiquettes magnétiques RFID est limitée. Cette limitation est souvent due à la nature des objets à identifier ou à l'environnement dans lequel se trouvent ces objets.

Dans le domaine de la gestion d'objets tels que des chaussures des instruments chirurgicaux, des chariots ou encore des paires de lunettes, leur utilisation est limitée en raison des perturbations engendrées par les métaux constituant ces objets sur la propagation des ondes radiofréquences, des difficultés rencontrées lors de l'intégration de ces étiquettes dans ces objets, par exemple à cause de la taille de l'étiquette, et de la nature de l'étiquette à intégrer qui peut alors avoir une portée de lecture réduite du fait de contraintes structurelles liées à l'objet.

L'étiquette est alors disposée au mieux sur ledit objet pour pallier à ces inconvénients. La portée de ces étiquettes reste toutefois limitée. Pour augmenter celle-ci, il est connu de rajouter une antenne, dite antenne secondaire, sur ledit objet, cette antenne secondaire étant couplée à l'antenne de l'étiquette.

Cependant, les parties métalliques des objets peuvent toujours engendrer des perturbations radiofréquence. Par ailleurs, la fabrication de l'antenne secondaire engendre un surcoût du dispositif.

La présente invention propose une solution visant à pallier tout ou partie des inconvénients de l'état de l'art. RESUME DE L'INVENTION

Selon l'invention, on propose de se servir des parties métalliques ou conductrices de l'objet comme antenne secondaire pour améliorer la portée de l'étiquette.

L'invention concerne un dispositif de radio-identification de type sans contact apte à être fixé sur un objet à identifier, ledit dispositif comprenant

- un module comportant au moins une puce électronique et au moins une antenne électrique et/ou magnétique, dite antenne primaire, destinée à alimenter en signaux ladite au moins une puce électronique,

- une antenne électrique et/ou magnétique, dite antenne secondaire, remarquable en ce que ladite antenne secondaire est un élément conducteur constitutif dudit objet ou est réalisée en modifiant un élément constitutif dudit objet, ladite antenne secondaire étant couplée, sans connexion électrique, à ladite antenne primaire.

Ainsi, selon l'invention, on utilise un élément conducteur de l'objet à identifier comme antenne secondaire. Cette dernière est couplée électromagnétiquement à l'antenne primaire. Cet élément conducteur peut être un élément constitutif de l'objet, par exemple une branche métallique d'une paire de lunettes, ou bien être un élément constitutif modifié dudit objet, par exemple une fente dans une plaque métallique d'un objet. Un élément constitutif de l'objet à identifier est donc partie intégrante du dispositif de radio-identification.

De préférence, le module est positionné à proximité de l'antenne secondaire pour permettre le meilleur couplage électromagnétique possible entre ladite antenne primaire et ladite antenne secondaire.

En variante ou en complément, le module est positionné par rapport à ladite antenne secondaire pour adapter la résistance mécanique et/ou chimique et/ou thermique et/ou radioélectrique du dispositif aux dépens de couplage électromagnétique.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens de fixation dudit module audit objet. Le module est par exemple collé sur ledit objet.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le module est disposé dans un étrier destiné à fixer ledit module à l'objet, ledit étrier formant alors une antenne intermédiaire couplée d'une part à l'antenne primaire du module et d'autre part à l'antenne secondaire de l'objet.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les dimensions du module sont très inférieures aux dimensions de l'élément conducteur, formant l'antenne secondaire, de l'objet de sorte que la fixation du module à l'objet ne modifie pas les caractéristiques mécaniques de l'objet. Le module est par exemple rigide et l'élément conducteur, formant l'antenne secondaire, est flexible. La petite taille du module permet à celui-ci, bien que rigide, de ne pas atténuer de façon sensible le caractère flexible de l'antenne secondaire.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'antenne secondaire est déformable et présente des caractéristiques électromagnétiques qui dépendent de la déformation appliquée l'antenne secondaire.

Avantageusement, l'antenne primaire du module présente une surface comprise entre 1 mm ² et 1000 cm ² , de préférence entre 4 mm ² et 400 mm ² , et une épaisseur comprise entre 0,2 mm et 5 mm, de préférence entre 0,2 mm et 2 mm. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la puce électronique et l'antenne primaire couplée à l'antenne secondaire sont aptes à recevoir et/ou émettre des signaux dans au moins l'une quelconque des bandes de fréquences suivantes:

a bande de fréquences compr se entre 120 KHz et 135 KHz;

a bande de fréquences compr se entre 6,765 MHz et 6,795 MHz; a bande de fréquences compr se entre 13,553 MHz et 13,567 MHz; a bande de fréquences compr se entre 26,957 MHz et 27,283 MHz; a bande de fréquences compr se entre 40,660 MHz et 40,700 MHz; a bande de fréquences compr se entre 433,050 MHz et 434,790 MHz; a bande de fréquences compr se entre 865,6MHz et 867,6MHz;

a bande de fréquences compr se entre 840,5 MHz et 844,5 MHz; a bande de fréquences compr se entre 902 MHz et 928 MHz;

a bande de fréquences compr se entre 952 MHz et 952,6 MHz;

a bande de fréquences compr se entre 2,4 GHz et 2,5 GHz;

a bande de fréquences compr se entre 5,725 GHz et 5,875 GHz; a bande de fréquences compr se entre 24 GHz et 24,25 GHz;

a bande de fréquences compr se entre 61 GHz et 61 ,5 GHz;

a bande de fréquences compr se entre 122 GHz et 123 GHz; et a bande de fréquences compr ise entre 244 GHz et 246 GHz.

Le dispositif de radio-identification de l'invention peut avoir diverses applications. L'élément conducteur formant l'antenne secondaire est par exemple l'un des éléments suivants:

- une partie conductrice d'un instrument chirurgical ou d'un outillage ou d'un appareil électronique;

- une branche conductrice d'une paire de lunettes;

- une plaque d'identification métallique munie d'une fente;

- un cambrion ou talon métallique d'une chaussure;

- une armature conductrice de soutien-gorge;

- une partie conductrice d'un bagage, - une excroissance métallique ou une fente dans une jante de pneu;

- une partie métallique dans le col d'une bouteille;

- un fil métallique dans un cordon d'une étiquette de bagage;

- une partie métallique d'une bouteille de gaz;

- une partie métallique d'une prothèse métallique;

- une partie métallique d'un pneu;

- une partie métallique, formant déjà antenne, d'un appareil électronique.

Le dispositif de l'invention peut ainsi servir à effectuer la gestion d'objets au moment de leur production (suivi en production) ou de leur commercialisation (inventaire en entrepôt ou en magasin).

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs :

- La Fig.1 représente une vue schématique détaillée d'un premier module utilisable dans le dispositif selon l'invention ;

- La Fig.2 représente une vue schématique détaillée d'un deuxième module utilisable dans le dispositif selon l'invention ;

- La Fig.3 représente une vue éclatée d'une semelle et d'un cambrion d'une chaussure, ledit cambrion étant munie du module de la Fig.2 de manière à former un dispositif de radio-identification conforme à l'invention;

- La Fig.4 représente une vue schématique d'une paire de ciseaux chirurgicaux munie du module de la Fig.1 ;

- La Fig.5 représente une vue schématique d'une paire de lunettes munie du module de la Fig.1 . - La Fig.6 représente une vue schématique d'une plaque d'identification munie d'une fente et d'un module conforme au module de la Fig.1 , l'ensemble formant un dispositif conforme à l'invention;

- La Fig.7 représente une vue schématique d'un chariot muni d'une plaque d'identification conforme à la Fig.6;

- La Fig.8 représente une vue en perspective illustrant la mise en place du module de la Fig.1 dans un étrier; et

- la Fig.9 représente le module dans l'étrier. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION.

Selon l'invention, il est proposé d'utiliser un élément conducteur de l'objet à identifier pour former l'antenne secondaire qui est couplé à l'antenne du module RFID.

La Fig.1 représente une vue schématique d'un module RFID 1 rigide comprenant une puce électronique 2 connectée à une antenne, dite antenne primaire 3, de type magnétique. L'antenne 3 comporte une boucle métallique réalisée sur un support ou substrat 4 rigide. L'antenne 3 est connectée à deux bornes de la puce 2, laquelle est fixée au substrat 4 par collage, soudure ou autres moyens équivalents. L'ensemble est disposé dans un boîtier non représenté sur la figure.

La Fig.2 représente une vue schématique d'un autre module RFID 10 flexible comprenant une puce électronique 20 rigide de petite taille (inférieure à 1 cm ² ) connectée à une antenne primaire 30 de type magnétique comportant une seule boucle métallique. Cette boucle est réalisée sur un support 40 souple, la puce électronique 20 étant connectée par deux bornes à la boucle métallique. La puce 20 est connectée au support 40 par des moyens appropriés, par exemple par soudure à la boucle magnétique. Ce support peut être adhésif sur l'une de ses faces pour fixer le module sur un objet. Pour améliorer la portée des ces modules RFID et diminuer le coût du dispositif, on propose selon l'invention de coupler l'antenne primaire du module à un élément conducteur de l'objet sur le module doit être placé, ledit élément conducteur formant alors une antenne, dite antenne secondaire, couplée à l'antenne primaire du module. Cette invention est décrite dans la suite de la description au travers de multiples exemples d'application.

En référence à la Fig.3, le module 10 est disposé sur le cambrion 50 métallique d'une chaussure. Cette pièce métallique, qui est présente dans l'épaisseur de semelage de la chaussure, a généralement pour fonction de soutenir la voûte plantaire et de conserver la cambrure de la chaussure. Selon l'invention, on s'en sert comme antenne secondaire pour le module 10. Le cambrion constitue en effet un dipôle électrique apte à former une antenne électrique pour le module.

Mais, pour être utilisable comme antenne secondaire aux fréquences de radio-identification, l'élément conducteur doit bien entendu avoir des caractéristiques minimales. Il doit être conducteur électriquement. Il peut donc être réalisé en un matériau électriquement conducteur, par exemple du métal ou du carbone. Dans l'exemple de la Fig.3, le cambrion est métallique.

Cet élément conducteur doit par ailleurs être capable de capter les signaux de radio-identification. Dans cas du cambrion, l'élément conducteur est un dipôle électrique. Ce dipôle électrique est un circuit ouvert qui capte le champ électrique, en opposition à une boucle magnétique qui est un circuit fermé. Sa longueur est avantageusement de l'ordre d'une demi-longueur d'onde des signaux de radio-identification (environ 15 cm à 900 MHz), ce qui est le cas du cambrion. Son épaisseur est avantageusement supérieure ou égale à l'épaisseur de peau à la fréquence considérée (2μηη à 900MHz+/- 60MHz bande UHF ISM). Par ailleurs, le module est de préférence placé au milieu de ce dipôle électrique, à l'endroit où le courant est maximal, comme montré sur la Fig.3. A noter que le dipôle électrique n'est pas nécessairement rectiligne mais peut comporter des zigzags ou méandres. Il a alors l'avantage d'être plus compact.

La Fig.4 illustre un autre exemple d'application où l'élément conducteur formant antenne secondaire est un dipôle électrique. Dans cet exemple, le module RFID 1 est fixé sur un des ciseaux d'une paire de ciseaux chirurgicaux 60. Il est fixé au ciseau au moyen d'une fixation à glissière qui peut être métallique. Ce ciseau sert alors d'antenne secondaire au module RFID.

La Fig.5 illustre une autre application où l'élément conducteur formant antenne secondaire est également un dipôle électrique. Dans cet exemple, le module RFID avec antenne primaire est disposé sur une branche métallique 71 d'une paire de lunettes 70.

L'élément conducteur formant l'antenne secondaire n'est pas nécessairement un élément filaire comme dans les exemples des Figs. 3 à 5. L'élément conducteur peut être par exemple être une antenne à fente. L'élément conducteur peut alors se présenter sous la forme d'une plaque métallique comportant une fente, cette fente étant initialement présente dans la plaque ou étant réalisée plus tard pour former l'antenne secondaire.

Ce cas est illustré par les Figs.6 et 7. Dans ces figures, le module RFID est disposé sur une plaque d'identification métallique 81 d'un objet. Cet objet est par exemple un chariot 80 tel qu'illustré à la Fig.7. La plaque d'identification 81 est partie intégrante dudit objet 80. Elle comporte par exemple un numéro d'identification 82 gravé pour une identification visuelle. Selon l'invention, on modifie un élément constitutif de l'objet, à savoir la plaque d'identification, pour la transformer en antenne secondaire. Dans le cas présent, on réalise une fente 83 dans la plaque de manière à créer une antenne à fente qui va servir d'antenne secondaire pour le module RFID placé à l'une des extrémités de la fente. La longueur de la fente est avantageusement de l'ordre d'un quart de longueur d'onde des signaux de radio-identification (7,5 cm pour un signal à 900 MHz) et le module RFID est placé à l'une de ses extrémités, point où le courant est maximal et où le couplage électromagnétique entre l'antenne primaire et l'antenne secondaire est le plus fort.

Dans ces exemples (Figs.3 à 7), l'antenne primaire est une antenne magnétique (boucle magnétique du module) et l'antenne secondaire est électrique (dipôle électrique). Mais, d'une manière plus générale, l'antenne primaire peut être électrique ou magnétique de même que l'antenne secondaire.

De même, dans ces exemples, le module 1 ou 10 est positionné par rapport à l'antenne pour permettre un couplage électromagnétique optimal entre l'antenne primaire du module et l'antenne secondaire (module placé au milieu d'un dipôle diélectrique ayant une longueur de λ/2 ou module placé à l'extrémité d'une antenne à fente de longueur λ/4). Il est par ailleurs à noter que, pour obtenir ce couplage électromagnétique, il n'y a pas besoin de connexion électrique entre l'antenne primaire et l'antenne secondaire.

Dans d'autres applications, il peut être plus important de garantir la résistance ou tenue mécanique de l'ensemble formé du module et de l'antenne secondaire ou sa résistance chimique ou thermique. Le module est alors positionné sur ledit objet à un endroit où le couplage électromagnétique entre l'antenne primaire et l'antenne secondaire n'est pas maximale. Dans le cas d'un objet comprenant un dipôle électrique formant antenne secondaire et ayant une longueur proche de λ/2, le module peut être fixé en un point éloigné du milieu du dipôle électrique pour améliorer la résistance mécanique du dispositif car le point milieu du dipôle électrique peut dans certains cas constituer un point vulnérable de l'objet. Le couplage entre les deux antennes étant réduit, la portée de lecture du dispositif RFID sera alors réduite. Par exemple, dans le cas des ciseaux chirurgicaux, le module peut être décalé par rapport au milieu du ciseau, à un endroit où la fixation du module sur le ciseau sera plus résistante. On peut éventuellement ajuster la portée de lecture en faisant varier la position du module par rapport au point de courant maximal (point milieu dans le cas d'un dipôle de longueur λ/2 et point d'extrémité dans le cas d'une fente de longueur λ/4).

Si le positionnement du module RFID à proximité de l'élément conducteur de l'objet s'avère difficile parce que, par exemple, l'élément conducteur est recouvert de matière plastique, on peut aussi prévoir de rajouter des structures résonantes intermédiaires. Ces structures vont permettre, malgré la distance entre le module RFID et l'élément conducteur, de les coupler.

L'ajout de structures résonantes permet de coupler le module RFID contenant ou pas un circuit intégré RFID à l'élément conducteur rayonnant de l'objet. Les SCMR (pour Strongly Coupled Magnetic Resonator en langue anglaise) ou circuits magnétiques résonants fortement couplés en Français permettent de coupler deux circuits à des fréquences LF, HF et VHF avec une efficacité de 90% à 85MHz. Ce type de circuit est décrit dans le document intitulé "Wireless Powering Based on Strongly Coupled Magnetic Résonance with SRR Eléments" IEEE Hao Hu, Stavros V. Georgakopoulos, Department of Electrical and Computer Engineering, Florida International University. A ces fréquences, ils sont formés d'éléments répartis discrets L- C. Ces circuits résonants intermédiaires permettent ainsi de coupler le module RFID rigide ou souple à l'élément conducteur de l'objet même si ces derniers venaient à devoir être séparés pour des raisons pratiques et incontournables dues à l'application.

On peut également envisager d'employer des circuits SRR (pour Split Ring Resonator en langue anglaise) pour permettre ce couplage. Les SRR sont des motifs en méta-matériaux dont les dimensions sont de quelques centimètres de côté pour les fréquences UHF. Le périmètre du motif est rectangulaire ou circulaire et de longueur proche de λ/2. Ces circuits permettent de concentrer fortement et localement le champ électromagnétique et ainsi améliorer le couplage entre l'élément conducteur de l'objet et le module RFID si ces deux éléments venaient à être trop distants l'un de l'autre pour fonctionner efficacement.

Comme indiqué précédemment, le module RFID peut être fixé sur l'objet. Les moyens de fixation utilisés peuvent être divers: fixation par collage, cloutage, couture, encapsulation dans l'objet, vissage, clippage par étrier ou glissière.

Dans l'exemple du cambrion, le module est par exemple collé dans une cavité usinée dans la semelle de la chaussure de manière à être disposé tangentiellement par rapport au cambrion de la chaussure. Dans l'exemple des lunettes, le module est également collé sur la branche de lunettes. De même, dans l'exemple de la plaque d'identification, le module RFID est collé à l'une des extrémités de la fente 83.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention illustré aux Figs. 7 et 8, ce moyen de fixation peut être un étrier 90 dans lequel est inséré le module 1 . L'étrier forme alors une antenne intermédiaire couplée d'une part à l'antenne primaire du module et 1 d'autre part à l'antenne secondaire de l'objet. L'étrier est fixé par tout moyen à l'objet, par collage, par soudage,... On peut également utiliser des pattes 91 présentes sur l'étrier. Il est possible de multiplier les antennes intermédiaires pour coupler l'antenne primaire à l'antenne secondaire. Dans certaines applications, les dimensions du module sont très inférieures aux dimensions de l'élément conducteur, formant antenne secondaire, de l'objet de sorte que la fixation du module à l'objet ne modifie en rien les caractéristiques mécaniques de l'objet. Dans la bande UHF, le module 1 ou 10 se présente par exemple sous la forme d'un hexaèdre de longueur 7 mm, de largeur 7mm et d'épaisseur 1 ,5 mm. Si l'élément conducteur, formant l'antenne secondaire, de l'objet présente une longueur très supérieure, par exemple 10 cm, le module 1 ou 10 peut être rigide et fixé à une antenne secondaire flexible sans que cela nuise au caractère flexible de l'antenne secondaire. Par exemple, pour identifier des canalisations flexibles métalliques, on peut fixer un module 1 ou 10 de petite taille sur la canalisation métallique, cette dernière servant alors d'antenne secondaire. Les petites dimensions du module permettent à la canalisation de conserver sa flexibilité.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément conducteur formant antenne secondaire est déformable et présente des caractéristiques électromagnétiques qui dépendent de la déformation appliquée à ladite antenne secondaire. Par exemple, dans le cas d'une chaise pliante comportant une structure support métallique, cette dernière peut servir d'antenne secondaire pour un module RFID qui serait collé sur celle-ci. Les caractéristiques électriques de cette antenne secondaire change lorsqu'on plie ou déplie la chaise. On pourrait ainsi s'arranger pour que l'antenne secondaire ait des caractéristiques électriques appropriées pour fonctionner avec le module RFID uniquement dans l'un des deux états (plié ou déplié) de la chaise.

Le dispositif de radio-identification de l'invention peut être adapté pour émettre et/ou recevoir des signaux dans une ou plusieurs bandes de fréquences parmi les bandes de fréquence suivantes:

• [120 KHz, 135 KHz]

• [6,765 MHz, 6,795 MHz]

[13,553 MHz, 13,567 MHz]

[26,957 MHz, 27,283 MHz]

[40,660 MHz, 40,700 MHz]

[433,050 MHz, 434,790 MHz]

[840,5 MHz, 844,5 MHz]

[865,6 MHz, 867,6 MHz]

[902 MHz, 928 MHz]

[952 MHz, 952,6 MHz]

[2,4 GHz, 2,5 GHz]

[5,725 GHz, 5,875 GHz]

[24 GHz, 24,25 GHz] • [61 GHz, 61 ,5 GHz]

• [122 GHz, 123 GHz]

• [244 GHz, 246 GHz]

Comme montré précédemment, le dispositif de l'invention peut servir à la radio-identification d'une chaussure, d'un instrument chirurgical, d'un conteneur ou d'un chariot, d'une paire de lunettes. Bien entendu, elle peut être mise en œuvre pour l'identification d'autres objets comprenant un élément conducteur, par exemple un soutien-gorge, l'armature métallique du soutien-gorge servant alors d'antenne secondaire, ou un bagage comportant une partie métallique, une bouteille comportant un col métallique, une étiquette de bagage comportant un cordon avec un fil métallique, une bouteille de gaz en métal, une prothèse métallique, un pneu comprenant une armature métallique.

Selon un mode de réalisation particulier, on peut utiliser, pour un appareil électronique, un élément conducteur servant déjà d'antenne comme antenne secondaire. Par exemple, si l'objet est un téléphone, l'antenne du téléphone peut servir d'antenne secondaire à un module RFID fixé sur ou dans le téléphone.

L'ensemble des modes de réalisation décrits précédemment utilisent un module RFID comportant une puce électronique. On entend ici par puce électronique un circuit réalisé en semi-conducteur comportant des mémoires. On pourrait envisager d"utiliser, à la place de ce module avec puce électronique, un module, dit passif, sans puce électronique. Un tel module est décrit dans la demande de brevet FR 2 956 232. On parle alors de technique "chipless". La puce est remplacée par des bandes conductrices disjointes formées sur un support diélectrique. La géométrie et les dimensions de ces bandes sont déterminées pour, lorsqu'elles reçoivent un signal RF donné, réfléchir ce signal avec une signature spectrale spécifique.