Способ ближней оптической связи, оптоэлектронный носитель информации и устройство записи/чтения

Способ ближней оптической связи, оптоэлектронный носитель информации и устройство записи/чтения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений с единым изобретательским замыслом и общим техническим результатом относится к способам и устройствам для информационных технологий, основанных на хранении относительно небольших объемов информации, например, персональных или предметных идентификационных и/или аутентификационных данных, в электронных носителях информации с энергонезависимой памятью, выполненных в виде автономных мобильных устройств, например, электронных ключей, или электронных меток, присоединяемых к помечаемым предметам, с записью/чтением хранимой информации при соприкосновении устройств записи/чтения с носителями.

Известные виды носителей информации, применяемых в указанных информационных технологиях, и, соответственно, способы и устройства для их связи с оборудованием для записи/чтения (интерфейсы), разделяются на две группы: контактные (электрические) и бесконтактные (полевые).

В первой группе ближайшим функциональным аналогом изобретения является семейство электронных ключей-идентификаторов "Touch Memory" (ТМ - память касания), выпускаемых фирмой "Dallas Semiconductor" под маркой "iButton™". В однопроводном электрическом интерфейсе ТМ используется контактный зонд (съемник информации) "Touch Probe" (TP) [1, 2].

Ряд привлекательных потребительских качеств ТМ обеспечивается благодаря их необычному, среди прочих приборов указанной группы, герметичному корпусу из нержавеющей стали, аналогичному по конструкции корпусу «пуговичной» батарейки. Он состоит из ободка с донышком и электрически изолированной крышки. В отличие от традиционных контактных носителей информации доступ к содержимому памяти ТМ осуществляется только через две линии: «земляную» и двунаправленную сигнальную, причем ободок и донышко представляют собой «земляной» контакт, а крышка - сигнальный. Зонд TP, форма которого сделана такой, чтобы он точно сопрягался с круглым корпусом ТМ, состоит из металлического ободка и отделенного от него диэлектриком углубленного центрального контакта. Взаимодействие ТМ и TP обеспечивается при их моментальном взаимном касании, когда крышка ТМ контактирует с центральным контактом TP, а ободок ТМ - с ободком ТР.

В настоящее время наиболее широкое применение приборы ТМ/ТР находят в системах управления физическим доступом в здания и помещения, доступом к информационным ресурсам и управлению техническими средствами, в системах автоматической идентификации субъектов и объектов по уникальному коду, а также проведения безналичных электронных платежей.

Этим приборам, равно как и любым другим устройствам, эксплуатация которых сопровождается замыканием/размыканием разъемных электрических контактов, подверженных разнообразным негативным воздействиям окружающей среды, присущи известные недостатки, усугубленные в данном случае тем, что в качестве материала контактной пары выбрана нержавеющая сталь. С одной стороны, этот нетрадиционный для слаботочных и работающих при низком напряжении контактов материал позволил избежать множества технологических проблем и снизить стоимость готовых изделий, однако известно, что коррозионная стойкость нержавеющей стали связана с наличием на ее поверхности относительно тонкой, но весьма прочной пассивирующей оксидной плены. Вследствие этого однократного легкого прикосновения ТМ к TP не всегда бывает достаточно, а его приходится повторять с приложением больших усилий. Кроме того, хорошо известно, насколько труднее добиться успеха, если приборы намокли, например, вследствие попадания под дождь или, тем более, на их контактирующие поверхности случайно попали диэлектрические жидкости, например горючесмазочные материалы.

От недостатков указанного рода полностью свободны способы и устройства второй группы, интерфейс у которых не контактный электрический, а бесконтактный полевой (электромагнитный), которые, в свою очередь, разделяются на две подгруппы: радиочастотные и оптические.

К первой подгруппе второй группы относятся технология радиочастотной идентификации RFID, бесконтактные смарт-карты стандарта ISO/IEC 14443, а также расширение указанного стандарта - получившая распространение в последние годы технология беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия (~10 см) NFC (Near Field Communication - коммуникация ближнего поля).

По функциональности RFID-технологию как метод хранения и сбора информации, предназначенной для автоматической идентификации объектов на производстве, товаров в магазине, людей, животных, имущества, документов и т.п., принято считать близкой к технологиям маркировки на основе оптических методов распознавания, в частности, штрих-кодированию, отмечая при этом как важнейшее преимущество первой возможность работы с данными, подверженными изменениям [3]. RFTD-метка представляет собой транспондер (TRANSmitter/resPONDER - передатчик/приемник), состоящий из кристалла кремниевой интегральной схемы (ИС), включающей приемник, передатчик и энергонезависимую память, и присоединенной к ней антенны - рамочной, в виде вытравленной из фольги спирали Архимеда (для исполнений в виде плоских аппликаций) или магнитной, в виде катушки, намотанной изолированным микропроводом на миниатюрный цилиндрический ферритовый сердечник (для исполнений в виде имплантируемых биочипов). Получая энергию от радиосигнала, излучаемого устройством записи/чтения посредством собственной антенны, RFID-метка осуществляет запись (обновление) данных или отвечает сигналом, содержащим полезную информацию [4].

Однако использование RFTD-меток при всех их достоинствах сопровождается серьезными проблемами безопасности, связанными с неприкосновенностью частной жизни (соблюдения прав) человека. Основные риски связаны с тем, что RFID-метки могут оставаться в рабочем состоянии даже после того, как товар оплачен и вынесен из магазина, и поэтому могут быть использованы для слежки или других неблаговидных целей, не связанных с инвентаризационной функцией меток. Особенно опасной считается ситуация, когда помеченный RFID товар оплачивается банковской картой, что позволяет однозначно связать уникальный серийный номер этого RFID с покупателем. Кроме того, уникальные номера RFID-меток могут выдавать потенциально опасную информацию даже после избавления от товара. Например, метки на перепроданных или подаренных вещах могут быть использованы для установления круга общения их бывшего владельца. Наиболее серьезную обеспокоенность экспертов по безопасности вызывают RFID-технологии идентификации/аутентификации людей - в связи с техническими возможностями несанкционированного доступа к соответствующим кодам.

Смарт-карты, в т.ч. бесконтактные, являются значительно более сложными в функциональном отношении приборами, чем обычные RFTD-метки, поскольку их ИС, как правило, дополнительно содержат микропроцессор и операционную систему, контролирующее устройство и доступ к его памяти при помощи криптографических процедур, однако в конструктивном отношении бесконтактная смарт-карта являет собой полное подобие RFTD и в ней для взаимодействия с устройством записи/чтения используется та же самая технология радиосвязи [5].

В связи с этими их особенностями технологии идентификации/аутентификации людей посредством бесконтактных смарт-карт принято считать относительно безопасными (они широко применяются, в т.ч. в современных электронных «биометрических» паспортах), однако канал радиосвязи в физическом отношении является открытым (передаваемая информация, в принципе, может быть перехвачена на достаточно большом расстоянии) - поэтому несанкционированный доступ к передаваемым кодам при помощи хорошо организованных и тщательно спланированных хакерских атак со 100%-ной вероятностью исключать нельзя. Кроме того, хранящиеся в бесконтактных смарт-картах и RFTD данные относительно легко могут быть разрушены или сделаны временно недоступными существующими средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ) - такими, например, как мощными импульсными генераторами электромагнитного излучения или т.н. «глушилками».

NFC-технология, по существу, сводящая воедино стандартизованные интерфейсы RFID-меток, бесконтактных смарт-карт и соответствующих устройств записи/чтения в одном приборе - например, мобильном телефоне или планшетном компьютере [6] - не вносит в решение проблем безопасности, являющихся следствием использования в канале связи электромагнитного излучения радиочастотного диапазона, ничего нового, однако она должна быть указана в числе аналогов изобретения как прецедент концентрирования интерфейсов, и, соответственно, функций, разнородных устройств, ранее представленных лишь по отдельности. По этой же причине в числе аналогов есть основания указать и т.н. «цифровую ручку» [7] - так же, как правило, многофункциональный прибор, предназначенный, прежде всего, для фиксации рукописных символов и рисунков пользователя, их оцифровки и хранения в оцифрованном виде в собственной энергонезависимой памяти. Аналогично тому, как вышеуказанные относительно крупногабаритные (хотя и портативные) приборы, поддерживающие NFC, являются концентраторами радиочастотных интерфейсов не только носителей информации, но и устройств записи/чтения, форм-фактор цифровой ручки - намного более легкой и удобной в ношении не только в сравнении с планшетом, но и с мобильным телефоном - будет представлен как наиболее целесообразный для концентратора разнородных двунаправленных рефлексно-оптических интерфейсов.

Ко второй подгруппе второй группы известных технологий бесконтактной (полевой) связи ближнего радиуса действия между устройствами информатики, где в качестве среды передачи используется электромагнитное излучение оптического (в частности, инфракрасного - ПК) диапазона, относится, в частности, т.н. "Infrared Data Association" - IrDA или ИК-порт [8].

В настоящее время IrDA - морально устаревшее решение, практически полностью вытесненное более современными технологиями на основе радиосвязи - например, Wi-Fi и Bluetooth - однако оно заслуживает упоминания в связи с тем, что является прецедентом использования в данном качестве оптических линий связи ближнего радиуса действия. Еще до недавнего времени ИК-портами оснащалась большая часть мобильных телефонов, ноутбуков и миникомпьютеров; нынче же на базе упрощенной версии IrDA - с однонаправленным каналом связи - продолжают строить только пульты дистанционного управления (ПДУ) для бытовой техники - в частности, телевизоров, видеоплееров и кондиционеров.

Основное (однако пока не реализованное) преимущество применения в данном качестве оптической связи по сравнению с радиосвязью состоит в принципиальной возможности создания функционально и конструктивно законченных оптоэлектронных носителей информации вместе с элементами их полевых интерфейсов (аналогами антенных структур радиодиапазона) в микроструктурной (а в перспективе и наноструктурной) шкале размеров, в т.ч. на единой планарной поверхности монолитных оптоэлектронных ИС памяти.

Это становится очевидным, если принять во внимание, что, из соображений энергетической эффективности приема/передачи электромагнитных волн требуется, чтобы характеристические размеры приемопередающих структур (в частности, антенн), были бы, по меньшей мере, соизмеримыми с длинами волн излучения, составляющими - в оптическом диапазоне - доли и единицы мкм, что на 4÷6 порядков меньше, чем у ультракоротких радиоволн. Тем самым объясняется, почему только в системах полевой связи оптического диапазона можно обойтись без каких-либо относительно крупных антенн, а достаточно самих твердотельных (полупроводниковых - ПП) опто-электронных приборов, к которым, как известно, относятся фотодиоды (приемники) и светодиоды, в т.ч. ПП лазеры (излучатели).

Традиционное разделение этих оптоэлектронных приборов на две указанные группы - следствие того, что подавляющее большинство известных способов оптической связи - не только дальней, но и ближней - строят так, что в случаях, когда требуется двунаправленная связь, на каждой стороне в обязательном порядке используют пары оптоэлектронных приборов - один только для излучения, другой - только для приема. Это имеет под собой объективные предпосылки: не смотря на очевидность того, что, если выполнить фотодиод (приемник) из ПП с преимущественно излучательной рекомбинацией носителей заряда, то он, в той или иной мере, будет обладать обратимостью (возможностью работы в качестве излучателя) - однако его параметры, в связи, в частности, с разными требованиями к поглощению излучения в ПП, получатся посредственными - по меньшей мере, для одной из функций.

Как правило - в частности, при аппаратной реализации систем IrDA, за исключением ПДУ, где требуется односторонняя связь - оптическая пара на каждой из сторон содержит излучатель и приемник, разделенные не только функционально, но и конструктивно. Однако для применений в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) были предложены интегральные оптоэлектронные приборы, содержащие излучающий и фоточувствительный диоды, сформированные в одном ПП кристалле, например [9].

Структура этого и аналогичных ему оптоэлектронных приборов весьма сложна: как правило, они содержат множество ограничивающих и дополнительных слоев ПП с разными типами проводимости, единственное назначение которых - обеспечение максимальной развязки между принимаемым и передаваемым оптическими сигналами с целью получения возможности дуплексного режима работы (когда прием и передача осуществляются одновременно). Это существенно усложняет технологию производства таких приборов по сравнению с раздельными излучающими и принимающими диодными структурами. Поэтому стоимость одного такого прибора получается намного выше стоимости обычной оптической пары, что делает их применение в подавляющем большинстве случаев экономически нецелесообразным, за исключением ВОЛС с повышенными требованиями к трафику.

Поскольку требования к способу оптической связи для вышеуказанных областей применения таковы, что дуплексный режим работы не требуется, и в связи с тем, что взаимодействие сторон в аналогичных случаях, как правило, организуют по принципу «ведущий-ведомый» (Master-Slave - далее M-S) [2], достаточен полудуплекс (или прием, или передача по двунаправленной линии связи).

Это открывает возможность для использования здесь особых способов оптической связи на близкие расстояния, адаптированных исключительно к решению узкого круга задач для своих применений, и заведомо непригодных для чего-либо еще из традиционных областей оптической связи (например, для организации трафика по протяженным ВОЛС). Такой способ, вместе с конструктивно-технологическими путями его реализации, описан в [10] -наиболее близком техническом решении к заявляемым по всей совокупности признаков, в котором замысел их ключевой отличительной особенности - рефлексно-оптического интерфейса (РОИ) - был раскрыт впервые - в варианте возможном, но, как будет показано ниже, очень узко применимым.

Формально предметом [10] является устройство - бесконтактная интегральная микросхема (БкИМС) на основе кремния, являющаяся функциональным аналогом RFID и предназначенная для встраивания в лазерно-оптические диски (CD/DVD) с целью защиты от несанкционированного воспроизведения. Ее уникальное качество состоит в том, что отдельного устройства для считывания информации, записанной в энергонезависимой памяти БкИМС, не требуется, поскольку таковым служит лазерно-оптическая головка дисковода. Однако фактически - для того чтобы БкИМС на основе кремния, в котором излучательная рекомбинация невозможна, давала бы оптический ответ - потребовалось предложить новый способ ближней оптической связи и соответствующий ему интерфейс - один из вариантов РОИ.

Способ ближней оптической связи между двумя оптоэлектронными устройствами, взаимодействующими по принципу M-S, согласно [10], основан на том, что первичный источник излучения помещают только в первое - М-устройство, а второе - S-устройство используют в пассивном режиме, при котором оно при котором оно получает питание в результате фотовольтаического преобразования энергии поглощенной части первичного (падающего) излучения, посылаемого М-устройством при запросе S-устройства, и, в свою очередь, отвечает на запрос путем модуляции вторичной (отраженной или иным способом возвращенной М-устройству) части его излучения.

Отражение (рефлексию) с модуляцией вторичного излучения на ведомой стороне, взамен генерирования на обеих связывающихся сторонах первичного излучения, есть основания признать прорывным решением в области оптической связи, поскольку оно, в принципе, позволяет строить двунаправленные каналы связи даже тех в случаях, когда ведомая сторона физически не способна работать в активном режиме (т.е. генерировать излучение сама). Однако технический потенциал этого способа в известном решении был реализован в неполной мере, достаточной лишь по условиям конкретной задачи. БкИМС - S-устройство - была задумана как своего рода «интерактивная дорожка» в корневой части CD/DVD, обращение к которой осуществляется по монофизическому принципу с контентом, т.е. при ее движении в ходе вращения диска, когда сфокусированный лазерный луч оптической головки - М-устройства - осуществляет последовательный опрос (сканирование) линейки раздельно расположенных на поверхности БкИМС структур, или только принимающих, или только возвращающих излучение. Поэтому необходимым условием обращения к энергонезависимой памяти БкИМС является движение, при котором вышеуказанные устройства перемещаются одно относительно другого. Тем самым крайне сужаются функциональные возможности, в принципе, любого РОИ, в основу построения которого положен описанный в [10] способ ближней оптической связи.

Задачей изобретения является соединение в новом комплекте приборов преимуществ и устранение недостатков двух известных групп носителей и устройств записи/чтения информации - с контактными (электрическими) и бесконтактными (полевыми) интерфейсами - путем усовершенствования и новой аппаратной реализации концепции РОИ, являющегося контактным по способу применения и бесконтактным по принципу действия. Для этого, во-первых, предложен универсальный способ ближней оптической связи между разнообразными М-устройствами - запросчиками и S-устройствами - ответчиками (транспондерами) без собственных источников питания, который, в частности, позволяет строить РОИ, не требующие перемещения носителей информации (S-устройств) относительно соответствующих им устройств записи/чтения (М-устройств). Во-вторых, предложены варианты конструкций таковых, основанные на разных физических принципах и обладающие разными потребительскими качествами. Результатом, связанным с решением этой задачи, является сочетание в новом комплекте приборов, ранее представленных по отдельности, функциональных возможностей их контактных и бесконтактных аналогов - в частности, Touch Memory, RFID и бесконтактных смарт-карт, при отсутствии их недостатков в области безопасности личной сферы и в части устойчивости к внешним воздействиям.

Поставленная задача в части способа решена тем, что в известном способе ближней оптической связи между двумя оптоэлектронными устройствами, взаимодействующими по принципу M-S, в котором первичный источник излучения помещают только в первое - М-устройство, а второе - S-устройство используют в пассивном режиме, при котором оно получает питание в результате фотовольтаического преобразования энергии поглощенной части первичного (падающего) излучения, посылаемого М-устройством при запросе S-устройства, и, в свою очередь, отвечает на запрос путем модуляции вторичной (отраженной или иным способом возвращенной М-устройству) части его излучения, для проведения обмена данными между устройствами в соответствии с установленным протоколом, оба устройства приводят в соприкосновение так, чтобы между активной структурой в составе М-устройства - оптическим приемопередатчиком, и активной структурой в составе S-устройства - мишенью сформировался бы световод, концентрирующий излучение в канале связи между устройствами и ограничивающий его распространение в окружающее пространство, после чего, по стартовой команде, генерируемой М-устройством, осуществляют обмен данными.

Не смотря на внешнее сходство такого способа оптической связи и его элементной базы с одним из вышеописанных аналогов - IrDA - имеются и радикальные отличия, способствующие достижению указанного результата: оптический передатчик в М-устройстве IrDA, например, ПДУ - открытый вовне широкоугольный излучатель, а фотоприемная структура в составе S-устройства (как правило, фотодиод) - вовсе не мишень (объект, на который оказывают концентрированное воздействие при точном попадании), а сенсор, поскольку для срабатывания S-устройства IrDA достаточно крайне малой доли рассеянного излучения М-устройства, улавливаемого фотоприемником, где бы он ни находился в пределах допустимого расстояния от излучателя, и как бы ни был ориентирован относительно него. Согласно изобретенному же способу, концентрация первичного излучения с помощью световода в канале связи между устройствами и точная его адресация на мишень, ограничивающая утечку энергии в окружающее пространство, являются мерами, которые позволяют обеспечить достаточность энергии, дошедшей до S-устройства, не только для уверенного детектирования им информации, но и для его питания, при исключении возможности злонамеренного перехвата информации извне.

При этом в качестве мишени в S-устройстве используют функциональную область обратимого (обращаемого) оптоэлектронного прибора, могущего работать как приемником (преобразователем энергии) первичного излучения, так и электрически управляемым передатчиком (модулятором) вторичного излучения. Фактически, прибор с такими возможностями есть функциональный аналог приемопередающей радиоантенны для оптического диапазона. Не смотря на то, что обычный светодиод, в принципе, может работать в таком качестве, взаимно обратные эффекты фотоэлектрического преобразования в нем, по имеющимся данным, в прикладном аспекте не изучались.

Целесообразно стартовую команду, инициирующую обмен данными, в М-устройстве генерировать автоматически при соприкосновении обоих устройств, для чего в состав М-устройства следует включить сенсор оказываемого на него давления. Пользование комплектом оптоэлектронных устройств, автоматически обменивающимися данными при касании, на практике не будет отличаться от пользования вышеописанным аналогом - ТМ, однако повлечет много преимуществ, связанных с электрической бесконтактностью.

Световод, образующийся между активными структурами М- и S-устройств при их соприкосновении, в простейшем варианте реализации способа, может быть с общим каналом для первичного и вторичного излучений. Однако задача разделения запросных и ответных сигналов в М-устройстве при наличии световода не может быть решена так же, как она решается в вышеупомянутом М-устройстве для БкИМС - лазерно-оптической головке дисковода CD/DVD - путем использования дихроического зеркала и поляризационных эффектов при отражении, поскольку положение плоскости поляризации луча после его прохождения через световод может измениться. Поэтому запросные сигналы первичного излучения и ответные сигналы вторичного излучения целесообразно разделять по времени, строя схему S-устройства так, чтобы в нем передние фронты ответных импульсов формировались бы за задними фронтами запросных. В этом случае каждый ответный импульс S-устройства будет поступать к М-устройству не ранее, чем оно завершит посылку запросного импульса, играющего роль строба (т.е. асинхронно с ним), поэтому основанный на этом принципе РОИ далее будет именоваться асинхронным (АсРОИ). Конкретный пример схемы S-устройства, построенной вышеуказанным способом, будет приведен ниже (при раскрытии изобретения в части устройства - оптоэлектронного носителя информации с АсРОИ).

Световод с общим каналом для первичного и вторичного излучений можно образовывать, в частности, путем присоединения к одному из устройств отрезка полой трубки с отражающей внутренней поверхностью, охватывающей активные структуры обоих устройств: первого - постоянно, а второго - временно (на период касания). Этот вариант целесообразен для описываемых ниже носителей информации с АсРОИ, выполненных в форм-факторе миниатюрных светодиодов в пластиковой оболочке-корпусе с укороченными аксиальными выводами, и соответствующих им устройств записи/чтения (М-устройств), подобных монетоприемникам торговых автоматов.

Кроме того, световод с общим каналом для первичного и вторичного излучений можно образовывать путем присоединения к одному из устройств жесткого волоконно-оптического блока, представляющего собой пучок параллельно уложенных и совместно работающих волоконных световодов в общей защитной оболочке, заостренный и/или закругленный на внешнем конце, которым следует касаться оптически прозрачного окна (лунки соответствующего радиуса закругления в оптически прозрачном окне) второго устройства. Этот вариант целесообразен, когда одно из устройств выполнено в форм-факторе цифровой ручки (или стилуса), поскольку волоконно-оптический блок по форме может представлять собой заостренный (в частности, на конус) и закругленный на конце стержень, внешне неотличимый от шарикового пишущего узла. При наличии лунки в окне второго устройства правильный выбор точки его касания первым упрощается и сопровождается тактильным откликом, что создает удобства для пользователя. Если в таком форм-факторе выполнено S-устройство (носитель информации), то его конструкция, в оптоэлектронной части, также может быть подобна светодиоду. Если в форм-факторе ручки выполнено устройство записи/чтения, то для носителя информации более целесообразно другое исполнение - таблеточное.

Не реализованная в таких вариантах способа важнейшая функциональная возможность световода в виде жесткого волоконно-оптического блока, представляющего собой пучок параллельно уложенных волокон, состоит в том, что, используя его, можно первичное и вторичное излучения разделить не только во времени, но и в пространстве. Таким вариантом способа могут быть построены наиболее интересные и во многом рекордные -по всему комплексу технико-экономических показателей - варианты оптоэлектронных носителей информации - с синхронным РОИ (СхРОИ), описываемые ниже.

Для этого к М-устройству следует присоединить волоконно-оптический блок, представляющий собой заостренный и/или закругленный на внешнем конце, которым касаются оптически прозрачного окна (лунки соответствующего радиуса закругления в оптически прозрачном окне) S-устройства, пучок параллельно уложенных, но раздельно работающих волоконных световодов в общей защитной оболочке. А именно, группу волокон, расположенных по центру (в сердцевине) пучка, целесообразно использовать для канализирования первичного излучения, а группу волокон, расположенных по периферии (в кольцевой зоне, прилегающей к оболочке) пучка - вторичного. Целесообразность такого разделения связана с тем, что формирование вторичного излучения путем отражения от мишени и модуляции первичного излучения сопровождается его рассеянием - поэтому вторичное излучение рациональней собирать с расширенной зоны, прилегающей к оболочке пучка, а воздействие на мишень, напротив, следует концентрировать - поэтому первичное излучение рациональней направлять по узкой сердцевине пучка.

На внутреннем (соединенном с М-устройством) конце световода с раздельными каналами для первичного и вторичного излучений целесообразно выполнить хвостовик с сечением, меньшим сечения его основной части - таким, чтобы в него вошла только сердцевина, предназначенная для канализирования первичного излучения, а торцы периферийных волокон, предназначенных для канализирования вторичного излучения, оказались бы в зоне ступенчатого перехода от основной части световода к хвостовику. При этом оптический приемопередатчик М-устройства следует строить с отдельными приемной и передающей структурами (оптоэлектронными приборами) по оптической схеме, обеспечивающей разделение первичного и вторичного излучений по соответствующим приборам с достаточным уровнем оптической развязки между ними. Ступенчатый профиль световода позволяет разнести приемную и передающую структуры по его оси, обеспечив тем самым возможность использования в качестве каждой из них простых, а не комбинированных оптоэлектронных приборов с требуемыми функциями. Один из примеров реализации описанного способа в схеме М-устройства приведен ниже.

Предложенный способ ближней оптической связи, описанный выше во всех подробностях своей реализации, в принципе, инвариантен по отношению к функциональной принадлежности S- и М-устройств, участвующих в нем - важно только, чтобы взаимодействие между ними осуществлялось по принципу «ведущий-ведомый». Что касается группы раскрываемых изобретений, то в нее - в части устройств - включены наиболее актуальные варианты таковых, в каждом из которых S-устройство представляет собой опто-электронный носитель информации (ОНИ), а М-устройство - устройство записи/чтения (УЗЧ) для него. Поэтому вместо S- и М-устройств в дальнейшем изложении будут фигурировать аббревиатуры ОНИ и УЗЧ соответственно.

Первым целесообразно рассмотреть компромиссный - не монолитный (однокристальный), а гибридный вариант ОНИ, в котором реализация таковых в истинно микроскопическом масштабе размеров с полным отказом от сборочных операций невозможна, однако для него не требуется проводить исследования и разработки новых оптоэлектронных приборов, а достаточно существующей элементной базы. Ключевыми моментами этого варианта ОНИ являются АсРОИ и формирование вторичного излучения не прямым (оптическим) отражением первичного (падающего) излучения от соответствующего слоя мишени, а оговоренным выше «иным способом его возврата»: косвенным (электрическим) отражением, идущим через посредничество тока, циркулирующего по рассматриваемому далее отражательному контуру.

В качестве прототипа для всех вариантов ОНИ, как и для способа, рассматривается БкИМС (прибор) [10], представляющий собой ретранслятор сигнала Устройства Записи/Чтения (УЗЧ), получающий свое питание в результате фотовольтаического преобразования энергии излучения, посылаемого УЗЧ при запросе ОНИ, и отвечающий на запрос путем модуляции вторичного (отраженного или иным способом возвращенного УЗЧ) излучения.

Вышеуказанная задача изобретения в первом варианте решена тем, что ОНИ, представляющий собой ретранслятор сигнала УЗЧ, получающий свое питание в результате фотовольтаического преобразования энергии излучения, посылаемого УЗЧ при запросе ОНИ, и отвечающий на запрос путем модуляции вторичного (отраженного или иным способом возвращенного УЗЧ) излучения, выполнен в виде гибридной микросборки, содержащей кремниевую ИС со схемами энергонезависимой памяти, к которой, в виде замкнутой кольцевой цепи, присоединены оптически активная диодная структура из материала, например, группы A₃B₅, позволяющего ей работать как в фотодиодном (преобразовательном), так и в светодиодном (излучательном) режимах, и индуктивный (микро)элемент. Его индуктивность определена по критерию достаточности энергии, накопленной в его магнитном поле за один импульс тока, для формирования ответного импульса света, излучаемого структурой в светодиодном режиме по окончании засвечивающего импульса вследствие того, что ток в цепи с индуктивностью мгновенно прекратиться не может.

Замкнутая кольцевая цепь, состоящая из диодной структуры с обратимой оптической активностью и индуктивного элемента, таким образом, являет собой отражательный контур - функциональный аналог (эквивалент) отражающей (зеркальной) поверхности - с той существенной разницей, что отражение от него информативной составляющей вторичного излучения происходит не мгновенно (синхронно с облучением), а с запаздыванием (асинхронно): когда действие облучающего импульса (но не порожденного им тока в замкнутом контуре) уже прекратилось. Естественно, имеет место и паразитная синхронная составляющая вторичного излучения, обусловленная неизбежным оптическим (прямым) отражением от диодной структуры, однако она несущественна, поскольку схемы УЗЧ с АсРОИ таковы, что в каждый момент времени они работают только на прием или только на передачу.

Для управления отражательным контуром кремниевая ИС со схемами энергонезависимой памяти, входящая в состав такого ОНИ, должна содержать электронный ключ, размыкающий контур в случаях, когда двоичный разряд цифровой последовательности, передаваемой в текущий интервал, таков, что формирование ответного импульса не требуется.

Описанное схемное решение, в котором относительно сильные токи, формирующие импульсы вторичного излучения, циркулируют по короткой петле отражательного контура, внешней по отношению к микромощной ИС, осуществляющей при этом только функции хранения данных и управления, позволяет оптимально решить задачу управления светодиодом как низкоомной нагрузкой со стороны ИС путем вынесения за ее пределы импульсного источника тока. Кроме того, при малой разности потенциалов, которую может обеспечить светодиодная структура в приемном (фотовольтаическом) режиме, статическое накопление достаточного заряда для ответных импульсов традиционным путем (в конденсаторе) сопровождалось бы техническими проблемами, значительно более серьезными, чем использование индуктивных элементов в отражательном контуре для динамического накопления заряда. По этим причинам именно такая конструкция ОНИ с АсРОИ наиболее благоприятствует достижению указанного технического результата.

В первом из рекомендуемых форм-факторов такого ОНИ ИС и диодная структура смонтированы в перпендикулярных плоскостях: первая - на боковой, вторая - на торцевой поверхностях, по меньшей мере, одного из выводов. Далее эти приборы, подобно серийно выпускаемым т.н. «мигающим» светодиодам - гибридным микросборкам из диодных структур и ИС мультивибраторов - совместно залиты (опрессованы) оптически прозрачным компаундом. Форма для заливки, в частности, может представлять собой цилиндр с выпуклым дном, являющимся фокусирующей линзой с фокусом на месте расположения диодной структуры. Индуктивный микроэлемент установлен снаружи на отрезках выводов минимальной длины, выпущенных за пределы прозрачной заливки (опрессовки).

Подобные ОНИ для ряда применений, в особенности, торговых, целесообразно заключать в обоймы-держатели, обеспечивающие удобство обращения с ними и/или их присоединение к маркируемым предметам, и защищать от несанкционированных действий разрушающимися при снятии липкими аппликациями с защитными (труднокопируемыми) - например, голографическими - рисунками, охватывающими обоймы. На уровне носителей в этих аппликациях целесообразно выполнять перфорации, прорывающиеся при первом акте записи/чтения (инициализации носителя) конечными пользователями. К несанкционированным действиям, от которых могут защитить аппликации, относятся, в частности, не сказывающийся на внешнем виде перенос носителя, являющегося уникальным товарным маркером-ярлыком, с одного товара на другой (например, с легального на контрафактный товар), повторное прикрепление использованного носителя к другому предмету, доступ к уникальным (в т.ч. ключевым) данным, содержащимся в носителе, ранее, чем этот носитель на законных основаниях (например, после оплаты) обретает владельца и инициализируется с внесением в него дополнительных данных (например, реквизитов продавца и даты продажи). Защищенный таким образом ОНИ может являться не только маркером, гарантирующим подлинность товара, но и далее (в процессе эксплуатации товара) служить его владельцу, например, в качестве автоматически заполненного при продаже талона на гарантийное обслуживание. Очевидно, что к аналогам - контактным и бесконтактным (радиочастотным) - столь простая и эффективная мера защиты не применима: к первым можно без последствий для внешнего вида подключиться через аппликацию тонки