CN101874251B - 票据验证器子组件 - Google Patents
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Abstract
一种子组件，包括：外壳；光管芯，其具有顶部漫射表面；光控制部件，其与顶部漫射表面相关联；以及至少一个光源，其耦联于外壳。优选地，光控制部件包括至少一个孔或孔的阵列，并且能够由例如塑性材料或聚合材料制成。所述孔能够是长形缝的形状，但是对于某些应用可适用其它形状。所述子组件能够在包括作为票据验证器的一部分的各种应用中使用。
Description
技术领域
本公开涉及一种紧凑的验证器子组件，即使光源与票据之间的距离因票据的不同而变化，其仍以基本上恒定的光的辐照度水平照明票据。
背景技术
在钞票验证的领域中，例如，在自动售货机等中使用的验证器等典型地利用光传感器、磁传感器以及其它传感器来从插入的钞票据获得数据。在一些单元中，多个发光二极管(LED)光源以及光电晶体管接收器定位在钞票通道的相对侧上，并且当钞票移动经过时产生与透射通过钞票的光相对应的信号。处理该信号以确定某些信息，例如钞票在通道中的位置以及钞票的真实性。典型地将信号与存储在存储器内的与真钞相对应的预定测量值相比较。
利用LED光源的传统的钞票验证系统还使用透镜来聚焦光，以便达到系统性能要求。然而，某些构造无法提供用以准确验证票据的足够的光信号强度水平。其它设计利用高功率光源以及聚焦元件并因此制造成本很高。另外，票据通道通常设计成足够大以避免堵塞，由于检测信号根据钞票离光源的距离而变化，所以有时对传感器测量产生负面影响。
发明内容
本公开涉及一种用于票据验证器的子组件。当在本公开中使用时，术语“票据”包括——但不限于——银行券、钞票、有价证券、证券纸、货币、支票、优惠券、银行汇票、证书以及其它任何相似的有价值的对象。
所述子组件可包括：外壳、具有顶部漫射表面的光管芯、与顶部漫射表面相关联的光控制部件、以及耦联于外壳的至少一个光源。
优选地，光控制部件包括至少一个孔并且能够由例如塑性材料或聚合材料制成。在某些实施中，光控制部件包括孔的阵列。孔可以是长形缝的形状，然而对于某些应用可适用其它形状。包括在某些实施中的光控制部件的其它特征将在下面更加详细地说明。
在某些实施中，子组件包括在顶部漫射表面与光控制部件之间的棱镜结构层，例如亮度增强膜。例如，漫射表面可包括不规则粗糙结构、恒定间距模式结构或突出部的可变模式。外壳可在光管芯的端部处包括一个或多个输入光端口。光源可包括由例如反光材料制成的浅色外壳以及一个或多个发光二极管(LED)。对于某些应用可包括额外的浅色外壳以及不同波长的LED。外壳还可包括构造成包围光管芯的第一反光壳体以及第二反光壳体。
还公开了一种票据检测布置。所述票据检测布置包括：用于定位在票据通道的第一侧上的光源子组件，以及用于定位在票据通道的第二侧上的在光源子组件对面的光传感器。光控制部件可包括上述特征，以及在下面更加详细论述的不同特征。
还描述了一种利用票据验证器子组件以基本上均匀的光的大致矩形光束照明票据通道中的票据的方法。在该子组件中的棱镜结构层可用来增加光强度输出。该方法还可包括基于穿过票据的光来产生指示票据真实性或特征的信号，或基于从票据的表面反射的光来产生指示票据真实性或特征的信号。
还公开了一种用于制造票据验证器子组件的方法。该方法包括：制造光管芯以提供穿过票据通道的光输出，在芯的输出侧上制造漫射结构，以及为光控制部件施加漫射结构。光控制部件可包括上述特征，以及在下面详细论述的不同特征。
该制造方法的某些实施将反光壳体连接于光管芯。另外，该方法可包括将至少一个LED光源封装耦联至外壳，并且还可包括在漫射结构与光控制部件之间施加至少一层亮度增强膜。
在某些实施中，提供一种光柱结构制造技术，其包括：制造光管芯以提供穿过票据通道的光输出，制造漫射结构层，以及在芯的输出侧上制造百叶结构层。
某些实施提供一个或多个下述优点。该票据验证器子组件可在票据通道的整个高度以及宽度上提供均匀的票据照明，其限制了在插入的票据位置的范围上的信号变化从而导致更准确的验证处理。该子组件能够照明通道的整个宽度，其允许票据的整个表面的全扫描以改善票据识别的安全性。该设计还允许仅使用很少的光源部件来利用多个光的波长，并且该子组件具有紧凑的尺寸，这对于在具有限物理空间的票据验证器中使用是理想的。
在权利要求中阐明了本发明的不同方面。从下面的详细的描述以及附图中，其它不同的特征以及优点将显而易见。
附图说明
图1是票据通道的简化的俯视图。
图2是单个LED光源以及接收器的构造15的侧视图。
图3是票据验证器的构造的简化放大横截面图。
图4A是票据验证器子组件的分解立体图。
图4B图示出票据验证器子组件的实施例。
图4C图示出光控制部件的实施例。
图4D图示出根据具体实施例的光控制部件的其它细节。
图5是子组件的立体图。
图6A是光管芯的放大简化横截面示意图。
图6B图示出适于在票据验证器子组件中使用的光管芯的尺寸的实施例。
图6C图示出图6B的放大部分C。
图7是图示出亮度增强膜的棱柱状结构的放大简化侧视示意图。
图8A和图8B是票据验证器的光芯子组件的放大简化分解立体示意图。
具体实施方式
图1是票据通道5的简化俯视图，其具有布置成单条直线来覆盖票据通道5的宽度4的多个光斑3的光斑构造2。宽度4宽于抽样的一系列票据的最宽票据，并且示出了比票据通道窄的银行券或钞票6。在该实施例中，票据6在箭头7的方向上行进时轻微歪斜。
尽管在这里是关于该子组件在票据验证器中的使用来描述子组件，但是该子组件也可用在其它设备中。
再次参考图1，光斑3可由一个或多个光源产生，典型地由一个或多个发光二极管(LED)产生。当钞票6在箭头7的方向上移动通过票据通道时，这种构造允许基本上100％扫描插入的钞票6的覆盖面。具体地，钞票能够在一个或多个光源与设置在通道的相对侧上的一个或多个光接收传感器(未示出)之间运输。在这种构造中，能够处理由接收器产生的与透射通过票据的光相对应的信号来确定诸如钞票的长度和宽度、在任何具体时刻的钞票位置、钞票真实性、钞票特征以及钞票的原产国的信息。光接收器也可设置在与光源相同的一侧从而以与用于透射的光相似的方式来接收从钞票反射的光。
在某些实施中，横跨票据通道设置十至十二个光斑以用于来自钞票的数据采集，但是可使用更多或更少的光斑。例如，每个光斑的直径可以大约为7.6mm，每个光斑可在三个或更多个波长处取样。例如，可使用具有在可见、红外、近红外光谱中的波长的光斑，并且处理因而产生的数据以收集来自钞票的不同种类的信息。用以确定钞票特征、真实性、国家、面额和/或钞票在通道中的位置的信号处理技术超出本公开的范围，在这里不再详细论述。
图2是单个LED光源以及接收器的构造15的侧视图，其中，光源16以及接收器20位于钞票通道5的相对两侧上。LED源16置于接近会聚透镜18的焦点的位置，以产生通过钞票通道5的前壁17中的开口朝向钞票6的基本上平行的光束21。部分钞票阻挡了一些光束21，从而产生穿过钞票的投射信号22。检测器20——例如可包括聚焦透镜的PIN二极管——置于距后壁19足够距离“d”的位置处，从而使透射通过钞票的光中的固有杂波最小化。钞票通道的高度“h”可大约为2mm至2.5mm，其足够于使钞票的堵塞率最小化，并且钞票通道的宽度4可大于90mm以容纳不同宽度的钞票。
为了简化鉴定或特征化钞票所需的数据处理，期望基本上均匀的钞票照明。实际上，由于现有的LED光源的尺寸以及光传输特征，平行光束以及均匀光斑的产生仅能够近似于图2所示类型的构造。位于类似图1所示的构造中的一组这种传感器可足以确定票据位置，但是产生的信号对于产生确定真实性的数据来讲不是完全令人满意的。另外，当使用多个LED芯片时，芯片的最小间距可导致光斑偏移，并且因此对芯片定位采用紧密度公差，从而增加了制造成本。
图3是票据验证器30的构造的简化放大横截面图。票据验证器30包括：在票据通道5的第一侧上的光传感器装置32；以及子组件40，子组件40包括在通道的第二侧上的光柱35。在本实施中，两个透明窗31和33在它们之间限定了票据通道5的一部分，透明窗能够由LexanTM(聚碳酸酯)材料制成。光传感器装置32包括十个透镜31的阵列，十个透镜31的阵列布置在十个检测器的传感器阵列33的前面，十个检测器安装在印刷电路板(PCB)34上。当票据行进通过光源与传感器之间的通道5时，检测器产生与透射通过票据的光相对应的电信号，然后由连接于PCB34的微处理器处理该信号。适当的检测器阵列也可以位于通道的与光源相同的一侧，以基于从票据反射的光产生信号。由检测器产生的信号可用于确定票据的有效性。
图中的光柱35安装于照明印刷电路板(light PCB)37上，并且提供在Z-方向上从顶部表面出射的光从而以恒定水平照亮票据而无关于票据在票据通道5的空间中的位置。当票据传输经过票据验证器构造30时，根据传输条件和/或票据的条件或状态，票据可能更接近于光传感器装置32或更接近于子组件40。例如，特定的传输机构可以以恒定的速度传输银行券(即，钞票)通过装置30，但是银行券在通道5的高度“h”内的精确位置会因银行券的不同而不同。该位置可取决于特定的银行券是否是卷曲的、新的钞票或旧的、磨损的以及柔软的钞票。为了在票据验证器中使用，由光柱35发射出的光应当覆盖至少70毫米(mm)长(钞票通道的宽度)以及至少7mm深的区域，并且在整个大约2.5mm的高度“h”内一致。然而，包括长侧以及基本上较小的短侧的光管芯的几何形状可能导致在不同高度“h”处的辐射的很大不同。适当的光控制部件(LCC)——在下面详细说明——的使用克服了辐射模式的几何限制，从而能够以恒定水平照明票据而无关于其在通道的高度“h”内的位置。
图4A是票据验证器子组件40的实施的分解立体图。子组件4包括光管芯42，光管芯包括顶部表面44。第一反射壳体46以及第二反射壳体48构造成用以包围光管芯42，并且亮度增强膜(BFF)50以及光控制部件(LCC)52设置成用于附接到光管芯42的顶部表面44。两个反射壳体部分46、48围绕光管芯42卡在一起，如图4B所示，从而使芯与壳体之间存在最小的空间。
光管芯42可以由例如透明的聚碳酸酯或亚克力材料制成，并且除顶部表面44之外的所有面能够被抛光以有利于内部反射。第一反射壳体46和第二反射壳体48能够由白度聚对苯二甲酸二丁酯(PBT)聚合材料制成。内部表面可包括反光材料，并且该反光材料可以是白色的并且可以是漫反射的。合适的PBT反光材料可从Bayer Company(拜耳公司)的具有商品名“Pocan B7375”的材料获得，但是还可使用类似的白色漫射材料，例如SpectralonTM。白色材料允许在横跨至少可见波长至近红外波长光谱区域产生适当的基本上平坦化的光谱响应。位于保护壳体的两个末端处的第一孔45和第二孔47形成用于光源(未示出)的输入端口，同时顶部表面44形成光输出区。在某些实施中，输出光区域可具有漫射结构以将来自芯的光引出。适当的漫射结构可通过打磨表面用以获得无规则的、粗糙模式来获得，或通过在顶部表面44上模制粗糙的无规则结构来获得。也可以使用其它漫射结构。
图5是图4B所示的子组件40的另一角度的立体图，用以图示第一多芯片LED封装54以及第二多芯片LED封装56的布置。多芯片LED封装54和56能够分别包括两个或多个LED，并且在本实施中位于光管芯42的相对端部用以形成光源。LED可以是不同波长或可以是相同波长。如果利用不同波长的LED，它们可以在同一LED封装中或在不同的LED封装中。在这种装置中，LED水平地安装在PCB上，并且光管芯具有大致梯形形状。然而，在某些实施中，例如，可使用仅置于第一孔45处的单个LED光源。
在图示的实施例中，LCC52具有在单个塑料元件上制造的缝100(例如，长形孔)的宏观阵列(见图4C)。光通过孔传送并且被由LCC元件的剩余材料形成的壁102挡住。
图4D图示出LCC52的尺寸的实施例，其中长度的单位是毫米(mm)。例如，图示的LCC52的厚度约为1.32mm。在本实施例中，LCC具有包括缝型孔的阵列的百叶结构，缝型孔的宽度大致为1.8mm。缝型孔的间距导致形成百叶结构的壁的厚度并且约为0.64mm。缝孔的长度约为11.5mm。该尺寸(例如，长度、宽度以及间距)可根据具体应用的需求而变化。因此，对于其它实施可适用不同的尺寸。
在某些实施中，百叶结构76包括圆形或其它形状的孔的阵列。长形孔的使用是有利的，因为它在两个互相垂直的方向上——沿缝的方向以及垂直于它的方向——以不同的方式限制了输出角。非直线形状的使用导致根据形状在不同的方向上限制输出角。例如，当孔是圆形时，在所有方向上相同地限制输出角。
在某些实施中，通过LCC出射的光分布的期望的几何形状来将LCC52的光学结构最优化。具体地，孔的尺寸、数量和LCC52的厚度以及孔的布置能够一起变化或单独变化，以便优化LCC52出射的光分布的几何形状。
在某些实施中，使用光柱长度的连续缝。然而，期望分割该长度用以插入用于改进的LCC52的刚度的桥部分104(见图4C)并且用以保持百叶壁102的间距。在图示的实施例中，LCC52构造为使得百叶结构沿LCC52的长度分为五或六段的缝型孔100。另外，在图示的实施例中，百叶结构沿LCC52的宽度分为五段。期望在光柱的区域上将缝型孔100的分布错开。传感器的线性阵列可设置为接收从LCC52出射的来自光柱的光。在某些实施中，桥部分104位于检测器的视场外，检测器用来接收LCC52出射的光。
在某些实施中，LCC52构造成具有一组设置为控制LCC出射的光的孔100。LCC52可利用多种工艺制造，包括——但不限于——注射成型、激光切割以及模切。LCC52可构造为薄层铝箔的堆叠，分别具有相同的孔排列。在LCC52是模制件的实施中，在制造工艺期间可使用多种合适的树脂。例如，可使用例如Ticona Vectra的液晶聚合物(LCP)型树脂。使用LCP型树脂制造LCC52使得可以根据某些应用的需要制造特别薄、但是刚性的壁。
图6A是光管芯42的放大简化横截面示意图，用以图示来自LED源54的光怎样从顶部表面44出射。具体地，在图6A中描述了来自LED源54的光通过输入端口45(如图4A所示由反射壳体部分46和48形成)进入光管芯42。第一倾斜壁49a是壁46a及48a的结合，而第二倾斜壁49b是壁46b和48b的结合，如图4A所示。在图6A的光管芯42的实施中，对于具有大于临界角(由透明塑料的反射率定义，典型地为1.5)的入射角的射线——例如，射线51——光通过全内反射(TIR)反射，或者对于入射角小于临界角的射线——例如，射线53——光通过包围光导管的混合壳体的壁反射。反射光线能够被发送回混合结构中以如图所示多次反射，直到光束到达顶部表面44上的漫射区并出射，如在区域55中示意性示出。由于侧壁49a和49b的梯形形状的坡度，来自LED’s的光通常横跨光导管水平偏转。
图6A还示出了可容纳另一光源的输入端口47。然而，在某些情况下，仅在光管芯42的一个端部上——例如，输入端口45——使用一个光源。如果使用这种构造，那么输入端口47应当用反光材料来代替，用以增强子组件的内部光反射特性。
图6B图示出适于在钞票验证器中使用的光管芯42的实施的尺寸。合适的光管芯可具有约97.92mm的底部长度BL、约12.5mm的宽度W以及约5.38mm的高度H。顶部长度TL约为77.49mm并且几乎位于底部长度的中心以使第一端部部分58的坡度以及第二端部部分59的坡度基本上相同。这些部分的坡度能够通过由第一反射壳体部分46和第二反射壳体部分48形成的第一倾斜壁49a和第二倾斜壁49b匹配。光管芯42的顶部表面44可包括漫射表面43用以控制光强输出。图6C图示出并放大了图6B的部分C，其中突出部41的阵列以一定的模式设置在顶部表面44。突出部的间距能够调节成用以平衡沿光柱以及横跨光柱发出的光的强度，从而使光分布基本均匀。在一实施中，突出部的密度随着漫射区域进一步远离LED源而增加。这样，产生了局部光斑的区域，在该区域，TIR条件被破坏并且光能够从芯出射。在某些实施中，突出部的形状基本上是圆柱形，但是其它形状也是可能的。
图7是放大简化侧视示意图，70图示出合适的BEF的棱柱状结构72，其可商购并由Minnesota Mining and Manufacturing Corporation(3M公司)制造。每个棱柱状结构72具有尖端74，尖端74与其相邻尖端基本上平行。如图所示，约50％来自光源的光线通过BEF被反射回并再循环，并且可用的折射线增加40％至70％。
图8A是用于票据验证器的光芯子组件80的可替代实施的放大简化分解立体示意图。各部件的适当的构造包括：能够包括顶部漫射表面的矩形光管芯82，BEF50以及用于在票据验证器中供给光的LCC52。对准BEF50以使棱镜结构72的每个尖端74基本上平行于LCC的孔壁78，并且基本上平行于光管芯82的长尺寸“L”的边缘，并且垂直于芯的短侧“S”。可从3M公司获得的合适的BEF是BEF90/50，其中90是棱镜角度而50是以微米(μm)为单位的棱镜间距。合适的LCC52能够如上所述构造成用以控制从LCC52出射的光的分布的几何形状。
图8B图示出光芯子组件200的可替代实施，其可具有与图8A相同的尺寸并且适于在票据验证器中使用。光芯子组件200可以整体构造，并且可以包括：光芯202，用于增加将被输出的光强的棱镜结构层204，以及当光在Z方向上从子组件中出射时用于控制光的方向的LCC206(与LCC52类似)。还可包括光漫射层(未示出)。对于某些应用也可以利用包括更多或更少层的实施方式。例如，对于在票据验证应用中使用可适用包括光芯202、漫射层以及LCC206的实施方式。
图9是如上所述参照图8A以及图8B能够实现的光管芯84的另一实施的简化图。在本实施中，LED’s竖直定位并且光管芯是如图所示的简单的矩形平行管。在实施例应用中，使用六种波长，并且单个LED封装容纳两个或三个芯片。对于某些波长，可使用四个芯片，在光导管的每个端部两两布置。图10A是当使用四个芯片时在封装中的对于每个波长的芯片的几何映射，而图10B以及图10C是当仅使用两个芯片时在封装中的对于每个波长的芯片的几何映射。在合适的构造中，为了优化光输出，每个LED封装可包括白色的反射外壳或封装，并且孔45和47(见图4A)是用以容纳封装并且限制任何通过无效耦联的光损失的最小尺寸。用于每个LED光源的光外壳的内部表面可包括反光材料，并且该材料可以是漫反射材料。合适的LED封装是来自OSRAM(欧司朗)公司的TOPLEDTM系列。LED封装可以是与反射壳体类似的塑性材料。例如，光外壳可由白色材料制成用以允许在横跨至少可见波长至近红外波长光谱区域产生基本上平面化的光谱响应。光通过漫射结构从光管芯84引出，漫射结构可以通过打磨表面或通过在光管芯的顶部侧上生成模制的、粗糙的不规则结构来制造。可替代地，能够在顶部表面形成突出部的阵列以作为漫射器，如上文参照图6C所述。另外，还可以使用其它的漫射结构。
已经公开票据验证器子组件的各种实施。本领域内的普通技术人员应当理解能够做出各种增加以及改进。例如，可替代的装置包括第二套的BEF以及LCC(或棱镜以及百叶层)，它们的光学结构设定成与第一套成90度，用以控制在光柱的长形方向上的光分布。其它实施在权利要求的范围内。
Claims (13)
1.一种用于票据验证器的子组件，所述子组件包括：
外壳；
光管芯，所述光管芯具有顶部漫射表面并装在所述外壳中；
光控制部件，所述光控制部件具有长度和宽度，所述光控制部件与所述顶部漫射表面相关联，所述光控制部件包括至少一个孔；
多个发光二极管(LED)，所述多个发光二极管耦联于所述外壳，其中至少一个发光二极管的波长不同于其它发光二极管，其中
所述光控制部件具有孔的阵列且所述孔为长形缝的形状，所述长形缝沿着所述光控制部件的所述长度在长度方向上定向，所述发光二极管的光通过所述孔传送并且被由所述光控制部件的剩余材料所形成的壁挡住，桥部分分割所述孔的长度以提高刚度并保持所述壁的间距。
2.根据权利要求1所述的子组件，其中，所述光控制部件由聚合材料制成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的子组件，还包括位于所述顶部漫射表面与所述光控制部件之间的棱镜结构层，所述棱镜结构是亮度增强膜。
4.根据前述权利要求1或2所述的子组件，其中，所述顶部漫射表面包括不规则结构、恒定间距模式结构或突出部的可变模式中的至少一种。
5.根据前述权利要求1或2所述的子组件，其中，所述外壳在所述光管芯的至少一个端部上包括至少一个输入光端口。
6.根据前述权利要求1或2所述的子组件，其中，所述外壳包括反光的内表面。
7.一种用于控制来自光源的光的几何分布的光控制部件，包括：
在所述光控制部件中的至少一个孔，所述光控制部件具有长度和宽度，所述至少一个孔设置成限制透射通过所述至少一个孔的光的输出角，其中
所述至少一个孔包括孔的阵列且所述孔为长形缝的形状，所述长形缝沿着所述光控制部件的所述长度在长度方向上定向，发光二极管的光通过所述孔传送并且被由所述光控制部件的剩余材料所形成的壁挡住，桥部分分割所述孔的长度以提高刚度并保持所述壁的间距。
8.根据权利要求7所述的光控制部件，其中，所述至少一个孔还设置成在两个互相垂直的方向上以不同的方式限制光的输出角。
9.根据权利要求7所述的光控制部件，其中，所述至少一个孔设置成在所有的方向上基本上相同地限制光的输出角。
10.根据权利要求7所述的光控制部件，其中，所述至少一个孔基本上在所述光控制部件的整个长度上延伸。
11.根据权利要求7所述的光控制部件，其中，所述至少一个孔在长度方向上分割所述光控制部件。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的光控制部件，其中，所述至少一个孔在宽度方向上分割所述光控制部件。
13.根据权利要求7所述的光控制部件，其中，所述光控制部件位于与能够接收透射通过所述光控制部件的光的至少一个检测器相对处，所述检测器定位成使得所述桥部分在所述检测器的视场之外。
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