CN101180742A - Led装置及与其一起使用的用于钞票验证机的光学检测器 - Google Patents
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Abstract
提供了一种LED装置，其包括由与提供来自LED芯片5的光的LED芯片5相对设置的整体的柱状透镜8形成的塑料封装7，使得在竖直Y照射方向的方向角范围比水平X照射方向的方向角范围宽。当来自LED芯片5的光通过柱状透镜8照射到塑料封装7外时，柱状透镜8的外表面用于将来自LED芯片5的光转换为基本平行的光束，该光束具有在所需要的竖直Y照射方向上方向角范围较宽、在不需要的水平X照射方向上方向角范围较窄的一般线性光束部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种在所要求的照射方向上具有较宽的光学方向角范围的LED装置和用于钞票验证机(bill validator)的具有该LED装置的光学检测器。
背景技术
例如，授予Argen J.Mulder的美国专利No.5383546公开了一种在连接到硬币的线被拉出或者将硬币从硬币通道中非法取出时，检测硬币通道中的外来物或线的装置。该装置包括红外发射器，以及用于检测从发射器发射并在线上反射的红外线的红外传感器。
授予Michael Walsh等的美国专利No.5806649示出了一种纸质货币验证机，其包括安装在验证机的钞票通路上的钞票检查器的配线板的相对侧的LED和光接收器，以根据从LED所发射的并由光接收器所感测的光量来检测通路中的外来物。
授予Alfred F.Gergeron等的美国专利5988345提出了一种钞票验证机，其包括在验证机的钞票通路之下彼此相对并相隔的LED和光晶体管，将来自二极管的光横向反射到通路中的第一棱镜，将来自第一棱镜的光穿过通路向光晶体管再次反射以基于来自光晶体管的输出检测通路中的外来物的第二棱镜。
这样，用于检测外来物的典型在先技术的光学装置采用了用于向钞票通路的内部照射光的塑料封装的LED装置。传统上，典型LED装置的塑料封装形成为炮弹或壳(cannonball or shell)型，并具有半球顶端，以提供在某种程度上将从二极管装置发射的光向光检测器汇聚的光学半球透镜。然而，该炮弹型的LED的缺点在于其径向地照明或照射朝照亮圆部分发散的光，这会导致光在与光检测器的无关的照射方向上分散的损失。当通过从LED装置发射的光检测钞票通路中的物体时，由于光的散射减少了到达检测器的光量，该检测器无法察觉在钞票通路中没有物体的明亮情况和存在物体的阴影情况之间所接收到的光量的差别，因此该分散的光的照射可能不利地劣化对物体的精确检测。
本发明的一个目的是提供一种在所需要的照射方向上具有较宽的光线方向角范围的LED装置。本发明的另一个目的是提供一种具有柱状透镜的LED装置，该柱状透镜可将来自LED芯片的光汇聚为在第一照射方向上变宽并在与第一照射方向不同的第二照射方向上变窄的线性光束部分。本发明的又一目的是提供一种用于钞票验证机的包含LED装置的光学检测器。
发明内容
根据本发明的LED装置包括：具有支架(3)的第一引线端(1)；具有结合区(4)的第二引线端(2)；安装在支架(3)上并电连接到支架(3)和结合区(4)的LED芯片(5)；以及用于密封支架(3)、LED芯片(5)和结合区(4)的光导塑料封装(7)。塑料封装(7)包括与LED芯片(5)相对设置的整体的柱状透镜(8)，以将从LED芯片(5)发射的光照射到塑料封装(7)外，使得在第一(Y)照射方向的方向角范围比第二(X)照射方向的方向角范围宽。当来自LED芯片(5)的光通过柱状透镜(8)照射到塑料封装(7)外时，柱状透镜(8)的外表面用于将来自LED芯片(5)的光转换为基本平行的光束。即使LED芯片(5)产生正是从LED芯片(5)的前部区域横向偏移的光，柱状透镜(8)的外表面也用于将这种光转换为基本平行的光束，而不使光沿着柱状透镜(8)的第一(Y)照射方向偏移，以使通过柱状透镜(8)发射的光束具有在所需要的第一(Y)照射方向上方向角范围较宽、在不需要的第二(X)照射方向上方向角范围较窄的一般线性光束部分，从而提高对光所引向的物体的检测精度。
根据本发明的光学检测器(15)用于钞票验证机中，所述光学检测器用于检测在通过通路(20)传送钞票的钞票验证机中所形成的通路(20)中的外来物或钞票。光学检测器(15)包括：配线板(21)；安装在配线板(21)上并设置在通路(20)的一侧的LED装置(10)；设置在通路(20)的另一侧的光反射器(22)，其用于接收和反射来自LED装置(10)并通过通路(20)的光；以及安装在配线板(21)上的光检测器(23)，其用于接收在光反射器(22)上反射的光，以产生其电平与所接收到的光的量相对应的电信号。LED装置(10)具有提高的检测物体的精度，从而可以用于确实地辨别在钞票通路(20)中钞票或外来物的存在。
附图说明
根据以下结合附图中所示的优选实施例的说明，本发明的上述和其它目的和优点将显而易见，其中：
图1是根据本发明的LED装置的第一实施例的透视图；
图2是第一实施例的前视图；
图3是第一实施例的侧视图；
图4是第一实施例的平面图；
图5是根据本发明的LED装置的第二实施例的前视图；
图6是第二实施例的侧视图；
图7是第二实施例的平面图；
图8是示出在根据本发明的LED装置的X照射方向上的光线方向角范围的图；
图9是示出在根据本发明的LED装置的Y照射方向上的光线方向角范围的图；
图10是根据本发明设置有光学检测器的钞票验证机的局部截面图。
具体实施方式
以下将结合附图中的图1～10说明根据本发明的LED装置和与其一起使用的用于钞票验证机的光学检测器的两个实施例。
如图1～4所示，根据本发明的发光二极管或LED装置10包括：光导(light-conductive)塑料封装7以及从塑料封装7伸出的第一引线端1和第二引线端2。如图2和图4中的虚线所示，第一引线端1具有结合到第一引线端1的顶部的盘垫(plate pad)或支架(support)3，第二引线端2具有结合到第二引线端2的顶部的结合区(joint area)4。安装在支架3上的是LED芯片5，其具有两个未示出的通过焊接或者导线电连接到支架3和结合区4的电极。LED芯片5产生从780nm到1300nm范围的包括近红外、红外和远红外光的波长的红外线。然而，LED芯片5可以包括至少从发射紫外、蓝色、黄色、绿色、红色、近红外、红外和远红外光或其组合的LED芯片的组中选择的一种。塑料封装7包括：用于密封从支架板3的背面9到第一引线端1的支架3厚度的中间的基底(base)11；与基底11相结合以密封LED芯片5的中间体12；以及在LED芯片5的前面或者与LED芯片5相对、与中间体12结合的柱状透镜8。基底11、中间体12和柱状透镜8由从环氧、聚酰亚胺、丙烯酸和聚碳酸酯树脂的组中选择的透明、半透明或光导树脂整体地形成为塑料封装7，该塑料封装7密封支架3、LED芯片5和结合区域4以防止例如潮气或离子等外来物质侵入LED芯片5。
所示的柱状透镜8具有从中间体12凸出的柱状表面18，以将来自LED芯片5的光转换或者汇聚为一般(generally)线性光束部分的基本平行的光。所示的实施例显示了弓形或者部分圆形部分的柱状透镜8，但是柱状透镜8的横截面可以由从圆、椭圆和双曲线或其近似曲线或其组合的组中选择的一种曲线或多种曲线的一部分形成，而不限于所示的形状。支架3被设置为与从塑料封装7伸出的第一引线端1和第二引线端2平齐，并且柱状透镜8的第一、即纵向或竖直Y方向基本上与第一引线端1和第二引线端2平行。柱状透镜8沿着中间体12的纵向中心从塑料封装7的顶端向底端延伸。图1～4所示的实施例具有在塑料封装7的顶部边缘形成的一对斜面14，而图5～7所示的另一实施例不具有上述斜面。LED芯片5在位于或者接近于柱状透镜8的中心或者焦点或焦线处安装在支架3上，以从柱状透镜8的外表面以平行光束照射来自LED芯片5的光。
图8和图9示出用于显示当电流从LED装置10中流过时，分别在LED装置10的第二、即横向或水平X和纵向Y照射方向上的光学方向角范围的图。在图8和图9中，实线表示光波长为870nm的红外线的方向角，虚线表示光波长为940nm的红外线的方向角。从这些图中显而易见，当X照射方向显示覆盖相对值100水平的有效方向角范围仅±5度时，Y照射方向达到±30度的有效方向角范围。870nm的红外线比940nm的红外线波长短，但发射能量更大，并且二者在较宽的Y向方向角范围和较窄的X向方向角范围方面显示相同的效果。这样，柱状透镜8用于提供水平或竖直照射方向的方向角，使得所需要的竖直方向角范围加宽，并使不需要的水平方向角范围变窄。当来自LED芯片5的光通过柱状透镜8照射到塑料封装7外时，柱状透镜8可用于汇聚正是从LED芯片5的前部区域横向偏移的光，而不使光沿着柱状透镜8的竖直方向偏移，以使通过柱状透镜8所发射的光束具有一般线性的光束部分。由此，柱状透镜8扩展了在所需要的照射方向上的光线方向角范围，并减少了在不需要的照射方向上的光线方向角范围，以提高对光所引向的物体的检测精度。
图10示出设置有光学检测器15的钞票验证机的局部截面图，光学检测器提供有LED装置10。光学检测器15包括：设置在框架24中的配线板21；安装在配线板21上并设置在通路20的一侧的LED装置10；设置在通路20的另一侧光反射器22，其用于接收和反射来自LED装置10并通过通路20的光；以及安装在配线板21上的光检测器23，其用于接收在光反射器22上反射的光，以产生其电平与所接收到的光的量相对应的电信号。在通路20中，所传送的钞票和例如附加到钞票上的线之类的外来物质沿着垂至于图10的绘图纸面的通路20延伸。例如，如果从LED装置10发射的光被连接到已经通过光学检测器15的钞票的线所截断，光检测器23辨别由于线(string)遮蔽光检测器23减少的光量。在这种情况下，由于柱状透镜8在水平照射方向或者在通路20中钞票的移动方向上使光线的方向范围变窄，而相反在竖直照射方向上使光线的方向范围变宽，无论钞票或者线位于通路20中的何处，即无论其处于中间位置，偏移得与通路20的底壁或顶壁接近或紧密接触，光检测器23都可以精确地感测或检测钞票或者线的存在，从而提高对于物体的光学检测精度。
根据本发明的LED装置使用柱状透镜，以有效地将光向光检测器聚焦，通过从光路向一般线性光束部分的光偏移来减少光的辐射损失，以提高对物体光学检测的精度并扩展LED装置的应用。此外，可将LED装置应用于钞票验证机中以实现其准确操作，并防止对于钞票验证机的非法动作。本发明可应用于通过从LED装置发射的光来光学地检测物体的任何领域。
Claims (10)
1.一种LED装置，包括：具有支架的第一引线端；
具有结合区的第二引线端；
安装在所述支架上并电连接到所述支架和结合区的LED芯片；以及
用于密封所述支架、LED芯片和结合区的光导塑料封装；
所述塑料封装包括与所述LED芯片相对设置的整体的柱状透镜，以将从所述LED芯片发射的光照射到所述塑料封装外，使得在第一照射方向上的方向角范围比第二照射方向上的方向角范围宽。
2.如权利要求1所述的LED装置，其中所述LED芯片是至少从发射紫外、蓝色、黄色、绿色、红色、近红外、红外和远红外光或其组合的LED芯片的组中选择的一种。
3.如权利要求1所述的LED装置，其中所述塑料封装包括用于密封从所述第一引线端的所述支架的背面到厚度的中间的基底；与所述基底相结合以密封所述LED芯片的中间体；以及在所述LED芯片的前面与所述中间体结合的所述柱状透镜。
4.如权利要求1所述的LED装置，其中来自所述LED芯片的光波长处于从780nm～1300nm的范围。
5.如权利要求1所述的LED装置，其中所述支架被设置为与所述第一和第二引线端平齐，
柱状透镜的所述第一照射方向基本上与所述第一和第二引线端平行。
6.如权利要求1所述的LED装置，其中柱状透镜的横截面至少由从圆、椭圆和双曲线或其近似曲线或其组合的组中选择的一种曲线或多种曲线的一部分形成。
7.如权利要求1所述的LED装置，其中所述柱状透镜沿着纵向中心从所述塑料封装的顶端延伸到底端。
8.如权利要求1所述的LED装置，其中所述第一照射方向是竖直的，以及所述第二照射方向是水平的。
9.一种用于钞票验证机的光学检测器，所述光学检测器用于检测在所述钞票验证机中形成的通路中的外来物或钞票，其中钞票通过所述通路传送，
所述光学检测器包括：配线板；如前述权利要求1～8中任一项所限定的LED装置，所述LED装置安装在所述配线板上并设置在所述通路的一侧；设置在所述通路的另一侧光反射器，其用于接收和反射来自所述LED装置并通过所述通路的光；以及安装在所述配线板上的光检测器，其用于接收在所述光反射器上反射的光，以产生其电平与所接收到的光的量相对应的电信号。
10.如权利要求9所述的用于钞票验证机的光学检测器，其中所述柱状透镜位于与钞票沿着通路的移动方向垂直的方向。
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