JP5525356B2 - 紫外光光源及びこれを用いた光学読取装置 - Google Patents
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Description
これら紙幣を含む有価証券等の鑑別方法として、磁気センサによる磁気インクの検出による方法や、光センサによるパターン識別方法などが従前より用いられてきている。
従来は、この可視領域外の波長として赤外光LED(発光ダイオード)による赤外光照射を用いているが、最近の紫外光LED素子の高性能化と価格低下により、紫外光LEDを光源として用いる鑑別システムが顧客より新たに求められてきている。
紫外光光源として、有機材料であるガラスエポキシ実装筐体上に紫外光LED素子を直線上に配列して、この上に透明なシリコーン樹脂で封止した紫外光光源が知られているが、この構造だと長時間動作することによりガラスエポキシ実装筐体の表面が長時間の紫外光照射により変色し、反射率が変動し、紫外光の出力が不安定となる問題がある。
ところが実際、この酸化アルミニウム・セラミックス焼結体を用いた紫外光LED実装品から、紫外光LEDの照射時に波長690nm付近のかすかな発光が確認され、紫外光LED消灯後も長時間発光が継続することが判明した。その発光原因を調査したところ、実装筐体のうち、前記LED素子の照射光が直接照射される領域(「光源素子周辺領域」という)から出ており、その発光波長から、酸化アルミニウムの単結晶であるサファイヤに含まれるクロム(ルビー成分を形成する)が原因ではないかと想定された。
前記紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含まないセラミックス焼結体は、前記実装筐体の、前記光源素子を搭載する搭載面を形成するセラミックス層であってもよい。この場合、前記実装筐体の、前記搭載面を構成するセラミックス層以外のセラミックス層は、酸化アルミニウムを含むセラミックスで形成されていてもよい。
前記光源素子周辺領域の表面に、前記紫外光を遮蔽若しくは吸収する材料を被覆する場合、前記セラミックス焼結体として、従来用いられている酸化アルミニウム・セラミックス焼結体を利用することができる。
前記酸化アルミニウムを含まないセラミックス焼結体としては、ルビー成分を含まない高純度の酸化アルミニウム・セラミックス、フォルステライト(2MgO・SiO2)、ステアタイト(MgO・SiO2)、ジルコニア(ZrO2)若しくはジルコン(ZrO2・SiO2)を含む酸化物セラミックス、窒化硼素(BN)若しくは窒化珪素(Si3N4)を含む窒化物セラミックス、炭化珪素(SiC)若しくは黒鉛(C)の中から選ばれる一種、または二種以上の混合物若しくは複合物であっても良い。
前記紫外光を遮蔽若しくは吸収する金属は、銀、ニッケル及びチタンの中から選択しても良い。
前記紫外光を遮蔽若しくは吸収する無機材料は、酸化亜鉛及び酸化チタンの中から選択しても良い。
もし実装筐体2として、紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウム・セラミックス焼結体を用いた場合、前述したように、この光源素子周辺領域21から波長690nm付近のかすかな発光が観測される。
図3は紫外光光源を示す断面図であり、図4は同じく斜視図である。紫外光光源は、紫外光を照射することができるLED素子1と、前記LED素子1を実装するセラミックス実装筐体2とを備えている。
LED素子1の材料としては、波長300nmから390nmの範囲にある紫外光が所望の出力で得られ、長期信頼性が得られるものであれば特に制限するものではないが、例えばAlN、GaN、(Ga・Al・In)N系からなるII・VI族系半導体、又はSiCが採用可能である。
凹部3の底面3aには電極パッド8a,8bが形成されている。LED素子1の電極端子は、金線などのボンディングワイヤ4を介して電極パッド8a,8bと電気的に接続される。
図3、図4の紫外光光源と異なるところは、セラミックス実装筐体2が円筒体でなく、直方体であり、複数のLED素子1がセラミックス実装筐体2の主面上に所定間隔で実装されていることである。LED素子1の電極端子(図示せず)が、セラミックス実装筐体2内部に設けられた導体を介して、セラミックス実装筐体2の他方主面側にある外部端子と導通していることは、図3、図4の紫外光光源と同様である。なお外部端子は、複数のLED素子1が実装されるセラミックス実装筐体2の主面側に配置されていても良い。また、配置された紫外光LED素子1は、紫外光に対する吸収と劣化が少ない透明な封止樹脂又はガラス(図示せず)で被覆されていることも、図3、図4の紫外光光源と同様である。紫外光光源の長さ及び/又はLED素子1の搭載個数は、受光する光センサの仕様により調整することが可能である。
図6、図7は、この本発明の特徴を持った紫外光光源の一実施形態を示す断面図である。ただしビアホール貫通導体等の図示は省略している。この図6の紫外光光源は、図3の紫外光光源と比較して、セラミックス実装筐体2の全体が紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含まないセラミックス20で形成されている。図7の紫外光光源は、図3の紫外光光源と比較して、セラミックス実装筐体2のLED素子1の搭載面が、紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含まないセラミックス層20で形成されている。
この構造を有する紫外光光源によれば、実装筐体2の表面のうち、LED素子1の照射光に対して露出する面、すなわち凹部3の底面3aと側面3b、及びそれらの面から所定深さ(LED素子1から照射される紫外光が実装筐体2の内部に侵入できる深さ)の領域が「光源素子周辺領域」となる(図1の“21”参照)。この光源素子周辺領域21、又はそれを含む実装筐体2の全体が紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含まないセラミックスで形成されているので、実装筐体2から発光が観測されることはない。これにより、LED素子1の照射光を検査対象物(例えば紙幣を含む有価証券等)に照射し、検査対象物を透過又は反射した光を光センサで読み取る場合に、「実装筐体2から発生する光が検査対象物から発生する蛍光と混ざって検査精度が低下する」という不具合が防止される。
光源素子周辺領域を、紫外光を遮蔽若しくは吸収する材料7で被覆した場合は、LED素子1から照射される紫外光が光源素子周辺領域に入って行くのを、実装筐体2の表面で遮断することができるので、紫外線の侵入による実装筐体2の劣化を防ぐことができる。また、前記被覆材料7の被覆により、反射率の向上が期待できることもある(被覆材料7に反射率の高い材料を選んだ場合)。
図9は、光源素子周辺領域を含む実装筐体2の全体がセラミックスで形成されており、前記セラミックスは、紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含まないという特徴を持った紫外光光源の一実施形態を示す断面図である。
図11は、セラミックス実装筐体2の光源素子周辺領域の表面に、紫外光を透過させない材料7を被覆した例を示す断面図である。紫外光を透過させない材料7として、紫外光に対して吸収特性を持つ金属、無機材料若しくは有機材料が挙げられる。その具体例は、図8の説明において上述したのと同様である。
(1)実装筐体2の全体を、紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含まないセラミックスで形成する(図3、図6、図9参照)。紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含まないセラミックスの例は上述したとおりである。セラミックス層は多層構造又は単層構造、いずれの構造であってもよいが、ここで多層構造の場合を説明する。
セラミックスグリーンシートを焼成した後、その表面に配線パターンを印刷法などにより形成する。LED素子1を実装する実装領域をマスクして、紫外光を吸収する材料7からなる層をスパッタリング等で形成する。その後LED素子1を搭載し、ワイヤボンディングして、透明封止樹脂材料で被覆し、所定形状にカットすれば本発明の紫外光光源が完成する。なお、先にLED素子1を搭載し配線を済ませた後、LED素子1を実装している実装領域をマスクして、紫外光を吸収する材料7からなる層をスパッタリング等で形成してもよい。
ピーク波長375nmの窒化ガリウムインジウム系〔(Ga・In)N〕系LED素子を酸化アルミニウム・セラミックス焼結体からなる実装筺体に実装し、シリコーン樹脂封止を施して、紫外光光源単体10′を製作した。
図13に示すように、この紫外光光源単体10′をガラスエポキシ系プリント基板31上に直線状に12個均等(ピッチD=約12mm)に配列し、この上に透明な導光体32を取り付けて光センサ用紫外光光源30′とした。
紫外光光源30′に対して、素子当たり20ミリアンペアの電流で、時間幅0.5ミリ秒の単一パルスを点灯させた。これと同期させて、1ミリ秒繰返し周期、時間幅0.5ミリ秒でラインセンサモジュール40のシャッタ・ウィンドウを断続的に開き、光センサの検知出力を複数回観察した。
UVカットフィルムを除去して、再び紫外光光源30を点灯し、波長毎の出力を分光器にて測定したところ、LED素子の出力である375nm以外に694nm近傍に僅かな出力があることが発見された。この紫外光光源30の発光スペクトル特性を図15に示す(縦軸は対数目盛である)。
<実施例1>
フォルステライト焼結体の実装筺体上に銀ペースト印刷により回路を作り、当該回路上にピーク波長375nmの窒化ガリウムインジウム系〔(Ga・In)N〕系LED素子を実装し、シリコーン樹脂封止を施して、紫外光光源単体10を製作した。
UVカットフィルムを除去して、再び紫外光光源30を点灯し、波長毎の出力を分光器にて測定したところ、図16に示すように、694nm近傍に出力がないことが確認された。したがって、この光源を用いることで紙幣及び有価証券上の蛍光出力を感度良く検出できることが判明し、本発明の目的を達成することが出来た。
2 セラミックス実装筐体
3 凹部
3a 凹部の底面
3b 凹部3の側面
6 透明な封止樹脂
7 紫外光を遮蔽若しくは吸収する材料
20 紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含まないセラミックス層
21 光源素子周辺領域
30 光センサ用紫外光光源
40 ラインセンサモジュール
Claims (8)
- 波長が300nmから390nmの範囲にある紫外光を照射することができるLED光源素子を実装したセラミックス焼結体で形成された筐体からなる有価証券等の光学読取装置用の紫外光光源であって、
前記筐体において、少なくとも前記光源素子の照射光が直接照射される領域である光源素子周辺領域は、前記照射光によって690nm付近の蛍光を発しない材料もしくは構造からなることを特徴とする紫外光光源。 - 前記筐体が、前記紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発する酸化アルミニウムを含むセラミックス焼結体で形成され、前記LED光源素子周辺領域の表面は、前記紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発しない層からなる請求項1記載の紫外光光源。
- 前記紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発しない層の材料は、ルビー成分を含まない高純度の酸化アルミニウム・セラミックス、フォルステライト(2MgO・SiO2)、ステアタイト(MgO・SiO2)、ジルコニア(ZrO2)若しくはジルコン(ZrO2・SiO2)を含む酸化物セラミックス、窒化硼素(BN)若しくは窒化珪素(Si3N4)を含む窒化物セラミックス、又は炭化珪素(SiC)若しくは黒鉛(C)の中から選ばれる一種、または二種以上の混合物若しくは複合物である、請求項2に記載の紫外光光源。
- 前記紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発しない層の材料は、セラミックス焼結体、金属、無機材料及び有機材料の中から選ばれる材料である請求項2記載の紫外光光源。
- 前記紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発しない層の材料はセラミックス焼結体であり、該セラミックス焼結体は、ルビー成分を含まない高純度の酸化アルミニウム・セラミックス、フォルステライト(2MgO・SiO2)、ステアタイト(MgO・SiO2)、ジルコニア(ZrO2)若しくはジルコン(ZrO2・SiO2)を含む酸化物セラミックス、窒化硼素(BN)若しくは窒化珪素(Si3N4)を含む窒化物セラミックス、又は炭化珪素(SiC)若しくは黒鉛(C)の中から選ばれる一種、または二種以上の混合物若しくは複合物の焼結体である、請求項2記載の紫外光光源。
- 前記紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発しない層の材料は金属であり、該金属が、銀、ニッケル及びチタンの中から選ばれる一種、または二種以上の混合物若しくは複合物である、請求項2記載の紫外光光源。
- 前記紫外光の照射によって690nm付近の蛍光を発しない層の材料は無機材料であり、該無機材料が、酸化亜鉛及び酸化チタンの中から選ばれる一種、または二種の混合物若しくは複合物である、請求項2記載の紫外光光源。
- 紙幣を含む有価証券を読み取る光学読取装置であって、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の紫外光光源と、当該紫外光光源から出て前記紙幣を含む有価証券を透過し若しくは反射した光を検出する光センサとを含む、光学読取装置。
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