TWI308730B - An optical detector for use in a bill validator - Google Patents
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Description
1308730 ⑴ 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種在必要的照射方向具有較廣的光方 向角範圍的LED裝置,以及用於鈔票驗證器之具該LED 裝置的光偵測器。 U 術 技 前 先 舉例來說,核頒給Argen J. Mulder之美國專利第 5,3 8 3,546號揭示用以當連接到硬幣的線繩被拉到線繩或 非法將硬幣自該硬幣通道拉出時,偵測硬幣通道中的外來 體或線繩。該裝置包含紅外線發射器、以及用以偵測發射 自該發射器且反射於該線繩上之紅外線的紅外線感測器。 核頒給Michael Walsh等人的美國專利第 5,806,649 號顯示一種鈔票驗證器,其包含一 LED及光接收器,其 安裝於驗證器內跨鈔票通道的鈔票檢查器的接線板相對 側,以發射自LED且被光接收器感測到的光量來偵測通 道中的外來物體。 核頒給 Alfred F. Gergeron等人的美國專利第 5,98 8,3 45號顯示一種鈔票驗證器,其包含一LED及在驗 證器內的鈔票通道下以彼此隔開且相對的關係設置的光電 晶體、用以將來自二極體的光橫向反射到該通道內的第一 棱鏡、用以將來自該第一棱鏡的光再度反射向跨該通道的 光電晶體,用以鑑於來自該光電晶體的輸出偵測在通道中 的外來物。 1308730 - (2) - 依此方式,用以偵測外來物體的典型習知技術光學裝 置,採用用以照亮鈔票通道內部的塑膠封裝LED裝置。 一種典型LED裝置的塑膠封裝傳統地形成具半球狀的頂 端砲彈或貝殼型,以供一光學半球透鏡,用以聚集成某程 度從該二極體裝置發射向光偵測器的光。然而,此種貝殻 _ 型LED的不利之處在於其放射狀地照亮或照射向一照射 圓形部分偏離的光,其會對光偵測器招致在不相關的照射 • 方向上光分散的損失。在藉由發射自LED裝置的光偵測 鈔票通道中的物體之際,此種分散的光照射可能會不利地 使物體的準確偵測惡化,因爲光的分散會減少到達偵測器 的光量,偵測器因此無法認知到鈔票通道中在無物體時的 ' 光亮情況與有物體之陰暗情況間被接收光的量的差異。 本發明的目的在於提供一種在必要照射方向上具有較 廣光方向角範圍的LED裝置。本發明的另一目的在於提 供具有圓柱透鏡的LED裝置,其能將來自LED晶片的光 • 聚集成線性光束部分,其在第一照射方向上變寬而在與該 - 第一照射方向不同的第二照射方向上變窄。本發明的又一 目的在於爲鈔票驗證器提供包含該LED裝置的光學偵測 器。 【發明內容】 根據本發明的LED裝置包含:具有一支架(3)的第一 引線端(1);具有一接合區(4)的第二引線端(2);安裝於支 架(3)且電氣連接到支架(3)與接合區(4)的LED晶片(5); 1308730 - Ο) - 用以密封支架(3)、LED晶片(5)及接合區(4)的光傳導塑膠 封裝(7)。塑膠封裝(7)包含一整合式圓柱透鏡(8),配置於 LED晶片(5)對面,以便以在第一(Y)照射方向比第二(X) 照射方向上有較廣的方向角範圍將發射自LED晶片(5)的 光從塑膠封裝(7)照射出。當來自LED晶片(5)的光透過圓 柱透鏡(8)從塑膠封裝(7)照射出時,一圓柱透鏡(8)的一外 表面用以將來自LED晶片(5)之光轉換成實質上平行的光 • 束。即使LED晶片(5)只是從LED晶片(5)的前區域產生 自橫向偏離的光,圓柱透鏡(8)的外表面亦用以將此種光 轉換成實質上平行的光束而不會沿著圓柱透鏡(8)的第一 . (Y)照射方向偏離以造成透過圓柱透鏡(8)發射的光束在必 要的第一(Y)照射方向上具有方向角範圍較廣、以及在不 必要的第二(X)照射方向具有方向角範圍較窄的的大致線 性的光束部分,用以改善光針對之物體的偵測準確性。 根據本發明之光學偵測器(1 5)係用於鈔票驗證器,用 ©以偵測形成於鈔票驗證器中之用以透過通道(20)運送紙鈔 之通道(20)中的外來物體或紙鈔。該光學偵測器(15)包含 一接線板(2])、安裝於接線板(2 1)上且配置於通道(2 0)其 中一側上的LED裝置(10)、配置於通道(20)另一側上用以 接收且反射來自LED裝置(10)並通過通道(20)的光反射器 (2 2)、及一安裝於接線板(2〗)上用以接收反射於光反射器 (22)上之光的反射光偵測器(23),以產生對應於被接收光 之量的準位的電氣信號。 -7- (4) 1308730 【實施方式】 根據本發明之用於鈔票驗證器之LED裝置及光學偵 測器的二實施例將於下文結合圖式的圖1至1 0加以說 明。 如圖1至4所示,根據本發明之發光二極體或LED 裝置包含:光傳導塑膠封裝7、及延伸自塑膠封裝7 的第一及第二引線終端1及2。第一引線端1具有如圖2 φ 及4中的虛線所示之整合於第一引線端1頂部的板狀墊或 支架3,以及第二引線端2具有整合於第二引線2頂部之 接合區4。安裝於支架3上的是一LED晶片5,其具有二 電極(未顯示)經由焊料或引線電氣連接至支架3及接合區 4。LED晶片5產生波長在從7 8 0 nm到1 300 nm之範圍內 的紅外線,包括近紅外線、紅外線及遠紅外線光。然而, LED晶片5可包括選自發射紫外線、藍色、黃色、綠色、 紅色、近紅外線、紅外線及遠紅外線或以上之結合的LED • 晶片群組的至少之一者。塑膠封裝7包含底部1 1,用以 從支座板3之背表面9密封到第一引線端1的支架3的厚 度中間;一與底部1 1整合以密封LED晶片5的中間件 1 2 ;以及一與中間件1 2在LED晶片5前面或對面整合的 圓柱透鏡8。底部11、中間件12及圓柱透鏡8係以選自 環氧樹脂、聚亞醯胺、丙烯酸及聚碳酸酯樹脂的群組的透 明、半透明或光傳導樹脂所整合形成塑膠封裝7,其密封 支架3、LED晶片5及接合區4以防止諸如濕氣或硬幣等 外來物侵入LED晶片5內。 1308730 - (5) # 所示的圓柱透鏡8具有自中間件1 2突出的圓柱形的 表面18’以便將來自LED晶片5之光轉換或聚集成大致 線性的光束部分的實質平行的光。顯示的實施例顯示出拱 形或部分圓形部分的圓柱形透鏡8,但圓柱形透鏡8的橫 切面可以以自圓、橢圓及雙曲線或其等近似或其等之組合 的群組選出的至少部分的曲線所形成,而不受限於所顯示 的形狀。支架3係與自塑膠封包7延伸的第一及第二引線 # 端1及2齊平配置’且第一,亦即圓柱透鏡8的縱向或垂 直Y方向係實質上平行於第一及第二引線端]及2。圓柱 透鏡8沿著中間件12的縱向中心從塑膠封包7的頂到底 端延伸。圖1至4所示之實施例具有一對去角14形成於 塑膠封包7的頂緣,但顯示於圖5至7之另一實施例則 無。LED晶片5係在或接近圓柱透鏡8之中心或焦點處安 裝於支架3,以將來自LED晶片5之光以平行光束的方式 從圓柱透鏡8的外表面照射出。 # 圖8及9顯示指示出來自LED裝置1 0當電流流經時 之光方向的角範圍分別在第二,亦即橫向或水平X及垂 直Y照射方向上的圖。於圖8及9中,實線標示出光波 長8 70 nm的紅外線的方向角,且虛線標示出光波長940 nm的紅外線的方向角。由此等圖式可明顯得知,當X照 射方向顯示僅有±5度的有效方向角用以涵蓋相對値1 00 位準時,Y照射方向達到±30度的有效方向角範圍。870 nm的紅外線的波長較短但發射能量較大於94 0 nm的發射 能量,且二者在較廣的Y及較窄的X方向的方向角範圍 -9- (6) 1308730 ' 皆表示相同的效果。依此方式,圓柱透鏡8用以在水平及 垂直照射方向上提供方向角,以便加寬必要的垂直方向角 範圍’且窄化不必要的水平方向角範圍。當來自L E D晶 片5的光透過圓柱透鏡8從塑膠封包7發射時,圓柱透鏡 8能用以聚集只從LED晶片5的前區域橫向偏離的光,而 不沿著圓柱透鏡8的垂直方向偏離光,以使透過圓柱透鏡 8發射的光束具有一大致線性的光束。因此,圓柱透鏡8 # 擴展在必要的照射方向上的光方向角範圍,且縮減在不必 要的照射方向上的光方向角範圍,用以改善光所針對之物 體的偵測準確性。 圖10說明鈔票驗證器的部分切面圖,該鈔票驗證器 • 設有用以提供一 LED裝置1 0的光學偵測器1 5。光學偵測 器15包含配置於框架24中的接線板21; LED裝置10, 安裝於接線板21上且配置於通道20其中一側上;光反射 器22,配置於通道20之另一側上用以接收並反射來自 0 LED裝置10之光且通過通道20 ;以及光偵測器23,安裝 於接線板2 1上用以接收反射於光反射器2 2之光,以產生 對應於被接收光的量的位準的電氣信號。於通道20中, 被運送之紙鈔及諸如貼附在紙鈔上的線繩的外來物體在垂 直於圖10之提取紙表面的通道20中延伸。例如,倘若發 射自LED裝置1〇的光被連接至已通過光學偵測器15的 紙鈔的線繩關閉時’光偵測器23分辨因爲線繩遮住光偵 測器2 3所減少的光的量。於此情況下’當圓柱透鏡8窄 化在水平照射方向或紙鈔在通道20中被移動的方向上的 -10- 1308730 - (7) • 光方向範圍,但相反地,加寬在垂直照射方向上的光方向 範圍時,光偵測器23能確實地感測或偵測通道20中任何 地方的紙鈔或線繩,不管是在中間位置、接近的偏離或與 通道20的底或頂壁緊密接觸’用以改善物體的光學偵測 準確性。 根據本發明的LED裝置使用圓柱透鏡用以有效地將 光向光偵測器集中,減少因光朝向大致線性光束部分的偏 φ 離所造成的光照射損失,用以改善光學地偵測物體的準確 性並擴展該LED裝置的應用。此外,該LED裝置可應用 於鈔票驗證器,用以對其確實的操作及對鈔票驗證器合法 _ 行爲的保護。本發明可應用於任何領域,用以藉由發射自 —LED裝置的光來光學地偵測物體。 本發明上述及其它目的與優點由下述連同附圖所示的 較佳實施例而顯明白。其中: 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明之LED裝置的第一實施例的立體 圖; 圖2係第一實施例的前視圖; 圖3係第一實施例的側視圖; 圖4係第一實施例的平面圖; 圖5係根據本發明之LED裝置的第二實施例的前視 圖; 圖6係第二實施例的側視圖; -11 - (8) 1308730 圖7係第二實施例的平面圖; 圖8係指出根據本發明之LED裝置在X照射方向的 光方向的角範圍的圖; 圖9係指出根據本發明之LED裝置在Y照射方向的 光方向的角範圍的圖; 圖1 〇係設置根據本發明之光學偵測器的鈔票驗證器 的部分剖面圖。 【主要元件之符號說明】 1 :第一引線端 2 :第二引線端 3 :支架 4 ·接合區 5 : LED晶片 7 :塑膠封包 8 :圓柱透鏡 9 :背表面 1 0 : LED裝置 1 1 :底部 1 2 :中間件 14 :去角 15 :光 1 8 :圓柱形的表面 20 :通道 -12- (9) (9)1308730
2 1 :接線板 22 :光反射器 23 :光偵器 24 :框架 -13
Claims (1)
1308730 奸⑽次賴具, C^ " " mj 十、申請專利範圍 第95 1 1 3 002號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國97年8月 8日修正 1 · 一種用於鈔票驗證器之光學偵測器,供偵測形成於 該鈔票驗證器中之一通道(20)中的外來物體或鈔票,以透 過該通道(20)運送該鈔票, 該光學偵測器包含一接線板(2 1 )、一被安裝於該接線 板(21)上且配置於該通道(21)的其中之一側的LED裝置 (10),一配置於該通道(2〇)之另一側用以接收並反射來自 該 LED裝置(10)的光且經過該通道(20)的光反射器 (2 2),以及一安裝於該接線板(21)上用以接收反射於該光 反射器(22)上之光,以產生對應於被接收光的量的位準的 電氣信號之光偵測器(23), 該LED裝置(10)包含: 一第一引線端(1),具有一支架(3 ); 一第二引線端(2),具有一接合區(4); 一 LED晶片(5),安裝於該支架(3)且電氣連接到該支 架(3)及接合區(4);及 一光傳導塑膠封裝(7),用以密封該支架(3)、LED晶 片(5)及接合區(4); 該塑膠封裝(7)包含一配置在該LED晶片(5)對面之經 整合的圓柱透鏡(8),以便以在一第一照射方向(γ)上比在 一第二照射方向(Y)上較寬的方向角範圍將發射自該LED 1308730 年月曰修(更)正替換頁 - 一 晶片(5)的光從該塑膠封裝(7)照射出。 2 .如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學偵 測器,其中該LED晶片(5)係至少一選自發射紫外線、藍 色、黃色、綠色、紅色、近紅外線、紅外線及遠紅外線光 或結合的其中之一者的LED晶片的群體。 3. 如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學偵 測器,其中該塑膠封裝(7)包含:一底部(1 1),用以從一背 0 表面密封到該第一引線端(1)之該支架(3)的厚度中心;一 中間件(12),與該底部(1 1)整合以密封該LED晶片(5);及 該圓柱透鏡(8),與該LED晶片(5)前面的該中間件(12)整 合。 4. 如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學偵 測器,其中來自該LED晶片(5)的光波長係在780 nm到 1 3 00 nm之間的範圍內。 5 .如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學偵 φ 測器,其中該支架(3)係與該第一及第二引線端(1, 2)齊平 配置;及 該圓柱透鏡(8)的該第一照射方向(Y)係實質上與該第 一及第二引線端(1, 2)平行。 6.如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學偵 測器,其中該圓柱透鏡(8)的一橫切面係由至少部分選自 圓、橢圚及雙曲線或前述曲線之近似曲線或前述曲線之組 合的群組的曲線所形成。 7 ·如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學偵 1308730 ---- 年月曰修(更)正替換頁 « ________ _ _____ 測器,其中該圓柱透鏡(8)沿著該縱向中心自該塑膠封裝 (7)的頂到底端延伸。 8 ·如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學偵 測器,其中該第一照射方向(Y)係垂直的,及該第二照射 方向(X)是水平的。 9. 如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學偵 測器,其中該圓柱透鏡(8)係與該鈔票沿著該通道(20)的移 g 動方向垂直配置。 10. 如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學 偵測器’其中該圓柱透鏡(8)擴展在該垂直照射方向(Y)上 的光方向範圍。 11. 如申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學 偵測器’其中該光反射器(22)係只配置於該通道(20)之該 另一側。 1 2 · $π申請專利範圍第1項之用於鈔票驗證器之光學 _ 偵測器’進一步包含其中配置有接線板(21)的框架(24), 其中該LED裝置(10)自該框架(24)突出進入該通道(2〇) 內。
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