CN100523907C - 发光模块及其对准、组装方法 - Google Patents

Abstract

一种发光模块及其对准、组装方法，该发光模块包含壳座单元、固定在该壳座单元内的发光单元，及透镜单元。该壳座单元具有形成在一侧的开口。该透镜单元相对该发光单元架置在该壳座上且显露在该开口内。借此，组装时，该透镜单元由该开口穿置入该壳座单元，对准时，只须提取该透镜单元的中心位置重合于该发光单元至成像位置的中心位置，就可以完成光学对准，而能大幅提升组装时的精确性与方便性。

Description

发光模块及其对准、组装方法

技术领域

本发明涉及一种发光模块，特别涉及一种可投射光线的发光模块及其对准、组装方法。

背景技术

一般光学输出装置如打印机、复印机等，主要是利用发光模块投射光线成像于一个感光鼓上，使该感光鼓产生电荷来吸附碳粉，再将所吸附的碳粉转印至纸张上。而发光模块所使用的光源有激光及发光二极管阵列(light emitting device array)等。相较于传统激光输出装置而言，发光二极管阵列式输出装置具有体积小、打印速度快且成本低廉的优点。

参阅图1、图2，以一种使用发光二极管阵列为光源的发光模块1为例，包含壳座单元11、发光单元12及透镜单元13。该壳座单元11具有大致呈U型的外壳111，及沿Z轴方向架置在该外壳111上的基座112。该发光单元12沿该Z轴固定设置在该外壳111内，并具有沿X轴方向排列的多个发光组件121。该透镜单元13嵌置在该基座112上。借此，当前述发光组件121产生光线时，就可以透过该透镜单元13聚焦于成像位置2(如前述的感光鼓)。

由于该光线成像位置的精确度是决定前述光学输出装置分辨率的首要关键，因此，该发光单元12与该透镜单元13所需要的对准精度要求较高，目前是以人工的方式进行微幅调校的动作，以满足成像品质的需求，称为主动对准(Active Alignment)，主要是先将该外壳111、该基座112与该发光单元12预先组合为一体，然后，以外加电源驱动前述发光组件121产生光线，再利用电荷耦合器件(ChargeCoupled Device，CCD)于该成像位置2，观察光线经由该透镜单元13聚焦投射在该CCD上的光点大小(spot size)，最后，在该发光单元12与该CCD位置固定不动的情形下，以人工方式沿六个方向的自由度(X、Y、Z三轴的位移与旋转)调整该发光单元12与该透镜单元13的相对位置，直到达到最佳光学品质需求时，以封胶将该透镜单元13固定于该基座112，即完成对准与组装。然而，上述对准与组装方法具有下列缺点：

1.该发光模块1目前只能以人工方式进行三次元的对准，且调整时高达六个自由度(X、Y、Z三轴的位移与旋转)，每一发光模块1的组装与对准费时约20～25分钟，不但作业相当冗长、耗时且效率不佳，而不符合经济效益。

2.由于该透镜单元13进行六个自由度的对准时，需要复杂的六轴控制机构，且在测试时，必须配置可驱动该发光单元12发亮的控制模块，再加上对测量平台精度与稳定度的高要求，会大幅提升设备成本，使该发光模块1的成本居高不下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以利用自动化作业进行简化组装、对准流程的发光模块及其对准、组装方法。

本发明的特征在于：该发光模块包含发光单元、壳座单元及透镜单元。该发光单元具有沿光轴产生光线的至少一个光点，及通过该光点至成像位置的中心且垂直该光轴的第一中心线。该壳座单元是设置有该发光单元，并具有形成在一侧且沿该第一中心线延伸的开口。该透镜单元相对该发光单元架置在该壳座上且显露在该开口内，并具有通过中心且重合于该第一中心线的第二中心线，其中所述透镜单元的透镜具有渐变折射率且可聚焦光线，可以使该发光单元入射的光程相当于聚焦后折射至成像位置的光程。

本发明发光模块的对准方法，包含下列步骤：步骤1：沿该光轴方向提取该发光单元的光点位置，以及预设的成像位置，计算出该光点到该成像位置的总光程。步骤2：以该总光程的一半，划分出垂直该光轴的第一中心线。步骤3：沿该光轴方向提取该透镜单元的至少一第一端点与至少一第二端点，计算出透镜长度。步骤4：以该透镜长度的一半，划分出垂直该光轴的第二中心线。步骤5：组装该透镜单元与该壳座，且使该第二中心线重合于该第一中心线。

本发明发光模块的组装方法，包含下列步骤：步骤1：将该发光单元安装在该壳座单元内。步骤2：沿垂直该光轴的方向将该透镜单元由该壳座单元的开口穿置入该壳座单元内。步骤3：使该透镜单元的第二中心线重合于该第一中心线，并获得定位。

本发明的有益效果是能借由侧向组装的方式，及重合该第一、第二中心线的对准方法，降低设备成本，并提升组装、对准效率。

附图说明

图1是立体分解图，说明一般使用发光二极管阵列为光源的发光模块；

图2是剖视图，说明前述发光模块的组合情形；

图3是立体分解图，说明本发明发光模块的优选实施例；

图4是该优选实施例的组合剖视图；

图5是该优选实施例中总光程距离的示意图；

图6是MTF关系图；

图7是MTF关系图；

图8是该优选实施例MTF关系图；

图9是该优选实施例的对准、组装流程图；

图10是该优选实施例的第一组装立体图；

图11是该优选实施例前述组装立体图的剖视图；

图12是该优选实施例的第二组装立体图；

图13是该优选实施例的组合立体图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图3、图4，本发明发光模块的优选实施例包含：壳座单元3、发光单元4及透镜单元5。

该壳座单元3沿X轴方向延伸，并具有大致呈U形的外壳31、架置卡合在该外壳31上的基座32、贯穿该外壳31与该基座32二端部的二个定位件33，及盖板34。该外壳31具有形成在一侧且该X轴方向延伸的开口311。该基座32具有相互对合且界定出插槽321的第一对合件322与第二对合件323，该第二对合件323由该外壳31的开口311可拆卸地与该第一对合件322卡合。该盖板34可拆卸地封闭该外壳31的开口311。

该发光单元4是固定设置在该外壳31内，并具有沿该X轴排列且可朝Z轴(即光轴)方向发射光线的多数个光点41。前述光点41在本实施例分别是发光二极管。

该透镜单元5插置在该基座32第一、第二对合件322、323间的插槽321内，参阅图5，并具有沿该X轴排列的多个柱状透镜51。前述柱状透镜51具有渐变折射率且可聚焦光线，可以使该发光单元4入射的光程(物距)L0相当于聚焦后折射至成像位置的光程(像距)L0。而光线沿Z轴方向通过前述柱状透镜51的距离为透镜长度Z0，借此，可知前述光点41沿该Z轴方向的总光程距离TC＝2L0+Z0。

首先，在此必须阐明的是，在本技术领域中，该发光模块投射品质中最重要的性能指标称为MTF(％)，指数愈高，代表成像品质愈好。因此，参阅图5并配合图6～图8的MTF(Modulation Transfer Function)关系图(提取自SLA制造商NSG：NIPPON SHEET GLASS)，可以发现，只要物距(成像位置)改变(如图6)或该透镜单元5与该发光单元4的相对位置改变(如图7)，则MTF(％)指数多个就会急剧下降，也就是说，现有技术的主动对准(Active Alignment)作业，只要稍有偏移，就会影响MTF(％)指数。然而，参阅图5、图8，若能使1/2Z0在1/2TC的位置，则可允许TC在一定的距离内，MTF(％)指数都可以维持在几近稳定的范围值内。

以下即针对本发明优选实施例的对准方法及组装步骤说明如下：

步骤61：参阅图9、图10，将该发光单元4安装在该外壳31内，再将该基座32的第一对合件322卡固在该外壳31上，使该发光单元4的光点41与该插槽321显露在该外壳31的开口311内。

步骤62：参阅图9、图10及图11，以二电荷耦合器件(ChargeCoupled Device，CCD，图未示)透过该外壳31的开口311，沿该Z轴即光轴方向提取位于二侧的二光点41，及形成在前述定位件33的二成像位置参考点331。由于本发明是以前述定位件33做为组装时的基准，因此，前述成像位置参考点331与预设的成像位置9间具有预设光程ZPR，借此，可计算出该光点41至该成像位置9的总光程距离TC。

步骤63：以1/2TC划分出垂直该Z轴的第一中心线L1。

步骤64：参阅图9、图10，以二电荷耦合器件(Charge CoupledDevice，CCD，图未示)沿该Z轴即光轴方向提取该透镜单元5的二第一端点52与二第二端点53，计算出该透镜单元5的透镜长度Z0。

步骤65：参阅图9、图11及图12，以1/2Z0划分出垂直该Z轴的第二中心线L2。

步骤66：以自动取置机(图未示)吸取该透镜单元5沿Y轴方向通过该外壳31的开口311穿置入该基座32的插槽321内，使该透镜单元5的第二中心线L2重合于该第一中心线L1。

步骤67：参阅图9、图12，以粘胶预先粘结该透镜单元5与该基座32第一对合件322。

步骤68：由该外壳31的开口311，将该第二对合件323穿置入该外壳31内，且与该第一对合件322对合，使该透镜单元5稳固于该第一、第二对合件322间的插槽321内。

步骤69：以该盖板34封合该外壳31的开口311，完成对准及组装。

参阅图8、图11，借此，本发明可以使1/2Z0在1/2TC的位置，所以，不管TC的距离如何变化，MTF(％)指数都可以维持在几近稳定的范围值内，也就是说，本发明前述特殊的对准、组装方法，容许成像位置9与该发光单元4间有小幅度的误差，却仍然可以维持极佳的成像品质。

据上所述可知，本发明的发光模块及其对准、组装方法具有下列优点及功效：

1.该透镜单元5只需进行单纯拾取与置放(Pick&Place)的动作，因此，可以一般电子组件(SMT Pick & Place Machine)或晶粒(Die)取置机(SMT)于10秒钟以内完成对准与组装作业，不但能大幅减化对准、组装程序，缩减作业时间，且能有效提升生产效率，而能符合经济效益。

2.本发明不需要现有技术中主动对准(Active Alignment)作业所使用光学品质监控测量平台，且前述光点41也不需要被点亮，除了可以精简设备外，更能大幅降低设备成本，使本发明整体的成本更符合市场需求。

3.且本发明可以获得相当接近MTF(％)最高理论值的光学系统，有效提升光学特性，使得高分辨率的发光模块产品得以实现。

Claims (15)

1.一种发光模块的对准方法，该发光模块包含壳座单元、固定在该壳座单元内的发光单元，及透镜单元，其中所述透镜单元的透镜具有渐变折射率且可聚焦光线，可以使该发光单元入射的光程相当于聚焦后折射至成像位置的光程，该对准方法包含下列步骤：

步骤1：沿光轴方向提取该发光单元的至少一个光点，及以预设的成像位置，计算出该光点到该成像位置的总光程距离；

步骤2：以该总光程距离的一半，划分出垂直该光轴的第一中心线；

步骤3：沿该光轴方向提取该透镜单元的至少一第一端点与至少一第二端点，计算出透镜长度；

步骤4：以该透镜长度的一半，划分出垂直该光轴的第二中心线；及

步骤5：组装该透镜单元与该壳座，且使该第二中心线重合于该第一中心线。

2.如权利要求1所述的发光模块的对准方法，其特征在于，该步骤1与该步骤3是以至少一电荷耦合器件提取该光点、该成像位置参考点与该透镜单元第一、第二端点的图像。

3.如权利要求1所述的发光模块的对准方法，其特征在于，该步骤1是以形成在该壳座单元且与该成像位置具有一预设光程的至少一成像位置参考点，获知该成像位置参考点至该成像位置的距离。

4.如权利要求3所述的发光模块的对准方法，其特征在于，该成像位置参考点共有两点，其沿该第一中心线形成在该壳座二端部。

5.如权利要求1所述的发光模块的对准方法，其特征在于，该透镜单元的第一端点与第二端点分别共有二点，是沿该第二中心线形成在该透镜单元两端。

6.一种发光模块，其特征在于其包含：

发光单元，具有沿光轴产生光线的至少一个光点；

壳座单元，设置有该发光单元，该壳座单元并具有形成在一侧面的开口；

透镜单元，相对该发光单元架置在该壳座上且显露在该开口内，其中所述透镜单元的透镜具有渐变折射率且可聚焦光线，可以使该发光单元入射的光程相当于聚焦后折射至成像位置的光程；

第一中心线，透过该开口且沿该光轴方向将该光点至成像位置的中心划分而成；及

第二中心线，由该透镜单元长度的一半划分且垂直该光轴而成，该第二中心线是与该第一中心线重合。

7.如权利要求6所述的发光模块，其特征在于，该壳座单元具有设置该发光单元的外壳，及架置在该外壳上且夹置该透镜单元的基座。

8.如权利要求7所述的发光模块，其特征在于，该基座还具有形成在二端部的二定位件，前述定位件与该光线的成像位置间具有预设光程。

9.如权利要求7所述的发光模块，其特征在于，该壳座单元的开口形成在该外壳一侧，且该基座具有相互对合且界定出插槽的第一对合件与第二对合件，该透镜单元插置在该插槽内。

10.如权利要求9所述的发光模块，其特征在于，该基座的第二对合件是由该外壳的开口与该第一对合件卡合。

11.如权利要求6所述的发光模块，其特征在于，该壳座单元还具有封闭该开口的盖板。

12.如权利要求6所述的发光模块，其特征在于，该发光单元的光点是发光二极管。

13.如权利要求6所述的发光模块的组装方法，包含下列步骤：

步骤1：将该发光单元安装在该壳座单元内；

步骤2：沿垂直该光轴的方向将该透镜单元由该壳座单元的开口穿置入该壳座单元内；及

步骤3：使该透镜单元的第二中心线重合于该第一中心线，并获得定位。

14.如权利要求13所述的发光模块的组装方法，还包含有步骤2-1，该步骤2-1是在该透镜单元穿置入该壳座单元后，预先以粘胶固结该透镜单元与该壳座单元。

15.如权利要求13所述的发光模块的组装方法，其特征在于，该步骤2、3以自动取置机透过该壳座单元的开口观察、计算该发光单元与该透镜单元的相对位置，并取置该透镜单元。

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