CN1847008A

CN1847008A - 光学打印头及其使用方法

Info

Publication number: CN1847008A
Application number: CNA2005100641834A
Authority: CN
Inventors: 林勇杉
Original assignee: Lite On Technology Corp
Current assignee: Lite On Technology Corp
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2025-04-13
Also published as: CN100567009C

Abstract

一种光学打印头及其使用方法，其设置矩阵式聚光型微镜片组在光学打印头的二极管发光板与矩阵式自聚焦型微镜片组之间，以会聚二极管发光板产生的照射光线至矩阵式自聚焦型微镜片组中，通过增加进入矩阵式自聚焦型微镜片组中的光线强度，提升光耦合效率。

Description

光学打印头及其使用方法

技术领域

本发明关于一种光学打印头及其使用方法，特别是一种具有高光耦合效率的光学打印头及其使用方法。

背景技术

一般使用二极管发光板作为发光源的光学打印头，因为其光耦合效率不高，故需通过提高驱动电流，以使二极管发光板产生更高能量的照射光线，且二极管发光板工作时大约需要5～20A(依驱动电路设计而定)左右的工作电流，故于持续工作一段时间后，会产生温度过高的问题。

请参照图1A，其为现有技术光学打印头的光线行进示意图，图中上图为单列式自聚焦型微镜片组20的正面示意图，在此以沿单列式自聚焦型微镜片组20的A-A’线段的剖面并以图中下图作说明，当发光二极管10a产生照射光线17后，照射光线17随着距离增加而使部分的照射光线17散射至自聚焦型微镜片20a以外的区域，因此，只有部分的照射光线17进入自聚焦型微镜片20a中，如此的过程将导致光耦合效率降低，有些设计其光耦合效率甚至只有0.4217％，即若发光二极管10a产生1mw的光源能量，于经过自聚焦型微镜片20a后，接收端仅接收到0.004217mw的光源能量，可见一般光学打印头的光耦合效率非常差。

于是为了提升光耦合效率，如图1B所示，图中上图为双列式自聚焦型微镜片组21的正面示意图，在此以沿双列式自聚焦型微镜片组21的B-B’线段的剖面并以图中下图作说明，有些设计采用双列式自聚焦型微镜片组21，即使用具有上下两平行排列的自聚焦型微镜片21a，以增加光耦合面积，让照射光线17均能射入自聚焦型微镜片21a中，借以提升光耦合效率，然这种方式虽然可以让光耦合效率提升，但双列式自聚焦型微镜片组21的制作成本偏高，而另一种方式即为增加发光二极管10a的驱动电流，以让发光二极管10a产生更高的功率的光源能量，然这种方式虽可提高光耦合效率，但在提高驱动电流的同时，亦将使发光二极管10a温度上升(即上述的温度过高问题)，长久下来，将缩短发光二极管10a的使用寿命。

因此，如何能提供一种具有高光耦合率的光学打印头，并可降低发光二极管的驱动电流，以降低光学式打印头的工作温度，成为光学打印机的技术发展主流。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的优选具体实施例在于提供一种提升光耦效率的光学打印头及其使用方法，通过设置聚光型微镜片组于光学打印头中的二极管发光板与矩阵式自聚焦型微镜片组之间，借以让二极管发光板的照射光线投射于矩阵式自聚焦型微镜片组中，以提升光耦合效率，相对可降低的驱动电流，以降低二极管发光板工作温度。

因此，本发明所公开的光学打印头，包括：

二极管发光板，具有多个矩阵式排列的发光二极管，接收电压讯号驱动，以产生照射光线，其中照射光线依照行进路径可区分为主光束与散射光束。

聚光型微镜片组，设置于二极管发光板与矩阵式自聚焦型微镜片组之间的照射光线的光路上，使二极管发光板产生的照射光线通过聚光型微镜片组后，会聚其照射光线的行进路径，其中聚光型微镜片组的类型可为矩阵式或柱状式聚光型微镜片组，其材质为玻璃或压克力等其它透光性材质。

矩阵式自聚焦型微镜片组，具有多个对应发光二极管排列的自聚焦型微镜片，接收穿过聚光型微镜片组的照射光线，并均于成像于预定成像点上，其中矩阵式自聚焦型微镜片组可为单列式或双列式自聚焦型微镜片组，其材质为玻璃或压克力等其它透光性材质。

另外，本发明所公开的光学打印头的使用方法，系设置聚光型微镜片组于二极管发光板与自聚焦型微镜片组之间，包括下列步骤：

首先，驱动二极管发光板产生照射光线；通过聚光型微镜片组会聚照射光线的行进路径，以增加进入自聚焦型微镜片组中的光线数量；照射光线通过自聚焦型微镜片组后，均匀成像于预定成像点上。

借由这种光学打印头及其使用方法，让二极管发光板产生的照射光线可会聚其行进路径，并集中投射于矩阵式自聚焦型微镜片组中，以增加进入矩阵式自聚焦型微镜片组中的光线数量，而提升光耦合效率，相对地可降低二极管发光板的驱动电流，并降低光学打印头工作温度。

有关本发明的特征与实作，配合附图作最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1A为现有技术的光学打印头的光线行进路径示意图；

图1B为现有技术的光学打印头的光线行进路径示意图；

图2为本发明所述的光学打印机的系统结构示意图；

图3A为本发明所述的第一实施例的立体示意图；

图3B为本发明所述的第二实施例的立体示意图；

图4A为本发明所述的光学打印头的光线行进路径示意图；

图4B为本发明所述的光学打印头的光线行进路径示意图；

图5为本发明所述的步骤流程图；及

图6为本发明所述的仿真测试数据表。

主要组件符号说明

10 二极管发光板 10a 发光二极管

15 矩阵式聚光型微镜片组 15a 聚光型微镜片

16 柱状式聚光型微镜片组 16a 柱状曲面

17 照射光线

20 单列式自聚焦型微镜片组 20a 自聚焦型微镜片

21 双列式自聚焦型微镜片组 21a 自聚焦型微镜片

步骤100 驱动二极管发光板以产生照射光线

步骤101 通过聚光型微镜片组会聚照射光线的行进路径，以使照射光线投射于自聚焦型微镜片组中

步骤102 照射光线通过自聚焦型微镜片组后，均匀成像于预定成像点

具体实施方式

首先，请参照图2，其为本发明所述的光学式打印机的系统结构示意图，包括：感光鼓单元40、布电单元41、光学打印头单元42、显影单元43、转印单元44、纸张45、加热单元46及清除单元47。

感光鼓单元40，为光学式打印机中的核心模块，具有感光而改变导电性的特性，例如，于曝光过程后，感光鼓单元40即具有导电性，而未曝光的部分，即为绝缘体。

布电单元41，用以对感光鼓单元40的表层进行布电或消除静电，以于感光鼓单元40的表层产生一层静电荷，或消除感光鼓单元40表层的静电荷。

光学打印头单元42，接受驱动电流驱动而产生照射光线，用以对感光鼓单元40进行曝光过程，使感光鼓单元40表层的电位产生变化，以形成所需的影像图形，例如文字或图案。

显影单元43，用以涂布碳粉于感光鼓单元40的表层，使碳粉接触其表面后，因为电场关系而吸附于感光鼓单元40的表层上，以形成对应的影像图形。

转印单元44，用以将感光鼓单元40表层吸附的碳粉压印于纸张45上，其中纸张45于通过转印单元前会先进行布电，以吸附碳粉。

加热单元46，对纸张45上的碳粉加热，以使碳粉附着于纸张45上，如此便完成打印程序。

清除单元47，用以清除感光鼓单元40表层剩余的碳粉，以继续打印程序。

接下来，光学打印头42的说明如下，请参照图3A，其为本发明的第一实施例的立体示意图，包括：二极管发光板10、矩阵式聚光型微镜片组15及矩阵式自聚焦型微镜片组20。

二极管发光板10，具有多个矩阵式排列的发光二极管10a，接收电压或电流讯号驱动以产生照射光线，其产生的照射光线的光线波长约为740nm。

矩阵式聚光型(Convergent)微镜片组15，设置于二极管发光板10与矩阵式自聚焦型微镜片组20之间的照射光线的光路上，其一侧具有一平面，且平面朝向二极管发光板10，其另一侧面具有多个聚光型微镜片15a，且聚光型微镜片15a朝向矩阵式自聚焦型微镜片组20，而聚光型微镜片15a为半球形曲面构造，用以让二极管发光板10产生的照射光线从平面侧射入并由聚光型微镜片15a处射出，并使发光二极管10a的照射光线经过聚光型微镜片组15后，会聚其照射光线的散射角度，以让照射光线投射于指定区域范围内，而矩阵式聚光型微镜片组15的材质为玻璃或压克力等其它透光性材质。

矩阵式自聚焦(Selfoc)型微镜片组20，接收自矩阵式聚光型微镜片组15射出的照射光线，并让照射光线于镜片中进行绕射，以使照射光线均匀成像于预定成像点上，其中矩阵式自聚焦型微镜片组20具有单列式或双列式两种类型，其材质为玻璃或压克力等其它透光性材质，另外，设置的矩阵式聚光型微镜片组15，不影响原先二极管发光板10的位置与矩阵式自聚焦型微镜片组20的位置。

请参照图3B，其为本发明的第二实施例的立体示意图，包括：二极管发光板10、柱状式聚光型微镜片组16及矩阵式自聚焦型微镜片组20。

柱状式聚光型微镜片组16，设置于二极管发光板10与矩阵式自聚焦型微镜片组20之间的照射光线的光路上，其一侧面具有一平面，且平面朝向二极管发光板10，其一侧面具有一柱状曲面，且柱状曲面朝向矩阵式自聚焦型微镜片组20，用以让二极管发光板10产生的照射光线从平面侧射入并由柱状曲面16a处射出，并使发光二极管10a的照射光线经过聚光型微镜片组16后，会聚其照射光线的散射角度，借以让照射光线投射于指定区域范围内，而矩阵式聚光型微镜片组15的材质为玻璃或压克力等其它透光性材质。

矩阵式自聚焦型微镜片组20，接收自柱状式聚光型微镜片组16射出的照射光线，并让照射光线于镜片中进行绕射，以使照射光线均匀成像于预定成像点上，其中矩阵式自聚焦型微镜片组20具有单列式或双列式两种类型，其材质为玻璃或压克力等其它透光性材质，另外，设置的柱状式聚光型微镜片组16，不影响原先二极管发光板10的位置与矩阵式自聚焦型微镜片组20的位置。

请参照图4A，其为本发明的第一实施例的光线行进路线示意图，在光学打印头42中，设置一个矩阵式聚光型微镜片15a在发光二极管10a与自聚焦型微镜片组20之间的照射光线的光路径上，且邻近于发光二极管10a。

当发光二极管10a产生照射光线，而照射光线17于通过聚光型微镜片15a后，因为聚光型微镜片15a的镜面曲率关系，而会聚照射光线17的散射角度，借以增加进入自聚焦型微镜片组20中的光线数量，另外，请参照图4B，其为本发明的第二实施例的光线行进路线示意图，其照射光线路径偏移原理与第一实施例相同，在此不再赘述。

请参照图5，其为本发明的光学打印头的使用方法的步骤流程图，其设置聚光型微镜片组于二极管发光板与自聚焦型微镜片组之间的照射光线的光路上，并邻近于二极管发光板，其聚光型微镜片组的材质为玻璃或压克力等其它透光性材质，首先，驱动二极管发光板产生照射光线(步骤100)。

通过聚光型微镜片组会聚照射光线的行进路径(步骤101)，使照射光线投射至自聚焦型微镜片组，以增加进入自聚焦型微镜片组中的光线数量；于照射光线通过自聚焦型微镜片组后，均匀成像于预定成像点(例，成像于感光鼓)上(步骤102)。

请参照图6，其为本发明的仿真测试数据表，光学对象的设计使用Zemax软件，而测试仿真使用TracePro软件，其中矩阵式聚光型微镜片组的镜片直径(Diameter)为0.02mm，镜片厚度(Thickness)为0.01mm，镜片材质为玻璃(BK7)或压克力(PMMA)，而矩阵式自聚焦型微镜片组的镜片直径为0.6mm，镜片厚度为11.6666mm，由仿真数据可发现，同样的光源能量，并设置玻璃(BK7)材质的矩阵式聚光型微镜片组，可使原本光耦合率0.655％提升至1.927％，相当于提升2.944倍，若使用压克力(PMMA)材质的矩阵式聚光型微镜片组，亦可提升光耦合率至1.840％，相当于提升2.811倍。

另外，比较第2次与第4次的仿真数据可发现设置矩阵式聚光型微镜片组与单列式自具焦型微镜片组的光学打印头所得的光耦效率，比使用双列式自聚焦型微镜片组但不使用矩阵式聚光型微镜片组的光学打印头所得光耦合效率还高，因此，光耦合效率的提升将使接收端(例如感光鼓)接收的光线数量上升，相对于二极管发光板即无须借由增加驱动电流来产生更高能量的光源，换句话说，可降低二极管发光板的驱动电流，如此便可改善发光二极管工作时所产生的温升问题。

借由这种提升光耦合效率的光学打印头及其使用方法，让二极管发光板产生的照射光线穿过聚光型微镜片组后，聚集其照射光线并投射至矩阵式自聚焦型微镜片组中，以增加进入矩阵式自聚焦型微镜片组中的光线数量，并提高光耦合率，相对可使二体发光板的驱动电流降低，以降低光学打印头的工作温度。

虽然本发明以前述的优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围须视本说明书所附的权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种光学打印头，包括：

一二极管发光板，具有多个发光二极管，用以产生一照射光线；

一聚光型镜片组与一矩阵式自聚焦型镜片组，其中该聚光型镜片组设置于该二极管发光板与该矩阵式自聚焦型镜片组之间的该照射光线的光路上，会聚该发光二极管发出的该照射光线，该矩阵式自聚焦型镜片组接收穿过该聚光型微镜片组的该照射光线，并使该照射光线均匀成像于一预定成像点上。

2.根据权利要求1所述的光学打印头，其中该聚光型微镜片组为一矩阵式聚光型微镜片组。

3.根据权利要求2所述的光学打印头，其中该矩阵式聚光型微镜片组具有多个对应该发光二极管排列的聚光型微镜片。

4.根据权利要求3所述的光学打印头，其中该矩阵式聚光型微镜片的一侧具有一平面，且该平面朝向该二极管发光板，其另一侧面具有一半球形曲面，且该半球形曲面朝向该矩阵式自聚焦型镜片组。

5.根据权利要求1所述的光学打印头，其中该聚光型微镜片组为一柱状式聚光型微镜片组。

6.根据权利要求5所述的光学打印头，其中该柱状式聚光型微镜片组的一侧具有一平面，且该平面朝向该二极管发光板，其另一侧具有一柱状曲面，且该柱状曲面朝向该矩阵式自聚焦型镜片组。

7.根据权利要求1所述的光学打印头，其中该聚光型微镜片组为玻璃材质。

8.根据权利要求1所述的光学打印头，其中该聚光型微镜片组为压克力材质。

9.根据权利要求1所述的光学打印头，其中该矩阵式自聚焦型微镜片组具有多个对应该发光二极管排列的自聚焦型微镜片。

10.根据权利要求1所述的光学打印头，其中该矩阵式自聚焦型微镜片组为一单列式类型。

11.根据权利要求1所述的光学打印头，其中该矩阵式自聚焦型微镜片组为一双列式类型。