專利名稱：光學打印頭及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種光學打印頭及其使用方法，特別是一種具有高光耦合效率的光學打印頭及其使用方法。
背景技術：
一般使用二極管發(fā)光板作為發(fā)光源的光學打印頭，因為其光耦合效率不高，故需通過提高驅動電流，以使二極管發(fā)光板產(chǎn)生更高能量的照射光線，且二極管發(fā)光板工作時大約需要5～20A(依驅動電路設計而定)左右的工作電流，故于持續(xù)工作一段時間后，會產(chǎn)生溫度過高的問題。
請參照圖1A，其為現(xiàn)有技術光學打印頭的光線行進示意圖，圖中上圖為單列式自聚焦型微鏡片組20的正面示意圖，在此以沿單列式自聚焦型微鏡片組20的A-A’線段的剖面并以圖中下圖作說明，當發(fā)光二極管10a產(chǎn)生照射光線17后，照射光線17隨著距離增加而使部分的照射光線17散射至自聚焦型微鏡片20a以外的區(qū)域，因此，只有部分的照射光線17進入自聚焦型微鏡片20a中，如此的過程將導致光耦合效率降低，有些設計其光耦合效率甚至只有0.4217％，即若發(fā)光二極管10a產(chǎn)生1mw的光源能量，于經(jīng)過自聚焦型微鏡片20a后，接收端僅接收到0.004217mw的光源能量，可見一般光學打印頭的光耦合效率非常差。
于是為了提升光耦合效率，如圖1B所示，圖中上圖為雙列式自聚焦型微鏡片組21的正面示意圖，在此以沿雙列式自聚焦型微鏡片組21的B-B’線段的剖面并以圖中下圖作說明，有些設計采用雙列式自聚焦型微鏡片組21，即使用具有上下兩平行排列的自聚焦型微鏡片21a，以增加光耦合面積，讓照射光線17均能射入自聚焦型微鏡片21a中，借以提升光耦合效率，然這種方式雖然可以讓光耦合效率提升，但雙列式自聚焦型微鏡片組21的制作成本偏高，而另一種方式即為增加發(fā)光二極管10a的驅動電流，以讓發(fā)光二極管10a產(chǎn)生更高的功率的光源能量，然這種方式雖可提高光耦合效率，但在提高驅動電流的同時，亦將使發(fā)光二極管10a溫度上升(即上述的溫度過高問題)，長久下來，將縮短發(fā)光二極管10a的使用壽命。
因此，如何能提供一種具有高光耦合率的光學打印頭，并可降低發(fā)光二極管的驅動電流，以降低光學式打印頭的工作溫度，成為光學打印機的技術發(fā)展主流。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的問題，本發(fā)明的優(yōu)選具體實施例在于提供一種提升光耦效率的光學打印頭及其使用方法，通過設置聚光型微鏡片組于光學打印頭中的二極管發(fā)光板與矩陣式自聚焦型微鏡片組之間，借以讓二極管發(fā)光板的照射光線投射于矩陣式自聚焦型微鏡片組中，以提升光耦合效率，相對可降低的驅動電流，以降低二極管發(fā)光板工作溫度。
因此，本發(fā)明所公開的光學打印頭，包括二極管發(fā)光板，具有多個矩陣式排列的發(fā)光二極管，接收電壓訊號驅動，以產(chǎn)生照射光線，其中照射光線依照行進路徑可區(qū)分為主光束與散射光束。
聚光型微鏡片組，設置于二極管發(fā)光板與矩陣式自聚焦型微鏡片組之間的照射光線的光路上，使二極管發(fā)光板產(chǎn)生的照射光線通過聚光型微鏡片組后，會聚其照射光線的行進路徑，其中聚光型微鏡片組的類型可為矩陣式或柱狀式聚光型微鏡片組，其材質(zhì)為玻璃或壓克力等其它透光性材質(zhì)。
矩陣式自聚焦型微鏡片組，具有多個對應發(fā)光二極管排列的自聚焦型微鏡片，接收穿過聚光型微鏡片組的照射光線，并均于成像于預定成像點上，其中矩陣式自聚焦型微鏡片組可為單列式或雙列式自聚焦型微鏡片組，其材質(zhì)為玻璃或壓克力等其它透光性材質(zhì)。
另外，本發(fā)明所公開的光學打印頭的使用方法，系設置聚光型微鏡片組于二極管發(fā)光板與自聚焦型微鏡片組之間，包括下列步驟首先，驅動二極管發(fā)光板產(chǎn)生照射光線；通過聚光型微鏡片組會聚照射光線的行進路徑，以增加進入自聚焦型微鏡片組中的光線數(shù)量；照射光線通過自聚焦型微鏡片組后，均勻成像于預定成像點上。
借由這種光學打印頭及其使用方法，讓二極管發(fā)光板產(chǎn)生的照射光線可會聚其行進路徑，并集中投射于矩陣式自聚焦型微鏡片組中，以增加進入矩陣式自聚焦型微鏡片組中的光線數(shù)量，而提升光耦合效率，相對地可降低二極管發(fā)光板的驅動電流，并降低光學打印頭工作溫度。
有關本發(fā)明的特征與實作，配合附圖作最佳實施例詳細說明如下。


圖1A為現(xiàn)有技術的光學打印頭的光線行進路徑示意圖；圖1B為現(xiàn)有技術的光學打印頭的光線行進路徑示意圖；圖2為本發(fā)明所述的光學打印機的系統(tǒng)結構示意圖；圖3A為本發(fā)明所述的第一實施例的立體示意圖；圖3B為本發(fā)明所述的第二實施例的立體示意圖；圖4A為本發(fā)明所述的光學打印頭的光線行進路徑示意圖；圖4B為本發(fā)明所述的光學打印頭的光線行進路徑示意圖；圖5為本發(fā)明所述的步驟流程圖；及圖6為本發(fā)明所述的仿真測試數(shù)據(jù)表。
主要組件符號說明10 二極管發(fā)光板 10a 發(fā)光二極管15 矩陣式聚光型微鏡片組 15a 聚光型微鏡片16 柱狀式聚光型微鏡片組 16a 柱狀曲面17 照射光線20 單列式自聚焦型微鏡片組 20a 自聚焦型微鏡片21 雙列式自聚焦型微鏡片組 21a 自聚焦型微鏡片步驟100 驅動二極管發(fā)光板以產(chǎn)生照射光線步驟101 通過聚光型微鏡片組會聚照射光線的行進路徑，以使照射光線投射于自聚焦型微鏡片組中步驟102 照射光線通過自聚焦型微鏡片組后，均勻成像于預定成像點具體實施方式
首先，請參照圖2，其為本發(fā)明所述的光學式打印機的系統(tǒng)結構示意圖，包括感光鼓單元40、布電單元41、光學打印頭單元42、顯影單元43、轉印單元44、紙張45、加熱單元46及清除單元47。
感光鼓單元40，為光學式打印機中的核心模塊，具有感光而改變導電性的特性，例如，于曝光過程后，感光鼓單元40即具有導電性，而未曝光的部分，即為絕緣體。
布電單元41，用以對感光鼓單元40的表層進行布電或消除靜電，以于感光鼓單元40的表層產(chǎn)生一層靜電荷，或消除感光鼓單元40表層的靜電荷。
光學打印頭單元42，接受驅動電流驅動而產(chǎn)生照射光線，用以對感光鼓單元40進行曝光過程，使感光鼓單元40表層的電位產(chǎn)生變化，以形成所需的影像圖形，例如文字或圖案。
顯影單元43，用以涂布碳粉于感光鼓單元40的表層，使碳粉接觸其表面后，因為電場關系而吸附于感光鼓單元40的表層上，以形成對應的影像圖形。
轉印單元44，用以將感光鼓單元40表層吸附的碳粉壓印于紙張45上，其中紙張45于通過轉印單元前會先進行布電，以吸附碳粉。
加熱單元46，對紙張45上的碳粉加熱，以使碳粉附著于紙張45上，如此便完成打印程序。
清除單元47，用以清除感光鼓單元40表層剩余的碳粉，以繼續(xù)打印程序。
接下來，光學打印頭42的說明如下，請參照圖3A，其為本發(fā)明的第一實施例的立體示意圖，包括二極管發(fā)光板10、矩陣式聚光型微鏡片組15及矩陣式自聚焦型微鏡片組20。
二極管發(fā)光板10，具有多個矩陣式排列的發(fā)光二極管10a，接收電壓或電流訊號驅動以產(chǎn)生照射光線，其產(chǎn)生的照射光線的光線波長約為740nm。
矩陣式聚光型(Convergent)微鏡片組15，設置于二極管發(fā)光板10與矩陣式自聚焦型微鏡片組20之間的照射光線的光路上，其一側具有一平面，且平面朝向二極管發(fā)光板10，其另一側面具有多個聚光型微鏡片15a，且聚光型微鏡片15a朝向矩陣式自聚焦型微鏡片組20，而聚光型微鏡片15a為半球形曲面構造，用以讓二極管發(fā)光板10產(chǎn)生的照射光線從平面?zhèn)壬淙氩⒂删酃庑臀㈢R片15a處射出，并使發(fā)光二極管10a的照射光線經(jīng)過聚光型微鏡片組15后，會聚其照射光線的散射角度，以讓照射光線投射于指定區(qū)域范圍內(nèi)，而矩陣式聚光型微鏡片組15的材質(zhì)為玻璃或壓克力等其它透光性材質(zhì)。
矩陣式自聚焦(Selfoc)型微鏡片組20，接收自矩陣式聚光型微鏡片組15射出的照射光線，并讓照射光線于鏡片中進行繞射，以使照射光線均勻成像于預定成像點上，其中矩陣式自聚焦型微鏡片組20具有單列式或雙列式兩種類型，其材質(zhì)為玻璃或壓克力等其它透光性材質(zhì)，另外，設置的矩陣式聚光型微鏡片組15，不影響原先二極管發(fā)光板10的位置與矩陣式自聚焦型微鏡片組20的位置。
請參照圖3B，其為本發(fā)明的第二實施例的立體示意圖，包括二極管發(fā)光板10、柱狀式聚光型微鏡片組16及矩陣式自聚焦型微鏡片組20。
二極管發(fā)光板10，具有多個矩陣式排列的發(fā)光二極管10a，接收電壓或電流訊號驅動以產(chǎn)生照射光線，其產(chǎn)生的照射光線的光線波長約為740nm。
柱狀式聚光型微鏡片組16，設置于二極管發(fā)光板10與矩陣式自聚焦型微鏡片組20之間的照射光線的光路上，其一側面具有一平面，且平面朝向二極管發(fā)光板10，其一側面具有一柱狀曲面，且柱狀曲面朝向矩陣式自聚焦型微鏡片組20，用以讓二極管發(fā)光板10產(chǎn)生的照射光線從平面?zhèn)壬淙氩⒂芍鶢钋?6a處射出，并使發(fā)光二極管10a的照射光線經(jīng)過聚光型微鏡片組16后，會聚其照射光線的散射角度，借以讓照射光線投射于指定區(qū)域范圍內(nèi)，而矩陣式聚光型微鏡片組15的材質(zhì)為玻璃或壓克力等其它透光性材質(zhì)。
矩陣式自聚焦型微鏡片組20，接收自柱狀式聚光型微鏡片組16射出的照射光線，并讓照射光線于鏡片中進行繞射，以使照射光線均勻成像于預定成像點上，其中矩陣式自聚焦型微鏡片組20具有單列式或雙列式兩種類型，其材質(zhì)為玻璃或壓克力等其它透光性材質(zhì)，另外，設置的柱狀式聚光型微鏡片組16，不影響原先二極管發(fā)光板10的位置與矩陣式自聚焦型微鏡片組20的位置。
請參照圖4A，其為本發(fā)明的第一實施例的光線行進路線示意圖，在光學打印頭42中，設置一個矩陣式聚光型微鏡片15a在發(fā)光二極管10a與自聚焦型微鏡片組20之間的照射光線的光路徑上，且鄰近于發(fā)光二極管10a。
當發(fā)光二極管10a產(chǎn)生照射光線，而照射光線17于通過聚光型微鏡片15a后，因為聚光型微鏡片15a的鏡面曲率關系，而會聚照射光線17的散射角度，借以增加進入自聚焦型微鏡片組20中的光線數(shù)量，另外，請參照圖4B，其為本發(fā)明的第二實施例的光線行進路線示意圖，其照射光線路徑偏移原理與第一實施例相同，在此不再贅述。
請參照圖5，其為本發(fā)明的光學打印頭的使用方法的步驟流程圖，其設置聚光型微鏡片組于二極管發(fā)光板與自聚焦型微鏡片組之間的照射光線的光路上，并鄰近于二極管發(fā)光板，其聚光型微鏡片組的材質(zhì)為玻璃或壓克力等其它透光性材質(zhì)，首先，驅動二極管發(fā)光板產(chǎn)生照射光線(步驟100)。
通過聚光型微鏡片組會聚照射光線的行進路徑(步驟101)，使照射光線投射至自聚焦型微鏡片組，以增加進入自聚焦型微鏡片組中的光線數(shù)量；于照射光線通過自聚焦型微鏡片組后，均勻成像于預定成像點(例，成像于感光鼓)上(步驟102)。
請參照圖6，其為本發(fā)明的仿真測試數(shù)據(jù)表，光學對象的設計使用Zemax軟件，而測試仿真使用TracePro軟件，其中矩陣式聚光型微鏡片組的鏡片直徑(Diameter)為0.02mm，鏡片厚度(Thickness)為0.01mm，鏡片材質(zhì)為玻璃(BK7)或壓克力(PMMA)，而矩陣式自聚焦型微鏡片組的鏡片直徑為0.6mm，鏡片厚度為11.6666mm，由仿真數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，同樣的光源能量，并設置玻璃(BK7)材質(zhì)的矩陣式聚光型微鏡片組，可使原本光耦合率0.655％提升至1.927％，相當于提升2.944倍，若使用壓克力(PMMA)材質(zhì)的矩陣式聚光型微鏡片組，亦可提升光耦合率至1.840％，相當于提升2.811倍。
另外，比較第2次與第4次的仿真數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)設置矩陣式聚光型微鏡片組與單列式自具焦型微鏡片組的光學打印頭所得的光耦效率，比使用雙列式自聚焦型微鏡片組但不使用矩陣式聚光型微鏡片組的光學打印頭所得光耦合效率還高，因此，光耦合效率的提升將使接收端(例如感光鼓)接收的光線數(shù)量上升，相對于二極管發(fā)光板即無須借由增加驅動電流來產(chǎn)生更高能量的光源，換句話說，可降低二極管發(fā)光板的驅動電流，如此便可改善發(fā)光二極管工作時所產(chǎn)生的溫升問題。
借由這種提升光耦合效率的光學打印頭及其使用方法，讓二極管發(fā)光板產(chǎn)生的照射光線穿過聚光型微鏡片組后，聚集其照射光線并投射至矩陣式自聚焦型微鏡片組中，以增加進入矩陣式自聚焦型微鏡片組中的光線數(shù)量，并提高光耦合率，相對可使二體發(fā)光板的驅動電流降低，以降低光學打印頭的工作溫度。
雖然本發(fā)明以前述的優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何業(yè)內(nèi)人士，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍須視本說明書所附的權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種光學打印頭，包括一二極管發(fā)光板，具有多個發(fā)光二極管，用以產(chǎn)生一照射光線；一聚光型鏡片組與一矩陣式自聚焦型鏡片組，其中該聚光型鏡片組設置于該二極管發(fā)光板與該矩陣式自聚焦型鏡片組之間的該照射光線的光路上，會聚該發(fā)光二極管發(fā)出的該照射光線，該矩陣式自聚焦型鏡片組接收穿過該聚光型微鏡片組的該照射光線，并使該照射光線均勻成像于一預定成像點上。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學打印頭，其中該聚光型微鏡片組為一矩陣式聚光型微鏡片組。
3.根據(jù)權利要求2所述的光學打印頭，其中該矩陣式聚光型微鏡片組具有多個對應該發(fā)光二極管排列的聚光型微鏡片。
4.根據(jù)權利要求3所述的光學打印頭，其中該矩陣式聚光型微鏡片的一側具有一平面，且該平面朝向該二極管發(fā)光板，其另一側面具有一半球形曲面，且該半球形曲面朝向該矩陣式自聚焦型鏡片組。
5.根據(jù)權利要求1所述的光學打印頭，其中該聚光型微鏡片組為一柱狀式聚光型微鏡片組。
6.根據(jù)權利要求5所述的光學打印頭，其中該柱狀式聚光型微鏡片組的一側具有一平面，且該平面朝向該二極管發(fā)光板，其另一側具有一柱狀曲面，且該柱狀曲面朝向該矩陣式自聚焦型鏡片組。
7.根據(jù)權利要求1所述的光學打印頭，其中該聚光型微鏡片組為玻璃材質(zhì)。
8.根據(jù)權利要求1所述的光學打印頭，其中該聚光型微鏡片組為壓克力材質(zhì)。
9.根據(jù)權利要求1所述的光學打印頭，其中該矩陣式自聚焦型微鏡片組具有多個對應該發(fā)光二極管排列的自聚焦型微鏡片。
10.根據(jù)權利要求1所述的光學打印頭，其中該矩陣式自聚焦型微鏡片組為一單列式類型。
11.根據(jù)權利要求1所述的光學打印頭，其中該矩陣式自聚焦型微鏡片組為一雙列式類型。
全文摘要
一種光學打印頭及其使用方法，其設置矩陣式聚光型微鏡片組在光學打印頭的二極管發(fā)光板與矩陣式自聚焦型微鏡片組之間，以會聚二極管發(fā)光板產(chǎn)生的照射光線至矩陣式自聚焦型微鏡片組中，通過增加進入矩陣式自聚焦型微鏡片組中的光線強度，提升光耦合效率。
文檔編號H01L33/00GK1847008SQ20051006418
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月13日 優(yōu)先權日2005年4月13日
發(fā)明者林勇杉 申請人:光寶科技股份有限公司