CN120080650A 一种盲文打印装置 （温州医科大学附属眼视光医院）

地址325027浙江省温州市鹿城区学院西(72)发明人徐良德郑泳祥张国思王宏有限公司11736B41J3/32(2006.01)B41M3/16(2006.01)据激光点阵指令精确控制激光器阵列模块中每盲文数据数据处理模块控制模块2激光器阵列模块：由N*M个激光器组成，每个激光器均可独立控制，用于发射光束，对热敏材料进行选择性加热；N、M均为大于等于1的自然数；热敏材料模块：位于激光器阵列模块下方，用于接收光束并产生相应的物理或化学变数据处理模块：用于接收盲文数据，并将接收到的盲文数据转换为盲文点阵的激光点阵指令；控制模块：根据激光点阵指令精确控制激光器阵列模块中每个激光器的开关状态和功率输出；控制模块还包括凸点质控单元、激光焦点质控单元；凸点质控单元包括用于检测盲文凸点高度的光学传感器；激光焦点质控单元包括用于检测每束激光焦点位置的成像传感2.根据权利要求1所述的盲文打印装置，其特征在于，所述激光焦点质控单元还包括用于测量纸张厚度的激光测距传感器、检测纸张湿度的湿度传感器。3.根据权利要求1所述的盲文打印装置，其特征在于，所述激光器阵列模块的数量为1-864中的任一个或几个；N为1-27中的任一个或几个，M为1-32中的任一个或几个。4.根据权利要求3所述的盲文打印装置，其特征在于，所述单个激光器阵列模块内包括3行*2列的6个激光点；每个激光点由驱动电路独立控制；单个激光器阵列模块内激光点的排列方式包括：点距为2.2-2.8mm;当M大于1时，左右相邻激光器阵列模块之间的方距为3.5-4mm;当N大于1时，上下相邻激光器阵列模块之间的行距为≥5mm。5.根据权利要求3所述的盲文打印装置，其特征在于，所述激光器为激光二极管或垂直腔面发射激光器。6.根据权利要求1所述的盲文打印装置，其特征在于，所述装置还包括与激光器一一对应的微透镜，微透镜的光轴与激光器的发光中心精确对准，以确保光束能够以最佳状态通过微透镜进行准直；微透镜采用硅基微透镜，实现光束准直，确保每束激光的焦点精确落在7.根据权利要求6所述的盲文打印装置，其特征在于，所述装置还包括高导热材料基底，高导热材料基底背面设置有微型散热片或微型热电制冷模块。8.根据权利要求3所述的盲文打印装置，其特征在于，所述装置还包括用于负责材料的移动和定位，确保激光束能够在正确的位置进行加热的机械传动模块。9.根据权利要求1所述的盲文打印装置，其特征在于，所述将接收到的盲文数据转换为盲文点阵的激光点阵指令包括：根据盲文数据排布，获取盲文数据对应的凸点点位位置坐标；根据所述凸点点位位置坐标，生成并向所述控制模块下发控制指令；控制模块根据控制指令向控制激光器模块中对应激光点的开关提供导通信号，控制相对应的开关打开。10.一种盲文打印方法，其特征在于，所述盲文打印方法应用于如权利要求1-9任一项所述的盲文打印装置中，所述盲文打印方法包括：S101,获取盲文数据；S102,根据所述盲文数据中对应的凸点点位位置坐标，将其转换为盲文点阵的激光点阵指令；S103,根据所述激光点阵指令，生成并下发相应的控制指令，使热敏材料与所述激光点3对应的点位位置凸起。4技术领域背景技术觉感知的文字。盲文图书的一页大概有1000到2000个盲文凸点。盲文的基本组成单位是盲方或者盲符，每个盲方有6个点位，分布在三行两列的矩阵上，根据相应的点位上是否有凸点来代表不同的盲方。盲方根据“国家盲文[0003]目前流通的盲文图书数量还较少，无法满足盲人朋友的阅读需求。一部分原因是因为现有的盲文打印机多采用逐字打印模式，通过单个或多个针头依次击打纸张形成盲文点，然而这种技术存在效率低下、机械复杂度高和材料浪费等问题。逐字打印速度慢，难以满足大批量盲文印刷需求(如教材、公共标识等),并且针头频繁移动易导致机械磨损，维护成本较高。同时，逐行打印需反复调整纸张位置，容易造成定位误差和材料损耗。尽管最接近的现有技术为多针头盲文打印机，但其仍受限于单行或小范围并行打印(通常仅支持单行几十方),无法实现大规模并行输出。例如：申请号为202210934947.4的专利“一种电磁驱动式盲文显示装置”,其打印效率受限于机械运动，无法实现高速打号为201911089280.7的专利“一种携便电磁式点阵盲文便签打印装置”,主要适用于便签类小篇幅盲文打印，无法满足教材、书籍等较大篇幅的盲文印刷需求。上述打印机均是基于电发明内容[0004]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种盲文打印装置；本发明能够结合高速打印、非接触式技术以及大范围并行输出的盲文打印解决方案，以克服现有技术的不足。[0005]本申请第一方面公开一种盲文打印装置，装置[0007]热敏材料模块：位于激光器阵列模块下方，用于接收光束并产生相应的物理或化学变化；[0008]数据处理模块：用于接收盲文数据，并将接收到的盲文数据转换为盲文点阵的激光点阵指令；[0009]控制模块：根据激光点阵指令精确控制激光器阵列模块中每个激光器的开关状态和功率输出；控制模块还包括凸点质控单元、激光焦点质控单元；凸点质控单元包括用于检测盲文凸点高度的光学传感器；激光焦点质控单元包括用于检测每束激光焦点位置的成像传感器。5[0010]在一些实施例中，激光器阵列模块的数量为1-864中的任一个或几个；N为1-27中[0011]在一些实施例中，单个激光器阵列模块内包括3行*2列的6个激光点；每个激光点由驱动电路独立控制，用于形成凸点。单个激光器阵列模块内激光点的排列方式包括：点距[0012]在一些实施例中，激光器为激光二极管或垂直腔面发射激光器，以确保高密度激光器阵列中，每个激光器的位置误差极小。[0013]在一些实施例中，装置还包括与激光器一一对应的微透镜，微透镜的光轴与激光器的发光中心精确对准，以确保光束能够以最佳状态通过微透镜进行准直。微透镜采用硅基微透镜，实现光束准直，确保每束激光的焦点精确落在目标位置。可选的，微透镜与激光[0014]在一些实施例中，装置还包括高导热材料基底，高导热材料基底背面设置有微型散热片或微型热电制冷模块(TEC),例如铝氮化物基板。[0015]在一些实施例中，装置还包括用于负责材料的移动和定位，确保光束能够在正确的位置进行加热的机械传动模块。[0016]在一些实施例中，将接收到的盲文数据转换为盲文点阵的激光点阵指令包括：根据盲文数据排布，获取盲文数据对应的凸点点位位置坐标；根据凸点点位位置坐标，生成并向控制模块下发控制指令；控制模块根据控制指令向控制激光器模块中对应激光点的开关提供导通信号，控制相对应的开关打开。[0017]本申请第二方面公开一种盲文打印方法，盲文打印方法应用于本申请第一方面的[0018]S101,获取盲文数据；[0019]S102,根据盲文数据中对应的凸点点位位置坐标，将其转换为盲文点阵的激光点阵指令；[0020]S103,根据激光点阵指令，生成并下发相应的控制指令，使热敏材料与激光点对应的点位位置凸起。[0021]本申请具有以下有益效果：1.本申请创新性的公开一种无接触式盲文打印装置，利用微型化激光器阵列，通过红外激光对预涂热膨胀层的热敏材料进行短时、低能量照射，使涂层的微胶囊局部升温膨胀，从而形成凸点。每个激光点独立工作，阵列控制系统根据输入数据选择性地激活激光点，形成目标盲文。[0022]2.效率飞跃。打印篇幅大且高速，单次完成864方盲文打印，速度较机械针头大幅提升。[0024]4.高精度与一致性。超高精度，激光定位精度高，激光能量闭环控制确保凸点高度误差较低。[0025]5.低成本。微型激光器与标准热敏材料降低整体成本。6附图说明[0027]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附[0028]图1是本发明实施例提供的打印装置结构框图；[0029]图2是本发明实施例提供的激光阵列布局图；[0030]图3是本发明实施例提供的激光阵列排布方式图。具体实施方式[0031]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，以下通过特定的具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0032]在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可[0033]如图1所示，本申请第一方面公开一种盲文打印装置，装置包括：激光器阵列模块：[0034]热敏材料模块：位于激光器阵列模块下方，包含可响应激光加热的热敏材料，用于接收光束并产生相应的物理或化学变化；数据处理模块：用于接收盲文数据，并将接收到的盲文数据转换为盲文点阵的激光点阵指令；控制模块：根据激光点阵指令精确控制激光器阵列模块中每个激光器的开关状态和功率输出；控制模块还包括凸点质控单元、激光焦点质控单元；凸点质控单元包括用于检测盲文凸点高度的光学传感器；激光焦点质控单元包括用于检测每束激光焦点位置的成像传感器。其中，激光器阵列模块的功能为：激光器作为核心能量源，能够发射高能量密度的激光束，用于精确加热盲文专用材料。激光器阵列模块的特点为：激光器具有高方向性、单色性和能量集中性，能够实现精准的温度控制，从而在盲文专用材料上形成微小的高温区域。热敏材料模块的功能：热敏材料是盲文打印的承载体，通常为特殊涂层材料，在激光加热后会发生物理或化学变化，形成凸起的盲文点。热敏材料模块的特点：热敏材料需具备高灵敏度和耐久性，以确保盲文点的清晰度和持久性。盲文凸点高度标准在0.2-0.5mm之间；激光焦点质控单元包括用于检测每束激光焦点位置的7个激光点的脉冲宽度、功率和焦点位置，在打印过程中采用动态能量调控机制，确保打印精度。[0035]在一些更具体的实施例中，控制模块用于控制激光器的能量输出、热敏材料的移[0036]在一些实施例中，激光焦点质控单元还包括用于测量纸张厚度的激光干涉激光测距传感器动态调整激光焦距，确保焦点始终位于热敏材料的最佳焦平面、检测纸张湿度的湿度传感器。在一些更具体的实施例中，热敏材料为盲文纸。[0037]在一些实施例中，激光器阵列模块的数量为1-864中的任一个或几个；N为1-27中[0038]在一些实施例中，单个激光器阵列模块内包括3行*2列的6个激光点；每个激光点由驱动电路独立控制，用于形成凸点。单个激光器阵列模块内激光点的排列方式包括：点距[0039]在一些实施例中，当M大于1时，左右相邻激光器阵列模块之间的方距为3.5-4mm,优选4mm;当N大于1时，上下相邻激光器阵列模块之间的行距为≥5mm,优选5mm;在一些更具阵列模块的数量为27*32=864个，对应激光点数量为5184.如图2和图3所示。[0040]在一些实施例中，激光器为激光二极管或垂直腔面发射激光器，以确保高密度激光器阵列中，每个激光器的位置误差极小。激光器阵列是由多个激光器发光点排列而成的激光器，核心是利用半导体材料(如砷化镓)制成的激光器，通过电流注入实现激光输出。VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列是由多个VCSEL单元组成的单片阵列，可以是线性好欧二维结构，每个VCSEL单元通过垂直腔结构输出圆形光束，并支持高速调制，适用于短距离高速数据通信和光学传感器。激光器，具有以下特点：垂直腔结构：由上下两个分布式布拉格反射镜(DBR)和中间的活性导体材料，确保高效的光电转换和稳定性。[0042]在一些实施例中，装置还包括与激光器一一对应的微透镜，微透镜的光轴与激光器的发光中心精确对准，以确保光束能够以最佳状态通过微透镜进行准直。微透镜采用硅基微透镜，实现光束准直，确保每束激光的焦点精确落在目标位置。可选的，微透镜与激光器芯片一体化封装，减少装配误差。其中，微透镜的主要作用是修正光束的发散角，将发散的光束转换为平行光束(准直光束),有助于提高光束的指向性和聚焦性能，从而提升打印精度和效率。二极管是光束的发射源，通常二极管在快舟(垂直于发光面)和慢轴(平行于发光面)方向上的发散角差异很大，因此需要通过微透镜补偿。微透镜与二极管的位置关系：相对位置：微透镜通常被安装在激光器的发光孔前方，通过光学胶粘合或精密机械固定，确保光束从二极管发出后能够直接通过微透镜。微透镜的光轴需要与激光器的发光中心精确8对准，以确保光束能够以最佳状态通过微透镜进行准直。关键参数：焦距：微透镜的焦距需要根据二极管的发散角进行选择。对于快轴方向(发散角较大),微透镜的焦距较短；对于慢轴方向(发散角较小),微透镜的焦距较长。数值孔径(NA):微透镜的数值孔径需要与二极管光束的特性匹配，以确保光束能够被有效准直。透镜形状：微透镜的形状(如柱面微透镜或球面微透镜)也会影响光束的准直效果。通常，柱面微透镜用于补偿快轴和慢轴的发散角差异。[0043]在一些实施例中，装置还包括高导热材料基底，高导热材料基底背面设置有微型散热片或微型热电制冷模块(TEC),例如铝氮化物基板；激光阵列的定义为：由多个激光发射单元组成的集合，用于精确控制打印过程中的光束分布和能量输出。基底的定义：打印过程中用于承载打印材料(如墨水、油墨或功能材料)的底层材料，其特性直接影响打印效果。激光阵列和基底之间的具体位置关系：相对位置：激光阵列通常位于打印设备的上部或侧面，通过光学系统(如透镜、反射镜等)将光束聚焦到基底表面。基底固定在打印平台或基底托架上，位于激光阵列的下方或对面，确保光束能够精确照射到基底的指定位置。位置关系的影响：激光阵列与基底之间的距离需要精确校准，以确保光束能够聚焦到基底的表面，避免因距离不当导致的光束扩散或能量损失。基底的水平度和稳定性直接影响打印精度。如果基底不平整或移动，会导致打印图案失真或模糊。[0044]在一些实施例中，装置还包括用于负责材料的移动和定位，确保激光束能够在正确的位置进行加热的机械传动模块。机械传动模块的组成一般包括步进电机、导轨、传动带[0045]在一些实施例中，将接收到的盲文数据转换为盲文点阵的激光点阵指令包括：根据盲文数据排布，获取盲文数据对应的凸点点位位置坐标；根据凸点点位位置坐标，生成并向控制模块下发控制指令；控制模块根据控制指令向控制激光器模块中对应激光点的开关提供导通信号，控制相对应的开关打开。[0046]在一些实施例中，装置还包括用于获取图像信息的摄像头和/或用于获取语音信息的传声器。[0047]本申请第二方面公开一种盲文打印方法，盲文打印方法应用于本申请第一方面的传声器获取语音信息。[0049]S102,根据盲文数据中对应的凸点点位位置坐标，将其转换为盲文点阵的激光点阵指令；[0050]S103,根据激光点阵指令，生成并下发相应的控制指令，使热敏材料与激光点对应的点位位置凸起。[0052]1.多光束激光阵列设计。如图2所示，采用微型化激光器阵列(81×64矩阵，27行×32方，共5184个激光点),每个激光点独立可控，用于形成凸点，可一次性形成864方盲文阵列。激光波长选择红外波段，适配热敏涂层材料(微胶囊热膨胀层),仅需短时低能量照射即可触发局部膨胀形成凸点。9点。由于盲符的尺寸参数要求为点距2.2-2.8mm,方距3.5-4mm,行距≥5mm,因此激光器直接的间距设计如图2所示，点距2.5mm,方距4mm,行距5mm。[0054]每方激光阵列为一个模块(6个激光点为一个模块),每个模块内的激光点具有独立控制和驱动电路。采用VCSEL(垂直腔面发射激光器)为激光光源，因为其具有平面化、易[0055](2)微型化过程中克服的难点①制造高密度激光器阵列时，需要确保每个激光器[0056]②高密度排布容易导致光束散射或重叠利用硅基微透镜阵列，实现光束准直，确保每束激光的焦点精确落在目标位置。微透镜与激光器一一对应，与激光芯片一体化封装，减少装配误差。[0057]③高密度激光器在工作时会产生热量，微型化设计中散热难度增加。使用高导热材料(铝氮化物基板)作为激光阵列的基底。在阵列背面设计微型散热片或微型热电制冷模块(TEC),结合主动散热和被动散热技术。[0058]④激光焦点偏移影响打印精度，需进行实时检测和校正。高密度VCSEL阵列的光束可能存在制造误差、微透镜装配误差和热膨胀引起的焦点漂移，导致盲文点阵不均匀。[0059]针对上述难点，创新性地引入激光质控环节，通过根据凸点高度、纸张厚度和湿度、焦点位置等实时反馈和调节激光点阵中的脉冲宽度和功率的标准，使得盲文凸点高度适中符合标准，焦点始终位于正确位置，保证了打印精度、打印速度和打印效率，实现高速[0060](3)工作原理和过程工作原理：系统利用微型化激光器阵列，通过红外激光对预涂热膨胀层的热敏材料进行短时、低能量照射，使涂层的微胶囊局部升温膨胀，从而形成凸点。每个激光点独立工作，阵列控制系统根据输入数据选择性地激活激光点，形成目标盲[0061]工作过程：①数据输入。用户通过计算器输入盲文点阵图形。控制系统将盲文数据解析为激光点的开关指令。[0062]②阵列驱动。根据激光点开关指令，控制系统激活对应的激光器。激光器发射短脉[0063]③盲文形成。激光照射预涂热膨胀层的热敏材料，涂层中的微胶囊局部升温，膨胀形成凸点。一次性完成864方盲文点阵的生成。[0065]2.动态能量调控机制。软件将盲文数据映射为激光点阵，通过光学传感器检测凸点高度、激光测距仪测量材料厚度、湿度传感器测量材料湿度，并经过激光焦点质控模块检[0066](1)可能的映射软件实现方式将盲文字符转换为对应激光雕刻所需的点阵坐标。然后与激光雕刻机的控制系统对接，将点阵数据转换成控制指令(如G代码)。[0067](