CN1895900A - 具有探测墨水水平面的光纤的墨水水平面探测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于喷墨打印机的墨水水平面探测设备，该设备利用光纤探测墨水水平面。墨水水平面探测设备包括：具有墨水出口的墨水箱；设置在墨水箱附近的光纤；设置在光纤的前端并发光的光源；设置在光纤的后端并探测通过光纤传播的光线的光接收传感器；以及压力单元，该压力单元抵压光纤，以便根据墨水箱的重量使光纤弯曲。

Description

具有探测墨水水平面的光纤 的墨水水平面探测设备

技术领域

本发明涉及一种可用于喷墨打印机的墨水水平面探测设备，尤其是涉及一种可以利用光纤实时连续探测墨水箱内剩余的墨水水平面的墨水水平面探测设备。

背景技术

通常，在喷墨打印机中，墨水箱内包含的墨水经预定的墨水供给路径提供到具有喷墨头的喷墨单元，然后墨水经由喷墨头以微液滴的形式喷出。因此，随着喷墨打印机执行打印工作，在墨水箱内剩余的墨水的水平面下降。

对于喷墨打印机来说，需要相对精确地测量墨水箱内侧剩余的墨水，即，墨水水平面，尤其是，在墨水水平面靠近墨水箱的底部并因此没有足够剩余的墨水来完成新一页的打印时，应通知用户。当没有足够的剩余墨水量时停止打印新一页的原因如下：

第一，如果墨水被喷出直到所有墨水被耗尽为止，喷墨头会被损坏。例如，当热方法用于喷墨时，加热元件快速加热墨水室内容纳的墨水，以膨胀墨水并将墨滴推出到喷嘴之外。如果加热元件件在墨水室内没有墨水的情况下加热，则加热元件或周边元件会损坏。因此，必须可靠地探测到墨水室内剩余墨水的可允许最小量，以防止喷墨头损坏。

第二，当在打印过程中墨水耗尽且打印工作停止时，部分打印的纸张和其上打印的墨水将被抛弃。从而，在打印之前应该探测是否存在足够的墨水来打印至少一页纸张，以避免浪费纸张和时间。

美国专利第5997121号和日本专利公开第1994-099588号公开了一种传统的探测墨水水平面的装置。前者公开了一种少墨水探测系统，该系统包括两个光源和一个光电探测器，其中，探测被墨水容器预定高度处设置的倾斜构件所反射的光量差，这个差是由墨水容器内的墨水水平面造成的。后者公开了一种墨水耗尽探测器，该探测器利用反射型光开关探测墨水水平面是否处于预定水平面，其中，光开关包括光源和光电探测器。

然而，传统装置仅仅指示墨水水平面是否达到预定临界水平。即，传统装置在墨水水平面到达临界水平面之前并不告知用户喷墨打印机中当前的墨水水平面。从而，利用传统装置，用户不能预测何时墨水将用尽或还可以打印多少页。

发明内容

本发明提供了一种墨水水平面探测设备，该设备可以利用光纤连续地实时探测墨水箱内剩余的墨水的水平面。

本发明的其他方面和优点将部分在随后的描述中给出，部分将从这些描述中理解到，或可以从本发明的实践中习得。

本发明的前述和/或其他方面和用途是通过提供这样一种可用于喷墨打印机的墨水水平面探测设备来实现的，该设备包括：具有墨水出口的墨水箱；设置在墨水箱附近的光纤；设置在光纤前端并发光的光源；设置在光纤后端并探测通过光纤传播的光线的光接收传感器；以及压力单元，该压力单元抵压光纤，以便根据墨水箱的重量使光纤变形。

墨水箱存储墨水，并且墨水通过墨水出口供给到喷墨头。墨水出口具有阻挡施加到墨水箱上的外力的连接结构。墨水箱可以直接或经由非常柔性的管连接到包括喷墨头的喷墨单元上。

光纤是薄光纤，光线通过该薄光纤传播。光纤包括具有非常高折射率的芯部和具有相对低的折射率并围绕芯部的包层。光纤可以是任何已知的光纤。当芯部和包层的折射率较小时，对于由光纤的曲率变化带来的光强度变化的敏感增加。

光源可以是各种光源，如LED和激光二极管。可以使用这样的光源，即，在信号通过光纤传播时，该光源发出近红外光。但是，为了增加对光纤曲率变化带来的光强度变化的灵敏度，也可以使用发出非常短波长的光源。另外，光源和光纤可以形成为一体，以提高入射光的效率和均匀性。

压力单元具有多个凸起，通过将墨水箱的载荷集中到突起上并从两侧压光纤，光纤的曲率随着墨水箱的重量而变化。光纤是稍微弹性的，从而光纤曲率变化程度取决于施加的重量的大小。可以向光纤施加预定的张力，以使之根据墨水箱的重量具有适当的曲率。另外，光纤根据墨水箱的位移自由变化，并且单独的弹性元件支撑墨水箱，其中，墨水箱的位移与墨水箱的重量大致成比例。

如此，当光纤的曲率随着墨水箱的重量变化时，光纤在曲率发生变化的区域内散开并且光能量减弱，由此减小在光纤后端处的光强度。这种光强度的变化与光纤的曲率变化具有预定关系，并且光纤的曲率变化程度与墨水箱的重量具有预定关系。因此，墨水箱的重量变化，即，墨水消耗，可以通过探测光强度的变化来测得。

光接收传感器可以根据入射光发出恒定光信号。而且，光接收传感器在光源通常发出的光线的波长方面具有相对高的灵敏度。可以在从光纤的后端到光接收传感器的光路中设置凸透镜，以将光线会聚到光接收区域。

本发明的前述和/或其他方面和用途还可以通过提供这样一种用于喷墨打印机的墨水水平面探测设备来实现，该设备包括：具有墨水出口的墨水箱；以及压力探测单元，该压力探测单元设置在墨水箱之下，以基于墨水箱的重量随着墨水经墨水出口消耗而变化来探测其上的墨水箱的压力。

压力探测单元可以提供这样的探测信号，该信号值与墨水箱的重量成正比。

本发明的前述和/或其他方面和用途还可以通过提供这样一种墨水水平面探测设备来实现，该设备包括：具有墨水出口的墨水箱；以及位移单元，该位移单元邻近于墨水箱设置，以基于墨水箱的重量随着墨水经墨水出口消耗而变化来探测其上的墨水箱的位移。

本发明的前述和/或其他方面和用途还可以通过提供这样一种可用于喷墨打印机的确定墨水箱的墨水的水平面的方法来实现，该方法包括：在打印操作过程中，随着墨水消耗连续探测墨水箱的重量；以及基于探测到的墨水箱的重量确定墨水箱内剩余的墨水量。

所述确定步骤可以包括产生与探测到的墨水箱的重量相对应的信号。

本发明的前述和/或其他方面和用途还可以通过提供一种可用于喷墨打印机的确定墨水箱的墨水水平面的方法来实现，该方法包括：在打印操作过程中，随着墨水被消耗连续探测墨水箱的位移；以及基于探测到的墨水箱的位移确定墨水箱中剩余的墨水的水平面。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和用途将从下面结合附图对实施例的描述中变得清楚和更易于理解，图中：

图1是根据本发明一个实施例的墨水水平面探测设备的视图；

图2是说明根据本发明一个实施例的、使用光纤探测剩余墨水量的原理的示意图；

图3是说明根据本发明一个实施例的墨水消耗和光探测传感器的信号电平之间的关系的曲线；

图4是根据本发明另一实施例的墨水水平面探测设备的视图；

图5是根据本发明另一实施例的墨水水平面探测设备的视图。

具体实施方式

参照附图将对本发明更全面地描述，图中示出本发明的示例性实施例。在附图中相同的附图标记标识相同的元件，并因此省略对它们的描述。

图1是根据本发明一个实施例的墨水水平面探测设备的视图，墨水箱10存储墨水并在其底部处具有墨水出口11。墨水出口11经由柔性管连接到喷墨单元(未示出)，以使施加到墨水箱10上的外力最小。

光纤22设置在墨水箱10之下，而根据墨水箱10的重量使光纤22弯曲的压力单元20设置在光纤附近。压力单元20可以包括：从墨水箱10的底面突出的多个上凸起，以及从面对上凸起的表面突出的多个下凸起。光纤22设置在上凸起和下凸起之间。上凸起和下凸起可以具有与光纤22相接触的窄边缘，即，它们可以具有三角形形状，以便会聚施加到光纤22上的压力。

光源21设置在光纤22的前端处，且凸透镜23和光接收传感器24设置在光纤22的后端。光源21可以与光纤22成一体，以便均匀的光线以预定角度(在直光纤中满足全反射条件)之内的入射角入射到光纤22上。凸透镜23可以是对应于光纤22厚度的微透镜。凸透镜23将从光纤22的芯部发出的光线会聚到光接收传感器24的光接收区域。光接收传感器24根据入射光的强度产生连续的电信号。光接收传感器24可以是利用光电效应的传统传感器。

图2是说明根据本发明一个实施例的利用光纤探测剩余墨水量的原理的示意图。从光源向光接收传感器传播光线的光纤包括具有相对高折射率的芯部221和围绕芯部221且具有相对低折射率的包层222。根据Snell法则，当光纤入射到具有不同折射率的芯部221和包层222之间的交界面时，如果入射光的入射角大于临界角，则发生光线全反射，且光沿着芯部221传播。但是，如果入射光的入射角小于临界角，则一部分光线被朝向包层222反射并发射到外侧。

但是，如果光纤22如图2所示那样弯曲，则沿着芯部221传播的一部分光线将以小于临界角的入射角入射到芯部221和包层222之间的交界面上。从而，光线散射，即，出现光损失。随着光纤22曲率增加，这种光损失趋于增大。

因此，如果标定墨水箱负载变化与通过光纤22的光线的光损失之间的关系，则墨水箱的重量变化，即墨水消耗量，可以通过光接收传感器所探测到的光强度的变化来测得。另外，由于墨水箱重量变化带来的光纤曲率变化连续发生，因此，可以连续探测墨水消耗量。

图3是说明根据本发明一个实施例的墨水消耗和光接收传感器24的信号电平之间的关系的曲线图。随着墨水消耗增加，光纤22的曲率变化减小，且由于散射造成的光损失减小。光接收传感器24的信号电平(即，光能量)趋于连续增加。

图4是根据本发明另一实施例的墨水水平面探测设备的视图。除凸透镜25外，本实施例的墨水水平面探测设备类似于前面实施例的，其中凸透镜25放置在光纤22的后端并与光纤22成为一体。这种集成透镜结构可以通过利用诸如丙稀放电(acryl discharge)或微加工的方法加工光纤22的后端来获得。

图5是根据本发明另一实施例的墨水水平面探测设备的视图。本实施例中的光纤22并不主要支撑墨水箱10的重量。从而，光纤22设置成根据墨水箱10位移来改变曲率。另外，墨水水平面探测设备可以进一步包括弹性元件12，该弹性元件12的变形与墨水箱10的重量大致成比例。

根据本发明各个实施例的用于喷墨打印机的墨水水平面探测设备，利用光纤连续确定墨水水平面，使得用户可以预测何时墨水将耗尽，或者可以打印多少纸张。

虽然已经图示和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员将理解到在不背离本发明的原理和精髓前提下，可以对这些实施例作出修改，本发明的范围由所附权利要求书及其等价物限定。

Claims (10)

1.一种可用于喷墨打印机的墨水水平面探测设备，包括：

具有墨水出口的墨水箱；

设置在墨水箱附近的光纤；

设置在光纤前端并发光的光源；

设置在光纤后端并探测通过光纤传播的光线的光接收传感器；以及

压力单元，该压力单元抵压光纤，以便根据墨水箱的重量使光纤弯曲。

2.如权利要求1所述的墨水水平面探测设备，其中，该压力单元包括：

从墨水箱底面突出的多个上凸起；以及

从面对墨水箱底面的表面突出的多个下凸起，其中，上凸起和下凸起彼此交替。

3.如权利要求2所述的墨水水平面探测设备，其中，上凸起和下凸起具有三角形形状，具有接触光纤的窄边缘。

4.如权利要求1所述的墨水水平面探测设备，其中，光接收传感器根据从光纤入射到其上的入射光强度连续产生电信号。

5.如权利要求1所述的墨水水平面探测设备，还包括：

凸透镜，该凸透镜设置在光纤的后端和光接收传感器之间，以会聚来自光纤的光线。

6.如权利要求5所述的墨水水平面探测设备，其中，凸透镜与光纤的后端成为一体。

7.如权利要求6所述的墨水水平面探测设备，其中，一体的透镜结构是通过利用丙稀放电或微加工方法加工光纤的后端获得的。

8.如权利要求5所述的墨水水平面探测设备，其中，凸透镜是对应于光纤厚度的微透镜。

9.如权利要求1所述的墨水水平面探测设备，其中，光纤包括具有相对高折射率的芯部和围绕芯部并具有相对低折射率的包层。

10.如权利要求1所述的墨水水平面探测设备，还包括：弹性元件，该弹性元件支撑墨水箱，墨水箱的位移与墨水箱的重量大致成比例。

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