1342271 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 : 本案係關於一種液面高度積測裝置’尤指一種適用於 印表機之墨水匣之液面高度偵測裝置。 •【先前技術】 一般而§，喷墨印表機由於具有操作容易且可列印於 夕種喷墨媒體等優點，廣受消費大眾歡迎，已成為個人電 腦設備中必備的產品。 喷墨印表機使用一段時曰後，便會因墨水匣之墨水耗 盡而須更換墨水匣，目前常見之更換方法係丟棄舊有之墨 水匣再安裝全新之墨水匣以提供墨水，此舉不但造成墨水 £體的浪費，且因墨水!£之價格昂貴而無形地增加了使用 者的開銷。為了節省列印成本並避免資源浪費，重複使用 同一個墨水匣的連續供墨系統便因應而生。 • 無論是傳統可更換墨水匣之喷墨印表機，或是可重複 使用同一個墨水g之連續供墨系統中，對於墨水厘内墨水 剩餘量的評估是極為重要的，習知技術中評估墨水匣中墨 水剩餘量的方法有許多種，舉例來說： 以點計數法來計算喷墨頭之喷墨數量，並將嘴墨數量 轉換估算為已使用之墨水量，以評估剩餘之墨水量。 將電極設置於墨水ϋ中，藉由於墨水及電極之間流動 的電流，债測墨水£中之墨水高度是否達到某預定水位。 在墨水匣内侧壁面上設置可透光之稜鏡’當光入射於 1342271 稜鏡上時，光的折射會視墨水水位比稜鏡位置高或低而有 所不同’再依據光線反射之強度偵測墨水是否抵達某預定 问度。 其中’以光學反射原理來偵測墨水匣内的墨水剩餘量 之方法最常被使用’舉例來說，習知檢測墨水匣内液面高 '度的方法可參閱中國專利申請號第99101820.6號，其係揭 露一種利用液體容器不同部分的反射特性來確定該液體 0 容器中墨水高度的喷墨列印系統’該喷墨列印系統1〇〇係 如第一圖所示，包含墨水容器101及墨水高度檢測裝置 102 ’其中’墨水容器101係包含殼體103，殼體ι〇3具有 一内表面103a，且在内表面103a接近墨水容器101底部 的區域設置有一檢測區104，而檢測區104係由複數個第 一受控表面104a以及複數個與第一受控表面l〇4a配對並 與第一受控表面104a成一定角度的第二受控表面i〇4b。 墨水高度檢測裝置102則包含一單一光源106、一單一光 φ 線接收裝置1〇7以及一集光透鏡1〇8。 當來自單一光源106的多條光線109a投射在複數個第 一受控表面104a上，在墨水容器101内的墨水高度i〇5a 高過於檢測區104時，光線l〇9a透過第一受控表面l〇4a 後將折射入墨水105内，其折射後之路徑係如光線l〇9b 所示，而在墨水高度l〇5a低於檢測區104時，光線l〇9a 則在透過第一受控表面l〇4a後直接反射到第二受控表面 104b，再經過第二受控表面1〇4b之反射至集光透鏡1〇8， 再傳送回單一光線接收裝置1〇7内，且其反射之路徑係如 1342271 光線109c所示。最後，再由單一光線接收裝置1〇7根據所 接收反射光線109c的量或是反射光線的強度來判斷墨水 容器101中的墨水高度l05a。 舉例而言，當墨水容器101内的墨水高度1〇5a高於檢 測區104的情況下，第一受控表面1〇4a的所有入射光線 109a都將折射到墨水105中，幾乎沒有光線反射回單一光 線接收裝置107。而當墨水高度i〇5a低於檢測區1〇4時， $ 則會產生最大量或是最大強度的反射光線l〇9c經由集光 透鏡108反射回單一光線接收裝置1〇7，據此以判斷出墨 水容器101内之墨水高度105a。 然而，習知所使用的檢測墨水容器内液面高度的方法 在製作墨水容器1〇1時需在殼體103之内表面l〇3a製作特 定角度之第一受控表面l〇4a及第二受控表面104b，因而 使得墨水容器101的製作過程繁複’另外，由於第一受控 表面104a係具有一特定角度，因而有可能造成部份之墨水 φ 滴殘留於第一受控表面l〇4a上，當此情況發生時’將造成 入射光線109a自單一光源1〇6進入第一受控表面104&時 產生折射，而使得反射進入單一光線接收裝置107之光線 109c的量及強度受到干擾，因而使得墨水高度l〇5a無法 被準確的判斷。 有鑑於此，如何發展〆種可改善上述習知缺點之適用 於印表機之墨水匣之液面高度偵測裝置，實為目前迫切需 要解決之課題。 1342271 【發明内容】 本案之主要目的在於提供一種液面高度偵測裝置，俾 解決習知墨水容器製作過程繁複，且易因殘墨干擾造成墨 水高度無法被準確判斷等缺點。 為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種 液面高度偵測裝置，適用於印表機，其係包含：墨水匣’ 其係置於印表機内部，且設有儲存墨水之儲墨槽、第一容 置槽，其係具有第一受控壁，且第一受控壁係具有標記， 以及第一容置槽，其係與第一容置槽相對應設置並具有 與第一受控壁相對應對稱設置之第二受控壁；以及感應裝 置組，其係具有發射端及接收端，且發射端係容設於第一 容置槽内，接收端係容設於第二容置槽内。 【貫施方式】 體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的 說明中詳細敘述.應理解的是本案能夠在不同的態樣上具 有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及 圖示在本質上係當作說明之用’而非用以限制本案。 請參閱第二圖A，其係為本案第一較佳實施例之液面 高度偵測裝置之結構示意圖，如圖所示，本實施例之液面 高度偵測裝置2係包含設置於印表機（未圖示）内部之墨水 匠20以及一感應裝置組21，其中，由墨水匡2〇係具有一 殼體2(Π，在殼體201内係為—儲墨肖2〇2，用以儲存墨 水203’並且，於本實施例中，墨水£2〇之殼體2〇1的外 1342271 表面201a向儲墨槽202内凹陷形成兩相對應設置之第一容 置槽204以及第二容置槽205，第一容置槽204係具有一 第一受控壁204a，由於第一容置槽204係凹陷設置於墨水 匣20内，因此第一受控壁204a係設置於墨水匣20之殼體 201的内表面201b，並位於儲墨槽202内，且在第一受控 壁204a上具有一標記204b(如第三圖A及B所示），用以 判斷儲墨槽202内墨水203的剩餘量的基準線，同時，與 第一容置槽204相對應設置之第二容置槽205亦具有一第 • 二受控壁205a，且第二受控壁205a同樣設置於墨水匣20 之儲墨槽202内，並與第一受控壁204a相對應對稱設置， 以及，第一受控壁204a及第二受控壁205a之形態可為但 不限為一中央隆起之尖形結構，另外，第一受控壁204a 及第二受控壁205a係使用可透光之材質所形成，例如：玻 璃或塑膠，但不以此為限。 感應裝置組21則包含一發射端210及一接收端211， φ 於本實施例中，發射端210及接收端211係為一體成形之 裝置，但不以此為限，其亦可依其施作方式而任施變化。 其中，發射端210可具有一光源（未圖示），並透過複數個 電源線212傳遞電源至該發射端210，以使該光源發射一 光線，而接收端211則具有複數個訊號線213，用以傳遞 接收端211所接收到的光線訊號，藉由所收到的光線訊號 來判定墨水203之液面高度。 請參閱第二圖B，其係為第二圖A之組裝示意圖，如 圖所示，當要開始偵測墨水匣20内墨水203之液面高度 1342271 時，需先將感應裝置組21之發射端210容設於墨水匣20 之第一容置槽204内，並將接收端211容設於第二容置槽 205内，當裝設完成後即如第二圖B所示，當發射端210 内之光源發射一束光線3時，光線3係可穿透第一容置槽 • 204之第一受控壁204a，並射入儲墨槽202中，並藉由儲 • 墨槽202中氣体與墨水203之折射率不同，而使光線3在 儲墨槽202中行進後，可抵達第二受控壁205a時產生折射 進入接收端211或是產生全反射而不會傳遞至接收端211 中 〇 請同時參閱第三圖A、B，其係為第二圖B所示之液 面高度偵測裝置之光線路徑俯視示意圖及側視示意圖，如 第三圖A所示，當光線3自發射端210内的光源發射出來 後，首先光線3將穿透設置於第一容置槽204之第一受控 壁204a，並且，光線3射入第一受控壁204a時，係以入 射角S1的角度射入第一受控壁204a之内表面204c，另 φ 外，由於第一受控壁204a之厚度以及材質之影響，將使得 光線3的路徑3A在第一受控壁204a内產生偏移，並以與 第一受控壁204a之外表面204d夾角S2射入儲墨槽202 中，於本實施例中，儲墨槽202内剩餘之墨水203高度係 高於第一受控壁204a上的標記204b(如第三圖B所示）， 因此光線3在進入儲墨槽202後，會受到墨水折射率n2 的影響，而使光線3在墨水203中之行進路徑3B產生偏 移，並以S3之角度射入第二受控壁205a之外表面205d， 同樣地，第二受控壁205a之厚度及材質亦會影響光線3 11 1342271 在第二受控壁205a内之行進路徑3C，因此，當光線3在 穿透過第二受控壁205a後抵達第二受控壁205a之内表面 205c時，其係以S4的角度射入，根據司乃耳定律（Snell’s Law) : nlxSin[Sl]= n2xSin[S2]，因此可推算出 SI、S2、 S3、S4之角度分別如下： S1 =ArcSin[nlxSin[Sl]/n]； S2=ArcSin[nxSin[S]/n2] χ180/ρ ; S3 = (90- S2 ) χρ/180 ； S4=ArcSin[n2xSin[S3]/ nO] xl80/p ； 以本實施例為例，第一受控壁204a及第二受控壁205a 之材質係為塑膠，且氣體係為空氣，故再代入下述條件： 入射角Sl=45° ; 塑膠厚度t=0.8 ; 空氣折射率nl = l ; 塑膠折射率n〇=1.5 ; 水折射率n2=1.33 ; 可獲得S4=48.6745，即光線3在第二受控壁205a中 要進入空氣的入射角係為48.6745°，此時，再根據司乃耳 定律（Snell’s Law)算出由折射率高的塑膠進入折射率低的 空氣之臨界角 S0= ArcSin[nl/ n2] X 180/p=41.8103，由此可 知，S4 > SO，當光線3自折射率高的塑膠進入折射率低 的空氣時入射角S4係大於臨界角S0，因此光線3在此會 如第三圖A所示之路徑3D產生全反射之情形，因而光線 3不會到達設置於第二容置槽205内之接收端211，故在 12 1342271 墨水匣20内之墨水203高度高於標記204b時，意即墨水 203含量充足時，接收端211將不會偵測到任何光線訊號。 請再同時參閱第四圖A、B，其係為第二圖B所示之 液面高度偵測裝置之另一光線路徑俯視示意圖及側視示 • 意圖，如第四圖A所示，當光線4自發射端210内的光源 • 發射出來後，首先將穿透第一受控壁204a，當光線4射入 第一受控壁204a時會因第一受控壁204a的厚度以及材質 之影響，使得光線4於第一受控壁204a内的路徑4A產生 偏移，然而於本實施例中，儲墨槽202内剩餘之墨水203 高度係低於第一受控壁204a上的標記204b(如第四圖B所 示），因此，光線4在穿透第一受控壁204a進入儲墨槽202 後，由於空氣之折射率為1，而使得光線4在儲墨槽202 中可以直線前進，如路徑4B所示，當光線4直線穿透儲 墨槽202後射入第二受控壁205a，同樣地，由於第二受控 壁205a的厚度及材質之影響，亦會使光線4在第二受控壁 φ 205a内之行進路徑4C產生偏移，然而，由於光線4自折 射率高的玻璃進入折射率低的空氣時入射角S5係小於臨 界角S0,因此光線4在此會如第四圖A所示之路徑4D折 射進入第二容置槽205的空氣内，並可被設置於第二容置 槽205内之接收端211所偵測到，簡單來說，當墨水匣20 内之墨水203高度低於標記204b時，即墨水203之剩餘 量低於一預定值時，接收端211將可偵測到一光線訊號， 並產生墨水量不足之警示，以提醒使用者可進行更換墨水 匣20或是補注墨水203之動作。 13 1342271 如此一來’由於第一受控壁204a及第二受控壁205a 均為可透光之光滑表面，因而製作上不需設置特定角度之 反射面或是稜鏡等，使得製作過程更為簡便，並且，本案 之液面高度彳貞測方法係透過詳密估算，因而當墨水203含 •量豐富時，發射端210所發出之光線3在透過儲墨槽202 中之墨水203時將產生全反射之情形，使得接收端211偵 測不到光線訊號，而當墨水203存量低於預定標記204b 處時，則光線4在透過儲墨槽202中之空氣後將產生折 ® 射’使得接收端211偵測到光線訊號，因而產生警示，由 此可見’本案係透過儲墨槽中之介質不同之折射率而產生 全反射或是折射之情形，因而在此偵測過程中不會因為些 許的殘墨而使接收端211偵測到光線訊號而產生誤差。 綜上所述，本案之適用於印表機之墨水匣之液面高度 偵測裝置，主要由墨水匣以及感應裝置組所組成’墨水匣 係具有儲墨槽，感應裝置組係具有發射端及接收端，其係 • 藉由發射端發射光線，光線穿透儲墨槽中之氣體及水兩種 不同介質時折射率不同，使光線抵達第二受控壁後產生全 反射或折射至少其中一種，俾使接收端偵測光線訊號的存 在/、否並發出墨水不足之警示，由於本案之液面高度偵 置之製作過程簡便不繁複’且其液面高度偵測方式亦 a 一準確丨生向。是以，本案之適用於印表機之墨水匣之 液面高度^測裳置極具產業之價值，麦依法提出申請。 德^ ^侍由熟f此技術之人士任施匠思而為諸般修 飾，”、、、自不脫如附申請專利範圍所欲保護者。 丄丄 【圖式簡單說明】 f圖.其係為習知檢測墨水液面高度系統之結構示意 圖。 ^-圖A ·其係為本㈣—較佳實施例之液面高度谓測裝 置之結構示意圖。 圖B .其係為第二圖A所示之組裝示意圖。
【：圖A:其係為第二圖B所示之液面高度娜置之光 線路徑俯視示意圖。 :三圖B:其係為第三圖A所示之側視示意圖。 ::A.其係為第二圖㈣示之液面高度偵測裝置之另 一光線路徑俯視示意圖。 第四圖其係為第四圖八所示之側視示意圖。 1342271 【主要元件符號說明】 100:喷墨列印系統 101 :墨水容器 102 :墨水高度檢測裝置 103、201 :殼體 • 103a、201b、204c、205c :内表面 104 ·檢測區 104a :第一受控表面 ® 104b :第二受控表面 105、203 :墨水 105a .墨水南度 106 :單一光源 107 :單一光線接收裝置 108 :集光透鏡 109a、109b、109c、3、4 :光線 φ 2:液面高度偵測裝置 20 :墨水匣 201a、204d、205d :外表面 202 :儲墨槽 204 :第一容置槽 204a :第一受控壁 204b :標記 205 :第二容置槽 205a :第二受控壁 1342271 21 :感應裝置組 210 :發射端 211 :接收端 212 :電源線 213 :訊號線 SO、SI、S2、S3、S4 :角度 η、n0、nl、n2 :折射率 t =厚度 3A、3B、3C、3D、4B、4D :光線路徑
17