CN103702834A - 液滴检测器 - Google Patents

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Abstract

在一个示例中，一种液滴检测器包括：光源，其用于照明经过液滴区的液滴；多个光检测器，其靠近光源，用于检测从经过液滴区的液滴散射的光；和多个透镜，每个透镜构造成将来自液滴区的光聚焦于光检测器中的一个。在一个示例中，每个光检测器与所有其他光检测器布置在相同平面中。在一个示例中，透镜构造成将来自液滴区中的两个不同空间的光聚焦于不同的检测器或检测器组。在一个示例中，透镜构造成将来自液滴区中的单个空间的光聚焦于多个检测器。

Description

液滴检测器
背景技术
有时希望检测由喷墨打印机喷射的墨液滴的特性。墨液滴的特性可用于获取打印机的结构性和操作性特征的状态或“健康情况”。例如，在应当存在墨液滴的地方没有检测到墨液以及检测墨液滴的数量、尺寸和/或形状可有助于确定墨液滴所喷射通过的（或预计要喷射通过的）喷口是否部分地或全部堵塞。
附图说明
图1是方框图，示出了喷墨打印机的一个实施例，在该喷墨打印机中可实施新型液滴检测器的示例。
图2和3分别是正视和底视平面图，示出了根据本发明的一个示例的模块化液滴检测器，其例如可用在图1的打印机中。
图4示出了根据本发明的一个示例的液滴检测器，其中，多个检测器从光源的两侧聚焦于液滴区中的两个空间。
图5示出了根据本发明的一个示例的液滴检测器，其中，多对透镜/检测器仅从光源的一侧聚焦于液滴区中的两个空间。
图6示出了根据本发明的一个示例的液滴检测器，其中，多个检测器聚焦于液滴区中的一个空间。
图7是从图5得到的细节视图，示出了检测器所聚焦的液滴区中的空间。
图8示出了根据本发明的一个示例的液滴检测器，其中，孔口板用于帮助将检测器聚焦于液滴区中的期望空间。
图9和10分别是根据本发明一个示例的液滴检测器模块的外部的前侧和后侧透视图。
图11是透视图，示出了图8和9的液滴检测器模块的内部的一部分，示出了光检测器的一个示例性布置。
图12是透视图，示出了图8和9的液滴检测器模块的内部的一部分，示出了光检测器的另一个示例性布置，其中，孔口板用于帮助将检测器聚焦于液滴区中的期望空间。
图13和14分别是前侧和后侧透视图，示出了用于沿液滴区移动液滴检测器模块的一个示例性传输组件。
遍及所有附图，相同的部件数字指代相同或相似的部件。
具体实施方式
在开发用于喷墨打印机的光散射液滴检测器（LSDD）时的挑战之一是提供可扩展性，也即高效地适应于不同打印环境的能力。为了将LSDD用于页宽阵列（PWA）喷墨打印环境而开发了新型液滴检测器的一些示例。因此，将关于PWA喷墨打印机来描述一些示例。然而，新型液滴检测器的示例不限于PWA喷墨打印机，而是也可用于其他打印或液滴分配环境。因此，以下描述不应当被认为限制本发明的范围，本发明的范围被限定在说明书所附的权利要求中。
在新型液滴检测器的一个示例中，多个光检测器与所有其他光检测器布置在相同平面中，多个检测器透镜构造成将来自液滴区中的两个不同空间的光聚焦于不同的检测器或检测器组。在新型液滴检测器的另一个示例中，透镜构造成将来自液滴区中的单个空间的光聚焦于多个检测器。
图1是方框图，示出了喷墨打印机10的一个实施例，在该喷墨打印机中可实施所述新型液滴检测器。参照图1，打印机10包括打印杆12，打印杆12跨过可打印介质14的宽度。打印机10还包括介质传输机构16、液滴检测器18、墨液源20和控制器22。控制器22一般地代表了控制打印机10的操作元件所需的程序、（一个或多个）处理器和相关联的存储器、以及电路和元器件。打印杆12一般地代表了打印头模块或打印头模块的阵列，其携载一个或多个打印头模芯以及相关联的机械和电部件，用于将墨液滴分配到纸片或纸幅或其他可打印介质14上。打印杆12可以是跨过介质14的单个打印杆或者一起跨过介质14的多个打印杆。为了方便，在本说明书的剩余部分，打印杆12被用单数表示。
典型的热喷墨打印头模芯例如包括喷口板和发射电阻器，喷口板阵列地形成有墨液喷射喷口，发射电阻器形成在集成电路芯片上，该集成电路芯片位于墨液喷射喷口后面。每个模块中的（一个或多个）打印头模芯电连接到打印机控制器22并且流体地连接到墨液源20。在操作中，打印机控制器22以适当的顺序选择性地激励打印头模芯或打印头模芯组中的墨液喷射器元件，从而以对应于期望打印图像的图案将墨液喷射到介质14上。如下面详细描述的，液滴检测器18包括光源和多个光检测器，光源用于照明经过打印杆12和介质14之间的液滴区26的墨液滴24，多个光检测器用于检测从液滴24散射的光。
图2和3分别是正视和底视平面图，示出了液滴检测器18的一个示例。参照图2和3，打印杆12包括静止打印头模块28A、28B的介质宽度阵列。如图3所示，打印头模块28A、28B可例如布置成交错、重叠的行。每个模块28A、28B包括一个或多个打印头模芯，用于将墨液滴喷射通过液滴区26。墨液滴24被从每个模块28A、28B上的（一个或多个）打印头模芯喷射出来，穿过墨液喷射喷口32的阵列30。例如，如图2和3所示，喷口阵列30可包括喷口32的四个行34。例如，每个行34中的喷口32可用于喷射不同颜色的墨液。
液滴检测器18包括光源36和光检测器38A、38B，光源36用于照明墨液滴24，光检测器38A、38B用于检测从被照明的液滴24散射的光。在图2和3所示的示例中，液滴检测器18包括单个光源36以及成对地布置在光源36的相对侧的多个光检测器38A和38B。液滴检测器18还包括在光源36前方的透镜40以及分别在光检测器38A、38B前方的透镜42A、42B。如下面参照图4更详细描述的，透镜40构造成将来自光源36的光聚焦于液滴区26中的一个或多个期望空间；透镜42A构造成将来自液滴区26中的一个空间（例如，对应于由较近的打印头模块28A喷射的液滴）的光聚焦于内侧光检测器38A；并且透镜42B构造成将来自液滴区26中的另一个空间（例如，对应于由较远的打印头模块28B喷射的液滴）的光聚焦于外侧光检测器38B。
在图2和3所示的示例中，光源36和光检测器38A、38B被容纳在一起作为模块44，其被安装在托架46上。托架46在导轨48上沿着液滴区26在横向于打印介质14移动经过打印杆12的方向（介质传输方向）且横向于液滴24移动经过液滴区26的方向（液滴方向）的方向上来回横向地移动。在打印机10的一些示例中（图1），这三个方向将会是彼此基本正交的。因此，在图2和3所示的示例中，可参照笛卡尔坐标系的X、Y和Z轴来描述这三个方向，其中，介质14沿着平行于X轴的方向移动，托架46沿着平行于Y轴的方向移动，并且液滴24沿着平行于Z轴的方向移动。其他构造也是可能的，并且示例不限于正交的移动方向。
图4示出了液滴检测器18的一个示例，其中光检测器38A和38B分别聚焦于液滴区26中的两个空间50A和50B。现在参照图2-4，光源36在沿液滴区26的期望位置将光束52发射穿过液滴区26，例如在控制器22的方向（图1）。从液滴24散射的光54被光检测器38A、38B检测到，光检测器38A、38B输出代表散射光54的电信号。这些信号可例如被控制器22（图1）分析以确定液滴24的特性。
光束52中的光被液滴24沿所有方向散射。然而，为了清楚地示出液滴检测器18，在图4中仅仅用线54表示被朝向光检测器38A、38B散射回来的光。背平面56定位成与液滴检测器18跨过液滴区26相对，可包括该背平面56以限制光束52的传播。尽管在一些检测器应用中可能希望使用反射性背平面52来帮助照明液滴，但在液滴检测器18的大多数应用中希望使用非反射性背平面56以帮助将杂散光向回朝向检测器38A、38B的不希望的散射最小化。
光源36一般地代表了适合于照明墨液滴24的光束的任何源，例如包括EEL（边缘发射激光器）、VCSEL（垂直腔表面发射激光器）和LED（发光二极管）。光检测器38A、38B各自一般地代表了适合于检测从墨液滴24散射的光的任何光检测器，例如包括具有集成跨阻抗放大器的PIN检测器或具有外部跨阻抗放大器的PIN检测器以及光电晶体管。
现在特别地参照图4，透镜40构造成将光束52聚焦于液滴区26中的两个空间50A和50B。例如，较近的液滴区检测空间50A对应于图3中的打印头模块28A的位置，并且较远的液滴区检测空间50B对应于图3中的打印头模块28B的位置。
每个内侧检测器透镜42A构造成将从经过较近液滴区空间50A的液滴反射的光聚焦于对应的内侧光检测器38A，如虚线60A所示。每个外侧检测器透镜42B构造成将从经过较远液滴区空间50B的液滴反射的光聚焦于对应的外侧光检测器38B，如虚线60B所示。检测器透镜42A、42B还构造成引导不需要的光远离检测器38A、38B，如虚线60C所示。所使用的多个透镜/检测器对38A/42A、38B/42B使得能够检测经过液滴区26中的两个不同空间50A、50B的液滴，而无需使液滴检测器18的任何部件重新聚焦或重新定位。
在图4所示的示例中，两个透镜/检测器对38A/42A、38B/42B分别看见各自液滴区空间50A、50B中的液滴。每个透镜/检测器对与另一对相对地定位在光源36的各侧上相同距离：每个内侧透镜/检测器对38A/42A定位在离光源36距离DA处；并且每个外侧透镜/检测器对38B/42B定位在离光源36更大的距离DB处。所使用的聚焦于各自液滴区空间的多个光检测器（在该示例中，针对各空间50A、50B的两个检测器38A、38B）增大了从液滴区的光收集效率，并且可以使用对应的多个信号通道来改善来自液滴检测器18的输出中的信号噪声比。如上所述，每个透镜42A、42B构造成将一定范围（沿图4的X轴）聚焦于单个检测器38A、38B。每个检测器透镜42A、42B的光轴不平行于光透镜40的光轴，并且每个透镜的曲率被控制成帮助减小有损的高角度表面以捕捉更多的光。而且，如图3和11所示，每个检测器透镜42A、42B的平的侧面可以是楔形的，以将光弯曲到检测器上，从而帮助减小距离DA和DB（从而减小检测器模块的尺寸）并且帮助减小有损的高角度表面以捕捉更多的光。
其他合适的检测器构造也是可能的。可以针对每个液滴区空间使用更多或更少的检测器，并且每个检测器或检测器组的数量或位置可以与图4所示的不同。例如，在一些应用中可能希望液滴检测器18包括多个透镜/检测器对，但仅处于光源的一侧上，如图5所示。又例如，在一些应用中可能希望液滴检测器18包括多于两个透镜/检测器对聚焦于液滴区中的每个“目标”空间。尽管示出了单个光源36，但也可以使用多个光源。尽管每个透镜40、42A和42B被示为单个透镜，但在一些应用或环境中可以使用多个透镜来实现期望的功能。
继续参照图4，每个光检测器38A、38B与所有其他光检测器38A、38B位于相同平面中。该平坦构造使得能够实现紧凑的模块化设计，适合于实施为典型PWA喷墨打印机的结构中的扫描液滴检测器18。该平坦构造还有助于使用常规的自动拾取和放置工具将光检测器38A、38B容易地组装到下面的印刷电路板（PCB）。
在图6所示的液滴检测器18的另一示例中，多个检测器38的每一个聚焦于液滴区26中的相同检测空间58。例如，如图7的细节图所示，液滴区空间58可对应于喷口阵列30，用于沿单槽、非交错的PWA打印头结构喷射CMYK彩色墨液滴。
在图8所示的液滴检测器18的另一示例中，位于每个检测器38A、38B和对应的透镜42A、42B之间的孔口板62帮助阻挡不需要的光以免到达检测器。对孔口64的尺寸、形状和位置进行选择，以使板62阻挡未被直接聚焦于每个检测器38A、38B的光。
图9和10分别是前侧和后侧透视图，示出了新型的液滴检测器模块44的一个示例。图11是透视图，示出了检测器模块44的内部的一部分。参照图9-11，检测器模块44包括壳体66和被支撑在壳体66中的液滴检测器18。壳体66被构造为两个（或更多个）可分离的前部和后部68和70。凸缘72和74沿着壳体顶部68形成，用于将检测器模块44安装到托架46，如下面参照图12和13所描述的。
液滴检测器18包括光源36和光检测器组件76A、76B，光检测器组件76A、76B包含光检测器38A、38B。除了支撑光检测器的结构性基座之外，每个组件76A、76B还可包含用于光检测器的放大器和/或其他电路。液滴检测器18还包括在光源36前方的透镜40以及分别在光检测器38A、38B前方的透镜42A、42B。每个检测器组件76A、76B安装到被支撑在壳体66内的印刷电路板（PCB）或印刷电路组件（PCA）78。（PCB与安装在板上的电子元器件通常被称为PCA。）例如通过任何合适的连接器80来形成到PCA 78的外部电连接。如上文参照图4所述的，透镜40构造成将来自光源36的光聚焦于液滴区中的一个或多个期望空间；透镜42A构造成将来自液滴区中的一个空间的光聚焦于内侧光检测器38A；并且透镜42B构造成将来自液滴区中的另一个空间的光聚焦于外侧光检测器38B。
尽管预期检测器38A和38B通常将会在两个平面（图11所示的示例中的X-Y和Y-Z平面）中对准，但对于一些液滴检测器应用而言，将检测器38A和38B仅在一个平面中对准可能是合适的。例如，仅在X-Y平面中对准仍然可实现可接受程度的模块化紧凑度和使用常规自动拾取和放置工具时的足够简单的组装。
图12是透视图，示出了另一个示例性的液滴检测器模块44，其包括具有孔口64的孔口板62，以帮助将检测器聚焦于液滴区中的期望空间。图12还包括线60，线60追踪朝向模块44散射回来的光线，以帮助示出透镜42A、42B和孔口板62的聚焦功能。
图13和14分别是前侧和后侧透视图，示出了用于沿液滴区26（图2和3）移动液滴检测器模块44的一个示例性传输组件82。参照图13和14，马达84使携载检测器模块44的托架46沿导轨48移动。在所示的示例中，托架46通过传动系86操作性地连接到马达84，传动系86包括由带轮90驱动的环形带88，带轮90附接到马达驱动轴92。还参照图2，在一个示例中，托架46沿液滴区26移动到分离的位置，在所述位置，光源36被激励以发射光束52，从而在每个位置检测液滴24。在另一示例中，托架46沿液滴区26扫描，而光源36连续地发射光束52以检测液滴24。当检测到从液滴24散射的光并且检测信号被传送到控制器22（图1），可以使用标尺和编码器或者其他合适的位置检测器来使托架46的运动与液滴24的喷射同步并且使托架46的相对位置（从而光源36和检测器38A、38B的位置）与墨液滴24相关。
如在本说明书开头所述的，附图所示的且上面描述的示例说明了本发明但并不限制本发明。可以实现和实施其他形式、细节和示例。因此，前面的描述不应被认为限制本发明的范围，本发明的范围被限定在所附权利要求中。

Claims (14)

1.一种液滴检测器，包括：
光源，所述光源位于液滴区的第一侧，用于用光束照明经过所述液滴区的液滴；
多个光检测器，所述多个光检测器位于所述液滴区的所述第一侧并靠近所述光源，用于检测从经过所述液滴区的液滴散射的光；和
多个透镜，所述多个透镜的每一个构造成将来自所述液滴区中的空间的光聚焦于所述光检测器中的一个。
2.如权利要求1所述的液滴检测器，其中，所述光检测器的每一个与所有其他光检测器布置在相同平面中。
3.如权利要求1所述的液滴检测器，其中：
所述多个透镜中的第一个构造成将来自所述液滴区中的第一空间的光聚焦于所述光检测器中的第一个；并且
所述透镜中的第二个构造成将来自所述液滴区中的第二空间的光聚焦于所述光检测器中的第二个。
4.如权利要求3所述的液滴检测器，其中：
所述多个光检测器包括一对第一光检测器和一对第二光检测器，所述一对第一光检测器彼此相对地定位在离所述光源相同的第一距离处，所述一对第二光检测器彼此相对地定位在离所述光源相同的第二距离处，所述第二距离大于所述第一距离；并且
所述多个透镜包括一对第一透镜和一对第二透镜，所述一对第一透镜的每一个构造成将来自所述液滴区中的第一空间的光聚焦于对应的第一光检测器，所述一对第二透镜的每一个构造成将来自所述液滴区中的第二空间的光聚焦于对应的第二光检测器。
5.一种液滴检测器模块，包括：
壳体；
光源，所述光源被支撑在所述壳体中；
多个光检测器，所述多个光检测器被支撑在所述壳体中并且被布置在相同平面中；和
多个透镜，所述多个透镜被支撑在所述壳体中，每个透镜构造成将来自检测空间的光聚焦于所述光检测器中的一个。
6.如权利要求5所述的液滴检测器模块，其中，布置在相同平面中的光检测器包括布置在相同的两个正交平面中的光检测器。
7.如权利要求5所述的液滴检测器模块，其中：
所述多个透镜中的第一个构造成将来自第一检测空间的光聚焦于所述光检测器中的第一个；并且
所述透镜中的第二个构造成将来自第二检测空间的光聚焦于所述光检测器中的第二个。
8.如权利要求7所述的液滴检测器模块，其中：
所述多个光检测器包括一对第一光检测器和一对第二光检测器，所述一对第一光检测器彼此相对地定位在离所述光源相同的第一距离处，所述一对第二光检测器彼此相对地定位在离所述光源相同的第二距离处，所述第二距离大于所述第一距离；并且
所述多个透镜包括一对第一透镜和一对第二透镜，所述一对第一透镜的每一个构造成将来自所述第一检测空间的光聚焦于对应的第一光检测器，所述一对第二透镜的每一个构造成将来自所述第二检测空间的光聚焦于对应的第二光检测器。
9.如权利要求5所述的液滴检测器模块，其中，所述多个光检测器包括一对第一光检测器，所述一对第一光检测器彼此相对地定位在离所述光源相同的第一距离处。
10.如权利要求9所述的液滴检测器模块，其中，所述多个光检测器还包括一对第二光检测器，所述一对第二光检测器彼此相对地定位在离所述光源相同的第二距离处，所述第二距离大于所述第一距离。
11.如权利要求10所述的液滴检测器模块，其中，所述多个透镜包括：
一对第一透镜，所述一对第一透镜的每一个位于所述第一光检测器中的一个的前方，每个第一透镜构造成将来自相同的第一检测空间的光聚焦于对应的第一光检测器；和
一对第二透镜，所述一对第二透镜的每一个位于所述第二光检测器中的一个的前方，每个第二透镜构造成将来自相同的第二检测空间的光聚焦于对应的第二光检测器。
12.一种液滴检测器模块，包括：
壳体；
印刷电路板，所述印刷电路板被支撑在所述壳体中；
光源，所述光源被安装到所述印刷电路板；
光源透镜，所述光源透镜被支撑在所述壳体中，在所述光源的前方，用于将来自所述光源的光束聚焦朝向检测空间；
多个光检测器，所述多个光检测器被安装到所述印刷电路板，靠近所述光源并且被布置在相同平面中；和
多个光检测器透镜，所述多个光检测器透镜被支撑在所述壳体中，每个光检测器透镜定位在所述光检测器中的对应一个的前方，用于将来自所述检测空间的光聚焦于所述对应的光检测器。
13.如权利要求12所述的液滴检测器模块，还包括孔口结构，所述孔口结构被支撑在所述壳体中，位于所述光检测器和所述光检测器透镜之间，用于阻挡未被直接聚焦于光检测器的光。
14.如权利要求12所述的液滴检测器模块，其中：
所述多个透镜中的第一个构造成将来自第一检测空间的光聚焦于所述光检测器中的第一个；并且
所述多个透镜中的第二个构造成将来自第二检测空间的光聚焦于所述光检测器中的第二个。
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