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CANON 三代墨盒(725/726)結構原理簡析

    佳能作為打印界三大巨頭之一,其產品關注度一直居高不下,2005年推出以PRO9500/IP4700/IP100為代表的一代打印機,之後2008年推出以MP980/IP4700為代表的二代打印機,耗材芯片也隨之升級換代。近期推出的則是轟動業界的三代打印機,打印機和耗材設計較前期產品,都更上一層。艾派克研發團隊,成功推出Canon三代系列芯片可替代方案,再次攜手耗材廠商們成功突圍。本文則是對此系列耗材升級的結構原理進行分析和講解——

    佳能三代打印機是佳能在2010年7月份陸續在全球發佈的,包括Canon PIXMA MG81X0系列,Canon PIXMA MG61X0系列,Canon PIXMA MG52X0系列,Canon PIXMA MG51X0系列,Canon PIXMA IP48X0系列,Canon PIXMA IX65X0系列,Canon PIXUS MX88X系列等。此系列打印機具有全高清打印功能,將其在數碼相機領域的技術優勢嫁接過來,將視頻打印概念引入打印領域,為其打印機事業錦上添花。

    耗材方面此次canon三代打印機配備了更為專業的五色或更高階獨立墨盒,配合最小1微升墨滴的噴墨技術,使該系列產品打印出的照片,色彩更為絢麗,層次感更為明顯。推出至今,市場頻頻好評。


圖1 PGI-825PGBK CLI-826BK/C/M/Y/GY原裝墨盒

    一、佳能墨盒導光柱結構及工作原理
   此次canon三代系列打印機,在結構設計上,依舊沿用其佳能一、二代打印機用於檢測墨水余量的「稜鏡」結構和用於檢測墨盒是否安裝的「導光柱結構」①。對於墨水剩餘量檢測 「稜鏡」結構,相信各位讀者都已十分熟悉,在此不做詳解,本次重點介紹其「導光柱結構」(如下圖2所示)工作原理,以更好的理解三代產品的升級結構。


圖2佳能墨盒導光柱結構

    如下圖3所示,當墨盒被安裝到打印機字車上,墨盒芯片上的LED燈會被點亮,此時LED發出的大部分光線,會進入到墨盒「把手」的導光柱結構當中。


圖3 Canon一二代打印機判斷墨盒是否安裝原理圖

那麼光線在導光柱中是如何傳遞的呢?首先要從其材料說起。製作墨盒導光柱通常選用的材料為聚丙烯,此材料對理想氣體的折射率n(聚丙烯)≈1.5,而空氣對理想氣體的折射率為n(空氣)≈1.0,由以上數據可得,當光線從聚丙烯材料射入空氣時,他們之間相對折射率n(聚丙烯→空氣)=1.0/1.5≈0.67=sin42°/sin90°。由此可以知道,當LED發出的光線,在進入導光柱材料後,射到導光柱與空氣接觸面的入射角為42度時,光線的折射角就為90度,故當光線的入射角大於42度(臨界角)時,入射光線會在導光柱材料中進行軟反射。則光線會在導光柱中進行多次全反射,最後所有的光線會被導光柱結構的最後反射面反射出去。

    此時,在打印機內部的光接收器單元,便會檢測墨盒導光柱發出的光線,如果有光線被接收到,則打印機會認為,墨盒已經被安裝;反之,則打印機認為墨盒沒有被安裝好。

二、佳能三代打印機獨特的「濾光片」設計

    佳能三代打印機沿用了以上檢測墨盒的經典設計外,此次還加入了更為獨特的「濾光片」設計,這個設計使其對墨盒材料的透光性要求更高。

    眾所周知,在一二代可替代墨盒的設計上,為了規避原裝專利壁壘,同時又保證性能達到與原裝的一致性,兼容廠家們開發了「紅外光結構」新型墨盒。基本原理就是採用發出波長為940nm左右的紅外線發光二極管,來替代發出紅光的發光二極管,從而規避OEM設置的專利壁壘。此種解決方案一出,立刻引起了耗材市場的強烈反響,此類技術被大範圍應用在一二代系列可替代墨盒上。這使得耗材廠商們在日本和歐美等敏感市場仍能與原裝分一杯羹。於是,為了打壓部分性能不良的兼容墨盒,佳能便在此次的三代打印機上,加入這個「薄膜濾光片」。

    其主要工作原理如下圖4所示:


圖4 佳能三代新型檢測結構

  如上所示,當墨盒芯片上的LED發出的光線,進入導光柱結構後,在導光柱結構內部進行多次全反射,最後被導光柱的最後反射面發射出導光柱結構,我們稱此時被導光柱反射出來的光線為「第一級光線」;第一級光線離開導光柱後,不會像之前那樣直接進入到光接收傳感器,而是到達光接收器前端的「薄膜濾光片」,經過濾光片後的光線,我們稱為「第二級光線」,第二級光線再進入光學接收器。當第二級光線的光通量③足夠時,才會觸發光接收器。

    經分析,此次canon打印機在光學接收器上,設置的薄膜濾光片,其作用是使波長在紅外光範圍的光波光通量被吸收濾除一部分,最後使到達光接收器的光線能量(第二級光線能量)不夠觸發光接收器。

    為了能夠進一步瞭解此canon新款打印機上的薄膜濾波片性能,艾派克使用專業的測試設備,做了大量的實驗工作,得出以下重要結論—

(一)、佳能此次新款打印機上設置的薄膜濾光片性能,在光通量通過對比率上,實驗數據如下:

從數據中可以看出其對紅外光的光通量阻止率是很高的,從而就導致了很多使用紅外光芯片額墨盒出現不認機的情況。

(二)、在原裝墨盒上可正常識別的可替代紅外光芯片,被裝在不同廠家的兼容墨盒上,部分墨盒不能夠被正常識別,部分墨盒完全可以正常工作。

由此看見,只要兼容廠家加強材料和工藝上的控制,使用紅外光芯片的墨盒,是完全能夠在新款打印機上正常使用的。

(三)、據目前瞭解到的情況,canon此次推出的新款打印機中,只在IX系列和MX系列這些高端機上,添加了此類濾光片的元件,而在IP、MG等機型上,暫沒有發現此類結構。

三、建議改進方案

    雖然目前在canon一二代系列打印機和canon三代系列IP、MG等型號打印機上沒有發現此類濾光片的設計,但絕對不排除canon在未來將在這些打印機上增加此類濾光片元件,為了使兼容行業能夠應對此次挑戰,各大耗材廠家應當多從墨盒製作材料和製作工藝上進行改進,以絕後患。

(一)、加強紅外LED的發光強度。

(二)、建議廠家在選取材料時,選取那些透光性能較好的材料,以減少紅外線光通量在導光柱材料中的損耗。

(三)、應當選取折射率合適的塑料材料,盡量多的使大部分紅外光都在導光柱中進行光學全反射。

(四)、在導光柱製作的精度上,製作工藝應當嚴格控制,保證大部分光能夠順利到達導光柱的最後反射面,從而能夠正確被「最後反射面」反射到打印機上的光學接收器。

    佳能此次的舉措對兼容行業來說又是一次歷練的過程,很慶幸我們再一次用事實證明了兼容行業的技術實力不可小覷。原裝的技術升級對我們來說猶如一把雙刃劍,兼容廠商們踩著刀尖起舞,付出的努力也在漸漸得到消費者的認可。這把達摩克利斯之劍,時刻提醒我們耗材廠家不能有絲毫鬆懈,以技術創新引領耗材行業未來的更廣闊的發展。

【註釋】

①導光柱結構:canon墨盒上的一種設計結構,作用為將墨盒芯片LED上發出的光線,傳導到另一個方向,以便打印機的光學接收器接收。

②光接收器:實際上就是一個光敏三極管,當光線強度(光通量)達到一定數值時,此光敏三極管就會被觸發。光接收器觸發後,會向打印機CPU發出電器信號,表明已經接收到了墨盒傳到上來的光線,從而表明墨盒被安裝到位。

③紅外光:紅外光又叫紅外線,是波長比可見光要長的電磁波(光),波長為770nm到1000nm之間,光譜上面在紅色光的外側。是一種人眼觀察不到,但實際存在於我們周圍的光波能量。

④光通量:光通量是一種表示光的功率的單位。

⑤光敏三極管:光敏三極管和普通三極管相似,也有電流放大作用,只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制,同時也受光輻射的控制。當具有光敏特性的PN 結受到光輻射時,形成光電流,由此產生的光生電流由基極進入發射極,從而在集電極回路中得到一個放大相當於β倍的信號電流。由此電流信號,就可以判斷光波的強度。

⑥薄膜濾光片:分為薄膜吸收濾光片是在特定材料片基上,用化學浸蝕使吸收線正好位於需要的波長處。一般透過的波長較長,多用做紅外濾光片。Canon此次在打印機上使用就是此類薄膜吸收濾光片,即濾光片會吸收某些波段範圍的光波的部分光通量,而使其他光波範圍的光通量大部分通過,達到過濾特定波長光波的效果。

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