專利名稱：人眼可觀察的墨檢測器的制作方法
人眼可觀察的墨檢測器
背景技術(shù)：
先前已經(jīng)做出努力使顧客可以觀察噴墨打印機的墨盒中的墨量。其他的努力已經(jīng)做出以制造和實現(xiàn)可靠的電墨供應(yīng)檢測機構(gòu)，其在顧客的墨盒幾乎沒墨時例如通過他們的 計算機屏幕或者發(fā)送給他們的打印機的電信號通知顧客。已經(jīng)做出努力來使用棱鏡反射或折射的光束產(chǎn)生顧客可觀察的且可電檢測的墨 供應(yīng)檢測裝置。此外，為了墨水平(ink level)檢測的目的，將棱鏡結(jié)構(gòu)置于墨盒中。稱為全內(nèi)反射(TIR)的光學(xué)原理與光束和棱鏡的該討論有關(guān)。當(dāng)內(nèi)部光線以一定 角度撞擊棱鏡的內(nèi)部段時，發(fā)生TIR，所述角度大于關(guān)于光束和內(nèi)部段法向的角度的(with respect to an angle normal tothe light beam and the internal segment)特定臨界 角。如果光束以所述特定臨界角或者以大于該特定臨界角的角度撞擊棱鏡段，并且如果棱 鏡外的折射率低于棱鏡內(nèi)，例如當(dāng)棱鏡被空氣包圍時，處于臨界角或臨界角以上的光不能 穿過到達棱鏡的外部。在這種情況下，所有所述光在棱鏡內(nèi)反射。給定通常用來制造棱鏡 的材料(例如玻璃或聚合物材料)，這樣的棱鏡的臨界角通常介于40和50度的角度之間。先前與墨盒一起利用光和棱鏡以產(chǎn)生與墨盒內(nèi)的墨水平有關(guān)的可讀光信號的努 力傾向于產(chǎn)生從電檢測或者人類可觀察角度來看都不清楚的信號。所產(chǎn)生的接通/關(guān)斷信 號通常不強烈。


本公開的實施例的特征和優(yōu)點通過參照以下詳細描述和附圖將變得清楚明白，其 中相似的附圖標(biāo)記對應(yīng)于類似(但是也許不完全相同)的部件。為了簡潔起見，具有先前描 述的功能的附圖標(biāo)記或特征可以結(jié)合或者可以不結(jié)合它們在其中出現(xiàn)的其他附圖來描述。圖1描繪了墨盒的實施例的半示意圖。圖2A描繪了光學(xué)棱鏡的實施例的半示意圖。圖2B描繪了光學(xué)棱鏡的另一實施例的半示意圖。圖3描繪了其中具有墨的墨盒的實施例的半示意圖。圖4描繪了打印機的實施例的一部分的半示意剖視圖。圖5A描繪了棱鏡的實施例的半示意側(cè)視圖。圖5B描繪了棱鏡的另一實施例的半示意側(cè)視圖。圖5C描繪了圖5B的棱鏡的半示意前視圖。圖6半示意性地描繪了來自依照實施例的各種不同棱鏡的面向用戶的顯示A、B、C 禾口 D0圖7A、圖7B、圖7C、圖7D和圖7E描繪了噴墨盒棱鏡壁的五個不同實施例的半示意 圖。圖8描繪了包括兩個棱鏡的墨盒的又一實施例的半示意圖。圖9描繪了 “U”形棱鏡的實施例的半示意透視圖。圖10描繪了墨盒實施例中的圖9的“U”形棱鏡的半示意透視圖。
圖11描繪了 “L”形棱鏡的實施例的半示意透視圖。
具體實施例方式本文公開的墨盒的實施例允許顧客對他/她的打印機瞥一眼或者利用等效的電 子裝置觀察到特定墨盒中剩余的墨量。這是通過將發(fā)光二極管(LED)或者其他同等的光源 置于墨盒之內(nèi)、之上或者附近，使得來自光源的光束能夠到達墨盒內(nèi)的指定位置來實現(xiàn)的。 在一個非限制性示例中，光源正好置于墨盒底部的外面。墨盒本身有利地包含至少一個光 學(xué)棱鏡，光信號通過所述棱鏡精確地射到對用戶眼睛和/或?qū)?被配置成記錄該光信號的電 檢測器開放的觀察窗口?；谀兄械哪?，可以產(chǎn)生各種光信號。圖1示出了由基本上空心的主體23形成的墨盒1，其中LED 3置于右下角之下。 應(yīng)當(dāng)理解的是，LED 3通常被定位成使得來自LED 3的光向上傳播經(jīng)過盒1并且進入可操 作地置于墨盒1的基本上空心的主體23的內(nèi)部空間21內(nèi)的棱鏡2中。在一些非限制性實 施例中，棱鏡2附接到墨盒內(nèi)部空間21的底側(cè)10。棱鏡2的實施例通常小于墨盒1的內(nèi)部 空間21的長度和寬度。這允許墨在墨盒內(nèi)部空間21中在棱鏡2周圍來回自由流動，包括 在墨袋(ink pocket)6內(nèi)自由流動，所述墨袋是棱鏡2與盒1的鄰近內(nèi)壁5之間形成的空 間。光在特定反射部位4處以棱鏡2上形成的預(yù)定反射角從光學(xué)棱鏡2反射。(一個 或多個)反射角經(jīng)常通過在棱鏡材料表面上以有角度切口切割棱鏡材料來形成。在一個實 施例中，所述預(yù)定反射角為45° ；并且在另一個實施例中，該角度從大約40°到50°變動， 這至少部分地取決于棱鏡2的材料。從棱鏡2反射的光束近似與光束的原始方向垂直地被引導(dǎo)出盒1。在一些情況下， 盒1的內(nèi)壁5基本上是垂直的(vertical)(即內(nèi)壁5的至少一部分是垂直的)并且平行于 原始光束，并且因此，反射的光束相對于盒1的垂直內(nèi)壁5是水平的。然而，取決于與反射 部位4的入射角，光有可能以不同于水平的方向傳播離開盒1。在光通過適當(dāng)?shù)膮^(qū)域離開 盒1之前，光也有可能在墨盒1和棱鏡2附近多次反射(bounce)。從反射部位4引導(dǎo)出盒 1的該光束然后通過打印機8中的窗口 7(圖4中示出)可由用戶眼睛20觀察到或者可由 檢測器16(圖7A-7E中示出)檢測到，所述窗口 7鄰近盒1的內(nèi)壁5。圖2A和圖2B示出了兩個不同的棱鏡2的實施例，每個棱鏡2上具有若干反射部 位4，并且以相對于棱鏡2基本上相同的角度(例如45° )形成每個反射部位4。圖2A示 出了反射部位4由棱鏡2的墨袋6側(cè)的鋸齒狀切口形成的實施例。圖2B示出了反射部位 4由棱鏡2的與墨袋6相對的壁上的一系列45°角度臺階形成的另一實施例。圖3示出了其中光學(xué)棱鏡2置于部分地填充了墨的墨盒1內(nèi)部的實施例。棱鏡2 的這個實施例包括在與墨袋6相對的棱鏡2的一側(cè)切出的三個近似45°角度的反射部位 4。LED 3置于墨盒1之下并且在棱鏡2的正下方，使得LED 3的光向上照射并且撞擊所述 三個反射部位4。所述三個45°切口反射部位4又以與來自LED 3的原始向上的光束的方 向成大約90°的角度反射三個分離的光束。來自所述三個反射部位4的三個光束水平地 或者接近水平地穿過棱鏡2到達棱鏡2的墨袋6側(cè)。如圖3中所示，墨盒1中的墨處于達 到所述三個反射部位4的最低部位及其對應(yīng)光束之上的水平。因此，所述三個光束的最低 光束被墨袋6中的墨阻擋，并且因而不能通過打印機8的(一個或多個)觀察窗口 7(圖4中示出)觀察到。未被墨袋6中的墨阻擋的另外兩個光束穿過墨袋6并且照射通過墨盒1 的內(nèi)壁5以及通過打印機8的(一個或多個)觀察窗口 7，使得觀察者的眼睛20和/或檢 測器可以感知到它們。相信，依照全內(nèi)反射(TIR)原理以及光線困難地或者一點也不困難地傳播通過墨 這一事實，光從LED 3傳播通過棱鏡2并且離開盒1。依照TIR原理，墨與棱鏡2之間的界 面(處于所述預(yù)定角度)以及空氣與棱鏡2之間的界面不同地反射/折射光。此外，如果 位于垂直棱鏡壁17與最密切(most nearly)鄰近的盒壁5之間的墨袋6包含低于反射部 位4的水平的墨，那么光從該反射部位4傳播離開棱鏡2并且通過盒壁5和觀察窗口 7。當(dāng) 來自棱鏡2的光束在它離開棱鏡2進入墨袋6時與空氣交接的時候，它基本上無折射地傳 播通過空氣并且以垂直于原始光束的角度(例如，如果反射部位4為大約45° )撞擊墨盒 1的內(nèi)壁5，從而穿過觀察窗口 7。如果棱鏡2與墨盒壁5之間的墨袋6填充墨到高于棱鏡2中的反射部位4之一的 水平，那么從該反射部位4反射的光基本上被墨阻擋。這防止該光經(jīng)過墨袋6傳播到墨盒 壁5。因此，當(dāng)存在足夠的墨以填充墨袋6到給定反射部位4的水平時，來自該給定反射部 位4的光永遠不會到達觀察窗口 7。例如，當(dāng)墨容器1填充顏料型墨到圖3中所示水平時， 來自棱鏡2上的上面兩個反射部位4的光將照射通過觀察窗口 7，而來自最低反射部位4的 光將損失在墨中。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)盒1中存在的墨是染料型墨時，一些微弱量的光 可能從甚至那些位于墨水平處或者墨水平之下的反射部位4到達觀察窗口 7。應(yīng)當(dāng)理解的是，如果墨袋6中的墨水平高于反射部位4的一部分而不是整個反射 部位4，那么光信號可以從高于墨水平的反射部位4的那部分反射。這樣的光信號弱于從完 全高于墨水平的反射部位產(chǎn)生的光信號。因此，在本文公開的墨盒1的實施例中，有效地產(chǎn)生用于檢測墨水平的光信號的 現(xiàn)象通過決定光如何由棱鏡2內(nèi)的反射部位4反射的TIR原理以及還通過從棱鏡2射出的 光可以基本上完全被墨阻擋這一事實而成為可能。如前所述，當(dāng)墨以擋住給定反射部位4 的水平存在于墨盒1中時，光被阻止從棱鏡2射出。但是，當(dāng)墨不以擋住反射部位4的至少 一部分的水平存在于墨盒1中時，光的至少一部分射出棱鏡2并且產(chǎn)生可檢測和/或可視 的信號。更具體地，光束從相應(yīng)反射部位4反射到垂直棱鏡壁17與墨袋6之間的界面。當(dāng) 垂直棱鏡壁17的與反射部位4正對的區(qū)域被墨袋6內(nèi)存在的墨擋住時(例如，墨袋相對充 滿了墨)，那么來自該反射部位4的光束不能從垂直棱鏡壁17通過墨袋6射出并且離開墨 盒1。形成對照的是，當(dāng)所述界面不被墨袋6中存在的墨覆蓋或擋住(例如，墨袋6相對缺 乏墨)時，來自該反射部位4的光束能夠從棱鏡2通過墨袋6射出并且離開墨盒1。當(dāng)墨盒1被使用時，墨盒1內(nèi)的墨水平降低，從而暴露附加的反射部位4以及垂直 棱鏡壁17的與這些反射部位4正對的那些區(qū)域。隨著墨袋6內(nèi)的墨水平進一步被消耗并 且附加的反射部位4變得暴露于墨水平之上，單獨的光帶(對應(yīng)于暴露的反射部位4)持續(xù) “接通”并且順序地添加和顯示在可視顯示上，從而提供到何時盒1中的墨供應(yīng)被用完的遞 減計數(shù)?，F(xiàn)在參照圖4，用戶將被填充的墨盒1插入打印機8中。如果墨 盒1裝載正確，那 么供應(yīng)燈可以在打印機8的觀察窗口 7中的未被點亮的垂直燈串9的頂部照亮以指示墨盒1的正確安裝。依照圖4中所示的模式，用于每個盒1的一個或多個頂部燈被照亮，從而指 示正確的安裝。每個盒1具有用戶可以觀察的對應(yīng)垂直燈串9，串9中照亮的燈的數(shù)量取決于各盒 1中存在的墨量。隨著更多的墨被使用，附加的燈將變得可視。當(dāng)特定墨盒1為空時，供應(yīng) 燈于是可以閃爍以指示用戶應(yīng)當(dāng)更換該特定盒1。在圖4中，打印機8的特定部分被示出具有觀察窗口 7和水平行的六個燈串9，每 個燈串對應(yīng)于六個不同的墨盒1之一。此外，每個燈串9具有可以被照亮并顯示給用戶的 四個燈。應(yīng)當(dāng)理解的是，串9中燈的數(shù)量對應(yīng)于對應(yīng)盒1中反射部位4的數(shù)量。當(dāng)完全點 亮?xí)r，每個單獨的燈一起形成燈的垂直列或串9。在圖4所示的特定實施例中，頂部水平行 的燈當(dāng)點亮?xí)r指示墨盒1被正確地插入。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)串9中下一個燈(從頂部燈往 下)被照亮?xí)r，對應(yīng)盒1中的墨供應(yīng)已經(jīng)消耗到暴露反射部位4的水平，從而允許用戶觀察 到來自該反射部位4的光。因此，對于其中兩個、三個或四個燈被照亮的燈串9而言，盒1 中的墨正被消耗并且在某種程度或另一程度上正變得更接近耗盡。耗盡的程度根據(jù)垂直串 9中點亮的燈的數(shù)量估量。在該實施例中，當(dāng)墨盒1基本上為空時，所述六個垂直燈串9的 每一個中的所有燈都被照亮。當(dāng)墨盒1基本上填滿時，除了指示正確插入的每列的頂部燈 之外，沒有燈被顯示。圖4描繪了可以向用戶提供的觀察窗口 7中的可視顯示的各種實施例之一。應(yīng)當(dāng) 理解的是，各彩色燈串9的厚度可以通過改變各墨盒1中的反射部位4的長度或配置來改 變。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，為了實現(xiàn)希望的反射特性，從棱鏡2切出反射部位4的角度(例 如近似為45° )應(yīng)當(dāng)保持在希望的范圍內(nèi)以便實現(xiàn)精確地傳播到觀察窗口 7的來自棱鏡2 的光束。例如，只要以正確的角度切割反射部位4，那么更 薄的垂直燈串9可以通過構(gòu)造具 有基本上水平方向上更窄的長度的反射部位4來實現(xiàn)，而更厚的垂直燈串9可以通過構(gòu)造 水平方向上更厚的反射部位4來實現(xiàn)。在該特定實施例中，即使主要針對觀察者的眼睛20 而設(shè)計，有關(guān)該顯示的信息也可以被電檢測系統(tǒng)(圖4中未示出)記錄。可替換的可視顯示也可以通過改變棱鏡2的幾何形狀來實現(xiàn)。圖5A和圖5B說明 了這樣的變化的兩個示例。圖5A和圖5B中分別顯示的每個實施例雖然看起來不同于圖 2A和圖2B，但是為來自棱鏡2底部的LED3的光束提供了 45°的反射部位4。在圖5A的實 施例中，保持了基本的直角三角形棱鏡形狀(因為直角三角形棱鏡的整個斜邊相對于來自 LED 3的垂直指向光束成45°角度)。然而，在圖5A的棱鏡2中不存在切口部分。這樣的 實施例能夠?qū)⒐馐瓷涞接^察窗口 7，如圖5A中所示。應(yīng)當(dāng)理解的是，這種實施例中的光 的強度通常不足夠亮得可由用戶容易地進行觀察。在圖5B中所示棱鏡2的另一實施例中， 在棱鏡2面向墨袋6的垂直壁17上存在一系列三個鋸齒狀45°切口 18(圖5B中示出)。 這些切口 18不用作反射部位4，而是用作實際上將光反射回棱鏡2的區(qū)域。是這些切口 18 正上方和正下方的垂直棱鏡壁17中的未切割矩形區(qū)域19使得光能夠離開棱鏡2進入墨袋 6。從這些矩形區(qū)域19射出的光是眼睛20或電子檢測器16 (參見圖7A-7E)實際感知的光。 從這些區(qū)域19射出的光從棱鏡2的其他區(qū)域中的反射部位4射出。圖5C示出了觀察者將看見的圖5B的棱鏡2的前視圖。該用戶的視圖實際上是面 向墨袋6的棱鏡壁17的視圖。切口區(qū)域18不反射光信號，而切口區(qū)域18上方和下方的矩 形區(qū)域19反射光信號。
圖6描繪了可替換可視顯示的示例A、B、C和D，其可以基于棱鏡2的幾何形狀以及特別地基于反射部位4的形狀來實現(xiàn)。例如，圖6中的顯示A和D說明了當(dāng)類似于圖5B 和圖5C中示出的實施例，通過在棱鏡2中形成使得光在棱鏡2內(nèi)反射的切口 18以及使得光 反射出垂直棱鏡壁17的區(qū)域19而形成棱鏡2時，燈串9中的燈看起來將如何。顯示D說 明了其中棱鏡2具有三個反射部位4的實施例。圖6中的顯示B說明了一系列跨觀察窗口 7延伸的水平光帶，其由跨棱鏡2的整個側(cè)面水平地延伸反射部位4而產(chǎn)生，所述反射部位 4將來自LED 3的光作為筆直水平帶反射出垂直棱鏡壁17。圖6中的顯示C示出了光帶中 的間隙，其可以通過跨反射部位4水平地構(gòu)造間斷部分來形成。在一個實施例中，這些間斷 部分通常以光不以90°朝垂直棱鏡壁17反射的角度切出。在另一個實施例中，反射部位4 包括在水平地橫跨反射部位4的間斷部分處的非反射材料。這些間斷部分的效果在于，觀 察者看見一系列彼此水平定位的離散光部分而不是實心水平帶。這樣的實施例并不預(yù)期是 限制性的，而是示出通過其可以實現(xiàn)各種可視光信號的一些一般技術(shù)。圖7A、圖7B、圖7C、圖7D和圖7E示出了墨盒1和棱鏡2的五個稍微不同的實施 例，所有這些實施例都在棱鏡壁17的墨袋側(cè)、棱鏡壁17的相對側(cè)24或者墨盒1的內(nèi)壁5 上的墨袋6的相對側(cè)采用了凹口 11或突出物11’。當(dāng)墨填充凹口 11的全部或部分或者擋 住突出物11’時，凹口 11或突出物11’用于光中斷功能。盡管圖7A-7E中示出的LED 3被定位成將光束引導(dǎo)到反射部位4之一，但是應(yīng)當(dāng) 理解的是，LED 3可以被定位成將光束引導(dǎo)到每個反射部位4，從而可以產(chǎn)生多個光信號 (一些光信號通過壁5離開盒1，其他光信號通過底部10離開盒1)。這些實施例包括附加的反射部位4’，其朝墨盒1的底部10引導(dǎo)光。在圖7A、圖7B 和圖7C的實施例中，來自棱鏡2中的反射部位4的光束通過附加的反射部位4’被引導(dǎo)到 凹口 11，該凹口是從棱鏡壁17的一區(qū)段切出的。在圖7D的實施例中，附加的反射部位4’ 向下引導(dǎo)光通過墨袋6。在圖7E的實施例中，附加的反射部位4’向下引導(dǎo)光通過棱鏡2。在圖7A和圖7B的情況下，凹口 11沿著垂直棱鏡壁17向下一直延伸到墨盒1的 底部10。這些凹口 11在棱鏡2中形成凹陷R，其增大了墨袋6的體積。在圖7C中，凹口 11 被切出以沿著垂直棱鏡壁17向下部分延伸，從而形成比圖7A和圖7B中所示更小的凹陷R。 應(yīng)當(dāng)理解的是，該更小的凹陷R同樣在一定程度上增大了墨袋6的體積。在圖7D中，突出 物11’通過在從形成墨袋6 —側(cè)的墨盒1的壁5突出的一塊材料15上放置附加的反射部 位4’來構(gòu)造。在圖7E中，直接來自光源3的光束被引導(dǎo)到凹口 11，其沿著與垂直棱鏡壁 17相對的棱鏡2的壁24定位在反射部位4與盒1的底部10之間。該凹口 11形成凹陷R， 其增大了內(nèi)部空間21的體積。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)該凹口 11在其中具有墨時，光在其甚至進 入棱鏡2之前就被阻擋。圖7A示出了具有使水平光信號反射經(jīng)過墨袋6且離開墨盒1并且使垂直光信號 從棱鏡壁17上的第二反射部位4’向下反射且離開墨盒1的底部10的能力的實施例。應(yīng) 當(dāng)理解的是，在圖7A的實施例中，由于墨袋6和凹口 11填充了墨，因而光信號在這些特定 點處被阻擋而不能離開墨盒1。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，從墨盒1的不同部分發(fā)射的兩個分離 的光信號可以由電檢測、人眼20或者這二者的組合記錄(當(dāng)墨水平降低到使得阻擋不發(fā)生 時)。如前所述，在圖7A和圖7B中，凹口 11從垂直棱鏡壁17切出，使得它延伸到墨盒1的底部10。如果在墨袋6中存在任何量的墨，那么它很可能阻擋光通過凹口 11。因此，在 圖7A中，沒有光信號將從墨盒1發(fā)射(除了在高于墨水平的那些反射部位4處)，并且在圖 7B中，光信號將從接收光束的所有反射部位4射出墨盒1。圖7A和圖7B的凹口 11尺寸不 同，但是它們實現(xiàn)了相似的結(jié)果。圖7A和圖7B的變體實施例可以通過如圖7E中所示將凹口 11置于棱鏡2的與垂 直棱鏡壁17相對的壁24上來實現(xiàn)。如前所述，如果光源3置于凹口 11的正下方，那么當(dāng) 在墨盒1中留下非常少(如果有的話)的墨時，光信號將被檢測到，因為墨處于阻擋光進入 棱鏡2的位置。像圖7A的實施例一樣，圖7E的實施例也包括使水平光信號反射經(jīng)過墨袋 6且離開墨盒1的側(cè)面5并且使垂直光信號從垂直棱鏡壁17上的第二反射部位4’向下反 射且離開墨盒1的底部10的能力。現(xiàn)在參照圖7D，凹口 11被形成，使得它從盒1的內(nèi)壁5突出。在該實施例中，凹口 11包括接收來自反射部位4的重新定向的光的第二反射部位4’。第二反射部位4’一直向 下引導(dǎo)光通過墨袋6(當(dāng)墨水平使得光能夠通過時)到達盒1的底部10。如同圖7A和圖 7B的實施例一樣，圖7D的實施例被設(shè)計成使得如果在墨袋6中存在任何量的墨，那么它很 可能阻擋光通過盒1，從而阻止光信號到達電檢測器16或用戶眼睛20。圖7C中的凹口 11(不像圖7B中所示)并不一直沿著垂直棱鏡壁17向下延伸，而 是被配置成沿著壁17向下延伸一小段距離。其結(jié)果是，(從反射部位4、4’反射的)光在凹 口 11中不存在墨時通過凹口 11射出。在經(jīng)過凹口 11之后，光束在凹口 11的底側(cè)重新進 入棱鏡2并且沿著棱鏡2向下傳播到墨盒1的底部10，作為由電檢測器16檢測或者由用戶 眼睛20觀察的光信號。圖7C的這個較小的凹口 11早于圖7A、圖7B和圖7D的凹口 11產(chǎn) 生光信號，這至少部分地因為當(dāng)所述較小的凹口 11為空時，墨將仍然存在于墨袋6(圖7A、 圖7B和圖7D的光信號通過其傳播)和整個墨盒1中。
圖8中示出的墨盒1的實施例舉例說明了可以一起或單獨采用的兩個不同方面。 在第一方面，圖8示出了其中傾斜墨盒1以產(chǎn)生墨盒1中的墨在墨盒1的一端(與其中形 成墨袋6的端部相對)累積的情形的實施例。這導(dǎo)致墨袋6比墨盒1的相對側(cè)的區(qū)域更早 短缺墨。該相對側(cè)通常是從其將墨分發(fā)給打印機8的墨盒1的區(qū)域。這樣的定位導(dǎo)致即使 當(dāng)一定量的墨仍然留在墨盒1中時也觸發(fā)墨水平檢測功能以顯示低水平的墨。因此，在墨 盒1完全為空之前，警告用戶需要準(zhǔn)備用新盒更換舊盒。在所述兩個不同方面的第二方面，圖8示出了在墨盒1中使用兩個分離的光學(xué)棱 鏡2、2’，右邊的棱鏡2是前面所描述的棱鏡，左邊的棱鏡2’形成用于至少一個所述光信號 的第二反射部位4’。棱鏡2與內(nèi)壁5形成墨袋6并且在棱鏡2與墨袋6相對的一側(cè)具有 由45°切口組成的反射部位4。棱鏡2的這個實施例值得注意的是，除了前面提到的反射 部位4之外，具有為45°切口的一個反射部位4”，其在其他反射部位4的相反方向上反射 來自LED 3的垂直光束。更特別地，該反射部位4”在遠離墨袋6且朝向第二棱鏡2’的方 向(即垂直于原始光束)上引導(dǎo)光束，所述第二棱鏡在該實施例中放置在第一棱鏡2的左 邊。第一棱鏡2左邊的第二光學(xué)棱鏡2’通常小于第一棱鏡2并且與第一棱鏡2形成 第二墨袋6’。第二棱鏡2’可以沿著底部10置于棱鏡2和盒1的與墨袋6相對的端部之間 的任何位置。應(yīng)當(dāng)理解的是，第二棱鏡2’被定位成越靠近分發(fā)器22，則可以檢測到越低水平的墨。第二棱鏡2’具有至少一個45°切口，其形成接收來自第一棱鏡2的反射部位4” 的光束的第二反射部位4’。然后，第二棱鏡2’上的反射部位4’反射該光束，使得光直接向 下傳播到其中可以檢測該光的墨盒1的底部10。當(dāng)該第二墨袋6’中的墨水平高得足以阻 擋光束通過該第二墨袋6’傳播到第二棱鏡2’時，那么第二墨棱鏡2’不產(chǎn)生光信號。圖8涉及第二棱鏡2’的方面用來提供一種系統(tǒng)，由此墨盒1中的不同墨水平可以 在每個棱鏡2、2’的不同位置處檢測。由于墨從第一墨袋6比從第二墨袋6’更早耗盡，因 而由第一棱鏡2產(chǎn)生并且通過第一墨袋6引導(dǎo)出墨盒壁5的光束可以早于從第一棱鏡2傳 送到第二棱鏡2’并且離開墨盒1的底部10的光束被檢測到。當(dāng)如圖8中所示這種雙棱鏡 2、2’布置與墨盒1的傾斜位置方面相結(jié)合時，在墨盒1中的墨完全耗盡之前甚至產(chǎn)生來自 第二棱鏡2’的光信號。結(jié)合這兩個方面的該非限制性實施例可以用在采用可視光信號(例 如從第一棱鏡2射出墨盒壁5的光信號)和可電檢測光信號(例如從第一棱鏡2射到第二 棱鏡2’并且向下通過墨盒1的底部10的光信號)的系統(tǒng)中。應(yīng)當(dāng)理解的是，任何檢測配 置可以用在這樣的實施例中，例如，所有的光信號可以由用戶觀察，或者來自第一棱鏡2的 光信號可以可電檢測，而來自第二棱鏡2’的光信號可以可由用戶觀察。此外，像圖7A和圖7E —樣，圖8也具有使光信號從墨盒1的側(cè)面5以及墨盒1的 底部10離開的方面。因此，再次，從墨盒1的不同區(qū)域發(fā)射的兩個分離的光信號可以被電 檢測、人眼20或者這二者的組合記錄?，F(xiàn)在參考圖9，棱鏡2”的另一實施例被示為方形化“U”形狀，“U”的兩個端部E1、 E2被配置成位于墨盒1的底部10 (該圖中未示出)上。光源3產(chǎn)生光束，其從端部之一 El 進入棱鏡2”并且沿著“U”的一側(cè)向上傳播到第一反射部位4，該第一反 射部位是“U”形棱 鏡2”的第一垂直轉(zhuǎn)彎處的45°切口。該第一反射部位4成90°地反射光，使得它穿過上 下倒置的“U”形棱鏡2”的頂側(cè)T筆直地傳播。沿著穿過棱鏡2”的頂側(cè)T的路徑，光束到 達基本上形成“U”的頂側(cè)T中的完整三維空間或切口的通道12。從第一反射部位4傳播的 光離開棱鏡2”的一個區(qū)段并且穿過通道12傳播到其中棱鏡2”的頂側(cè)T在通道12的另一 側(cè)再繼續(xù)的位置。棱鏡2”的頂側(cè)T因此被分成兩個分離的區(qū)段S1、S2，區(qū)段S1、S2之一為 通道12之前的部分，區(qū)段S2、S1中的另一個為通道12之后的部分。應(yīng)當(dāng)理解的是，這兩個 區(qū)段S1、S2是不連續(xù)的，但是光學(xué)對準(zhǔn)的。因此，如果通道12沒有充分地填充墨，那么光束 可以容易地穿過通道12并且再繼續(xù)通過棱鏡2”的頂側(cè)T的第二區(qū)段S2傳播。在棱鏡2”的第二區(qū)段S2中，在與通道12間隔一定距離處，存在凹口 13 (形成另 一通道C)，其不同于通道12，不形成分開棱鏡2”的完整三維空間。相反地，凹口 13，C是近 似一半延伸進入頂側(cè)T的寬度以及一半橫跨通過頂側(cè)T的光路的切口。這樣，凹口 13，C將 第二區(qū)段S2的一部分分成兩個相對的端部S2E1、S2E2。因此，先前通過通道12傳播(墨不 存在時)的光束的近似一半能夠無中斷地傳播通過頂側(cè)T，S2的緊鄰凹口 13，C的部分14。 光束的另一半能夠穿過第二區(qū)段的第一相對端部S2E1并且然后在凹口 13，C不存在墨的情 況下穿過凹口 13，C。應(yīng)當(dāng)理解的是，光束然后穿過第二區(qū)段的第二相對端部S2E2。因此， 光束在凹口 13，C被墨擋住時用作半信號，并且在凹口 13，C未被墨擋住時用作全信號。在穿過凹口 13，C和/或部分14之后，光然后遇到由“U”形棱鏡2”的第二垂直轉(zhuǎn) 彎處的45°切口形成的另一反射部位4’。該第二反射部位4’成90°地反射光，從而將光 向下引導(dǎo)到“U”形棱鏡2”的第三側(cè)且朝向墨盒底部10。光束作為要被電檢測和/或由眼睛20檢測的光信號離開墨盒1。為了確保該第二反射部位4’向下反射光以便被檢測，而不 管墨水平是否位于或者高于反射部位4’，將反射部位4’設(shè)計成具有圍繞它的永久空氣袋 (未示出)?？諝獯男纬煽梢酝ㄟ^在反射部位4’周圍提供額外的棱鏡2”材料(例如玻 璃或聚合物材料)層來實現(xiàn)。該額外層被定位成使得在它與第二反射部位4’之間存在空 氣空間?？諝獯_保了 “U”的第三側(cè)的第二反射部位4’總是向下反射光以便被檢測。在圖10中，圖9的“U”形棱鏡2”被示出置于墨盒1的實施例中。該雙區(qū)段棱鏡 2”具有從墨盒1的底部10產(chǎn)生并且可通過底部10檢測的光信號。在圖10所示的實施例 中，墨正擋住凹口 13，C。這導(dǎo)致較弱的光信號被檢測到，因為光束通過頂側(cè)T，S2的部分14 傳播的部分被檢測到，而光束遇到填充的凹口 13，C的部分被阻擋而不能進一步傳播并且 因而不被檢測到。圖10的實施例也包括一系列四個光學(xué)棱鏡2，其在高度上是漸變的，置于“U”形棱 鏡2”的右邊。這些光學(xué)棱鏡2中的每一個在每個棱鏡2的頂部具有45°的反射部位4，其 中每個反射部位4位于相距盒1底部10的不同高度。當(dāng)墨袋6中的墨水平低于相應(yīng)的反 射部位2時，四個分離的光束穿過墨袋6傳送到墨盒1的右壁5。如前所述，當(dāng)墨袋6中的 墨消耗到低于特定反射部位4的水平時，每個光束變得有效(即不被阻擋)。如圖10所示，墨盒1處于傾斜的位置。在圖10中，傾斜角度近似為10°，但是應(yīng) 當(dāng)理解的是，這不是限制性方面。在該非限制性實施例中，所述四個分離的棱鏡2的反射部 位4產(chǎn)生射到墨盒壁5并且被用戶眼睛20觀察到或者被電檢測的光信號，最高的棱鏡2產(chǎn) 生第一可檢測信號，次高的棱鏡2產(chǎn)生第二可檢測信號，依次類推。至少部分地由于盒1的 傾斜位置，到第四棱鏡2產(chǎn)生可檢測信號時，墨盒1仍然近似半滿。到墨達到一定水平，使得“U”形棱鏡2”產(chǎn)生全可檢測光信號時，墨在很大程度上 更接近耗盡。由于墨盒1處于傾斜位置，“U”形棱鏡2”中的通道12在凹口 13，C之前變?yōu)?空。如前所述，這導(dǎo)致較弱的信號，至少直到凹口 13，C沒有墨為止。像圖9的實施例一樣， 接收并且反射全光束或部分光束的第二反射部位4’可以由空氣袋(未示出)包圍，使得即 使當(dāng)反射部位4’低于墨水平時，也可以反射光束。當(dāng)墨消耗到一定水平，使得光束穿過凹 口 13，C時，全信號于是產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)該最后的信號被電子檢測器16檢測到時， 打印機8可以產(chǎn)生告知用戶盒1真正接近為空的消息。圖11描繪了雙段棱鏡2”’的又一實施例。在圖11中，雙段棱鏡2”’包括通道 12 (將頂側(cè)T分開成段Si、S2)和凹口 13，C(部分地將第二段S2分開成相對的端部S2E1、 S2E2)，但它是“L”形而非U形。光首先在“L”的短側(cè)被引導(dǎo)通過棱鏡2”，的一個端部E1， 反射離開第一反射部位4并且沿著“L”的頂側(cè)或長側(cè)T傳播通過通道12、凹口 13，C和緊 鄰凹口 13，C的部分14并且到達“L”的另一端部E2。棱鏡2”’的另一端部E2包括兩個附 加的反射部位4’、4”，其中一個4’成90°地朝另一個4”反射光。另一個附加的反射部位 4”然后成90°地(即相對于從第一反射部位4反射的光束成180°地)反射該光，使得它 向后朝反射部位4傳播。像圖9和圖10的實施例一樣，接收并且反射光束的第二和第三反射部位4’、4”中 的每一個由空氣袋(未示出)包圍，從而確保不管墨水平如何，反射部位4’、4”都反射它們 接收的任何光束，所 述空氣袋由與附加的反射部位4’、4”間隔一定距離且包圍這些附加的 反射部位的額外的棱鏡2”’材料層提供。光向后通過凹口 13，C和通道12射向第一反射部位4。在一個實施例中，第一反射部位4被配置成接收所有反射的光并且朝光最初進入棱鏡 2”’所在的端部El處的墨盒1的底部10成90°地反射接收的光(如果反射部位4高于墨 水平)。相信，棱鏡2”’的這種配置設(shè)計時特別地考慮了空間和能量因素，使得LED 3和電 檢測器16或觀察窗口 7可以彼此靠近地放置。在另外的實施例(圖11中示出)中，棱鏡2”’ (以及特別是反射部位4)可以被配 置成使得通過頂側(cè)T返回的光束足夠?qū)?，從而光束的一部分被第一反射部?反射，并且光 束的另一部分不被第一反射部位4向下反射。不被反射的部分直接穿過棱鏡壁17(即當(dāng)墨 不擋住壁17的該部分時)并且離開墨盒內(nèi)壁5到達其中它可以被人眼20觀察的觀察窗口 7。應(yīng)當(dāng)理解的是，這種配置使得在盒1周圍的不同區(qū)域可電檢測和可人觀察盒1中的墨水 平。因此，像圖7A、圖7E和圖8 —樣，圖10和圖11的實施例能夠使光信號(其 垂直 于光束的原始方向且平行于墨盒1的底部10)反射經(jīng)過墨袋6且離開墨盒1的壁5并且使 另一光信號(其平行于光束的原始方向且垂直于墨盒1的底部10)反射離開墨盒1的底部 10。因此，再次，兩個分離的光信號可以被電檢測、人眼20或者這二者的組合在墨盒1的兩 個不同區(qū)域處記錄。盡管已經(jīng)詳細地描述了若干實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚明白的是，所 公開的實施例可以加以修改。因此，前面的描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是示例性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
一種被配置成容納墨的墨盒(1)，該墨盒(1)包括基本上空心的主體(23)，其包括內(nèi)部空間(21)和基本上連續(xù)的內(nèi)壁(5)；以及在所述主體(23)的內(nèi)部空間(21)中的光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)，所述光學(xué)棱鏡設(shè)置在相距連續(xù)內(nèi)壁(5)的預(yù)定距離處，使得棱鏡壁(17)和墨盒(1)的連續(xù)內(nèi)壁(5)限定了墨袋(6)，該光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)包括處于相對于所述空心主體(23)的底部(10)的光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)的預(yù)定高度、以被配置成通過所述光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)反射來自光源(3)的光的角度形成的至少一個反射部位(4)；其中如果所述墨袋(6)中存在低于所述至少一個反射部位(4)的至少一部分的水平的墨，那么該墨不阻擋從所述至少一個反射部位(4)的所述至少一部分反射的光在所述預(yù)定高度穿過所述墨袋(6)傳播，使得該反射的光能夠在外部觀察到。
2.權(quán)利要求1的墨盒(1)，其中棱鏡(2，2”，2”’)包括多個分離的反射部位(4)，每個分 離的反射部位⑷位于相對于底部(10)的光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’ )的不同預(yù)定高度處，其中 每個分離的反射部位(4)產(chǎn)生分離的光反射，所述分離的光反射在與從其產(chǎn)生分離的光反 射的分離的反射部位(4)對應(yīng)的預(yù)定高度傳播通過光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)且穿過墨袋(6)， 條件是墨袋(6)中的墨不阻擋分離的光反射在對應(yīng)的預(yù)定高度傳播，并且其中在對應(yīng)的預(yù) 定高度的分離的光反射中的每一個能夠作為分離的光信號在外部觀察到。
3.權(quán)利要求1和2中任何一項的墨盒(1)，還包括被配置成在所述預(yù)定高度反射光的 多個分離的反射部位(4)，其中分離的反射部位(4)中的每一個產(chǎn)生分離的光反射，所述分 離的光反射在所述預(yù)定高度在與在所述預(yù)定高度傳播的其他分離的光反射中的每一個不 同的橫向位置中傳播通過光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)且穿過墨袋(6)，條件是墨袋(6)中的墨不 阻擋分離的光反射在所述預(yù)定高度通過墨袋(6)傳播，并且其中這些分離的光反射能夠作 為分離的光信號在外部觀察到。
4.權(quán)利要求1-3中任何一項的墨盒(1)，其中主體(23)被定位成使得當(dāng)墨的至少一部 分仍然存在于主體(23)中時，該墨不阻擋所述至少一個光反射在所述預(yù)定高度穿過墨袋 (6)傳播。
5.權(quán)利要求1-4中任何一項的墨盒(1)，其中所述連續(xù)內(nèi)壁(5)包括在其一部分上的 至少一個附加的反射部位(4’)，所述附加的反射部位(4’)i)進一步限定墨袋(6)，ii)位 于所述預(yù)定高度，并且ii i)被配置成如果墨袋(6)中的墨不阻擋光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)的 所述至少一個反射部位(4)反射的光在所述預(yù)定高度穿過墨袋(6)傳播，則接收并反射由 所述至少一個反射部位(4)反射的光。
6.權(quán)利要求1-5中任何一項的墨盒(1)，還包括光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)的第二反射部位(4)，其位于與所述預(yù)定高度不同的第二預(yù)定高度；光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’ )的第三反射部位(4’)，其被配置成接收從第二反射部位(4)反 射的光；以及在面向墨袋(6)的棱鏡壁(17)中形成的凹口(11)，該凹口 (11)是從棱鏡(2，2”，2”，) 的區(qū)域切出的，所述區(qū)域完全與從第三反射部位(4’)延伸到空心主體(23)底部(10)的光 路相交，從而在光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’ )中形成增大墨袋(6)的體積的凹陷(R)；其中如果凹陷(R)中不存在墨，那么光在所述光路上從第三反射部位(4’ )穿過凹口(11)傳播并且離開底部(10)。
7.權(quán)利要求1-6中任何一項的墨盒(1)，還包括在與面向墨袋(6)的棱鏡壁(17)相對 的棱鏡壁(24)中形成的凹口(11)，該凹口(11)是從棱鏡(2，2”，2”’)的區(qū)域切出的，所述 區(qū)域完全與從空心主體(23)的底部(10)延伸到所述至少一個反射部位(4)的光路相交， 從而在光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’ )中形成增大內(nèi)部空間(21)的體積的凹陷(R)，其中如果凹陷 (R)中存在墨，則阻止光進入棱鏡(2)。
8.權(quán)利要求1-4中任何一項的墨盒(1)，其中棱鏡(2，2”，2”’)包括兩個不連續(xù)但是光 學(xué)對準(zhǔn)的區(qū)段(S1，S2)以及位于這兩個區(qū)段(S1，S2)之間的通道(12)，并且其中如果通道(12)中不存在墨，那么光在從這兩個區(qū)段(S1，S2)中的第一區(qū)段(Si)穿過通道(12)并進 入這兩個區(qū)段(S1，S2)中的第二區(qū)段(S2)的光路上傳播。
9.權(quán)利要求8的墨盒(1)，其中光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)還包括在該棱鏡(2，2”，2”’ ) 的區(qū)域處形成的凹口(13)，所述區(qū)域部分地與第二區(qū)段(S2)中的所述光路相交，使得凹口(13)部分地將第二區(qū)段(S2)分成兩個相對的端部區(qū)(S2E1，S2E2)，其中凹口(13)形成另 一墨通道(C)，并且其中在光在所述光路上從第一區(qū)段(Si)傳播穿過所述通道(12)且進入 第二區(qū)段(S2)的第一相對端部區(qū)(S2E1)之后，如果所述另一通道(C)中不存在墨，那么光 的一部分通過第一相對端部區(qū)(S2E1)傳播穿過所述另一墨通道(C)且進入第二區(qū)段(S2) 的第二相對端部區(qū)(S2E2)。
10.權(quán)利要求9的墨盒(1)，其中所述至少一個反射部位(4)被配置成引導(dǎo)光通過所述 通道(12)和所述另一通道(C)，并且其中棱鏡(2，2”，2”’ )還包括至少兩個附加的反射部 位(4’，4”)，所述至少兩個附加的反射部位(4’，4”)中的第一反射部位(4’ )被配置成i) 在光穿過所述通道(12)和所述另一通道(C)之后接收該光，并且ii)將該光傳送到所述至 少兩個附加的反射部位(4’，4”)中的第二反射部位(4”)，以及所述至少兩個附加的反射部 位(4’，4”)中的第二反射部位(4”)被配置成通過所述另一通道(C)和所述通道(12)將 所述光傳送回到所述至少一個反射部位(4)，所述至少一個反射部位(4)被配置成使得i) 被反射回來的所述光的一部分接觸所述至少一個反射部位(4)且被引導(dǎo)出空心主體(23) 的底部(10)，以及ii)被反射回來的所述光的另一部分不接觸所述至少一個反射部位(4) 且直接傳播離開面向墨袋(6)的棱鏡壁(17)，從而分開該光以形成從墨盒(1)的分離部分 發(fā)射的兩個可檢測信號。
11.權(quán)利要求1-7中任何一項的墨盒(1)，還包括被定位成與和面向墨袋(6)的棱鏡壁 (17)相對的棱鏡壁(24)間隔一定距離的第二光學(xué)棱鏡(2”)，該第二光學(xué)棱鏡(2”)包括具有第一反射部位(4)的第一區(qū)段(Si)；與第一區(qū)段(Si)不連續(xù)且與第一區(qū)段(Si)光學(xué)對準(zhǔn)的第二區(qū)段(S2)，該第二區(qū)段 (S2)具有被配置成接收從第一反射部位(4)反射的光且將該光引導(dǎo)出空心主體(23)的底 部(10)的第二反射部位(4’ )；以及位于第一和第二區(qū)段(S1，S2)之間的通道(12)，其中如果通道(12)中不存在墨，那么 光在所述光路上從第一區(qū)段(Si)傳播到第二區(qū)段(S2)中。
12.權(quán)利要求1的墨盒(1)，其中光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)包括兩個反射部位(4，4”)，一 個反射部位(4)處于所述預(yù)定高度并且另一個反射部位(4”)處于第二預(yù)定高度，并且其 中墨盒(1)還包括附加的光學(xué)棱鏡(2’)，其被定位成鄰近所述光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’ )以限定光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’ )與所述附加的光學(xué)棱鏡(2’ )之間的第二墨袋(6’)，該附加的光 學(xué)棱鏡(2’ )包括至少一個反射部位(4’)，其位于光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’ )的所述兩個反射 部位(4，4”)中的另一個反射部位(4”)的第二預(yù)定高度并且被配置成如果第二墨袋(6’) 中的墨不阻擋由所述兩個反射部位(4，4”)中的另一個反射部位(4”)產(chǎn)生的光反射穿過 第 二墨袋(6’ )傳播，則接收且反射所述光反射。
全文摘要
一種被配置成容納墨的墨盒(1)包括基本上空心的主體(23)，其包括內(nèi)部空間(21)和基本上連續(xù)的內(nèi)壁(5)。盒(1)還包括內(nèi)部空間(21)中的光學(xué)棱鏡(2，2”，2”’)，其設(shè)置在相距連續(xù)內(nèi)壁(5)的預(yù)定距離處，使得棱鏡壁(17)和連續(xù)內(nèi)壁(5)限定墨袋(6)。棱鏡(2，2”，2”’)包括處于相對于主體(23)底部(10)的預(yù)定高度的以被配置成通過棱鏡(2，2”，2”’)反射來自光源(3)的光的角度形成的至少一個反射部位(4)。如果墨袋(6)中存在低于所述反射部位(4)的至少一部分的水平的墨，那么該墨不阻擋從所述反射部位(4)的所述部分反射的光在所述預(yù)定高度穿過墨袋(6)傳播，使得該反射的光可以在外部觀察到。
文檔編號G01F23/02GK101842240SQ200880113740
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月29日
發(fā)明者H·C·奧格爾, M·A·鮑德溫, R·L·斯塔瑟姆 申請人:惠普開發(fā)有限公司