人眼可观察的墨检测器的制作方法

专利名称：人眼可观察的墨检测器的制作方法
人眼可观察的墨检测器
背景技术：
先前已经做出努力使顾客可以观察喷墨打印机的墨盒中的墨量。其他的努力已经做出以制造和实现可靠的电墨供应检测机构，其在顾客的墨盒几乎没墨时例如通过他们的 计算机屏幕或者发送给他们的打印机的电信号通知顾客。已经做出努力来使用棱镜反射或折射的光束产生顾客可观察的且可电检测的墨 供应检测装置。此外，为了墨水平(ink level)检测的目的，将棱镜结构置于墨盒中。称为全内反射(TIR)的光学原理与光束和棱镜的该讨论有关。当内部光线以一定 角度撞击棱镜的内部段时，发生TIR，所述角度大于关于光束和内部段法向的角度的(with respect to an angle normal tothe light beam and the internal segment)特定临界 角。如果光束以所述特定临界角或者以大于该特定临界角的角度撞击棱镜段，并且如果棱 镜外的折射率低于棱镜内，例如当棱镜被空气包围时，处于临界角或临界角以上的光不能 穿过到达棱镜的外部。在这种情况下，所有所述光在棱镜内反射。给定通常用来制造棱镜 的材料(例如玻璃或聚合物材料)，这样的棱镜的临界角通常介于40和50度的角度之间。先前与墨盒一起利用光和棱镜以产生与墨盒内的墨水平有关的可读光信号的努 力倾向于产生从电检测或者人类可观察角度来看都不清楚的信号。所产生的接通/关断信 号通常不强烈。


本公开的实施例的特征和优点通过参照以下详细描述和附图将变得清楚明白，其 中相似的附图标记对应于类似(但是也许不完全相同)的部件。为了简洁起见，具有先前描 述的功能的附图标记或特征可以结合或者可以不结合它们在其中出现的其他附图来描述。图1描绘了墨盒的实施例的半示意图。图2A描绘了光学棱镜的实施例的半示意图。图2B描绘了光学棱镜的另一实施例的半示意图。图3描绘了其中具有墨的墨盒的实施例的半示意图。图4描绘了打印机的实施例的一部分的半示意剖视图。图5A描绘了棱镜的实施例的半示意侧视图。图5B描绘了棱镜的另一实施例的半示意侧视图。图5C描绘了图5B的棱镜的半示意前视图。图6半示意性地描绘了来自依照实施例的各种不同棱镜的面向用户的显示A、B、C 禾口 D0图7A、图7B、图7C、图7D和图7E描绘了喷墨盒棱镜壁的五个不同实施例的半示意 图。图8描绘了包括两个棱镜的墨盒的又一实施例的半示意图。图9描绘了 “U”形棱镜的实施例的半示意透视图。图10描绘了墨盒实施例中的图9的“U”形棱镜的半示意透视图。
图11描绘了 “L”形棱镜的实施例的半示意透视图。
具体实施例方式本文公开的墨盒的实施例允许顾客对他/她的打印机瞥一眼或者利用等效的电 子装置观察到特定墨盒中剩余的墨量。这是通过将发光二极管(LED)或者其他同等的光源 置于墨盒之内、之上或者附近，使得来自光源的光束能够到达墨盒内的指定位置来实现的。 在一个非限制性示例中，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个光 学棱镜，光信号通过所述棱镜精确地射到对用户眼睛和/或对 被配置成记录该光信号的电 检测器开放的观察窗口。基于墨盒中的墨水平，可以产生各种光信号。图1示出了由基本上空心的主体23形成的墨盒1，其中LED 3置于右下角之下。 应当理解的是，LED 3通常被定位成使得来自LED 3的光向上传播经过盒1并且进入可操 作地置于墨盒1的基本上空心的主体23的内部空间21内的棱镜2中。在一些非限制性实 施例中，棱镜2附接到墨盒内部空间21的底侧10。棱镜2的实施例通常小于墨盒1的内部 空间21的长度和宽度。这允许墨在墨盒内部空间21中在棱镜2周围来回自由流动，包括 在墨袋(ink pocket)6内自由流动，所述墨袋是棱镜2与盒1的邻近内壁5之间形成的空 间。光在特定反射部位4处以棱镜2上形成的预定反射角从光学棱镜2反射。(一个 或多个)反射角经常通过在棱镜材料表面上以有角度切口切割棱镜材料来形成。在一个实 施例中，所述预定反射角为45° ；并且在另一个实施例中，该角度从大约40°到50°变动， 这至少部分地取决于棱镜2的材料。从棱镜2反射的光束近似与光束的原始方向垂直地被引导出盒1。在一些情况下， 盒1的内壁5基本上是垂直的(vertical)(即内壁5的至少一部分是垂直的)并且平行于 原始光束，并且因此，反射的光束相对于盒1的垂直内壁5是水平的。然而，取决于与反射 部位4的入射角，光有可能以不同于水平的方向传播离开盒1。在光通过适当的区域离开 盒1之前，光也有可能在墨盒1和棱镜2附近多次反射(bounce)。从反射部位4引导出盒 1的该光束然后通过打印机8中的窗口 7(图4中示出)可由用户眼睛20观察到或者可由 检测器16(图7A-7E中示出)检测到，所述窗口 7邻近盒1的内壁5。图2A和图2B示出了两个不同的棱镜2的实施例，每个棱镜2上具有若干反射部 位4，并且以相对于棱镜2基本上相同的角度(例如45° )形成每个反射部位4。图2A示 出了反射部位4由棱镜2的墨袋6侧的锯齿状切口形成的实施例。图2B示出了反射部位 4由棱镜2的与墨袋6相对的壁上的一系列45°角度台阶形成的另一实施例。图3示出了其中光学棱镜2置于部分地填充了墨的墨盒1内部的实施例。棱镜2 的这个实施例包括在与墨袋6相对的棱镜2的一侧切出的三个近似45°角度的反射部位 4。LED 3置于墨盒1之下并且在棱镜2的正下方，使得LED 3的光向上照射并且撞击所述 三个反射部位4。所述三个45°切口反射部位4又以与来自LED 3的原始向上的光束的方 向成大约90°的角度反射三个分离的光束。来自所述三个反射部位4的三个光束水平地 或者接近水平地穿过棱镜2到达棱镜2的墨袋6侧。如图3中所示，墨盒1中的墨处于达 到所述三个反射部位4的最低部位及其对应光束之上的水平。因此，所述三个光束的最低 光束被墨袋6中的墨阻挡，并且因而不能通过打印机8的(一个或多个)观察窗口 7(图4中示出)观察到。未被墨袋6中的墨阻挡的另外两个光束穿过墨袋6并且照射通过墨盒1 的内壁5以及通过打印机8的(一个或多个)观察窗口 7，使得观察者的眼睛20和/或检 测器可以感知到它们。相信，依照全内反射(TIR)原理以及光线困难地或者一点也不困难地传播通过墨 这一事实，光从LED 3传播通过棱镜2并且离开盒1。依照TIR原理，墨与棱镜2之间的界 面(处于所述预定角度)以及空气与棱镜2之间的界面不同地反射/折射光。此外，如果 位于垂直棱镜壁17与最密切(most nearly)邻近的盒壁5之间的墨袋6包含低于反射部 位4的水平的墨，那么光从该反射部位4传播离开棱镜2并且通过盒壁5和观察窗口 7。当 来自棱镜2的光束在它离开棱镜2进入墨袋6时与空气交接的时候，它基本上无折射地传 播通过空气并且以垂直于原始光束的角度(例如，如果反射部位4为大约45° )撞击墨盒 1的内壁5，从而穿过观察窗口 7。如果棱镜2与墨盒壁5之间的墨袋6填充墨到高于棱镜2中的反射部位4之一的 水平，那么从该反射部位4反射的光基本上被墨阻挡。这防止该光经过墨袋6传播到墨盒 壁5。因此，当存在足够的墨以填充墨袋6到给定反射部位4的水平时，来自该给定反射部 位4的光永远不会到达观察窗口 7。例如，当墨容器1填充颜料型墨到图3中所示水平时， 来自棱镜2上的上面两个反射部位4的光将照射通过观察窗口 7，而来自最低反射部位4的 光将损失在墨中。然而，应当理解的是，当盒1中存在的墨是染料型墨时，一些微弱量的光 可能从甚至那些位于墨水平处或者墨水平之下的反射部位4到达观察窗口 7。应当理解的是，如果墨袋6中的墨水平高于反射部位4的一部分而不是整个反射 部位4，那么光信号可以从高于墨水平的反射部位4的那部分反射。这样的光信号弱于从完 全高于墨水平的反射部位产生的光信号。因此，在本文公开的墨盒1的实施例中，有效地产生用于检测墨水平的光信号的 现象通过决定光如何由棱镜2内的反射部位4反射的TIR原理以及还通过从棱镜2射出的 光可以基本上完全被墨阻挡这一事实而成为可能。如前所述，当墨以挡住给定反射部位4 的水平存在于墨盒1中时，光被阻止从棱镜2射出。但是，当墨不以挡住反射部位4的至少 一部分的水平存在于墨盒1中时，光的至少一部分射出棱镜2并且产生可检测和/或可视 的信号。更具体地，光束从相应反射部位4反射到垂直棱镜壁17与墨袋6之间的界面。当 垂直棱镜壁17的与反射部位4正对的区域被墨袋6内存在的墨挡住时(例如，墨袋相对充 满了墨)，那么来自该反射部位4的光束不能从垂直棱镜壁17通过墨袋6射出并且离开墨 盒1。形成对照的是，当所述界面不被墨袋6中存在的墨覆盖或挡住(例如，墨袋6相对缺 乏墨)时，来自该反射部位4的光束能够从棱镜2通过墨袋6射出并且离开墨盒1。当墨盒1被使用时，墨盒1内的墨水平降低，从而暴露附加的反射部位4以及垂直 棱镜壁17的与这些反射部位4正对的那些区域。随着墨袋6内的墨水平进一步被消耗并 且附加的反射部位4变得暴露于墨水平之上，单独的光带(对应于暴露的反射部位4)持续 “接通”并且顺序地添加和显示在可视显示上，从而提供到何时盒1中的墨供应被用完的递 减计数。现在参照图4，用户将被填充的墨盒1插入打印机8中。如果墨 盒1装载正确，那 么供应灯可以在打印机8的观察窗口 7中的未被点亮的垂直灯串9的顶部照亮以指示墨盒1的正确安装。依照图4中所示的模式，用于每个盒1的一个或多个顶部灯被照亮，从而指 示正确的安装。每个盒1具有用户可以观察的对应垂直灯串9，串9中照亮的灯的数量取决于各盒 1中存在的墨量。随着更多的墨被使用，附加的灯将变得可视。当特定墨盒1为空时，供应 灯于是可以闪烁以指示用户应当更换该特定盒1。在图4中，打印机8的特定部分被示出具有观察窗口 7和水平行的六个灯串9，每 个灯串对应于六个不同的墨盒1之一。此外，每个灯串9具有可以被照亮并显示给用户的 四个灯。应当理解的是，串9中灯的数量对应于对应盒1中反射部位4的数量。当完全点 亮时，每个单独的灯一起形成灯的垂直列或串9。在图4所示的特定实施例中，顶部水平行 的灯当点亮时指示墨盒1被正确地插入。应当理解的是，当串9中下一个灯(从顶部灯往 下)被照亮时，对应盒1中的墨供应已经消耗到暴露反射部位4的水平，从而允许用户观察 到来自该反射部位4的光。因此，对于其中两个、三个或四个灯被照亮的灯串9而言，盒1 中的墨正被消耗并且在某种程度或另一程度上正变得更接近耗尽。耗尽的程度根据垂直串 9中点亮的灯的数量估量。在该实施例中，当墨盒1基本上为空时，所述六个垂直灯串9的 每一个中的所有灯都被照亮。当墨盒1基本上填满时，除了指示正确插入的每列的顶部灯 之外，没有灯被显示。图4描绘了可以向用户提供的观察窗口 7中的可视显示的各种实施例之一。应当 理解的是，各彩色灯串9的厚度可以通过改变各墨盒1中的反射部位4的长度或配置来改 变。然而，应当理解的是，为了实现希望的反射特性，从棱镜2切出反射部位4的角度(例 如近似为45° )应当保持在希望的范围内以便实现精确地传播到观察窗口 7的来自棱镜2 的光束。例如，只要以正确的角度切割反射部位4，那么更 薄的垂直灯串9可以通过构造具 有基本上水平方向上更窄的长度的反射部位4来实现，而更厚的垂直灯串9可以通过构造 水平方向上更厚的反射部位4来实现。在该特定实施例中，即使主要针对观察者的眼睛20 而设计，有关该显示的信息也可以被电检测系统(图4中未示出)记录。可替换的可视显示也可以通过改变棱镜2的几何形状来实现。图5A和图5B说明 了这样的变化的两个示例。图5A和图5B中分别显示的每个实施例虽然看起来不同于图 2A和图2B，但是为来自棱镜2底部的LED3的光束提供了 45°的反射部位4。在图5A的实 施例中，保持了基本的直角三角形棱镜形状(因为直角三角形棱镜的整个斜边相对于来自 LED 3的垂直指向光束成45°角度)。然而，在图5A的棱镜2中不存在切口部分。这样的 实施例能够将光束反射到观察窗口 7，如图5A中所示。应当理解的是，这种实施例中的光 的强度通常不足够亮得可由用户容易地进行观察。在图5B中所示棱镜2的另一实施例中， 在棱镜2面向墨袋6的垂直壁17上存在一系列三个锯齿状45°切口 18(图5B中示出)。 这些切口 18不用作反射部位4，而是用作实际上将光反射回棱镜2的区域。是这些切口 18 正上方和正下方的垂直棱镜壁17中的未切割矩形区域19使得光能够离开棱镜2进入墨袋 6。从这些矩形区域19射出的光是眼睛20或电子检测器16 (参见图7A-7E)实际感知的光。 从这些区域19射出的光从棱镜2的其他区域中的反射部位4射出。图5C示出了观察者将看见的图5B的棱镜2的前视图。该用户的视图实际上是面 向墨袋6的棱镜壁17的视图。切口区域18不反射光信号，而切口区域18上方和下方的矩 形区域19反射光信号。
图6描绘了可替换可视显示的示例A、B、C和D，其可以基于棱镜2的几何形状以及特别地基于反射部位4的形状来实现。例如，图6中的显示A和D说明了当类似于图5B 和图5C中示出的实施例，通过在棱镜2中形成使得光在棱镜2内反射的切口 18以及使得光 反射出垂直棱镜壁17的区域19而形成棱镜2时，灯串9中的灯看起来将如何。显示D说 明了其中棱镜2具有三个反射部位4的实施例。图6中的显示B说明了一系列跨观察窗口 7延伸的水平光带，其由跨棱镜2的整个侧面水平地延伸反射部位4而产生，所述反射部位 4将来自LED 3的光作为笔直水平带反射出垂直棱镜壁17。图6中的显示C示出了光带中 的间隙，其可以通过跨反射部位4水平地构造间断部分来形成。在一个实施例中，这些间断 部分通常以光不以90°朝垂直棱镜壁17反射的角度切出。在另一个实施例中，反射部位4 包括在水平地横跨反射部位4的间断部分处的非反射材料。这些间断部分的效果在于，观 察者看见一系列彼此水平定位的离散光部分而不是实心水平带。这样的实施例并不预期是 限制性的，而是示出通过其可以实现各种可视光信号的一些一般技术。图7A、图7B、图7C、图7D和图7E示出了墨盒1和棱镜2的五个稍微不同的实施 例，所有这些实施例都在棱镜壁17的墨袋侧、棱镜壁17的相对侧24或者墨盒1的内壁5 上的墨袋6的相对侧采用了凹口 11或突出物11’。当墨填充凹口 11的全部或部分或者挡 住突出物11’时，凹口 11或突出物11’用于光中断功能。尽管图7A-7E中示出的LED 3被定位成将光束引导到反射部位4之一，但是应当 理解的是，LED 3可以被定位成将光束引导到每个反射部位4，从而可以产生多个光信号 (一些光信号通过壁5离开盒1，其他光信号通过底部10离开盒1)。这些实施例包括附加的反射部位4’，其朝墨盒1的底部10引导光。在图7A、图7B 和图7C的实施例中，来自棱镜2中的反射部位4的光束通过附加的反射部位4’被引导到 凹口 11，该凹口是从棱镜壁17的一区段切出的。在图7D的实施例中，附加的反射部位4’ 向下引导光通过墨袋6。在图7E的实施例中，附加的反射部位4’向下引导光通过棱镜2。在图7A和图7B的情况下，凹口 11沿着垂直棱镜壁17向下一直延伸到墨盒1的 底部10。这些凹口 11在棱镜2中形成凹陷R，其增大了墨袋6的体积。在图7C中，凹口 11 被切出以沿着垂直棱镜壁17向下部分延伸，从而形成比图7A和图7B中所示更小的凹陷R。 应当理解的是，该更小的凹陷R同样在一定程度上增大了墨袋6的体积。在图7D中，突出 物11’通过在从形成墨袋6 —侧的墨盒1的壁5突出的一块材料15上放置附加的反射部 位4’来构造。在图7E中，直接来自光源3的光束被引导到凹口 11，其沿着与垂直棱镜壁 17相对的棱镜2的壁24定位在反射部位4与盒1的底部10之间。该凹口 11形成凹陷R， 其增大了内部空间21的体积。应当理解的是，当该凹口 11在其中具有墨时，光在其甚至进 入棱镜2之前就被阻挡。图7A示出了具有使水平光信号反射经过墨袋6且离开墨盒1并且使垂直光信号 从棱镜壁17上的第二反射部位4’向下反射且离开墨盒1的底部10的能力的实施例。应 当理解的是，在图7A的实施例中，由于墨袋6和凹口 11填充了墨，因而光信号在这些特定 点处被阻挡而不能离开墨盒1。然而，应当理解的是，从墨盒1的不同部分发射的两个分离 的光信号可以由电检测、人眼20或者这二者的组合记录(当墨水平降低到使得阻挡不发生 时)。如前所述，在图7A和图7B中，凹口 11从垂直棱镜壁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，那么它很可能阻挡光通过凹口 11。因此，在 图7A中，没有光信号将从墨盒1发射(除了在高于墨水平的那些反射部位4处)，并且在图 7B中，光信号将从接收光束的所有反射部位4射出墨盒1。图7A和图7B的凹口 11尺寸不 同，但是它们实现了相似的结果。图7A和图7B的变体实施例可以通过如图7E中所示将凹口 11置于棱镜2的与垂 直棱镜壁17相对的壁24上来实现。如前所述，如果光源3置于凹口 11的正下方，那么当 在墨盒1中留下非常少(如果有的话)的墨时，光信号将被检测到，因为墨处于阻挡光进入 棱镜2的位置。像图7A的实施例一样，图7E的实施例也包括使水平光信号反射经过墨袋 6且离开墨盒1的侧面5并且使垂直光信号从垂直棱镜壁17上的第二反射部位4’向下反 射且离开墨盒1的底部10的能力。现在参照图7D，凹口 11被形成，使得它从盒1的内壁5突出。在该实施例中，凹口 11包括接收来自反射部位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 下引导光通过墨袋6(当墨水平使得光能够通过时)到达盒1的底部10。如同图7A和图 7B的实施例一样，图7D的实施例被设计成使得如果在墨袋6中存在任何量的墨，那么它很 可能阻挡光通过盒1，从而阻止光信号到达电检测器16或用户眼睛20。图7C中的凹口 11(不像图7B中所示)并不一直沿着垂直棱镜壁17向下延伸，而 是被配置成沿着壁17向下延伸一小段距离。其结果是，(从反射部位4、4’反射的)光在凹 口 11中不存在墨时通过凹口 11射出。在经过凹口 11之后，光束在凹口 11的底侧重新进 入棱镜2并且沿着棱镜2向下传播到墨盒1的底部10，作为由电检测器16检测或者由用户 眼睛20观察的光信号。图7C的这个较小的凹口 11早于图7A、图7B和图7D的凹口 11产 生光信号，这至少部分地因为当所述较小的凹口 11为空时，墨将仍然存在于墨袋6(图7A、 图7B和图7D的光信号通过其传播)和整个墨盒1中。
图8中示出的墨盒1的实施例举例说明了可以一起或单独采用的两个不同方面。 在第一方面，图8示出了其中倾斜墨盒1以产生墨盒1中的墨在墨盒1的一端(与其中形 成墨袋6的端部相对)累积的情形的实施例。这导致墨袋6比墨盒1的相对侧的区域更早 短缺墨。该相对侧通常是从其将墨分发给打印机8的墨盒1的区域。这样的定位导致即使 当一定量的墨仍然留在墨盒1中时也触发墨水平检测功能以显示低水平的墨。因此，在墨 盒1完全为空之前，警告用户需要准备用新盒更换旧盒。在所述两个不同方面的第二方面，图8示出了在墨盒1中使用两个分离的光学棱 镜2、2’，右边的棱镜2是前面所描述的棱镜，左边的棱镜2’形成用于至少一个所述光信号 的第二反射部位4’。棱镜2与内壁5形成墨袋6并且在棱镜2与墨袋6相对的一侧具有 由45°切口组成的反射部位4。棱镜2的这个实施例值得注意的是，除了前面提到的反射 部位4之外，具有为45°切口的一个反射部位4”，其在其他反射部位4的相反方向上反射 来自LED 3的垂直光束。更特别地，该反射部位4”在远离墨袋6且朝向第二棱镜2’的方 向(即垂直于原始光束)上引导光束，所述第二棱镜在该实施例中放置在第一棱镜2的左 边。第一棱镜2左边的第二光学棱镜2’通常小于第一棱镜2并且与第一棱镜2形成 第二墨袋6’。第二棱镜2’可以沿着底部10置于棱镜2和盒1的与墨袋6相对的端部之间 的任何位置。应当理解的是，第二棱镜2’被定位成越靠近分发器22，则可以检测到越低水平的墨。第二棱镜2’具有至少一个45°切口，其形成接收来自第一棱镜2的反射部位4” 的光束的第二反射部位4’。然后，第二棱镜2’上的反射部位4’反射该光束，使得光直接向 下传播到其中可以检测该光的墨盒1的底部10。当该第二墨袋6’中的墨水平高得足以阻 挡光束通过该第二墨袋6’传播到第二棱镜2’时，那么第二墨棱镜2’不产生光信号。图8涉及第二棱镜2’的方面用来提供一种系统，由此墨盒1中的不同墨水平可以 在每个棱镜2、2’的不同位置处检测。由于墨从第一墨袋6比从第二墨袋6’更早耗尽，因 而由第一棱镜2产生并且通过第一墨袋6引导出墨盒壁5的光束可以早于从第一棱镜2传 送到第二棱镜2’并且离开墨盒1的底部10的光束被检测到。当如图8中所示这种双棱镜 2、2’布置与墨盒1的倾斜位置方面相结合时，在墨盒1中的墨完全耗尽之前甚至产生来自 第二棱镜2’的光信号。结合这两个方面的该非限制性实施例可以用在采用可视光信号(例 如从第一棱镜2射出墨盒壁5的光信号)和可电检测光信号(例如从第一棱镜2射到第二 棱镜2’并且向下通过墨盒1的底部10的光信号)的系统中。应当理解的是，任何检测配 置可以用在这样的实施例中，例如，所有的光信号可以由用户观察，或者来自第一棱镜2的 光信号可以可电检测，而来自第二棱镜2’的光信号可以可由用户观察。此外，像图7A和图7E —样，图8也具有使光信号从墨盒1的侧面5以及墨盒1的 底部10离开的方面。因此，再次，从墨盒1的不同区域发射的两个分离的光信号可以被电 检测、人眼20或者这二者的组合记录。现在参考图9，棱镜2”的另一实施例被示为方形化“U”形状，“U”的两个端部E1、 E2被配置成位于墨盒1的底部10 (该图中未示出)上。光源3产生光束，其从端部之一 El 进入棱镜2”并且沿着“U”的一侧向上传播到第一反射部位4，该第一反 射部位是“U”形棱 镜2”的第一垂直转弯处的45°切口。该第一反射部位4成90°地反射光，使得它穿过上 下倒置的“U”形棱镜2”的顶侧T笔直地传播。沿着穿过棱镜2”的顶侧T的路径，光束到 达基本上形成“U”的顶侧T中的完整三维空间或切口的通道12。从第一反射部位4传播的 光离开棱镜2”的一个区段并且穿过通道12传播到其中棱镜2”的顶侧T在通道12的另一 侧再继续的位置。棱镜2”的顶侧T因此被分成两个分离的区段S1、S2，区段S1、S2之一为 通道12之前的部分，区段S2、S1中的另一个为通道12之后的部分。应当理解的是，这两个 区段S1、S2是不连续的，但是光学对准的。因此，如果通道12没有充分地填充墨，那么光束 可以容易地穿过通道12并且再继续通过棱镜2”的顶侧T的第二区段S2传播。在棱镜2”的第二区段S2中，在与通道12间隔一定距离处，存在凹口 13 (形成另 一通道C)，其不同于通道12，不形成分开棱镜2”的完整三维空间。相反地，凹口 13，C是近 似一半延伸进入顶侧T的宽度以及一半横跨通过顶侧T的光路的切口。这样，凹口 13，C将 第二区段S2的一部分分成两个相对的端部S2E1、S2E2。因此，先前通过通道12传播(墨不 存在时)的光束的近似一半能够无中断地传播通过顶侧T，S2的紧邻凹口 13，C的部分14。 光束的另一半能够穿过第二区段的第一相对端部S2E1并且然后在凹口 13，C不存在墨的情 况下穿过凹口 13，C。应当理解的是，光束然后穿过第二区段的第二相对端部S2E2。因此， 光束在凹口 13，C被墨挡住时用作半信号，并且在凹口 13，C未被墨挡住时用作全信号。在穿过凹口 13，C和/或部分14之后，光然后遇到由“U”形棱镜2”的第二垂直转 弯处的45°切口形成的另一反射部位4’。该第二反射部位4’成90°地反射光，从而将光 向下引导到“U”形棱镜2”的第三侧且朝向墨盒底部10。光束作为要被电检测和/或由眼睛20检测的光信号离开墨盒1。为了确保该第二反射部位4’向下反射光以便被检测，而不 管墨水平是否位于或者高于反射部位4’，将反射部位4’设计成具有围绕它的永久空气袋 (未示出)。空气袋的形成可以通过在反射部位4’周围提供额外的棱镜2”材料(例如玻 璃或聚合物材料)层来实现。该额外层被定位成使得在它与第二反射部位4’之间存在空 气空间。空气袋确保了 “U”的第三侧的第二反射部位4’总是向下反射光以便被检测。在图10中，图9的“U”形棱镜2”被示出置于墨盒1的实施例中。该双区段棱镜 2”具有从墨盒1的底部10产生并且可通过底部10检测的光信号。在图10所示的实施例 中，墨正挡住凹口 13，C。这导致较弱的光信号被检测到，因为光束通过顶侧T，S2的部分14 传播的部分被检测到，而光束遇到填充的凹口 13，C的部分被阻挡而不能进一步传播并且 因而不被检测到。图10的实施例也包括一系列四个光学棱镜2，其在高度上是渐变的，置于“U”形棱 镜2”的右边。这些光学棱镜2中的每一个在每个棱镜2的顶部具有45°的反射部位4，其 中每个反射部位4位于相距盒1底部10的不同高度。当墨袋6中的墨水平低于相应的反 射部位2时，四个分离的光束穿过墨袋6传送到墨盒1的右壁5。如前所述，当墨袋6中的 墨消耗到低于特定反射部位4的水平时，每个光束变得有效(即不被阻挡)。如图10所示，墨盒1处于倾斜的位置。在图10中，倾斜角度近似为10°，但是应 当理解的是，这不是限制性方面。在该非限制性实施例中，所述四个分离的棱镜2的反射部 位4产生射到墨盒壁5并且被用户眼睛20观察到或者被电检测的光信号，最高的棱镜2产 生第一可检测信号，次高的棱镜2产生第二可检测信号，依次类推。至少部分地由于盒1的 倾斜位置，到第四棱镜2产生可检测信号时，墨盒1仍然近似半满。到墨达到一定水平，使得“U”形棱镜2”产生全可检测光信号时，墨在很大程度上 更接近耗尽。由于墨盒1处于倾斜位置，“U”形棱镜2”中的通道12在凹口 13，C之前变为 空。如前所述，这导致较弱的信号，至少直到凹口 13，C没有墨为止。像图9的实施例一样， 接收并且反射全光束或部分光束的第二反射部位4’可以由空气袋(未示出)包围，使得即 使当反射部位4’低于墨水平时，也可以反射光束。当墨消耗到一定水平，使得光束穿过凹 口 13，C时，全信号于是产生。应当理解的是，当该最后的信号被电子检测器16检测到时， 打印机8可以产生告知用户盒1真正接近为空的消息。图11描绘了双段棱镜2”’的又一实施例。在图11中，双段棱镜2”’包括通道 12 (将顶侧T分开成段Si、S2)和凹口 13，C(部分地将第二段S2分开成相对的端部S2E1、 S2E2)，但它是“L”形而非U形。光首先在“L”的短侧被引导通过棱镜2”，的一个端部E1， 反射离开第一反射部位4并且沿着“L”的顶侧或长侧T传播通过通道12、凹口 13，C和紧 邻凹口 13，C的部分14并且到达“L”的另一端部E2。棱镜2”’的另一端部E2包括两个附 加的反射部位4’、4”，其中一个4’成90°地朝另一个4”反射光。另一个附加的反射部位 4”然后成90°地(即相对于从第一反射部位4反射的光束成180°地)反射该光，使得它 向后朝反射部位4传播。像图9和图10的实施例一样，接收并且反射光束的第二和第三反射部位4’、4”中 的每一个由空气袋(未示出)包围，从而确保不管墨水平如何，反射部位4’、4”都反射它们 接收的任何光束，所 述空气袋由与附加的反射部位4’、4”间隔一定距离且包围这些附加的 反射部位的额外的棱镜2”’材料层提供。光向后通过凹口 13，C和通道12射向第一反射部位4。在一个实施例中，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进入棱镜 2”’所在的端部El处的墨盒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，棱镜2”’的这种配置设计时特别地考虑了空间和能量因素，使得LED 3和电 检测器16或观察窗口 7可以彼此靠近地放置。在另外的实施例(图11中示出)中，棱镜2”’ (以及特别是反射部位4)可以被配 置成使得通过顶侧T返回的光束足够宽，从而光束的一部分被第一反射部位4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过棱镜壁17(即当墨 不挡住壁17的该部分时)并且离开墨盒内壁5到达其中它可以被人眼20观察的观察窗口 7。应当理解的是，这种配置使得在盒1周围的不同区域可电检测和可人观察盒1中的墨水 平。因此，像图7A、图7E和图8 —样，图10和图11的实施例能够使光信号(其 垂直 于光束的原始方向且平行于墨盒1的底部10)反射经过墨袋6且离开墨盒1的壁5并且使 另一光信号(其平行于光束的原始方向且垂直于墨盒1的底部10)反射离开墨盒1的底部 10。因此，再次，两个分离的光信号可以被电检测、人眼20或者这二者的组合在墨盒1的两 个不同区域处记录。尽管已经详细地描述了若干实施例，但是本领域技术人员应当清楚明白的是，所 公开的实施例可以加以修改。因此，前面的描述应当被认为是示例性的而不是限制性的。
权利要求
一种被配置成容纳墨的墨盒(1)，该墨盒(1)包括基本上空心的主体(23)，其包括内部空间(21)和基本上连续的内壁(5)；以及在所述主体(23)的内部空间(21)中的光学棱镜(2，2”，2”’)，所述光学棱镜设置在相距连续内壁(5)的预定距离处，使得棱镜壁(17)和墨盒(1)的连续内壁(5)限定了墨袋(6)，该光学棱镜(2，2”，2”’)包括处于相对于所述空心主体(23)的底部(10)的光学棱镜(2，2”，2”’)的预定高度、以被配置成通过所述光学棱镜(2，2”，2”’)反射来自光源(3)的光的角度形成的至少一个反射部位(4)；其中如果所述墨袋(6)中存在低于所述至少一个反射部位(4)的至少一部分的水平的墨，那么该墨不阻挡从所述至少一个反射部位(4)的所述至少一部分反射的光在所述预定高度穿过所述墨袋(6)传播，使得该反射的光能够在外部观察到。
2.权利要求1的墨盒(1)，其中棱镜(2，2”，2”’)包括多个分离的反射部位(4)，每个分 离的反射部位⑷位于相对于底部(10)的光学棱镜(2，2”，2”’ )的不同预定高度处，其中 每个分离的反射部位(4)产生分离的光反射，所述分离的光反射在与从其产生分离的光反 射的分离的反射部位(4)对应的预定高度传播通过光学棱镜(2，2”，2”’)且穿过墨袋(6)， 条件是墨袋(6)中的墨不阻挡分离的光反射在对应的预定高度传播，并且其中在对应的预 定高度的分离的光反射中的每一个能够作为分离的光信号在外部观察到。
3.权利要求1和2中任何一项的墨盒(1)，还包括被配置成在所述预定高度反射光的 多个分离的反射部位(4)，其中分离的反射部位(4)中的每一个产生分离的光反射，所述分 离的光反射在所述预定高度在与在所述预定高度传播的其他分离的光反射中的每一个不 同的横向位置中传播通过光学棱镜(2，2”，2”’)且穿过墨袋(6)，条件是墨袋(6)中的墨不 阻挡分离的光反射在所述预定高度通过墨袋(6)传播，并且其中这些分离的光反射能够作 为分离的光信号在外部观察到。
4.权利要求1-3中任何一项的墨盒(1)，其中主体(23)被定位成使得当墨的至少一部 分仍然存在于主体(23)中时，该墨不阻挡所述至少一个光反射在所述预定高度穿过墨袋 (6)传播。
5.权利要求1-4中任何一项的墨盒(1)，其中所述连续内壁(5)包括在其一部分上的 至少一个附加的反射部位(4’)，所述附加的反射部位(4’)i)进一步限定墨袋(6)，ii)位 于所述预定高度，并且ii i)被配置成如果墨袋(6)中的墨不阻挡光学棱镜(2，2”，2”’)的 所述至少一个反射部位(4)反射的光在所述预定高度穿过墨袋(6)传播，则接收并反射由 所述至少一个反射部位(4)反射的光。
6.权利要求1-5中任何一项的墨盒(1)，还包括光学棱镜(2，2”，2”’)的第二反射部位(4)，其位于与所述预定高度不同的第二预定高度；光学棱镜(2，2”，2”’ )的第三反射部位(4’)，其被配置成接收从第二反射部位(4)反 射的光；以及在面向墨袋(6)的棱镜壁(17)中形成的凹口(11)，该凹口 (11)是从棱镜(2，2”，2”，) 的区域切出的，所述区域完全与从第三反射部位(4’)延伸到空心主体(23)底部(10)的光 路相交，从而在光学棱镜(2，2”，2”’ )中形成增大墨袋(6)的体积的凹陷(R)；其中如果凹陷(R)中不存在墨，那么光在所述光路上从第三反射部位(4’ )穿过凹口(11)传播并且离开底部(10)。
7.权利要求1-6中任何一项的墨盒(1)，还包括在与面向墨袋(6)的棱镜壁(17)相对 的棱镜壁(24)中形成的凹口(11)，该凹口(11)是从棱镜(2，2”，2”’)的区域切出的，所述 区域完全与从空心主体(23)的底部(10)延伸到所述至少一个反射部位(4)的光路相交， 从而在光学棱镜(2，2”，2”’ )中形成增大内部空间(21)的体积的凹陷(R)，其中如果凹陷 (R)中存在墨，则阻止光进入棱镜(2)。
8.权利要求1-4中任何一项的墨盒(1)，其中棱镜(2，2”，2”’)包括两个不连续但是光 学对准的区段(S1，S2)以及位于这两个区段(S1，S2)之间的通道(12)，并且其中如果通道(12)中不存在墨，那么光在从这两个区段(S1，S2)中的第一区段(Si)穿过通道(12)并进 入这两个区段(S1，S2)中的第二区段(S2)的光路上传播。
9.权利要求8的墨盒(1)，其中光学棱镜(2，2”，2”’)还包括在该棱镜(2，2”，2”’ ) 的区域处形成的凹口(13)，所述区域部分地与第二区段(S2)中的所述光路相交，使得凹口(13)部分地将第二区段(S2)分成两个相对的端部区(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从第一区段(Si)传播穿过所述通道(12)且进入 第二区段(S2)的第一相对端部区(S2E1)之后，如果所述另一通道(C)中不存在墨，那么光 的一部分通过第一相对端部区(S2E1)传播穿过所述另一墨通道(C)且进入第二区段(S2) 的第二相对端部区(S2E2)。
10.权利要求9的墨盒(1)，其中所述至少一个反射部位(4)被配置成引导光通过所述 通道(12)和所述另一通道(C)，并且其中棱镜(2，2”，2”’ )还包括至少两个附加的反射部 位(4’，4”)，所述至少两个附加的反射部位(4’，4”)中的第一反射部位(4’ )被配置成i) 在光穿过所述通道(12)和所述另一通道(C)之后接收该光，并且ii)将该光传送到所述至 少两个附加的反射部位(4’，4”)中的第二反射部位(4”)，以及所述至少两个附加的反射部 位(4’，4”)中的第二反射部位(4”)被配置成通过所述另一通道(C)和所述通道(12)将 所述光传送回到所述至少一个反射部位(4)，所述至少一个反射部位(4)被配置成使得i) 被反射回来的所述光的一部分接触所述至少一个反射部位(4)且被引导出空心主体(23) 的底部(10)，以及ii)被反射回来的所述光的另一部分不接触所述至少一个反射部位(4) 且直接传播离开面向墨袋(6)的棱镜壁(17)，从而分开该光以形成从墨盒(1)的分离部分 发射的两个可检测信号。
11.权利要求1-7中任何一项的墨盒(1)，还包括被定位成与和面向墨袋(6)的棱镜壁 (17)相对的棱镜壁(24)间隔一定距离的第二光学棱镜(2”)，该第二光学棱镜(2”)包括具有第一反射部位(4)的第一区段(Si)；与第一区段(Si)不连续且与第一区段(Si)光学对准的第二区段(S2)，该第二区段 (S2)具有被配置成接收从第一反射部位(4)反射的光且将该光引导出空心主体(23)的底 部(10)的第二反射部位(4’ )；以及位于第一和第二区段(S1，S2)之间的通道(12)，其中如果通道(12)中不存在墨，那么 光在所述光路上从第一区段(Si)传播到第二区段(S2)中。
12.权利要求1的墨盒(1)，其中光学棱镜(2，2”，2”’)包括两个反射部位(4，4”)，一 个反射部位(4)处于所述预定高度并且另一个反射部位(4”)处于第二预定高度，并且其 中墨盒(1)还包括附加的光学棱镜(2’)，其被定位成邻近所述光学棱镜(2，2”，2”’ )以限定光学棱镜(2，2”，2”’ )与所述附加的光学棱镜(2’ )之间的第二墨袋(6’)，该附加的光 学棱镜(2’ )包括至少一个反射部位(4’)，其位于光学棱镜(2，2”，2”’ )的所述两个反射 部位(4，4”)中的另一个反射部位(4”)的第二预定高度并且被配置成如果第二墨袋(6’) 中的墨不阻挡由所述两个反射部位(4，4”)中的另一个反射部位(4”)产生的光反射穿过 第 二墨袋(6’ )传播，则接收且反射所述光反射。
全文摘要
一种被配置成容纳墨的墨盒(1)包括基本上空心的主体(23)，其包括内部空间(21)和基本上连续的内壁(5)。盒(1)还包括内部空间(21)中的光学棱镜(2，2”，2”’)，其设置在相距连续内壁(5)的预定距离处，使得棱镜壁(17)和连续内壁(5)限定墨袋(6)。棱镜(2，2”，2”’)包括处于相对于主体(23)底部(10)的预定高度的以被配置成通过棱镜(2，2”，2”’)反射来自光源(3)的光的角度形成的至少一个反射部位(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，那么该墨不阻挡从所述反射部位(4)的所述部分反射的光在所述预定高度穿过墨袋(6)传播，使得该反射的光可以在外部观察到。
文档编号G01F23/02GK101842240SQ200880113740
公开日2010年9月22日 申请日期2008年10月27日 优先权日2007年10月29日
发明者H·C·奥格尔, M·A·鲍德温, R·L·斯塔瑟姆 申请人:惠普开发有限公司