專利名稱：制造熱塑性光波導(dǎo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由熱塑材料構(gòu)成的光波導(dǎo)(light duct)的制造方法，具體而言，意在將所述熱塑材料構(gòu)成的光波導(dǎo)用于制作安裝在眼鏡型(the pairof spectacles type)框架上的電子顯示裝置。
背景技術(shù)：
在美國(guó)專利No.6023372中描述了這樣的顯示裝置，并在圖1中示出了其平面圖。
這樣的裝置10包括具有第一外殼20的機(jī)架部件16，第一外殼20包含用于接收數(shù)據(jù)或圖像的電路，以及成像部件。通過光器件14將成像部件發(fā)出的光傳送至用戶的眼睛，例如通過眼鏡片24。光波導(dǎo)14包括沿其縱軸A-A’傳輸光的透明直線光中繼器(light relay)26和偏轉(zhuǎn)部件28，偏轉(zhuǎn)部件28包括安放在相對(duì)于第一軸A-A’傾斜的表面上的反射鏡30以及其轉(zhuǎn)軸B-B’(在這一實(shí)例中)垂直于所述第一軸A-A’，并與所述傾斜壁相互對(duì)準(zhǔn)設(shè)置的非球面透鏡32。機(jī)架部件16通過卡裝部件36安裝在鏡架的鏡腿34上。
除透鏡的厚度外，所述波導(dǎo)具有指定的最大高度Hmax，以及沿其縱軸A-A’的指定平均長(zhǎng)度Lmoy。例如，這樣的現(xiàn)有技術(shù)中的光波導(dǎo)具有11毫米(mm)的最大高度Hmax和32mm的平均長(zhǎng)度Lmoy。
已知通過將多個(gè)塑料部分粘合到一起制作光波導(dǎo)14，所述塑料部分是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或“Zeonex”(一種環(huán)烯聚合物)模制(molded)而成的。這些不同的部分包括光中繼器26，光中繼器26是通過從一塊板上切下一個(gè)矩形截面的條，并對(duì)其末端進(jìn)行機(jī)械加工和拋光，所述條還起著承載反射鏡30和通過粘合劑接合到其上的同樣模制而成的透鏡32的作用。
這是一種復(fù)雜的方法，因?yàn)槠浒ê芏嗵幚?、切割、機(jī)械加工、拋光和接合步驟，在這些步驟當(dāng)中始終要求非常高的精確度。因此，其過程長(zhǎng)，造價(jià)高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過一種制造方法解決了這一問題，所述方法簡(jiǎn)單、快速并且更適用于批量生產(chǎn)，同時(shí)能夠通過確保其構(gòu)成材料的良好均勻性而確保高質(zhì)量的光傳輸，由此能夠避免所傳輸圖像的任何失真。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種制造由熱塑材料構(gòu)成的光波導(dǎo)的方法，所述波導(dǎo)包括由具有矩形截面的條構(gòu)成的光中繼器，用于沿其被稱為第一軸的縱軸傳輸光，在所述波導(dǎo)的一端既設(shè)置有相對(duì)于所述第一軸傾斜的壁，又設(shè)置有透鏡，所述透鏡的轉(zhuǎn)軸包含在縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)，所述波導(dǎo)具有除所述透鏡的厚度以外的指定最大高度Hmax，和沿其縱軸的指定平均長(zhǎng)度Lmoy，所述波導(dǎo)的特征在于所述波導(dǎo)通過向具有與所述波導(dǎo)相同形狀的空腔的模具內(nèi)注入熱塑材料而制成單個(gè)部件，所述注入是通過設(shè)置在所述空腔的一側(cè)上的給料孔發(fā)生的，所述給料孔位于某一面之上，該面基本平行于由所述軸界定的平面，所述給料孔具有處于0.2Hmax到Hmax范圍內(nèi)的高度h，以及處于0.2Lmoy到0.8Lmoy范圍內(nèi)的長(zhǎng)度l，并以處于400立方毫米每秒(mm3/s)到1500mm3/s范圍內(nèi)的速度注入所述熱塑材料。
通過具有這些特征的措施，確保了模制光波導(dǎo)內(nèi)的材料均勻，由此使光得到良好傳輸。折射率y是均勻的，因此避免了所傳輸?shù)膱D像的任何色差或失真。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述給料孔的所述高度h等于0.8Hmax，所述給料孔的所述長(zhǎng)度等于0.8Lmoy。
所述速度優(yōu)選等于725mm3/s。
有利地，使所述模具保持一定溫度，所述溫度控制在70℃到90℃的范圍內(nèi)。
有利地，所述模具包括相對(duì)于由所述軸界定的平面與所述給料孔對(duì)稱的橫向溢流孔。
優(yōu)選通過截面基本為矩形，并具有對(duì)應(yīng)于所述給料孔的出口的的第一輔助模具部分?jǐn)U展所述模具。
有利地，通過截面基本為矩形，并具有對(duì)應(yīng)于所述橫向溢流孔的入口的溢流第二輔助模具部分?jǐn)U展所述模具。
根據(jù)另一特征，本發(fā)明的方法包括用于所述注入材料的壓縮和保持(holding)步驟。
這一步驟的功能在于通過添加額外的熔融材料補(bǔ)償在冷卻過程中產(chǎn)生的比體積的變化。
可以分階段執(zhí)行所述壓縮和保持步驟。
所述熱塑材料可以是“Zeonex”或PMMA。
在采用PMMA時(shí)，優(yōu)選在大約220℃的溫度下，以基本上為725mm3/s的速度注入，之后在58兆帕斯卡(MPa)下壓縮。
優(yōu)選在注入之后，在43MPa下對(duì)所述PMMA壓縮1秒(s)，之后在46MPa下壓縮2s，之后在50MPa下壓縮3s，最后在58MPa下壓縮40s，之后所述PMMA在所述模具內(nèi)的冷卻時(shí)間為150s。
本發(fā)明還提供了一種適于安裝在眼鏡鏡架上，或安裝在位于用戶眼睛前面的特殊系統(tǒng)上的電子顯示裝置，所述裝置包括至少一個(gè)采用上述方法制作的光波導(dǎo)。


下面將參照僅示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是從上面觀察的安裝在眼鏡型鏡架上的現(xiàn)有技術(shù)電子顯示裝置的圖示，在上文中已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了描述。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法中采用的模具的縱向截面圖。
圖3是采用根據(jù)本發(fā)明的方法形成光波導(dǎo)的造型(molding)的透視圖。
圖4是采用根據(jù)本發(fā)明的方法形成兩個(gè)光波導(dǎo)的造型的透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了光波導(dǎo)的實(shí)施例，并且還示出了一種安裝所述波導(dǎo)的方式，在這一實(shí)例中，將其安裝在眼鏡型鏡架上。
在本發(fā)明的環(huán)境下，光波導(dǎo)14略有不同。具體而言，透鏡的轉(zhuǎn)軸B-B’未必一定要垂直于第一軸A-A’，而是可以相對(duì)于所述軸傾斜75°到90°范圍內(nèi)的角。這使得一旦安裝后光波導(dǎo)就能夠符合人體工程學(xué)，因此，所述光波導(dǎo)與用戶臉的外形更加密切配合。
此外，還可以將所述波導(dǎo)安裝在放置于用戶眼睛的前面的特殊系統(tǒng)上，而不是安裝在鏡架上。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，采用由多個(gè)部分或插件(insert)構(gòu)成的模具1，如圖2所示。針對(duì)將要制作的波導(dǎo)的每個(gè)面采用一個(gè)插件。
更確切地說(shuō)，所述模具具有1A到1E五個(gè)插件，插件1B、1C和1E對(duì)應(yīng)于由透鏡32A的表面、承載反射鏡30A的傾斜表面和中繼器前表面31A構(gòu)成的光工作面(active optical faces)，將中繼器前表面31A稱為入口窗。這些插件由鈹鋼(beryllium steel)構(gòu)成，從而確保模制出光學(xué)性能良好的面。
下面將不對(duì)模具本身進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明，因?yàn)槠涮幱诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
將參照示出了所得造型的圖3對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法予以說(shuō)明。根據(jù)所述造型的這一圖示，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠以顯而易見的方式推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的模具和插件。
根據(jù)本發(fā)明，通過向具有與所述波導(dǎo)相同形狀的空腔的模具內(nèi)注入熱塑材料將所述波導(dǎo)制成單件，所述注入是通過給料孔發(fā)生的，所述給料孔相對(duì)于所述空腔橫向設(shè)置在基本平行于由軸A-A’、B-B’界定的平面的面上，所述給料孔具有處于0.2Hmax到Hmax范圍內(nèi)的高度h，以及處于0.2Lmoy到0.8Lmoy范圍內(nèi)的長(zhǎng)度l，并以處于400mm3/s到1500mm3/s范圍內(nèi)的速度注入所述熱塑材料。
在優(yōu)選實(shí)施過程中，給料孔的高度h等于0.8Hmax，給料孔的長(zhǎng)度等于0.8Lmoy，流速等于725mm3/s。
使模具1保持一定溫度，所述溫度控制在70℃到90℃的范圍內(nèi)。
為了提供這一給料孔，通過截面基本為矩形的第一輔助模制件擴(kuò)展所述模具，所述第一輔助模制件具有對(duì)應(yīng)于所述給料孔并通向?qū)?yīng)的造型40的出口，所述造型40構(gòu)成了位于所述波導(dǎo)14的一側(cè)的矩形塊。注入井將材料輸送到所述模具當(dāng)中，對(duì)應(yīng)于所述井的造型41垂直于縱向軸A-A’延伸。
所述模具還具有相對(duì)于由所述軸A-A’和B-B’界定的平面與所述給料孔對(duì)稱的橫向溢流孔。更確切地說(shuō)，通過具有基本為矩形的截面，并且具有對(duì)應(yīng)于所述橫向溢流孔的入口的溢流第二輔助模具部分延伸所述模具。相應(yīng)的造型42是設(shè)置在所述波導(dǎo)14的另一側(cè)的橫向矩形塊。
有利地，可以從下述意義上采用具有兩個(gè)凹口(recess)的模具圖3所示的平面43是作為整體的模具的對(duì)稱面。圖4示出了對(duì)應(yīng)于整個(gè)模具的造型。
半圓錐造型41對(duì)應(yīng)于單個(gè)注入井。因此，由這一井連同其各自的輔助造型40A、42A和40B、42B模制出了兩個(gè)光波導(dǎo)14A和14B。于是前兩個(gè)輔助注入部分形成了一個(gè)公共模具部分，所述公共模具部分將兩個(gè)形狀與波導(dǎo)14相同的空腔互相連接起來(lái)。
例如，所述熱塑材料可以是“Zeonex”或PMMA。
下面將對(duì)本發(fā)明的方法的具體實(shí)施過程進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明，其中，所采用的熱塑材料為PMMA，這是一種公知用于以良好的精確度制作光部件的材料。
在220℃的溫度下，以725mm3/s的速度將PMMA注入到注入井中。這樣的填充操作持續(xù)7s到20s。
之后，按下述步驟對(duì)PMMA壓縮43MPa下1s，之后46MPa下2s，之后50MPa下3s，最后58MPa下40s，接下來(lái)PMMA在模具內(nèi)的冷卻時(shí)間為150s。
將所得到的造型在其模具外冷卻10分鐘左右。
之后對(duì)圖4所示的造型切割，以獲得分離的光波導(dǎo)14A和14B。
通過淀積鋁層或結(jié)合平面鏡面涂覆的礦物片(plane mirror-coated mineralslide)在它們的傾斜面上制作反射鏡?？梢栽谒鋈肟诖吧习惭b防反射平面?zhèn)龋@是可選的?？梢圆捎们迤釋?duì)通過這種方式制作的光波導(dǎo)進(jìn)行表面處理，從而使其能夠抵抗外部侵蝕。具體而言，可以將非光工作(not optically active)的光波導(dǎo)面用漆涂覆，以提高所述波導(dǎo)的對(duì)比度。
這兩個(gè)光波導(dǎo)14A和14B用于安裝在眼鏡鏡架上或者安裝在位于用戶眼鏡前面的特殊系統(tǒng)上，以形成電子顯示裝置，例如如圖1所示的類型。
權(quán)利要求
1.一種制作由熱塑材料構(gòu)成的光波導(dǎo)(14)的方法，所述波導(dǎo)包括由具有矩形截面的條構(gòu)成的光中繼器(26)，用于沿其被稱為第一軸的縱軸(A-A’)傳輸光，在所述波導(dǎo)的一端既設(shè)置有相對(duì)于所述第一軸傾斜的壁(28)，又設(shè)置有透鏡(32)，所述透鏡的轉(zhuǎn)軸(B-B’)包含在縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)，所述波導(dǎo)(14)具有除所述透鏡的厚度以外的指定最大高度Hmax，和沿其縱軸(A-A’)的指定平均長(zhǎng)度Lmoy，所述波導(dǎo)的特征在于所述波導(dǎo)通過在具有與所述波導(dǎo)相同形狀的空腔的模具(1)內(nèi)注入模制熱塑材料而制成單個(gè)部件，所述注入是通過設(shè)置在所述空腔的一側(cè)上的給料孔發(fā)生的，所述給料孔位于基本平行于由所述軸(A-A’，B-B’)界定的平面的面上，所述給料孔具有處于0.2Hmax到Hmax范圍內(nèi)的高度h，以及處于0.2Lmoy到0.8Lmoy范圍內(nèi)的長(zhǎng)度1，并以400mm3/s到1500mm3/s范圍內(nèi)的速度注入所述熱塑材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述給料孔的所述高度h等于0.8Hmax，所述給料孔的所述長(zhǎng)度等于0.8Lmoy。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述速度等于725mm3/s。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使所述模具(1)保持一定溫度，所述溫度控制在70℃到90℃的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述模具(1)包括相對(duì)于由所述軸界定的平面與所述給料孔對(duì)稱的橫向溢流孔。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于通過截面基本為矩形、并具有對(duì)應(yīng)于所述給料孔的出口的的第一輔助模具部分?jǐn)U展所述模具(1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的方法，其特征在于通過截面基本為矩形、并具有對(duì)應(yīng)于所述橫向溢流孔的入口的溢流第二輔助模具部分?jǐn)U展所述模具(1)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述方法包括用于所述注入材料的壓縮和保持步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于分階段執(zhí)行所述壓縮和保持步驟。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述熱塑材料為Zeonex。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述熱塑材料為PMMA。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于在大約220℃的溫度下，以基本上為725mm3/s的速度注入PMMA，之后在58MPa下壓縮。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于在注入之后，在43MPa下對(duì)所述PMMA壓縮1s，之后在46MPa下壓縮2s，之后在50MPa下壓縮3s，最后在58MPa下壓縮40s，之后所述PMMA在所述模具內(nèi)的冷卻時(shí)間為150s。
14.一種適于安裝在眼鏡鏡架(34)上，或安裝在位于用戶眼睛前面的特殊系統(tǒng)上的電子顯示裝置，所述裝置包括至少一個(gè)采用根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)的方法制作的光波導(dǎo)(14)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制作熱塑性光波導(dǎo)(14)的方法，所述波導(dǎo)包括由平行六面體的條構(gòu)成的光中繼器(26)，用于沿其被稱為“第一”軸的縱軸(A－A’)傳輸光，在所述波導(dǎo)的一端既設(shè)置有相對(duì)于所述第一軸傾斜的分隔壁(28)，又設(shè)置有透鏡(32)，所述透鏡的轉(zhuǎn)軸(B－B’)包含在縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)。所述波導(dǎo)(14)具有除所述透鏡的厚度以外的指定最大高度H
文檔編號(hào)B29D11/00GK1906015SQ200480040961
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者錫德里克·布霍恩 申請(qǐng)人:埃西洛爾國(guó)際光學(xué)通用公司