專利名稱：用于顯示儀表的刻度盤上的均勻發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示儀表的刻度盤上的均勻發(fā)光裝置，這是由于對至少一個光源所發(fā)出的光的導向件的特殊構(gòu)形所造成的，該導向件和光源都基本上位于處在刻度盤和一塊密封表面玻璃之間的空間中的刻度盤的周邊處。
這種顯示儀表已早為人們所熟悉，其中的刻度盤，特別是鐘表的表盤，是通過至少一個光源所照亮，該光源由一個微型電珠或一個二極管所形成，并且連在一個設置在表面玻璃和刻度盤之間的由半透明材料制成的環(huán)形光導向件上。這樣一種裝置相當于例如在瑞士專利第549237號上所公開的那種裝置。然而在使用中，它被注意到位于光源附近的刻度盤區(qū)域自然地要比完全相對向的區(qū)域明亮得多。為了克服這種缺點，美國專利第4908739號提出在一個環(huán)形導向件內(nèi)的相等距離處分布至少兩個光源。這樣一種裝置確實增加了局部刻度盤處的照明，但是并不有助于使照明更均勻化。通過增加光源的數(shù)目當然可以獲得更均勻的照明，但這是由增加能量消耗為代價而促成的，在用于鐘表的情況下，對于電池的工作壽命將構(gòu)成一個關(guān)鍵因素。
關(guān)于如何將來自導向件的光更為有效地朝著刻度盤定向曾提出過各種不同的其它裝置。例如，可以引用瑞士專利第677306號的裝置，在其中一個形成一個漫射器的環(huán)具有這樣一個截面，它被設計成具有一個磨光的面傾斜地朝著刻度盤，而其它的面則均勻地涂以一種無光澤的油漆。在瑞士專利第336863號中通過將更多的光線反射在表面玻璃上而獲得朝著刻度盤的更大密度的光線，表面玻璃朝向刻度盤的一面被涂以薄的反射金屬層。
通過這些現(xiàn)有技術(shù)的裝置，結(jié)果能夠使刻度盤獲得更為明亮的照明，但是均勻的照明卻并不總能獲得，這從美學的觀點看以及在一個模擬顯示鐘表的情況下，諸如小時標記等的刻在表面上的信息的正常可識別性方面是不能令人滿意的。
本發(fā)明的一個目的是通過提供一種特殊結(jié)構(gòu)的光導向件來克服這種現(xiàn)有技術(shù)上的缺點，使顯示儀表的刻度盤能獲得極大的照明均勻性。
因此本發(fā)明所涉及的一種用于一個顯示儀表的刻度盤上的發(fā)光裝置，該儀表由一個安置在刻度盤之上的表面玻璃所密封和由一個裝配環(huán)所夾持的外殼構(gòu)成，所述發(fā)光裝置包括至少一個光源，設置在位于刻度盤周邊處的光導向件的至少一個凹口內(nèi)，所述導向件具有一個朝向刻度盤的磨光的內(nèi)表面和一個夾持在由刻度盤、表面玻璃和裝配環(huán)內(nèi)壁所界定的一個空間內(nèi)的外表面，其特征在于導向件的整個所述外表面或其一部分表面被安排成當從其中一個光源離開后由所述外壁漫射的光量沿著導向件逐漸地增加。
在上面的描述中，所謂“裝配環(huán)”應當廣義地理解為用以維持表面玻璃與刻度盤之間的相對位置的任何裝置而不管這兩種元件各自的外形為何。在鐘表的情形中，“裝配環(huán)”就是例如中間部件或是嵌玻璃的溝緣。
人們都知道，光導向件內(nèi)的光能在從光源處離開時就會逐漸地衰減，這不僅是因為被導向件的材料所吸收，而且還因為通過漫射現(xiàn)象將光從導向件帶走。
本發(fā)明的對光導件的新設計主要是通過對導向件外表面上的入射光線進行調(diào)整而使整刻度盤上的照明達到最佳。這種調(diào)整是通過根據(jù)一個朝向?qū)蚣?nèi)表面的凸起的漫射而作成的。而這種漫射是離開光源越遠則越強，因而在某種程度上補償了沿著導向件光能的減弱。
在包括例如只有一個光源的裝置的情況下，漫射在正對置于光源的導向件部分處將是最大。
為了使漫射光量的梯度所依據(jù)的有用漫射表面產(chǎn)生變化，對該外表面可以有不同的處理辦法。首先想起的是使用一種朗伯反射體(Lambertian reflector)可以獲得最佳的漫射，這種反射體的典型模式就是一個氧化鎂塊的表面，用了這種反射體所有的入射光都是根據(jù)一個球形凸起而漫射的。
因此，一個第一實施例包括在導向件光滑的外表面上涂上一層朗伯式的漫射材料，離開光源越遠，涂層表面逐漸加厚。在具有矩形截面的導向件的情況下，這一涂層首先施加在對置于該磨光的內(nèi)表面的小側(cè)邊上。也可以以同樣方式施加在夾持在表面玻璃和刻度盤之間的其它兩個表面上，或是在形成外表面的三個面上。
根據(jù)一個第二實施例，外表面的結(jié)構(gòu)作成在離開光源越遠結(jié)構(gòu)密度逐漸加大。根據(jù)一個第一選擇方案，這種結(jié)構(gòu)包括在外表面上設置多條槽溝，該槽溝在導向件上的定向平行于該導向件的曲率線，而離開光源這種槽溝的數(shù)目逐漸增多。根據(jù)一個較優(yōu)的實施例，該槽溝具有V形的橫截面。
根據(jù)一個第二選擇方案，這種結(jié)構(gòu)包括在導向件的外表面上設置一些小的空洞或凹穴。每單位表面上這種空洞的數(shù)目在離開光源后逐漸地增多。根據(jù)一個較優(yōu)的實施例，這些空洞具有錐形的形狀。這種槽溝或空洞的結(jié)構(gòu)是例如通過激光加工或單純通過模壓而形成。
根據(jù)一個第三實施例，沿著導向件經(jīng)由外表面的漫射光量的變化是通過作出槽溝或空洞的兩種外表面結(jié)構(gòu)，如在第二實施例中所示，以及通過在空洞部分中放置在第一實施例中所用的漫射材料而獲得的。
不管哪個實施例都可以沿著導向件獲得不同的漫射光量，還可以在導向件整個外表面的后面設置一個鏡子以便反射出在導向件未經(jīng)處理的部分上不能實行完全反射的那些光線。根據(jù)最優(yōu)的實施例，該鏡面不是在導向件本身，而是與后者分隔開一個空氣間隙。
制成導向件的材料必須選自具有高反射指數(shù)而價格并不昂貴并且容易加工的材料。一種合適的材料例如是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或是聚碳酸酯(P.C.)。
導向件的橫截面形狀并不決定獲得均勻的照明。然而，根據(jù)一個最佳實施例，特別是對應于最容易的和最經(jīng)濟的工業(yè)實用，導向件的橫截面應是矩形的，一個垂直于刻度盤的表面的小側(cè)邊對應于磨光內(nèi)表面，而另外的三個側(cè)邊對應于外表面。
光導向件的形狀當然一定要適合于它沿其外形延伸的刻度盤的形狀。這同樣也適用于光源的數(shù)目和位置。當使用一個單個的光源時，光導向件最好是沒有任何的角形部分，因此應具有一個圓形或橢圓形環(huán)的形狀。當導向件具有角形部分時，例如當它具有矩形形狀時，最好在每個角形部分處設置一個光源或是一面鏡子以使光線得以調(diào)整。
雖然這種用于一個刻度盤的均勻發(fā)光裝置可以適用于任何類型的顯示儀表，但為了方便起見，下面的描述將參照一個鐘表，更為具體的是一只手表。同樣情況，這種裝置可以適用于任何顯示裝置，但詳細的描述將主要參照一個模擬顯示器，也就是，其中至少一個指針是相對于刻度盤上的記號或標志移動的顯示器。
這并不排除本發(fā)明的發(fā)光裝置被用于一種刻度盤，這種刻度盤整體或部分地包括一個用于有關(guān)時間或其它信息的顯示器的數(shù)字裝置。同樣情形，本發(fā)明的發(fā)光裝置還可以結(jié)合在其它的裝置中以改變刻度盤的視覺外觀。在一個矩形的刻度盤構(gòu)形中，均勻的照明還可以僅僅通過一種導向件來獲得，這種導向件由兩根不同的棒形成，每根棒的一端設置有一個光源而在另一端設置一面鏡子，被設置緊靠在刻度盤的兩個平行的邊緣上。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在下面結(jié)合附圖對不同實施例的描述中予以說明，在附圖中

圖1是一個手表的透視圖部分地顯示出本發(fā)明發(fā)光裝置的一個第一實施例；圖2是沿著圖1的II-II線截取的放大的部分橫截面圖；圖3是圖1中所示手表的光導向件的放大頂視圖4是圖3導向件的小外側(cè)邊在光源和其正好相反的點之間的展開圖；圖5A是沿著圖3V-V線截取的光導向件的橫截面圖；圖5B是沿著圖3V-V線截取的另一幅截面表示圖；圖6是本發(fā)明發(fā)光裝置第二實施例的光導向件的透視圖；圖7是特別適用于對一個矩形刻度盤照明的第三實施例的光導向件的透視圖；以及圖8是也是適用于對一個矩形刻度盤照明的第四實施例的頂視圖。
更詳細地參看圖1和2，可以看到所示的是一種普通型式的手表，它帶有一個圓形的表殼1，含有一個鐘表機心，和一條表帶2，表帶的每一股固定在表殼的兩個突角3之間。時間的顯示是在一個表盤4上通過指針5相對于鐘點標志7移動而實現(xiàn)。顯示裝置由一塊表面玻璃8所保護，表面玻璃8通過一條嵌玻璃的溝緣9固定就位在表殼1上而其周邊則在表盤上延伸，這在圖2的截面圖中可以看得更清楚。在圖1中表面玻璃和嵌玻璃溝緣被部分扯開的部位處顯示出光導向件20。帶有矩形的橫截面的環(huán)形光導向件20被裝嵌在由溝緣9的內(nèi)壁10和與表盤4和表面玻璃8相對置的面所界定的空間中。在圖2中可以更清楚地看到，導向件20由相互間隔開的墊圈11夾持在其槽腔內(nèi)從而使在導向件的外表面和面對的壁之間有著很小的空氣間隙，緊靠在這些壁上設置有鏡子表面12，使得從導向件逸散出的光線可以被反射。這些鏡子表面是例如由鍍銀的PET薄膜制成。
在12點鐘的位置處，導向件有一個形成一個槽腔的間斷，其中放置有一個光源13。在所示的實施例中，這光源是由兩個發(fā)光二極管13a，13b形成，它們被安排成背對背并連結(jié)在導向件的截面上，使光以相反的方向射入導向件中。所用的是例如帶有一個電源電壓為1.65v發(fā)射639nm的Al-Ga-As二極管。所用的電源可以是鐘表機心相同的電源，而電源電壓可以在需要時通過觸動按鈕6才施加。
現(xiàn)在更詳細地參看圖3，4，5A和5B，從中可以看到矩形截面的環(huán)狀導向件20包括有一個由垂直于表盤4并朝向后者中心的一個小側(cè)邊形成的磨光的內(nèi)表面21和由其余的三個側(cè)邊22a，22b，22c形成的外表面。在所示的例子中，形成導向件外表面的三個側(cè)邊被安排成能夠獲得有效表面的增加以便在從光源13離開后能漸進地將光漫射，也就是說，在正對向于光源13的導向件區(qū)域23處具有最大的漫射。
這樣的安排包括在形成外表面22的幾個面22a，22b，22c上通過沿著導向件的曲率線定向的槽溝24a，24b，24c所形成的整個外表面的漸進結(jié)構(gòu)。
圖3顯示出面向表面玻璃8的導向件的上面22a的結(jié)構(gòu)。可以注意到，在從光源13離開后及從表盤4的中心離開后，沿垂直于導向件方向計數(shù)的槽溝24a的數(shù)目是逐漸增加的，而它們的密度在區(qū)域23處是最大的，從該處它們在導向件上具有一個對稱的排列。在朝向表面的面22c上產(chǎn)生的槽溝24c具有與面22a上的槽溝相同的構(gòu)形。
圖4顯示出面22b的半個展開圖，也就是從光源13至區(qū)域23的那個部分。從圖中可看到，垂直于導向件計數(shù)的槽溝24b的數(shù)目在從光源離開后逐漸地增加，在這個例子中，槽溝是對稱地分布在面22b中線的兩邊。
在從導向件最大密度區(qū)域23隔開一段距離處所繪制的放大的橫截面圖5A給出角度為α，由平面25所分開的V形槽溝的實施例。根據(jù)形成光導向件20的材料的折射指數(shù)和該表面在一個給定點處的曲率半徑，這個角度可以在30°和45°之間變動。例如，對于一個折射指數(shù)n＝1.49的PMMA的圓形導向件，角度α最好是40°。同樣情況，槽溝的最大數(shù)目和它們沿著導向件曲率的致密化可以作為導向件的尺寸的函數(shù)而變動。純粹作為說明性的例子，寬度為2mm的導向件的面22a和22c在區(qū)域23內(nèi)包括有7條槽溝，最外面的槽溝具有基本上等于導向件圓周的2/3的長度。這些槽溝可以通過任何適當?shù)姆椒ɡ鏑O2激光加工在導向件內(nèi)形成，或者在制造導向件本身時通過模壓而成。
圖5B顯示出與圖5A相同的導向件，其中的槽溝24a，24b，24c被填滿一種漫射材料26。對于面22a顯示出一種其中漫射材料與表面成齊平的實施例，而對于面22c則顯示出另一種實施例，其中的漫射材料在槽溝上形成隆起部分27。這些隆起部分27可以足夠維持在導向件的外表面22和朝向表面玻璃、表盤和中間部分之間的一個小空氣間隙，從而使得墊圈11的使用成為多余。
已被證明為最適宜的漫射材料26是由一種氧化鈦涂料內(nèi)含同量的硫酸鋇和小量的粉末狀PTFE所構(gòu)成，這三種物料的比率例如為42/42/16。
圖6顯示出另一個導向件30的實施例，它與前面所描述的不同點主要在于它的大致形狀是橢圓形的以及它包括兩個光源33，35并且外表面的結(jié)構(gòu)是由空洞或凹穴34所形成的。光源33，35是沿著長軸直徑方向上相對置并且每個光源都安置在一個由導向件的橫截面和一個連接基座36，37所形成的切口內(nèi)。這些切口，或者也就是光源，就將導向件30劃分成兩個相對稱的扇形區(qū)，其區(qū)段31，32具有最大的空洞密度，因而最大的漫射能力基本上位于短軸上。
這些空洞34將具有例如一個錐形的形狀，其角度可以變動，如已經(jīng)在槽溝的情況中說明的那樣。對于這些空洞在形成外表面的各個面上的分布可以參看對槽溝的描述。
現(xiàn)在參看圖7，所示的是一幅其構(gòu)形能適配一個矩形表盤和整個輪廓的光導向件40的頂視圖。該導向件包括一個位于一個小側(cè)邊的中央的單一的光源43。每個朝著裝配環(huán)定向的外表面的角隅都被加工成具有一個鏡面部分42使光線得以調(diào)整。在這一例子中，外表面漫射力的變化是通過涂敷一個具有前面所述成分的漫射層46而獲得的，漫射層在區(qū)域41處具有最大的覆蓋面，該區(qū)域位于設置有光源的小側(cè)邊對面的小側(cè)邊的中央。根據(jù)另一種方案，該單一的光源可以由兩個光源所取代，兩個光源或相鄰近設置或設置在相對置的角隅處，而另外兩個角隅則設置有鏡面，漫射層則適合于光源的安排。
圖8以頂視圖顯示出帶有一個矩形表盤的手表的另一個實施例，其中本發(fā)明的發(fā)光裝置50包括兩根形狀相同并且頭對尾的棒50a，50b。每根直線性棒在一頭包括有一個光源53而在另一頭有一面鏡子52。在這里由槽溝表示的可以使漫射沿著每個導向件變化的結(jié)構(gòu)被安排成使相同照明的前端基本上相互蓋住。還可以看到，表盤上同時包括一個模擬顯示器54和一個數(shù)字顯示器55。還完全可能配合本發(fā)明的發(fā)光裝置通過業(yè)內(nèi)人員所熟悉的任何方法來改變專門留給模擬顯示器的表盤部分的基座，例如，在這個位置設置一個電池，它的性能可以通過電泳法予以改變。
根據(jù)另一個沒有圖示的方案，特別是在一個基本上為正方形的表盤的情況下，通過將兩根棒上的光源不是頭對尾而是同在一側(cè)，使兩根棒安排成平行于3點鐘-6點鐘的軸。
上面所舉的例子對于熟悉本專業(yè)的人員來說只要不偏離本發(fā)明的范圍是可以作出多種改變和修正的。
權(quán)利要求
1.一種用于一個顯示儀表的刻度盤(14)上的發(fā)光裝置，該儀表由一個安置在該刻度盤(4)之上的表面玻璃(8)所密封并且由一個裝配環(huán)(9)所夾持的外殼(1)構(gòu)成，所述發(fā)光裝置包括至少一個光源(13，33，35，43，53)設置在位于刻度盤(4)周邊處的至少一個光導向件(20，30，40， 50)的至少一個凹口內(nèi)，所述導向件具有一個朝向刻度盤(4)的磨光的內(nèi)表面(2)和一個夾持在由刻度盤(4)，表面玻璃(8)和裝配環(huán)(9)的內(nèi)壁(10)所界定的一個空間內(nèi)的外表面(22)，其特征在于，該導向件的整個或部分所述外表面(22)被安排成當從光源(13，33，35，43，53)中的一個光源離開后由所述外壁漫射的光量沿著導向件(20，30，40，50)逐漸地增加。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，外表面上具有一層用朗伯式漫射材料(26)制成的涂層，該涂層在從一個光源(13，33，35，43，53)離開后逐漸地將所述外表面(22)蓋沒。
3.如權(quán)利要求2的發(fā)光裝置，其特征在于，所述漫射材料層(26)是一種包括硫酸鋇和粉末狀聚四氟乙烯的氧化鈦涂料。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，外表面(22)被結(jié)構(gòu)成在從一個光源(13，33，35，43，53)離開后，結(jié)構(gòu)的密度逐漸地增加。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該結(jié)構(gòu)是由導向件(20，30)上的平行于所述導向件(20)的曲率線的槽溝(24a，24b，24c)所形成，而該槽溝的數(shù)目在從一個光源離開后逐漸地增加。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光裝置，其特征在于，槽溝(24a，24b，24c)具有一個V形的橫截面。
7.如權(quán)利要求4的發(fā)光裝置，其特征在于，該結(jié)構(gòu)是由空洞(34)所形成，每個單位表面上的空洞數(shù)目在從一個光源(13，33，35，43，53)離開后逐漸地增多。
8.如權(quán)利要求2和4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該導向件的外表面包括一種結(jié)構(gòu)和一種填入在該槽溝或空洞部分內(nèi)的漫射材料。
9.如權(quán)利要求1的發(fā)光裝置，其特征在于，對導向件(22)的外表面的結(jié)構(gòu)配置是這樣的，即在從該內(nèi)表面離開后漫射力也逐漸地增加。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該光導向件(20，30)具有一個矩形的橫截面，其一個小側(cè)邊垂直于表盤的表面，形成磨光的內(nèi)表面(21)，而其余的三個側(cè)邊形成外表面(22)。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其特征在于，使沿著導向件的漫射可以變化的結(jié)構(gòu)配置只是在外表面(22b)上的一個與磨光內(nèi)表面(21)相對置的部分上實現(xiàn)。
12.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其特征在于，使沿著導向件的漫射可以變化的結(jié)構(gòu)配置在整個外表面(22a，22b，22c)上實現(xiàn)。
13.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該發(fā)光裝置還包括一個配置成面向?qū)蚣?22)的外表面的鏡面(12)，但并不緊靠在該外表面上。
14.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該光導向件(20，30)可以適合于圓形或橢圓形的刻度盤上。
15.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該光導向件(40，50)可以適合于方形或矩形的刻度盤上。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該光導向件(40)適配于刻度盤的整個輪廓并且還包括至少兩面鏡子(42)，該鏡子貼在面向裝配環(huán)的那部分外表面上并且裝在角隅上。
17.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該光導向件(50)包括兩根不同的棒(50a，50b)，各設置有一個光源(53)在其一端和一面鏡子(52)在其另一端，該兩根棒緊靠在刻度盤的兩個平行邊緣上。
18.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，一個安裝光源的凹口形成在該導向件的兩個橫截面之間。
19.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，一個安裝光源的凹口形成在該導向件的兩個橫截面之間，該兩個橫截面由形成導向件的長條材料(36，37)相互連接在一起。
20.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，每個光源由兩個背對背設置的二極管組成。
21.包括有一個根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的發(fā)光裝置的鐘表。
22.如權(quán)利要求21所述的鐘表，其特征在于，該發(fā)光裝置可以結(jié)合在另外的裝置中以改變刻度盤的視覺外觀。
全文摘要
一種用于一個顯示儀表的刻度盤(4)上的發(fā)光裝置,該發(fā)光裝置包括至少一個光源(13,33,35,43,53)設置在位于刻度盤(4)周邊處的至少一個光導向件(20,30,40,50)的至少一個凹口內(nèi),其特征在于該導向件的整個所述外表面(22)或其一部分表面被安排成在從光源(13,33,35,43,53)中的一個光源離開后由所述外壁漫射的光量沿著導向件(20,30,40,50)逐漸地增加。
文檔編號G04B39/00GK1190201SQ9810522
公開日1998年8月12日 申請日期1998年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月19日
發(fā)明者J·C·波利, J·格魯普, J·M·泰吉多, H·P·赫爾茲 申請人:阿蘇拉布股份有限公司