CN100475508C - 制造热塑性光波导的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制作热塑性光波导(14)的方法，所述波导包括由平行六面体的条构成的光中继器(26)，用于沿其被称为“第一”轴的纵轴(A-A’)传输光，在所述波导的一端既设置有相对于所述第一轴倾斜的分隔壁(28)，又设置有透镜(32)，所述透镜的转轴(B-B’)包含在纵向对称平面内。所述波导(14)具有除所述透镜的厚度以外的指定最大高度Hmax，和沿其纵轴(A-A’)的指定平均长度Lmoy。根据本发明，所述波导通过向具有与所述波导相同形状的空腔的模具(1)内注入热塑材料而制成单个部件。所述注入是通过相对所述空腔横向设置的给料孔发生的，所述给料孔位于基本平行于由所述轴(A-A’，B-B’)界定的平面的面上。所述给料孔具有处于0.2Hmax到Hmax范围内的高度(h)，以及处于0.2Lmoy到0.8Lmoy范围内的长度l。以处于400到1500mm3/s范围内的速度注入所述热塑材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种由热塑材料构成的光波导(light duct)的制造方法，具体而言，意在将所述热塑材料构成的光波导用于制作安装在眼镜型(the pairof spectacles type)框架上的电子显示装置。
背景技术
在美国专利No.6023372中描述了这样的显示装置，并在图1中示出了其平面图。
这样的装置10包括具有第一外壳20的机架部件16，第一外壳20包含用于接收数据或图像的电路，以及成像部件。通过光器件14将成像部件发出的光传送至用户的眼睛，例如通过眼镜片24。光波导14包括沿其纵轴A-A’传输光的透明直线光中继器(light relay)26和偏转部件28，偏转部件28包括安放在相对于第一轴A-A’倾斜的表面上的反射镜30以及其转轴B-B’(在这一实例中)垂直于所述第一轴A-A’，并与所述倾斜壁相互对准设置的非球面透镜32。机架部件16通过卡装部件36安装在镜架的镜腿34上。
除透镜的厚度外，所述波导具有指定的最大高度Hmax，以及沿其纵轴A-A’的指定平均长度Lmoy。例如，这样的现有技术中的光波导具有11毫米(mm)的最大高度Hmax和32mm的平均长度Lmoy。
已知通过将多个塑料部分粘合到一起制作光波导14，所述塑料部分是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或“Zeonex”(一种环烯聚合物)模制(molded)而成的。这些不同的部分包括光中继器26，光中继器26是通过从一块板上切下一个矩形截面的条，并对其末端进行机械加工和抛光，所述条还起着承载反射镜30和通过粘合剂接合到其上的同样模制而成的透镜32的作用。
这是一种复杂的方法，因为其包括很多处理、切割、机械加工、抛光和接合步骤，在这些步骤当中始终要求非常高的精确度。因此，其过程长，造价高。
发明内容
本发明通过一种制造方法解决了这一问题，所述方法简单、快速并且更适用于批量生产，同时能够通过确保其构成材料的良好均匀性而确保高质量的光传输，由此能够避免所传输图像的任何失真。
为了实现这一点，本发明提供了一种制造由热塑材料构成的光波导的方法，所述波导包括由具有矩形截面的条构成的光中继器，用于沿其被称为第一轴的纵轴传输光，在所述波导的一端既设置有相对于所述第一轴倾斜的壁，又设置有透镜，所述透镜的转轴包含在纵向对称平面内，所述波导具有除所述透镜的厚度以外的指定最大高度Hmax，和沿其纵轴的指定平均长度Lmoy，所述波导的特征在于：所述波导通过向具有与所述波导相同形状的空腔的模具内注入热塑材料而制成单个部件，所述注入是通过设置在所述空腔的一侧上的给料孔发生的，所述给料孔位于某一面之上，该面基本平行于由所述轴界定的平面，所述给料孔具有处于0.2Hmax到Hmax范围内的高度h，以及处于0.2Lmoy到0.8Lmoy范围内的长度l，并以处于400立方毫米每秒(mm3/s)到1500mm3/s范围内的速度注入所述热塑材料。
通过具有这些特征的措施，确保了模制光波导内的材料均匀，由此使光得到良好传输。折射率y是均匀的，因此避免了所传输的图像的任何色差或失真。
在优选实施例中，所述给料孔的所述高度h等于0.8Hmax，所述给料孔的所述长度等于0.8Lmoy。
所述速度优选等于725mm3/s。
有利地，使所述模具保持一定温度，所述温度控制在70℃到90℃的范围内。
有利地，所述模具包括相对于由所述轴界定的平面与所述给料孔对称的横向溢流孔。
优选通过截面基本为矩形，并具有对应于所述给料孔的出口的的第一辅助模具部分扩展所述模具。
有利地，通过截面基本为矩形，并具有对应于所述横向溢流孔的入口的溢流第二辅助模具部分扩展所述模具。
根据另一特征，本发明的方法包括用于所述注入材料的压缩和保持(holding)步骤。
这一步骤的功能在于通过添加额外的熔融材料补偿在冷却过程中产生的比体积的变化。
可以分阶段执行所述压缩和保持步骤。
所述热塑材料可以是“Zeonex”或PMMA。
在采用PMMA时，优选在大约220℃的温度下，以基本上为725mm3/s的速度注入，之后在58兆帕斯卡(MPa)下压缩。
优选在注入之后，在43MPa下对所述PMMA压缩1秒(s)，之后在46MPa下压缩2s，之后在50MPa下压缩3s，最后在58MPa下压缩40s，之后所述PMMA在所述模具内的冷却时间为150s。
本发明还提供了一种适于安装在眼镜镜架上，或安装在位于用户眼睛前面的特殊系统上的电子显示装置，所述装置包括至少一个采用上述方法制作的光波导。
附图说明
下面将参照仅示出了本发明的优选实施例的附图对本发明予以详细说明。
图1是从上面观察的安装在眼镜型镜架上的现有技术电子显示装置的图示，在上文中已经对其进行了描述。
图2是根据本发明的方法中采用的模具的纵向截面图。
图3是采用根据本发明的方法形成光波导的造型(molding)的透视图。
图4是采用根据本发明的方法形成两个光波导的造型的透视图。
具体实施方式
图1示出了光波导的实施例，并且还示出了一种安装所述波导的方式，在这一实例中，将其安装在眼镜型镜架上。
在本发明的环境下，光波导14略有不同。具体而言，透镜的转轴B-B’未必一定要垂直于第一轴A-A’，而是可以相对于所述轴倾斜75°到90°范围内的角。这使得一旦安装后光波导就能够符合人体工程学，因此，所述光波导与用户脸的外形更加密切配合。
此外，还可以将所述波导安装在放置于用户眼睛的前面的特殊系统上，而不是安装在镜架上。
在根据本发明的方法中，采用由多个部分或插件(insert)构成的模具1，如图2所示。针对将要制作的波导的每个面采用一个插件。
更确切地说，所述模具具有1A到1E五个插件，插件1B、1C和1E对应于由透镜32A的表面、承载反射镜30A的倾斜表面和中继器前表面31A构成的光工作面(active optical faces)，将中继器前表面31A称为入口窗。这些插件由铍钢(beryllium steel)构成，从而确保模制出光学性能良好的面。
下面将不对模具本身进行更为详细的说明，因为其处于本领域技术人员的能力范围内。
将参照示出了所得造型的图3对根据本发明的方法予以说明。根据所述造型的这一图示，本领域技术人员能够以显而易见的方式推导出对应的模具和插件。
根据本发明，通过向具有与所述波导相同形状的空腔的模具内注入热塑材料将所述波导制成单件，所述注入是通过给料孔发生的，所述给料孔相对于所述空腔横向设置在基本平行于由轴A-A’、B-B’界定的平面的面上，所述给料孔具有处于0.2Hmax到Hmax范围内的高度h，以及处于0.2Lmoy到0.8Lmoy范围内的长度l，并以处于400mm3/s到1500mm3/s范围内的速度注入所述热塑材料。
在优选实施过程中，给料孔的高度h等于0.8HZmax，给料孔的长度等于0.8Lmoy，流速等于725mm3/s。
使模具1保持一定温度，所述温度控制在70℃到90℃的范围内。
为了提供这一给料孔，通过截面基本为矩形的第一辅助模制件扩展所述模具，所述第一辅助模制件具有对应于所述给料孔并通向对应的造型40的出口，所述造型40构成了位于所述波导14的一侧的矩形块。注入井将材料输送到所述模具当中，对应于所述井的造型41垂直于纵向轴A-A’延伸。
所述模具还具有相对于由所述轴A-A’和B-B’界定的平面与所述给料孔对称的横向溢流孔。更确切地说，通过具有基本为矩形的截面，并且具有对应于所述横向溢流孔的入口的溢流第二辅助模具部分延伸所述模具。相应的造型42是设置在所述波导14的另一侧的横向矩形块。
有利地，可以从下述意义上采用具有两个凹口(recess)的模具：图3所示的平面43是作为整体的模具的对称面。图4示出了对应于整个模具的造型。
半圆锥造型41对应于单个注入井。因此，由这一井连同其各自的辅助造型40A、42A和40B、42B模制出了两个光波导14A和14B。于是前两个辅助注入部分形成了一个公共模具部分，所述公共模具部分将两个形状与波导14相同的空腔互相连接起来。
例如，所述热塑材料可以是“Zeonex”或PMMA。
下面将对本发明的方法的具体实施过程进行更为详细的说明，其中，所采用的热塑材料为PMMA，这是一种公知用于以良好的精确度制作光部件的材料。
在220℃的温度下，以725mm3/s的速度将PMMA注入到注入井中。这样的填充操作持续7s到20s。
之后，按下述步骤对PMMA压缩：43MPa下1s，之后46MPa下2s，之后50MPa下3s，最后58MPa下40s，接下来PMMA在模具内的冷却时间为150s。
将所得到的造型在其模具外冷却10分钟左右。
之后对图4所示的造型切割，以获得分离的光波导14A和14B。
通过淀积铝层或结合平面镜面涂覆的矿物片(plane mirror-coated mineralslide)在它们的倾斜面上制作反射镜。可以在所述入口窗上安装防反射平面侧，这是可选的。可以采用清漆对通过这种方式制作的光波导进行表面处理，从而使其能够抵抗外部侵蚀。具体而言，可以将非光工作(not optically active)的光波导面用漆涂覆，以提高所述波导的对比度。
这两个光波导14A和14B用于安装在眼镜镜架上或者安装在位于用户眼镜前面的特殊系统上，以形成电子显示装置，例如如图1所示的类型。
Claims (13)
1.一种制作由热塑材料构成的光波导(14)的方法，所述波导包括由具有矩形截面的条构成的光中继器(26)，用于沿其被称为第一轴的纵轴(A-A’)传输光，在所述波导的一端既设置有相对于所述第一轴倾斜的壁(28)，又设置有透镜(32)，所述透镜的转轴(B-B’)包含在纵向对称平面内，所述波导(14)具有除所述透镜的厚度以外的指定最大高度Hmax，和沿其纵轴(A-A’)的指定平均长度Lmoy，所述方法的特征在于：
所述波导通过在具有与所述波导相同形状的空腔的模具(1)内注入模制热塑材料而制成单个部件，所述注入是通过设置在所述空腔的一侧上的给料孔发生的，所述给料孔位于基本平行于由所述轴(A-A’，B-B’)界定的平面的面上，所述给料孔具有处于0.2Hmax到Hmax范围内的高度h，以及处于0.2Lmoy到0.8Lmoy范围内的长度l，并以400mm3/s到1500mm3/s范围内的速度注入所述热塑材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述给料孔的所述高度h等于0.8Hmax，所述给料孔的所述长度等于0.8Lmoy。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述速度等于725mm3/s。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使所述模具(1)保持一定温度，所述温度控制在70℃到90℃的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述模具(1)包括相对于由所述轴界定的平面与所述给料孔对称的横向溢流孔。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过截面为矩形、并具有对应于所述给料孔的出口的第一辅助模具部分扩展所述模具(1)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过截面为矩形、并具有对应于所述横向溢流孔的入口的溢流第二辅助模具部分扩展所述模具(1)。
8.根据权利要求1或2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压缩和保持步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：分阶段执行所述压缩和保持步骤。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述热塑材料为Zeonex。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述热塑材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：在220℃的温度下，以为725mm3/s的速度注入聚甲基丙烯酸甲酯，之后在58MPa下压缩。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：在注入之后，在43MPa下对所述聚甲基丙烯酸甲酯压缩1s，之后在46MPa下压缩2s，之后在50MPa下压缩3s，最后在58MPa下压缩40s，之后所述聚甲基丙烯酸甲酯在所述模具内的冷却时间为150s。
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