CN104252041A - 部分上色的光学元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学元件30，其包括一至少部分地透光的成型体31，所述成型体具有至少一个由第一透光性塑料制成的第一层32，其中，所述第一层32至少在一部分区域中与一由第二塑料制成的第二层33连接，所述第二塑料的透光性比所述第一塑料更差，并且其中，所述第二层33具有至少两个具有不同厚度的部位。本发明还涉及一种用于制造所述光学元件30的方法。

Description

部分上色的光学元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光学元件，其包括一至少部分地透光的成型体，该成型体具有至少一个由第一透光塑料制成的第一层。本发明还涉及一种用于制造所述光学元件的方法。

背景技术

在许多光学系统中，主要在平视显示器（HUD）系统中应用透明的塑料面（所谓的“组合器（Combiner）”），用以在直接的观察区域中向车辆驾驶员显示重要的行驶信息，例如速度、导航提示或危险标志。为此在挡风玻璃前产生一虚拟图像，因而车辆驾驶员不必重新聚焦眼睛就能同时识别到周围环境和行驶信息。所述虚拟图像一方面可直接通过挡风玻璃产生，或另一方面在挡风玻璃前在车辆驾驶员的视野中的一组合器上产生。组合系统相对于挡风玻璃HUD系统具有如下优点，即图像的位置和距离与驾驶员进行匹配并且即使在更换挡风玻璃和塑料面的情况下始终保持相同。在应用一组合器的情况下，光学功能，包括高的几何形状公差要求在内，从挡风玻璃传递到组合器上。这具有如下优点，例如在更换一损坏的挡风玻璃时，不必进行预选（Vorselektierung），用以满足公差要求。

组合器不仅可以由防碎的玻璃也可以由热塑性塑料制成。在此情况下，高的公差要求的实现代表了大的挑战。所述组合器作为自由成型面（Freiformflächen）在压铸机上的注射冲击工具中利用冲击功能制成。所述热塑性塑料在大多情况下是一种透明的聚碳酸酯。

在许多车辆中，在玻璃刮水器的下部区域中可见，这可被感知为干扰的。为了避免这种情况，已知的是，所述组合器由涂黑的塑料制成。但这种组合器具有如下缺点，即其仅可照亮前面驶来的车辆的很少的光线（例如制动灯）且因此减小了该系统的安全性优点。

发明内容

本发明的任务是，提供一种至少部分地上色（getöntes）的光学元件，其包括一至少部分地透光的成型体，该成型体具有一变暗（verdunkelten）的区域，该区域流畅地过渡到一透明的区域中，无需为此的额外的涂层。

根据本发明，该任务通过文章开头所述类型的光学元件解决，其中，所述第一层至少在一部分区域中与一由透光性比第一塑料更差的第二塑料制成的第二层连接，并且所述第二层具有至少两个具有不同厚度的部位。根据本发明的光学元件是一2部件元件，其一方面具有一透明区域，该透明区域能够实现向外的清楚观察，并且另一方面设有一不太透明的区域，该区域实际上隐设了不希望的观察区。例如根据本发明的光学元件可以是一用于一平视显示器的部分地上色的组合件，利用该组合件将下部区域中的车辆构件，例如玻璃刮水器，通过变暗的区域针对车辆驾驶员进行隐设，而通过玻璃般透明的上部区域可以明显地识别来自在前面行驶的交通的信号。根据本发明的光学元件具有一从不太透明的区域向透明的区域的不具有坚硬边棱的流畅过渡并且代表了一具有用于双图像抑制（Doppelbildunterdrückung）的楔角的无扭曲的且无定向的构件。根据本发明的光学元件以有利的方式在没有额外涂层的情况下且因此在没有额外的程序步骤的情况下满足了对于光学系统的高要求，因为两个层彼此的形状公差范围和厚度公差范围为小于50μm。

在根据本发明的光学元件的一种特别有利的构造方案中设置成，所述第二层在至少一个垂直于其主伸长平面延伸的截平面中具有一楔形的横截面，用以确保从透明的区域到不太透光的区域的均匀的、流畅的过渡。

在根据本发明的光学元件的另一种特别有利的构造方案中设置成，所述第二层由不透光的塑料制成。

在根据本发明的光学元件的另一种有利的构造方案中设置成，所述第二层涂覆到所述第一层的表面上。这样可以例如通过采用一网状连接（vernetzenden）的热固性塑料油漆，在所述光学元件的外侧面上同时地涂覆一半上色的并且耐刮的层。由此可以节省额外的涂层或者说涂层程序且因此可以避免错误源。

可替换的是，所述第二层也可以集成到所述第一层中，也就是说，按照“三明治”的形式置入到所述第一层中。

优选地，所述第二层在所述第一层的至少一个边缘区域上延伸，其中，不利用所述第二层遮盖的区域的面积大于所述至少一个边缘区域的面积。

在根据本发明的光学元件的另一种有利的构造方案中设置成，所述第一层包括一热塑性塑料且所述第二层包括一热固性塑料。

本发明还以有利的方式涉及根据本发明的光学元件作为一平视显示器系统的应用。

针对如下情况，即所述第二层涂覆到所述第一层的表面上，所述任务通过一种用于制造根据本发明的光学元件的方法解决，该方法包括下列步骤：

a）在第一空穴中由第一透光塑料成型出一成型体的第一层，

b）在成型所述第一层之后，优选在硬化所述第一层之后，将一由透光性比第一塑料更差的第二塑料制成的第二层借助于一梯级形的或楔形的第二空穴涂覆到所述第一层的一部分区域上，

c）在硬化所述第二层之后将所述成型体从所述第二空穴中取出。

针对如下情况，即所述第二层集成到所述第一层中，所述任务通过一种用于制造根据本发明的光学元件的方法解决，该方法包括下列步骤：

a）在一空穴中由第一透光塑料成型出一成型体的第一层，

b）在完全硬化所述第一层之前，将一由透光性比第一塑料更差的第二塑料制成的第二层注射到所述第一塑料熔液的还未硬化的芯体中，

c）在硬化所述第二层之后将所述成型体从所述空穴中取出。

利用根据本发明的方法，优选安装压铸方法，借助于一特殊的压铸工具，可以以有利的方式建立一从不太透明的（上色的）区域向透明的区域的不具有坚硬边棱的流畅过渡。同时，产生一种不具有内部定向和应力的并且具有一用于双图像抑制的楔角的无扭曲且无收缩的构件。通过采用一网状连接的热固性塑料油漆，可以例如在组合器的外侧面上同时涂覆一半上色的且耐刮的层，从而可以节省额外的涂层或者说涂层程序且因此可以避免错误源。利用根据本发明的制造方法可以以有力的方式产生具有所述层的相互小于50μm的形状公差范围和厚度公差范围的光学元件（自由成型面）。这在没有额外的涂层且因此没有额外的涂层步骤的情况下满足了对于光学系统的高要求。

附图说明

下面参照附图示例性详细阐释本发明。

其中:

图1 示出了一种用于执行根据本发明的方法的工具零件的示意图，这里：注入所述第一塑料；

图2 示出了一种用于执行根据本发明的方法的工具零件的示意图，这里：涂覆所述第二塑料；

图3 示出了根据图2的工具零件的一部分的示意图，这里：涂覆一涂层；

图4 示出了一种用于执行根据本发明的方法的另一种实施方式的替选的工具零件的示意图；以及

图5 示出了一根据本发明的光学元件的示意图。

具体实施方式

为了制造一根据本发明的光学元件，例如一部分上色的塑料组合器盘，可以例如采用一具有一注射冲压工具的压铸机以及一可调节的具有一带有油漆配量装置的压铸工具的压力机。在图1中所示的第一步骤中，在所述压铸机上利用工具1（例如注射冲压工具）从例如热塑性塑料聚碳酸酯（PC）中以已知的方式制造出透明的成型体。在此情况下，首先将液态的塑料熔液通过所述工具1的浇注口2填充到空穴3中且之后将第一层4利用冲压冲头5经压力调节地成形。所述冲压冲头5可以例如以如下方式实施，即其在切入口或者说开浇口（Anschnitt）上具有一冲制边棱且如此地利用冲压行程将所述浇注口分开。如果所述第一层4需要一比所述冲压行程更厚的切入口，则所述成型体在一预设的冷却时间之后脱模并且将所述浇注口在所述工具1以外分开。

在图2中所示的下一步骤中，将包括所述第一层4的成型体11利用一操作插入到所述可调节的压力机上的工具10中。所述工具10的空穴分别利用一导热的聚四氟乙烯（PTFE）涂层12（例如特氟龙®）加衬，从而保护并且相应地密封所述第一层4的敏感表面。由于所述工具10的容纳第二塑料层13的区域，也就是说，所述空穴的用于对所述成型体11上色的区域，具有一楔形的横截面，从而从所述成型体11的透明的区域到上色的区域的过渡是流畅的且不具有坚硬的边棱。在所述空穴中施加一真空，从而不会产生气泡（密封元件14）。通过配量装置15的喷嘴例如将一不具有溶剂的热固性塑料油漆，例如聚氨酯油漆利用暗色的颗粒注入，所述热固性塑料油漆形成所述第二层13并且其通过大致180℃的工具温度硬化。所述第二层13或者说所述油漆不与所述PTEF涂层12建立连接且因此也不附着在空穴壁上。在一预设的网状连接时间（Vernetzungszeit）之后，将所述盘缩回到所述第二层13的后面并且通过所述配量装置16注入一第二透明的热固性塑料油漆，其形成一保护的涂层17。在一预设的网状连接时间之后，又打开所述注射冲压工具，并且可以利用一操作来取出具有额外的耐刮的涂层17的根据本发明的光学元件。

可替换的是，为了制造一根据本发明的光学元件，可以例如应用一部分上色的塑料组合器盘，例如一具有一注射冲压工具20的2部分压铸机。如在图4中所示，在该实施方式中紧接在形成所述第一层21的透明的塑料熔液的注射过程结束之后，将一形成所述第二层22的第二有色的塑料熔液通过一热通道23利用第二压铸机注射到所述透明的塑料熔液的仍塑性的芯体中。在此情况下，将所述第二层22集成到所述第一层21中。通过选择用于所述第二层22的热通道的位置和数量、所注入的容积以及注射速度，可以影响所述有色的填充物的形状。在下一步骤中通过所述冲压过程以已知的方式成形出所述部分有色的成型体。所述冲压冲头24可如此实施，即其在切入口上包括一冲制边棱且如此地利用冲压行程将所述浇注口25分开。如果该构件需要一比所述冲压行程更厚的切入口，则所述构件在一预设的冷却时间之后脱模并且将所述浇注口25在所述工具20以外分开。

图5示出了根据本发明的一制成的光学元件30，其包括一成型体31，该成型体由第一层32和第二层33构成。所述第一层32由一透光的、也就是说透明的或者说玻璃般透明的热塑性塑料、例如聚碳酸酯（PC）制成。所述第二层33由一利用暗色颗粒掺杂的热固性塑料、例如无溶剂的聚氨酯油漆制成。所述第二层33涂覆到所述第一层32上或者集成到其中。在每一种情况下，所述第二层33以如下方式构造，即通过其所引起的涂色或者说上色至少在朝向透明的或者说玻璃般透明的区域的过渡中逐渐地减小，从而产生一不具有坚硬边棱的流畅的过渡。为此，所述第二层具有不同的厚度（Dicken）或者说厚度（Stärken），或者说优选楔形地构造。根据本发明的光学元件30是一包括两个部件的光学元件30，其一方面具有一透明区域，该透明区域实现了向外的清楚观察，并且另一方面设有一不太透明的区域，该区域实际上隐设了不希望的观察区。例如根据本发明的光学元件30可以是一用于一平视显示器系统的在下部区域中上色的组合件，利用该组合件将下部区域中的车辆构件，例如玻璃刮水器，针对车辆驾驶员进行隐设，而通过玻璃般透明的上部区域可以明显地识别来自在前面行驶的交通的信号。

Claims (10)

1. 光学元件（30），包括一至少部分地透光的成型体（11、31），所述成型体具有至少一个由第一透光塑料制成的第一层（4、21、32），

其特征在于，

所述第一层（4、21、32）至少在一部分区域中与一由第二塑料制成的第二层（13、22、33）连接，所述第二塑料比所述第一塑料的透光性更差，并且所述第二层（13、22、33）具有至少两个具有不同厚度的部位。

2. 按照权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述第二层（13、22、33）在至少一个垂直于其主伸长平面延伸的截平面中具有一楔形的横截面。

3. 按照权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，

所述第二层（13、22、33）由不透光的塑料制成。

4. 按照权利要求1至3中任一项所述的光学元件，其特征在于，

所述第二层（13、22、33）涂覆在所述第一层（4、21、32）的表面上。

5. 按照权利要求1至3中任一项所述的光学元件，其特征在于，

所述第二层（13、22、33）集成在所述第一层（4、21、32）中。

6. 按照权利要求4或5所述的光学元件，其特征在于，

所述第二层（13、22、33）在所述第一层（4、21、32）的至少一个边缘区域上延伸，其中，不利用所述第二层（13、22、33）遮盖的区域的面积大于所述至少一个边缘区域的面积。

7. 按照前述权利要求中任一项所述的光学元件，其特征在于，

所述第一层（4、21、32）包括一热塑性塑料并且所述第二层（13、22、33）包括一热固性塑料。

8. 按照前述权利要求中任一项所述的光学元件作为一平视显示器系统的组成部分的应用。

9. 用于制造一按照权利要求4所述的光学元件的方法，包括下列方法步骤：

a）在一第一空穴（3）中由第一透光塑料成型出一成型体（11）的第一层（4），

b）在成型所述第一层（4）之后，优选在硬化所述第一层（4）之后，将一由透光性比第一塑料更差的第二塑料制成的第二层（13）借助于一梯级形的或楔形的第二空穴涂覆到所述第一层（4）的一部分区域上，

c）在硬化所述第二层（13）之后将所述成型体（11）从所述第二空穴中取出。

10. 用于制造一按照权利要求5所述的光学元件的方法，包括下列方法步骤：

a）在一空穴中由第一透光塑料成型出一成型体的第一层（21），

b）在完全硬化所述第一层（21）之前，将一由透光性比第一塑料更差的第二塑料制成的第二层（22）注射到所述第一塑料熔液的还未硬化的芯体中，

c）在硬化所述第一层（21）之后将所述成型体从所述空穴中取出。