CN1156505A - 被照明指示装置和被照明指示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有一导光刻度圆盘(2)、一具有指示器照准器(16；16′)的导光指示器(3；3′)、以及一光源装置(8、9、10)用于产生和提供光束(30；30′)以便进入指示器(16；16′)和刻度圆盘(2)的被照明指示装置，其中指示器(3；3′)具有偏转面(26、28；23′、26′)，以便一方面引导由光源装置(8、9、10)产生的光束(30；30′)的第一分光束(31；31′)进入指示器照准器(16；16′)，另一方面引导第二分光束(32；32′)进入刻度圆盘(2)，以便使能够实现指示器照准器(16；16′)与旋转位置无关的均匀照明。

Description

被照明指示装置和被照明指示器

本发明根据权利要求1的前序部分所述涉及一种被照明的指示装置。

专利文献DE-OS 33 00 271提出了一种具有一导光圆盘和一安装在下方的唯一光源指示装置。导光圆盘具有多个偏转面，这些偏转面把由光源发出的光分成两组光束。另一些偏转面最后把这两组光束引向指示器。

虽然提出的这个方案可以实现均匀的指示器照明，但是也只好把导光圆盘结果昂贵的这一缺点作为不可避免的弊端予以接收。

专利文献DE-OS 41 21 248提出了一种类似的方案，在这种方案中也是首先将光束引向刻度盘然后经偏转面引向指示器。

在此方案中刻度盘结构昂贵也是一重要缺点，该刻度盘是这种指示装置的最大部件。

在专利文献DE-OS 28 48 001提出的方案中，刻度盘由外部，也就是说由其外围区域照明。进入刻度盘的光借助指示器中装配的偏转面被引向指示器的照明器。

这种结构存在的缺点是，在外围区域所设置的光源一方面需要附加的空间，另一方面尤其是在电学连接上引入了额外的费用。

另外，此方案不能提供强的和均匀的指示器照准器的照明，因为光源距指示器太远。

因此，本发明的任务在于提出一种上述类型的指示装置，该装置

-保证一强的和均匀的指示装置和/或指示器照明，

-就更换部件而言是容易实现的，

-由少量、简单元件所组成，这些元件制造费用都低廉因而成本低，和

-最好只产生少量余热。

实现本发明任务的方案在权利要求1的特征部分给出，从属权利要求给出了优先的实施结构。

因为在本发明方案中所有有光的偏转都设置在指示器中，所以指示装置的总费用大大减少，因此成本显著减低。

由于光源直接照明指示器，所以可以实现指示器照准器强的和均匀的照明。此外，因为可以放弃导光圆盘外围的光源，所以这样的装置占用的空间是少的。

由于本发明指示器采用特殊的底面结构以及位于其后的环形实体材料区域，所以由少数几个光源发出的光可以形成均匀的光，以致于指示器照准器的照明与指示器的旋转位置基本无关并保持相同的光强。

通过采用廉价的发光二极管(LED)作光源，可以产生较少的余热而且整个结构变得更加紧凑。此外，电动机可以用作光源装置的支架。

放弃使用由钢材制成的向外伸出的电动机轴同样可以起到降低成本的作用，因为该轴可以用一个在指示器处灌铸的塑料轴取代。在该种电动机轴上设置钻孔要更加简单和廉价。

本发明方案特别适用于汽车和钟表工业的速度、转数、贮油罐、温度、时间的指示或其它类似的指示。

下面纯属举例，借助附图进一步阐述本发明指示装置的两个实施结构。这些附图是：

图1具有本发明指示器第一实施结构的本发明指示装置的第一实施结构，沿图2中I-I线的纵断面图，

图2部分地示出具有本发明指示器第一实施结构的本发明指示装置的第一实施结构俯视图，部分未示出，

图3具有本发明指示器第一实施结构的本发明指示装置的第一实施结构透视图，局部为剖面，和

图4与图1相似的视图示出具有本发明指示器第二实施结构的本发明指示装置的第二实施结构。

在图1-3中示出的指示装置具有一个步进电动机1和一导光圆盘2，它们与一未示出的外壳固定在一起。一个可旋转指示器3经一共同的、垂直通过导光圆盘2的旋转轴4与步进电动机1建立直接的传动连接。

指示器3及导光圆盘2用透明材料如PMMA(译注：PMMA＝Polymethylmethakrylat，聚甲基丙烯酸甲酯)或PC(译注：PC＝Polycarbonate，聚碳酸酯)制成。

步进电动机1具有一安装电动机电源线接头6的电动机底面5，和具有一安装印刷线路板8的电动机上侧7。在该印刷电路板8上同心围绕和尽可能靠近旋转轴4安装光源9。作为光源9优先适于采用LED9，这种二极管尺寸小、寿命长而且与白炽灯相比价格低很多。最好安装3至5个LED9。印刷电路板8具有未示出的将LED9进行串联的印刷电路。使用这种电路可以只需要两个LED电源接头10，此电源接头穿过步进电动机1并且优先在电动机底面5处电动机电源接头6的范围内由步进电动机1向外伸出。LED和电动机电源接头10和6与一未示出的控制电路连接。由于LED和电动机电源接头10和6相互靠的很近因而能够实现可能最小的部件和最少的安装费用。

步进电动机1具有电动机轴11，该轴既不伸出底面5也不伸出上侧7，而是在电动机上侧7处具有一纵向孔12。在该纵向孔12中压入一指示器轴13，该轴构成了由一块压铸件制成的指示器3的一组成部分。

在指示器轴13上连接一指示器轴套14，该轴套无接触地穿过在导光圆盘2上设置的圆孔15。于导光圆盘2的上方在指示器轴套14上连接一指示器照准器16并基本上相对于导光圆盘2平行移动。

导光圆盘2具有上表面17，于其上装有刻度盘18。圆盘2由透明材料制成并刻有刻度19(见图2、3)。

指示器轴套14具有一底面20，在该底面设置一与旋转轴4同心的、环状的、截面为椭圆结构的、具有光耦合输入表面22的凸起21(见图1)。

指示器轴套14具有一空腔24，该空腔上侧与一个比如不透明的指示器盖25连接并与横截面为截锥状的偏转面26毗连，它位于凸起21的上部并具有导光圆盘2的高度。该偏转面26与旋转轴4形成45°倾角(见图1)，并且围绕旋转轴4扩展至接近整个圆周(见图2)。在此偏转面26与凸起21之间设置一基本上为环状的光输入区27。

另一个平面偏转面28，与旋转轴4同样形成45°倾斜角，并和指示器照准器16有相同的宽度并且与截锥状偏转面26组成整个圆周。平面偏转面28位于导光圆盘2的上方且具有指示器照准器16的高度。在该偏转面28与凸起21之间，在指示器轴套14内设置一基本上为棱镜形的光输入区29。

光束按如下所述方式通过指示器3和导光圆盘2，其中，下列所有论断原则上也适用于本发明指示装置的第二实施结构和适用于本发明指示器的第二实施结构：

根据图3，示出的三个LED是如此排列的，使其中之一能照射刻度盘18的上部区域，而另外两个各相距角度约100°可覆盖刻度盘18的左部和右部区域。

由光源9发出的光束30，根据折射定律，在椭圆形凸起21的光耦合输入表面22处被折射，并且在指示器轴套14中沿着与旋转轴4平行的方向传输。

光束30的第一分光束31穿过棱镜形光输入区29，到达平面偏转面28，在该偏转面受90°角的全反射并被引入指示器照准器16。

光束30的第二分光束32穿过圆柱形光输入区27，到达截锥形偏转面26，并且依据全反射原理，与旋转轴成90°角向外偏转，并被引入导光圆盘2。

由截锥形偏转面26到达的光束32，在导光圆盘2中均匀分布，致使整个导光圆盘2以及刻度盘18、还有正对着指示器照准器16的下方皆被均匀照亮。

因为光源近似为点光源，虽然使用了特殊结构的凸起21，在指示器轴套14内形成的沿轴向传输的光束还带有不沿轴向传输的光束。通过位于偏转面26和底面20之间的环状光输入区27，这种不沿轴向的、特别是具有切线方向分量的光束可以被导向棱镜形光输入区29，并且从该处同样可以到达指示器照准器16。在图1中以附加的方式引入了一这样的光束并用35表示。此外，只示出了沿轴向传输的光束30。显然在此所用的概念沿轴向、不沿轴向和切线方向是对旋转轴4而言的。

因为，现在光束30也用一不沿向分量尤其是用一沿切线方向分量为指示器照准器16的照明作出贡献，这也就意味着导致在指示器旋转时指示器照明的光强几乎不出现起伏，例如，既使采用3个基本上呈局部发光的LED作为非均匀光源。

从而，环形光输入区27为围绕旋转轴4具有切线方向分量光束的进一步传输提供了可能，并且导致在光源9的范围内还不均匀的晕光变得均匀。

此外，环形光输入区27当然还有可能使导光圆盘2的照明更强和更均匀。

图4示出具有本发明指示器第二种实施结构的本发明指示装置的第二种实施结构，在该图中对于基本相同的零部件采用了图1-3的参考号码。反之，对于和第一种实施结构不同的零部件定义了新的参考号码。下面仅就与图1-3相比所不同之处予以说明。

在这种意义上，图4中用1′表示的步进电动机与图1-3用参考号码1表示的那种电动机的差别仅在于电动机轴11有另一种实施结构，该轴在图4中用11′表示。与电动机轴11相比电动机轴11′没有纵向孔12，而是由实体材料构成，例如钢，并且由电动机的上侧7伸出。

因此，图4示出的指示器3′不具有指示器轴13，而是具有一个在指示器轴套14′内并沿旋转轴4运行的圆孔13′，该孔为插在电动机轴11′上提供了可能。

在导光圆盘2的上方也与指示器轴套14′连接一向其外端逐渐变薄的指示器照准器16′，但是此照准器与指示器照准器16相比底面不呈弧形弯曲，而是上侧与底面相同都直线延伸。

指示器轴套14′具有一底面20′，此底面构成一环形且与旋转轴4同心的光耦合输入面22′，围绕此面连接一基本上呈截锥形的光耦合输入和偏转面23′，该面例如向旋转轴4倾斜45°。

用24′表示的空腔几乎与图1-3中指示器3的空腔24完全相同，该腔以相似的方式在一个在指示器轴套14′中与旋转轴4同心安装的、近似截锥形的、和与旋转轴4呈例如约45°倾斜的偏转面26′相连，该面和导光圆盘2位于相同的高度。此偏转面26′围绕旋转轴4扩展至接近整体圆周，但与偏转面26不同，它形成拱形也就是说呈凸面。

在偏转面26′与底面20′之间设置一环形实体材料区27′，该区与偏转面26′和光耦合输入面23′的形状相符构成一圆锥形挖空的截锥体。

与第一实施例相同在指示器轴套14′中也构成一平面偏转面28，该面与旋转轴4形成45°倾斜角并具有指示器照准器16′的宽度而且与偏转面26′组成整个圆周。此平面偏转面28位于导光圆盘2的上方并具有指示器照准器16′的高度。于指示器轴套14′内在偏转面28和底面20′之间设置基本上相同的近似棱镜形的光导入区29。

如下所述，光束通过指示器3′和导光圆盘2，其中所有下列论断原则上也适用于本发明指示装置的第一实施结构和本发明指示器的第一实施结构：

由光源9发出的光束30′到达光耦合输入面22和光耦合输入与偏转面23′，并将至少部分地大致向旋转轴4的方向偏转。

光束30′的第一分光束31′通过棱镜形光输入区29到达平面偏转面28，并在那里以90°角全反射并被导入指示器照准器16′。借助由指示器轴套14′开始向外逐渐变薄的指示器照准器16′的形状，光束31′以越来越短的距离被折射，这一点与向外递减的光强作用相反，致使指示器3′在其整个长度内亮度很均匀。

光束30′的第二分光束32′通过圆柱形光输入区27′到达截锥形偏转面26′，且依照全反射原理与旋转轴90°角向外偏转并被引入导光圆盘2。

到达导光圆盘2的光束32′由经指示器轴套14′引入的光束33′以及直接由光源9发出的光束34′所组成，其中这两个分光束完全有可能是相等的。用此方案也可以实现导光圆盘2均匀的和强的照明。这里，尤其是光耦合输入和偏转面23′为LED9直接照射导光圆盘2提供了必要的自由空间。此外，与此倾斜的和在指示器轴套14′外部的光束也可以向其偏转并导入导光圆盘2。

因为光源近似点光源，所以既使采用特殊设计的底面20′，于指示器轴套14′内在形成沿轴向的光束的同时还形成不沿轴向的光束。通过位于偏转面26′与底面20′之间的环形光输入区27′，可以将那些具有一不沿轴向、尤其是一沿切线方向分量的光束导向棱镜形光输入区29并从那里也可以到达指示器照准器16′。在图4中，以附加的方式引入这样一种光束并用35′表示。此外还示出多个沿不同方向传输的光束30′。显然，这里所用的概念沿轴向、不沿轴向和沿切线方向是对旋转轴4而言的。

因为，现在光束30′也用一不沿轴向分量，尤其是用一沿切线方向的分量为指示器照准器16′的照明作出贡献，这也就意味着导致在指示器旋转时指示器照明的光强几乎不出现起伏，例如，既使采用3个基本上呈局部发光的LED作为非均匀光源。

从而，环形光输入区27′为围绕旋转轴4具有切线方向的分光束的进一步传输提供可能，并且导致在光源9的范围内还不均匀的晕光变得均匀。

由于这种均匀效应，在本发明指示器3和3′中比已知的指示器好很多，就是说由于尽管只使用分立安装的光源仍然可以得到指示器照准器16′的稳定照明，所以仅就本发明指示器，也就是说不包括导光圆盘2使人们产生了极大兴趣。一种这样的指示器本身就具有这种优点。

在指示器的第二种实施结构中，与旋转位置无关的稳定照明特别良好。

当然，环形光输入区27′此外还可使导光圆盘2有更强的和更均匀的照明。

近似棱镜形的光输入区29，在向指示器3或3′的底面20或20′的范围内可以形成逐渐缩小的结构或者基本上是圆锥形的，以便提高指示器照明器16或16′中的光强。

原则上使用具有广发射角的LED是有利的，以便指示器照准器的照明与指示器相对旋转位置的不相关性就光源的排列而言变得更加明显。

为了进一步达到降低制造和装配成本的目的，电动机电源接头6可以由电动机上侧7的上方引出，并在印刷电路板8上连接。这样一种电动机一般称为正面接触电动机。在这种情况下LED电源接头10不穿过电动机而是正好位于印刷电路板8上，由此电路板引出与一电路相连接的接头，该电路中可实现对LED和电动机的控制。

Claims (16)

1、具有一导光刻度圆盘(2)、一可围绕旋转轴(4)转动的具有指示器照准器(16；16′)的导光指示器(3；3′)、以及一具有至少一个光源(9)的光源装置(8、9、10)用于产生和提供光束(30；30′)进入指示器(3；3′)和刻度圆盘(2)的被照明指示装置，其特征在于，指示器(3；3′)具有偏转面(26、28；23′、26′)，以便一方面引导由光源装置(8、9、10)产生的光束(30；30′)的第一分光束(31；31′)进入指示器照准器(16；16′)，和另一方面引导第二分光束(32；32′)进入刻度圆盘(2)。

2、根据权利要求1所述装置，其特征在于，指示器(3；3′)具有一主要围绕旋转轴(4)延伸的指示器轴套(14；14′)，在此轴套上连接指示器照准器(16；16′)并且偏转面(26、28；23′、26′)安置在指示器轴套(14；14′)的范围内。

3、根据权利要求2所述装置，其特征在于，为偏转光束的第一分光束(31；31′)进入指示器照准器(16；16′)设置第一偏转面(28)，并为偏转光束的第二分光束(32；32′)进入刻度圆盘(2)设置第二偏转面(26；26′)。

4、根据权利要求3所述装置，其特征在于，第一偏转面(28)主要由一平面构成，该平面与旋转轴(4)和指示器照准器(16；16′)各倾斜约45°并安装在指示器照准器(16；16′)的高度。

5、根据权利要求3所述装置，其特征在于，第二偏转面(26；26′)形成一主要与旋转轴(4)同心和几乎完全围绕旋转轴(4)分布的面，该面与旋转轴(4)和刻度圆盘(2)各倾斜约45°并且安置在刻度圆盘(2)的高度。

6、根据权利要求3所述装置，其特征在于，指示器轴套(14)具有至少一个面对光源装置(8、9、10)的光耦合输入面(22；22′、23′)。

7、根据上述权利要求之一所述装置，其特征在于，光源装置(8、9、10)的至少一光源(9)是一发光二极管(9)。

8、根据权利要求1所述被照明指示装置的导光指示器(3；3′)，其特征在于，该指示器具有偏转面(26、28；23′、26′)以便一方面引导光源装置(8、9、10)产生的光束(30；30′)的第一分光束进入指示器照准器(16；16′)，和另一方面第二分光束进入刻度圆盘(2)。

9、根据权利要求8所述装置，其特征在于，指示器(3；3′)是一整体压铸件。

10、具有一指示器轴套(14；14′)和一指示器照准器(16；16′)的可围绕旋转轴(4)转动的导光指示器(3；3′)，其特征在于，指示器轴套(14；14′)具有至少一最少部分地主要围绕旋转轴(4)同心分布的光耦合输入区(22；22′、23′)，用于把光束(30；30′)耦合入指示器轴套(14；14′)，并且设置至少一由导光材料制成的与光耦合输入区(22；22′、23′)和与指示器照准器(16；16′)相连的光连接区(21、27、29；27′)，以便把耦合进入指示器轴套(14；14′)的光束(30；30′)导入指示器照准器(16；16′)，其中连接区(21、27、29；27′)在指示器照准器(16；16′)附近至少部分地沿光耦合输入区(22；22′、23′)延伸，以便能够实现指示器照准器(16；16′)均匀地、与指示器(3；3′)的转动位置基本无关的照明。

11、根据权利要求1所述指示器，其特征在于，连接区(21、27、29；27′)在指示器照准器(16；16′)附近具有一个第一偏转面(28)，以便引导光束(30；30′)的至少第一分光束(31；31′)由连接区(21、27、29；27′)进入指示器照准器(16；16′)。

12、根据权利要求2所述指示器，其特征在于，连接区(21、27、29；27′)包括一与光耦合输入区(22；22′、23′)相连的、近似环形的分配区(21、27、27′)，以便引导耦合入的光束(30；30′)的第一分光束(31；31′)进入指示器照准器(16；16′)。

13、根据权利要求3所述指示器，其特征在于，连接区(21、27、29；27′)具有一与指示器照准器(16；16′)相连的、基本上呈棱镜形的导光区(29)，以便引导耦合入的光束(30；30′)的第一分光束(31；31′)进入指示器照准器(16；16′)。

14、根据权利要求1所述指示器，其特征在于，至少一最少部分地基本上围绕旋转轴(4)同心分布的光耦合输入区(22；22′、23′)，基本上相当于一截锥的外表面。

15、根据权利要求5所述指示器，其特征在于，连接区(21、27、29；27′)具有一连接环形分配区(21、27、27′)的第二偏转面(26；26′)，该偏转面基本上围绕旋转轴(4)同心分布，以便把耦合入的光束(30；30′)的至少一第二分光束(32；32′)基本上沿径向由指示器轴套(14；14′)引出。

16、根据权利要求6所述指示器，其特征在于，第二偏转面(26；26′)是凸面的。

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