CN1175326C - 用于显示仪表的刻度盘上的均匀发光装置 - Google Patents

Abstract

一种用于一个显示仪表的刻度盘(4)上的发光装置，该发光装置包括至少一个光源(13，33，35，43，53)设置在位于刻度盘(4)周边处的至少一个光导向件(20，30，40，50)的至少一个凹口内，其特征在于该导向件的整个所述外表面(22)或其一部分表面被安排成在从光源(13，33，35，43，53)中的一个光源离开后由所述外壁漫射的光量沿着导向件(20，30，40，50)逐渐地增加。

Description

用于显示仪表的刻度盘上的 均匀发光装置

本发明涉及一种用于显示仪表的刻度盘上的均匀发光装置，这是由于对至少一个光源所发出的光的导向件的特殊构形所造成的，该导向件和光源都基本上位于处在刻度盘和一块密封表面玻璃之间的空间中的刻度盘的周边处。

这种显示仪表已早为人们所熟悉，其中的刻度盘，特别是钟表的表盘，是通过至少一个光源所照亮，该光源由一个微型电珠或一个二极管所形成，并且连在一个设置在表面玻璃和刻度盘之间的由半透明材料制成的环形光导向件上。这样一种装置相当于例如在瑞士专利第549237号上所公开的那种装置。然而在使用中，它被注意到位于光源附近的刻度盘区域自然地要比完全相对向的区域明亮得多。为了克服这种缺点，美国专利第4908739号提出在一个环形导向件内的相等距离处分布至少两个光源。这样一种装置确实增加了局部刻度盘处的照明，但是并不有助于使照明更均匀化。通过增加光源的数目当然可以获得更均匀的照明，但这是由增加能量消耗为代价而促成的，在用于钟表的情况下，对于电池的工作寿命将构成一个关键因素。

关于如何将来自导向件的光更为有效地朝着刻度盘定向曾提出过各种不同的其它装置。例如，可以引用瑞士专利第677306号的装置，在其中一个形成一个漫射器的环具有这样一个截面，它被设计成具有一个磨光的面倾斜地朝着刻度盘，而其它的面则均匀地涂以一种无光泽的油漆。在瑞士专利第336863号中通过将更多的光线反射在表面玻璃上而获得朝着刻度盘的更大密度的光线，表面玻璃朝向刻度盘的一面被涂以薄的反射金属层。

通过这些现有技术的装置，结果能够使刻度盘获得更为明亮的照明，但是均匀的照明却并不总能获得，这从美学的观点看以及在一个模拟显示钟表的情况下，诸如小时标记等的刻在表面上的信息的正常可识别性方面是不能令人满意的。

本发明的一个目的是通过提供一种特殊结构的光导向件来克服这种现有技术上的缺点，使显示仪表的刻度盘能获得极大的照明均匀性。

因此本发明所涉及的一种用于一个显示仪表的刻度盘上的发光装置，该仪表由一个安置在刻度盘之上的表面玻璃所密封和由一个装配环所夹持的外壳构成，所述发光装置包括至少一个光源，设置在位于刻度盘周边处的光导向件的至少一个凹口内，所述导向件具有一个朝向刻度盘的磨光的内表面和一个夹持在由刻度盘、表面玻璃和装配环内壁所界定的一个空间内的外表面，其特征在于导向件的整个所述外表面或其一部分表面被安排成当从其中一个光源离开后由所述外壁漫射的光量沿着导向件逐渐地增加。

在上面的描述中，所谓“装配环”应当广义地理解为用以维持表面玻璃与刻度盘之间的相对位置的任何装置而不管这两种元件各自的外形为何。在钟表的情形中，“装配环”就是例如中间部件或是嵌玻璃的沟缘。

人们都知道，光导向件内的光能在从光源处离开时就会逐渐地衰减，这不仅是因为被导向件的材料所吸收，而且还因为通过漫射现象将光从导向件带走。

本发明的对光导件的新设计主要是通过对导向件外表面上的入射光线进行调整而使整刻度盘上的照明达到最佳。这种调整是通过根据一个朝向导向件内表面的凸起的漫射而作成的。而这种漫射是离开光源越远则越强，因而在某种程度上补偿了沿着导向件光能的减弱。

在包括例如只有一个光源的装置的情况下，漫射在正对置于光源的导向件部分处将是最大。

为了使漫射光量的梯度所依据的有用漫射表面产生变化，对该外表面可以有不同的处理办法。首先想起的是使用一种朗伯反射体(Lambertian reflector)可以获得最佳的漫射，这种反射体的典型模式就是一个氧化镁块的表面，用了这种反射体所有的入射光都是根据一个球形凸起而漫射的。

因此，一个第一实施例包括在导向件光滑的外表面上涂上一层朗伯式的漫射材料，离开光源越远，涂层表面逐渐加厚。在具有矩形截面的导向件的情况下，这一涂层首先施加在对置于该磨光的内表面的小侧边上。也可以以同样方式施加在夹持在表面玻璃和刻度盘之间的其它两个表面上，或是在形成外表面的三个面上。

根据一个第二实施例，外表面的结构作成在离开光源越远结构密度逐渐加大。根据一个第一选择方案，这种结构包括在外表面上设置多条槽沟，该槽沟在导向件上的定向平行于该导向件的曲率线，而离开光源这种槽沟的数目逐渐增多。根据一个较优的实施例，该槽沟具有V形的横截面。

根据一个第二选择方案，这种结构包括在导向件的外表面上设置一些小的空洞或凹穴。每单位表面上这种空洞的数目在离开光源后逐渐地增多。根据一个较优的实施例，这些空洞具有锥形的形状。这种槽沟或空洞的结构是例如通过激光加工或单纯通过模压而形成。

根据一个第三实施例，沿着导向件经由外表面的漫射光量的变化是通过作出槽沟或空洞的两种外表面结构，如在第二实施例中所示，以及通过在空洞部分中放置在第一实施例中所用的漫射材料而获得的。

不管哪个实施例都可以沿着导向件获得不同的漫射光量，还可以在导向件整个外表面的后面设置一个镜子以便反射出在导向件未经处理的部分上不能实行完全反射的那些光线。根据最优的实施例，该镜面不是在导向件本身，而是与后者分隔开一个空气间隙。

制成导向件的材料必须选自具有高反射指数而价格并不昂贵并且容易加工的材料。一种合适的材料例如是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或是聚碳酸酯(P.C.)。

导向件的横截面形状并不决定获得均匀的照明。然而，根据一个最佳实施例，特别是对应于最容易的和最经济的工业实用，导向件的横截面应是矩形的，一个垂直于刻度盘的表面的小侧边对应于磨光内表面，而另外的三个侧边对应于外表面。

光导向件的形状当然一定要适合于它沿其外形延伸的刻度盘的形状。这同样也适用于光源的数目和位置。当使用一个单个的光源时，光导向件最好是没有任何的角形部分，因此应具有一个圆形或椭圆形环的形状。当导向件具有角形部分时，例如当它具有矩形形状时，最好在每个角形部分处设置一个光源或是一面镜子以使光线得以调整。

虽然这种用于一个刻度盘的均匀发光装置可以适用于任何类型的显示仪表，但为了方便起见，下面的描述将参照一个钟表，更为具体的是一只手表。同样情况，这种装置可以适用于任何显示装置，但详细的描述将主要参照一个模拟显示器，也就是，其中至少一个指针是相对于刻度盘上的记号或标志移动的显示器。

这并不排除本发明的发光装置被用于一种刻度盘，这种刻度盘整体或部分地包括一个用于有关时间或其它信息的显示器的数字装置。同样情形，本发明的发光装置还可以结合在其它的装置中以改变刻度盘的视觉外观。在一个矩形的刻度盘构形中，均匀的照明还可以仅仅通过一种导向件来获得，这种导向件由两根不同的棒形成，每根棒的一端设置有一个光源而在另一端设置一面镜子，被设置紧靠在刻度盘的两个平行的边缘上。

本发明的其它特征和优点将在下面结合附图对不同实施例的描述中予以说明，在附图中：

图1是一个手表的透视图部分地显示出本发明发光装置的一个第一实施例；

图2是沿着图1的II-II线截取的放大的部分横截面图；

图3是图1中所示手表的光导向件的放大顶视图；

图4是图3导向件的小外侧边在光源和其正好相反的点之间的展开图；

图5A是沿着图3V-V线截取的光导向件的横截面图；

图5B是沿着图3V-V线截取的另一幅截面表示图；

图6是本发明发光装置第二实施例的光导向件的透视图；

图7是特别适用于对一个矩形刻度盘照明的第三实施例的光导向件的透视图；以及

图8是也是适用于对一个矩形刻度盘照明的第四实施例的顶视图。

更详细地参看图1和2，可以看到所示的是一种普通型式的手表，它带有一个圆形的表壳1，含有一个钟表机心，和一条表带2，表带的每一股固定在表壳的两个突角3之间。时间的显示是在一个表盘4上通过指针5相对于钟点标志7移动而实现。显示装置由一块表面玻璃8所保护，表面玻璃8通过一条嵌玻璃的沟缘9固定就位在表壳1上而其周边则在表盘上延伸，这在图2的截面图中可以看得更清楚。在图1中表面玻璃和嵌玻璃沟缘被部分扯开的部位处显示出光导向件20。带有矩形的横截面的环形光导向件20被装嵌在由沟缘9的内壁10和与表盘4和表面玻璃8相对置的面所界定的空间中。在图2中可以更清楚地看到，导向件20由相互间隔开的垫圈11夹持在其槽腔内从而使在导向件的外表面和面对的壁之间有着很小的空气间隙，紧靠在这些壁上设置有镜子表面12，使得从导向件逸散出的光线可以被反射。这些镜子表面是例如由镀银的PET薄膜制成。

在12点钟的位置处，导向件有一个形成一个槽腔的间断，其中放置有一个光源13。在所示的实施例中，这光源是由两个发光二极管13a，13b形成，它们被安排成背对背并连结在导向件的截面上，使光以相反的方向射入导向件中。所用的是例如带有一个电源电压为1.65v发射639nm的Al-Ga-As二极管。所用的电源可以是钟表机心相同的电源，而电源电压可以在需要时通过触动按钮6才施加。

现在更详细地参看图3，4，5A和5B，从中可以看到矩形截面的环状导向件20包括有一个由垂直于表盘4并朝向后者中心的一个小侧边形成的磨光的内表面21和由其余的三个侧边22a，22b，22c形成的外表面。在所示的例子中，形成导向件外表面的三个侧边被安排成能够获得有效表面的增加以便在从光源13离开后能渐进地将光漫射，也就是说，在正对向于光源13的导向件区域23处具有最大的漫射。

这样的安排包括在形成外表面22的几个面22a，22b，22c上通过沿着导向件的曲率线定向的槽沟24a，24b，24c所形成的整个外表面的渐进结构。

图3显示出面向表面玻璃8的导向件的上面22a的结构。可以注意到，在从光源13离开后及从表盘4的中心离开后，沿垂直于导向件方向计数的槽沟24a的数目是逐渐增加的，而它们的密度在区域23处是最大的，从该处它们在导向件上具有一个对称的排列。在朝向表面的面22c上产生的槽沟24c具有与面22a上的槽沟相同的构形。

图4显示出面22b的半个展开图，也就是从光源13至区域23的那个部分。从图中可看到，垂直于导向件计数的槽沟24b的数目在从光源离开后逐渐地增加，在这个例子中，槽沟是对称地分布在面22b中线的两边。

在从导向件最大密度区域23隔开一段距离处所绘制的放大的横截面图5A给出角度为α，由平面25所分开的V形槽沟的实施例。根据形成光导向件20的材料的折射指数和该表面在一个给定点处的曲率半径，这个角度可以在30°和45°之间变动。例如，对于一个折射指数n＝1.49的PMMA的圆形导向件，角度α最好是40°。同样情况，槽沟的最大数目和它们沿着导向件曲率的致密化可以作为导向件的尺寸的函数而变动。纯粹作为说明性的例子，宽度为2mm的导向件的面22a和22c在区域23内包括有7条槽沟，最外面的槽沟具有基本上等于导向件圆周的2/3的长度。这些槽沟可以通过任何适当的方法例如CO₂激光加工在导向件内形成，或者在制造导向件本身时通过模压而成。

图5B显示出与图5A相同的导向件，其中的槽沟24a，24b，24c被填满一种漫射材料26。对于面22a显示出一种其中漫射材料与表面成齐平的实施例，而对于面22c则显示出另一种实施例，其中的漫射材料在槽沟上形成隆起部分27。这些隆起部分27可以足够维持在导向件的外表面22和朝向表面玻璃、表盘和中间部分之间的一个小空气间隙，从而使得垫圈11的使用成为多余。

已被证明为最适宜的漫射材料26是由一种氧化钛涂料内含同量的硫酸钡和小量的粉末状PTFE所构成，这三种物料的比率例如为42/42/16。

图6显示出另一个导向件30的实施例，它与前面所描述的不同点主要在于它的大致形状是椭圆形的以及它包括两个光源33，35并且外表面的结构是由空洞或凹穴34所形成的。光源33，35是沿着长轴直径方向上相对置并且每个光源都安置在一个由导向件的横截面和一个连接基座36，37所形成的切口内。这些切口，或者也就是光源，就将导向件30划分成两个相对称的扇形区，其区段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轴上。

这些空洞34将具有例如一个锥形的形状，其角度可以变动，如已经在槽沟的情况中说明的那样。对于这些空洞在形成外表面的各个面上的分布可以参看对槽沟的描述。

现在参看图7，所示的是一幅其构形能适配一个矩形表盘和整个轮廓的光导向件40的顶视图。该导向件包括一个位于一个小侧边的中央的单一的光源43。每个朝着装配环定向的外表面的角隅都被加工成具有一个镜面部分42使光线得以调整。在这一例子中，外表面漫射力的变化是通过涂敷一个具有前面所述成分的漫射层46而获得的，漫射层在区域41处具有最大的覆盖面，该区域位于设置有光源的小侧边对面的小侧边的中央。根据另一种方案，该单一的光源可以由两个光源所取代，两个光源或相邻近设置或设置在相对置的角隅处，而另外两个角隅则设置有镜面，漫射层则适合于光源的安排。

图8以顶视图显示出带有一个矩形表盘的手表的另一个实施例，其中本发明的发光装置50包括两根形状相同并且头对尾的棒50a，50b。每根直线性棒在一头包括有一个光源53而在另一头有一面镜子52。在这里由槽沟表示的可以使漫射沿着每个导向件变化的结构被安排成使相同照明的前端基本上相互盖住。还可以看到，表盘上同时包括一个模拟显示器54和一个数字显示器55。还完全可能配合本发明的发光装置通过业内人员所熟悉的任何方法来改变专门留给模拟显示器的表盘部分的基座，例如，在这个位置设置一个电池，它的性能可以通过电泳法予以改变。

根据另一个没有图示的方案，特别是在一个基本上为正方形的表盘的情况下，通过将两根棒上的光源不是头对尾而是同在一侧，使两根棒安排成平行于3点钟-6点钟的轴。

上面所举的例子对于熟悉本专业的人员来说只要不偏离本发明的范围是可以作出多种改变和修正的。

Claims (18)

1.一种用于一个显示仪表的无光导刻度盘(4)表面上的光导向装置，该仪表由一个安置在该刻度盘(4)之上的表面玻璃(8)所密封并且由一个装配环(9)所夹持的外壳(1)构成，所述光导向装置包括至少一个光源(13，33，35，43，53)，该光源设置在位于刻度盘(4)周边处的至少一个光导向件(20，30，40，50)的至少一个凹口内，所述导向件具有一个朝向刻度盘(4)的磨光的内表面(2)和一个夹持在由刻度盘(4)，表面玻璃(8)和装配环(9)的内壁(10)所界定的一个空间内的外表面(22)，其特征在于，该导向件的整个或部分所述外表面(22)被安排成当从光源(13，33，35，43，53)中的一个光源离开后由所述外壁漫射的光量沿着导向件(20，30，40，50)逐渐地增加。

2.如权利要求1所述的光导向装置，其特征在于，外表面上具有一层用朗伯式漫射材料(26)制成的涂层，该涂层在从一个光源(13，33，35，43，53)离开后逐渐地将所述外表面(22)盖没。

3.如权利要求2所述的光导向装置，其特征在于，所述漫射材料层(26)是一种包括硫酸钡和粉末状聚四氟乙烯的氧化钛涂料。

4.如权利要求1所述的光导向装置，其特征在于，外表面(22)被结构成在从一个光源(13，33，35，43，53)离开后，结构的密度逐渐地增加。

5.如权利要求4所述的光导向装置，其特征在于，该结构是由导向件(20，30)上的平行于所述导向件(20)的曲率线的槽沟(24a，24b，24c)所形成，而该槽沟的数目在从一个光源离开后逐渐地增加。

6.如权利要求5所述的光导向装置，其特征在于，槽沟(24a，24b，24c)具有一个V形的横截面。

7.如权利要求4所述的光导向装置，其特征在于，该结构是由空洞(34)所形成的，每个单位表面上的空洞数目在从一个光源(13，33，35，43，53)离开后逐渐地增多。

8.如权利要求2或4所述的光导向装置，其特征在于，该导向件的外表面包括一种结构和一种填入在该槽沟或空筒部分内的漫射材料。

9.如权利要求1所述的光导向装置，其特征在于，该光导向件(20，30)具有一个矩形的横截面，其一个小侧边垂直于表盘的表面，形成磨光的内表面(21)，而其余的三个侧边形成外表面(22)。

10.如权利要求9所述的光导向装置，其特征在于，使沿着导向件的漫射可以变化的结构配置只是在外表面(22b)上的一个与磨光内表面(21)相对置的部分上实现。

11.如权利要求9所述的光导向装置，其特征在于，使沿着导向件的漫射可以变化的结构配置在整个外表面(22a，22b，22c)上实现。

12.如权利要求1所述的光导向装置，其特征在于，该光导向件(20，30)可以适合于圆形或椭圆形的刻度盘上。

13.如权利要求1所述的光导向装置，其特征在于，该光导向件(40，50)可以适合于方形或矩形的刻度盘上。

14.如权利要求13所述的光导向装置，其特征在于，该光导向件(40)适配于刻度盘的整个轮廓并且还包括至少两面镜子(42)，该镜子贴在面向装配环的那部分外表面上并且装在角隅上。

15.如权利要求13所述的光导向装置，其特征在于，该光导向件(50)包括两根不同的棒(50a，50b)，各设置有一个光源(53)在其一端和一面镜子(52)在其另一端，该两根棒紧靠在刻度盘的两个平行边缘上。

16.如权利要求1所述的光导向装置，其特征在于，一个安装光源的凹口形成在该导向件的两个横截面之间。

17.如权利要求1所述的光导向装置，其特征在于，每个光源由两个背对背设置的二极管组成。

18.一种包括根据权利要求1所述的光导向装置的钟表。

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