CN1755556A - 用于表盘的中心对称的照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于表盘的中心对称的照明装置。光源(15)容纳在表盘(10)下方的外壳的腔室(6)内，并与将光线引导到反射器(20)上的导向器(17)相对，反射器(20)形成在表面玻璃(1)的内表面或外表面的凹部内，该表面玻璃(1)的厚度从其中心向周向规则地减小，以用于通过在表面玻璃(1)内的全内反射对光线重新定向，直到当小于最大全内反射角时光线朝向表盘(10)射出。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量仪器表盘，例如仪表盘或钟表盘的中心对称的照明装置，其中，希望表盘上的距中心的距离相同处所带有的信息接收到相同的照明。
背景技术
当环境光线较弱或者甚至在黑暗中时，为了使使用者能够读取表盘上的信息，设计人员提出许多方案，其中只有使用电微型灯泡、二极管或其它光源的方案将在本发明的范围内被提及。
设置在表面玻璃和表盘之间的凸缘的腔室内的单个二极管显然不能提供均匀的照明，在表盘周围增加更多二极管仍然会留下阴暗区域。当所希望的目的主要是技术上的，例如汽车的仪表板时，这可以令人满意，但当还考虑到美观，例如在钟表的情况下，这就不能令人满意了。
为了使照明更均匀，许多专利提出使从光源发出的光射入围绕表盘设置在凸缘上的波导向器，或者(用波导向器)代替凸缘。例如，US专利Nos.5 984 485和6 452 872公开了例如以下导向器：其表面具有用以降低沿该导向器的损失的影响并朝向表盘对光线重新定向的特殊结构。这种照明比以前更均匀，但是也不能完全令人满意。此外，从生产的角度和再生产的角度看，构造这种导向器都是困难的，并且最终导致成本升高。
为了获得均匀的照明，某些文献公开了以下装置：其中光源在表盘的中心处位于表面玻璃上，并直接照亮下面的表盘和表盘上的标记。
例如在US专利No.4 115 994中公开的这种装置包括位于厚度不均的表面玻璃的下表面上并通过两条嵌入到该表面玻璃的厚度内的并行的导线连接到能源上的光源。US专利No.4 118 924公开了一种装置，其中，至少一个光源也位于等厚度的表面玻璃的下表面上，并且被两条导线在彼此的延伸部分连接。在该文献中，一个实施例公开了利用设置在数字显示器的栅极上方的多个二极管照明，每个二极管的导线以形成“蛛网”的形式设置在该表面玻璃上。这种直接照射使得光线呈环形分布，但不能在整个表盘上提供均匀照明。此外，表面玻璃内的导线产生不适于钟表的不美观的效果。
US专利No.6 106 127提出通过使导线穿过贯通指针的心轴的孔来减小上述缺陷，该步骤使得实施例(的表盘)更美观，但不能消除光环效应问题。
以前，例如指针的心轴也用作光导向器。例如，US专利No.3 859 782公开了一种装置，其中光源面对时轮管设置在表盘背面上，时轮管的另一端的开口朝向一小反射器，该反射器连接在具有两个平行表面的表面玻璃下面。虽然不存在与导线有关的缺陷，但是，除了难以使导线穿过时轮管而不会对时轮管的自由转动产生不利的影响外，也不能通过将入射光线直接反射到表盘上的反射器获得对表盘的“均匀的”照明。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种中心对称的照明装置来克服上述现有技术的缺陷，该照明装置利用设置在表盘下方的单个光源，以及穿过该表盘的中心且位于厚度不均的表面玻璃的中心处的特殊结构。该装置可以用少量的部件简单地美观地经济地制造，且具有较高的照明效率。
因此，本发明涉及一种用于表盘的中心对称的照明装置，该表盘包括至少一个信息显示器。在钟表的情况下，该显示器可以是使用由穿过表盘的管驱动并支承的指针的模拟类型和/或数字类型。该表盘设置在其顶部被表面玻璃封闭且其底部被后盖封闭的表壳内，该后盖和该表盘一起限定了一腔室，该腔室用于容纳显示控制装置和为该显示控制装置提供能量的能源以及位于该表盘下方的腔室内的光源。该装置的特征在于，表面玻璃的厚度从其中心到周向规则地减小，并且柱状的光导向器穿过表盘的中心，该导向器的一端接收从光源发出的光通量，其相对端面对一轴对称的反射器，该反射器形成在表面玻璃的中心的凹部内，用于通过在表面玻璃的厚度内的全内反射对从光源发出的光线重新定向，并当表面玻璃的内表面上的最大入射角小于最大全内反射角(angle of total internal reflection，折射临界角)时允许光线朝向表盘射出。从而，表面玻璃的外表面可以为具有小底角的锥形，或者球面扇形且更通常为弯曲扇形，并且(表面玻璃的)内表面为平面或球面扇形的形式。从而，以非限制性的方式，该表面玻璃可以为平-锥形、平-凸形、凸-锥形或收敛的弯月形，但不限于此。
反射器的形状为具有直线壁例如锥形，或者凸面壁的轴对称形状。该反射器也可以是规则的棱锥形，例如具有用于照亮钟表的十二个时标的十二边形的底部。
根据第一实施例，该反射器形成在表面玻璃的外表面的凹部内并包括反射涂层。
根据第二实施例，该反射器形成在表面玻璃的内表面的凹部内并包括用于在表面玻璃的厚度内沿径向对光线重新定向的反射涂层。
如果将该照明装置结合在钟表内，则光线导向器可以形成时轮管或结合在时轮管内，但决不会干涉钟表的正常工作。
附图说明
从下面参照附图通过非限制性的示例对不同实施例的说明中，可以发现本发明的其它特征和优点，其中：
-图1是根据本发明的照明装置的第一实施例的局部剖开的透视图；
-图2是沿图1的箭头II-II的斜线剖视图；
-图3是图2的装置的局部放大视图；
-图4是根据第二实施例的与图2相对应的视图；以及
-图5是沿图4的箭头V的该装置的放大视图。
具体实施方式
首先参考图1至图3，其中以手表表盘10的照明装置作为示例，示出本发明的第一照明装置的实施例。表盘10设置在环形表壳内，该表壳包括中间部分2，该表壳在其顶部被保持在凸缘3和玻璃框4之间的表面玻璃1封闭，并且在其底部被限定腔室6的后盖5封闭。腔室6用于容纳为显示控制装置8提供能量的能源7。在本示例中，控制装置8由计时电路形成，一方面，该电路用于控制步进电机9，该电机驱动与表盘10上的标记12相对的指针11a、11b，从而以模拟形式给出信息，另一方面，该电路用于控制由例如反射式液晶元件(LCD)形成的数字显示器13。腔室6还容纳有由能源7提供能量并能够由按钮16控制的光源15，该按钮16设置在中间部分2上并与柄头14分开。很显然，可以使用其它控制装置，例如在表面玻璃上的触摸式控制装置。
光源15，例如二极管(LED)，设置成面对穿过表盘的光导向器17的端部17a。很显然，光源15可以设置在腔室中的另一位置，则光通量例如通过光导纤维被引导到光导向器17的端部17a。在包括至少一个模拟显示器的手表中，导向器17容纳在时轮管18内，该导向器的端部17b的开口朝向表面玻璃1，下文将说明该表面玻璃的具体构造。导向器17可以由有机玻璃(PMMA)或者任何其它已知的能够形成光导向器的材料制成，该材料可以经过多次内部反射在其出口面或引出面产生朗伯(lambertian)类型的光束，该光束的轴线与表面玻璃1的中心相对应。
可以看到，表面玻璃1包括与表盘10平行的平的内表面1b和略微呈锥形的外表面1a，即，该外表面1a在(表面玻璃的)底部与内表面1b形成角度。角度例如在10°和5°之间，在附图中约为6°。锥度的选择显然取决于形成表面玻璃的材料的折射率和其它结构参数。
表面玻璃的中心部分具有锥形的反射器20，用于对表面玻璃1内的入射光线重新定向。反射器20形成在外表面1a的凹部内，该凹部的开口与表面玻璃1的对称轴线成角度γ。显然，角度γ的值取决于表面玻璃的多个结构参数(直径、值、表面玻璃的折射率)，γ的值在示出的示例中约为60°。
随这些结构参数变化的角度γ必须使得可在表面玻璃的外表面上形成全反射。为了完全保证该种反射，可以用例如由银蒸发形成的反射涂层21覆盖反射器20的外表面。
对于由该反射器20反射的所有光线，表面玻璃1在径向像α-2型的波导向器一样，通过全内反射(TIR)引导光线，直到表面玻璃1的内表面1b内的入射角小于最大全内反射角，例如如果表面玻璃由PMMA制成，则最大全内反射角为42.2°，然后通过折射沿表盘10的方向射出。
该路径由射到LCD数字显示器的参考号为25的光线和射到指针的参考号为27的光线示出。如果图3中参考号为29的光线太靠近表面玻璃1的边缘射出，则该光线不会射到表盘10而是射到凸缘3，因此凸缘3优选地涂覆有反射膜，用于朝向表盘10对该光线重新定向。因此，上述装置可以获得对表盘的均匀照明，并且可获得大于光源发射的光的20％的高效率。这种随结构参数变化的照明在整个表盘上可以是均匀的，或者仅在其上刻有标记，例如钟表的时标12的中心对称的环上是均匀的。
根据未示出的变型，可以用棱锥形反射器，例如具有用于优选地照亮时标12的十二边形的底部的棱锥形反射器，来代替圆锥形的反射器20。
现在参考图4和5，其中示出第二实施例，该第二实施例与前述实施例的不同之处主要在于，表面玻璃的形状为收敛的弯月形，并且反射器22形成在表面玻璃1的内表面1b内，同时还具有涂覆有反射涂层21的外表面，从而用于根据与第一实施例中所述的相同的原理对表面玻璃内的光线重新定向。在图5的放大视图中可以更清楚地看到，反射器22具有弯曲壁形状。
应该清楚，上述实施例以“可互换的”方式说明了多个实施例，可以在不脱离本发明的范围的情况下，根据表壳和表面玻璃所使用的尺寸和材料以及希望获得的最终外观而产生多种变型。
Claims (14)
1.用于表盘(10)的中心对称的照明装置，所述表盘(10)包括至少一个信息显示器，所述表盘(10)设置在外壳内，该外壳的顶部被表面玻璃(1)封闭且底部被后盖(5)封闭，其中，表面玻璃(1)由外表面(1a)和内表面(1b)限定，后盖(5)和表盘(10)一起限定一腔室，该腔室用于容纳为显示控制装置(8)提供能量的能源(7)和位于该腔室(6)内的光源(15)，其特征在于，该表面玻璃(1)的厚度从其中心到周向规则地减小，并且柱状的光导向器(17)穿过表盘(10)的中心，所述导向器的一端(17a)与光源(15)相对，其相对端(17b)与轴对称的反射器(20、22)相对，该反射器形成在表面玻璃(1)的中心的凹部内，以用于通过在表面玻璃(1)的厚度内的全内反射对从光源(15)发出的光线重新定向，并当在表面玻璃(1)的内表面(1b)上的入射角小于最大全内反射角时，使光线可以朝向表盘(10)射出。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述表面玻璃(1)的外表面(1a)的形状为锥形或球面扇形，其内表面(1b)的形状为平面形或球面扇形。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述反射器(20、22)的形状为直壁形或弯曲壁形，并且其顶端朝向表盘(10)。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述反射器(20)的形状为棱锥形，并且其顶端朝向表盘(10)。
5.根据权利要求3或4所述的照明装置，其特征在于，所述反射器(20、22)的形状为在表面玻璃(1)的上表面(1b)的凹部内形成的回转锥体。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述反射器(22)形成在所述表面玻璃(1)的内表面(1b)的凹部内并具有反射涂层(21)。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述导向器(17)由有机玻璃制成。
8.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述光源(15)为二极管(LED)。
9.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述外壳是表壳，该表壳的表盘(10)被凸缘(3)环绕，并且包括使用由穿过表盘(10)的时轮管(18)驱动并支承的指针(11a、11b)的模拟显示器和/或数字显示器(13)。
10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述数字显示器(13)是反射式液晶显示器。
11.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述凸缘(3)包括反射涂层(23)。
12.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述光线导向器(17)形成指针(11a、11b)的时轮管(18)。
13.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述光线导向器(17)容纳在指针(11a、11b)的时轮管(18)内。
14.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述光源由外部控制部件(16)接通。
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