專利名稱：表盤照明系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明在總體上涉及用于儀器盤的照明系統(tǒng)，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于手表表盤的改進型照明系統(tǒng)。
背景技術：
提供帶有用于照亮表盤的光源的諸如手表之類的儀器，屬于公知的。所述手表表盤可以是模擬手表表盤，這種表盤帶有與手表指針結(jié)合使用的刻度或標記，或者所述表盤可包括諸如液晶顯示器之類由活動標記構成的電光顯示器。表盤照明系統(tǒng)的一個目的是恒定且均勻地照亮表盤?？衫弥T如場致發(fā)光光源之類的分布式均勻光源來獲得均勻的背景照明。但是，為了降低表盤照明系統(tǒng)的成本，還考慮了諸如單個的白織燈或發(fā)光二極管(LED)之類的集中式光源。使用集中式光源的一個問題，是將光從由明亮光構成的點光源傳遞并擴散至用于照亮表盤的均勻分布的光源。先有技術包含試圖進行傳遞的多個實例。
除照明以外，還可用光來獲得美觀的圖案。在這種情況下，必須使表盤的不同位置上有較亮或不太亮的區(qū)域或者有不同的顏色。在光導外緣周圍使用外緣照明的傳統(tǒng)結(jié)構不足以使光照射到預定的部位。
周知有使用位于透光表盤后面的光導并使光射進光導的結(jié)構。下述美國專利是先有技術結(jié)構的代表，用來利用光導從集中式光源照亮表盤。
專利號發(fā)明人頒發(fā)日期題目3,748,456 Brien 1973.7.24 受照明的儀器盤2,140,972 Rylsky1938.12.20 用于照亮儀器盤的裝置2,188,821 Rylsky1940.1.30 羅盤2,480,393Bossert等1949.8.30表盤燈3,043,038Marble 1962.7.10受照明的盤面3,561,145Shotwell 1971.2.9 光分配透鏡系統(tǒng)上述Marble的專利3,043,038號和Shotwell的專利3,561,145號使用了由基本上為平表面限定的光導，并試圖分配這些光使其經(jīng)歷多次內(nèi)反射，所述內(nèi)反射來自光導外緣處的集中式光源。這些結(jié)構采用錐形斷面或不均勻分布的凸陷部，以使光均勻地分布。
1997年9月16日頒發(fā)給Akahane等人的美國專利5,667,289號描述了一種用于液晶顯示器的背景照明設備，其中，將有不均勻圖案的光散射反射層從光導的外緣貼到所照射的該光導上。所述反射層設置成隨距所照射的外緣的距離變大而尺寸有所增加。
在手表中，特別難以將來自集中式光源的光從設置在表盤下面的光導的外緣傳導至光導?？臻g是一種額外的開銷，并且，已知的結(jié)構不能令人滿意。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進型的表盤照明系統(tǒng)，它能使光均勻地分布以照亮表盤。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于將來自集中或點光源的光傳導至光導以照亮表盤的改進型結(jié)構。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種表盤照明系統(tǒng)中用于射出具有可變亮度和/或顏色的發(fā)光區(qū)域的結(jié)構。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于使光分布于手表表盤上的改進型表盤照明系統(tǒng)。
發(fā)明概述簡要地說，本發(fā)明包括一種用于表盤的照明系統(tǒng)，它包括一光導，此光導包括一導光件，該導光件具有一外緣和上下表面，適于通過所述上下表面之間的內(nèi)反射來完全地傳導光；一待照明的表盤，它設置在前述光導的上方，所述表盤包括一透光件，該透光件具有與光導外緣基本上共同延伸的外緣，并具有與光導上表面相鄰的一下部表盤表面；至少一個集中式光源，它設置在光導的下表面的下方并與該下表面相間隔開；一光耦合通路，它從光源延伸到光導的下表面；一位于光導至少下表面上的發(fā)射圖案，它適于有選擇地將內(nèi)反射的光從光導的下表面發(fā)射到表盤；以及，一位于表盤至少下表面上的光吸收圖案，它適于有選擇地吸收來自光源的光。還可以將發(fā)射圖案和/或吸收圖案加到光導的上表面上。
附圖連同附圖參見下述說明可更好地理解本發(fā)明，在附圖中

圖1是帶有受照明表盤的模擬手表的平面圖；圖2是除掉外殼的手表框架和機件的平面圖，它具有剖開的框架部分以顯示出印刷電路板；圖3是圖1和圖2的手表的剖面正視圖；圖4是一概略且簡化的分解剖視圖，它說明了本發(fā)明操作的原理；圖5-8是使用了本發(fā)明的光導的俯視平面圖，它們說明了幾種有代表性的發(fā)射圖案；圖9、10、11和12是表盤的底視平面圖，它們說明了幾種有代表性的光吸收圖案；以及圖13和14是本發(fā)明改進形式的簡化概略分解剖視圖。
對最佳實施例的說明圖1說明了一計時器，包括一手表1，它帶有通常的外殼2、安裝在可旋轉(zhuǎn)的軸上并受通常機件驅(qū)動的分針3和時針4，手表表盤對本發(fā)明并不重要。手柄5用于設置指示時間的指針3、4的位置，而按鈕啟動器6則與表殼內(nèi)的啟動開關觸點(未示出)相連接。指針的下方是表盤7，其上有諸如小時數(shù)碼8之類的指示時間的標記。表盤7由諸如玻璃或聚脂薄膜之類的透光材料構成。
參見圖2，它示出了除掉了外殼2的框架和機件的平面圖并且還省略了指針3、4和表盤7，以便能看清下面的組件細節(jié)。通常的鐘表機件9包容在由絕緣材料制成的框架11內(nèi)的相應成型開口10內(nèi)。機件9包括一通常的石英模擬步進電機，該電機可驅(qū)動一傳動機構以使得用于接收指示時間的指針的一個或多個可旋轉(zhuǎn)的軸27轉(zhuǎn)動。設置在框架11下側(cè)的是一印刷電路板12，它包含有用于使步進電機運轉(zhuǎn)并用于照亮表盤的電路。在附圖中切掉了框架11的一部分，以露出印刷電路板12的一部分。設置在印刷電路板12上的是一第一集成電路(未示出)，它用于使步進電機運轉(zhuǎn)；以及，一第二電路13，它用于通過印刷電路板上的標號17之類的導線來使發(fā)光二極管(LED)15發(fā)光。LED15永久地安裝在印刷電路板上。
參見圖3，在剖面圖中按比例地畫出了上述部件。表殼2通過外殼背面18在底部處封閉并包含有用于手表機件和照明系統(tǒng)的電源，最好包括鋰電池19。要詳細加以說明的表盤照明系統(tǒng)包括光導21，它設置在表盤7的下方；光耦合通路23，它從LED15延伸至光導21的下表面；以及，反射層25，它設置在光導21與機件9之間。光導21具有與其上方的表盤7的形狀基本上共同延伸的外緣形狀例如在所說明的手表中具有圓形。LED15落在相對光導外緣突出的圓形內(nèi)。機件9通過使共軸的軸27旋轉(zhuǎn)而使指針3、4以可旋轉(zhuǎn)的方式運轉(zhuǎn)，所述軸27則穿過表盤、光導和反射元件25上的中心開孔。
參見圖4的簡化概略圖，以分解剖面圖的方式示出了表盤照明系統(tǒng)，但未按比例畫出該表盤照明系統(tǒng)。應該認識到，如圖3所見那樣，實際尺寸看起來更大，并且，要加以說明的部件實際上彼此相接觸，因此，光能有效地從一個部件傳至另一個部件。
在最佳實施例中，LED15設置在印刷電路板12上并按電路的關系與印刷電路板上的其它部件永久地相連，從而構成了印刷電路板的整體部分。這是一種提供集中式光源的非常經(jīng)濟的方式。表機件9包合有前述多個部件并且可驅(qū)動表盤7上的表針(未示出)。表盤7是透光的玻璃或塑料件，其上印有標記8，因此，表盤7下面的光源會照亮表盤。表盤7用作散射體，以便使光均勻的分布，但是，如果希望的話，也可以增加一獨立的散射層。所述標記最好是不透明的，以便使得標記8在夜間很容易地讀出。
光導21包括一用諸如聚碳酸酯之類的透明塑料制成的導光件，它具有上表面21a和下表面21b。這些表面最好是平的，但也可以不一定是這樣。設置在光導21與機件9之間的反射元件25是由白色反射聚脂薄膜或類似的反射材料制成的薄板。如果所述框架本身能提供足夠的反射率，也可不需要有元件25。
由諸如聚碳酸酯之類的透明塑料制成的光耦合通路23從LED15延伸至光導21的下表面21b。所述通路還可用作透鏡，以使來自通路的光整形，從而使光導中所捕獲的光量最大。光耦合通路23可以是光學彈性體或者是剛性的透光件。如圖12和圖13所示，可將上述通路模制進光導或模制進LED。還有，在模制的通路與光導之間存在有粘合劑或透明彈性體。所述彈性體用于最大限度地將光耦合進光導，并且，彈性材料用于吸收光導、框架與PCB(印刷電路板)之間的機械容隙層疊。
光一旦被引入用透光材料制成的光導就會在內(nèi)部經(jīng)歷多次反射是公知的。反射會在具有不同折散率的兩種材料接合處出現(xiàn)。在平的上部與下部表面21a和21b之間會出現(xiàn)多次反射。還應認識到，光導中的光強會隨距光源距離的增加而減少。
發(fā)射圖案依照本發(fā)明的一個方面，將由光反射和色散元件29構成的發(fā)射圖案設置在光導的下表面21b上?？晒┻x擇的是，另外的發(fā)射圖案也可以加在上表面21a上。用反射和色散元件30概略地標明這一點。應該認識到，這代表著多個元件。元件29最好是由白色反射涂料或油墨構成的點或區(qū)域或者是模制或蝕刻至光導中的幾何表面，它們設置成能有選擇地將內(nèi)反射的光從光導的下表面發(fā)射至上表面和表盤7。將光以比周知的“臨界角”(從與平的上表面相垂直的線來取)小的角度照射到上表面的那部分發(fā)射出去(或者該部分光前進至表盤7)。其余的光在內(nèi)反射，直至到達了另一個發(fā)射元件29。
參見圖5至圖8，它們示出了四個示例性發(fā)射圖案。
圖5示出了一個最佳實施例，其中光導33配備有由置于下部平面上的反射點35構成的發(fā)射圖案，所說的反射點隨距標號37所示的光插入點的距離的增加而有逐漸增加的直徑。較大的點會使得有較大部分的內(nèi)反射光經(jīng)由光導33的頂部平面射到表盤上。所以，隨著距標號37處的最大光強的距離的增加，反射點35會具有較大的發(fā)射效果。這就會抵消光強的降低并使得從光導33的頂部射出的光有更均勻的分布。
參見圖6，光導39還可包括有均勻大小的均勻間隔的點41，這些點隨著距標號34所示的光發(fā)射點的距離的增加而能提供更大的反射率或發(fā)射能力。改變反射率和發(fā)光性能的方式可適當?shù)匕ㄔ诓桓淖兯f的點的大小的情況下改變這些點的顏色或反射特征。例如，可將這些點從點43附近的灰色較差反射特征改變成光導的另一側(cè)上的白色高反射特征。就模制的發(fā)射器而言，總是將發(fā)射器的幾何形狀改變成所發(fā)射的光的圖案。
參見圖7，光導45配備有由直徑增大寬度也有所變化的圓形元件47構成的圖案。圓形元件47在距光入射點49的最大距離處有最大的寬度。最后，圖8說明了具有由斜的元件53構成的圖案的光導51，所述圖案設計成能根據(jù)圖形或美觀效果的特定需要而有選擇地按預定的圖案發(fā)射光。
盡管發(fā)射圖案最好是反射涂料，但這些圖案也可以包括下表面21b上的蝕刻區(qū)或凹陷部而且可以有選擇地包括光導的上表面21a上的蝕刻區(qū)或凹陷部。
吸收圖案參見圖5，依照本發(fā)明的另一個方面，表盤7的下表面配備有由元件31概略表示的吸光元件圖案，它用于有選擇地吸收從光導21的發(fā)射圖案發(fā)射出來的在沒有內(nèi)反射的情況下從光源直接經(jīng)過光導21的光。還可以有選擇地將光吸收圖案加至光導的上表面。吸光元件由吸光元件32來概略地表示，應該認識到，這表示多個元件。
下部表盤表面(或上部光導表面)上的光吸收圖案與上述發(fā)射圖案結(jié)合起來使用。圖9、10、11和12中示出了示例性的光吸收圖案。在圖9中，表盤55的下表面上包括一單個的圓點57，該圓點設置成與光導另一側(cè)上的耦合通路的端部相對齊。單個元件57的光吸收圖案設計成能控制光導中未捕獲到的光，否則的話，這些未被捕獲到的光會導致亮點，這些亮點有比光導其余部分更高的光強，從而會出現(xiàn)在耦合通路的上方。
圖10中示出了光吸收圖案的另一個實例，其中表盤59配備有由吸光材料構成的多個點61和由吸光材料構成的較大的點63，它與耦合通路相對齊。如圖10所示，吸光點61的尺寸隨距吸光元件63的距離的增加而減小。所以，隨著距點63下方的光源的距離的增加會吸收越來越少的發(fā)射光。
圖11中所示的另一種類型的光吸收圖案是一種分段吸光表盤63，它具有如陰影所示的有越來越少的吸光能力的部分63a、63b、63c。這一點還可由這樣的點的分級圖案來提供，所說的點有同樣大小但在最靠近需要最大吸光的區(qū)域處有高的空間密度并且隨其移離光源而逐漸改變成有較小的空間密度。
盡管圖9、10、和11所示的圖案能獲得均勻的光分布，但還可以改變所述光吸收圖案，以獲得美觀的圖形。圖12所示的示例性圖案說明了這一點。其中表盤上印有一系列有可變厚度的偏心的圓64a、64b等。也可以用任何預定的圖案來代替所示的圖案。
所述吸光元件最好包括印在表盤下側(cè)上的吸光油墨，這些油墨選擇成具有透光性和顏色，以便獲得預定的圖案。
多光源和成整體的結(jié)構作為獨立光耦合通路的另一件方案，所述通路可以與LED或與光導構成整體，并且，可為預定的美學效果而使用多個光源。
參見圖13，概略地表示了印刷電路板65，該電路板帶有兩個LED67、68以及相應的光耦合通路69、70，它們構成為一成整體的組件。
在圖14中，光導71包括兩個光耦合通路73、74，它們模制成該光導的成整體的部分并從下部平面延伸，由此而使通路73、74分別與底層印刷電路板上的相應的LED75、76相接觸。
所述光發(fā)射圖案和光吸收圖案還可定位成能控制照射諸如天/日期日歷表的表盤上的窗口之類的困難部位。所述圖案還可以用于校正表盤中心接納表針芯軸的開孔的陰影效果。
通過有選擇地發(fā)射光的發(fā)射圖案與有選擇地吸收所發(fā)射的光的光吸收圖案的適當組合，可用集中式光來實現(xiàn)非常均勻的照明系統(tǒng)，或者，將獨特的光分布圖案設計成能用一個以上的光源來實現(xiàn)獨特的設計目標。此外，通過使光進入光導的下表面而不是進入外緣，可獲得使用安裝有LED的印刷電路板的小型和經(jīng)濟的結(jié)構。
盡管在此說明了被認為的本發(fā)明最佳實施例，但是，對本領域的普通技術人員來說會有其它改進，并且，應確保在所附權利要求中所有這些改進均落在本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于表盤的照明系統(tǒng)，它包括一光導，此光導包括一導光件，該導光件具有一外緣和上下表面，適于通過在上下表面之間的內(nèi)反射來完全地傳導光；一待照明的表盤，它設置在光導的上方，所述表盤包括一透光件，該透光件具有與光導外緣基本上共同延伸的外緣，并具有一與光導上表面相鄰的下部表盤表面；至少一個集中式光源，它設置在光導的下表面的下方并與該下表面相間隔開；一光耦合通路，它從光源延伸到光導的下表面；一位于光導至少下表面上的發(fā)射圖案，它適于有選擇地讓內(nèi)反射的光從光導的下表面經(jīng)由上表面發(fā)射到表盤；以及一位于表盤至少下表面上的光吸收圖案，它適于有選擇地吸收來自光源的光。
2.如權利要求1的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述集中式光源是至少一個發(fā)光二極管，它設置在所述光導外緣的突出部內(nèi)的印刷電路板上。
3.如權利要求2的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光耦合通路是前述發(fā)光二極管的整體延伸部。
4.如權利要求2的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光耦合通路是從前述光導下表面的整體延伸部。
5.如權利要求1的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射圖案是多個反射元件。
6.如權利要求5的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述反射元件的面積隨距光耦合通路的距離的增加而增加。
7.如權利要求5的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述反射元件的反射率隨距光耦合通路的距離的增加而增加。
8.如權利要求5的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述反射元件是可變的，以獲得預定的美觀圖案。
9.如權利要求1的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光吸收圖案包括至少一第一吸光材料區(qū)，它設置在表盤的下表面上并在與光導下表面相鄰的位置處與光耦合通路的端部相對齊。
10.如權利要求1的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光吸收圖案是多個吸光元件。
11.如權利要求10的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述吸光元件的面積隨距上述第一吸光材料區(qū)的距離而減少。
12.如權利要求10的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述吸光元件的吸光性能隨距上述第一吸光涂料區(qū)的距離而減小。
13.如權利要求10的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述吸光元件的空間密度隨距上述第一吸光涂料區(qū)的距離而減小。
14.如權利要求10的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述吸光元件是可變的，以獲得預定的美觀圖案。
15.如權利要求1的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光導的上表面上設置有一第二發(fā)射圖案。
16.如權利要求1的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述光導的上表面上設置有一第二光吸收圖案。
17.如權利要求1的組合體，其特征在于，它包括至少一個額外的集中光源和至少一個額外的光耦合通路，它們設置成能提供一預定的美觀圖案。
18.如權利要求1的組合體，其特征在于，所述光導的上下表面是平的。
19.一種用于表盤的照明系統(tǒng)，它包括一光導，此光導包括一導光件，該導光件具有一外緣和上下表面，適于通過在所述上下表面之間的內(nèi)反射來完全地傳導光；一待照明的表盤，它設置在所述光導的上方，所述表盤包括一透光件，該透光件具有與光導外緣基本上共同延伸的外緣，并具有一與光導上表面相鄰的下部表盤表面；至少一個集中式光源，它設置在所述光導的下表面的下方并與該下表面相間隔開；一光耦合通路，它從所述光源延伸到光導的下表面；以及一位于所述光導至少下表面上的發(fā)射圖案，它適于有選擇地讓內(nèi)反射的光從光導的下表面經(jīng)由上表面發(fā)射到表盤。
全文摘要
一種手表表盤照明系統(tǒng),該系統(tǒng)具有一位于透光表盤(7)下方的光導(21),該光導可接收來自LED(15)的光,所述LED安裝在光導(21)下方的印刷電路板(12)上。光導(21)的底面(21b)上的白色反光點(29)的圖案可將內(nèi)反射的光有選擇地發(fā)射到表盤(7)上,并且,由吸光材料制成的光吸收圖案(31,32)可有選擇地吸收所發(fā)射的光,包括來自LED(15)的亮斑。
文檔編號G01D11/28GK1301360SQ98814148
公開日2001年6月27日 申請日期1998年12月23日 優(yōu)先權日1998年1月5日
發(fā)明者威廉·M·庫伯 申請人:天美使公司