专利名称：表盘照明系统的制作方法
技术领域：
本发明在总体上涉及用于仪器盘的照明系统，具体地说，本发明涉及一种用于手表表盘的改进型照明系统。
背景技术：
提供带有用于照亮表盘的光源的诸如手表之类的仪器，属于公知的。所述手表表盘可以是模拟手表表盘，这种表盘带有与手表指针结合使用的刻度或标记，或者所述表盘可包括诸如液晶显示器之类由活动标记构成的电光显示器。表盘照明系统的一个目的是恒定且均匀地照亮表盘。可利用诸如场致发光光源之类的分布式均匀光源来获得均匀的背景照明。但是，为了降低表盘照明系统的成本，还考虑了诸如单个的白织灯或发光二极管(LED)之类的集中式光源。使用集中式光源的一个问题，是将光从由明亮光构成的点光源传递并扩散至用于照亮表盘的均匀分布的光源。先有技术包含试图进行传递的多个实例。
除照明以外，还可用光来获得美观的图案。在这种情况下，必须使表盘的不同位置上有较亮或不太亮的区域或者有不同的颜色。在光导外缘周围使用外缘照明的传统结构不足以使光照射到预定的部位。
周知有使用位于透光表盘后面的光导并使光射进光导的结构。下述美国专利是先有技术结构的代表，用来利用光导从集中式光源照亮表盘。
专利号发明人颁发日期题目3,748,456 Brien 1973.7.24 受照明的仪器盘2,140,972 Rylsky1938.12.20 用于照亮仪器盘的装置2,188,821 Rylsky1940.1.30 罗盘2,480,393Bossert等1949.8.30表盘灯3,043,038Marble 1962.7.10受照明的盘面3,561,145Shotwell 1971.2.9 光分配透镜系统上述Marble的专利3,043,038号和Shotwell的专利3,561,145号使用了由基本上为平表面限定的光导，并试图分配这些光使其经历多次内反射，所述内反射来自光导外缘处的集中式光源。这些结构采用锥形断面或不均匀分布的凸陷部，以使光均匀地分布。
1997年9月16日颁发给Akahane等人的美国专利5,667,289号描述了一种用于液晶显示器的背景照明设备，其中，将有不均匀图案的光散射反射层从光导的外缘贴到所照射的该光导上。所述反射层设置成随距所照射的外缘的距离变大而尺寸有所增加。
在手表中，特别难以将来自集中式光源的光从设置在表盘下面的光导的外缘传导至光导。空间是一种额外的开销，并且，已知的结构不能令人满意。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进型的表盘照明系统，它能使光均匀地分布以照亮表盘。
本发明的另一个目的是提供一种用于将来自集中或点光源的光传导至光导以照亮表盘的改进型结构。
本发明的又一个目的是提供一种表盘照明系统中用于射出具有可变亮度和/或颜色的发光区域的结构。
本发明的再一个目的是提供一种用于使光分布于手表表盘上的改进型表盘照明系统。
发明概述简要地说，本发明包括一种用于表盘的照明系统，它包括一光导，此光导包括一导光件，该导光件具有一外缘和上下表面，适于通过所述上下表面之间的内反射来完全地传导光；一待照明的表盘，它设置在前述光导的上方，所述表盘包括一透光件，该透光件具有与光导外缘基本上共同延伸的外缘，并具有与光导上表面相邻的一下部表盘表面；至少一个集中式光源，它设置在光导的下表面的下方并与该下表面相间隔开；一光耦合通路，它从光源延伸到光导的下表面；一位于光导至少下表面上的发射图案，它适于有选择地将内反射的光从光导的下表面发射到表盘；以及，一位于表盘至少下表面上的光吸收图案，它适于有选择地吸收来自光源的光。还可以将发射图案和/或吸收图案加到光导的上表面上。
附图连同附图参见下述说明可更好地理解本发明，在附图中
图1是带有受照明表盘的模拟手表的平面图；图2是除掉外壳的手表框架和机件的平面图，它具有剖开的框架部分以显示出印刷电路板；图3是图1和图2的手表的剖面正视图；图4是一概略且简化的分解剖视图，它说明了本发明操作的原理；图5-8是使用了本发明的光导的俯视平面图，它们说明了几种有代表性的发射图案；图9、10、11和12是表盘的底视平面图，它们说明了几种有代表性的光吸收图案；以及图13和14是本发明改进形式的简化概略分解剖视图。
对最佳实施例的说明图1说明了一计时器，包括一手表1，它带有通常的外壳2、安装在可旋转的轴上并受通常机件驱动的分针3和时针4，手表表盘对本发明并不重要。手柄5用于设置指示时间的指针3、4的位置，而按钮启动器6则与表壳内的启动开关触点(未示出)相连接。指针的下方是表盘7，其上有诸如小时数码8之类的指示时间的标记。表盘7由诸如玻璃或聚脂薄膜之类的透光材料构成。
参见图2，它示出了除掉了外壳2的框架和机件的平面图并且还省略了指针3、4和表盘7，以便能看清下面的组件细节。通常的钟表机件9包容在由绝缘材料制成的框架11内的相应成型开口10内。机件9包括一通常的石英模拟步进电机，该电机可驱动一传动机构以使得用于接收指示时间的指针的一个或多个可旋转的轴27转动。设置在框架11下侧的是一印刷电路板12，它包含有用于使步进电机运转并用于照亮表盘的电路。在附图中切掉了框架11的一部分，以露出印刷电路板12的一部分。设置在印刷电路板12上的是一第一集成电路(未示出)，它用于使步进电机运转；以及，一第二电路13，它用于通过印刷电路板上的标号17之类的导线来使发光二极管(LED)15发光。LED15永久地安装在印刷电路板上。
参见图3，在剖面图中按比例地画出了上述部件。表壳2通过外壳背面18在底部处封闭并包含有用于手表机件和照明系统的电源，最好包括锂电池19。要详细加以说明的表盘照明系统包括光导21，它设置在表盘7的下方；光耦合通路23，它从LED15延伸至光导21的下表面；以及，反射层25，它设置在光导21与机件9之间。光导21具有与其上方的表盘7的形状基本上共同延伸的外缘形状例如在所说明的手表中具有圆形。LED15落在相对光导外缘突出的圆形内。机件9通过使共轴的轴27旋转而使指针3、4以可旋转的方式运转，所述轴27则穿过表盘、光导和反射元件25上的中心开孔。
参见图4的简化概略图，以分解剖面图的方式示出了表盘照明系统，但未按比例画出该表盘照明系统。应该认识到，如图3所见那样，实际尺寸看起来更大，并且，要加以说明的部件实际上彼此相接触，因此，光能有效地从一个部件传至另一个部件。
在最佳实施例中，LED15设置在印刷电路板12上并按电路的关系与印刷电路板上的其它部件永久地相连，从而构成了印刷电路板的整体部分。这是一种提供集中式光源的非常经济的方式。表机件9包合有前述多个部件并且可驱动表盘7上的表针(未示出)。表盘7是透光的玻璃或塑料件，其上印有标记8，因此，表盘7下面的光源会照亮表盘。表盘7用作散射体，以便使光均匀的分布，但是，如果希望的话，也可以增加一独立的散射层。所述标记最好是不透明的，以便使得标记8在夜间很容易地读出。
光导21包括一用诸如聚碳酸酯之类的透明塑料制成的导光件，它具有上表面21a和下表面21b。这些表面最好是平的，但也可以不一定是这样。设置在光导21与机件9之间的反射元件25是由白色反射聚脂薄膜或类似的反射材料制成的薄板。如果所述框架本身能提供足够的反射率，也可不需要有元件25。
由诸如聚碳酸酯之类的透明塑料制成的光耦合通路23从LED15延伸至光导21的下表面21b。所述通路还可用作透镜，以使来自通路的光整形，从而使光导中所捕获的光量最大。光耦合通路23可以是光学弹性体或者是刚性的透光件。如图12和图13所示，可将上述通路模制进光导或模制进LED。还有，在模制的通路与光导之间存在有粘合剂或透明弹性体。所述弹性体用于最大限度地将光耦合进光导，并且，弹性材料用于吸收光导、框架与PCB(印刷电路板)之间的机械容隙层叠。
光一旦被引入用透光材料制成的光导就会在内部经历多次反射是公知的。反射会在具有不同折散率的两种材料接合处出现。在平的上部与下部表面21a和21b之间会出现多次反射。还应认识到，光导中的光强会随距光源距离的增加而减少。
发射图案依照本发明的一个方面，将由光反射和色散元件29构成的发射图案设置在光导的下表面21b上。可供选择的是，另外的发射图案也可以加在上表面21a上。用反射和色散元件30概略地标明这一点。应该认识到，这代表着多个元件。元件29最好是由白色反射涂料或油墨构成的点或区域或者是模制或蚀刻至光导中的几何表面，它们设置成能有选择地将内反射的光从光导的下表面发射至上表面和表盘7。将光以比周知的“临界角”(从与平的上表面相垂直的线来取)小的角度照射到上表面的那部分发射出去(或者该部分光前进至表盘7)。其余的光在内反射，直至到达了另一个发射元件29。
参见图5至图8，它们示出了四个示例性发射图案。
图5示出了一个最佳实施例，其中光导33配备有由置于下部平面上的反射点35构成的发射图案，所说的反射点随距标号37所示的光插入点的距离的增加而有逐渐增加的直径。较大的点会使得有较大部分的内反射光经由光导33的顶部平面射到表盘上。所以，随着距标号37处的最大光强的距离的增加，反射点35会具有较大的发射效果。这就会抵消光强的降低并使得从光导33的顶部射出的光有更均匀的分布。
参见图6，光导39还可包括有均匀大小的均匀间隔的点41，这些点随着距标号34所示的光发射点的距离的增加而能提供更大的反射率或发射能力。改变反射率和发光性能的方式可适当地包括在不改变所说的点的大小的情况下改变这些点的颜色或反射特征。例如，可将这些点从点43附近的灰色较差反射特征改变成光导的另一侧上的白色高反射特征。就模制的发射器而言，总是将发射器的几何形状改变成所发射的光的图案。
参见图7，光导45配备有由直径增大宽度也有所变化的圆形元件47构成的图案。圆形元件47在距光入射点49的最大距离处有最大的宽度。最后，图8说明了具有由斜的元件53构成的图案的光导51，所述图案设计成能根据图形或美观效果的特定需要而有选择地按预定的图案发射光。
尽管发射图案最好是反射涂料，但这些图案也可以包括下表面21b上的蚀刻区或凹陷部而且可以有选择地包括光导的上表面21a上的蚀刻区或凹陷部。
吸收图案参见图5，依照本发明的另一个方面，表盘7的下表面配备有由元件31概略表示的吸光元件图案，它用于有选择地吸收从光导21的发射图案发射出来的在没有内反射的情况下从光源直接经过光导21的光。还可以有选择地将光吸收图案加至光导的上表面。吸光元件由吸光元件32来概略地表示，应该认识到，这表示多个元件。
下部表盘表面(或上部光导表面)上的光吸收图案与上述发射图案结合起来使用。图9、10、11和12中示出了示例性的光吸收图案。在图9中，表盘55的下表面上包括一单个的圆点57，该圆点设置成与光导另一侧上的耦合通路的端部相对齐。单个元件57的光吸收图案设计成能控制光导中未捕获到的光，否则的话，这些未被捕获到的光会导致亮点，这些亮点有比光导其余部分更高的光强，从而会出现在耦合通路的上方。
图10中示出了光吸收图案的另一个实例，其中表盘59配备有由吸光材料构成的多个点61和由吸光材料构成的较大的点63，它与耦合通路相对齐。如图10所示，吸光点61的尺寸随距吸光元件63的距离的增加而减小。所以，随着距点63下方的光源的距离的增加会吸收越来越少的发射光。
图11中所示的另一种类型的光吸收图案是一种分段吸光表盘63，它具有如阴影所示的有越来越少的吸光能力的部分63a、63b、63c。这一点还可由这样的点的分级图案来提供，所说的点有同样大小但在最靠近需要最大吸光的区域处有高的空间密度并且随其移离光源而逐渐改变成有较小的空间密度。
尽管图9、10、和11所示的图案能获得均匀的光分布，但还可以改变所述光吸收图案，以获得美观的图形。图12所示的示例性图案说明了这一点。其中表盘上印有一系列有可变厚度的偏心的圆64a、64b等。也可以用任何预定的图案来代替所示的图案。
所述吸光元件最好包括印在表盘下侧上的吸光油墨，这些油墨选择成具有透光性和颜色，以便获得预定的图案。
多光源和成整体的结构作为独立光耦合通路的另一件方案，所述通路可以与LED或与光导构成整体，并且，可为预定的美学效果而使用多个光源。
参见图13，概略地表示了印刷电路板65，该电路板带有两个LED67、68以及相应的光耦合通路69、70，它们构成为一成整体的组件。
在图14中，光导71包括两个光耦合通路73、74，它们模制成该光导的成整体的部分并从下部平面延伸，由此而使通路73、74分别与底层印刷电路板上的相应的LED75、76相接触。
所述光发射图案和光吸收图案还可定位成能控制照射诸如天/日期日历表的表盘上的窗口之类的困难部位。所述图案还可以用于校正表盘中心接纳表针芯轴的开孔的阴影效果。
通过有选择地发射光的发射图案与有选择地吸收所发射的光的光吸收图案的适当组合，可用集中式光来实现非常均匀的照明系统，或者，将独特的光分布图案设计成能用一个以上的光源来实现独特的设计目标。此外，通过使光进入光导的下表面而不是进入外缘，可获得使用安装有LED的印刷电路板的小型和经济的结构。
尽管在此说明了被认为的本发明最佳实施例，但是，对本领域的普通技术人员来说会有其它改进，并且，应确保在所附权利要求中所有这些改进均落在本发明的实质精神和范围内。
权利要求
1.一种用于表盘的照明系统，它包括一光导，此光导包括一导光件，该导光件具有一外缘和上下表面，适于通过在上下表面之间的内反射来完全地传导光；一待照明的表盘，它设置在光导的上方，所述表盘包括一透光件，该透光件具有与光导外缘基本上共同延伸的外缘，并具有一与光导上表面相邻的下部表盘表面；至少一个集中式光源，它设置在光导的下表面的下方并与该下表面相间隔开；一光耦合通路，它从光源延伸到光导的下表面；一位于光导至少下表面上的发射图案，它适于有选择地让内反射的光从光导的下表面经由上表面发射到表盘；以及一位于表盘至少下表面上的光吸收图案，它适于有选择地吸收来自光源的光。
2.如权利要求1的照明系统，其特征在于，所述集中式光源是至少一个发光二极管，它设置在所述光导外缘的突出部内的印刷电路板上。
3.如权利要求2的照明系统，其特征在于，所述光耦合通路是前述发光二极管的整体延伸部。
4.如权利要求2的照明系统，其特征在于，所述光耦合通路是从前述光导下表面的整体延伸部。
5.如权利要求1的照明系统，其特征在于，所述发射图案是多个反射元件。
6.如权利要求5的照明系统，其特征在于，所述反射元件的面积随距光耦合通路的距离的增加而增加。
7.如权利要求5的照明系统，其特征在于，所述反射元件的反射率随距光耦合通路的距离的增加而增加。
8.如权利要求5的照明系统，其特征在于，所述反射元件是可变的，以获得预定的美观图案。
9.如权利要求1的照明系统，其特征在于，所述光吸收图案包括至少一第一吸光材料区，它设置在表盘的下表面上并在与光导下表面相邻的位置处与光耦合通路的端部相对齐。
10.如权利要求1的照明系统，其特征在于，所述光吸收图案是多个吸光元件。
11.如权利要求10的照明系统，其特征在于，所述吸光元件的面积随距上述第一吸光材料区的距离而减少。
12.如权利要求10的照明系统，其特征在于，所述吸光元件的吸光性能随距上述第一吸光涂料区的距离而减小。
13.如权利要求10的照明系统，其特征在于，所述吸光元件的空间密度随距上述第一吸光涂料区的距离而减小。
14.如权利要求10的照明系统，其特征在于，所述吸光元件是可变的，以获得预定的美观图案。
15.如权利要求1的照明系统，其特征在于，所述光导的上表面上设置有一第二发射图案。
16.如权利要求1的照明系统，其特征在于，所述光导的上表面上设置有一第二光吸收图案。
17.如权利要求1的组合体，其特征在于，它包括至少一个额外的集中光源和至少一个额外的光耦合通路，它们设置成能提供一预定的美观图案。
18.如权利要求1的组合体，其特征在于，所述光导的上下表面是平的。
19.一种用于表盘的照明系统，它包括一光导，此光导包括一导光件，该导光件具有一外缘和上下表面，适于通过在所述上下表面之间的内反射来完全地传导光；一待照明的表盘，它设置在所述光导的上方，所述表盘包括一透光件，该透光件具有与光导外缘基本上共同延伸的外缘，并具有一与光导上表面相邻的下部表盘表面；至少一个集中式光源，它设置在所述光导的下表面的下方并与该下表面相间隔开；一光耦合通路，它从所述光源延伸到光导的下表面；以及一位于所述光导至少下表面上的发射图案，它适于有选择地让内反射的光从光导的下表面经由上表面发射到表盘。
全文摘要
一种手表表盘照明系统,该系统具有一位于透光表盘(7)下方的光导(21),该光导可接收来自LED(15)的光,所述LED安装在光导(21)下方的印刷电路板(12)上。光导(21)的底面(21b)上的白色反光点(29)的图案可将内反射的光有选择地发射到表盘(7)上,并且,由吸光材料制成的光吸收图案(31,32)可有选择地吸收所发射的光,包括来自LED(15)的亮斑。
文档编号G01D11/28GK1301360SQ98814148
公开日2001年6月27日 申请日期1998年12月23日 优先权日1998年1月5日
发明者威廉·M·库伯 申请人:天美使公司