专利名称：光导(体)之间的光耗散弹簧连接器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半透明的或透明的光导(体)，尤其涉及一种共同模制的两个光导，其中彼此之间通过光耗散弹簧连接，以便使其能够相对运动。
由透明的或半透明的橡胶、玻璃、塑料或其它这类光导材料制成的光导已经越来越多地用于现代设备的结构中。把光源例如发光二极管，小型白炽灯等设置在具有其它电气元件的印刷电路板上，然后从光源通过合适的光导把光送到所需的位置进行显示是方便的。光导一般通过具有相当光滑的表面并具有圆形的，椭圆的，矩形的或其它合适形状的截面来工作。在光导一端的入射光由光导管壁在内部反射，直到其在另一端从光导输出。光导可以具有相当小的结构，在某些情况下基本上是纤维状的光缆。
当设备需要多个光导时，如果光导可以由同一材料并由铸模制成，或者被制成单个的集成元件，将提高这种产品的结构设计和组装特性。遗憾的是，由于这种集成的光导借助于互连光导材料连接而使得在各个光导之间出现“交扰”问题。如果一个光导正在传输兰光，而另一个正在传输红光，则希望在光导的输出端的可见光之间保持频率分离，以便不获得变化的紫色阴影。
此外，还具有这样的情况，其中一些光导相对于产品壳体被固定，而另一些光导相对于壳体可以运动，以便启动设备上的开关或其它元件。如果具有互连结构的光导被整体地模制，要使可以移动的光导相对于固定的光导和壳体而移动是困难的或者是不可能的。
如上所述，本发明的目的在于，提供多个以单个整体连接的结构的光导，其中光导之间的“交扰”可以被消除或者至少被减到最小。
本发明的另一个目的在于，提供多个光导，其中至少一个光导可以相对于其它光导移动，即使它们被利用相同材料整体地模制而成。
本发明的另一个目的在于，提供一种整体模制的结构，其具有固定的光导和可移动的光导，而借助于机械弹簧使可移动的光导和固定的光导相连。
本发明的上述和其它的目的是这样实现的设置可移动的和固定的光导，在两个光导之间，具有整体模制的被约束的光路结构。在最佳实施例中，所述被约束的光路结构在其两个光导之间的机械连接中包括一个或几个弯曲部分，以便减少光，从而限制光从一个光导传递到另一个光导。
在最佳实施例中，通过弹簧实现的光导之间的互连包括在光导之间的间接的光通路。在另一个最佳实施例中，弹簧连接包括一个具有相对较大的横截面积的部分，其和具有相对较小的横截面积的部分互连。只有传递到相对大的部分中的少量的光通过和相邻相对大的部分相连的相对小的部分。在另一个优选的实施例中相对大与/相对小的部分具有有纹理的表面，以便使其中包含的光更多地传输到光耗散弹簧外面的位置，而不传输到相邻的光导。
本发明的上述以及其它的优点和特点通过结合附图对示例性的优选实施例进行的说明可以更加充分地理解，其中
图1是包括本发明的优选实施例的电池充电器的局部截面图；图2是按照本发明通过光耗散弹簧互连的固定光导和可动光导的放大图；图3是图2的光耗散弹簧的放大图，用于说明在弹簧中可能的光路；以及图4A-4D是本发明的各个另外的实施例的透视图。
在下面结合附图对本发明的讨论中，各个图中的相同的结构用相同的标号表示。
图1说明用于实施本发明的一个产品的例子。电池充电器10包括外壳体12，其中具有印刷电路板14，在优选实施例中，其包括安装在其上的为电池充电器的操作所需的电子结构。发光二极管(LEDs)16和18被安装在印刷电路板14上，用于向电池充电器的用户表示电子电路的工作状态。此外，在优选实施例中，微型开关20也被安装在印刷电路板14上，用于在电池充电之前进行电池的放电操作。
为了使操作者不必看到其上安装有发光二极管16和18的印刷电路板部分并直接操纵微型开关20，电池充电器10的优选实施例包括固定光导22和可动光导24(能够操纵微型开关)。如图所示，固定光导把LED16发出的光传递到电池充电器壳体12的表面，在那里可由电池充电器的使用者看到。以类似方式，来自LED18的光沿着可动光导24传递，当可动光导24的上部被操作者按压时，可动光导24可以通过臂26操纵微型开关20。
使固定光导和可动光导相互连接的是一个被约束的光路结构，其在图1-3中是光耗散弹簧28。该弹簧由和光导相同的材料制成，在优选实施例中是纯净的聚碳酸酯，但是也可以是纯净的丙烯酸类或任何半透光或透光的玻璃、塑料、橡胶或其它的光导材料。用于连接两个光导的光耗散弹簧允许光导/弹簧/光导的组合利用注入模制而成，或者作为一个整体单元构成。这种结构不仅减少了电池充电器的元件数量，而且减少了装配时间，因为代替多个分离元件，只有一个元件需要被插入。
固定光导22包括凸出部分30，其可以伸入壳体的一个槽中，以便定位固定光导并阻止其相对于LED16移动。槽32使光导的下端固定在印刷电路板上或和印刷电路板相邻，以便收集由LED16发出的光的最大量。
可动光导24还可以包括固定件34，在优选实施例中，其可以在位于电池充电器壳体的槽中移动，借以把光导和臂26的运动方向限制到用于操纵微型开关20的方向。可动光导24还包括槽36，虽然在安装时在光导的底部和印刷电路板之间必须存在足够的间隙，以便使得光导在接触印刷电路板之前能够足够多地向下移动，从而操纵微型开关26。
如图1所示，或许由图2看得更加清楚，当由固定件34和壳体的相应结构对可动光导24安置得以便使其沿其轴线运动时，其要沿其轴线被光耗散弹簧28偏移到一个位置。弹簧28主要靠其形状和材料而具有足够的机械弹性，使得当光导24的顶端由用户向下按压时可动光导24向下运动一个足够的量，从而可以利用臂26操动微型开关20。当用户释放光导的上部时，弹簧28的机械弹性使光导向上运动到“静止”位置，在此位置臂26不再按压微型开关。
虽然在图1和图2中所示的光导22和24的方位和相互关系是倾斜的，但是它们可以容易地被定位于垂直方向或水平方向或其它任何合适的方向。不要求这些光导平行，的确，它们彼此之间可以呈任何角度。此外，虽然为了便于说明只示出了两个互连的光导，但是利用本发明，可以组合许多光导，其中的一些或全部是固定的或可动的。此外，虽然所述的可动光导一般沿纵向运动，但是可以设计使一个光导相对于另一个光导或相对于其轴线而转动。此外，虽然在电池充电器的例子中所示的光导一般呈泪珠形或翼面形，但是可以理解，在光导中可以采取任何所需的截面形状，并且其形状仅仅取决于所需的壳体表面的外观和由在壳体内的可利用的空间而限制的尺寸。
参看图3，其较清楚地说明了光耗散弹簧的操作。如前所述，希望使光导彼此在光学上相互隔离，即使它们被制成一个整体单元的情况下。本申请人通过提供一种被约束的光路实现了这种光隔离，同时提供了一种允许在两个光导之间进行相对偏移的机械通路。
用于互连固定光导22和可动光导24的光耗散弹簧包括相对小的(在光学意义上说)截面部分38和40，它们使被约束的光路42分别和固定光导以及可动光导相连。因为这些较小的部分必须由和光导相同的材料制成，因而遗憾的是，它们从光导向被约束的光路导光的能力相当好。因此，需要阻止或者至少大大减少从一个小的截面部分向大的截面部分进而向相邻的光导传输的光。这通过利用位于两个小的部分之间的相对大的截面部分来实现，这允许来自一个较小的部分的光散射，并只允许散射光的一小部分进入相邻的光导。
图3说明，光从固定波导向可动波导行进的被约束的光路，但是，应该理解，也存在使光从可动光导向固定光导行进的类似光路。来自小的部分的光被传递进入一系列在光学上较大截面的部分44,46，和48。可以看出，通过相对小的部分38行进的少量光当其充满较大的部分44时被耗散到相当的程度。因而，在较大的部分44中的平均光强度比小的部分38中的光强度小得多。大的部分44通过小的部分50和大的部分46相连，小的部分50的尺寸和形状可以和小的部分38，40类似。
小的部分50只把大的部分44中的较低强度的光的一部分传输到相邻的大的部分46，在那里这低强度的光被进一步耗散到更低的强度。只有这较低强度的光的一部分通过小的部分52传输进入大的部分48。在那里产生进一步耗散并进一步降低传输的任何光的强度。最后，只有允许进入大的部分48中的任何光的一小部分通过小的部分40进入光导24。可以看到，虽然用一个单独互连两个光导22,24的大的部分可以获得相当的减少，通过利用3个大的部分的优选实施例则实现了更大的减少。
作为使一个光导的光和另一个相连的光导隔离的进一步的改进，可以看出，连接大的部分44和46的小的部分50不完全地和小的部分38成直线设置。这种定位能够使来自光导22的光通过两个小的部分直接进入大的部分46的可能性减到最小。类似地，小的部分50和52也相对地相互错位，以便再次最大地减少从大的部分44传输到大的部分48的光。此处使用的“错位”一词表示元件被这样设置，使得减少在光导之间的任何直接传输的可能性。应注意，除去阻止直射光传输之外，小的部分50和52的错位还加强弹簧的柔性，以便允许在固定光导22和可动光导24之间进行相对运动。
图4A到图4D说明了按照本发明的光耗散弹簧的形式构成的被约束的光路结构的不同实施例。图4A表示互连的圆柱光导60和62，其中被约束的光路结构包括在直线部分之间的多个90°的弯曲部分。如同可被理解的那样，当光导转一圈时，光的主要部分从光导耗失。此外，由光导散失的光的数量可以通过提供有纹理的表面而不是光滑的表面(至少在拐弯处)而增加。被约束的光路结构64包括4个90°拐弯，具有至少一个有纹理的表面的光路部分(见拐弯66)。在图4A的实施例中，在光导之间的连接中的拐弯不在一个平面内。在这个实施例中，被约束的光路一般具有圆形截面。
图4B说明了被约束的光路68，其也包括平行的圆柱光导60和62。不过，被约束的光路68的截面是矩形的，并在同一平面内具有90°的拐弯。虽然在图4中的共同平面中包括两个光导60和62以及被约束的光路68，但并不是必须如此。
图4C说明了由没有错位的被约束光路70互连的平行的圆柱光导60和62。虽然图3中所示的较大的部分44,46,48具有矩形截面，但图4C中的较大的部分是一球体72，并具有圆形截面。球体72分别通过较小的部分74和76与光导60,62相连。球体72可以包括有纹理的表面，从而增强球体内部的光通过有纹理的表面向球体的外部的位置传输。
虽然图4A-4C说明的实施例中两个波导是平行定位的，图4D说明一种波导被不平行设置的实施例。波导60和62利用平面形状的被约束光路78连接，光路78上具有一个或几个孔。关于可用于传输光的横截面积，可以看出，大的孔80比小的孔82使被约束光路78的横截面积减少一个较大的量。这些孔也要减少被约束光路78的结构上的刚性，从而使得在光导60和62之间可以相对运动。
由上述附图注意到，其中的光导和被约束的光路结构，不论有无弹簧，原则上都可以利用纯净的，着色的，或有颜色的半透明的与/或透明的材料制成。可以看出，不脱离本发明的构思，这种光导可以用来从一个LED分裂光，从而在多个位置提供光。虽然本申请人的发明主要涉及利用在光导之间以光耗散弹簧形式构成的被约束的光路结构而整体形成的多个光导，但本发明可以为连接在现有光导之间的光耗散弹簧的形式，或者与稍微不同的材料实施。可以理解，用作光导材料的不同材料将提供不同的反射率，借以改变一个入射角，在该入射角以上，通过材料而进行光传输，在该入射角以下，从材料表面反射光。当光从一个光导向另一个光导行进时，材料和角度的合适组合将增强外部光向光耗散弹簧传输。因而，按照本发明，改变几何形状、材料、光和角度的组合可以减少光导之间可能的“交扰”。
如上所述，光导上抛光的或极其光滑的表面将增加内部光的反射(依赖于材料的反射系数和光行进的角度)，而有纹理的表面将诱使光向材料外部传输而进入附近的空气中。对于其中一个光导被固定的实施例，光导的固定可以用不同方式来实现，例如将其一部分固定在壳体上，将其嵌入电路板中，将其卡在两个部件之间等。一个光导可以被设计成浮动的或可以在装置中沿所需方向运动的，也可以被设计成沿合适的通道运动的，以便在其运动期间使弹簧能够柔性地连接相对运动的光导。光导的运动不仅可以用于操动电路板上的微型开关，或者可用于操动其位置和光导的可见外部离开的拨动开关，而且当开关被机械地启动时可以提供改变的开关状态的指示。
因而，由上述可见，对于本领域的普通技术人员，显然可以作出本发明的光耗散弹簧的许多修改和变型。因而，本发明具有多种设计方案，其特定的权利要求如下
权利要求
1．一种用于机械互连至少两个光导体的结构，其中所述至少两个光导体中的一个和所述至少两个光导体中的另一个在光学上是隔离的，所述结构包括一被约束的光路结构；一个在所述光路结构和所述至少两个光导体的一个之间的机械的与光学的连接结构；以及一个在所述光路结构和所述至少两个光导体的另一个之间的机械的与光学的连接结构。
2．一种用于整体地互连至少两个光导体的光耗散弹簧，所述光导体可彼此相对地运动，并由透光材料制成，所述弹簧包括一被约束的光路结构；一在所述光路结构和所述光导体之间的机械的与光学的连接结构，所述被约束的光路结构由所述透光材料制成，用于在所述光导体之间的所述机械的与光学的连接之间限定一个非直射的光路，其中所述光路结构和所述两个光导体中的至少一个被固定。
3．如权利要求2所述的光耗散弹簧，其特征在于所述光导体中的一个相对于所述光导体中的另一个是固定的。
4．如权利要求3所述的光耗散弹簧，其特征在于所述每个机械的与光学的连接结构之每个包括一光学的小截面，并且所述被约束的光路结构包括至少一个在光学上大的截面，其和所述机械的与光学的连接结构相连。
5．如权利要求4所述的光耗散弹簧，其特征在于所述每个光导体包括一相对光滑的表面，用于增强沿着光导体的内部光的反射，所述在光学上大的截面包括一有纹理的表面，用于增强从所述大的截面部分的内部向其外部的光透射。
6．如权利要求4所述的光耗散弹簧，其特征在于所述被约束的光路结构包括至少两个在光学上大的截面，其每个和各自机械的与光学的连接结构相连；以及一在光学上小的截面，用于使所述在光学上大的截面彼此连接。
7．如权利要求6所述的光耗散弹簧，其特征在于所述每个光导体包括相对光滑的表面，用于增强沿着光导体的内部光的反射，所述在光学上大的截面包括一有纹理的表面，用于增强从所述大的截面部分的内部向其外部的光透射。
8．如权利要求3所述的光耗散弹簧，其特征在于所述被约束的光路结构包括多个在所述连接结构和所述光导体之间的拐弯部分。
9．如权利要求8所述的光耗散弹簧，其特征在于所述每个拐弯部分包括至少为90度的弯曲部分。
10．如权利要求8所述的光耗散弹簧，其特征在于所述连接结构之间的多个拐弯部分和所述光导体处于同一平面内。
11．如权利要求8所述的光耗散弹簧，其特征在于所述连接结构之间的多个拐弯部分和所述光导体处于至少两个正交平面内。
12．如权利要求3所述的光耗散弹簧，其特征在于所述光导体处于同一平面内。
13．如权利要求3所述的光耗散弹簧，其特征在于所述光导体处于不同平面内。
14．如权利要求3所述的光耗散弹簧，其特征在于所述至少一个固定光导体只包括一个固定光导体，所述至少一个可动光导体只包括一个可动光导体。
15．一种由透光材料制成的整体组件，包括一对光导体部分，所述光导体部分的一个是固定的，而另一个光导体部分可以相对于固定的光导体部分运动；并且一中间的光耗散弹簧部分，其互连所述光导体部分，并使所述可动光导体部分能够相对于固定光导体部分运动，同时在光学上使光导体部分彼此隔离，其中所述弹簧部分包括一被约束的光路结构。
16．如权利要求15所述的透光材料制成的整体组件，其特征在于所述弹簧部分包括至少两个相对较小的横截面积的部分，其每个和各个固定与可动光导体部分相连，以及至少一个相对较大横截面积的部分，其在机械上和光学上与所述相对较小截面积的部分相连，其中来自所述一个光导体的少量的光通过一个所述相对小面积的部分可以进入所述较大截面积的部分，并且只有所述进入的光的一小部分能够从所述相对较大截面积的部分通过其它的相对较小截面积的部分传输。
17．如权利要求16所述的透光材料制成的整体组件，其特征在于所述光导体包括一相对光滑的表面，用于增强沿着光导体的内部光的反射，所述大的部分包括一有纹理的表面，用于增强从所述大的截面部分的内部向其外部的光透射。
18．如权利要求15所述的透光材料制成的整体组件，其特征在于所述弹簧部分包括至少两个部分，所述部分中的一个在机械上和光学上和所述固定部分相连，所述部分的另一个在机械上和光学上和所述可动部分相连，以及至少一个在机械上和光学上和所述至少两个部分相连的错位部分，所述至少一个错位部分用于阻止光从所述至少两个部分中的一个直接地进入所述至少两个部分的另一个，其中来自所述一个光导体的光通过所述至少两个部分中的一个进入所述错位部分，并且所述光的一部分通过所述错位部分的壁被反射回到所述至少两个部分中的一个，并被传输到所述错位部分外部的位置。
19．如权利要求18所述的透光材料制成的整体组件，其特征在于所述光导体包括一相对光滑的表面，用于增强沿着光导体的内部光的反射，所述错位部分包括一有纹理的表面，用于增强从所述错位部分的内部向其外部一位置的光透射。
20．如权利要求15所述的透光材料制成的整体组件，其特征在于所述弹簧部分包括至少两个相对较小的横截面积的部分，其中的一个和所述固定部分在机械上与光学上相连，而其另一个在机械上和光学上与所述可动部分相连，以及至少一个相对较大横截面积的错位部分，其在机械上和光学上与所述至少两个较小部分相连，其所述至少一个错位部分用于阻止光从所述至少两个部分中的一个直接地进入所述至少两个部分的另一个，其中来自所述一个光导体的光通过所述至少两个较小部分中的一个进入所述错位部分，并且所述光的一部分通过所述错位部分的壁被反射回到所述至少两个部分中的一个，所述光的一部分被传输到所述错位部分外部的位置，所述光的一部分被吸收，只有所述进入光的一小部分能够通过其另外的相对较小截面积的部分从所述错位部分通过。
21．如权利要求20所述的透光材料制成的整体组件，其特征在于所述光导体包括一相对光滑的表面，用于增强沿着光导体的内部光的反射，所述至少一个错位部分包括一有纹理的表面，用于增强从所述至少一个错位部分的内部向所述至少一个错位部分的外部一位置的光透射。
22．如权利要求20所述的透光材料制成的整体组件，其特征在于所述至少一个错位部分包括三个在所述至少两个相对较小的横截面积的部分之间的相对较大的横截面积的部分，其通过两个附加的相对较小的横截面积的部分光学上相互串联，所述两个附加的较小的部分在光学上非直接地和所述三个较大部分的中间一个相连。
23．如权利要求22所述的透光材料制成的整体组件，其特征在于所述光导体包括一相对光滑的表面，用于增强沿着光导体的内部光的反射，所述三个较大部分和所述两个附加的较小的部分包括一有纹理的表面，用于增强从所述至少一个错位部分的内部向所述至少一个错位部分的外部一位置的光透射。
全文摘要
本发明披露了一种具有至少两个光导体的一件光导结构，其中的一个光导体相对于另一个是可以运动的。在优选实施例中，光导体通过被约束的光路结构互连，在优选实施例中，光耗散弹簧在机械上互连两个光导体，但是又约束光从一个光导体向另一个光导体传输。通过沿弹簧分散传输的光，把光反射回到发出其的光导体，在各个较大截面部分吸收，或者改变这三者的组合来实现光路的约束。在优选实施例中，光耗散弹簧包括在固定光导体和可动光导体中间串联的三个较大横截面积的部分，它们通过用于在机械上使光导体互连的较小横截面积的部分互连。
文档编号H01H9/16GK1227662SQ97197229
公开日1999年9月1日 申请日期1997年8月11日 优先权日1996年8月12日
发明者T·D·斯奈德 申请人:艾利森公司