MX2011006261A - Fabricacion de guia de luz opticamnete uniforme. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan modalidades relacionadas con la fabricación de una guía de luz. Una modalidad descrita comprende extruir un polímero termoplástico a través de un dado para formar una extrusión, fabricar la extrusión a una o más dimensiones fijas, y mantener una cara de la extrusión en contacto con una superficie de molde calentada para suavizar o fundir la cara de la extrusión mientras se aplica presión a la extrusión.

Description

FABRICACION DE GUIA DE LUZ OPTICAMENTE UNIFORME ANTECEDENTES Un dispositivo de presentación puede incluir una guia de luz que transmite una imagen a una superficie de presentación, enfoca una imagen en un detector, o hace ambos. Para algunas aplicaciones, la guía de luz puede tener forma de cuña, transparente en uno o más rangos de longitud de onda visibles, ultravioletas, y/o infrarrojos, y comprende al menos un par de caras opuestas. La luz puede propagarse a través de la guía de luz a través de reflejo interno de las caras opuestas y emerge de al menos una cara como una imagen colimada.

La calidad de la imagen proporcionada por el dispositivo de presentación puede depender de la aspereza de las caras opuestas de la guía de luz, en donde se lleva a cabo el reflejo interno. Para algunas aplicaciones, la aspereza promedio de + 2 nanómetros o menos puede desearse para calidad de imagen superior. Dependiendo de la aplicación, ciertas características ópticas, características de lente Fresnel, por ejemplo, también pueden proporcionarse en la guía de luz. Un alto grado de uniformidad y fidelidad dimensional puede desearse también para estas características, y puede lograrse al utilizar materiales ópticos especializados y/o procedimientos complejos de grabado y pulido. Sin embargo, las guías de luz hechas al utilizar tales materiales y procedimientos pueden ser demasiado costosas para muchas aplicaciones.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Por lo tanto, en una modalidad, se proporciona un método para hacer una guía de luz. El método comprende extruír un polímero termoplástico a través de un dado para formar una extrusión, fabricar la extrusión a una o más dimensiones fijas, y mantener la cara de la extrusión en contacto con una superficie de molde calentado para suavizar o fundir la cara de la extrusión mientras se aplica presión a la extrusión.

Se entenderá que la breve descripción anterior se proporciona para introducir en forma simplificada una selección de conceptos que además se describen en la descripción detallada. No pretende identificar características clave o esenciales del tema reclamado, el alcance del cual se define por las reivindicaciones que siguen la descripción detallada. Además, el tema reclamado no está limitado a implementaciones que resuelven cualquiera de las desventajas observadas anteriormente o en cualquier parte de esta descripción.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 ilustra una modalidad ilustrativa de un método para hacer una guía de luz de acuerdo con la presente descripción.

La Figura 2 muestra una modalidad ilustrativa de un dado de extrusión para hacer una guía de luz de acuerdo con la presente descripción.

La Figura 3 muestra una modalidad ilustrativa de una extrusión de corte de la cual se hace una guía de luz, de acuerdo con la presente descripción.

La Figura 4 muestra una modalidad ilustrativa de una extrusión refinada de la cual se hace una guia de luz, de acuerdo con la presente descripción.

La Figura 5 muestra una inserción de una modalidad ilustrativa de una extrusión refinada de la cual se hace una guía de luz, de acuerdo con la presente descripción.

La Figura 6 muestra una modalidad ilustrativa de un aparato de moldeo por compresión de capa de superficie para hacer una guía de luz, de acuerdo con la presente descripción.

DESCRIPCION DETALLADA La Figura 1 ilustra un método ilustrativo 10 para hacer una guía de luz. El método comienza en 12, en donde se fuerza un material termoplástico fundido, de polímero termoplástico u otro a través de un lado de extrusión. El polímero termoplástico puede comprender un poliacrilato, un . poliacrilonitrilo, una poliamida, y/o un policarbonato, por ejemplo. En algunas modalidades, el polímero termoplástico puede comprender una mezcla de dos o más de tales polímeros. El material termoplástico puede seleccionarse para transparencia en un uno o más rangos de longitud de onda visibles, ultravioletas, y/o infrarrojos. En modalidades en donde la guía de luz se va a utilizar únicamente para presentar y/o recolectar imágenes ópticas, la transferencia a través del rango visible puede ser suficiente. Sin embargo, algunas guías de luz también pueden configurarse para proyectar y/o recolectar luz infrarroja o ultravioleta para detección de objeto. En estas modalidades, el polímero termoplástico puede seleccionarse para transparencia en varios rangos infrarrojos y/o ultravioletas también.

La Figura 2 muestra una sección transversal de un dado de extrusión ilustrativo 14 a través del cual puede forzarse el polímero termoplástico fundido. La sección transversal tiene forma de cuadrilátero con dimensiones ilustrativas indicadas en el dibujo. Forzar el polímero termoplástico fundido a través de un dado de esta forma da aumento a una extrusión con forma substancialmente de cuña que tiene un par de caras opuestas, casi paralelas y una sección transversal de cuadrilátero. En otras modalidades, el dado puede tener forma diferente, con lo cual proporciona una extrusión con forma diferente. Por ejemplo, el dado de extrusión puede tener forma rectangular y dar aumento a una extrusión similar a lámina (es decir, prismática rectangular). Se entenderá que estos ejemplos específicos de formas de extrusión se presentan para el propósito de ejemplo, y no pretende limitarse en ninguna forma.

Regresando a la Figura 1, el método 10 continúa a 16, en donde la extrusión enfriada se corta a una o más dimensiones fijas, incluyendo pero no limitándose un ancho fijo. La extrusión puede cortarse utilizando una sierra o un molino. La Figura 3 muestra una extrusión de corte ilustrativa 18, que se corta a un ancho fijo, un ejemplo de lo cual se indican en el dibujo. En otras modalidades, el ancho fijo puede ser de cualquier ancho deseado de la guía de luz, y puede elegirse basándose en las dimensiones del dispositivo de presentación en el cual se va a instalar la guía de luz.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, el método 10 continúa a 20, en donde se refina la obstrucción de corte a una forma apropiada y a dimensiones apropiadas para procesamiento adicional. En algunas modalidades, la forma apropiada puede ser similar a la forma final de la guía de luz que se desea, y las dimensiones apropiadas pueden ser las mismas que o ligeramente mayores que las dimensiones finales deseadas. Refinar la extrusión puede comprender fabricar, cortar, moler, grabar, y/o pulir, como ejemplos. El grabado puede comprender grabado mecánico húmedo o seco (por ejemplo, con arena o relleno) y/o grabado químico. Cualquier procedimiento de grabado puede conducirse con la ayuda de una máscara (por ejemplo, una foto máscara) para variar la profundidad de grabado en una forma controlable, para introducir características de superficie, etc.

Refinar la extrusión en 20 también puede comprender modificar una sección transversal de la extrusión. De esa forma, en algunas modalidades, el paso de procedimiento 12 puede resultar en una extrusión que tiene una forma transversal que coincide con la forma transversal de la guía de luz final, mientras que en otras modalidades, la extrusión puede tener una forma similar a lámina, rectangular antes de la refinación, y en 20, puede refinarse para tener una forma transversal que coincide con la forma transversal de la guía de luz final.

La Figura 4 muestra extrusión refinada 22 que puede formarse de la extrusión de corte 18 en la forma antes descrita. La extrusión refinada incluye caras opuestas 24 y 26, lado más delgado 28, y lado más grueso 30 opuesto al lado más delgado. En este ejemplo, la extrusión refinada se mueve en el lado más grueso para definir una sección de un cilindro abarcada por un ángulo central agudo. El radio de curvatura de la sección así definida puede determinarse basándose en una configuración del dispositivo de presentación en el cual se va a instalar la guía de luz.

En algunas modalidades, uno o más lados de la guía de luz (lado más delgado 28, lado más grueso 30, por ejemplo) pueden funcionar como un lente, en donde el radio de curvatura define una longitud focal del lente. En particular, uno o más lados de la guía de luz pueden configurarse para colimar luz desde una fuente de punto exterior a la guía de luz, un proyector, por ejemplo, o enfocar luz colimada desde la guía de luz sobre un detector externo. De esa forma, un radio de curvatura de cualquier sección formada en ese lado puede depender de una posición de una fuente de imagen o una posición de un detector con relación a la guía de luz. En el ejemplo ilustrado en la Figura 4, un radio adecuado de curvatura del lado más grueso 30 de extrusión refinada 22 puede ser de 631 milímetros.

Una vista en sección detallada del lado más grueso 30 en una modalidad se muestra en la Figura 5. El dibujo muestra una disposición de facetas substancialmente planas 32 que corren horizontalmente a lo largo del lado más grueso de extrusión refinada 22. Las facetas pueden construirse para formar un lente de Fresnel en el lado más grueso de la extrusión refinada. En un ejemplo no limitante, pueden formarse 27 facetas en el lado más grueso de la extrusión, formando una serie de bordes horizontales espaciados aproximadamente 840 mieras y extendiéndose aproximadamente 80 mieras desde un borde superior e inferior del lado más grueso. En otras modalidades, el lado más grueso de la extrusión puede tener cualquier otra forma adecuada y/o perfil.

Un lente Fresnel formado en esta ubicación puede servir para varias funciones en el dispositivo de presentación en donde se va a instalar la guía de luz, que colima una imagen enfocada que pasa en la guía de luz desde un proyector, por ejemplo, o enfocar una imagen colimada desde la guía de luz sobre un detector. En otras modalidades, una disposición de facetas substancialmente planas puede disponerse en cualquier lado de la extrusión refinada.

Los rayos de luz transmitidos a través de la guía de luz desde un proyector o hacia un detector pueden someterse a numerosos reflejos internos dentro de la guía de luz, incluyendo reflejos desde caras opuestas 24 y 26. Con el fin de que los rayos de luz transmitan una imagen con una alta fidelidad deseada y sin pérdida indebida, las caras opuestas pueden formarse para ser altamente planas y uniformes. En algunas modalidades, puede desearse una aspereza promedio de 10 nanómetros; en otras modalidades, puede desearse una aspereza promedio de 2 nanómetros.

Por sí mismo, el moldeo por extrusión de un polímero termoplástico puede no proporcionar una guía de luz en donde las caras opuestas 24 y 26 son suficientemente planas y uniformes. Esto es debido al encogimiento potencialmente inevitable en el polímero extruído, que ocurre en el enfriamiento en algunos materiales, y para raspado por irregularidades en el dado. El encogimiento puede ser un problema incluso mayor para polímeros fundidos preparados de monómeros. El moldeo por inyección puede proporcionar un resultado aceptable en algunos casos, pero puede ser costoso para monolitos relativamente gruesos debido a los largos tiempos de enfriamiento para solidificación.

Por lo tanto, el método 10 continúa a 34 y pasos subsecuentes en la Figura 1, en donde la extrusión refinada 22 se somete a procesamiento adicional. En 34, la extrusión refinada se coloca en un molde de compresión.

La Figura 6 muestra en sección transversal un aparato de moldeo por compresión de capa de superficie 36 ilustrativo, en donde la extrusión refinada se confina en al menos cuatro lados por platinas 38. Las platinas mostradas en el dibujo presentan superficies de molde uniformes 40 a la extrusión refinada y abarcan un vacío para adaptar la extrusión refinada, el vacío y la abertura de cuadrilátero del dado de extrusión 14 que tienen una o más dimensiones substancialmente en común.

En algunas modalidades, las superficies de molde 40 pueden comprender un material nativamente uniforme: mica o vidrio flotado, por ejemplo. En otras modalidades, las superficies de molde pueden moldearse de un material termoestable que se establece en contacto con un material nativamente uniforme. De esta forma, las superficies de molde presentadas a la extrusión refinada pueden tener una aspereza promedio menor que 10 nanómetros, y en algunas modalidades, menor que 2 nanómetros. En algunas modalidades, las superficies de molde presentadas a la extrusión refinada pueden incluir una o más superficies ópticamente suaves uniformes.

En la Figura 6, las platinas 38 presentan una pluralidad de superficies de molde 40 a la extrusión refinada 22. En tales modalidades, cualquiera de la pluralidad de superficies de molde puede no tener características así como ser uniforme. En una modalidad, por ejemplo, las superficies de molde colocadas en contacto con caras opuestas 24 y 26 de la extrusión refinada pueden ser uniformes y sin características.

Sin embargo, las superficies de molde colocadas en contacto con el lado más delgado 28 y el lado más grueso 30 de la extrusión refinada pueden comprender varias características especialmente, estas características pueden ser uniformes en una escala de sub-miera, pero comprenden características con tamaño de miera a milímetro. En una modalidad, la superficie de molde particular colocada en contacto con el lado más grueso de la extrusión refinada pueden comprender características complementarias para aquellos del lente Fresnel que se va a formar en la cara de la guía de luz. Pueden contemplarse variantes de esta modalidad. En una primera variante, se puede preparar una extrusión refinada que tiene características del lente Fresnel como se muestra en la Figura 5 (como se describió anteriormente) y después colocarse en un molde de compresión que comprende características complementarias a esas ya presentes en la extrusión. En una segunda variante, puede prepararse una extrusión refinada que carece características del lente Fresnel y después colocarse en un molde de compresión que comprende características complementarias a esas deseadas en la guía de luz. En esta variante, la fusión de capa de superficie subsecuente y el molde de compresión (descrita a continuación) se transfieren para presentar las características del lente Fresnel de la guía de luz.

Las superficies de molde 40 pueden calentarse a través de elementos de calentamiento integrados en las platinas calentables 38. Los elementos de calentamiento pueden ser elementos de calentamiento eléctrico resistentes o inductivos, por ejemplo. En algunas modalidades, las platinas también pueden enfriarse a través de un enfriador que fluye alrededor, a través de las platinas o en alguna otra parte en el aparato de moldeo por compresión de capa de superficie 36. Para ejercer presión en la extrusión refinada 22, las platinas que abarcan la extrusión refinada pueden colocarse entre yunques 42 de una prensa hidráulica 44.

Regresando de nuevo a la Figura 1, el método 10 continúa a 46, en donde se calientan una o más superficies de molde 40 substancialmente a una temperatura de fusión o una temperatura de ablandamiento del polímero termoplástico. Esta acción puede ocasionar la fusión de una capa de superficie de la extrusión refinada mientras al menos algo de la extrusión refinada bajo la capa de superficie no se funde. En otras modalidades, el calentamiento de una o más superficies de molde, puede ocasionar que la capa de superficie de la extrusión refinada se suavice pero no se funda.

El método 10 continúa a 48, en donde se aplica presión a la extrusión refinada 22 a través del molde de compresión 38. De esa forma, una o más caras de la extrusión refinada se mantienen en contacto con una o más superficies de molde calentadas para promover alistamiento o fundición continua de la capa de superficie. En una modalidad, la presión puede aplicarse por un periodo de tiempo predeterminado después de que las superficies de molde 40 han alcanzado una temperatura de punto establecido. En otra modalidad, la presión puede mantenerse aunque se verifican una o más dimensiones de extrusión refinada 22 (y/o distancias entre platinas 38). El calentamiento y la aplicación de presión puede descontinuarse cuando una o más dimensiones de la extrusión refinada alcanzan un valor fijo.

El método 10 entonces continúa a 50, en donde se enfría la extrusión moldeada por compresión. La extrusión moldeada por compresión puede enfriarse a través de uno o más enfriadores que fluyen alrededor o a través del aparato de moldeo o de compresión de capa de superficie 36, como se describió anteriormente. En algunas modalidades, al menos algo de la presión ejercida en al extrusión refinada 22 durante el moldeo por compresión puede mantenerse mientras se enfría la extrusión moldeada por compresión .

El método 10 entonces concluye en 52, en donde se expulsa la extrusión moldeada por compresión del molde de compresión.

Se entenderá que algunos de los pasos de procedimiento descritos y/o ilustrados aquí puede en algunas modalidades omitirse sin apartarse del alcance de esta descripción. De forma similar, la secuencia indicada de los pasos de procedimiento no siempre puede requerirse para lograr los resultados deseados, pero se proporciona para facilidad de ilustración y descripción. Una o más de las acciones, funciones, u operaciones ilustradas pueden realizarse repetidamente, dependiendo de la estrategia particular que se utiliza.

Finalmente, se entenderá que los sistemas y métodos aquí descritos son ilustrativos en naturaleza, y que estas modalidades específicas o ejemplos no se van a considerar en un sentido limitante, debido a que se contemplan numerosas variaciones. Por consiguiente, la presente descripción incluye todas las combinaciones y subcombinaciones novedosas y no obvias de los varios sistemas y métodos aquí descritos, así como cualquiera todos los equivalentes de las mismas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. - Un método (10) para hacer una guía de luz, que comprende: extruir (12) un polímero termoplástico a través de un dado para formar una extrusión; fabricar (16, 20) la extrusión para una o más dimensiones fijas; y mantener (46, 48) una cara de la extrusión en contacto con una superficie de molde calentada para suavizar o fundir la cara de la extrusión mientras se aplica presión a la extrusión.

2. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el polímero termoplástico comprende uno o más de un poliacrilato, un poliacrilonitrilo, una poliamida, y un policarbonato.

3.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde extruir el polímero termoplástico a través del dado comprende formar una extrusión con forma de cuña que tiene una sección transversal de cuadrilátero. *

4 - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde-fabricar la extrusión para una o más dimensiones fijas comprende cortar la extrusión a un ancho fijo.

5.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde fabricar la extrusión a una o más dimensiones fijas comprende fabricar una cara de la extrusión a una sección de un cilindro abarcado por un ángulo central agudo.

6. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde mantener una cara de la extrusión en contacto con una superficie de molde calentada comprende fundir una capa de superficie de la cara de la extrusión mientras al menos algo de la extrusión bajo la capa de superficie no se funde.

7. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la presión se aplica a la extrusión a través de un molde de compresión.

8. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cara de la extrusión es una de una pluralidad de caras mantenidas en contacto con una pluralidad de superficies de molde calentadas.

9. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde mantener una cara de la extrusión en contacto con una superficie de molde calentada comprende mantener la cara de la extrusión en contacto con una superficie que tiene una aspereza promedio menor que dos nanómetros.

10. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende formar un lente Fresnel en una cara de la extrusión.

11. - El método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde mantener una cara de la extrusión en contacto con una superficie de molde calentada comprende mantener la cara de la extrusión en contacto con una superficie que tiene características complementarias al lente Fresnel.

12. - Un aparato (36) para mantener una guía de luz formando un moldeo de extrusión y compresión de una o más caras de la extrusión, el aparato (36) comprende: un dado de extrusión (14) que tiene una abertura de cuadrilátero; un molde de compresión que comprende un grupo de platinas calentables (38) y configurado para contactar y suavizar o fundir una o más caras de la extrusión mientras se aplica presión a la extrusión; en donde las platinas calentables presentan una primera superficie ópticamente uniforme (40) a la extrusión (22) y abarcan un vacío para adaptar la extrusión (22), el vacío y la abertura de cuadrilátero teniendo una o más dimensiones en común.

13.- El aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en donde las platinas calentables además presentan una segunda superficie ópticamente uniforme a la extrusión, opuesta a la primera superficie ópticamente uniforme.

14. - El aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en donde las platinas calentables además presentan una tercera superficie para la extrusión adyacente a las primeras y segundas superficies ópticamente uniformes.

15. - El aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la tercera superficie comprende características complementarias a un lente Fresnel.