适用于组装屏幕与部分透明元件的组装装置以及包括这种装置的平视显示器

技术领域

本发明涉及用于组装屏幕与部分透明元件的方法，特别用于车辆平视显示器。

更具体地，本发明涉及一种适用于组装屏幕与部分透明元件的组装装置。本发明还涉及一种图像生成装置，以及一种包括这种组装装置的例如用于机动车辆的平视显示器。

背景技术

平视显示器的原理是将图像、尤其是对驾驶有用的图像直接投射到驾驶员的视野中。

为此，平视显示器通常包括适用于生成图像的图像生成装置和用于投射所生成的图像的装置，该投射装置适用于将这些图像传输到放置在驾驶员视野中的部分透明板上，使得驾驶员可以看到这些图像和图像包含的任何信息，而不必改变其视线位置。

这种部分透明板通常由车辆的挡风玻璃形成，或者由放置在挡风玻璃和驾驶员眼睛之间的专用组合器形成。

目前使用的大多数图像生成装置包括光源，该光源从背面照亮适用于生成图像的屏幕(例如TFT-LCD型屏幕)，然后该图像在到达该部分透明板之前被传送到通常包括至少一个放大镜的光学系统。

通常，平视显示器包括容纳图像生成装置和光学系统的外壳(通常不透明)，以保护这些元件免受可能的外部侵害(灰尘、液体等)。

然而，讨论中的该屏幕吸收了一些从背面照亮其的光，导致它们变热。

屏幕温度过高不利于其正常运行，并有损坏屏幕的风险。

此外，一些类型的平视显示器，特别是那些具有宽视角并且具有从非常远的距离投射的虚像的平视显示器，尤其是那些显示器位于所装备的车辆的挡风玻璃上的平视显示器，也遭受由于放大镜的放大镜效应而集中在屏幕上的太阳能负载。

注意，在这方面，太阳辐射通量的集中度与平视显示器的光学系统的放大度成比例。具体来说，放大度越大，系统就越能把太阳光聚焦在屏幕上。

对应于这种太阳能负载的热效应也不利于屏幕的完整性或其正常功能。

在试图限制屏幕发热的这些问题时，已知的做法是使用导热率大于玻璃的部分透明元件，直接压靠在屏幕上，从而将其热量朝向冷却源排放。这种部分透明元件可以由陶瓷板构成；例如，使用单晶(特别是蓝宝石)。

然而，由于工业限制，很难将陶瓷板切割成与屏幕相同的尺寸，这使得各个层的组装相对困难。此外，陶瓷板必须总是与散热器完全接触，以便于排热，这使得组装更加复杂。

此外，屏幕相对于各种周围光学元件(陶瓷、反射器、光源等)的居中不易实现。实际上，屏幕位置的任何偏差都会对虚像的形状产生影响；虚像可能失去其矩形形状，并产生与称为“重影”的双重图像相关的失真效果。

因此，提出用于优化屏幕与相关联的部分透明元件之间的组装的解决方案是令人感兴趣的。

发明内容

为此，本发明提出了一种组装装置，该组装装置适用于组装包括中央活动部分的屏幕和部分透明元件，并且所述屏幕的接触面压靠所述部分透明元件的接触面，其特征在于，该组装装置包括支撑框架，该支撑框架设置有中央开口，该中央开口适应于所述屏幕的所述中央活动部分的位置，该支撑框架包括用于所述屏幕的附接装置和用于所述部分透明元件的附接装置。

这种组装装置使得可以以简单的方式组装屏幕和部分透明元件，并且屏幕上的应力最小。该装置还有助于将屏幕和部分透明元件附接至支撑结构(例如平视显示器的情况)，并使屏幕的居中更简单和更精确。

根据有利的实施例，所述支撑框架包括：

-设置有屏幕支撑平面的屏幕接收面，所述屏幕的所述接触面用于抵靠该屏幕支撑平面，以及

-与所述屏幕接收面相对的部分透明元件接收面，该部分透明元件接收面设置有部分透明元件支撑平面，所述部分透明元件的所述接触面用于抵靠该部分透明元件支撑平面，

-该部分透明元件支撑平面位于与所述屏幕支撑平面相同的平面中。

所述屏幕接收面可以包括用于所述屏幕的所述附接装置，并且所述部分透明元件接收面可以包括用于所述部分透明元件的所述附接装置。

根据一个实施例，所述屏幕支撑平面由沿着第一轴线布置的两个相对的平面部分限定，并且所述部分透明元件支撑平面由沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线布置的两个相对的平面部分限定。

根据又一个特征，所述支撑框架可以包括：(a)用于所述部分透明元件的安装壳，该安装壳的轮廓对应于所述部分透明元件的轮廓并且允许存在间隙，以及(b)用于所述屏幕的安装壳，该安装壳的轮廓对应于所述屏幕的轮廓并且允许存在间隙。

用于所述屏幕的所述附接装置和用于所述部分透明元件的所述附接装置可以由弹性互锁装置构成，该弹性互锁装置是具有带锁定凸耳的卡扣配合突出部的类型。

支撑框架可以包括至少两个从所述部分透明元件接收面突出的定心柱，该定心柱适用于与形成在支撑结构中的安装孔相互作用。

此外，支撑框架还可以包括至少两个附接孔，每个附接孔适用于使夹紧螺钉通过，以将该支撑框架附接至支撑结构。

本发明还提出了一种图像生成装置，其包括产生光束的光源和屏幕，光束穿过该屏幕并且该屏幕被设计为以形成图像的方式修改该光束，该图像生成装置还包括部分透明元件，光束穿过该部分透明元件并且该部分透明元件被布置为限制所述屏幕的发热，并且该图像生成装置还包括支撑结构，该支撑结构设置有由窗框界定的窗口，如上所述的组装装置附接至该窗框，该组装装置支撑所述屏幕和所述部分透明元件。

支撑结构可以设置有由包括安装孔的窗框界定的窗口，所述支撑框架的定心柱安装在该安装孔中。

支撑结构还可以设置有由包括附接孔的窗框界定的窗口，该附接孔用于通过夹紧螺钉附接所述支撑框架。

根据又一个特征，所述支撑结构可以由散热器构成，或者热连接至散热器。

在一个实施例中，所述支撑结构包括朝向所述光源的上游面和背离所述光源的下游面，支撑所述屏幕和所述部分透明元件的所述组装装置附接至所述支撑结构的所述下游面，并且所述部分透明元件朝向所述光源的方向。

在另一个实施例中，所述支撑结构包括朝向所述光源的上游面和背离所述光源的下游面，支撑所述屏幕和所述部分透明元件的所述组装装置附接至所述支撑结构的所述上游面，并且所述部分透明元件朝向与所述光源相反的方向。

本发明还提出了一种例如用于装备机动车辆的平视显示器，其包括如上所述的图像生成装置和光学系统，该光学系统适用于在部分透明板的方向上传输由所述图像生成装置生成的图像。

在一个实施例中，平视显示器包括保护壳，该保护壳包括所述支撑结构，该支撑结构设置有由窗框界定的窗口，支撑所述屏幕和所述部分透明元件的所述组装装置附接至该窗框。

当然，本发明的各种特征、变型和实施例可以以各种组合彼此结合，只要它们不是相互不相容或相互排斥的。

附图说明

此外，本发明的各种其他特征将从参考附图提供的所附描述中变得显而易见，附图示出了本发明的非限制性实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的平视显示器的主要元件；

图2是根据本发明的组装装置的一个可能实施例的示意性透视图，示出了其表面用于接收屏幕的一侧；

图3是图2所描绘的组装装置的示意性透视图，示出了其表面用于接收部分透明元件的一侧；

图4是图2和3中所示的组装装置的示意性透视图，其中部分透明元件和屏幕被组装，在此示出了安装有部分透明元件的一侧；

图5是如图4所示的已装备的组装装置的示意性透视图，在此示出了安装有屏幕的一侧；

图6是描绘装备有屏幕和部分透明元件的组装装置安装在支撑结构上的示意性截面透视图；

图7示意性地描绘了将装备有屏幕和部分透明元件的组装装置安装在平视显示器的保护壳上的一种可能性；并且

图8示意性地描绘了将装备有屏幕和部分透明元件的组装装置安装在平视显示器的保护壳上的另一种可能性。

具体实施方式

图1中所示的平视显示器2包括图像生成装置4和光学系统6，图像生成装置4生成上游光束Fi，光学系统6接收该上游光束Fi作为输入，并向部分透明板7投射下游光束Ff作为输出，在这种情况下，部分透明板7是装备有平视显示器2的车辆(通常是机动车辆)的挡风玻璃。

因此，下游光束Ff入射到部分透明板7上，并在该部分透明板7上沿驾驶员眼睛(在图1中由附图标记O示意性示出)的方向部分地反射。

光束(由图像生成装置4生成，并如上所述传输到驾驶员的眼睛O)示出了待显示的图像，因此驾驶员将在部分透明板7之外看到他所面对的周围环境(车辆外部)，而不必改变其视线位置。驾驶员所看到的虚像用参考标记I表示。

图像生成装置4包括光源11和屏幕12。在此，图像生成装置4在光源11和屏幕12之间还包括反射器13和漫射器14。

在这种情况下，光学系统6由两个反射镜15和16形成。

具体而言，在此使用的光学系统6包括面向图像生成装置4布置的第一反射镜(在这种情况下为平面镜)15，以及第二反射镜16(在这种情况下为曲面镜，其形状被限定为例如获得清晰的虚像I)。

作为变型，光学系统6可以包括单个反射镜，或者多个其他类型的反射镜和/或其他光学元件，例如一个或多个透镜。

因此，上游光束Fi在第一反射镜15上沿第二反射镜16的方向被反射，然后在第二反射镜16上沿部分透明板7的方向被反射，如图1中清楚可见。

平视显示器2还包括壳8(通常是不透明的)，其容纳图像生成装置4和光学系统6，特别是为了保护这些元件免受可能的外部侵害(灰尘、液体等)。

壳8包括开口10，由光学系统6沿部分透明板7的方向投射的光束(也就是说，在这种情况下，由第二反射镜16反射的光束)穿过该开口。

壳8中的开口10由窗口17(有时称为“盖窗口”)封闭，该窗口17例如由厚度在0.25mm和0.75mm之间的塑料片形成，比如为聚碳酸酯。

根据一个变型实施例，部分透明板7可以是专用于平视显示器2的组合器，放置在车辆的挡风玻璃和驾驶员的眼睛之间，位于下游光束Ff的光路上。

光源11由一个或多个发光二极管(LED)构成。

该光源11从背面照亮屏幕12，并且从光源11到屏幕12的光传输已在图1中用方向箭头L示出。

在这种情况下，屏幕12是液晶屏幕(或LCD，“液晶显示器”的缩写)，例如具有薄膜晶体管(TFT)。

这种LCD屏幕12包括板状元件(或板)的组件，在光L的光路方向上具体包括：入射偏振器、液晶矩阵阵列和出射偏振器。

在这样的屏幕12中，由于出射偏振器尽可能地靠近液晶矩阵阵列，图像非常清晰，并且在对比度方面得到优化。

屏幕12的入射偏振器和出射偏振器可以是通过吸收引起偏振的滤光器(引起这些偏振器的大量发热)。

屏幕12的入射偏振器和出射偏振器分别具有彼此垂直的第一轴线和第二轴线(在常黑情况下或NB技术的情况下)。应当记得的是，偏振器的轴线是光束通过偏振器后的直线偏振方向。

因此，如果液晶矩阵阵列中没有有源元件，则入射偏振器和出射偏振器之间的光束将沿着第一轴线(入射偏振器的轴线)偏振，因此没有光作为输出从出射偏振器射出。

通过适当地激活液晶矩阵阵列的元件(通过未示出的控制模块)，光束的某些部分的偏振在液晶矩阵阵列中被修改，使得光在对应于光束的所述部分的区域中作为输出从出射偏振器射出。

通常，构成入射偏振器、液晶矩阵阵列和出射偏振器的这些板可以与例如玻璃板、彩色元件矩阵等的其他板相关联。

由各种相关板构成的屏幕12采取矩形板的形式，该矩形板的长度可以大于40mm，宽度可以大于30mm，并且厚度可以大于1mm。该矩形板具有两个相对的平坦面。

屏幕12包括中央活动部分12a，其对应于液晶矩阵阵列的位置，由外围边缘12b界定。屏幕12还包括连接器(也称为“LCD带状连接器”或“TFT皮线”)，该连接器在此以带状电缆的形式生产并且未在图1中示出，适用于为屏幕12提供其电源和其控制信号。

图1还示出了来自太阳的光通量Fs(以下称为“太阳光通量Fs”)，该光通量Fs可以进入壳8并因光学系统6的反射镜15、16的放大镜效应而聚集在屏幕12上，因此具有导致屏幕12发热的风险。

为了避免或至少限制由于光源11和/或太阳光通量Fs引起的屏幕12的发热，平视显示器2的图像生成装置4包括与所述屏幕12相关联的部分透明元件18。

更具体地，该部分透明元件18采取板的形式，其一个面被放置成与屏幕12的一个面接触，该部分透明元件18因此适于限制或者甚至防止所述屏幕12发热和/或驱散在所述屏幕12中产生的至少一部分热量。

所使用的部分透明元件18优选是透明陶瓷，例如单晶，比如蓝宝石。

可以使用烧结或未烧结的透明陶瓷，例如基于简单氧化物(MgO、Al

该部分透明元件18以具有两个相对的平坦面的板的形式使用，并且其厚度可以在0.5mm和3mm之间(例如在0.8mm和1.2mm之间)。该板可以具有矩形形状，其长度可以大于或等于25mm，其宽度也可以大于或等于25mm。

通常，部分透明元件18选自导热率大于5W/mK、并且优选大于40W/mK的材料，以便获得良好的散热。

部分透明元件18的部分透明性质(有利地具有80％和90％之间的透射率)使其能够吸收一些太阳光(可见光谱中大约5％到15％的太阳光)，从而保护屏幕12。

也可以选择部分透明元件18来吸收红外线，从而有助于降低太阳光谱的这个区域中的热负载(例如，蓝宝石使得可以过滤超过5μm的红外线)。

在图1所示的平视显示器2中，屏幕12和部分透明元件18由组装装置20组装，所述屏幕12的接触面压靠所述部分透明元件18的接触面，并且该平视显示器2包括支撑结构22，所述组装装置20附接至该支撑结构22。

支撑结构22是图像生成装置4的组成部分。支撑结构22可以形成平视显示器2的壳8的一部分，或者集成到该壳8中。

组装装置20的一个可能的实施例在图2至5中示出。图2和3示出了没有装备屏幕12和部分透明元件18的组装装置20的两个面。至于图4和5，它们示出了装备时该组装装置20的两个面，一面带有屏幕12，另一面带有部分透明元件18。

相应的组装装置20包括支撑框架201以及用于附接屏幕12的附接装置202和用于附接部分透明元件18的附接装置203。

支撑框架201具有一般平坦形状并且设置有中央开口2011，该中央开口2011在这种情况下是矩形的，适应于屏幕12的中央活动部分12a的位置。

该支撑框架201由外边缘2012、内边缘2013(其限定了中央开口2011)、屏幕接收面2014和部分透明元件接收面2015(在屏幕接收面2014的相对侧上)界定。

支撑框架201的屏幕接收面2014(图2)包括被布置为接收该屏幕12的安装壳204。

用于屏幕12的安装壳204由轮廓205和屏幕支撑平面206界定，所述屏幕12的接触面用于抵靠该屏幕支撑平面206。

安装壳204的轮廓205对应于屏幕12的轮廓，并且允许存在间隙。在这种情况下，这两个轮廓具有大致矩形的形状。

屏幕支撑平面206由两个相对的平面部分206a和206b限定，这两个平面部分沿着第一轴线X布置在中央开口2011的两侧。在所示的实施例中，两个平面部分206a和206b沿着矩形的中央开口2011的两个长边延伸。

屏幕接收面2014包括用于屏幕12的前述附接装置202。用于屏幕12的这些附接装置202由具有带锁定凸耳2022的卡扣配合突出部2021类型的弹性互锁装置构成。

在这种情况下，存在四个这样的卡扣配合突出部2021，其围绕安装壳204的轮廓205的外围分布。每个卡扣配合突出部都夹置在形成于支撑框架201中的两个横向槽2023之间，从而提高了它们的弹性。

在支撑框架201的一侧上，存在适用于供屏幕12的连接器通过的凹口207。该凹口207使屏幕支撑平面206的平坦部分206b一直延伸到支撑框架201的外边缘2012。

支撑框架201的部分透明元件接收面2015(图3)包括安装壳208，该安装壳208被布置为接收部分透明元件18。

用于该部分透明元件18的安装壳208由轮廓208a和部分透明元件支撑平面209界定，所述部分透明元件18的接触面用于抵靠该部分透明元件支撑平面209。

安装壳208的轮廓208a对应于部分透明元件18的轮廓，并且允许存在间隙。在这种情况下，这两个轮廓具有大致矩形的形状。

部分透明元件支撑平面209由两个相对的平面部分209a和209b限定，这两个平面部分209a和209b沿着第二轴线Y布置在中央开口2011的两侧。在所示的实施例中，两个平面部分209a和209b沿着矩形的中央开口2011的两个短边延伸。

部分透明元件接收面2015包括用于部分透明元件18的前述附接装置203。用于部分透明元件18的这些附接装置203类似于用于屏幕12的附接装置202。这些附接装置203由具有带锁定凸耳2032的卡扣配合突出部2031类型的弹性互锁装置构成。

在这种情况下，在平面部分209a和209b的边缘存在两个彼此相对布置的卡扣配合突出部2031。在这种情况下，它们大致位于中央开口2011的长边的中轴线上，也就是说，位于该中央开口2011的短边的宽度中心或大致中心。

部分透明元件支撑平面209位于与屏幕支撑平面206相同的平面中。

用于屏幕12的安装壳204的尺寸和用于部分透明元件18的安装壳208的尺寸彼此独立，并且分别适应于屏幕12的尺寸和部分透明元件18的尺寸。部分透明元件/板18的表面比支撑框架201中的中央开口2011大得多。

因此，支撑框架201允许将屏幕12附接至其屏幕接收面2014，并将部分透明元件18附接至其部分透明元件接收面2015，其中所述屏幕12的接触面压靠该部分透明元件18的接触面。

用于与屏幕12的面接触的该部分透明元件18的面可以是其两个相对的平坦面中的任何一个。

此外，用于与部分透明元件18的面接触的该屏幕12的面可以是其两个相对面中的任何一个。

在任何情况下，屏幕12和部分透明元件18的接触面是一方面抵靠平面部分206a和206b、另一方面抵靠平面部分209a和209b的接触面。

支撑框架201还包括从部分透明元件接收面2015突出的定心柱2016，其适用于与平视显示器2的支撑结构22中形成的安装孔相互作用。

在这种情况下，存在两个这样的定心柱2016，但也可以有更多。在所示的实施例中，这些定心柱布置在矩形的支撑框架201的短边上。

此外，支撑框架201还包括附接孔2017，每个附接孔2017适用于供夹紧螺钉通过，以用于将组装装置20附接至平视显示器2的支撑结构22。

在这种情况下，存在两个这样的附接孔2017，但也可以有更多。在所示的实施例中，这些附接孔布置在矩形的支撑框架201的短边上。

装备该组装装置20包括：将部分透明元件18和屏幕12定位在其各自的安装壳208和204中，并且定位在支撑框架201的相关面2015和2014上，如图4和5所示。

为此，通过施加使卡扣配合突出部2031的两个锁定凸耳2032彼此移开的力，将部分透明元件板18装配或卡合到其安装壳208中。

其用于与屏幕12接触的面的两侧抵靠支撑平面209的平面部分209a和209b；并且由于卡扣配合突出部2031的弹性，其锁定凸耳2032被定位为面向该部分透明元件18的相对面，以夹紧该部分透明元件(图4)。

对应于部分透明元件18的轮廓的该安装壳208的轮廓208a确保将该部分透明元件18锁定在组装装置20上而没有移动的可能性。因此，当就位时，防止了该部分透明元件18在振动的影响下滑动。

就其本身而言，屏幕12也通过施加使卡扣配合突出部2021的四个锁定凸耳2022彼此移开的力而装配或卡合到其安装壳204中。可选地，屏幕12的与连接器12c相对的一侧可以插入相对的卡扣配合突出部2021的凸耳2022下方，然后向屏幕12的相对边缘施加力以确保其完全装配到其安装壳204内。

用于与部分透明元件18接触的该屏幕12的面的两侧抵靠支撑平面206的平面部分206a和206b；并且由于卡扣配合突出部2021的弹性，其锁定凸耳2022被定位为面向屏幕12的相对面，以夹紧屏幕12(图5)。

对应于屏幕12的轮廓的该安装壳204的轮廓205确保将屏幕12锁定在组装装置20上而没有移动的可能性。因此，当就位时，防止了屏幕12在振动的影响下滑动。

从图5中可以看出，当屏幕12正确地定位在其安装壳204中时，其连接器12c的一部分穿过支撑框架201中的凹口207。

支撑平面206和209位于同一平面中，并且因此以这样的方式设计，即：当屏幕12和部分透明元件18被定位在组装装置20上时，它们之间的接触是直接的和完全的(也就是说，它们相对的面彼此完全抵靠)。

附接装置202和203被设计为使得它们有效地夹紧屏幕12和部分透明元件18。

因此，获得了紧凑的子组件，该子组件由装备有屏幕12和部分透明元件18的组装装置20形成，并且该屏幕12和部分透明元件18紧密且牢固地接触。

注意，其他类型的膜或板也可以与屏幕12和部分透明元件18相关联，例如偏振膜(反射型偏振器装配在与光源11同侧的屏幕12的背面上，以再利用来自背面照明的光)或红外膜(反射型红外膜被放置在与光学系统6同侧的屏幕12的表面上，以使得进入平视显示器的来自太阳的红外辐射通过反射而返回)。

在这种情况下，附接装置202和203将被相应地调整，以实现该堆叠的各种组成元件的最佳夹紧。

装备有屏幕12和部分透明元件18的组装装置20以图6所示的方式附接至平视显示器2的支撑结构22。

如上所述，支撑结构22是图像生成装置4的组成部分；支撑结构22可以形成平视显示器2的壳8的一部分，或者集成到该壳8中。

优选地，该支撑结构22由散热器构成，或者热连接至专用散热器，从而确保从屏幕12的中心散热的功能。

在图6所示的实施例中，支撑结构22由壳8的壁构成。

该支撑结构22包括由窗框24界定的窗口23，组装装置20附接至该窗框24。

窗框24包括安装孔24a，支撑框架201的定心柱2016装配在安装孔24a中。窗框24还包括附接孔24b，用于通过夹紧螺钉25来附接该支撑框架201。这些附接孔24b可以为螺纹孔，以避免使用锁紧螺母。

如果需要，取决于需求，夹紧螺钉25可以具有足够的长度，从而也从壳8的外部组装反射器13。

为了确保良好的散热，壳8(因此还有支撑结构22)优选地由导热率大于或等于15W/mK的材料制成。为了良好的刚性，壳8可以由金属(铝、镁、钢等)制成。

一旦组装装置20被正确定位，屏幕12的活动部分12a就位于窗口23的对面。

因此，组装装置20使得屏幕12和部分透明元件18可以相对于它们的周围环境居中。这也使得可以组装屏幕12、部分透明元件18以及任何附加膜，并保证它们之间的良好接触。

组装装置20根据需要控制的热应力而附接至支撑结构22。

在第一种情况下，为了管理来自光源11的热应力，提出了将部分透明元件18放置在该光源11和屏幕12之间。

通常来说，如果支撑结构22包括朝向光源11的上游面和背离该光源11的下游面，则如图7所示，支撑屏幕12和部分透明元件18的该组装装置20可以附接至支撑结构22的下游面，并且部分透明元件18与所述支撑结构22接触并朝向光源11的方向。

在这种配置中，组装装置20附接在壳8的内侧上，并且部分透明元件18被放置在与屏幕12的背面相同的一侧，使得该部分透明元件18面向光源11。

在第二种情况下，为了促进由于聚焦在屏幕12上的太阳光而引起的应力的热管理(太阳光通量的热管理)，提出了将部分透明元件18放置在与光学系统6相同的一侧。

然后，如图8所示，支撑屏幕12和部分透明元件18的组装装置20可以附接至支撑结构22的上游面，部分透明元件18与所述支撑结构22接触并且背离光源11。

在这种配置中，组装装置20附接在外壳8的外侧上，并且部分透明元件18被放置在与屏幕12的正面相同的一侧，使得该部分透明元件18面向太阳光。