专利名称：具有显示与汽车附件的运行相关的信息的装置的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明来自于与汽车附件的运行相关的信息显示装置的领域，该附件例如通风、 加热和/或空调设备。其目的是属于这种显示装置的光学系统和所述显示装置。
背景技术：
汽车通常装备有附件，例如用于包含在车辆乘员舱内的空气的通风、加热和/或 空调设备、便携电话、车载计算机、卫星定位系统或其它类似附件。附件几乎可以是任意装 备，例如对于车辆的主要和重要功能(即其运动)并非必要的可选器具。更特别地，这种附 件不涉及车辆发动机的运行，但是可能控制后者。例如，该装备可以是仪表板或甚至速度表。这种附件通常包括用于显示至少一个信息项的装置，例如显示与附件的运行相关 的信息项。在附件是上述类型的设备的情况下，所述信息项例如是数字数据，比如乘员舱中 的空气的温度和/或所述空气的期望温度，或甚至是代表车辆乘员舱的轮廓的象形图-或 图标类型的符号。在附件是便携电话的情况下，所述信息项例如是电话号码和/或通讯姓 名类型的信息项。在附件是车载计算机或卫星定位系统的情况下，所述信息项例如是文字 数字式字符、图标(icon)或象形图(pictogram)。显示装置包括显示所述信息项的器件。显示器件特别是能透光、反光和/或透反 光(transf lective lighting)的显示屏。例如，显示器件可以是液晶显示屏(通常由首字 母“LCD”定义)、包括薄膜晶体管阵列(通常由首字母“TFT”定义)的屏、真空荧光屏(通 常由首字母“VFD”定义)或有机发光二极管屏(通常由首字母“0LED”定义)，或甚至为固 定符号。显示装置还包括前表面，用于保护显示器件和/或用作投影所述信息项的表面。 该前表面例如是装饰面板，用于针对该显示装置外部环境来保护显示器件。前表面可具有 带凸起的颗粒状和/或不规则表面，特别是在其没有抛光的情况下。显示器件和前表面被 设置为面对彼此，在它们之间具有一间隔，其间隔填充有空气，其折射率等于1。显示器件被设计为使得用户可看到产生于显示器件表面上的所述信息项。在显示 器件是“LCD”型屏的情况下，所述屏与至少一个光源相关联，该光源被设计为从背后照亮 (backlight)该屏，以使得所述信息项通过前表面对于用户可见。显示器件的形状设置为平 坦表面，其沿主延伸平面延伸。通常造成的问题涉及，显示在显示器件上的信息项容易产生投影到前表面上 的图像，其使得通过前表面看所述屏的用户看不清楚。为了试图解决该问题，文献US 2006/0139759 (HASHIMOTO等人)提出在显示器件和前表面之间设置成像光学系统，其由分 成两组的多个相同透镜组成。第一组透镜沿面对该屏的第一平面设置，第二组透镜沿面对 前表面的第二平面设置，第二平面平行于第一平面。第一组的每个透镜具有入射面，源自显 示器件的入射光线通过该入射面穿过，且第二组的每个透镜具有出射面，用于朝向前表面 的光线，入射光线穿过所述系统直到相应输出面，以最终到达前表面。
每个透镜具有光轴和两个顶点，该顶点形成在所述透镜的光轴的各端处。透镜的 光轴被取向为平行于彼此，同时还被取向为一方面垂直于显示器件的主延伸平面且另一方 面垂直于第一平面和垂直于第二平面。而且，第一组的每个透镜被布置为与第二组的相应 透镜正好成一条直线。换句话说，第一组的每个透镜放置为面对第二组的相应透镜，以使得 它们的相应光轴是相同的且第一组透镜的顶点中的一个与第二组的相应透镜的顶点中的 一个接触。利用装备有这种成像光学系统的显示装置存在需要校正的缺点。首先，在显示装置包括多个光源的情况下，用户通过前表面看到的所述信息项的 图像可由所述信息项的多个部分图像组成，其对于用户是不令人满意的。 而且，对于用户而言得到清晰图像的视角容易受到限制。更具体地，位于显示装置 周边区域的用户不能清晰地观察该信息，这具有限制性，甚至对于驾驶车辆的用户是危险 的。最后，所述信息项的一个或多个重影(ghost image)容易投影在前表面上和/或 在该前表面附近。这些重影对于用户是视觉干扰，其最好应被最小化。
发明内容
本发明的目的是要提出一种光学系统，包括至少分为一个第一组和一个第二组的 多个透镜，第一组透镜包括至少两个透镜，第二组透镜包括至少两个透镜，第一组的至少一 个透镜被设置为与第二组的相应透镜正好成一条直线，所述光学系统能把图像聚焦在实际 具有任何形态的前表面上，而不产生重影，所述图像是清晰、准确和完整的。本发明的另一 目的是要提出一种包括这种光学系统的显示装置，这种显示装置被设计为显示与汽车附件 的运行相关的信息项，该显示装置是有效的、小型的且可靠的，以能为用户传送所述信息项 而该信息项不被扭曲或破坏且不会通过产生视觉假象而使用户分心。本发明的光学系统是一种光学系统，其包括至少分为一个第一组和一个第二组的 多个透镜，第一组透镜包括至少两个透镜，第二组透镜包括至少两个透镜。第一组的至少一 个透镜被设置为与第二组的相应透镜正好成一条直线。根据本发明，所述光学系统装备有将进入第一组任意透镜的光线朝向第二组的相 应透镜引导的器件。这些配置被设计为防止进入第一组任意透镜的光线朝向第二组的并非与第一组 的所述透镜正好成一条直线的透镜的透镜通过。进入第一组透镜的光线被引导器件取向为 朝向第二组的与第一组透镜正好成一条直线的相应透镜，以避免这些入射光线朝向第二组 的并非面对第一组的相关透镜的透镜散射。其结果是，所述信息项的投影在前表面上的图像是清晰、准确和完整的。另一结果 是投影在所述前表面上的重影被消除。所述引导器件有利地包括主光栅，其插置在第一组透镜和第二组透镜之间，该主 光栅包括承靠第一组透镜的远边和承靠第二组透镜的近边。主光栅优选地包括多个主通道，其在所述主光栅的远边和近边之间延伸。每个主通道有利地形成为与彼此设置为正好成一条直线的第一组和第二组透镜 的相应对正好成一条直线。
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优选地，每个主通道在第一孔和第二孔之间纵向地延伸，该第一孔覆盖第一组的
一透镜，该第二孔覆盖第二组的相应透镜。第一组透镜特别地沿表面Sl设置，而第二组透镜特别地沿表面S2设置。表面Sl例如形成在第一平面Pl中。第一组的每个透镜优选地具有第一光轴Al，其被取向为垂直于所述第一平面P1， 第二组的每个透镜具有第二光轴A2，其也被取向为垂直于所述第一平面P1。同一对的第一组的和第二组的透镜的相应第一光轴Al和第二光轴A2特别地是相 同的。每个主通道有利地具有对称轴线A，其与第一光轴Al和第二光轴A2相同。主光栅例如被设置在光栅平面P’上，其形成为平行于所述第一平面Pl。主光栅特别地由光学不透明材料制造。每个主通道有利地容置第三组的一透镜，其与第一和第二组透镜相同。第三组的每个透镜有利地具有第三光轴A3，其与第一光轴Al和第二光轴A2相同。有利地，第三组透镜被插置在第一和第二组透镜之间，第三组的每个透镜被布置 在与第一和第二组透镜等距处。第三组透镜有利地被设置在第三平面P3上，其形成为平行于第一平面Pl。引导器件有利地包括至少一个副光栅，其设置有副通道。每个副通道有利地容置第一组的各透镜。每个副通道优选地容置第二组的各透镜。第一组的每个透镜例如被设置为与显示器件所包括的各像素正好成一条直线。本发明的显示装置主要通过以下内容可被识别，其为用于显示至少一个信息项的 装置，包括显示器件、前表面和这种光学系统，所述显示器件以光线形式产生所述信息项且 被设置为面对前表面，所述光学系统被插置在显示器件和前表面之间，以把所述信息项投 影在前表面上。所述表面Sl具有例如类似于前表面的形态C、P”的形态。所述表面Sl还具有例如与前表面的形态C、P”关于对称平面对称的形态，所述对 称平面插置该前表面和表面Si之间。根据第一实施例，第一组透镜在光学上彼此不相同，以把所述信息项的图像聚焦 在前表面上。根据第二实施例，第二组透镜在光学上彼此不相同，以把所述信息项的图像聚焦 在前表面上。前表面例如沿内曲线C设置，其曲率半径朝向显示装置的内部指向或朝向显示装 置的外部指向。第一平面Pl优选地设置为平行于显示器件的主延伸平面P。
通过结合所附附图阅读各种变化实施例的以下说明，本发明可被更好地理解，且 其细节可变得明白，在附图中图1是根据本发明的信息显示装置的示意图2是前图所示的装置的第一变化实施例的示意图；图3是图1所示的装置的第二变化实施例的示意图；图4是图1所示的装置的第三变化实施例的示意图；图5是图1所示的装置的第四变化实施例的示意图；图6是图1所示的装置的第五变化实施例的示意图；图7是图1所示的装置的第六变化实施例的示意图；图8是图1所示的装置的第七变化实施例的示意图。
具体实施例方式在图1中，用于显示与附件3的运行相关的信息项2的装置1被设计为装备汽车。 附件3特别包括通风、加热和/或空调设备，但是类似地可包括便携电话、卫星定位系统、车 载计算机或对于汽车的主要功能(即其运动)并非必要的任意其它器具。该显示装置1被 设计为设置在车辆的乘员舱内以把所述信息项2传送给车辆的用户。所述信息项2是例如 数字数据(例如乘员舱内的空气的温度)、或示意性地表示车辆的象形图。显示装置1可为 交互式装置，使得用户能控制附件3的运行。在这种情况下，显示装置1被例如建立为触摸 装置，其装备有附件3的受控运行所需的电子元件。显示装置1包括用于显示信息项2的显示器件4和前表面5，用户在该前表面上观 看所述信息项2的图像6。显示器件4通常为平坦的屏，其形成在主延伸平面P上。显示器 件4是几乎任意类型的屏，例如“LCD，，、“TFT，，、“ OLED，，、“ VFD，，或类似类型，且可装备有多个 光源7，特别是在“IXD”或“TFT”类型的屏的情况下；光源7被设置为面对显示器件4的后 表面8，以允许显示器件4被背面照亮然后使得信息项2能被显示。特别地，为了保护显示器件4，前表面5被设置为面对显示器件4的前面板9。通 常，前表面5覆盖显示器件4，以在该显示器件关闭时对其进行遮掩，特别是出于审美方面 的原因。所述前表面5被设置在距显示器件4 一距离D处，显示器件4和前表面5之间设 置有间隔E。此外，特别出于美观的原因，期望前表面5是颗粒状的且具有不规则部，例如凸 起和/或凹陷。成像光学系统10被插置在显示器件4和前表面5之间，以把信息项2的图像6聚 焦在前表面5上。通常，成像光学系统10是能使进入成像光学系统10的光线11会聚在前 表面5的一点处的几乎任意类型的系统。所述成像光学系统10包括至少多个光学透镜12， 其被分成第一组13的透镜12和第二组14的透镜12，第一组13的透镜12被设置为面对第 二组14的透镜12。因此，透镜12被设置为由第一组13的透镜12和第二组14的透镜12 形成的叠放(superposed)透镜12的对15。第一组13的每个透镜12具有光轴Al，其被取 向为垂直于显示器件4的主延伸平面P，第二组14的每个透镜12具有第二光轴A2，其也被 取向为垂直于显示器件4的主延伸平面P。第一组13的和第二组14的叠放透镜12的对 15的光轴Al和A2是相同的。第一组13的透镜12被设置在第一平面Pl上，该平面被形成为平行于显示器件4 的主延伸平面P。第一组13的透镜12例如被设置为与显示器件4所包括的各像素16正 好成一条直线。但是，第一组13的透镜12可被相对于显示器件4所包括的像素16不同地 设置。应理解，在平面Pl中，第一组13的透镜12可被相对于彼此设置为几乎任意马赛克式(mosaic)图案，优选地为六边形、或甚至正方形或矩形，其顺序是从最光学有效至最小 有效。每个透镜12具有入射面17 (入射光线11通过该入射面透入)和出射面18(光线 通过该出射面离开透镜12)。入射面17和出射面18具有各自的顶点19，该顶点被定义为 透镜12的光轴A1、A2穿过透镜12的表面的点。所述透镜12具有厚度L，该厚度被定义为 透镜12的两个顶点19之间的距离。此外，第一组13的每个透镜12位于距显示器件4的距离Ll处，而第二组14的每 个透镜12位于距投影表面5的距离L2处。最后，第一组13的透镜12被布置在距与其构 成叠放透镜12的对15的第二组14的透镜12的距离H处。第一组13和第二组14的透镜12可通过光刻(photolithographic)工艺或机加 工工艺由玻璃制造，或基于注射或压制模制方法由塑料材料制造。这种成像光学系统10具有的缺点是，传送给用户的信息项2的图像6是模糊不清 和/或被删节的。而且，信息项2的期望图像的重影出现在前表面5上和/或在前表面5 附近。最后，这种成像光学系统10不适于几乎任意形态的前表面5。这就是本发明有利地提出要为成像光学系统10装备器件20的原因，该器件20把 第一组13的任意透镜12中的入射光线11朝向第二组14的相应透镜12引导，第二组14 的该相应透镜12与第一组13的所述透镜12形成面对彼此的透镜12的对15，也就是说，第 二组14的该透镜12的第二光轴A2与第一组13的相关透镜12的第一光轴Al相同。这些配置意味着，成像光学系统10能给用户传送清晰和准确的图像6，而不管信 息项2的形状和尺寸。这些配置还用于为用户提供图像6的均勻和完整的视野。根据在图2至4中分别示出的本发明第一、第二和第三变化实施例，引导器件10 包括主光栅24，其通过彼此承靠而被插置在第一组13的透镜12和第二组14的透镜12之 间。更具体地，主光栅24沿与显示器件4的主延伸平面P平行的光栅平面P’延伸。在平 面P’的任一侧上，主光栅24包括远边25 (其支承在第一组13的透镜12上)和近边26 (其 支承在第二组14的透镜12上)。根据这些变化，远边25和近边26是平坦的且平行的。主光栅24设置有主通道27，该主通道从所述主光栅24的远边25至近边26从端 部至端部地穿过该主光栅。主通道27彼此平行且沿对称轴线A纵向地延伸，其对称轴线与 相应透镜12的对15中的第一组13的透镜12的第一光轴Al和第二组14的透镜12的第 二光轴A2相同。每个主通道27被形成为与第一组13和第二组14的透镜12的相应对15正好成 一条直线。更具体地，每个主通道27在纵向上由第一孔28 (其覆盖第一组13的透镜12) 和第二孔29 (其覆盖第二组14的相应透镜12)限定。主光栅24由光学不透明材料制造，以使得经由第一孔28透入主通道27的光线仅 可经由相关主通道27的第二孔29离开所述主通道27。这些配置使得，基于第一组13的透镜12的出射面18的覆盖和第二组14的透镜 12的入射面17的覆盖，第一组13的透镜12内的入射光线11可被仅朝向第二组14的与其 形成叠放透镜12的对15的相应透镜12传播。由此，显示在显示器件4上的信息项2被相 同地再生成在前表面5上，而没有出现重影。更特别地在图3中，主光栅24的每个主通道27容置第三组30的透镜12，这些透镜具有与第一组I3和第二组14的透镜12相同的节距，且其为会聚性的。第三组30的透 镜12被设置在第三平面P3上，该第三平面形成为平行于第一平面Pl。优选地，第三组30 的透镜12与第一组13和第二组14的透镜12相同。第三组30的每个透镜12具有第三光轴A3，其与第一光轴Al和第二光轴A2相同。 第三组30的透镜12插置在第一组和第二组的透镜之间，第三组30的每个透镜12被布置 在距第一组13和第二组14的透镜12等距X处。根据图4所示的变化实施例，除了主光栅24，引导器件10还包括两个副光栅31、 32，每个副光栅分别设置有副通道33。第一副光栅31的每个副通道33容置第一组13的 各透镜12，而第二副光栅32的每个副通道33容置第二组14的各透镜12。根据一个未示 出的实施例，除了主光栅24外，引导器件10也可排它地包括副光栅31、32中的一个31或 另一个32。如果透镜12的厚度L不是远小于距离H(特别是当H/L比为3或更小的量级 时)，副光栅31、32则更特别地是必须的。根据图5所示的第四不同实施例，引导器件10仅包括上述两个副光栅31、32。该 变化特别适用于两组13、14的透镜12几乎(virtually)接触的情况。应注意，根据分别在图2至5中示出的第一、第二、第三和第四变化实施例，第二组 14的透镜12被设置在第二平面P2上，该第二平面被形成为平行于所述第一平面Pl和平面 P”，与前表面5形态一致。根据分别示出在图6和7中的第五和第六变化实施例，前表面5沿曲线C设置，该 曲线的曲率半径22指向显示器件4，且其曲率中心23位于显示器件4和投影前表面5之间 或设置为面对显示器件4的后面板8。根据另一实施例，曲率半径被取向为朝向所述显示装 置的外部。更特别地根据图6所示的第五变化实施例，第二组14的透镜12被设置在内曲的 (incurved)表面S2上，该表面具有指向显示器件4的曲率半径21。第二组14的透镜12 的分布类似于前表面5的形态(conformation)，透镜12的每个对15提供等于1的放大率 (enlargement)。在这种情况下，经由第一组13的透镜的信息项2的中间图像34是平的。应注意，在本说明的该点，根据前面所示的变化例，第一组13的或第二组14的透 镜12彼此相同。一方面，根据图7所示的第六变化实施例，第二组14的透镜12适于使得 所述中间图像34弯曲地投影在前表面5上。为此，第二组14的透镜12从第一组13和第 二组14的透镜12的对15彼此不同，以使得透镜12的每个对15以等于1的放大率工作。根据图8所示的第七变化实施例，第一组13的透镜12被设置在弯曲表面Sl上， 其中，该表面Sl的曲率相对于仅第二组14的透镜12被设置在表面S2上的情况相反。还 可能的是，考虑同时把第一组13的透镜12设置在内曲的表面Sl上且把第二组14的透镜 12设置在内曲的表面S2上，在这种情况下，表面S2的曲率具有与前表面5的曲率相同的形 态，但是并不那么剧烈(accentuated)，而表面Sl的曲率具有与前表面5的曲率相反的但 是较为剧烈的形态。表面Sl和S2的曲率的作用被加在一起以匹配前表面5的曲率。表面 Sl和S2的曲率确保了一规则，即，使透镜12的所有对15提供等于1的放大率。
权利要求
一种光学系统(10)，包括至少分为一个第一组(13)和一个第二组(14)的多个透镜(12)，第一组透镜包括至少两个透镜(12)，第二组透镜包括至少两个透镜(12)，第一组(13)的至少一个透镜(12)被设置为与第二组(14)的相应透镜(12)正好成一条直线，其特征在于，所述光学系统(10)装备有将进入第一组(13)的任意透镜(12)的光线(11)朝向第二组(14)的相应透镜(12)引导的器件(20)。
2.如前述权利要求所述的光学系统(10)，其特征在于，所述引导器件(20)包括主光栅 (24)，其插置在第一组(13)的透镜(12)和第二组(14)的透镜(12)之间，该主光栅(24)包 括承靠第一组(13)的透镜(12)的远边(25)和承靠第二组(14)的透镜(12)的近边(26)。
3.如权利要求2所述的光学系统(10)，其特征在于，主光栅(24)包括多个主通道(27)，所述主通道在所述主光栅(24)的远边(25)和近边(26)之间延伸。
4.如权利要求3所述的光学系统(10)，其特征在于，每个主通道(27)形成为与彼此设 置为正好成一条直线的第一组(13)和第二组(14)的透镜(12)的相应对(15)正好成一条 直线。
5.如权利要求3或4所述的光学系统(10)，其特征在于，每个主通道(27)在第一孔(28)和第二孔(29)之间纵向地延伸，该第一孔覆盖第一组(13)的一透镜(12)，该第二孔 覆盖第二组(14)的相应透镜(12)。
6.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(10)，其特征在于，第一组(13)的透镜(12)沿表面Sl设置，而第二组(14)的透镜(12)沿表面S2设置。
7.如权利要求6所述的光学系统(10)，其特征在于，表面Sl形成在第一平面Pl中。
8.如权利要求7所述的光学系统(10)，其特征在于，第一组(13)的每个透镜(12)具 有第一光轴Al，其被取向为垂直于所述第一平面P1，第二组(14)的每个透镜(12)具有第 二光轴A2，其也被取向为垂直于所述第一平面P1。
9.如权利要求8所述的光学系统(10)，其特征在于，同一对(15)的第一组(13)的和 第二组(14)的透镜(12)的相应第一光轴Al和第二光轴A2是相同的。
10.如权利要求2至9中任一项所述的光学系统(10)，其特征在于，主光栅(24)由光 学不透明材料制造。
11.如权利要求3至10中任一项所述的光学系统(10)，其特征在于，每个主通道(27) 容置第三组(30)的一透镜(12)，该透镜为会聚透镜(12)，且具有与第一组(13)和第二组(14)的透镜相同的节距。
12.如前述权利要求中任一项所述的光学系统(10)，其特征在于，引导器件(20)包括 至少一个副光栅(31、32)，所述副光栅设置有副通道(33)。
13.如权利要求12所述的光学系统(10)，其特征在于，每个副通道(33)容置第一组(13)的相应透镜(12)。
14.如权利要求12或13所述的光学系统(10)，其特征在于，每个副通道(33)容置第 二组(14)的相应透镜(12)。
15.如权利要求7至14中任一项所述的光学系统(10)，其特征在于，第二组(14)的透 镜(12)沿第二平面P2设置，该第二平面平行于所述第一平面Pl设置。
16.一种装置(1)，用于显示至少一个信息项(2)，所述装置(1)包括显示器件(4)、前 表面(5)和如前述权利要求中任一项所述的光学系统(10)，所述显示器件(4)以光线(11)形式产生所述信息项(2)且被设置为面对前表面(5)，所述光学系统(10)被插置在显示器 件(4)和前表面(5)之间，以把所述信息项(2)投影在前表面上。
17.如权利要求16所述的显示装置，包括如权利要求6至15中任一项所述的光学系 统，其特征在于，所述表面Sl具有与前表面(5)的形态(C、P”)类似的形态。
18.如权利要求16所述的显示装置，包括如权利要求6至15中任一项所述的光学系 统，其特征在于，所述表面Sl具有与前表面(5)的形态(C)关于对称平面对称的形态，所述 对称平面插置在该前表面(5)和表面Sl之间。
19.如权利要求16至18中任一项所述的显示装置，其特征在于，第一组(13)的透镜 (12)在光学上彼此不同，以把所述信息项(2)的图像(6)聚焦在前表面(5)上。
20.如权利要求16至19中任一项所述的显示装置，其特征在于，第二组(14)的透镜 (12)光学上彼此不同，以把所述信息项(2)的图像(6)聚焦在前表面(5)上。
21.如权利要求16至20中任一项所述的显示装置，包括如权利要求1至7中任一项所 述的光学系统，其特征在于，第一平面Pl被设置为平行于显示器件(4)的主延伸平面P。
全文摘要
本发明涉及一种光学系统(10)，包括分为第一组(13)和第二组(14)的多个透镜(12)，第一组透镜包括至少两个透镜(12)，第二组透镜包括至少两个透镜(12)，其中，第一组(13)的至少一个透镜(12)被设置在第二组(14)的相应透镜(12)对面。光学系统(10)装备有将进入第一组(13)任意透镜(12)的光线朝向第二组(14)的相应透镜(12)引导的器件(20)。
文档编号G02B27/18GK101971058SQ200880126984
公开日2011年2月9日 申请日期2008年12月16日 优先权日2007年12月18日
发明者皮埃尔·L·塔西, 马里莱恩·索雷勒 申请人:法雷奥热系统公司