帶有可視圖像顯示的袖珍電源的制作方法

專利名稱：帶有可視圖像顯示的袖珍電源的制作方法
技術領域：
本發明一般是關于袖珍電路，特別是涉及一種為袖珍電路設計的帶有可視圖像顯示的附屬電源。
袖珍通信收發信機，例如蜂窩式電話、無繩電話、尋呼機以及諸如此類的設備正變得日趨流行。在某些情況下，有可能利用新穎的尋呼機來發送完整的消息，包括字母-數字和/或圖形。在很多情況下，希望在通信收發信機中提供可視顯示，把可視的消息或圖形圖像提供給操作者。問題是，在采用過去技術的通信接收機上的可視顯示在尺寸上非常有限，并且需要相當高的電功率和足夠大的區域來產生有效的顯示。
以前的技術，例如，通常采用液晶顯示，直接可視的發光二極管等來提供可視顯示。它們使顯示大而笨重，大大增加了收發信機的尺寸，而且需要相當大的功率。進一步講，當這些顯示被用在小型電路，如尋呼機上時，會大大限制所能接收到的消息的數量。
在一種情況下，以前的技術包括一個掃描鏡(scanning mirror)，來產生一個可視顯示，但這又需要相當大的功率，非常復雜，并且對震動敏感。而且，掃描鏡在部件內引起的震動會顯著降低視覺的舒適性和可接受性。
把小型可視圖像顯示與袖珍電路結合在一起的愿望，以及與此同時很多人對在接收和發射信息時能具有更大的靈活性的興趣，提高了人們對有關得到這種靈活性所需的硬件基本成本的關注。在這種情況下，現有設備的附件和/或另外添加件就成為人們關注的焦點，要求這些件既能使很多人把費用降到最低限度，又能使人們在產生了改進現有設備技術性能的需要時，能購買另外的附件和/或另外添加件。
這樣，作為一種袖珍電路的附件，即帶有小型可視圖像顯示(例如小型虛擬圖像顯示)的設備，將會有很大優點。
本發明的一個目的是為現有袖珍電路提供一個新的、改進的袖珍電源，它包括一個小型的可視圖像顯示，例如一個小型的虛擬圖像顯示。
本發明的另一個目的是為現有的帶有小型可視圖像顯示的袖珍電路提供一種新的、改進的袖珍電源，在這種袖珍電源中，顯示模塊作為現有袖珍電路的附加電源的延續部分。
本發明還有一個目的是為帶有小型可視圖像顯示的現有袖珍電路提供一種新的和改進的袖珍電源，這種袖珍電源和袖珍電路是易于連接和拆卸的。
本發明的另一個目的是為帶有小型可視圖像顯示的現有袖珍電路提供一種新的和改進的袖珍電源，這種袖珍電源帶有一個可根據各個使用者的意愿來調節的觀察孔徑(view aperture)。
上述問題至少已部分得到解決，上面的目的在用于袖珍電路的袖珍電源中已被實現，該電源包括一個外殼和一個裝在外殼上的小型可視圖像顯示，后者附裝于外殼后能定位成彈出工作狀態和縮回非工作狀態。袖珍電源能借助易于連接和拆卸的結構，與袖珍電路實現機械和電氣附裝。在操作中，袖珍電路，例如蜂窩式電話，將被定位成使袖珍電源能與小型可視圖像顯示實現機械和電氣連接，從而用作袖珍電路的電源，并允許在袖珍電路和可視圖像顯示間傳輸數據。小型可視圖像顯示包括一個可按使用者意愿隨意調整的觀察孔徑，當小型可視圖像顯示處于工作狀態時，這個觀察孔徑被定位在使用者視線之內。在最佳實施例中，小型可視圖像顯示包括一個圖像產生裝置和一個固定的光學系統，前者提供一個二維的完整圖像，后者利用該完整圖像來產生一個通過觀察孔徑可觀察的和可感覺的虛擬圖像。袖珍電源的小型可視圖像顯示包括它和袖珍電路間的圖形用戶接口。
在權利要求中陳述了被認定為特征的本發明的新穎特點，然而，可參考后面帶有附圖的詳細說明來更好地了解本發明本身以及它的特點和優點，這里

圖1是一個袖珍蜂窩式電話的透視圖，該電話附裝有一個根據本發明設計的、并作為第一實施例的帶有可視圖像顯示的袖珍電源；圖2是一張類似圖1的蜂窩式電話和小型可視圖像顯示在閉合位置的頂視圖；圖3是類似于圖1的蜂窩式電話的側視圖，該電話處于本發明的袖珍電源實現機械與電氣連接之前的位置；圖4是一張按此發明設計的帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源的透視圖；圖5是一張沿圖4中的線段5-5剖開的、按此發明設計的帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源的橫截面圖；圖6是一個袖珍蜂窩式電話附有一個按此發明設計的、作為第二實施例的帶有可視圖像顯示的袖珍電源透視圖；圖7是一張圖6按此發明設計的帶有可視圖像顯示并處于閉合位置的袖珍電源的橫截面圖；圖8是按此發明設計的袖珍電源的小型可視顯示的簡明示意圖；圖9是圖8中裝置的一部分的簡明方框圖；圖10是圖9中裝置的一部分的頂視圖；圖11、12和13分別是根據本發明的帶有小型可視顯示的袖珍電源部分的頂、前和側視圖；圖14是圖13裝置的放大側視圖；圖15是一張按此發明為帶有小型可視顯示的袖珍電源設計的另一種可視顯示的方框圖；圖16是一張透視圖，用來表示當帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源的操作者共同使用圖1中所示的袖珍通信收發信機時，他們眼中典型的視圖。
現在來看圖，圖1-3圖解表示了一個袖珍通信收發信機10安裝在此發明的帶有可視圖像顯示的袖珍電源12內。應該懂得，袖珍通信收發信機10的圖解用來解釋這里描述的帶有可視圖像顯示的袖珍電源12的第一和第二實施例，而不打算作為一個單獨的發明設備來單獨講解。著重來看圖1，帶有可視圖像顯示的袖珍電源12包括一個在其中安放顯示部件的外殼14和一個用來安放袖珍通信收發信機10的平臺15。在最佳實施例中，小型可視圖像顯示被描述成一種小型虛擬圖像顯示(馬上要討論)。應該懂得，另一方面，小型可視圖像顯示依據設計帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源附件12的意圖可以是一種直觀顯示(direct view display)(圖中未表示)。簡單地說，被闡釋為袖珍電源12的一部分的小型可視圖像顯示在本文中應指的是一種小型虛擬圖像顯示16。在這個實施例中，小型虛擬圖像顯示16是被安裝成可旋轉和縮回的，以便在外殼14上形成的開口17內允許它在工作和縮回位置間運動。當不工作時，小型虛擬圖像顯示16被袖珍電源12的外殼14包圍和保護起來，我們看不到它，如圖2和圖3所示。小型虛擬圖像顯示16也可被包圍在它自己的外殼內，外殼上有一個保護窗，從而允許使用者可以手動調節觀察孔徑的朝向，通過觀察孔徑來觀看圖像。外殼的空間容積和安裝方法應能使虛擬圖像顯示16不工作時，可以完全縮回到外殼14中。應該懂得，在被圖解說明的實施例中，提供了密封開口17的方法，例如有彈性的防塵板25(如圖5所示)，固定在開口17和小型虛擬圖像16之間，以防止灰塵、潮氣等進入外殼14上的開口17，影響電路和其它部件。
在工作期間，小型虛擬圖像顯示16被定位在打開或“彈出(pop-up)”位置，如圖1所示。一旦袖珍通信收發信機10的使用者把袖珍通信收發信機10安裝在袖珍電源12的支撐平臺15上(在圖4中表示為單獨的，并且與袖珍通信收發信機分開)，從而這兩個部件在電氣上有了接口時，只要整個裝置保持恰當的位置，小型虛擬圖像顯示16會被調節為在操作者視線內是與小型虛擬圖像顯示16的觀察孔徑齊平的位置(后面馬上討論)。因此，在這個實施例中，小型虛擬圖像顯示16被安裝成可以軸為中心而轉動，以便旋轉調節方位和升降。小型虛擬圖像顯示16的轉動是圍繞著垂直于外殼14的可操作部分的軸(后面馬上討論)和借助升降外殼14可操作部分而進行的。更明確地講，小型虛擬圖像顯示16被安裝成可繞軸旋轉，即允許圍繞兩個正交的軸運動，明確地講就是相對于袖珍通信收發信機10的機身作上/下/左/右的旋轉運動，取決于使用者對收發信機10的定位，此時小型虛擬圖像顯示16處于打開或“彈出”狀態。一旦為某一給定用戶調整好顯示16的方位角和俯仰角后，對這位用戶來說，顯示裝置彈出在一種“準備使用”位置。
如上所述，我們打算使帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源12能在所有袖珍電路上使用，例如袖珍通信收發信機10。當然應該知道，袖珍通信收發信機10只是用來作為圖解說明目的，而帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源可作為一個附件或添加的部件，對所有眾所周知的通信收發信機，如蜂窩式電話、無繩電話、雙向無線電臺、尋呼機或其它市場上流行的電路都是可用的。另外，帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源12也可用在其它袖珍電路上，在那里，虛擬圖像顯示可能是非常有益的，例如一種袖珍智能卡閱讀器，如在美國專利申請中揭示的那樣，序列號08/625,654，標題為“帶有可視圖像顯示的智能卡閱讀器”，簽署于1996年3月29日，授予同一申請者，這里引用供參考。如前所述，在本實施例中，僅作為解釋的目的，袖珍通信收發信機10為一個袖珍蜂窩式電話。
一般來說，袖珍通信收發信機10包括一個用來發出呼叫的控制面板和一個用來指示被呼叫的號碼和正在呼叫的號碼等等的標準可視顯示(如果需要的話)。在袖珍通信收發信機10中通常規定了一種電氣接口的方法，從而和外部電源，典型上是外部電池電源或充電站，進行電氣上的聯系。這意味著外部部件的電氣接口通常是作為一種電氣接口連接或“安裝插槽”來構成，在袖珍通信收發信機10上有凹陷的接口，而作為匹配，在外部附件電源或充電站有凸出的接口。典型情況是，由操作者手持袖珍通信收發信機10，耳朵可聽到聲音，同時操作者可對麥克風講話。當本發明的袖珍電源12與袖珍通信收發信機10進行電氣接口時，該單元仍被手持，同時操作者可通過小型虛擬圖像顯示16來觀察虛擬圖像。
袖珍電源12的外殼14還帶有電路(electronics)(后面馬上討論)作為附屬電源，同最近市場上的標準電池電源類似。應當理解，當把袖珍電源12闡述為包括一個電源，例如一個電池時，通過這個闡釋可預料小型虛擬圖形顯示16可被包括在另一種不包括電源的附屬部件中。在這種情況下，與袖珍通信收發信機10構成一個整體的電源用于另外向小型虛擬圖像顯示16供電。
在袖珍電源12的外殼14上提供了多個用戶接口控制18，當帶有小型虛擬圖像顯示16的袖珍電源12與袖珍通信收發信機10進行電氣聯接時，用戶接口控制18通過電氣聯接提供對小型虛擬圖像顯示16的控制。用戶接口控制18包括一些標準操作，例如開/關(OFF-ON)控制，可使顯示16“彈出”到準備使用位置，并進入標準圖形用戶接口(GUIs)，又如在小型虛擬圖像顯示16內與光標電子產品進行虛擬光標圖形接口，利用多種定向運動控制鍵，例如手指控制器件、小型軌跡球或觸摸板等進行控制。
根據要使用的特定袖珍電路來制造袖珍電源12，要使它和袖珍電路容易連接和斷開(在物理和電氣上)。本闡述中使用的術語“容易連接和斷開”的意思是操作者不需要專門的工具和知識就能快速分開和重新連接。著重來看圖3，圖解說明的是袖珍通信收發信機10和袖珍電源12兩部件在配對和/或相互連接前的側視圖。如這個特定實施例所圖解說明的那樣，袖珍電源12通過一個如前所述的電氣連接接口或安裝插頭19機械地附裝于袖珍通信收發信機10，并且與袖珍通信收發信機電氣連接。尤其在這個實施例中，通常是在附屬部件例如袖珍電源上提供一個凸出的插頭接口，相應地在袖珍通信收發信機10上提供一個凹進的接口(圖中未表示)，這個凹進的接口可用來安裝凸出的插頭接口。通過人工地把兩個部件插在一起這種簡單的電氣連接方式來完成袖珍通信收發信機10和袖珍電源12的電氣連接。當然，應當理解，在袖珍收發信機10和袖珍電源12間提供了另外的牢固的連接，例如凸出的咬入連接或匹配互鎖結構20，上述連接在一個更精練的實施例中，另外可用作部件間的電氣連接接口。另外，為了允許在外部充電站等之內為整機定位，在袖珍電源12上提供了一個凹進的安裝插槽21(圖1和圖4中說明)。
因而，整機、袖珍通信收發信機10和袖珍電源12可裝在一個簡便的箱子中一起攜帶。當不需要整個小型虛擬圖像顯示16時，兩部分可拆開并單獨攜帶，每個部分可夾在帶子上，裝在口袋中或錢夾中等等。更進一步講，當帶有小型虛擬圖像顯示16的袖珍電源12與袖珍通信收發信機10安裝在一起時，用戶可收到更多的消息(即傳真、電話號碼、圖像、電子郵件等)。袖珍通信收發信機10本身是一種體積很小、低功耗，重量輕的設備，當和帶有小型虛擬圖像顯示16的袖珍電源12連接后，保持了它重量輕的特點，但用戶仍具有全部接收和發射能力以及電話服務。典型情況是，袖珍通信收發信機10中已經裝有一個電源，從而成為一個獨立的操作單元，當連接上按本發明設計的作為附件或另添加部件的袖珍電源12時，就額外具有了附加電源的好處，同時也具有了小型虛擬圖像顯示16。
在最佳實施例中，袖珍電源12被設計成能包括小型虛擬圖像顯示16。為了有助于理解本發明的這個部件，在圖5中圖解表示了從圖4中線段5-5看過去的、包括小型虛擬圖像顯示16的整個袖珍電源12的簡明橫截面圖。小型虛擬圖像顯示16包括一個圖像產生裝置22(后面馬上討論)，用來把一幅完整的圖像提供給固定光學系統24，接下來該光學系統產生一個供操作者通過孔徑26觀看的虛擬圖像。固定光學系統24是用來放大來自圖像產生裝置22的整個完整的圖像，它不要利用移動部件就可使通過孔徑26觀看到的虛擬圖像看起來非常大，讓操作者很容易分辨。
由于從圖像產生裝置22的非常小的圖像可產生一個很大放大倍數(大于×10)的虛擬圖像，所以固定光學系統24可做得相當小。光學系統24中沒有設計可移動部件，而有一些可選擇的零件，如聚焦透鏡、變焦透鏡、旋轉定位件(前面討論過)等等。此外，圖像產生裝置22需要很小的電功率來產生一幅完整的圖像，因而袖珍電源12的功率足以支持袖珍通信收發信機10和小型虛擬圖像顯示16運作。在作為封蓋光學系統24的小型虛擬圖像顯示16的外表面上裝有保護鏡或封蓋28，以防止光學系統24受磨擦、灰塵等的影響，還起到了過濾部件的作用，從而增強了使用者所看到的圖像。另一方面，光學系統24的最外面的光學部件的外表面被涂覆上一層抗磨損的涂層，如鎂的氟化物，以保護光學部件免受磨損。
如圖所示，圖像產生裝置22通常安裝在印刷電路板30上，例如一個標準的FR4 PCB或有圖案的薄層玻璃，并且在其上另外安裝了多個驅動電路32。一般來說，如示意圖所示，安裝插頭19采用一些技術上流行使用的大家熟知的標準電氣接口類型與PCB板34、電路35和小型虛擬圖像顯示16進行電氣連接，包括使用多條可彎曲的電纜36，如圖5所示。
如圖5所示，在第一實施例中，小型虛擬圖像顯示16作為一個器件被可調整地安裝在一個基本上是平面的平面件29上，平面件29被可旋轉地安裝在外殼14的可操作部分31上，以便調整小型虛擬圖像顯示16，使它大體上與可操作部分31在空間上一起伸展，從而可沿著多個軸運動，更明確地說，就是小型虛擬圖像16相對于外殼14作上/下/左/右的運動，以使觀察孔徑26調整到使用者視線內的最佳位置。應當理解，平面件29可以成為一個單獨的件，可以作為小型虛擬圖像顯示16的一個部件，或者反過來說，也可以作為外殼14的可操作部分31的底面。
現在看圖6和圖7，圖示的是本發明帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源的第二實施例。應當注意到與圖1-5中所示的部件類似，所有的部件被表示為相同的號碼，在號碼右上角加上一個撇號來表明是不同的實施例。著重看圖6，圖示的是根據第二實施例，袖珍通信收發信機10′與帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源12′相連接。如圖所示，袖珍通信收發信機10′已經構成一個部分，即，一個低的“可翻動的”部分，當收發信機10′處在閉合、并處于非工作狀態時，它作為收發信機10′的麥克風和/或保護蓋。因此，一個小型可視圖像顯示，尤其是帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源12′的小型虛擬圖像顯示16′，當袖珍通信收發信機10′工作時，在使用者的視線范圍內，把它們定位成與觀察孔徑26′對齊，此時“可翻動的”部分處于打開位置。應當了解，當袖珍通信收發信機10′被表明有一個“可翻動的”部分時，據估計，不帶有“可翻動的”部分的袖珍電源12′可用于袖珍通信收發信機。如圖6所示，袖珍電源12′的觀察孔徑26′可滑動地安裝在外殼14′內，特別是小型虛擬圖像顯示16′也可安裝在外殼14′的可操作部分31′內。在操作中，用戶可手動和/或電動地把小型虛擬圖像顯示16′移動或“滑動”到一個工作位置，然后根據用戶需要來旋轉調節觀察孔徑26′。小型虛擬圖像顯示16′被編程在電路中，一個開關用來控制通過孔徑26′所觀察的圖像的定向。更明確地講，小型虛擬圖像顯示16′提供一種能為通過孔徑26′觀察到的所產生的可視圖像定向的能力，從而使用戶能依據是用左手還是右手來手持袖珍通信收發信機10′來調整，以便所有用戶能易于讀取。
現在看圖7，圖7表示的是位于外殼14′內的小型虛擬圖像顯示16′的截面圖。小型虛擬圖像顯示16′包括一個圖像產生裝置22′(后面馬上討論)，用來向固定光學系統24′提供一幅完整的圖像，接下來產生一個操作者可通過孔徑26′觀察的虛擬圖像。固定光學系統24′可用來放大由圖像產生裝置22′產生的全部完整的圖像，而不需要利用移動部件，就可使通過孔徑26′觀察到的虛擬圖像看起來非常大，讓操作者容易分辨。
如圖所示，小型虛擬圖像顯示16′在封裝上與上文所述的小型虛擬圖像顯示16相類似。由于電源12′外殼的限制，圖中示出的小型虛擬圖像顯示16′相對外殼14′下表面的朝向正好與小型虛擬圖像16相反。這樣就可使小型虛擬圖像顯示16′全部封閉在外殼14′內。
現在參照圖8-14對小型虛擬圖像顯示16和16′加以詳細描述。著重看圖8，用一個簡明示意圖來說明一個袖珍虛擬圖像顯示40的例子。與圖5中小型虛擬圖像顯示的部件相類似，用同樣的號碼來代表圖8中袖珍虛擬圖像顯示的部件，以便能對兩個部件及時進行對照。虛擬圖像顯示40包括一個圖像產生裝置22，用來在表面23上產生一個完整的圖像。以透鏡24為代表的光學系統，被定位在與圖像產生裝置22的表面23保持一定距離的相應位置上，它和圖像產生裝置22一起產生一個可觀察的虛擬圖像，人眼27可通過由透鏡24限定的孔徑26對其進行觀察。
圖9更詳細地表示了圖像發生裝置22，該裝置包括一些半導體電路，例如由數據處理電路44驅動的二維光發射器件(LED)陣列42。例如，數據處理電路44包括邏輯和開關電路陣列，用來控制LED陣列42中的每個LED。除了邏輯和開關陣列以外或代替它們，數據處理電路44包括一個微處理器或類似電路，用來處理輸入端46輸入的信號，以便在設備(例如LED陣列42)上產生理想的完整圖像。應當懂得，數據處理電路44和LED陣列42，雖然為了描述的目的而分開圖解表示，但是在某些應用中仍被做在同一塊半導體芯片上。
在這個特定實施例中，采用LED陣列42是因為它的尺寸極小，易于實現，并且構造和操作簡單。當然更應該懂得，術語一發光器件(lightemitting device)不局限于半導體二極管，還包括有機二極管(organicdiode)、場發射器件、激光，例如垂直空腔表面發射激光(VCSELs)等。具體請看圖10，這是LED陣列42平面圖的圖解，這些LED由在單個半導體芯片48上的以一種按行和列排列的規則圖案構成。為了簡化圖10，斷取了半導體芯片48的一部分進行放大，但應懂得，本文中描述的很多其它電路應包括在同一芯片上。用大家熟悉的方法通過行和列對特定的LED進行尋址，特定的LED被激活以產生完整的圖像。在輸入端46接收數字或模擬數據，并由數據處理電路44把它們轉變成可以激活被選定的LED的信號，來產生預定的完整圖像。
技術人員應當懂得，二維LED陣列42和半導體芯片48在圖中被大大地放大了。一般地說，半導體芯片48的尺寸范圍大約是每邊長1毫米到2厘米。在本發明的最佳實施例中，陣列42的尺寸是每邊長0.1厘米到1.0厘米。另外，每個發光器件或像素的尺寸范圍大約是邊長為50微米到0.25微米，最佳范圍是20微米到0.5微米。應當懂得，實際的發光器件陣列非常小，因為需要粘在板上等等因素，所以在每一側要另加幾毫米的區域。一般來說，尺寸大一些的芯片只意味在陣列中用了更多的發光器件，用來提供更高的清晰度、更豐富的顏色等等。
技術人員應該懂得，如果需要的話，可以包括補充的放大量。由透鏡24來示意性地代表的透鏡系統，被安裝在與圖像產生裝置22的表面23保持一定距離的相應位置上，目的是從表面23接收圖像，把該圖像放大一個預定的量，并產生一個能觀察虛擬圖像的孔徑26。一般來說，至少需要10倍的放大量，才能使整個圖形放大到足以使人眼察覺。當然應該懂得，如果需要的話，這個透鏡系統的焦距和補充放大量應可以調節，透鏡系統也可簡單地固定在外殼上。
眼睛與圖像的距離(relief)就是眼睛27離開透鏡系統24(觀察孔徑26)，并仍可正確觀察圖像的距離，在圖8中這個距離被標為“d”。由于透鏡24具有一定尺寸，所以眼睛與圖像的距離或距離d足以提供舒適的觀察，并且在當前實施例中，如果需要的話，也足以允許讓觀察者戴上普通的眼鏡。
圖11、12和13分別圖解表示了小型虛擬圖像顯示50的頂視平面圖、前視圖和側立視圖，在最佳實施例中，該小型虛擬圖像顯示50被用作袖珍電源12的小型虛擬圖像顯示16。小型虛擬圖像顯示50裝有一只折疊光學放大鏡52。圖11、12和13圖示的小型虛擬圖像顯示50與實際尺寸大小差不多，為裝置減小尺寸的范圍提供一些指導。小型虛擬圖像顯示50包括圖像發生裝置55，和上文所描述的圖像發生裝置22相似，有著發光器件的陣列，例如有機的或無機的發光二極管，場發射器件，垂直空腔表面發射激光(VCSELs)，液晶器件(LCDS)，等等。在這個特定的實施例中，圖像發生裝置55包括一個發光器件的陣列，更明確地講，是一個包含144行和240列(或反之亦可)的發光器件的陣列。每個發光器件被制造成每邊長約20微米，每兩個相鄰器件中心與中心的間距不大于20微米。每個發光器件需要約1.8伏電壓來導通，導通時，需利用大約50μA的電流。圖像發生裝置55產生的亮度低于大約15fL。
圖像發生裝置55安裝在玻璃基片56的下表面，驅動板58粘在玻璃基片56上。有關驅動板和把玻璃基片粘在驅動板上的另外信息在美國專利No.5,432,358中進行闡明，標題為“集成電子-光學封裝”，簽署于1995年7月11日，授予同一申請者，這里引用供參考。
單個折疊光學放大鏡52也安裝在玻璃基片56上，并且包括限定從圖像發生裝置55到觀察孔徑59的光通路的多個光學部件，最好見圖12。多個光學部件構成一定的角度來放大由圖像發生裝置55產生的圖像，在第一個光學部件的光入口處，放大倍數大于10。由于光學通路的長度和圖像發生裝置55(圖像源)的大小的緣故，水平光學視野的變化范圍從放大倍數10×下的11度到放大倍數20×下的22度，在當前實施例中，水平視野大約為16度，放大倍數為15×。
具體來看圖14，為清晰起見，圖14圖解表示了在圖11中圖示的小型虛擬圖像顯示50的一部分的側立視圖，放大了4倍。從這個圖可以看見，多個光學部件包括第一光學部件60，它有一個非球面場整平光入口62，一個球形表面作為光出口63以及一個被光學定位于非球面場整平光入口62和光出口63間的反射面65，目的是把光從非球面場整平光入口62折向光出口63。在這個特定實施例中，第一光學部件60構成一個棱鏡，由一個光學品質的塑料模壓而成。一般來說，應當懂得，光學品質的塑料是一種具有大約1.5到1.6這樣高折射系數的材料。反射面65可以是一個單獨的被模壓進第一光學部件60的涂銀鏡，或者，反射面65可以在第一光學部件60成形后被涂銀，或者，反射面65可以是未被涂覆的，而使用一種完全的內部反射方式。
在這個實施例中，非球面場整平光入口62采用了直接模壓在第一光學部件60上的非球面場整平凹面的形式，并做成一個完整部分。但是，應當懂得，非球面場整平光入口62可能被做成一個單獨的透鏡，按光學校準被順序定位在第一光學部件60的下表面。分立的部件當然會造成部件增加和安裝布驟增加，會提高成本，增大最終結構的尺寸。
相對于非球面場整平光入口62和光出口63，反射面65被配置到可把通過第一光學部件60的光線折疊或彎曲大約80°到100°的角度。更明確地講，在這個圖解說明的實施例中，光線被反射大約95°角度。例如可以發現，95°的角度可避免單個折疊光學放大鏡52出口處的圖像的下部出現漸暈效應(vignetting effcct)。
小型虛擬圖像顯示50設計中一個重要部分是使用了帶有凸鏡出口面(convex outlet face)的固態單個折疊棱鏡，以便能在與用來與和空氣中使用簡單折射鏡(turning mirror)時的空間，能在相同的空間條件下增加角度放大倍數(減小有效焦距長度)。
多個光學部件，還包括帶有光入口68和光出口69的光學透鏡67，位置與第一光學部件60的光出口63相鄰。在所示的特定實施例中，光學透鏡67是一種折射/衍射混合型的光學透鏡，它具有限定光入口68的基本球面和限定光出口69的非球面上的衍射面。采用各種簡便方法把光學透鏡67牢固地安裝在第一光學部件60上，光學部件60包括一個外殼(圖11-13示意性地圖解說明)、一個安裝支架或其它方便的結構。非球面/衍射表面包括光學透鏡67的光出口69和光入口68，以及第一光學部件60的光出口63和場整平光入口62，這樣設計的目的是當波前(wavefront)從場整平光入口62到光學透鏡67的光出口69通過時，減小和/或消除波前內的任何象差(aberration)。
多個光學部件，包括第一光學部件60和光學透鏡67，限定從第一光學部件60的場整平光入口62到光學透鏡67的光出口69的光通道。為生產一個在小型虛擬圖像的產生中有用的單個折疊光放大鏡，光通道總的平均光學長度應該在大約15到35毫米的范圍內。在這個實施例中，從場整平光入口62到光學透鏡67的非球面確定的光出口69的光通道長度大約是20毫米。
再者，多個光學部件，包括第一光學部件60和透鏡67，結構中至少包括一個處于光通道中的衍射光學部件，以便提供另外的基本彩色(在本實施例中)象差校正。在被圖解說明的實施例中，一個衍射光學部件70和非球面表面一起限定了光學透鏡67的光入口68。當然應當懂得，衍射光學部件除了替代或采用了衍射光學部件70外，能被包括在小型虛擬圖像顯示50的多個部件中的其它任一表面內。如果一個衍射光學部件被包括在一個對光通路大體上正常的表面中，與不同于光束按一定的角度射入這個表面，那么衍射光學部件更易于制造一些，因為它具有旋轉對稱性，然而光束按一定角度射入的表面卻具有非旋轉對稱性。由于非球面表面和衍射光學部件70使光學透鏡67變得相當復雜，所以已經發現光學透鏡67的制造最好用注模法(injection molding)來完成。
第一光學部件60和光學透鏡67可構成一個完整的放大鏡。另一方面，另外的光學部件也可用來構成完整的放大鏡，例如一個低倍數光學透鏡(圖中未表示)，可作為放大鏡可能擴展的一個例子。另外的低倍數光學透鏡在某種程度上可能增加小型虛擬圖像顯示50的尺寸和復雜性，但也能提供一些角度放大和象差校正，從而可減小各種其它部件的復雜性，在很多應用中也可減少小型虛擬圖像顯示50總的成本。低倍光學透鏡由于倍數低，因而可用作組件窗口(package window)或觀察孔徑。在只使用第一光學部件60和光學透鏡67的圖示的實施例中，觀察孔徑可以用能擦拭的玻璃或塑料窗口71以及濾光器等來限定，它們都是用來保護小型虛擬圖像顯示50的。
在很多應用中，需要包括聚焦最后圖像的裝置。為這個目的，第一光學部件60(如需要的話，和其它器件67以及低倍數透鏡)按照可調節的原則(圖中未表示)安裝在基片56上，可利用一些外部用戶的控制進行機械調節，例如用戶接口控制18，(工作在雙重或第二方式)，用以把固定的部件60和67板垂直移向或移離基片56和圖像發生裝置55。通過簡單地改變場整平光入口62和由圖像產生裝置55產生的圖像間的距離來完成聚焦。
除了把圖像發生裝置55安裝在驅動板58上以外，多個驅動電路72被安裝在驅動板58上，用以驅動圖像發生裝置55來產生虛擬圖像。驅動板58利用多種電氣連接，如柔性電纜連接74，與包含在袖珍電源12的外殼14中的電路73進行電氣連接。
圖15是一個直接視網膜掃描顯示80的方框圖，可用作圖1-7中的小型虛擬圖像顯示16和16’。激光發生器82給調制器84提供一個相干光束，它可以是任何一種大家熟知的激光發生器，包括固態激光發生器，例如垂直空腔表面發射激光發生器(VCSELs)，二極管激光發生器，二極管泵浦激光發生器等。調制器84一般通過調制光束的強度，例如改變激光發生器82的功率電平，來把視頻信息調制到光束上。根據應用情況的不同，調制可能只是簡單地開關激光發生器82，實際上變成了一個數字系統。聲-光調制器對大多數應用來說是最佳調制器之一，但其它技術，例如，電-光和機械技術，都是完全可行的。
被調制的光束從調制器84直接到達偏轉系統86。利用透鏡系統88把從偏轉系統86來的光束聚焦入人眼。透鏡系統88焦距的選定應使掃描系統焦點處在人眼瞳孔范圍內，并且相干光束焦點處在人眼的視網膜上。
調制器84和偏轉系統86的定時和控制由電路89提供。電路89包括一個基本振蕩器或定時器，提供定時信號以便讓掃描和調制發生在適當的時間。另外，電路89提供視頻信號給調制器84，在需要的時候把光束調制到正確的強度。進一步說，電路89提供水平和垂直(正交的)偏轉信號，讓偏轉系統86周期地掃描在一個光柵中的光束。根據應用情況和所需的圖像分辨率，水平偏轉頻率可能在15到30kHz的量級，垂直偏轉頻率不低于60Hz，并且調制頻率可能在12MHz的量級。
偏轉系統86的目的是在人眼的視網膜上掃描被調制的光束，或在視網膜上“寫”一幅圖像。偏轉系統86和透鏡系統88有許多可能的設置，這取決于顯示的應用和愿意如何構成眼中的圖像。有關這種類型顯示的更多信息可在申請中(copending)的美國專利申請書中看到，專利名為“直接視網膜掃描顯示”，序列號no.08/292,193，簽署于1994年8月18日，授予本專利申請者。這份專利申請書是另一份美國專利申請書檔案文本的繼續，該專利名為“直接視網膜掃描顯示”，序列號no.07/857,193，簽署于1992年3月24日。盡管直接視網膜掃描顯示從技術上講不能產生虛擬圖像，但本闡述的用法仍把直接視網膜掃描顯示包括在虛擬顯示設備定義之內，這是因為兩者有相似之處。
著重來看圖16，圖示的是被安裝在本發明帶有小型可視圖像12’的袖珍電源內的袖珍通信收發信機10’的透視圖，圖示了操作者通過小型虛擬圖像顯示16’的觀察孔徑26’看過去的典型虛擬圖像90。如從孔徑26’所見一樣，虛擬圖像90的特色是有下拉菜單91，通過用戶接口控制18’的操作驅動到下拉位置(與上文所述用戶接口控制18基本相似)。在這個特殊的例子中，下拉菜單是通過把可控虛擬光標圖形93放在下拉菜單91的下拉選擇名稱處而選定的，這個選擇名稱為“文件”(FILE)。可以預料，通過操縱用戶接口控制18’來移動虛擬光標圖形93到所需的標題，可提供對多個不同的下拉菜單的選擇。
下拉菜單91包括各種各樣的功能或信息選擇，如圖16所示。在這個具體的例子中，下拉菜單91包括一個地址簿(ADDRESS BOOK)，可包括存儲在內存中的私人號碼，或由電話基站提供的完整的號碼目錄的一部分。下拉菜單91還包括一種尋呼/傳真信息的選擇，例如可包括由袖珍通信收發信機10’接收到的并存儲在存儲器中的尋呼或傳真消息。移動數據庫(MOBILE DATA BANK)功能所指的是進入將來的蜂窩電話基站的數據庫，例如，可允許操作者接收感興趣的特殊商業/飯店等的方向或地圖。許多其它形式的圖形和/或字母—數字的信息可供操作者所用，操作者通過操縱用戶接口控制18’來控制光標，即可輕松選擇這些信息。
如圖所示，操作者選擇了下拉菜單91所示的第二個功能，即地址簿，選擇這個功能可在小型虛擬圖像顯示16’的孔徑26’中提供按地址簿類型格式存儲的數據的虛擬圖像。另外，還可提供一個功能鍵盤(KEYBOARD)來代替對袖珍通信收發信機10’上大而笨重的鍵盤或控制面板的需要。
這樣，闡釋了一種帶有可視圖像顯示，典型的是帶有一個虛擬圖像顯示的袖珍電源，它將用在袖珍電路上，例如袖珍通信收發信機、尋呼機、智能讀卡器、數據庫或類似設備。虛擬圖像顯示被用在并裝在袖珍電源內，為袖珍電路提供一個附件或另加的部件。被殼裝在袖珍電源外殼內的顯示非常小，需要非常小的驅動功率。進一步說，由于虛擬圖像顯示的極小的尺寸和功率消耗，它被拼合到袖珍電源上，基本上不影響袖珍電源的尺寸大小或袖珍通信收發信機所需的功率。當袖珍電路，例如本文描述的袖珍通信收發信機，被連接在具有小型可視圖像顯示的袖珍電源上時，用戶就有了完全的發射和接收能力，同時具有了觀看高密度信息的能力。
當我們給出了并描述了本發明的一些具體實施例，技術人員將會做進一步的修改和改進。因此，我們希望下面所述能被了解本發明不局限于所示出的特殊的形式，我們打算在附帶權利要求中覆蓋所有不背離本發明的主旨和范圍的修改。
權利要求
1.一種袖珍電源，其特征在于一個外殼，包括一個位于外殼內的電源以及安裝在外殼內的小型虛擬圖像顯示；以及一個電連接接口，位于外殼上，用來與電源和小型可視圖像顯示進行電子通信，該電連接接口從而為袖珍電源和袖珍電子器件的物理和電氣連接提供了條件。
2.在權利要求1中所要求的袖珍電源，其特征還在于小型可視圖像顯示被可伸縮和旋轉地安裝在外殼內。
3.在權利要求1中所要求的袖珍電源，其特征還在于小型可視圖像顯示被可伸縮地安裝在外殼內。
4.在權利要求1中所要求的袖珍電源，其特征還在于小型可視圖像顯示是一個小型虛擬圖像顯示。
5.在權利要求1中所要求的袖珍電源，其特征還在于小型可視圖像顯示是一個直觀顯示。
6.在權利要求1中所要求的袖珍電源，其特征還在于被用來使袖珍電源與袖珍電路實現物理和電氣連接的電連接接口是一種可拆卸結構。
7.在權利要求6中所要求的袖珍電源，其特征還在于電連接接口是一個安裝插頭。
8.在權利要求1中所要求的袖珍電源，其特征還在于該袖珍電路包括一個袖珍通信收發信機、一個智能讀卡器以及一個數據庫。
9.在權利要求8中所要求的袖珍電源，其特征還在于該袖珍通信收發信機包括一個蜂窩式電話、一個雙向無線電臺以及一個尋呼機。
10.一種袖珍電源，其特征在于一個外殼，包括一個可操作部分；一個電源，位于該外殼內；以及一個小型虛擬圖像顯示，它帶有一個位于該外殼內，與可操作部分成一條直線的觀察孔徑，該小型虛擬圖像顯示通過一種電接口裝置可拆裝地附裝于袖珍電路上，并且包括一種圖像產生裝置，用來提供一幅完整的二維圖像，以及一個固定的光學系統，用來通過一個觀察孔從該完整的二維圖像來產生一幅可視的和透視的虛擬圖像。
全文摘要
一種帶有小型可視圖像顯示的袖珍電源包含一個外殼,在外殼內裝有一個電源(例如一個電池)、一個小型圖像顯示(例如一個小型虛擬圖像顯示)、電路系統以及電連接接口(例如一個裝配插頭,用于把袖珍電源可拆卸地附裝于袖珍電路(例如一個袖珍通信收發信機)上。該小型可視圖像顯示被可伸縮地安裝在袖珍電源的外殼內。小型可視圖像顯示可由用戶調節定位,以使用戶的視線能對準該顯示的觀察孔徑。
文檔編號H04M1/725GK1182998SQ9711372
公開日1998年5月27日 申請日期1997年6月28日 優先權日1996年7月1日
發明者菲爾·賴特, 弗雷德·V·理查德, 卡倫·E·杰奇摩威克, 威廉·E·卡恩斯 申請人:摩托羅拉公司