專利名稱：便攜多模式顯示裝置的制作方法
技術(shù)領域：
一般來說，本發(fā)明涉及一種便攜裝置，更具體地說，涉及一種帶有高分辨率顯示器的便攜裝置，用于觀看靜態(tài)和視頻圖像，并具備多媒體功能。
背景技術(shù)：
習慣于輕便生活方式的人們都希望能夠通過一臺諸如移動電話、個人數(shù)字助理、通信裝置之類的便攜裝置即時訪問大量信息。雖然習慣作法是使用低分辨率的液晶顯示(LCD)板來顯示網(wǎng)絡信息和文本消息，但是最好是使用高分辨率顯示器來瀏覽豐富的文本和圖像信息內(nèi)容。高分辨率顯示器通常至少具有SVGA(800×600像素)分辨率，并且是有源矩陣類型的。它們可以用于直視顯示器或者虛擬顯示器。虛擬顯示器被稱為近眼顯示器(NED)。直視顯示器可以同時對幾個觀察者可見，而虛擬顯示器只能供一個人觀看。虛擬顯示器一般由微顯示器和成像光學器件組成。它們可以是單目的或雙目的。在虛擬顯示器中感知的圖像可以比裝置本身大一些。虛擬顯示器的可用性很大程度上取決于微顯示器和光學器件的性能。
從成像光學器件向眼睛發(fā)出的光束大小被稱為出射光瞳。在NED中，出射光瞳的直徑通常為大約10mm。如果擴大出射光瞳，則虛擬顯示器的使用簡易性會顯著提高。當出射光瞳足夠大時，裝置就可以與眼睛隔開一定距離，顯示器將不再是NED，但仍然是一種虛擬顯示器。在本上下文中，這種操作模式被稱為窗口模式。
人的眼睛能夠分辨的像素間距決定了高分辨率直視顯示器必需的尺寸。這意味著，實際上，顯示器的尺寸將大于小型便攜裝置本身。除虛擬顯示以外，圖像的投影也提供了克服這一難題的方法。然而，即使投影圖像的對角線僅有大約10英寸，照明的功耗對于用電池供電的便攜裝置來說還是太高了。提供一種能以合適的尺寸顯示高分辨率圖像的方法是有利和合乎需要的。對于用電池供電的裝置，窗口或投影模式是可取的。窗口模式中的功耗略微大于NED模式中的功耗，但對于電池供電來說是合理的。投影模式的功耗取決于投影圖像的尺寸。因此，在電池供電時，投影圖像尺寸是受限的。如果投影圖像的大小相當于典型計算機監(jiān)視器的尺寸或更大，就需要連接外部光源。
發(fā)明概述本發(fā)明的主要目的是使用一種具有顯示系統(tǒng)的便攜裝置，所述顯示系統(tǒng)可以在若干顯示模式下工作，使用微顯示器作為像源，并且通過對應于不同顯示模式的不同光學配置來放大圖像。
第一種工作模式是虛擬近眼顯示(NED)，通常使用微顯示器作為像源，并使用一種成像光學配置把圖像送到觀察者的眼中。
第二種模式是近投影顯示(NPD)，使用近場投影光學配置在例如5-25cm的近距離處的屏幕上提供投影圖像。
第三種模式是窗口模式顯示(WMD)，其中，圖像通過擴大成像光學配置的出射光瞳的特殊光學元件來呈現(xiàn)，使得呈現(xiàn)在微顯示器上的圖像被作為虛像提供給相隔一定距離的觀察者。
第四種模式是投影顯示(PD)，由此，例如，圖像被投影到與裝置相隔0.5m-2.5m的距離的屏幕上，而且實像看上去對角線長達1m。
根據(jù)本發(fā)明，一種光學引擎被用來根據(jù)裝置的每種工作模式的光學配置來形成圖像。這種光學引擎由如微顯示器裝置之類的像源、光源、一個或多個用于從照亮像源的光源收集光線的透鏡、其它光學元件以及一個或多個構(gòu)成成像光學器件的透鏡組成。許多不同的透鏡配置被用來實現(xiàn)所需的顯示模式。由便攜裝置中的一個或多個電池供電的內(nèi)部光源在前三種模式中用來照明。然而，為了在與便攜裝置相隔一定距離設置的屏幕上投影圖像，可能需要外部光源。最好通過光學光導把照明光從外部光源導入便攜裝置。
因此，本發(fā)明提供了一種便攜裝置，具有多種用于向觀察者提供圖像的可選顯示模式，所述便攜裝置的特征在于像源；照明光源，用于為像源提供照明光，以便從像源提供輸出光；第一光學配置，用于沿著第一光學配置的光路從輸出光形成圖像；以及第二光學配置，設置在光路中，用于修改第一光學配置的成像。
根據(jù)本發(fā)明，可選的顯示模式包括第一模式，用于使觀察者能夠通過把一只眼睛放在鄰近于便攜裝置的光路上來感知圖像；第二模式，用于使觀察者能夠感知在鄰近于便攜裝置的光路中設置的表面上形成的圖像；第三模式，用于使觀察者能夠通過把眼睛放在與便攜裝置相隔一定距離的光路中來感知圖像；第四模式，用于使觀察者能夠感知在與便攜裝置相隔一定距離的光路中設置的表面上形成的圖像；閱讀了結(jié)合

圖1至7所作的說明之后，會理解本發(fā)明。
附圖簡介圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的便攜裝置中的一些基本組件的框圖。
圖2a是說明具有反射型微顯示器的光學引擎的圖形表示。
圖2b是說明具有透射型微顯示器的光學引擎的圖形表示。
圖2c是說明具有發(fā)射型微顯示器的光學引擎的圖形表示。
圖3是說明用來在NED配置中提供虛像的光學引擎的圖形表示。
圖4是說明用來通過反射鏡在近距離的屏幕上提供實像的光學引擎的圖形表示。
圖5是說明用來提供要與便攜裝置相隔一定距離來觀察的虛像的光學引擎的圖形表示。
圖6是說明用來在與便攜裝置相隔一定距離設置的屏幕上提供實像的光學引擎的圖形表示。
圖7是說明外部光源的圖形表示。
實施本發(fā)明的最佳方式根據(jù)本發(fā)明的便攜裝置1采用光學引擎16和不同的光學配置，在不同顯示模式下向觀察者提供圖像。便攜裝置1可以是移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、通信裝置或者其它便攜電子裝置。便攜裝置1最好是具有外殼10，其中容納了用于從外部裝置接收信息和向外部裝置發(fā)送信息的通信單元12、用于處理接收或發(fā)送的信息的控制和處理單元14。更具體地說，控制和處理單元14和光學引擎16可工作地相連，用于提供圖像數(shù)據(jù)給微顯示器裝置32，32’或者32”，以便在其上顯示圖像(參閱圖2a至2c)。另外，便攜裝置1包括內(nèi)部光源20，用于提供照明光給光學引擎16，必要時，還包括內(nèi)部電源22，用于提供電力給內(nèi)部光源20。內(nèi)部電源22可包含一個或多個電池。此外，當光學引擎16被用于在遠處屏幕上投影實像時，可能需要從外部光源引入光束。因此，最好有連接器24把光導70的一端與便攜裝置1連接(圖6和圖7)。為了選擇顯示模式，最好有一個裝置18為不同的顯示模式選擇不同的光學配置。
根據(jù)本發(fā)明的光學引擎16可包含反射型微顯示器32、透射型顯示器32’或者發(fā)射型顯示器32”作為像源。如圖2a所示，使用一個或多個透鏡30從內(nèi)部光源20收集光100或者光導70引入的光束100’，并將收集的光放大成寬束102，用于照亮微顯示器32。使用一個或多個透鏡36從微顯示器裝置32收集輸出光，用于形成圖像。如圖2a所示，使用分束器34來折疊照明光束102的光路。更具體地說，分束器34是偏振分束器(PBS)，反射光束102是s-偏振的。通過這樣的配置，向觀察者提供圖像的光束104是p-偏振的。
當透射型微顯示器裝置32’被用作像源時，如圖2b所示，不用折疊擴展光束102的光路，將微顯示器裝置32’放置在照明光學器件30和成像光學器件36之間是可能的。不同偏振軸的偏振器40和42最好是用來提供具有正交偏振的光束。
當發(fā)射型微顯示器裝置32”被用作像源時，如圖2c所示，不需要照明光學器件，也不需要光源。采用發(fā)射型微顯示器裝置32”，光學引擎16可沒有足夠的光用于在遠處屏幕上投影實像。
應當理解，成像光束104沿著成像光學器件36所定義的光路130傳播。為了觀察微顯示器裝置32、32’、32”上顯示的圖像，必須把眼睛或目標放在光路130上。成像光學器件36在最簡單的情況下就是放大透鏡。在更復雜的情況下，可能是若干光學元件。為了使光學引擎16中的成像光學器件36能夠被重新安排或重新配置，從而根據(jù)裝置1的工作模式形成圖像，成像光學器件36最好包含多個透鏡和其它光學組件。
光學引擎16是這樣設計的，在NED配置中，觀察者150可通過把眼睛放在鄰近于便攜裝置1的光路130上，直接觀看成像光學器件36形成的圖像，如圖3所示。在這種NED模式中，光學引擎16提供的圖像是虛像。感知的圖像尺寸可能略大于或者明顯大于微顯示器裝置32本身。在NED模式中，功耗很少。因此，使用內(nèi)部光源20照明是可能的。內(nèi)部光源20可包含例如一個或多個由便攜裝置1中的一或兩個電池供電的發(fā)光二極管，但是使用不同類型的照明裝置也是可行的。
圖4說明用于近投影顯示(NPD)模式的光學配置。當便攜裝置1用于NPD模式時，成像光學器件36被重新安排或重新配置，從而在表面或者屏幕60上形成實像。反射面62、如第一表面反射鏡被用來折疊成像光束106的光路。投影圖像最好是對角線大約長10cm，并且屏幕是裝置的組成部分。盡管NPD模式中的功耗預計大大高于NED模式中的功耗，使用內(nèi)部光源20照明仍然是可能的。屏幕60最好具備這樣的特性可以在相當大的視角范圍內(nèi)觀看圖像。系統(tǒng)無需折疊式反射鏡就可使用，或者，為了盡量減小裝置尺寸，可以使用若干反射鏡來折疊成像光束106。將另外的透鏡和其它光學組件設置在光學引擎16和屏幕60之間以重新配置NED光學器件是可行的。
在第三顯示模式(WMD)中，使用另外的光學組件來擴展光學引擎16中的成像光學器件36的出射光瞳，使得成像光學器件36形成的虛像能夠在離裝置更遠的距離觀察。如圖5所示，出射光瞳擴展器54的輸出光120將在與裝置1相隔一定距離處形成虛像。在此WMD模式中被觀察者感知的虛像可以大于擴展器54本身的物理尺寸，因為圖像出現(xiàn)在稍遠處。這種模式的功耗略高于NED模式的功耗，但是低于NPD模式的功耗。使用內(nèi)部光源20照明是可能的。
在圖6中說明根據(jù)本發(fā)明的便攜裝置1的第四顯示模式。當裝置在第四顯示模式下使用時，成像光學器件36被重新安排或重新配置，從而通過成像光束108在相隔更遠距離的更大屏幕64上投影實像。在這種顯示模式中，要求使用外部光源來提供強光束以照明微顯示器32、32’。為了實現(xiàn)這種顯示模式，最好通過連接器24使用光導70從外部光源80(圖7)向便攜裝置1傳輸照明光束。使用設置在光學引擎16和屏幕64之間的另外的透鏡和其它光學組件來重新配置NED光學器件是可能的。
用于投影的光源通常是放電燈，例如超高壓(UHP)汞燈。這種汞燈的效率通常僅大約10％，其余能量轉(zhuǎn)化成熱量。相當大的一部分熱量是紅外(IR)輻射，可使微顯示器過熱，導致對便攜裝置本身的嚴重損害，甚至在短時間內(nèi)損壞它。這個問題與以下事實相混合在便攜裝置中沒有足夠的空間包含有效的冷卻系統(tǒng)以驅(qū)散與光源相關(guān)的熱。因此，必須使用外部光源80，如圖7所示的外部光源，替代內(nèi)部光源20。
如圖7所示，采用帶有反射器的燈84作為光源。燈84由電源82供電。從燈輸出的光被IR/UV濾光器86過濾并聚集到光導70中。最好在光路中提供光序列發(fā)生器88，從而在便攜裝置1的控制下把進入光導70的光束變成有序的顏色。如圖7所示，連接便攜裝置1和外部光源80的電纜72允許便攜裝置1根據(jù)選擇的顯示模式向光序列發(fā)生器88發(fā)送控制信號。
總之，根據(jù)本發(fā)明的便攜裝置包含適合根據(jù)一個或多個顯示模式形成圖像的光學引擎。便攜裝置的設計使得不同顯示模式之間的改變能夠容易地實現(xiàn)。
盡管已參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本領域的技術(shù)人員應當理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在形式和細節(jié)上作出上述和其它各種變更、省略和偏離。
權(quán)利要求
1.一種便攜裝置，能夠提供用于向觀察者提供圖像的多種可選顯示模式，所述便攜裝置的特征在于，像源，借助于為所述像源提供照明光、以便從所述像源提供輸出光的光源，以及借助于光學配置，用于使所述像源提供的所述輸出光沿著所述光學配置的光路形成圖像，其中所述光學配置適合改變，使得所述圖像形成是基于從所述顯示模式中選取的一種模式。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式包括第一模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在所述光路上而感知圖像；以及第二模式，用于使觀察者能夠感知在設置于所述光路中的表面上形成的圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式包括第一模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在鄰近于所述便攜裝置的光路上而感知圖像；以及第二模式，用于使觀察者能夠感知在鄰近于所述便攜裝置的光路中設置的表面上形成的圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式包括第一模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在鄰近于所述便攜裝置的光路中而感知圖像；以及第二模式，用于使觀察者能夠感知在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中設置的表面上形成的圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式包括第一模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中而感知圖像；以及第二模式，用于使觀察者能夠感知在鄰近于所述便攜裝置的光路中設置的表面上形成的圖像。
6.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式包括第一模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中而感知圖像；以及第二模式，用于使觀察者能夠感知在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中設置的表面上形成的圖像。
7.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式包括第一模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在鄰近于所述便攜裝置的光路中而感知圖像；以及第二模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中而感知圖像。
8.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式包括第一模式，用于使觀察者能夠感知在鄰近于所述便攜裝置的光路中設置的第一表面上形成的圖像；以及第二模式，用于使觀察者能夠感知在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中設置的第二表面上形成的圖像。
9.如權(quán)利要求3所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式還包括第三模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中而感知圖像。
10.如權(quán)利要求3所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式還包括第三模式，用于使觀察者能夠感知在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中設置的另一表面上形成的圖像。
11.如權(quán)利要求10所述的便攜裝置，其特征在于，所述可選顯示模式還包括第四模式，用于使觀察者能夠通過將其眼睛放在與所述便攜裝置相隔一定距離的光路中而感知圖像。
12.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述像源是反射型微顯示器裝置。
13.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述像源是透射型微顯示器裝置。
14.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征在于，所述像源是發(fā)射型微顯示器裝置。
15.如權(quán)利要求2所述的便攜裝置，其特征在于所述光源包括第一照明裝置，由所述便攜裝置內(nèi)設置的一個或多個電池供電，以及第二照明裝置，具有用于向所述便攜裝置傳遞外部光源提供的光束的光導；以及其中當所述選取的一種顯示模式是所述第一模式時，采用所述第一照明裝置向所述像源提供照明光，以及當所述選取的一種顯示模式是所述第二模式時，采用所述第二照明裝置向所述像源提供照明光。
16.如權(quán)利要求10所述的便攜裝置，其特征在于所述光源包括第一照明裝置，由所述便攜裝置內(nèi)設置的一個或多個電池供電，以及第二照明裝置，具有用于向所述便攜裝置傳遞外部光源提供的光束的光導；以及其中當所述選取的一種顯示模式是所述第一模式或所述第二模式時，采用所述第一照明裝置向所述像源提供照明光，以及當所述選取的一種顯示模式是所述第三模式時，采用所述第二照明裝置向所述像源提供照明光。
17.如權(quán)利要求11所述的便攜裝置，其特征在于所述光源包括第一照明裝置，由所述便攜裝置內(nèi)設置的一個或多個電池供電，以及第二照明裝置，具有用于向所述便攜裝置傳遞外部光源提供的光束的光導；以及其中當所述選取的一種顯示模式是所述第一模式、所述第二模式或者所述第四模式時，采用所述第一照明裝置向所述像源提供照明光，以及當所述選取的一種顯示模式是所述第三模式時，采用所述第二照明裝置向所述像源提供照明光。
18.如權(quán)利要求15所述的便攜裝置，其特征在于，所述外部光源包括控制裝置，能夠在下列模式中工作第一工作模式，用于阻止所述外部光源提供的光束被所述光導傳遞到所述便攜裝置，以及第二工作模式，用于使來自所述外部光源的光束能夠被所述光導傳遞到所述便攜裝置，以及其中所述便攜裝置還包括響應所述顯示模式的部件，用于當所述選取的一種顯示模式是所述第一模式時向所述控制裝置發(fā)送信號，以便選擇所述第一工作模式，并且用于當所述選取的一種顯示模式是所述第二模式時選擇所述第二工作模式。
19.如權(quán)利要求1所述的便攜裝置，其特征還在于設置在所述像源附近的偏振裝置，用于在所述照明光中選擇進入所述像源的第一偏振態(tài)，以及在從所述像源輸出的光中選擇第二偏振態(tài)，其中所述第一偏振態(tài)與所述第二偏振態(tài)不同。
20.如權(quán)利要求12所述的便攜裝置，其特征還在于設置在所述像源附近的偏振分束器，用于在所述照明光中選擇進入所述像源的第一偏振態(tài)，以及在從所述像源輸出的光中選擇第二偏振態(tài)，其中所述第一偏振態(tài)與所述第二偏振態(tài)不同。
全文摘要
一種帶有光學引擎的便攜裝置，適合在四種不同模式下從像源形成圖像而使觀察者能夠觀看圖像。像源是微顯示器裝置，可以是反射型、透射型或發(fā)射型的。顯示模式包括近眼顯示(NED)模式、近投影顯示(NPD)模式、提供虛像給遠處的觀察者的窗口模式以及在遠處表面上投影圖像的投影顯示模式。便攜裝置有內(nèi)部光源，用于在前三種模式下提供照明給像源。便攜裝置還適合接收從外部光源輸出的光以用于第四種模式。
文檔編號H04N5/74GK1602447SQ02824489
公開日2005年3月30日 申請日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者S·皮尼馬亞, T·萊沃拉, J·金梅爾, J·維尼卡諾亞 申請人:諾基亞有限公司