專利名稱：帶有小型虛像顯示器的便攜式通訊接收機的制作方法
此項發(fā)明涉及便攜式通訊接收機，更具體地說，涉及帶有便攜式通訊接收機的可視顯示器。
諸如收音機、蜂巢和無繩電話機、尋呼機之類的便攜式通訊接收機正變得愈來愈普及。在許多實例中，希望能在接收機上配備一可視顯示器，以向操作者提供可視信息。問題是可視顯示器需耗用比較高的電力并占用大得足以產(chǎn)生可用顯示的大量空間。
例如，在以往的設計中，常常配備采用液晶顯示器、直視型發(fā)光二極管等可視顯示器。這樣就制成了很大并且笨重的顯示器，大大增加了接收機的尺寸并需耗用較大量電力。
在一個實例中，原有設計采用掃描鏡來產(chǎn)生可視顯示，但這又需耗用較大量的電力，并且非常復雜而又對沖擊敏感。而且掃描鏡會在裝置中產(chǎn)生振動，這會顯著降低視覺上的舒適及適用性。
在一個包含通訊接收機和帶有目視孔的小型虛像顯示器在內(nèi)的便攜式通訊接收機上，可以實現(xiàn)對上述諸問題的解決及其它一些優(yōu)點。該顯示器在使用時與接收機連接，并且包括用以提供一實像的圖象發(fā)生裝置和用以從該實像產(chǎn)生一可通過目視孔觀看的虛像的固定的光學系統(tǒng)。
參見附圖

圖1A為體現(xiàn)此發(fā)明的便攜式通訊接收機的透視圖;
圖1B為沿圖1A中線1B-1B所見的簡圖;
圖2A為此發(fā)明另一個實施例的與圖1相似的透視圖;
圖2B為沿圖2A中線2B-2B所見的簡圖;
圖3為包含在圖1的便攜式通訊接收機之內(nèi)的小型虛像顯示器的簡化示意圖;
圖4為與圖3的小型虛像顯示器相連的電子線路的簡化框圖;
圖5為構(gòu)成圖4的電子線路一部分的某些部分剖開的LED陣列的頂視放大圖;
圖6為表示圖1的便攜式通訊接收機的操作者所見的典型視域的透視圖;
圖7、8和9為可用于圖1A至2B的便攜式通訊接收機的其它小型虛像顯示器的與圖3相似的另外一些簡化示意圖;
圖10A和10B分別為體現(xiàn)此發(fā)明的另一種通訊接收機的透視和側(cè)立面圖。
圖1A表示帶有上面裝著小型虛像顯示器12的手持式話筒11的便攜式通訊接收機10。當然，應當認識到，便攜式通訊接收機10可以是任何熟知的便攜式接收機，如蜂巢或無繩電話機、對講機、尋呼機等。在此實施例中，只是為了作說明，便攜式通訊接收機10是一種大體上由執(zhí)勤警官或保安人員攜帶的那種便攜式警用對講機。便攜式通訊接收機10包括用來發(fā)送呼叫的控制面板15和視需要而設的指示已呼叫或正在呼叫的號碼的標準?？梢曪@示器16。此外，除了可視顯示器之外，16還可包括一揚聲器?；蛘?6包括揚聲器以代替可視顯示器。手持式話筒11裝有講話按鈕開關17和拾音器18。
參照圖1B，圖示沿線1B-1B所見的手持式話筒11的簡化剖面圖。小型虛像顯示器12包括圖像發(fā)生裝置21，用來將實像提供給固定的光學系統(tǒng)20，后者再產(chǎn)生可由操作者通過光孔22觀看的虛像。固定的光學系統(tǒng)制作得可放大來自圖像發(fā)生裝置21的整個實像，而不用活動部件，使得通過光孔22可見的虛像為看上去很大且易被操作者辨識的完整圖像或畫面。由于可從裝置21的很小的實像產(chǎn)生出虛像，固定的光學系統(tǒng)20可比較小，并且實際上并不要求手持式話筒11體積更大。除了選配的功能如調(diào)焦、變焦鏡頭等之外，光學系統(tǒng)20制作得不帶活動部件。而且，裝置21只需很少的電力就能產(chǎn)生實像，從而使便攜式通訊接收機10所需電力增加很少。
具體參照圖2A和2B，圖示了第二個實施例，其中相似的部件被標以相同的數(shù)字，并且這些數(shù)字加有撇號以表示是不同的實施例。在該實施例中，便攜式通訊接收機10′帶有小型虛像顯示器12′，裝在機身上而不是手持式話筒11′上。手持式話筒11′是任選的，而這個特定的實施例適合用于不采用或無法使用手持式話筒的場合。小型虛像顯示器12′基本上與圖1A和1B的小型虛像顯示器12類似，并且使接收機10′的尺寸、重量或電能消耗增加得很少。
參照圖3，以一簡化示意圖表示了一種特定的小型虛像顯示器。顯示器12包括用來在表面23上產(chǎn)生實像的裝置21。在該特定的實施例中固定的光學系統(tǒng)20包括一束粘合光纖24和一透鏡系統(tǒng)。光纖束24有設在裝置21的表面23附近的第一表面25和位于光纖束24另一端的第二表面26。代表透鏡系統(tǒng)的透鏡28設置得相對于光纖束24的表面26有間距，并且同光纖束24一起產(chǎn)生與通常由透鏡28決定的目視孔22有間距的人眼30觀看到的虛像。
裝置21在圖4中作了更詳細的圖示，并且包括諸如由數(shù)據(jù)處理電路37驅(qū)動的發(fā)光二極管(LED)陣列35之類的半導體電子線路。數(shù)據(jù)處理電路37包括用來控制LED陣列35中每個LED的邏輯和開關電路陣列。除了邏輯和開關陣列之外，數(shù)據(jù)處理電路37還包括用來處理輸入信號以便在諸如LED陣列35之類的器件上產(chǎn)生所需的實像的微處理器或類似電路，或者用微處理器或類似電路代替邏輯和開關陣列。
在這個特定的實施例中，采用LED陣列35是由于可以達到極小的尺寸并且結(jié)構(gòu)和使用都很簡單。當然，應當理解，也可以采用其它圖像發(fā)生裝置，包括但并不僅限于激光器、場致發(fā)射器件等。具體參照圖5，圖示了LED陣列35的平面圖，其中像素在一塊半導體芯片40上呈規(guī)則的行列布局。每個像素至少包括一個LED，若需要可帶有附加的并列LED以獲得更大的亮度和冗余度。通過以熟知的方式按行和列對特定的像素尋址，可以驅(qū)動這些特定的像素產(chǎn)生出實像。數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)可在輸入端38處接收到并由數(shù)據(jù)處理電路37轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動選定的像素以產(chǎn)生預定實像的信號。
精于本行的人們會理解，在圖中LED陣列35和半導體芯片40被大大放大了。半導體芯片40的實際大小在每邊長幾毫米的量級，而每個LED則在每邊小至一微米的量級。由于半導體技術(shù)減小了芯片尺寸，需要用更大的放大倍率和更小的透鏡系統(tǒng)。在提高放大倍率的同時減小透鏡的尺寸，就會大大限制視場、顯著減小目距并減小透鏡系統(tǒng)的工作距離。
光纖束24的表面25設置得鄰近LED陣列35，從而可獲取其產(chǎn)生的實像并通過光纖將該像傳送到表面26。光纖束24沿其長度方向呈錐形，因而表面26處的像比表面25處的實像大。此實施例中的錐度可在表面26處提供一個表面25處的像兩倍那么大的像，這相當于兩倍的放大倍率。精于本行的人會理解，若需要還可獲得更大的放大倍率(錐度)。
透鏡28示意性地表示的透鏡系統(tǒng)設置得相對于光纖束24的表面26有間距，從而可從表面26獲取圖像并將其按預定量值進一步放大。在此實施例中，透鏡28將圖像再放大十倍(10×)，因而來自LED陣列35的實像被放大了總共二十倍。當然，應當認識到，透鏡系統(tǒng)的焦距和附加放大倍率可調(diào)的，若需要的話，也可以為求簡單而固定在一外殼內(nèi)。由于透鏡28從光纖束24獲得的圖像遠大于LED陣列35，透鏡系統(tǒng)并不提供全部放大倍率，因而可制作得大些并具有較低的放大倍率。由于尺寸較大，透鏡系統(tǒng)就會有較大的視場和較大的工作距離。
目距就是人眼30相對于目視孔22所處的并尚可適宜地觀看圖像的距離，這個距離在圖3中用“d”來標示。由于透鏡28的尺寸，目距或者說距離d足以確保舒適的觀看，并且在此實施例中若需要可大得足以允許觀看者佩戴普通的眼鏡。由于操作者可以佩戴普通的視力校正鏡(個人用的眼鏡)就不再需要調(diào)焦或其它可調(diào)整的功能，因而虛像顯示器12可以制作得很簡單和廉價。
圖6是手持式話筒11的透視圖，表示操作者觀看小型虛像顯示器12的目視孔22所見到典型視域50。例如，視域50可以是操作者(警察)將要進入的建筑物的樓層平面圖。樓層平面圖在警察局存檔，并且當警察要求幫助時，警察局只需發(fā)送預先已存儲的平面圖即可。同樣，小型虛像顯示器12可以用來發(fā)送失蹤者或被通緝的罪犯的照片、地圖、極長的通報等。還可能有許多其它應用方式，例如將信息顯現(xiàn)在顯示器12上的無聲的而非有聲的接收機操作。
參照圖7，用簡化示意圖表示了另一種特定的小型虛像顯示器70。在波導管型虛像顯示器70中，與上述裝置21類似的圖像發(fā)生裝置71裝在用以提供實像的光波導管72的入口端。來自裝置71處的實像的光線被斜向引導到第一側(cè)73上的預定區(qū)域，并在此處大致沿73和74側(cè)所決定的光路被反射回到第二側(cè)74。三個衍射透鏡75、76和77分別裝在73和74側(cè)的后續(xù)的三個預定區(qū)域，反射光線被引導至此。衍射透鏡75、76和77提供了所需的放大倍率，因此所需大小的虛像可以在由光波導管72的出口端決定的光孔78處觀看到。
參照圖8，用一簡化示意圖表示了另一種特定的小型虛像顯示器80。在波導管型虛像顯示器80中，與上述裝置21類似的圖像發(fā)生裝置81裝在用以提供實像的光波導管82的入口端。波導管82大致呈一平行四邊形(側(cè)視)，對邊83、34及85、86相等并且平行，而不垂直于鄰邊。83側(cè)決定了入口端并將來自裝置81處實像的光線大致沿著由所有四側(cè)邊決定的光路引導到相鄰的85側(cè)上的預定區(qū)域。三個衍射透鏡87、88和89分別沿著相鄰的85、84和86側(cè)設置在三個預定區(qū)域上，經(jīng)放大的虛像可在86側(cè)上的出口端看到。這個具體實施例說明了一種顯示器，其整體尺寸可有所減少，并且波導管的材料用量也有降低以減少重量和所用材料。
參照圖9，用一簡化的示意圖表示了另一種小型虛像顯示器90。在波導管型虛像顯示器90中，采用了側(cè)剖面大體上呈三角形的光波導管91。與上述裝置21類似的用來產(chǎn)生實像的圖像發(fā)生裝置92裝在光波導管91第一側(cè)93上，發(fā)出一條沿著直接指向裝在第二側(cè)95上的衍射透鏡94的光路行進的光線。光線從透鏡94反射到裝在第三側(cè)97上的衍射透鏡96。透鏡96再將光線反射到裝在93側(cè)的光波導管91出口端上的最后一個衍射透鏡98，透鏡98決定了顯示器90的目視孔。在這個具體實施例中，顯示器90的各側(cè)邊設置得相互成一定角度，使得光線可垂直地分別進入和離開入口端和出口端。
上述小型虛像顯示器12在一項同時提交給同一收件人一起審議的題為“小型虛像顯示器”的申請中作了更詳細的說明。而且，小型虛像顯示器70、80和90，同時與此發(fā)明結(jié)合使用的其它小型虛像顯示器一起，在一項同時提交給同一收件人一起審議的題為“波導管型虛像顯示器”的申請中作了更詳細的說明。
具體參照圖10A和10B，分別用透視圖和側(cè)剖圖表示了體現(xiàn)此發(fā)明的另一種通訊接收機100。例如通訊接收機100可包括一個帶有以滑動方式裝于其上的小型虛像顯示器115的尋呼機110。小型虛像顯示器115包括一個帶有平行分離的117和118側(cè)的光波導管116。類似于圖2中裝置21的圖像發(fā)生裝置120設置得鄰近處于光波導管116一端的入口端。光線相對于117側(cè)成一角度進入光波導管116，并在117和118側(cè)之間多次反射。光波導管116借助預定的分開布置的反射區(qū)域決定了其中的光路。
三個衍射光學元件122、123和124沿波導管116設在三個預定的反射區(qū)域處，并提供所需量值的放大倍率、像差校正和/或濾色。光線從最后一個衍射光學元件124反射到作為目視孔的出口處，通過目視孔，操作者可看到放大的虛像。在這特定的實施例中，小型虛像顯示器115制作得可滑動裝在尋呼機110上并可卸下，以減小不使用時的總體尺寸。
應當注意到，在以往的應用中，需要有可視顯示器的尋呼機和其它小型接收機尤其受顯示器尺寸的限制。通常這類顯示器僅限于單行簡短的文字，并且顯示的尺寸仍然決定著接收機的大小。采用此發(fā)明的實施例，就可以配備有幾行文字的顯示器，并且接收機的尺寸可顯著減小。而且，顯示更清晰更易讀。
如此便介紹了一種經(jīng)過很大改進的帶有小型虛像顯示器的便攜式通訊接收機，其中裝有極小的LED陣列或其它半導體芯片器件。由于采用了小型虛像顯示器，該顯示器制作得很小并且只需很少的電力。而且，由于虛像顯示器的極小的尺寸和電力消耗，它可裝入便攜式無線通訊設備，而不會顯著影響其尺寸和所需電力。這種小型虛像顯示器可提供預定的放大倍率，同時又具有足夠的目距和透鏡工作距離以產(chǎn)生舒適的可觀看的虛像。而且，產(chǎn)生整個虛像不需要用任何活動部件或消耗電力的電機等。此外，作為小型虛像顯示器一部分的電子線路可以產(chǎn)生出各種可由操作者方便且舒適地觀看的很小的實像。這個很小的實像被放大成便于操作者察看的大的虛像。
權(quán)利要求
1.帶有小型虛像顯示器的便攜式通訊接收機，其特點是便攜式通訊接收機(10)；和電路與便攜式通訊接收機(10)相連并帶有目視孔(22)的小型虛像顯示器(12)，該顯示器包括用以提供實像的圖像發(fā)生裝置(21)，和設在圖像發(fā)生裝置(21)附近以從其獲取實像、放大圖像并在目視孔(22)處產(chǎn)生虛像的光學系統(tǒng)(20)，光學系統(tǒng)(20)可產(chǎn)生足以使人方便地通過目視孔(22)察看虛像的放大倍率。
2.權(quán)利要求1所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于光學系統(tǒng)(20)包括一束決定一第一(25)和一第二(26)表面并呈錐形以從第一表面(25)至第二表面(26)實現(xiàn)預定的放大倍率的光纖，這束光纖設置得使第一表面(25)與裝置(21)所提供的實像鄰近，而透鏡系統(tǒng)(28)設置得鄰近這束光纖(24)以從其第二表面(26)獲取圖象、進一步放大圖象并在目視孔(22)處產(chǎn)生虛像。
3.權(quán)利要求2所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于這束光纖的錐度足以提供至少兩倍的放大倍率。
4.權(quán)利要求2所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于透鏡系統(tǒng)(28)制作得可進一步將圖像放大至少十倍。
5.權(quán)利要求1所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于提供實像的裝置(21)制作在一塊半導體芯中(40)上。
6.權(quán)利要求5所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于提供實像的裝置(21)包括一發(fā)光二極管陣列(35)。
7.權(quán)利要求1所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于與提供實像的裝置(21)及便攜式通訊接收機(10)相連的圖像發(fā)生電子線路(37)，裝置(21)根據(jù)從便攜式通訊接收機(10)獲取的信號產(chǎn)生實像。
8.權(quán)利要求1所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于提供實像的裝置(21)包括一液晶顯示器。
9.權(quán)利要求1所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于提供實像的裝置(21)包括一半導體激光器。
10.權(quán)利要求1所述帶有小型虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，其特點還在于便攜式通訊接收機為一尋呼機(100)。
全文摘要
帶有虛像顯示器(12)的便攜式通訊接收機(10)，顯示器包括提供實像的半導體陣列(35)和用來接收該實像并在目視孔(22)外產(chǎn)生虛像的光學系統(tǒng)。電子線路(37)與陣列(35)連接，以根據(jù)接收機(10)所接收到的信息產(chǎn)生實像。顯示器(12)小得足以裝入手持式話筒(11)中，供操作者在使用話筒(11)時觀看。
文檔編號H04M1/02GK1071291SQ92109239
公開日1993年4月21日 申請日期1992年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月30日
發(fā)明者約翰·宋, 柯蒂斯·D·莫耶, 卡倫·E·杰西摩威克茲 申請人:莫托羅拉公司