专利名称：带有小型虚像显示器的便携式通讯接收机的制作方法
此项发明涉及便携式通讯接收机，更具体地说，涉及带有便携式通讯接收机的可视显示器。
诸如收音机、蜂巢和无绳电话机、寻呼机之类的便携式通讯接收机正变得愈来愈普及。在许多实例中，希望能在接收机上配备一可视显示器，以向操作者提供可视信息。问题是可视显示器需耗用比较高的电力并占用大得足以产生可用显示的大量空间。
例如，在以往的设计中，常常配备采用液晶显示器、直视型发光二极管等可视显示器。这样就制成了很大并且笨重的显示器，大大增加了接收机的尺寸并需耗用较大量电力。
在一个实例中，原有设计采用扫描镜来产生可视显示，但这又需耗用较大量的电力，并且非常复杂而又对冲击敏感。而且扫描镜会在装置中产生振动，这会显著降低视觉上的舒适及适用性。
在一个包含通讯接收机和带有目视孔的小型虚像显示器在内的便携式通讯接收机上，可以实现对上述诸问题的解决及其它一些优点。该显示器在使用时与接收机连接，并且包括用以提供一实像的图象发生装置和用以从该实像产生一可通过目视孔观看的虚像的固定的光学系统。
参见附图
图1A为体现此发明的便携式通讯接收机的透视图;
图1B为沿图1A中线1B-1B所见的简图;
图2A为此发明另一个实施例的与图1相似的透视图;
图2B为沿图2A中线2B-2B所见的简图;
图3为包含在图1的便携式通讯接收机之内的小型虚像显示器的简化示意图;
图4为与图3的小型虚像显示器相连的电子线路的简化框图;
图5为构成图4的电子线路一部分的某些部分剖开的LED阵列的顶视放大图;
图6为表示图1的便携式通讯接收机的操作者所见的典型视域的透视图;
图7、8和9为可用于图1A至2B的便携式通讯接收机的其它小型虚像显示器的与图3相似的另外一些简化示意图;
图10A和10B分别为体现此发明的另一种通讯接收机的透视和侧立面图。
图1A表示带有上面装着小型虚像显示器12的手持式话筒11的便携式通讯接收机10。当然，应当认识到，便携式通讯接收机10可以是任何熟知的便携式接收机，如蜂巢或无绳电话机、对讲机、寻呼机等。在此实施例中，只是为了作说明，便携式通讯接收机10是一种大体上由执勤警官或保安人员携带的那种便携式警用对讲机。便携式通讯接收机10包括用来发送呼叫的控制面板15和视需要而设的指示已呼叫或正在呼叫的号码的标准。可视显示器16。此外，除了可视显示器之外，16还可包括一扬声器。或者16包括扬声器以代替可视显示器。手持式话筒11装有讲话按钮开关17和拾音器18。
参照图1B，图示沿线1B-1B所见的手持式话筒11的简化剖面图。小型虚像显示器12包括图像发生装置21，用来将实像提供给固定的光学系统20，后者再产生可由操作者通过光孔22观看的虚像。固定的光学系统制作得可放大来自图像发生装置21的整个实像，而不用活动部件，使得通过光孔22可见的虚像为看上去很大且易被操作者辨识的完整图像或画面。由于可从装置21的很小的实像产生出虚像，固定的光学系统20可比较小，并且实际上并不要求手持式话筒11体积更大。除了选配的功能如调焦、变焦镜头等之外，光学系统20制作得不带活动部件。而且，装置21只需很少的电力就能产生实像，从而使便携式通讯接收机10所需电力增加很少。
具体参照图2A和2B，图示了第二个实施例，其中相似的部件被标以相同的数字，并且这些数字加有撇号以表示是不同的实施例。在该实施例中，便携式通讯接收机10′带有小型虚像显示器12′，装在机身上而不是手持式话筒11′上。手持式话筒11′是任选的，而这个特定的实施例适合用于不采用或无法使用手持式话筒的场合。小型虚像显示器12′基本上与图1A和1B的小型虚像显示器12类似，并且使接收机10′的尺寸、重量或电能消耗增加得很少。
参照图3，以一简化示意图表示了一种特定的小型虚像显示器。显示器12包括用来在表面23上产生实像的装置21。在该特定的实施例中固定的光学系统20包括一束粘合光纤24和一透镜系统。光纤束24有设在装置21的表面23附近的第一表面25和位于光纤束24另一端的第二表面26。代表透镜系统的透镜28设置得相对于光纤束24的表面26有间距，并且同光纤束24一起产生与通常由透镜28决定的目视孔22有间距的人眼30观看到的虚像。
装置21在图4中作了更详细的图示，并且包括诸如由数据处理电路37驱动的发光二极管(LED)阵列35之类的半导体电子线路。数据处理电路37包括用来控制LED阵列35中每个LED的逻辑和开关电路阵列。除了逻辑和开关阵列之外，数据处理电路37还包括用来处理输入信号以便在诸如LED阵列35之类的器件上产生所需的实像的微处理器或类似电路，或者用微处理器或类似电路代替逻辑和开关阵列。
在这个特定的实施例中，采用LED阵列35是由于可以达到极小的尺寸并且结构和使用都很简单。当然，应当理解，也可以采用其它图像发生装置，包括但并不仅限于激光器、场致发射器件等。具体参照图5，图示了LED阵列35的平面图，其中像素在一块半导体芯片40上呈规则的行列布局。每个像素至少包括一个LED，若需要可带有附加的并列LED以获得更大的亮度和冗余度。通过以熟知的方式按行和列对特定的像素寻址，可以驱动这些特定的像素产生出实像。数字或模拟数据可在输入端38处接收到并由数据处理电路37转换成能够驱动选定的像素以产生预定实像的信号。
精于本行的人们会理解，在图中LED阵列35和半导体芯片40被大大放大了。半导体芯片40的实际大小在每边长几毫米的量级，而每个LED则在每边小至一微米的量级。由于半导体技术减小了芯片尺寸，需要用更大的放大倍率和更小的透镜系统。在提高放大倍率的同时减小透镜的尺寸，就会大大限制视场、显著减小目距并减小透镜系统的工作距离。
光纤束24的表面25设置得邻近LED阵列35，从而可获取其产生的实像并通过光纤将该像传送到表面26。光纤束24沿其长度方向呈锥形，因而表面26处的像比表面25处的实像大。此实施例中的锥度可在表面26处提供一个表面25处的像两倍那么大的像，这相当于两倍的放大倍率。精于本行的人会理解，若需要还可获得更大的放大倍率(锥度)。
透镜28示意性地表示的透镜系统设置得相对于光纤束24的表面26有间距，从而可从表面26获取图像并将其按预定量值进一步放大。在此实施例中，透镜28将图像再放大十倍(10×)，因而来自LED阵列35的实像被放大了总共二十倍。当然，应当认识到，透镜系统的焦距和附加放大倍率可调的，若需要的话，也可以为求简单而固定在一外壳内。由于透镜28从光纤束24获得的图像远大于LED阵列35，透镜系统并不提供全部放大倍率，因而可制作得大些并具有较低的放大倍率。由于尺寸较大，透镜系统就会有较大的视场和较大的工作距离。
目距就是人眼30相对于目视孔22所处的并尚可适宜地观看图像的距离，这个距离在图3中用“d”来标示。由于透镜28的尺寸，目距或者说距离d足以确保舒适的观看，并且在此实施例中若需要可大得足以允许观看者佩戴普通的眼镜。由于操作者可以佩戴普通的视力校正镜(个人用的眼镜)就不再需要调焦或其它可调整的功能，因而虚像显示器12可以制作得很简单和廉价。
图6是手持式话筒11的透视图，表示操作者观看小型虚像显示器12的目视孔22所见到典型视域50。例如，视域50可以是操作者(警察)将要进入的建筑物的楼层平面图。楼层平面图在警察局存档，并且当警察要求帮助时，警察局只需发送预先已存储的平面图即可。同样，小型虚像显示器12可以用来发送失踪者或被通缉的罪犯的照片、地图、极长的通报等。还可能有许多其它应用方式，例如将信息显现在显示器12上的无声的而非有声的接收机操作。
参照图7，用简化示意图表示了另一种特定的小型虚像显示器70。在波导管型虚像显示器70中，与上述装置21类似的图像发生装置71装在用以提供实像的光波导管72的入口端。来自装置71处的实像的光线被斜向引导到第一侧73上的预定区域，并在此处大致沿73和74侧所决定的光路被反射回到第二侧74。三个衍射透镜75、76和77分别装在73和74侧的后续的三个预定区域，反射光线被引导至此。衍射透镜75、76和77提供了所需的放大倍率，因此所需大小的虚像可以在由光波导管72的出口端决定的光孔78处观看到。
参照图8，用一简化示意图表示了另一种特定的小型虚像显示器80。在波导管型虚像显示器80中，与上述装置21类似的图像发生装置81装在用以提供实像的光波导管82的入口端。波导管82大致呈一平行四边形(侧视)，对边83、34及85、86相等并且平行，而不垂直于邻边。83侧决定了入口端并将来自装置81处实像的光线大致沿着由所有四侧边决定的光路引导到相邻的85侧上的预定区域。三个衍射透镜87、88和89分别沿着相邻的85、84和86侧设置在三个预定区域上，经放大的虚像可在86侧上的出口端看到。这个具体实施例说明了一种显示器，其整体尺寸可有所减少，并且波导管的材料用量也有降低以减少重量和所用材料。
参照图9，用一简化的示意图表示了另一种小型虚像显示器90。在波导管型虚像显示器90中，采用了侧剖面大体上呈三角形的光波导管91。与上述装置21类似的用来产生实像的图像发生装置92装在光波导管91第一侧93上，发出一条沿着直接指向装在第二侧95上的衍射透镜94的光路行进的光线。光线从透镜94反射到装在第三侧97上的衍射透镜96。透镜96再将光线反射到装在93侧的光波导管91出口端上的最后一个衍射透镜98，透镜98决定了显示器90的目视孔。在这个具体实施例中，显示器90的各侧边设置得相互成一定角度，使得光线可垂直地分别进入和离开入口端和出口端。
上述小型虚像显示器12在一项同时提交给同一收件人一起审议的题为“小型虚像显示器”的申请中作了更详细的说明。而且，小型虚像显示器70、80和90，同时与此发明结合使用的其它小型虚像显示器一起，在一项同时提交给同一收件人一起审议的题为“波导管型虚像显示器”的申请中作了更详细的说明。
具体参照图10A和10B，分别用透视图和侧剖图表示了体现此发明的另一种通讯接收机100。例如通讯接收机100可包括一个带有以滑动方式装于其上的小型虚像显示器115的寻呼机110。小型虚像显示器115包括一个带有平行分离的117和118侧的光波导管116。类似于图2中装置21的图像发生装置120设置得邻近处于光波导管116一端的入口端。光线相对于117侧成一角度进入光波导管116，并在117和118侧之间多次反射。光波导管116借助预定的分开布置的反射区域决定了其中的光路。
三个衍射光学元件122、123和124沿波导管116设在三个预定的反射区域处，并提供所需量值的放大倍率、像差校正和/或滤色。光线从最后一个衍射光学元件124反射到作为目视孔的出口处，通过目视孔，操作者可看到放大的虚像。在这特定的实施例中，小型虚像显示器115制作得可滑动装在寻呼机110上并可卸下，以减小不使用时的总体尺寸。
应当注意到，在以往的应用中，需要有可视显示器的寻呼机和其它小型接收机尤其受显示器尺寸的限制。通常这类显示器仅限于单行简短的文字，并且显示的尺寸仍然决定着接收机的大小。采用此发明的实施例，就可以配备有几行文字的显示器，并且接收机的尺寸可显著减小。而且，显示更清晰更易读。
如此便介绍了一种经过很大改进的带有小型虚像显示器的便携式通讯接收机，其中装有极小的LED阵列或其它半导体芯片器件。由于采用了小型虚像显示器，该显示器制作得很小并且只需很少的电力。而且，由于虚像显示器的极小的尺寸和电力消耗，它可装入便携式无线通讯设备，而不会显著影响其尺寸和所需电力。这种小型虚像显示器可提供预定的放大倍率，同时又具有足够的目距和透镜工作距离以产生舒适的可观看的虚像。而且，产生整个虚像不需要用任何活动部件或消耗电力的电机等。此外，作为小型虚像显示器一部分的电子线路可以产生出各种可由操作者方便且舒适地观看的很小的实像。这个很小的实像被放大成便于操作者察看的大的虚像。
权利要求
1.带有小型虚像显示器的便携式通讯接收机，其特点是便携式通讯接收机(10)；和电路与便携式通讯接收机(10)相连并带有目视孔(22)的小型虚像显示器(12)，该显示器包括用以提供实像的图像发生装置(21)，和设在图像发生装置(21)附近以从其获取实像、放大图像并在目视孔(22)处产生虚像的光学系统(20)，光学系统(20)可产生足以使人方便地通过目视孔(22)察看虚像的放大倍率。
2.权利要求1所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于光学系统(20)包括一束决定一第一(25)和一第二(26)表面并呈锥形以从第一表面(25)至第二表面(26)实现预定的放大倍率的光纤，这束光纤设置得使第一表面(25)与装置(21)所提供的实像邻近，而透镜系统(28)设置得邻近这束光纤(24)以从其第二表面(26)获取图象、进一步放大图象并在目视孔(22)处产生虚像。
3.权利要求2所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于这束光纤的锥度足以提供至少两倍的放大倍率。
4.权利要求2所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于透镜系统(28)制作得可进一步将图像放大至少十倍。
5.权利要求1所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于提供实像的装置(21)制作在一块半导体芯中(40)上。
6.权利要求5所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于提供实像的装置(21)包括一发光二极管阵列(35)。
7.权利要求1所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于与提供实像的装置(21)及便携式通讯接收机(10)相连的图像发生电子线路(37)，装置(21)根据从便携式通讯接收机(10)获取的信号产生实像。
8.权利要求1所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于提供实像的装置(21)包括一液晶显示器。
9.权利要求1所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于提供实像的装置(21)包括一半导体激光器。
10.权利要求1所述带有小型虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，其特点还在于便携式通讯接收机为一寻呼机(100)。
全文摘要
带有虚像显示器(12)的便携式通讯接收机(10)，显示器包括提供实像的半导体阵列(35)和用来接收该实像并在目视孔(22)外产生虚像的光学系统。电子线路(37)与阵列(35)连接，以根据接收机(10)所接收到的信息产生实像。显示器(12)小得足以装入手持式话筒(11)中，供操作者在使用话筒(11)时观看。
文档编号H04M1/02GK1071291SQ92109239
公开日1993年4月21日 申请日期1992年8月7日 优先权日1991年9月30日
发明者约翰·宋, 柯蒂斯·D·莫耶, 卡伦·E·杰西摩威克兹 申请人:莫托罗拉公司