带有可视图像显示的袖珍电源的制作方法

专利名称：带有可视图像显示的袖珍电源的制作方法
技术领域：
本发明一般是关于袖珍电路，特别是涉及一种为袖珍电路设计的带有可视图像显示的附属电源。
袖珍通信收发信机，例如蜂窝式电话、无绳电话、寻呼机以及诸如此类的设备正变得日趋流行。在某些情况下，有可能利用新颖的寻呼机来发送完整的消息，包括字母-数字和/或图形。在很多情况下，希望在通信收发信机中提供可视显示，把可视的消息或图形图像提供给操作者。问题是，在采用过去技术的通信接收机上的可视显示在尺寸上非常有限，并且需要相当高的电功率和足够大的区域来产生有效的显示。
以前的技术，例如，通常采用液晶显示，直接可视的发光二极管等来提供可视显示。它们使显示大而笨重，大大增加了收发信机的尺寸，而且需要相当大的功率。进一步讲，当这些显示被用在小型电路，如寻呼机上时，会大大限制所能接收到的消息的数量。
在一种情况下，以前的技术包括一个扫描镜(scanning mirror)，来产生一个可视显示，但这又需要相当大的功率，非常复杂，并且对震动敏感。而且，扫描镜在部件内引起的震动会显著降低视觉的舒适性和可接受性。
把小型可视图像显示与袖珍电路结合在一起的愿望，以及与此同时很多人对在接收和发射信息时能具有更大的灵活性的兴趣，提高了人们对有关得到这种灵活性所需的硬件基本成本的关注。在这种情况下，现有设备的附件和/或另外添加件就成为人们关注的焦点，要求这些件既能使很多人把费用降到最低限度，又能使人们在产生了改进现有设备技术性能的需要时，能购买另外的附件和/或另外添加件。
这样，作为一种袖珍电路的附件，即带有小型可视图像显示(例如小型虚拟图像显示)的设备，将会有很大优点。
本发明的一个目的是为现有袖珍电路提供一个新的、改进的袖珍电源，它包括一个小型的可视图像显示，例如一个小型的虚拟图像显示。
本发明的另一个目的是为现有的带有小型可视图像显示的袖珍电路提供一种新的、改进的袖珍电源，在这种袖珍电源中，显示模块作为现有袖珍电路的附加电源的延续部分。
本发明还有一个目的是为带有小型可视图像显示的现有袖珍电路提供一种新的和改进的袖珍电源，这种袖珍电源和袖珍电路是易于连接和拆卸的。
本发明的另一个目的是为带有小型可视图像显示的现有袖珍电路提供一种新的和改进的袖珍电源，这种袖珍电源带有一个可根据各个使用者的意愿来调节的观察孔径(view aperture)。
上述问题至少已部分得到解决，上面的目的在用于袖珍电路的袖珍电源中已被实现，该电源包括一个外壳和一个装在外壳上的小型可视图像显示，后者附装于外壳后能定位成弹出工作状态和缩回非工作状态。袖珍电源能借助易于连接和拆卸的结构，与袖珍电路实现机械和电气附装。在操作中，袖珍电路，例如蜂窝式电话，将被定位成使袖珍电源能与小型可视图像显示实现机械和电气连接，从而用作袖珍电路的电源，并允许在袖珍电路和可视图像显示间传输数据。小型可视图像显示包括一个可按使用者意愿随意调整的观察孔径，当小型可视图像显示处于工作状态时，这个观察孔径被定位在使用者视线之内。在最佳实施例中，小型可视图像显示包括一个图像产生装置和一个固定的光学系统，前者提供一个二维的完整图像，后者利用该完整图像来产生一个通过观察孔径可观察的和可感觉的虚拟图像。袖珍电源的小型可视图像显示包括它和袖珍电路间的图形用户接口。
在权利要求中陈述了被认定为特征的本发明的新颖特点，然而，可参考后面带有附图的详细说明来更好地了解本发明本身以及它的特点和优点，这里

图1是一个袖珍蜂窝式电话的透视图，该电话附装有一个根据本发明设计的、并作为第一实施例的带有可视图像显示的袖珍电源；图2是一张类似图1的蜂窝式电话和小型可视图像显示在闭合位置的顶视图；图3是类似于图1的蜂窝式电话的侧视图，该电话处于本发明的袖珍电源实现机械与电气连接之前的位置；图4是一张按此发明设计的带有小型可视图像显示的袖珍电源的透视图；图5是一张沿图4中的线段5-5剖开的、按此发明设计的带有小型可视图像显示的袖珍电源的横截面图；图6是一个袖珍蜂窝式电话附有一个按此发明设计的、作为第二实施例的带有可视图像显示的袖珍电源透视图；图7是一张图6按此发明设计的带有可视图像显示并处于闭合位置的袖珍电源的横截面图；图8是按此发明设计的袖珍电源的小型可视显示的简明示意图；图9是图8中装置的一部分的简明方框图；图10是图9中装置的一部分的顶视图；图11、12和13分别是根据本发明的带有小型可视显示的袖珍电源部分的顶、前和侧视图；图14是图13装置的放大侧视图；图15是一张按此发明为带有小型可视显示的袖珍电源设计的另一种可视显示的方框图；图16是一张透视图，用来表示当带有小型可视图像显示的袖珍电源的操作者共同使用图1中所示的袖珍通信收发信机时，他们眼中典型的视图。
现在来看图，图1-3图解表示了一个袖珍通信收发信机10安装在此发明的带有可视图像显示的袖珍电源12内。应该懂得，袖珍通信收发信机10的图解用来解释这里描述的带有可视图像显示的袖珍电源12的第一和第二实施例，而不打算作为一个单独的发明设备来单独讲解。着重来看图1，带有可视图像显示的袖珍电源12包括一个在其中安放显示部件的外壳14和一个用来安放袖珍通信收发信机10的平台15。在最佳实施例中，小型可视图像显示被描述成一种小型虚拟图像显示(马上要讨论)。应该懂得，另一方面，小型可视图像显示依据设计带有小型可视图像显示的袖珍电源附件12的意图可以是一种直观显示(direct view display)(图中未表示)。简单地说，被阐释为袖珍电源12的一部分的小型可视图像显示在本文中应指的是一种小型虚拟图像显示16。在这个实施例中，小型虚拟图像显示16是被安装成可旋转和缩回的，以便在外壳14上形成的开口17内允许它在工作和缩回位置间运动。当不工作时，小型虚拟图像显示16被袖珍电源12的外壳14包围和保护起来，我们看不到它，如图2和图3所示。小型虚拟图像显示16也可被包围在它自己的外壳内，外壳上有一个保护窗，从而允许使用者可以手动调节观察孔径的朝向，通过观察孔径来观看图像。外壳的空间容积和安装方法应能使虚拟图像显示16不工作时，可以完全缩回到外壳14中。应该懂得，在被图解说明的实施例中，提供了密封开口17的方法，例如有弹性的防尘板25(如图5所示)，固定在开口17和小型虚拟图像16之间，以防止灰尘、潮气等进入外壳14上的开口17，影响电路和其它部件。
在工作期间，小型虚拟图像显示16被定位在打开或“弹出(pop-up)”位置，如图1所示。一旦袖珍通信收发信机10的使用者把袖珍通信收发信机10安装在袖珍电源12的支撑平台15上(在图4中表示为单独的，并且与袖珍通信收发信机分开)，从而这两个部件在电气上有了接口时，只要整个装置保持恰当的位置，小型虚拟图像显示16会被调节为在操作者视线内是与小型虚拟图像显示16的观察孔径齐平的位置(后面马上讨论)。因此，在这个实施例中，小型虚拟图像显示16被安装成可以轴为中心而转动，以便旋转调节方位和升降。小型虚拟图像显示16的转动是围绕着垂直于外壳14的可操作部分的轴(后面马上讨论)和借助升降外壳14可操作部分而进行的。更明确地讲，小型虚拟图像显示16被安装成可绕轴旋转，即允许围绕两个正交的轴运动，明确地讲就是相对于袖珍通信收发信机10的机身作上/下/左/右的旋转运动，取决于使用者对收发信机10的定位，此时小型虚拟图像显示16处于打开或“弹出”状态。一旦为某一给定用户调整好显示16的方位角和俯仰角后，对这位用户来说，显示装置弹出在一种“准备使用”位置。
如上所述，我们打算使带有小型可视图像显示的袖珍电源12能在所有袖珍电路上使用，例如袖珍通信收发信机10。当然应该知道，袖珍通信收发信机10只是用来作为图解说明目的，而带有小型可视图像显示的袖珍电源可作为一个附件或添加的部件，对所有众所周知的通信收发信机，如蜂窝式电话、无绳电话、双向无线电台、寻呼机或其它市场上流行的电路都是可用的。另外，带有小型可视图像显示的袖珍电源12也可用在其它袖珍电路上，在那里，虚拟图像显示可能是非常有益的，例如一种袖珍智能卡阅读器，如在美国专利申请中揭示的那样，序列号08/625,654，标题为“带有可视图像显示的智能卡阅读器”，签署于1996年3月29日，授予同一申请者，这里引用供参考。如前所述，在本实施例中，仅作为解释的目的，袖珍通信收发信机10为一个袖珍蜂窝式电话。
一般来说，袖珍通信收发信机10包括一个用来发出呼叫的控制面板和一个用来指示被呼叫的号码和正在呼叫的号码等等的标准可视显示(如果需要的话)。在袖珍通信收发信机10中通常规定了一种电气接口的方法，从而和外部电源，典型上是外部电池电源或充电站，进行电气上的联系。这意味着外部部件的电气接口通常是作为一种电气接口连接或“安装插槽”来构成，在袖珍通信收发信机10上有凹陷的接口，而作为匹配，在外部附件电源或充电站有凸出的接口。典型情况是，由操作者手持袖珍通信收发信机10，耳朵可听到声音，同时操作者可对麦克风讲话。当本发明的袖珍电源12与袖珍通信收发信机10进行电气接口时，该单元仍被手持，同时操作者可通过小型虚拟图像显示16来观察虚拟图像。
袖珍电源12的外壳14还带有电路(electronics)(后面马上讨论)作为附属电源，同最近市场上的标准电池电源类似。应当理解，当把袖珍电源12阐述为包括一个电源，例如一个电池时，通过这个阐释可预料小型虚拟图形显示16可被包括在另一种不包括电源的附属部件中。在这种情况下，与袖珍通信收发信机10构成一个整体的电源用于另外向小型虚拟图像显示16供电。
在袖珍电源12的外壳14上提供了多个用户接口控制18，当带有小型虚拟图像显示16的袖珍电源12与袖珍通信收发信机10进行电气联接时，用户接口控制18通过电气联接提供对小型虚拟图像显示16的控制。用户接口控制18包括一些标准操作，例如开/关(OFF-ON)控制，可使显示16“弹出”到准备使用位置，并进入标准图形用户接口(GUIs)，又如在小型虚拟图像显示16内与光标电子产品进行虚拟光标图形接口，利用多种定向运动控制键，例如手指控制器件、小型轨迹球或触摸板等进行控制。
根据要使用的特定袖珍电路来制造袖珍电源12，要使它和袖珍电路容易连接和断开(在物理和电气上)。本阐述中使用的术语“容易连接和断开”的意思是操作者不需要专门的工具和知识就能快速分开和重新连接。着重来看图3，图解说明的是袖珍通信收发信机10和袖珍电源12两部件在配对和/或相互连接前的侧视图。如这个特定实施例所图解说明的那样，袖珍电源12通过一个如前所述的电气连接接口或安装插头19机械地附装于袖珍通信收发信机10，并且与袖珍通信收发信机电气连接。尤其在这个实施例中，通常是在附属部件例如袖珍电源上提供一个凸出的插头接口，相应地在袖珍通信收发信机10上提供一个凹进的接口(图中未表示)，这个凹进的接口可用来安装凸出的插头接口。通过人工地把两个部件插在一起这种简单的电气连接方式来完成袖珍通信收发信机10和袖珍电源12的电气连接。当然，应当理解，在袖珍收发信机10和袖珍电源12间提供了另外的牢固的连接，例如凸出的咬入连接或匹配互锁结构20，上述连接在一个更精练的实施例中，另外可用作部件间的电气连接接口。另外，为了允许在外部充电站等之内为整机定位，在袖珍电源12上提供了一个凹进的安装插槽21(图1和图4中说明)。
因而，整机、袖珍通信收发信机10和袖珍电源12可装在一个简便的箱子中一起携带。当不需要整个小型虚拟图像显示16时，两部分可拆开并单独携带，每个部分可夹在带子上，装在口袋中或钱夹中等等。更进一步讲，当带有小型虚拟图像显示16的袖珍电源12与袖珍通信收发信机10安装在一起时，用户可收到更多的消息(即传真、电话号码、图像、电子邮件等)。袖珍通信收发信机10本身是一种体积很小、低功耗，重量轻的设备，当和带有小型虚拟图像显示16的袖珍电源12连接后，保持了它重量轻的特点，但用户仍具有全部接收和发射能力以及电话服务。典型情况是，袖珍通信收发信机10中已经装有一个电源，从而成为一个独立的操作单元，当连接上按本发明设计的作为附件或另添加部件的袖珍电源12时，就额外具有了附加电源的好处，同时也具有了小型虚拟图像显示16。
在最佳实施例中，袖珍电源12被设计成能包括小型虚拟图像显示16。为了有助于理解本发明的这个部件，在图5中图解表示了从图4中线段5-5看过去的、包括小型虚拟图像显示16的整个袖珍电源12的简明横截面图。小型虚拟图像显示16包括一个图像产生装置22(后面马上讨论)，用来把一幅完整的图像提供给固定光学系统24，接下来该光学系统产生一个供操作者通过孔径26观看的虚拟图像。固定光学系统24是用来放大来自图像产生装置22的整个完整的图像，它不要利用移动部件就可使通过孔径26观看到的虚拟图像看起来非常大，让操作者很容易分辨。
由于从图像产生装置22的非常小的图像可产生一个很大放大倍数(大于×10)的虚拟图像，所以固定光学系统24可做得相当小。光学系统24中没有设计可移动部件，而有一些可选择的零件，如聚焦透镜、变焦透镜、旋转定位件(前面讨论过)等等。此外，图像产生装置22需要很小的电功率来产生一幅完整的图像，因而袖珍电源12的功率足以支持袖珍通信收发信机10和小型虚拟图像显示16运作。在作为封盖光学系统24的小型虚拟图像显示16的外表面上装有保护镜或封盖28，以防止光学系统24受磨擦、灰尘等的影响，还起到了过滤部件的作用，从而增强了使用者所看到的图像。另一方面，光学系统24的最外面的光学部件的外表面被涂覆上一层抗磨损的涂层，如镁的氟化物，以保护光学部件免受磨损。
如图所示，图像产生装置22通常安装在印刷电路板30上，例如一个标准的FR4 PCB或有图案的薄层玻璃，并且在其上另外安装了多个驱动电路32。一般来说，如示意图所示，安装插头19采用一些技术上流行使用的大家熟知的标准电气接口类型与PCB板34、电路35和小型虚拟图像显示16进行电气连接，包括使用多条可弯曲的电缆36，如图5所示。
如图5所示，在第一实施例中，小型虚拟图像显示16作为一个器件被可调整地安装在一个基本上是平面的平面件29上，平面件29被可旋转地安装在外壳14的可操作部分31上，以便调整小型虚拟图像显示16，使它大体上与可操作部分31在空间上一起伸展，从而可沿着多个轴运动，更明确地说，就是小型虚拟图像16相对于外壳14作上/下/左/右的运动，以使观察孔径26调整到使用者视线内的最佳位置。应当理解，平面件29可以成为一个单独的件，可以作为小型虚拟图像显示16的一个部件，或者反过来说，也可以作为外壳14的可操作部分31的底面。
现在看图6和图7，图示的是本发明带有小型可视图像显示的袖珍电源的第二实施例。应当注意到与图1-5中所示的部件类似，所有的部件被表示为相同的号码，在号码右上角加上一个撇号来表明是不同的实施例。着重看图6，图示的是根据第二实施例，袖珍通信收发信机10′与带有小型可视图像显示的袖珍电源12′相连接。如图所示，袖珍通信收发信机10′已经构成一个部分，即，一个低的“可翻动的”部分，当收发信机10′处在闭合、并处于非工作状态时，它作为收发信机10′的麦克风和/或保护盖。因此，一个小型可视图像显示，尤其是带有小型可视图像显示的袖珍电源12′的小型虚拟图像显示16′，当袖珍通信收发信机10′工作时，在使用者的视线范围内，把它们定位成与观察孔径26′对齐，此时“可翻动的”部分处于打开位置。应当了解，当袖珍通信收发信机10′被表明有一个“可翻动的”部分时，据估计，不带有“可翻动的”部分的袖珍电源12′可用于袖珍通信收发信机。如图6所示，袖珍电源12′的观察孔径26′可滑动地安装在外壳14′内，特别是小型虚拟图像显示16′也可安装在外壳14′的可操作部分31′内。在操作中，用户可手动和/或电动地把小型虚拟图像显示16′移动或“滑动”到一个工作位置，然后根据用户需要来旋转调节观察孔径26′。小型虚拟图像显示16′被编程在电路中，一个开关用来控制通过孔径26′所观察的图像的定向。更明确地讲，小型虚拟图像显示16′提供一种能为通过孔径26′观察到的所产生的可视图像定向的能力，从而使用户能依据是用左手还是右手来手持袖珍通信收发信机10′来调整，以便所有用户能易于读取。
现在看图7，图7表示的是位于外壳14′内的小型虚拟图像显示16′的截面图。小型虚拟图像显示16′包括一个图像产生装置22′(后面马上讨论)，用来向固定光学系统24′提供一幅完整的图像，接下来产生一个操作者可通过孔径26′观察的虚拟图像。固定光学系统24′可用来放大由图像产生装置22′产生的全部完整的图像，而不需要利用移动部件，就可使通过孔径26′观察到的虚拟图像看起来非常大，让操作者容易分辨。
如图所示，小型虚拟图像显示16′在封装上与上文所述的小型虚拟图像显示16相类似。由于电源12′外壳的限制，图中示出的小型虚拟图像显示16′相对外壳14′下表面的朝向正好与小型虚拟图像16相反。这样就可使小型虚拟图像显示16′全部封闭在外壳14′内。
现在参照图8-14对小型虚拟图像显示16和16′加以详细描述。着重看图8，用一个简明示意图来说明一个袖珍虚拟图像显示40的例子。与图5中小型虚拟图像显示的部件相类似，用同样的号码来代表图8中袖珍虚拟图像显示的部件，以便能对两个部件及时进行对照。虚拟图像显示40包括一个图像产生装置22，用来在表面23上产生一个完整的图像。以透镜24为代表的光学系统，被定位在与图像产生装置22的表面23保持一定距离的相应位置上，它和图像产生装置22一起产生一个可观察的虚拟图像，人眼27可通过由透镜24限定的孔径26对其进行观察。
图9更详细地表示了图像发生装置22，该装置包括一些半导体电路，例如由数据处理电路44驱动的二维光发射器件(LED)阵列42。例如，数据处理电路44包括逻辑和开关电路阵列，用来控制LED阵列42中的每个LED。除了逻辑和开关阵列以外或代替它们，数据处理电路44包括一个微处理器或类似电路，用来处理输入端46输入的信号，以便在设备(例如LED阵列42)上产生理想的完整图像。应当懂得，数据处理电路44和LED阵列42，虽然为了描述的目的而分开图解表示，但是在某些应用中仍被做在同一块半导体芯片上。
在这个特定实施例中，采用LED阵列42是因为它的尺寸极小，易于实现，并且构造和操作简单。当然更应该懂得，术语一发光器件(lightemitting device)不局限于半导体二极管，还包括有机二极管(organicdiode)、场发射器件、激光，例如垂直空腔表面发射激光(VCSELs)等。具体请看图10，这是LED阵列42平面图的图解，这些LED由在单个半导体芯片48上的以一种按行和列排列的规则图案构成。为了简化图10，断取了半导体芯片48的一部分进行放大，但应懂得，本文中描述的很多其它电路应包括在同一芯片上。用大家熟悉的方法通过行和列对特定的LED进行寻址，特定的LED被激活以产生完整的图像。在输入端46接收数字或模拟数据，并由数据处理电路44把它们转变成可以激活被选定的LED的信号，来产生预定的完整图像。
技术人员应当懂得，二维LED阵列42和半导体芯片48在图中被大大地放大了。一般地说，半导体芯片48的尺寸范围大约是每边长1毫米到2厘米。在本发明的最佳实施例中，阵列42的尺寸是每边长0.1厘米到1.0厘米。另外，每个发光器件或像素的尺寸范围大约是边长为50微米到0.25微米，最佳范围是20微米到0.5微米。应当懂得，实际的发光器件阵列非常小，因为需要粘在板上等等因素，所以在每一侧要另加几毫米的区域。一般来说，尺寸大一些的芯片只意味在阵列中用了更多的发光器件，用来提供更高的清晰度、更丰富的颜色等等。
技术人员应该懂得，如果需要的话，可以包括补充的放大量。由透镜24来示意性地代表的透镜系统，被安装在与图像产生装置22的表面23保持一定距离的相应位置上，目的是从表面23接收图像，把该图像放大一个预定的量，并产生一个能观察虚拟图像的孔径26。一般来说，至少需要10倍的放大量，才能使整个图形放大到足以使人眼察觉。当然应该懂得，如果需要的话，这个透镜系统的焦距和补充放大量应可以调节，透镜系统也可简单地固定在外壳上。
眼睛与图像的距离(relief)就是眼睛27离开透镜系统24(观察孔径26)，并仍可正确观察图像的距离，在图8中这个距离被标为“d”。由于透镜24具有一定尺寸，所以眼睛与图像的距离或距离d足以提供舒适的观察，并且在当前实施例中，如果需要的话，也足以允许让观察者戴上普通的眼镜。
图11、12和13分别图解表示了小型虚拟图像显示50的顶视平面图、前视图和侧立视图，在最佳实施例中，该小型虚拟图像显示50被用作袖珍电源12的小型虚拟图像显示16。小型虚拟图像显示50装有一只折叠光学放大镜52。图11、12和13图示的小型虚拟图像显示50与实际尺寸大小差不多，为装置减小尺寸的范围提供一些指导。小型虚拟图像显示50包括图像发生装置55，和上文所描述的图像发生装置22相似，有着发光器件的阵列，例如有机的或无机的发光二极管，场发射器件，垂直空腔表面发射激光(VCSELs)，液晶器件(LCDS)，等等。在这个特定的实施例中，图像发生装置55包括一个发光器件的阵列，更明确地讲，是一个包含144行和240列(或反之亦可)的发光器件的阵列。每个发光器件被制造成每边长约20微米，每两个相邻器件中心与中心的间距不大于20微米。每个发光器件需要约1.8伏电压来导通，导通时，需利用大约50μA的电流。图像发生装置55产生的亮度低于大约15fL。
图像发生装置55安装在玻璃基片56的下表面，驱动板58粘在玻璃基片56上。有关驱动板和把玻璃基片粘在驱动板上的另外信息在美国专利No.5,432,358中进行阐明，标题为“集成电子-光学封装”，签署于1995年7月11日，授予同一申请者，这里引用供参考。
单个折叠光学放大镜52也安装在玻璃基片56上，并且包括限定从图像发生装置55到观察孔径59的光通路的多个光学部件，最好见图12。多个光学部件构成一定的角度来放大由图像发生装置55产生的图像，在第一个光学部件的光入口处，放大倍数大于10。由于光学通路的长度和图像发生装置55(图像源)的大小的缘故，水平光学视野的变化范围从放大倍数10×下的11度到放大倍数20×下的22度，在当前实施例中，水平视野大约为16度，放大倍数为15×。
具体来看图14，为清晰起见，图14图解表示了在图11中图示的小型虚拟图像显示50的一部分的侧立视图，放大了4倍。从这个图可以看见，多个光学部件包括第一光学部件60，它有一个非球面场整平光入口62，一个球形表面作为光出口63以及一个被光学定位于非球面场整平光入口62和光出口63间的反射面65，目的是把光从非球面场整平光入口62折向光出口63。在这个特定实施例中，第一光学部件60构成一个棱镜，由一个光学品质的塑料模压而成。一般来说，应当懂得，光学品质的塑料是一种具有大约1.5到1.6这样高折射系数的材料。反射面65可以是一个单独的被模压进第一光学部件60的涂银镜，或者，反射面65可以在第一光学部件60成形后被涂银，或者，反射面65可以是未被涂覆的，而使用一种完全的内部反射方式。
在这个实施例中，非球面场整平光入口62采用了直接模压在第一光学部件60上的非球面场整平凹面的形式，并做成一个完整部分。但是，应当懂得，非球面场整平光入口62可能被做成一个单独的透镜，按光学校准被顺序定位在第一光学部件60的下表面。分立的部件当然会造成部件增加和安装布骤增加，会提高成本，增大最终结构的尺寸。
相对于非球面场整平光入口62和光出口63，反射面65被配置到可把通过第一光学部件60的光线折叠或弯曲大约80°到100°的角度。更明确地讲，在这个图解说明的实施例中，光线被反射大约95°角度。例如可以发现，95°的角度可避免单个折叠光学放大镜52出口处的图像的下部出现渐晕效应(vignetting effcct)。
小型虚拟图像显示50设计中一个重要部分是使用了带有凸镜出口面(convex outlet face)的固态单个折叠棱镜，以便能在与用来与和空气中使用简单折射镜(turning mirror)时的空间，能在相同的空间条件下增加角度放大倍数(减小有效焦距长度)。
多个光学部件，还包括带有光入口68和光出口69的光学透镜67，位置与第一光学部件60的光出口63相邻。在所示的特定实施例中，光学透镜67是一种折射/衍射混合型的光学透镜，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。采用各种简便方法把光学透镜67牢固地安装在第一光学部件60上，光学部件60包括一个外壳(图11-13示意性地图解说明)、一个安装支架或其它方便的结构。非球面/衍射表面包括光学透镜67的光出口69和光入口68，以及第一光学部件60的光出口63和场整平光入口62，这样设计的目的是当波前(wavefront)从场整平光入口62到光学透镜67的光出口69通过时，减小和/或消除波前内的任何象差(aberration)。
多个光学部件，包括第一光学部件60和光学透镜67，限定从第一光学部件60的场整平光入口62到光学透镜67的光出口69的光通道。为生产一个在小型虚拟图像的产生中有用的单个折叠光放大镜，光通道总的平均光学长度应该在大约15到35毫米的范围内。在这个实施例中，从场整平光入口62到光学透镜67的非球面确定的光出口69的光通道长度大约是20毫米。
再者，多个光学部件，包括第一光学部件60和透镜67，结构中至少包括一个处于光通道中的衍射光学部件，以便提供另外的基本彩色(在本实施例中)象差校正。在被图解说明的实施例中，一个衍射光学部件70和非球面表面一起限定了光学透镜67的光入口68。当然应当懂得，衍射光学部件除了替代或采用了衍射光学部件70外，能被包括在小型虚拟图像显示50的多个部件中的其它任一表面内。如果一个衍射光学部件被包括在一个对光通路大体上正常的表面中，与不同于光束按一定的角度射入这个表面，那么衍射光学部件更易于制造一些，因为它具有旋转对称性，然而光束按一定角度射入的表面却具有非旋转对称性。由于非球面表面和衍射光学部件70使光学透镜67变得相当复杂，所以已经发现光学透镜67的制造最好用注模法(injection molding)来完成。
第一光学部件60和光学透镜67可构成一个完整的放大镜。另一方面，另外的光学部件也可用来构成完整的放大镜，例如一个低倍数光学透镜(图中未表示)，可作为放大镜可能扩展的一个例子。另外的低倍数光学透镜在某种程度上可能增加小型虚拟图像显示50的尺寸和复杂性，但也能提供一些角度放大和象差校正，从而可减小各种其它部件的复杂性，在很多应用中也可减少小型虚拟图像显示50总的成本。低倍光学透镜由于倍数低，因而可用作组件窗口(package window)或观察孔径。在只使用第一光学部件60和光学透镜67的图示的实施例中，观察孔径可以用能擦拭的玻璃或塑料窗口71以及滤光器等来限定，它们都是用来保护小型虚拟图像显示50的。
在很多应用中，需要包括聚焦最后图像的装置。为这个目的，第一光学部件60(如需要的话，和其它器件67以及低倍数透镜)按照可调节的原则(图中未表示)安装在基片56上，可利用一些外部用户的控制进行机械调节，例如用户接口控制18，(工作在双重或第二方式)，用以把固定的部件60和67板垂直移向或移离基片56和图像发生装置55。通过简单地改变场整平光入口62和由图像产生装置55产生的图像间的距离来完成聚焦。
除了把图像发生装置55安装在驱动板58上以外，多个驱动电路72被安装在驱动板58上，用以驱动图像发生装置55来产生虚拟图像。驱动板58利用多种电气连接，如柔性电缆连接74，与包含在袖珍电源12的外壳14中的电路73进行电气连接。
图15是一个直接视网膜扫描显示80的方框图，可用作图1-7中的小型虚拟图像显示16和16’。激光发生器82给调制器84提供一个相干光束，它可以是任何一种大家熟知的激光发生器，包括固态激光发生器，例如垂直空腔表面发射激光发生器(VCSELs)，二极管激光发生器，二极管泵浦激光发生器等。调制器84一般通过调制光束的强度，例如改变激光发生器82的功率电平，来把视频信息调制到光束上。根据应用情况的不同，调制可能只是简单地开关激光发生器82，实际上变成了一个数字系统。声-光调制器对大多数应用来说是最佳调制器之一，但其它技术，例如，电-光和机械技术，都是完全可行的。
被调制的光束从调制器84直接到达偏转系统86。利用透镜系统88把从偏转系统86来的光束聚焦入人眼。透镜系统88焦距的选定应使扫描系统焦点处在人眼瞳孔范围内，并且相干光束焦点处在人眼的视网膜上。
调制器84和偏转系统86的定时和控制由电路89提供。电路89包括一个基本振荡器或定时器，提供定时信号以便让扫描和调制发生在适当的时间。另外，电路89提供视频信号给调制器84，在需要的时候把光束调制到正确的强度。进一步说，电路89提供水平和垂直(正交的)偏转信号，让偏转系统86周期地扫描在一个光栅中的光束。根据应用情况和所需的图像分辨率，水平偏转频率可能在15到30kHz的量级，垂直偏转频率不低于60Hz，并且调制频率可能在12MHz的量级。
偏转系统86的目的是在人眼的视网膜上扫描被调制的光束，或在视网膜上“写”一幅图像。偏转系统86和透镜系统88有许多可能的设置，这取决于显示的应用和愿意如何构成眼中的图像。有关这种类型显示的更多信息可在申请中(copending)的美国专利申请书中看到，专利名为“直接视网膜扫描显示”，序列号no.08/292,193，签署于1994年8月18日，授予本专利申请者。这份专利申请书是另一份美国专利申请书档案文本的继续，该专利名为“直接视网膜扫描显示”，序列号no.07/857,193，签署于1992年3月24日。尽管直接视网膜扫描显示从技术上讲不能产生虚拟图像，但本阐述的用法仍把直接视网膜扫描显示包括在虚拟显示设备定义之内，这是因为两者有相似之处。
着重来看图16，图示的是被安装在本发明带有小型可视图像12’的袖珍电源内的袖珍通信收发信机10’的透视图，图示了操作者通过小型虚拟图像显示16’的观察孔径26’看过去的典型虚拟图像90。如从孔径26’所见一样，虚拟图像90的特色是有下拉菜单91，通过用户接口控制18’的操作驱动到下拉位置(与上文所述用户接口控制18基本相似)。在这个特殊的例子中，下拉菜单是通过把可控虚拟光标图形93放在下拉菜单91的下拉选择名称处而选定的，这个选择名称为“文件”(FILE)。可以预料，通过操纵用户接口控制18’来移动虚拟光标图形93到所需的标题，可提供对多个不同的下拉菜单的选择。
下拉菜单91包括各种各样的功能或信息选择，如图16所示。在这个具体的例子中，下拉菜单91包括一个地址簿(ADDRESS BOOK)，可包括存储在内存中的私人号码，或由电话基站提供的完整的号码目录的一部分。下拉菜单91还包括一种寻呼/传真信息的选择，例如可包括由袖珍通信收发信机10’接收到的并存储在存储器中的寻呼或传真消息。移动数据库(MOBILE DATA BANK)功能所指的是进入将来的蜂窝电话基站的数据库，例如，可允许操作者接收感兴趣的特殊商业/饭店等的方向或地图。许多其它形式的图形和/或字母—数字的信息可供操作者所用，操作者通过操纵用户接口控制18’来控制光标，即可轻松选择这些信息。
如图所示，操作者选择了下拉菜单91所示的第二个功能，即地址簿，选择这个功能可在小型虚拟图像显示16’的孔径26’中提供按地址簿类型格式存储的数据的虚拟图像。另外，还可提供一个功能键盘(KEYBOARD)来代替对袖珍通信收发信机10’上大而笨重的键盘或控制面板的需要。
这样，阐释了一种带有可视图像显示，典型的是带有一个虚拟图像显示的袖珍电源，它将用在袖珍电路上，例如袖珍通信收发信机、寻呼机、智能读卡器、数据库或类似设备。虚拟图像显示被用在并装在袖珍电源内，为袖珍电路提供一个附件或另加的部件。被壳装在袖珍电源外壳内的显示非常小，需要非常小的驱动功率。进一步说，由于虚拟图像显示的极小的尺寸和功率消耗，它被拼合到袖珍电源上，基本上不影响袖珍电源的尺寸大小或袖珍通信收发信机所需的功率。当袖珍电路，例如本文描述的袖珍通信收发信机，被连接在具有小型可视图像显示的袖珍电源上时，用户就有了完全的发射和接收能力，同时具有了观看高密度信息的能力。
当我们给出了并描述了本发明的一些具体实施例，技术人员将会做进一步的修改和改进。因此，我们希望下面所述能被了解本发明不局限于所示出的特殊的形式，我们打算在附带权利要求中覆盖所有不背离本发明的主旨和范围的修改。
权利要求
1.一种袖珍电源，其特征在于一个外壳，包括一个位于外壳内的电源以及安装在外壳内的小型虚拟图像显示；以及一个电连接接口，位于外壳上，用来与电源和小型可视图像显示进行电子通信，该电连接接口从而为袖珍电源和袖珍电子器件的物理和电气连接提供了条件。
2.在权利要求1中所要求的袖珍电源，其特征还在于小型可视图像显示被可伸缩和旋转地安装在外壳内。
3.在权利要求1中所要求的袖珍电源，其特征还在于小型可视图像显示被可伸缩地安装在外壳内。
4.在权利要求1中所要求的袖珍电源，其特征还在于小型可视图像显示是一个小型虚拟图像显示。
5.在权利要求1中所要求的袖珍电源，其特征还在于小型可视图像显示是一个直观显示。
6.在权利要求1中所要求的袖珍电源，其特征还在于被用来使袖珍电源与袖珍电路实现物理和电气连接的电连接接口是一种可拆卸结构。
7.在权利要求6中所要求的袖珍电源，其特征还在于电连接接口是一个安装插头。
8.在权利要求1中所要求的袖珍电源，其特征还在于该袖珍电路包括一个袖珍通信收发信机、一个智能读卡器以及一个数据库。
9.在权利要求8中所要求的袖珍电源，其特征还在于该袖珍通信收发信机包括一个蜂窝式电话、一个双向无线电台以及一个寻呼机。
10.一种袖珍电源，其特征在于一个外壳，包括一个可操作部分；一个电源，位于该外壳内；以及一个小型虚拟图像显示，它带有一个位于该外壳内，与可操作部分成一条直线的观察孔径，该小型虚拟图像显示通过一种电接口装置可拆装地附装于袖珍电路上，并且包括一种图像产生装置，用来提供一幅完整的二维图像，以及一个固定的光学系统，用来通过一个观察孔从该完整的二维图像来产生一幅可视的和透视的虚拟图像。
全文摘要
一种带有小型可视图像显示的袖珍电源包含一个外壳,在外壳内装有一个电源(例如一个电池)、一个小型图像显示(例如一个小型虚拟图像显示)、电路系统以及电连接接口(例如一个装配插头,用于把袖珍电源可拆卸地附装于袖珍电路(例如一个袖珍通信收发信机)上。该小型可视图像显示被可伸缩地安装在袖珍电源的外壳内。小型可视图像显示可由用户调节定位,以使用户的视线能对准该显示的观察孔径。
文档编号H04M1/725GK1182998SQ9711372
公开日1998年5月27日 申请日期1997年6月28日 优先权日1996年7月1日
发明者菲尔·赖特, 弗雷德·V·理查德, 卡伦·E·杰奇摩威克, 威廉·E·卡恩斯 申请人:摩托罗拉公司