(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
虚像ディスプレイ（１３）を具備する携帯トランシーバ（１０）装置であって：
携帯送信機および携帯受信機を含む第１中空ボディ（１１）と、前記第１中空ボディ（１１）にピボットで取り付けられた第２中空ボディ（１２）と、前記第２中空ボディ（１２）に内蔵されたビューイング開口（２２）を有する小型虚像ディスプレイ（１３）とを含む携帯トランシーバ（１０）装置であって、前記小型虚像ディスプレイ（１３）は、前記携帯受信機に動作可能に結合され、完全な実像を生成する画像生成装置（２１）と、前記ビューイング開口（２２）から見ることのできる虚像を前記完全な実像から生成する固定光学系（２０）とを含む携帯トランシーバ（１０）装置。
【請求項２】
前記画像生成装置（２１）は、行および列に配列された複数の画素を定める半導体素子のアレイ（３５）と、前記画素と前記携帯受信機とに接続された画像形成エレクトロニクスとを含み、前記半導体素子のアレイ（３５）が前記携帯受信機から受信された信号に基づいて実像を形成することを特徴とする請求項１記載の虚像ディスプレイ（１３）を具備する携帯トランシーバ（１０）装置。
【請求項３】
前記半導体素子のアレイ（３５）は、発光ダイオードからなることを特徴とする請求項２記載の虚像ディスプレイ（１３）を具備する携帯トランシーバ（１０）装置。
【請求項４】
虚像ディスプレイ（１３）を具備する携帯トランシーバ（１０）装置であって：
第２中空ボディ（１２）にヒンジで取り付けられた第１中空ボディ（１１）；
携帯送信機および携帯受信機であって、前記第１中空ボディ（１１）に内蔵された携帯送信機および携帯受信機；および
ビューイング開口（２２）を有する小型虚像ディスプレイ（１３）であって、前記小型虚像ディスプレイ（１３）は前記携帯受信機に動作可能に取り付けられ、行および列に配列された画素のアレイを規定する半導体素子からなり完全な実像を生成する画像生成装置（２１）と、前記ビューイング開口（２２）から見ることのできる虚像を前記完全な実像から生成する固定光学系（２０）とを含み、前記小型虚像ディスプレイ（１３）は前記第２中空ボディ（１２）に内蔵される小型虚像ディスプレイ（１３）；
を具備することを特徴とする虚像ディスプレイ（１３）を具備する携帯トランシーバ（１０）装置。
【請求項５】
３Ｄ虚像ディスプレイを具備する携帯トランシーバ（１０’）装置であって：
第１中空ボディ（１１’），第２中空ボディ（１２’）および第３中空ボディ（１２０）であって、前記第２中空ボディ（１２’）が前記第１中空ボディ（１１’）にヒンジで取り付けられ、前記第３中空ボディ（１２０）が前記第２中空ボディ（１２’）にヒンジで取り付けられた第１中空ボディ（１１’），第２中空ボディ（１２’）および第３中空ボディ（１２０）；
携帯送信機および携帯受信機であって、前記第１中空ボディ（１１’）に内蔵された携帯送信機および携帯受信機；および
第１ビューイング開口を有する第１小型虚像ディスプレイ（１３’）および第２ビューイング開口を有する第２小型虚像ディスプレイ（１３０）であって、前記第１小型虚像ディスプレイおよび前記第２小型虚像ディスプレイは共に前記携帯受信機に動作可能に取り付けられ前記第１および第２の小型虚像ディスプレイの各々は完全な実像を生成する画像生成装置（２１）と、前記ビューイング開口から見ることのできる虚像を前記完全な実像から生成する固定光学系（２０）とを含み、前記第１小型虚像ディスプレイは前記第２中空ボディに内蔵され、前記第２小型虚像ディスプレイは前記第３中空ボディに内蔵される第１および第２小型虚像ディスプレイ（１３’，１３０）；
を具備することを特徴とする３Ｄ虚像ディスプレイを具備する携帯トランシーバ（１０’）装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、携帯通信トランシーバに関し、さらに詳しくは、携帯通信トランシーバのビジュアル・ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラおよびコードレス電話，ページャなどの携帯通信トランシーバの普及が進んでいる。多くの場合、使用者に視覚的なメッセージやグラフィック・イメージを提供するため、トランシーバにビジュアル・ディスプレイを設けることが望ましい。問題は、ビジュアル・ディスプレイは比較的高い電力を必要とし、有用なディスプレイとなるためには十分大きな面積を必要とすることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、例えば、液晶ディスプレイ，直視型発光ダイオードなどを利用したビジュアル・ディスプレイを設けるのが一般的である。これらは、トランシーバの寸法を大きくし、比較的大量の電力を必要とする極めて大きくかつ扱いにくいディスプレイであった。
【０００４】
例えば、従来ビジュアル・ディスプレイをなすために走査ミラー(scanning mirror) を内蔵していたが、これも比較的大量の電力を必要とし、極めて複雑でショックに弱い。また、走査ミラーによりユニットに振動が生じ、そのため視覚的な快適さおよび見やすさが実質的に低下する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による携帯通信トランシーバは、第１中空ボディと、第２中空ボディと、通信受信機と、送信機と、ビューイング開口(viewing aperture)を有する小型虚像ディスプレイ(virtual image display) とを有する。小型虚像ディスプレイは、受信機に動作可能に結合され、かつ実像を表示する画像生成装置を含む第２中空ボディに内蔵される。固定光学系は、ビューイング開口からみることができる虚像を実像から生成する。
【０００６】
本発明の利点は、小型虚像ディスプレイを具備する新規の改善された携帯通信トランシーバを提供することである。
【０００７】
本発明の別の利点は、必要な電力量を実質的に節減する小型虚像ディスプレイを具備する新規の改善された通信トランシーバを提供することである。
【０００８】
本発明の別の利点は、有用かつ見やすいディスプレイを設けるために実質的に少ないスペースしか必要としない小型虚像ディスプレイを具備する新規の改善された携帯通信トランシーバを提供することである。
【０００９】
本発明の別の利点は、利用者が虚像を簡単にみることができ、同時に音声通信を行うことができる小型虚像ディスプレイを具備する新規の改善された携帯通信トランシーバを提供することである。
【００１０】
【実施例】
図１は、第１中空ボディ１１，第２中空ボディ１２およびそこに装着された小型虚像ディスプレイ１３を有する携帯通信トランシーバ１０を示す。第１中空ボディ１１および第２中空ボディ１２は、第２中空ボディ１２が第１中空ボディ１１の上に閉じるように、また第２中空ボディ１２が閉位置から開いてトランシーバ１０を動作可能に起動できるように、ヒンジまたはピボットで取り付けられる。もちろん、携帯通信トランシーバ１０は、セルラ電話，コードレス電話，ページング機能付きセルラ電話，ページャなど周知の携帯受信機でもよいことが理解される。本実施例では、説明の便宜上、携帯通信トランシーバ１０は携帯セルラ電話である。携帯通信トランシーバ１０は、呼を起こすための制御パネル１５と、必要に応じて、着呼番号または発呼番号を示す標準的なビジュアル・ディスプレイ１６とを含む。さらに、第１中空ボディ１１は、音声または音声通信を聞くためのスピーカ１４を含み、また送信機に動作可能に結合されたマイクロフォン１８を有する。一般に、携帯通信トランシーバ１０は、音声通信を耳で聞き、視覚的な通信を目で見えるように、利用者の頭部に手で保持される。さらに、音声および視覚的な通信は、携帯通信トランシーバ１０で同時に行うことができる。
【００１１】
図２において、線２−２からみた小型虚像ディスプレイ１３の簡略断面図を示す。小型虚像ディスプレイ１３は、固定光学系２０に実像(real image)を与える画像生成装置２１を含み、この固定光学系２０は、図３に示すように、開口２２またはレンズ２８を介して利用者からみることができる虚像(virtual image) を生成する。固定光学系２０は、可動部を利用せずに画像生成装置２１からの実像全体を拡大するように構成され、そのため開口２２から見ることのできる虚像は完全なフレームまたは画像となり、極めて大きく写り、利用者によって容易に識別できる。装置２１の極めて小さい実像から虚像を生成することにより、固定光学系２０は比較的小さく、図１に示す携帯通信トランシーバ１０の第２中空ボディ１２に対してほとんど追加スペースを必要としない。光学系２０は、フォーカス，ズーム・レンズなどの光学機能以外には可動部なしに構成される。さらに、装置２１は、実像を生成するためにあまり電力を必要とせず、そのため図１に示す携帯通信トランシーバの電力条件にほとんど追加しない。
【００１２】
図３において、特定の小型虚像ディスプレイ１３を簡略図で示す。小型虚像ディスプレイ１３は、表面２３に実像を生成する装置２１を含む。この特定の実施例では、固定光学系２０は、回折および屈折素子を有するレンズ系２４を含む。しかし、アイ・レリーフ(eye relief)とともに適切な虚像を提供することにより見やすくするために、光ファイバおよびその束，ミラー，屈折光学素子，回折光学素子，フレネル光学素子，反射光学素子を含むレンズなど、多くのさまざまな種類の光学素子を代用したり、レンズ系２４とともに利用できることが当業者に理解される。レンズ系２４は、装置２１の表面２３に隣接して配置された第１表面２５と、レンズ系２４の反対側で定められた第２表面２６とを有する。レンズ系２４の一部である開口またはレンズ２８は、レンズ系２４の表面２６に対して離間して配置され、レンズ系２４と協調して、レンズ２８によって一般に定められるビューイング開口２２から離れた目３０から見ることのできる虚像を生成する。
【００１３】
装置２１は、図４においてさらに詳しく示され、例えば、データ処理回路３７によって駆動される発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイなど、発光素子アレイ３５を生成するための半導体エレクトロニクスを含む。データ処理回路３７は、例えば、発光素子アレイ３５の各ＬＥＤを制御するため論理およびスイッチング回路アレイを含む。データ処理回路３７は、論理およびスイッチングアレイの他に、またはその代わりに、入力信号を処理して発光デバイスアレイ３５のＬＥＤアレイなどの素子上に所望の実像を生成するマイクロプロセッサまたは同様な回路を含む。
【００１４】
この特定の実施例では、発光素子アレイ３５は、実現可能な超小型なため、また製造および動作が簡単なために利用されるＬＥＤアレイである。もちろん、他の画像生成装置も利用でき、レーザ，フィールド発光デバイス（ＦＥＤ）などが含まれるが、それに限定されない。
【００１５】
図５において、発光素子アレイ３５の立面図を示し、ここで画素(pixel) は一つの半導体チップ４０上で行と列の一定のパターンで形成される。各画素は、ＬＥＤ，レーザ，ＦＥＤなどの少なくとも１つの発光素子を含む。さらに、望ましければ、輝度および冗長性を追加するために、平行な発光素子を含むことができる。周知な方法で行および列で特定の画素をアドレス指定することにより、特定の画素を付勢して、実像を生成する。デジタルまたはアナログ・データは、入力端子３８で受けられ、所定の実像を生成するために選択された画素を付勢できる信号にデータ処理装置３７によって変換される。発光素子アレイ３５は、ＦＥＤアレイ，レーザ・アレイ，ＬＥＤアレイなどの任意の適切なアレイからなることが当業者に理解される。
【００１６】
発光素子アレイ３５および半導体チップ４０は図面において拡大されていることが当業者に理解される。半導体チップ４０の実際の寸法はさまざまであるが、一般に、半導体チップ４０は一辺が約１センチメートルから１．０ミリメートルの範囲である。ただし、本発明の好適な実施例では、半導体チップ４０の寸法は、一辺が１．０センチメートルから０．１センチメートルの範囲である。さらに、各発光素子または画素の寸法は、一辺が約５０．０ミクロンから０．２５ミクロンであり、好適な範囲は２０．０ミクロンから０．５ミクロンである。また、半導体技術が改善するにつれて、チップ上に形成できる形状サイズの小型化が進み、チップ４０上でさらに大量の情報およびグラフィック・イメージを表示できる。
【００１７】
レンズ系２４の表面２５は、発光素子アレイ３５によって生成された実像を受光し、この像をレンズ系２４を介して表面２６に伝送するように、発光素子アレイ３５に隣接して配置される。図３は表面２３と表面２５との間にスペース２７を示しているが、スペース２７は本発明では必ずしもある必要はない。図２および図３に示す特定の実施例では、レンズ系２４は拡大光ファイバ束であり、そのためレンズ系２４は長さ方向に先細り(taper) して示されており、表面２６における像が表面２５における実像よりも大きくなる。本実施例における先細りにより、表面２５における像の２倍の大きさの像を表面２５において得られ、これは２倍率に相当する。望ましければ別の倍率（テーパ）を含んでもよいことが当業者に理解される。また、レンズ系２４は屈折光学素子，回折光学素子，反射光学素子，フレネル光学素子などの任意の組合せでもよいことが当業者に理解される。
【００１８】
レンズ２８によって概略的に表されるレンズ系または開口は、表面２６７から像を受け、それを所定の量で拡大するため、レンズ系２４の表面２６から離間して装着される。本実施例では、発光素子アレイ３５からの実像が全部で２０倍に拡大されるように、レンズ２８は像をさらに１０倍（１０ｘ）する。もちろん、レンズ系は、望ましければ、焦点およびさらなる拡大のために調整可能でもよく、あるいは簡単なようにハウジング内で固定してもよいことが理解される。レンズ系２４からレンズ２８によって受光される像は発光素子アレイ３５よりもはるかに大きいので、レンズ系は倍率全体を行わず、よって少ない倍率で大きく構成される。このように大きな寸法のため、レンズ系は視野が大きく、有効距離が長い。
【００１９】
アイ・レリーフ(eye relief)とは、目３０をビューイング開口２２から配置して、しかも像を適切に見ることができる距離であり、この距離は図３において「ｄ」と示される。レンズ２８の寸法のため、アイ・レリーフまたは距離ｄは、見やすさを提供するのに十分であり、本実施例では、見るものが必要ならば通常の眼鏡をかけることができる距離である。利用者は通常の矯正レンズ（個人の眼鏡）を身につけることができるので、フォーカスおよび他の調整機能は必要なく、そのため、虚像ディスプレイ１３は極めて簡単かつ安価に作ることができる。
【００２０】
図６および図７において、第２実施例を示し、ここで同様な部分は同様な参照番号で表され、異なる実施例を示すためプライム記号「’」が付けられる。本発明のこの実施例では、携帯通信トランシーバ１０’は、虚像ディスプレイ７０を利用して、第２中空ボディ１３’に含まれる小型虚像ディスプレイ１３’を有する。小型虚像ディスプレイ１３’は、図１および図２の小型虚像ディスプレイ１３と基本的に同様であるが、虚像ディスプレイ７０を利用することにより、小型虚像ディスプレイ１３’のより平坦な構造が可能になる。
【００２１】
虚像ディスプレイ７０は、図７の概略図において示される。導波管虚像ディスプレイ７０において、前述の装置２１と同様な画像生成装置７１は、実像を与えるため光導波管７２の入口に取り付けられる。装置７１における実像からの光線は、第１面７３上の所定の領域に角度を付けて配向され、ここで光線は面７３，７４によって定められる光路に沿って第２面７４に反射される。３つの回折レンズ７５，７６，７７は、反射された光線が配向される次の３つの所定の領域において面７３，７４に取り付けられる。回折レンズ７５，７６，７７は、所望の大きさの虚像が光導波管７２の出口によって定められる開口７８で見ることができるように、所要量の倍率，収差補正および／または濾光を行う。
【００２２】
図８において、別の特定の小型虚像ディスプレイ８０を概略図で示す。導波管虚像ディスプレイ８０において、前述の装置２１と同様な画像生成装置８１は、実像を与えるため光導波管８２の入口に取り付けられる。導波管８２は、等しく平行であるが隣接面似対して直交しない対置する面８３，８４および８５，８６を有する平行四辺形（側面図）の形に一般に形成される。面８３は入口を定め、装置８１における実像からの光線を、すべての４つの面によって定められる光路に沿って隣接面８５上の所定の領域に配向する。３つの回折レンズ８７，８８，８９は、３つの所定の領域において隣接する面８５，８４，８６に沿って配置され、面８６における出口で見ることができる虚像に対して拡大，収差補正および／または濾光を行う。この特定の実施例は、寸法全体がある程度縮小され、導波管の材料の量が低減されて、重量および使用材料を軽減したディスプレイを示す。
【００２３】
図９において、別の特定の小型虚像ディスプレイ９０を概略図で示す。導波管虚像ディスプレイ９０において、一般に側面図で三角形を有する光導波管９１が用いられる。前述の装置２１と同様な実像を生成するための画像生成装置９２は、光導波管９１の第１面９３に取り付けられ、第２面９５に取り付けられた回折レンズ９４まで光路に沿って直接移動する光線を発光する。光線は、レンズ９４から、第３面９７に取り付けられた回折レンズ９６に反射される。レンズ９６は、面９３で光導波管９１の出口に取り付けられた最後の回折レンズ９８を介して光線を反射し、このレンズ９８はディスプレイ９０のビューイング開口を定める。この特定の実施例では、ディスプレイ９０の面は、光線がそれぞれ直交に入口から入り、出口から出るように、互いに対して角度を付けて配置される。
【００２４】
上記の小型虚像ディスプレイ１３は、１９９１年９月３０日に米国に出願され、同じ譲受人に譲渡された同時係属出願の出願番号０７／７６７，１７９、文書番号CR07599 "COMPACT VIRTUAL IMAGE DISPLAY" で詳しく説明されている。また、小型虚像ディスプレイ７０，８０，９０ならびに本発明で利用できる他の小型虚像ディスプレイについては、同じ譲受人に譲渡された出願番号０７／７６７／１８０、文書番号CR07611 で１９９１年９月３０日に出願され、１９９３年６月６日に発行された米国特許第５，２２４，１９８号"WAVEGUIDE VIRTUAL IMAGE DISPLAY" において詳しく説明されている。
【００２５】
図１０は、小型虚像ディスプレイ１３または１３’のビューイング開口２２を利用者が見たときの一般的な表示５００を示す、図１のハンドヘルド・トランシーバ１０の斜視図である。表示５００は、例えば、即座の判断を必要とするビジネス・ファックスでよい。さらに別の例では、医療チャートを携帯トランシーバ１０，１０’にファックスしたり電子的に送信でき、同時に見ながら通話できる。同様に、小型虚像ディスプレイ１３または１３’は、行方不明者や指名手配犯罪者の写真，地図，長文メッセージなどを送信するために利用できる。メッセージが音声ではなく小型虚像ディスプレイ１３または１３’上に現れる無音(silent)受信動作などの多くの他の変形例も可能である。さらに、これらの画像は、周知の方法法でコンピュータにダウンロードでき、そのため情報が失われることがない。
【００２６】
図１１において、本発明の別の実施例を示し、ここで図１に示すものと同様または同一の機能は同様な参照番号が付されている。図１１に示すように、小型虚像ディスプレイ１３０を有する第３中空ボディ１２０は、第２中空ボディ１２にピボットまたはヒンジによって取り付けられ、２つの小型虚像ディスプレイ１３および１３０を利用者は利用できる。２つの小型虚像ディスプレイ１３，１３０を用いることにより、利用者は立体または３Ｄ画像である双眼像を見ることができる。小型虚像ディスプレイ１３，１３０は、前述のように構成される。第３中空ボディ１２０は、中空ボディ１２が２つの小型虚像ディスプレイを有するように、第２中空ボディ１２に組み込むことができることが当業者に理解される。
【００２７】
従来技術では、ビジュアル・ディスプレイが望ましいページャおよび他の小型受信機および小型送信機は、ディスプレイの寸法によって特に制限される。一般に、このようなディスプレイは一行の短いテキストに制限され、ディスプレイの寸法は受信機の寸法を左右する。本発明の実施例を利用することにより、数行のテキストまたはグラフィック・イメージを取り込むことができ、受信機の寸法を実質的に小さくできる。さらに、ディスプレイはより鮮明で読みやすい。
【００２８】
以上、小型虚像ディスプレイを有する大幅に改善された携帯通信トランシーバが開示され、半導体チップ素子上に形成された実像を利用する超小型虚像ディスプレイを内蔵する。虚像ディスプレイを利用するので、ディスプレイは極めて小さく構成され、ほんのわずかの電力しか必要としない。さらに、虚像ディスプレイの超小型および低電力消費のため、寸法または電力条件に実質的に影響を与えずに、セルラ電話などの携帯トランシーバに内蔵される。小型虚像ディスプレイは、快適で見やすい虚像を生成するため十分なアイ・レリーフとレンズ有効距離とともに所定の倍率を与える。また、可動部や電力を消費するモータなどを用いずに、完全な虚像が生成される。さらに、小型虚像ディスプレイの一部として設けられるエレクトロニクスにより、さまざまな極めて小さい実像を生成でき、これを利用者は容易かつ快適に見ることができる。この極めて小さい実像は大きな虚像に拡大され、利用者に見やすくなる。
【００２９】
本発明の特定の実施例について図説してきたが、更なる修正や改善は当業者に想起される。よって、本発明は図示の特定の様式に限定されず、特許請求の範囲において本発明の精神および範囲から逸脱しない一切の修正を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現する携帯通信トランシーバの斜視図である。
【図２】図１の２−２からみた拡大断面図である。
【図３】図１の携帯通信トランシーバに内蔵された小型虚像ディスプレイの拡大概略図である。
【図４】図３の小型虚像ディスプレイに伴うエレクトロニクスの簡略ブロック図である。
【図５】図４のエレクトロニクスの一部を構成する、その一部が省略されたＬＥＤアレイの拡大上面図である。
【図６】本発明の別の実施例を具現する携帯通信トランシーバの斜視図である。
【図７】図６の線７−７からみた拡大断面図である。
【図８】携帯通信トランシーバで利用可能な、図７と同様な別の小型虚像ディスプレイの概略図である。
【図９】携帯通信トランシーバで利用可能な、図７と同様な別の小型虚像ディスプレイの概略図である。
【図１０】利用者からみた、図１の携帯通信トランシーバの一般的な表示を示す斜視図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施例を具現する携帯通信トランシーバの斜視図である。
【符号の説明】
１０  携帯通信トランシーバ
１１  第１中空ボディ
１２  第２中空ボディ
１３  小型虚像ディスプレイ
１４  スピーカ
１５  制御パネル
１６  ビジュアル・ディスプレイ
１８  マイクロフォン
２０  固定光学系
２１  画像生成装置
２２  開口
２３  表面
２４  レンズ系
２５  第１表面
２６  第２表面
２７  スペース
２８  レンズ
３０  目
３５  発光素子アレイ
３７  データ処理回路
３８  入力端子
４０  半導体チップ
７０  虚像ディスプレイ
７１  画像生成装置
７２  光導波管
７３  第１面
７４  第２面
７５，７６，７７  回折レンズ
７８  開口
８０  小型虚像ディスプレイ
８１  画像生成装置
８２  光導波管
８３，８４，８５，８６  面
８７，８８，８９  回折レンズ
９０  小型虚像ディスプレイ
９１  光導波管
９２  画像生成装置
９３  第１面
９４  回折レンズ
９５  第２面
９６  回折レンズ
９７  第３面
９８  回折レンズ
１２０  第３中空ボディ
１３０  小型虚像ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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