專利名稱：具有視覺圖像顯示器的靈巧卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靈巧卡和用于讀出靈巧卡上所含信息的裝置。
靈巧卡正在世界上流行使用。一般把靈巧卡定義為一種卡(其大小類似普通的信用卡)，它含有具有一些電子線路和用于存儲信息的存儲器的半導(dǎo)體芯片。靈巧卡用于存儲個人信息，其范圍從醫(yī)療信息到財務(wù)數(shù)據(jù)。在靈巧卡上存儲的大量信息或數(shù)據(jù)，即使對于所有者一般也是不能訪問的。此外，各種不同的靈巧卡現(xiàn)在已付諸使用，其中包括在各種不同的電壓下操作的。因此，需要提供一種裝置，借以使持有者可以看到卡上存儲的信息，以便確定其狀態(tài)。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的改進的顯示裝置，用來觀看靈巧卡上存儲的信息，這種顯示裝置被完全裝在靈巧卡里面，或把其中的一部分作為附件制造。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種新的改進的裝置，用于觀看靈巧卡上存儲的信息，當(dāng)這種裝置具有作為附件制造的部分時，便可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，以便實際上和多種類型的靈巧卡兼容。
本發(fā)明還有一個目的在于，提供一種新的改進的裝置，用于觀察在靈巧卡上存儲的信息，這種裝置含有安全裝置，以便阻止對信息的不希望的觀看。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種新的改進的裝置，用于觀察靈巧卡上存儲的信息，所述裝置容易操作。
通過提供一種靈巧卡，上述問題和其它問題至少部分地得以解決，并能實現(xiàn)上述的和其它的目的，這種靈巧卡包括半導(dǎo)體芯片，例如微芯片，用于在靈巧卡上存儲信息，電子線路，以及視覺圖像顯示器，例如虛擬圖像顯示器。視覺圖像顯示器包括位于靈巧卡內(nèi)的圖像源，用于提供靈巧卡上包含的信息的圖像。顯示器光學(xué)系統(tǒng)位于靈巧卡內(nèi)部，或把其中一部分作為附件制造，這時則位于靈巧卡的外部，用來在觀察孔觀看靈巧卡上包含的信息的圖像。視覺圖像顯示器包括設(shè)計用來接收圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入端。電子線路被裝在靈巧卡中，并和微芯片的輸出端相連，用于接收其上所含的信息，并進而連接到視覺圖像顯示器的輸入端，用于響應(yīng)所述信息對視覺圖像顯示器提供圖像數(shù)據(jù)。
作為本發(fā)明的特征的新的特點在權(quán)利要求中提出了。不過，發(fā)明本身以及其它的特點和優(yōu)點，通過結(jié)合附圖參看以下的說明將能更好地理解，其中

圖1是按照本發(fā)明具有閱讀器的靈巧卡的第一實施例的透視圖；圖2是沿圖1的2-2線取的簡化截面圖；圖3是按照本發(fā)明具有位于外部的光學(xué)系統(tǒng)的靈巧卡的第二實施例的透視圖；圖4是沿圖3的4-4線取的簡化截面圖；圖5是圖1的靈巧卡部分的簡化的示意圖；圖6是本發(fā)明的具有閱讀器的靈巧卡的視覺顯示器的簡化方塊圖；圖7是圖6的裝置的頂視平面圖；圖8是用于圖1的具有閱讀器的靈巧卡的視覺顯示器的簡化原理圖；圖9、10和11是圖3的具有閱讀器的靈巧卡的部分頂視圖正視圖和側(cè)視圖；圖12是圖9的裝置的放大的側(cè)視圖；圖13是本發(fā)明的具有閱讀器的靈巧卡的另一個視覺顯示器的方塊圖；圖14是說明圖1的具有閱讀器的靈巧卡的操作的透視圖；以及圖15是本發(fā)明的具有閱讀器的靈巧卡的方塊圖。
現(xiàn)在參看附圖，圖1、圖2說明按照本發(fā)明具有視覺圖象顯示器的靈巧卡10。具有視覺圖象顯示器的靈巧卡10包括靈巧卡12，其中已裝有能夠存儲信息的半導(dǎo)體微芯片14，視覺圖像顯示器16，例如虛擬圖像顯示器，用于在孔18提供由微芯片14包含的或處理的信息的圖像，以及電子線路22，它連接微芯片14和視覺圖像顯示器16。
應(yīng)當(dāng)理解，靈巧卡12被制成薄的且便于攜帶的，從而由擁有者容易地在錢包里、襯衣口袋里或類似物中攜帶。在這一特定的實施例中，靈巧卡12包括具有微芯片14的殼體21，微芯片被部分地嵌在殼體中。視覺圖像顯示器16被裝在殼體21內(nèi)，用于在局部嵌入的孔(透鏡元件)18提供由微芯片14存儲或處理的信息的視覺圖像。電子線路22被裝在殼體21內(nèi)，和微芯片14的數(shù)據(jù)輸出端以及視覺圖像顯示器16電氣連接，在這個特定的實施例中，它們被表示成直接被裝在包含并互連電子線路22的電路板上。含有電子線路22的電路板也被定位，以便被安裝在定位處并和電子線路和圖像產(chǎn)生裝置20電氣相連，圖像產(chǎn)生裝置20包括發(fā)光元件的二維陣列，它們被連接作為視覺圖像顯示器16的一部分用于提供完整的圖像。一般地說，電子線路22包括中央處理單元(CPU)和能夠和CPU以及視覺顯示器16一道操作的存儲器(RAM或ROM)。
在最佳實施例中，微芯片14直接和電子線路22中的CPU相連。CPU被編程，以便和存儲器以及微芯片14上的電路接口，并把由微芯片14因而也是靈巧卡12存儲或處理的信息以圖像數(shù)據(jù)的形式提供給視覺顯示器16。然后，視覺顯示器16產(chǎn)生在微芯片14上包含的或由其處理的信息的圖像(或幾個圖像)。視覺圖像顯示器16一般包括圖像發(fā)生裝置20，至少一個驅(qū)動電路24(下面討論)和小型顯示器光學(xué)系統(tǒng)25(下面討論)。
應(yīng)當(dāng)理解，在某些特定情況下，可能希望甚至需要和靈巧卡上的電子線路進行一定數(shù)量的通信，因而，在這種情況下，設(shè)計用戶接口26，用于在CPU和微芯片14之間交換信息。用戶接口26使用戶能夠和CPU通信并最終和微芯片與視覺圖像顯示器16通信。用戶接口26包括各種按鈕，并控制視覺顯示器16的操作。一般地說，用戶接口26包括至少一個OFF/ON控制裝置，例如用于下拉菜單，前進/后退圖像，向前/向后滾動等操作的光標(biāo)，以便控制由視覺顯示器16產(chǎn)生的視圖。保密電路和用戶接口26相連，保密電路一般只響應(yīng)只有靈巧卡的所有者才知道的某些秘密信息對具有視覺圖像顯示器16的靈巧卡進行操作，例如PIN數(shù)、生物統(tǒng)計輸入等。為此，用戶接口26可以包括一個或幾個按鈕、小鼠標(biāo)或指示器裝置、小型游戲棒、電容性觸摸墊等，它們必須由用戶正確地操作，從而啟動具有視覺圖像顯示16的靈巧卡。此外，顯示器光學(xué)器件25，當(dāng)被制成高清晰度觸摸敏感屏?xí)r，不僅能夠顯示數(shù)據(jù)，而且作為更加保密應(yīng)用的生物統(tǒng)計輸入裝置。
現(xiàn)在參看圖3和圖4，其中說明按照本發(fā)明的具有視覺圖像顯示的靈巧卡的第二實施例，用標(biāo)號10′表示。應(yīng)當(dāng)說明，所有和圖1圖2相似的元件用相同的標(biāo)號表示，而增加撇號用以表示不同的實施例。具有視覺顯示器的靈巧卡10′包括一個附加的視覺顯示部件17，具有在其中形成的槽19，用于插入靈巧卡12′。靈巧卡12′包括裝在其中或至少部分地嵌在其中的微芯片14′，它能夠存儲并處理加密算法，例如用于公開/秘密傳遞密鑰密碼術(shù)的128位密鑰，以及至少視覺圖像顯示器16′的一部分，具體說是用來在孔18′處提供在微芯片14′上含的信息的圖像的圖像產(chǎn)生裝置20′和視場致平光學(xué)元件(下面討論)。此外，還包括和微芯片14′以及視覺圖像顯示器16′連接的電子線路22′。
應(yīng)該理解，如上一實施例那樣，靈巧卡12′除去附件17之外一般由用戶在錢包、襯衣口袋或其類似物中攜帶?？梢灶A(yù)料，顯示器光學(xué)器件25′的一部分裝在附件17中，此時靈巧卡12′將能比圖1圖2所示所有顯示元件都裝在靈巧卡本身中時作得更薄。附件17被制成單獨的器件，而和靈巧卡12′中包括的圖像發(fā)生裝置20′一道操作，以便讀出微芯片14′上含的信息。在這個特定的實施例中，靈巧卡12′包括局部嵌在其中的微芯片14′。視覺圖像顯示器16′通過模制靈巧卡12′而被完全封裝，特別是通過圍繞圖像發(fā)生裝置20′和其中所含的任何顯示光學(xué)系統(tǒng)25′模制構(gòu)成靈巧卡12′的材料。電子線路22′和微芯片14′以及視覺圖像顯示器16′電氣相連，也用構(gòu)成靈巧卡12′的材料密封，在這個特定的實施例中，它們被直接安裝在包含并互連電子線路22′的電路板上。含有電子線路22′的電路板也被定位，以便被安裝在定位處，并和電子線路22′以及圖像產(chǎn)生裝置20′電氣相連，圖像產(chǎn)生裝置20′與圖1圖2的圖像產(chǎn)生裝置20類似，包括相連的二維發(fā)光器件陣列，用來在附件17中提供完整的圖像。應(yīng)該理解，雖然這一特定的實施例說明了各個元件的模制封裝，但可以預(yù)料，也可以包括對照圖1圖2所述的殼體，或把各個元件實際上“夾”在構(gòu)成靈巧卡12′的材料的兩個平板之間。同樣，圖1和圖2的靈巧卡12也可以采用模制的封裝，如對照圖3和圖4所述；或被“夾”在平板元件之間。
如第一實施例一樣，微芯片14′直接和電子線路22′中的CPU相連。CPU被編程，以便和存儲器以及微芯片14′上的電路接口，并以圖像數(shù)據(jù)的形式向視覺顯示器16′提供微芯片14′因而也是靈巧卡12′上存儲的信息。在操作期間，用戶應(yīng)把靈巧卡插入槽19′中，借以啟動視覺顯示器16′，以便產(chǎn)生在微芯片14′上存儲的與/或由其處理的信息的圖像(或幾個圖像)。如對照圖1圖2所述，在某些特定情況下，可能希望甚至需要一定數(shù)量的和靈巧卡上的電子線路的通信，因而，設(shè)計用戶接口26′，用于從CPU向微芯片14′傳遞信息以及從微芯片14′向CPU傳遞信息。用戶接口26′的操作基本上和對照圖1圖2所述的用戶接口2 6的操作相同。
特別地參見圖5，其中以簡化示意圖的方式說明圖1圖2的視覺顯示器16的一個例子。顯示器16包括用于在表面28上提供圖像的圖像產(chǎn)生裝置20。由透鏡29表示的光學(xué)系統(tǒng)和表面28相距一定距離，并產(chǎn)生可由離開透鏡29限定的孔30一定距離的眼睛觀看的虛擬圖像。
裝置20在圖6中詳細說明，其中包括例如半導(dǎo)體電子線路，例如由數(shù)據(jù)處理電路32驅(qū)動的發(fā)光器件(LED)陣列31。數(shù)據(jù)處理電路32例如包括用于控制LED陣列31中每個LED的邏輯和開關(guān)電路陣列。數(shù)據(jù)處理電路32除去或代替邏輯與開關(guān)陣列之外還包括微處理器或類似電路，用于處理軟件指令的輸入信號，以便在例如LED陣列31上產(chǎn)生所需的圖像。應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)據(jù)處理電路32和LED陣列31雖然為了便于說明被單獨示出，但在某些應(yīng)用中可以被制造在同一半導(dǎo)體芯片上。
在本實施例中，LED陣列31包括發(fā)光二極管，它之所以被使用是因為可以實現(xiàn)極小的體積，還因為其結(jié)構(gòu)和操作簡單。當(dāng)然應(yīng)該理解，其它的圖像產(chǎn)生裝置也可使用，包括但不限于激光器(例如垂直空腔表面發(fā)光激光器)、液晶器件、有機發(fā)光二極管、場發(fā)光顯示器等。參見圖7，其中示出了LED陣列31的平面圖，在一個基片33上以行和列的規(guī)則的圖形制造LED，在本例中基片是半導(dǎo)體芯片。為了簡化，基片33的一部分被去掉了，但應(yīng)當(dāng)理解，許多其它電路尤其是驅(qū)動器可以被包括在同一基片上。通過按熟知的方式按照行和列尋址特定的LED，特定的LED就被激勵從而產(chǎn)生圖像。在輸入端34接收數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)，并被數(shù)據(jù)處理電路32轉(zhuǎn)換成能激勵選擇的LED的信號，從而產(chǎn)生預(yù)定的圖像。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在圖中LED陣列31和基片33被大大地放大了?；?3的實際大小是其每邊幾個毫米的數(shù)量級，發(fā)光區(qū)或陣列的范圍一般為2到50毫米最好為5到10毫米，每個LED的每邊小于20微米，最好每邊小于1微米的數(shù)量級。應(yīng)當(dāng)理解，實際的發(fā)光器件陣列小得多，但因為焊點等使每邊增加了幾毫米。一般地說，較大的基片或芯片說明在陣列中使用了較多的發(fā)光器件，以便提供更高的清晰度、更多的顏色等。
由透鏡29示意地表示的透鏡系統(tǒng)被固定在離開裝置20的表面28的位置，從而接收來自表面28的圖像，將其放大預(yù)定的數(shù)量，并形成觀察虛擬圖像的孔。在本實施例中，透鏡29把圖像放大15倍(15×)，使得來自LED陣列31的圖像被角放大為15乘以其原始角尺寸。一般地說，需要至少放大10倍，以便把圖像放大到足以用人眼睛覺察的大小。當(dāng)然應(yīng)該理解，透鏡系統(tǒng)可以是可調(diào)的，以便聚焦和附加放大；或者為了簡單也可以被固定在圖1圖2所示的殼體21內(nèi)。
現(xiàn)在參看圖8，其中說明視覺圖像顯示裝置40，尤其是一種微型的波導(dǎo)虛擬圖像顯示器，它可以在對照圖1圖2所述的本發(fā)明的第一實施例中作為視覺圖像顯示器16。圖中以簡化的示意圖形式表示微型波導(dǎo)虛擬圖像顯示器40。在微型波導(dǎo)虛擬圖像顯示器40中，和上述的圖像發(fā)生裝置20類似的圖像發(fā)生裝置41被設(shè)置在光波導(dǎo)42的入口處，用于在入口提供二維的完整圖像。來自在圖像發(fā)生裝置41處的完整的圖像的光線直接射到第一側(cè)面43的預(yù)定區(qū)域，在那里它們被反射到第二側(cè)面44，最好被反射到第三側(cè)面49，上述反射基本沿由側(cè)面43和44確定的光路進行。兩個繞射、折射或反射光學(xué)元件45、46分別設(shè)置在側(cè)面43和44，反射的光線被引向它們。光學(xué)元件45、46提供所需量的放大、像差校正、反射與/或濾波，使得在由光波導(dǎo)42的輸出口確定的孔48可以看到所需大小的虛擬圖像。虛擬圖像顯示器40被安裝在具有本發(fā)明的閱讀器的靈巧卡內(nèi)，借以能夠觀看在靈巧卡內(nèi)的微芯片上包含的信息。
圖9、10和11分別說明虛擬圖像顯示器50的頂視圖、正視圖和側(cè)視圖，在最佳實施例中，虛擬圖像顯示器50被用作本發(fā)明的具有閱讀器的靈巧卡的第二實施例中的視覺顯示器16′。微型虛擬圖像顯示器50裝有一個單折光學(xué)放大器52。圖9、10和11以近似實際的大小表示微型虛擬圖像顯示器50，用來按照該裝置的大小以簡化方式提供某些指示，應(yīng)當(dāng)理解，顯示器50包括圖像發(fā)生裝置55，它基本和圖3、圖4的圖像發(fā)生裝置20′相同，被靈巧卡的結(jié)構(gòu)封裝著，具有一套完整的光學(xué)系統(tǒng)，或把光學(xué)系統(tǒng)的一部分制成附件54，它基本和上述的附件17相同。特別是由圖10所示，顯示器50包括安裝在靈巧卡12′內(nèi)的圖像發(fā)生裝置55。圖像發(fā)生裝置55包括一個發(fā)光器件陣列，例如有機的或無機的發(fā)光二極管、場發(fā)射器件、垂直空腔表面發(fā)光激光器、液晶器件等。在本實施例中，圖像發(fā)生裝置55包括一個發(fā)光器件陣列，特別是含有240列和144行的發(fā)光器件的陣列。每個發(fā)光器件被作成每邊大約20μm，在相鄰器件之間的中心到中心的間距不大于20μm。每個發(fā)光器件由大約1.8V電壓接通，當(dāng)導(dǎo)通時，電流大約為50μA。裝置55提供大約小于15fL的亮度。
裝置55被固定在玻璃基片56的下表面上，驅(qū)動板58被卡緊連接在基片56上。關(guān)于驅(qū)動板和基片與驅(qū)動板連接的其它信息在美國專利USNo.5432358中披露了，其名稱為“INTEGRATED ELECTRO-OPTICALPACKAGE”，
公開日為1995年7月，并委托同一代理人，這里給出這些信息供參考。
一個折疊的光學(xué)放大器52，當(dāng)它被制成附件54時應(yīng)當(dāng)包括幾個光學(xué)元件，當(dāng)靈巧卡12′位于槽中時(基本上和圖3、4的槽19相同)，這些光學(xué)元件限定從裝置55到靈巧卡12′中的透光口57的光路，基本上從圖像發(fā)生裝置55伸延到觀察孔59，如圖9所示。幾個光學(xué)元件被構(gòu)成用來以大于10倍的數(shù)量放大由裝置55產(chǎn)生的圖像。因為光路的長度和裝置55(圖像源)的大小，這一光學(xué)系統(tǒng)的水平視野的范圍，從大約放大10×的11度到放大20×的22度，本實施例具有大約16度并放大15×的水平視野。
參見圖12，為清楚起見以截面圖的形式示出了圖9-11的顯示器50，此實物放大了4倍。從該圖可見，幾個光學(xué)元件包括第一光學(xué)元件60，它具有視場致平光入口(field flattening light inlet)62；作為光出口63的球面，以一定角度被指向視場致平光入口62；以及在光學(xué)上位于視場致平光入口62和光出口63之間的反射表面65，用來把來自視場致平光入口62的光引向光出口63。在本實施例中，元件60被制成棱鏡，并由光學(xué)塑料模制而成。一般地說，應(yīng)該理解光學(xué)塑料是一種具有高的折射率的材料，其折射率大約在1.5和1.6之間。反射表面65可以是一個單獨的鍍銀的鏡面，被直接模制在光學(xué)元件60中，或者反射表面65可以在制成第一光學(xué)元件60之后被鍍銀，或不被鍍銀而采用全內(nèi)反射型式。
在本實施例中，視場致平光入口62呈非球面視場致平凹面的形式，并被直接模制在第一光學(xué)元件60中，作為其中的一部分。不過，應(yīng)當(dāng)理解，視場致平光入口62可以作成一個單獨的透鏡，并和第一光學(xué)元件60的下表面光學(xué)對準(zhǔn)然后被固定。還應(yīng)當(dāng)理解，在另一個實施例中，光學(xué)系統(tǒng)的一部分例如視場致平光入口62可以裝在靈巧卡12′的內(nèi)部并借以被其密封。
相對于視場致平光入口62和光出口63設(shè)置反射表面65，用來使通過第一光學(xué)元件60的光以大約80°到100°之間的角度彎曲。具體地，在所示的實施例中，光以大約95°的角反射。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如，95°的角可以避免在單折光學(xué)放大器52的出口圖像的下部變模糊。
小型虛擬圖像顯示器50設(shè)計中的一個重要部分是利用具有凸的輸出表面的固態(tài)的單折棱鏡，以便使和在現(xiàn)有技術(shù)中使用簡單的拐彎鏡相比，在同樣的空間內(nèi)，能夠增加角度放大(減少有效聚焦長度)。
幾個光學(xué)元件還包括具有光入口68和光出口69的光學(xué)透鏡67，光入口68位于第一光學(xué)元件60的光出口63附近。在所示的實施例中，光學(xué)透鏡67是一個雙非球面光學(xué)透鏡，具有一個限定光入口68的非球面和一個限定光出口69的非球面。光透鏡67借助于任何方便的裝置，包括外殼體70，安裝支架或任何其它的結(jié)構(gòu)，被相對于第一光學(xué)元件60固定地安裝。這些非球面，包括光學(xué)透鏡67的光出口69和光入口68、第一光學(xué)元件60的光出口63和視場致平光入口62，被設(shè)計用來減少與/或消除當(dāng)光從視場致平光入口62通過到達光學(xué)透鏡67的光出口69時，在波前中的任何像差。
幾個光學(xué)元件，包括第一光學(xué)元件60和光學(xué)透鏡67，確定從第一光學(xué)元件60的視場致平光入口62到光學(xué)透鏡67的光出口69的光路。為了制造在靈巧卡裝置中使用的單折光學(xué)放大器，光路的整個平均光路長度的范圍應(yīng)該是15至30mm。在本實施例中，從視場致平光入口62到確定光學(xué)透鏡67的光出口69的非球面的光路大約為20mm。
此外，幾個光學(xué)元件，包括第一光學(xué)元件60和光學(xué)透鏡67，它們的結(jié)構(gòu)中至少包括一個位于光路中的繞射光學(xué)元件，使得提供附加的主要是色差(在本例中)、像差校正。在所示的實施例中，一個繞射光學(xué)元件72被包含在限定光學(xué)透鏡67的光出口68的非球面中。當(dāng)然，可以理解，代替繞射光學(xué)元件72或增加的繞射光學(xué)元件可以被包括在小型虛擬圖像顯示器50的幾個元件的任何其它的表面中，如果繞射光學(xué)元件被包括在和光路基本垂直的表面中，并和光以一定角度射到其表面的這些元件相對地設(shè)置，則繞射光學(xué)元件的設(shè)置相對容易一些，這是因為旋轉(zhuǎn)對稱所致，雖然光以一定角度照射的這些表面具有非旋轉(zhuǎn)對稱。因為非球面和繞射光元件72使光學(xué)透鏡67相對變得復(fù)雜，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光學(xué)透鏡67最好用注模法制造。
雖然第一光學(xué)元件60和光學(xué)透鏡67可以設(shè)計成一個完整的放大器，但在本例中還包括一個小功率的光學(xué)透鏡73作為能使放大器擴大的一個例子。小功率光學(xué)透鏡73包括限定光輸入74的球面和限定光輸出75的球面。在小功率光學(xué)透鏡73的入口表面形成有繞射光學(xué)元件76，用來提供附加的像差校正。小功率的光學(xué)透鏡73被安裝在光學(xué)透鏡67的附近，并形成一個輸出光學(xué)元件，它限定觀察孔59，通過它可以觀看角度放大的圖像。增設(shè)小功率透鏡73可能增加一些小型虛擬圖像顯示器50的尺寸和復(fù)雜性，但是能提供一些角度放大和像差校正，這減少了各個其它元件的復(fù)雜性，這在許多應(yīng)用中可以減少顯示器50的整個成本。因為它是小功率的，所以可以使用小功率光學(xué)透鏡73作為觀察窗或觀察孔。在只利用第一光學(xué)元件60和光學(xué)透鏡67的應(yīng)用中，用玻璃窗口或塑料窗口等限定觀察孔是方便的，這些顯然可作為光過濾器。
在許多應(yīng)用中，可能希望包括用于對最后圖像聚焦的裝置。為此，第一光學(xué)元件60(如果需要，包括其它元件67和73)借助于有螺紋的調(diào)節(jié)件77固定在外殼體70上，它可以用手指、螺絲刀等轉(zhuǎn)動，以便使元件60、67和73的固定的組件相對于外殼體70和裝置55垂直運動。通過簡單地改變視場致平光入口62和由裝置55產(chǎn)生的圖像之間的距離實現(xiàn)聚焦。
圖13是直接視網(wǎng)膜掃描顯示器80的方塊圖，它可以用作圖1-4的視覺顯示器16。激光器82向調(diào)制器84提供相干光束，它可以是包括固態(tài)激光器的任何已知的激光器，例如垂直空腔表面發(fā)射激光器、二極管激光器、二極管激勵激光器等。調(diào)制器84通過改變激光器82的功率值調(diào)制光束的強度從而把視頻信息加到光束上。根據(jù)應(yīng)用，調(diào)制可以像使激光器82通斷那樣簡單，這實質(zhì)上轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)。對于大多數(shù)應(yīng)用，聲光調(diào)制器是最佳的調(diào)制器之一，但其它技術(shù)，例如光電和機電技術(shù)也完全可以采用。
來自調(diào)制器84的調(diào)制的光束被引入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)86，透鏡系統(tǒng)88用于使來自偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)86的光束在眼睛上聚焦。透鏡系統(tǒng)88的焦距這樣選擇，使得掃描系統(tǒng)的焦點位于眼睛的瞳孔內(nèi)，并且相干光束的焦點位于眼睛的視網(wǎng)膜上。
調(diào)制器84和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)86的定時與控制由電子系統(tǒng)89提供。電子系統(tǒng)89包括基本振蕩器或定時器，它提供使掃描和調(diào)制在合適的時刻發(fā)生的定時信號。此外，電子系統(tǒng)89向調(diào)制器84提供視頻信號，以便在需要的時刻把光束調(diào)制成正確的強度。此外，電子系統(tǒng)89提供水平與垂直(正交)偏轉(zhuǎn)信號，使偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)86周期地掃描激光器中的光束。根據(jù)應(yīng)用場合和所需的圖像清晰度，水平偏轉(zhuǎn)頻率可以是15到30KHz的數(shù)量級，垂直偏轉(zhuǎn)不低于60Hz，調(diào)制頻率可以是12MHz的數(shù)量級。
偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)86的用途在于在眼睛的視網(wǎng)膜上掃描調(diào)制的光束，或在視網(wǎng)膜上“寫”上圖像。根據(jù)顯示器的應(yīng)用場合以及希望它如何在眼睛上形成圖像，偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)86和透鏡系統(tǒng)88有許多可能的結(jié)構(gòu)。關(guān)于這類顯示器的其它信息可在待審的美國專利申請“DIRECT RETINAL SCAN DISPLAY”中得到，其序列號為No.08/292，193，申請日為1994年8月18日，委托的是同一代理人，該專利申請是名稱為“DIRECT RETINAL SCAN DISPLAY”，序列號為No.07/857，193，申請日為1992年3月24日的專利申請的繼續(xù)。雖然直接視網(wǎng)膜掃描顯示器80在技術(shù)上不產(chǎn)生虛擬圖像，但為了說明方便也把其包括在虛擬顯示裝置的范圍內(nèi)。
參見圖14，其中示出了具有閱讀器的靈巧卡10的透視圖，在其中安裝了圖8所示的小型虛擬圖像顯示器40，使得只有從觀察孔48才能看到圖像。圖14還示出了事務(wù)信息的典型圖像90(或虛擬圖像)，以及由操作者從具有閱讀器的靈巧卡10的觀察孔48中看到的在靈巧卡12上存儲的信息，尤其是在微芯片14上存儲的信息，圖像90(虛擬圖像)出現(xiàn)在靈巧卡裝置10的后面。圖像90可以如8.5×11的一張紙的大小或更大些，并且例如可以包括完整的以前財務(wù)活動的財經(jīng)說明，或關(guān)于帳的簡單的信息數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在參見圖15，其中示出了具有閱讀器的靈巧卡10的簡化方塊圖。在這個具有閱讀器的靈巧卡10的特定例子中，中央處理單元(CPU)95被表示為電子系統(tǒng)22的一部分，它使用隨機存儲器96(RAM)和只讀存取器(ROM)97。在這一特定的實施例中，使用可在市場上買到的MOTOROLA，INC.的MC 68HC05SC21作為CPU95。當(dāng)然，可以理解，RAM96和ROM97可以在CPU 95的內(nèi)部與/或?qū)τ诟郊拥幕驅(qū)ｉT的用途，可以提供外部存儲器。CPU 95和微芯片101連接，它基本上和圖1-4的微芯片14類似，能夠存儲靈巧卡12的信息。
提供用戶接口98使用戶可以和CPU95最終和靈巧卡進行通信。用戶接口98包括用于操作虛擬顯示器的各個按鈕和控制。一般地說，用戶接口98包括至少一個OFF/ON控制裝置，例如用于下拉菜單、圖像前進/后退等的光標(biāo)，用來控制由視覺顯示器16產(chǎn)生的圖像。保密電路99和用戶接口98相連，它一般只響應(yīng)只有靈巧卡的擁有者才知道的一些秘密信息例如PIN數(shù)、生物統(tǒng)計輸入等對具有閱讀器的靈巧卡10進行操作。為此，用戶接口98可以包括一個或幾個按鈕(基本和圖1-4的用戶接口26相同)，必須由用戶正確地操作這些按鈕才能啟動具有閱讀器的靈巧卡10。
視覺顯示器100包括和驅(qū)動電路102相連的發(fā)光元件陣列，用于存儲與/或正確地定向由CPU95提供的圖像數(shù)據(jù)的RAM103。一般地，視覺顯示裝置100可以是上述的任何顯示器。如上所述，視覺顯示器100可以包括LCD陣列，例如在美國專利NO.5,486,946中所述的，該專利名稱為“INTEGRATED ELECTRO-OPTIC PACKAGE FOR REFLECTIVE SPATIAL LIGHTMODULATORS”，
公開日為1996年1月23日，并委托給同一代理人。此外，用于使發(fā)光元件陣列產(chǎn)生圖像的一些典型的電子線路在美國專利No.5,432,358中披露了，該專利的名稱為“INTEGRATED ELECTRO-OPTICALPACKAGE”，
公開日為1995年7月11日，并委托給同一代理人。
這樣，以上披露了一種用于觀看在靈巧卡上存儲的信息的新的改進的裝置。這種新的改進的裝置被這樣制造，使得可以把顯示機構(gòu)放在靈巧卡內(nèi)。其中包括有先進的圖像源模塊和小型的顯示光學(xué)系統(tǒng)，使得把顯示器的體積減到最小。當(dāng)靈巧卡被制成至少包括附件中的顯示器光學(xué)系統(tǒng)的一部分時，這種裝置可以被標(biāo)準(zhǔn)化，以便接收多種類型的靈巧卡。這種靈巧卡還含有安全特征，用來阻止信息的不希望的觀看。此外，這種新的改進的用于觀看靈巧卡上存儲的信息的裝置容易操作，使每個用戶可以容易地獲得在靈巧卡上存儲的即時信息。
雖然我們已經(jīng)說明了本發(fā)明的特定實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出各種改進和改型。因此，我們希望應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所示的具體形式，并且我們在權(quán)利要求中旨在包括不脫離本發(fā)明構(gòu)思的所有的改型。
權(quán)利要求
1.一種靈巧卡，其特征在于包括嵌在靈巧卡內(nèi)部的微型芯片，具有數(shù)據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，并能夠在其上存儲電子數(shù)據(jù)信息；虛擬圖像顯示器，用來提供可在觀看孔觀看的圖像，它包括用來接收圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入端；以及安裝在靈巧卡內(nèi)并和微型芯片的數(shù)據(jù)輸出端相連的電子線路系統(tǒng)，用來接收微型芯片上的電子數(shù)據(jù)信息，并且還和虛擬圖像顯示器的數(shù)據(jù)輸入端相連，用來響應(yīng)在微芯片上存儲的電子數(shù)據(jù)信息向虛擬圖像顯示器提供圖像數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的靈巧卡，其特征在于還包括至少一個和微芯片的數(shù)據(jù)輸入端相連的用戶接口控制裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的靈巧卡，其特征在于虛擬圖像顯示器包括二維發(fā)光元件陣列，被連接用來提供完整的圖像，二維圖像陣列和虛擬圖像顯示器的數(shù)據(jù)輸入端相連，以便接收圖像數(shù)據(jù)，并響應(yīng)這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生完整的圖像
4.如權(quán)利要求3所述的靈巧卡，其特征在于二維發(fā)光元件陣列包括下列陣列之一發(fā)光二極管的二維陣列，有機發(fā)光二極管的二維陣列，和液晶器件的二維陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的靈巧卡，其特征在于電子線路系統(tǒng)包括中央處理單元(CPU)和隨機存儲器(RAM)。
6.如權(quán)利要求1所述的靈巧卡，其特征在于還包括用來阻止不希望的觀看的安全裝置。
7.一種具有閱讀器的靈巧卡，其特征在于包括至少局部地嵌在靈巧卡內(nèi)的微型芯片，具有數(shù)據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，并能夠存儲電子數(shù)據(jù)信息；虛擬圖像顯示器，用于提供可在觀看孔觀看的圖像，它包括設(shè)計用來接收圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入端，還包括圖像源和顯示光學(xué)系統(tǒng)，顯示光學(xué)系統(tǒng)由至少一個光學(xué)元件構(gòu)成，所述光學(xué)元件具有光入口和以一定角度指向光入口的光出口，在光入口和光出口之間具有折射、繞射和反射表面之一，從而把來自光入口的光引向光出口；以及安裝在靈巧卡內(nèi)并和微芯片的數(shù)據(jù)輸出端相連的電子線路系統(tǒng)，用于接收并處理電子數(shù)據(jù)信息，電子線路系統(tǒng)還和虛擬圖像顯示器的數(shù)據(jù)輸入端相連，用于對其提供圖像數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的靈巧卡，其特征在于至少一個光學(xué)元件包括至少一個用于校正像差的非球面，所述至少一個光學(xué)元件限定從光入口到光出口的光路，總的平均光路長度范圍大約20至35mm，并且所述至少一個光學(xué)元件被構(gòu)成用來在光出口處把由圖像源產(chǎn)生的圖像進行角度放大，放大倍數(shù)大于10。
9.如權(quán)利要求7所述的具有閱讀器的靈巧卡，其特征在于虛擬圖像顯示器包括發(fā)光器件的二維陣列，用來被連接從而提供完整的圖像，二維陣列和虛擬圖像顯示器的數(shù)據(jù)輸入端相連，以便接收圖像數(shù)據(jù)，并響應(yīng)接收的圖像數(shù)據(jù)而產(chǎn)生圖像。
10.如權(quán)利要求9所述的靈巧卡，其特征在于顯示光學(xué)系統(tǒng)被裝在靈巧卡內(nèi)，和裝在靈巧卡內(nèi)圖像源在光學(xué)上對準(zhǔn)，用來提供可在觀看孔觀看的圖像。
全文摘要
一種靈巧卡(12),包括:微芯片14,其上具有存儲的信息,虛擬圖像顯示器(16)和電子電路系統(tǒng)(22),它和虛擬圖像顯示器(16)相連,用于提供圖像數(shù)據(jù)。虛擬圖像顯示器(16)包括裝在靈巧卡(12)內(nèi)的小型顯示光學(xué)系統(tǒng)(25),或者使它的至少一部分位于附件(17)中,用于在觀察孔(18)觀看在靈巧卡(12)上存儲的信息。
文檔編號G06K19/077GK1176441SQ9711792
公開日1998年3月18日 申請日期1997年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月3日
發(fā)明者凱倫·E·亞齊莫維茨, 斯科特·R·諾維斯 申請人:摩托羅拉公司