專利名稱：圖像檢測顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像檢測顯示裝置，包括圖像顯示部分，其包括顯示屏和用于所述顯示屏的照明的照明裝置，以及被設(shè)置在所述顯示屏的頂部上的并具有兩維陣列的光敏元件的圖像檢測部分。
本發(fā)明還涉及一種一般的視頻通信裝置以及電視電話裝置，例如尤其是移動電話裝置。
電視電話裝置是一種電信裝置，其使得用戶能夠在不同的地點互相通話，而且還能夠看到彼此的面部。這種裝置應(yīng)當(dāng)包括揚聲器，顯示器，麥克風(fēng)和攝像機。在早期的有繩電視電話裝置的實施物中，顯示器是陰極射線管(CRT)顯示器，攝像機被安裝在CRT上方的中心位置。這種實施物的尺寸主要由CRT的尺寸決定。在電視電話裝置的現(xiàn)代的實施物中，顯示器由扁的顯示屏構(gòu)成，例如LCD顯示屏。由這種顯示屏顯示的圖像可以被投射到投射屏的后側(cè)上，投射屏的前側(cè)由用戶觀看。攝像機被設(shè)置在投射屏的后面，并且這種屏可以在全透明狀態(tài)和漫射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在全透明狀態(tài)，攝像機拍攝圖像，在漫射狀態(tài)，向用戶顯示來自顯示屏的圖像。這種裝置提供相當(dāng)大的可以在遠(yuǎn)距離觀看的圖像。
現(xiàn)代的無繩電話和蜂窩電話或移動電話裝置包括小的和直接觀看的LCD(液晶顯示)屏，用于顯示電話號碼，時間，和其它數(shù)據(jù)。液晶是一種非常適用于用作微小的光開關(guān)的材料，所述光開關(guān)用于使圖像元素(像素)接通和斷開。在這種材料上施加一個電壓便改變其細(xì)長分子的對準(zhǔn)和光偏振特性，因此它們可以和極化濾波器結(jié)合使用，用于實現(xiàn)電子快門。可以利用這種像素的兩維陣列來顯示圖像。
這種裝置可以被構(gòu)成電視電話裝置，只要用于形成物體的圖像的和把這些圖像轉(zhuǎn)換成電信號的攝像機功能可以被組合在或者被內(nèi)裝在所述的裝置中。US-A-5,340,978涉及一種包括固態(tài)檢測器的攝像機，并描述了多種使用和圖像檢測器的光敏元件相關(guān)的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)。還描述了一種圖像檢測顯示屏，其包括LCD屏，具有被設(shè)置在其表面上的光敏元件陣列的襯底，以及被設(shè)置在所述陣列上方的并且能夠使光在所述陣列上聚焦的光學(xué)透明層。其中說明了這種圖像檢測顯示屏的多個實施例，這些實施例之間的區(qū)別在于LCD屏、光敏元件陣列和透明層的相互排列不同。在這些實施例的每個中，LCD屏是透射屏，并且照明裝置是后照明裝置。
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的在前言部分中限定的那種圖像檢測顯示裝置，用于移動電視電話裝置或其它應(yīng)用中。這種裝置的特征在于，所述顯示屏是反射屏，并且所述照明裝置是前照明裝置，并被設(shè)置在光敏元件陣列的前面。
移動的或無繩的電視電話系統(tǒng)要在日光環(huán)境下使用，因而應(yīng)當(dāng)顯示亮的圖像。通過使用反射顯示屏，可以利用相當(dāng)?shù)偷墓鈴姸群拖鄳?yīng)的相當(dāng)?shù)偷碾姽β氏墨@得亮的圖像。對于移動的或無繩電視電話，這也是非常重要的。此外，因為在光敏元件的前面設(shè)置有前照明裝置，所以攝像機的成像元件可以被設(shè)置在這些照明裝置中。
在本說明中，無繩電視電話裝置被理解為這樣一種電視電話裝置，其通過在附近的并和電纜網(wǎng)絡(luò)相連的接收機和發(fā)送機裝置接收和發(fā)送聲音和視覺信號。移動電視電話裝置是一種電視電話裝置，其隨著用戶移動并通過空氣接收和發(fā)送來自本地發(fā)送機的聲音和視覺信號，所述本地發(fā)送機可以位于一個較大的距離。
攝像機功能和顯示功能被集中在一個模塊中具有這樣的優(yōu)點，即信號處理，例如第一處理和譯碼，視頻處理和視頻校正與編碼，都可以通過模塊的板上處理器進(jìn)行。借以使和板處理器之間的大量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡员苊?，這減少了功率消耗，并增加了數(shù)據(jù)速率。上述集中在一個模塊中的一個附加的優(yōu)點是增加了設(shè)計的自由度。
圖像檢測顯示裝置的第一實施例，其中顯示屏包括透明的前板，其特征在于光敏元件的陣列被設(shè)置在前板的下面。
圖像檢測顯示裝置的第二實施例，其中顯示屏包括透明的前板，其特征在于，光敏元件的陣列被設(shè)置在所述前板上。
用于對物體或場景在光敏元件的陣列上成像的攝像機鏡頭裝置可以是被設(shè)置在圖像檢測顯示裝置的前方的一個鏡頭元件。圖像檢測顯示裝置的優(yōu)選實施例，其中照明裝置包括前光導(dǎo)，其特征在于，透鏡裝置被集中在光導(dǎo)中。
通過使用前光導(dǎo)作為透鏡裝置的載體，使得高度的集成成為可能，因而可以獲得小型的結(jié)構(gòu)。
前光導(dǎo)被理解為被設(shè)置在圖像檢測顯示裝置前側(cè)的由透明材料制成的平板，其中來自光源例如一個或幾個LED的光通過一個或幾個側(cè)面進(jìn)入，并且在平的主面上經(jīng)過一次或幾次反射之后，被發(fā)送到LCD屏。
圖像檢測顯示裝置的另一個優(yōu)選實施例的特征在于，透鏡裝置被設(shè)置在LCD屏的前板上。
后一種透鏡裝置可以替代被集中在光導(dǎo)中的透鏡裝置，或者可以和其組合。在后一種情況下，可以在光敏元件的陣列上形成改進(jìn)的圖像。
圖像檢測顯示裝置的特征還在于，光敏元件的陣列由CCD檢測器構(gòu)成。
CCD(電荷耦合器件)檢測器已經(jīng)成功地用于可靠的高分辨率的檢測器，所述檢測器非常適合作為本發(fā)明的裝置。
此外，所述圖像檢測顯示裝置的特征可以具有這樣的特征光敏元件的陣列由C-MOS圖像檢測器構(gòu)成。
C-MOS圖像檢測器對于本發(fā)明的裝置是一種有吸引力的圖像檢測器，其可以和其它電路集成在一個芯片上，并具有減少的封裝成本。
所述圖像檢測顯示裝置還具有這樣的特征其中顯示屏是一種LCD屏。
LCD屏，其被廣泛地用作高分辨率的全色顯示器，作為本發(fā)明的裝置中的顯示屏是非常合適的。
LCD屏的材料是膽甾醇型液晶。這種晶體具有周期性結(jié)構(gòu)，其具有和給定的可見波長匹配的周期性。其可以在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在所述第一狀態(tài)，所述給定的波長被反射，所述第二狀態(tài)是一種透明的狀態(tài)。膽甾醇型液晶顯示只在其信息內(nèi)容改變時才消耗功率，因而使得利用較低的功率消耗便能顯示穩(wěn)定的信息。因此這種顯示器非常適用于移動裝置。
對于實際的視頻(運動圖像)應(yīng)用，圖像檢測顯示裝置最好還具有這樣的特征，即LCD屏的材料是扭轉(zhuǎn)型向列液晶。
這種液晶能夠?qū)崿F(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換速率，因此，具有這種液晶的顯示屏非常適合于顯示運動圖像。這種液晶可以是超扭轉(zhuǎn)型向列液晶，在灰色色調(diào)或者在彩色型式下，其極化方向能夠在180度到360度的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明還涉及一種包括圖像顯示裝置和攝像裝置的圖像通信裝置，所述圖像顯示裝置包括圖像顯示屏，所述攝像裝置包括圖像檢測器。這種裝置的特征在于，所述圖像顯示屏和圖像檢測器由上述的圖像檢測顯示裝置構(gòu)成。
這種圖像通信裝置的例子有用于臺式計算機和筆記本計算機的扁平的監(jiān)視器。
本發(fā)明還涉及一種電視電話裝置，其包括話音通信部分和圖像通信部分，其中圖像通信部分包括圖像顯示裝置和攝像裝置，所述圖像顯示裝置包括圖像顯示屏，所述攝像裝置包括圖像檢測器。這種裝置的特征在于，所述圖像顯示屏和圖像檢測器由上述的圖像檢測顯示裝置構(gòu)成。
本發(fā)明的優(yōu)點對于作為移動裝置構(gòu)成的電視電話裝置是顯著的。
本發(fā)明的這些和其它的方面從下面說明的實施例可以明顯地看出。在附圖中

圖1表示移動電視電話裝置，其中可以實現(xiàn)本發(fā)明的圖像檢測顯示裝置；圖2是所述裝置的功能方塊圖；圖3表示本發(fā)明的圖像檢測顯示裝置的實施例；圖4是透射LCD屏的原理電路圖；圖5是反射LCD屏的原理電路圖；圖6表示用于反射LCD屏的照明裝置的實施例；圖7a，7b表示本發(fā)明的圖像檢測顯示裝置的兩個實施例；圖8表示在光導(dǎo)的上表面具有平面透鏡結(jié)構(gòu)的圖像檢測顯示裝置；圖9是菲涅耳透鏡的頂視圖；圖10表示在光導(dǎo)的下表面具有平面透鏡結(jié)構(gòu)的圖像檢測顯示裝置；圖11表示具有兩個平面透鏡結(jié)構(gòu)和微型透鏡結(jié)構(gòu)的圖像檢測顯示裝置；圖12表示具有微型透鏡結(jié)構(gòu)的圖像檢測器；圖13表示具有圖像檢測顯示裝置的無繩電視電話裝置；圖14表示具有圖像檢測顯示裝置的筆記本計算機；以及圖15表示具有圖像檢測顯示裝置的臺式計算機。
圖1是移動電視電話裝置或蜂窩電視電話裝置的透視圖，其前表面具有輸入部分3。這一部分包括許多按鈕開關(guān)4，用于撥號輸入和其它的功能。顯示裝置10被設(shè)置在部分3的上方，天線5被提供在電話1的上表面上。當(dāng)例如十鍵號碼的撥號從按鈕開關(guān)4輸入時，和輸入的撥號有關(guān)的信息便經(jīng)過電話1中的發(fā)送電路7從天線5被發(fā)送到電話公司的基站，如圖2所示。
圖2是所述電話的功能方塊圖。和輸入的撥號有關(guān)的信息被顯示驅(qū)動電路9，其驅(qū)動顯示裝置10，使得所述顯示裝置顯示撥號信息。
如果常規(guī)的移動電話裝置配備有攝像機裝置并采用所述攝像機裝置的電路，則所述移動電話裝置的能力被大大增加。此時這種移動裝置便可用作電視電話裝置。這種原始的電視電話裝置是一種有繩裝置，其旨在作為一種擴展的電話裝置，其不僅可以使兩個遠(yuǎn)方的用戶能夠聽到話音，而且還能夠使他們看到對方的面部。這種裝置還能夠使在一個地方的用戶看到在另一個地方的用戶的圖像和數(shù)據(jù)。已經(jīng)提出利用移動電視電話裝置顯示電影，或者顯示實際的視頻圖像，并用于接入全球的電子信息網(wǎng)絡(luò)，例如互聯(lián)網(wǎng)。為此，在移動電視電話裝置中至少應(yīng)當(dāng)包括攝像機裝置的圖像檢測器，這意味著應(yīng)當(dāng)是一種圖像檢測顯示裝置，而不僅僅是顯示裝置，例如LCD屏。
將攝像機功能和顯示功能集中在一個模塊中具有這樣的優(yōu)點，即，信號處理，例如第一處理和解釋，視頻處理和視頻校正與編碼，可以由模塊的板上處理器進(jìn)行。借以使和板處理器之間的大量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡员苊猓@減少了功率消耗，并增加了數(shù)據(jù)速率。上述集中在一個模塊中的一個附加的優(yōu)點是增加了設(shè)計的自由度。
圖3是一個拆開的透視圖，表示按照本發(fā)明端面的圖像檢測顯示裝置20。這種裝置從底部按順序地包括顯示屏30，圖像檢測器40，例如CCD檢測器，表面照明裝置50和透鏡裝置60，透鏡裝置60被示意地表示為曲面透鏡元件。這些元件沿Z方向即用戶的觀看方向疊置，并且元件30，40和50可被集中在殼體65中。元件的Z尺寸相對于其X，Y尺寸比圖3所示的小得多。
圖4是常規(guī)的透射液晶顯示屏70的示意圖。這種顯示屏包括一層液晶材料71，例如向列型的液晶材料，其被包封在兩個透明板72和73之間，所述透明板例如是玻璃板。在每個板上設(shè)置有驅(qū)動電極75，76。至少電極76被分成大量的行和列，使得在所述顯示屏中限定大量的圖像元素或像素。借助于驅(qū)動陣列電極來驅(qū)動不同的像素，所述陣列電極由驅(qū)動端子77和78示意地表示。這樣，可以在所需的位置，例如像素位置，把電場施加于液晶材料71上。所述電場引起材料71的有效的折射率的改變，即改變其細(xì)長分子的直線排列和光的偏振性能，使得通過給定像素的光，根據(jù)在相關(guān)像素的位置有無局部電場，經(jīng)受或不經(jīng)受沿極化方向的轉(zhuǎn)動。借助于設(shè)置在電極75和用戶的眼睛之間的偏振濾光器，所述的極化改變被轉(zhuǎn)換成強度的改變，使得像素成為觀看者能夠看到或不能看到的?？梢娤袼睾筒豢梢娤袼氐慕M合便形成圖像，所述圖像可以被快速地改變，例如每秒改變25或50次。其中像素由行電極和列電極的交點形成，并直接由加于行電極和列電極之間的電壓驅(qū)動的顯示屏被稱為無源陣列顯示屏。
代替無源陣列顯示屏，可以使用有源陣列LCD(AMLCD)顯示屏。在這種顯示屏中，驅(qū)動電子電路由硅晶體管的陣列構(gòu)成，所述晶體管排列在板73上。此時每個像素由其自身的晶體管最好是薄膜晶體管(TFT)驅(qū)動。例如在EP-A-0266184中說明了兩種類型的顯示屏。有源陣列顯示屏能夠顯示超高質(zhì)量和高清晰度的彩色圖像，并正在向著能夠顯示越來越復(fù)雜的信息的方向發(fā)展。無源陣列顯示器比較容易制造，并且消耗相當(dāng)?shù)偷墓β?。這些顯示器適用于對于亮度、像素數(shù)和響應(yīng)時間的要求適中的應(yīng)用。
LCD屏不是發(fā)射型的它們本身不發(fā)光。而是，直接觀看的透射型LCD屏具有后面照明裝置，所述照明裝置包括光源和平面光導(dǎo)80，如圖4所示。
在本發(fā)明的圖像檢測顯示裝置中，使用反射型顯示屏代替透射型顯示屏。反射型顯示屏和圖像檢測器的組合不僅是新的，而且具有重要的優(yōu)點，特別是，但是不僅是，對于無繩裝置。這些優(yōu)點涉及光的有效利用，因而涉及向照明裝置提供電功率的電池的功率的有效利用，并且還涉及裝置的結(jié)構(gòu)方面。
反射型LCD屏可以使用環(huán)境光，因此當(dāng)在亮的環(huán)境或在白天使用時不需要對顯示屏進(jìn)行附加的照明。顯示的圖像的對比度隨著環(huán)境光的強度的增加而增加，這是因為在環(huán)境光的強度增加時圖像形成的反射光的強度也增加，而黑色像素的黑度不變。當(dāng)在環(huán)境光增加的環(huán)境中使用使用透射型LCD屏?xí)r，顯示的圖像的對比度將減小。此時后面照明裝置的發(fā)光強度應(yīng)當(dāng)增加，以便獲得具有足夠?qū)Ρ榷鹊膱D像。這意味著后面照明裝置將消耗更多的電功率，這是不利的，尤其是對于電池供電的無繩裝置。
圖5是可以用于圖3所示的圖像檢測顯示裝置中的反射型LCD屏30的實施例的示意圖。所述顯示屏包括和圖4的層71類似的液晶層31。層31被夾在和圖4的板72類似的透明板32和第二板33之間。板32具有一個相反電極，板33具有驅(qū)動晶體管的陣列，一個晶體管用于一個像素，所述驅(qū)動陣列示意地由層35表示。板33的前側(cè)36是反射型的。所述反射型顯示屏以和圖4的投射屏相同的方式工作，只是圖像形成光被反射而不是被透射。
在透射型LCD屏中，如圖4所示，可用于對光進(jìn)行極化調(diào)制的像素的有效面積被用于像素的驅(qū)動裝置，即無源陣列顯示裝置的行電極和列電極或有源陣列顯示裝置中的晶體管，占據(jù)的面積限制。這些部分的存在限制了顯示屏的分辨率，即每個表面單位面積的像素的個數(shù)。因為入射到這種面積部分上的光，因而也是入射到像素的反射區(qū)域外部的光，被吸收而不用于形成圖像，所以所述部分也限制了顯示屏的光效率，即用于形成圖像的光的數(shù)量和入射到顯示屏上的光的數(shù)量的比，因而限制了顯示的圖像的亮度。通過增加入射到顯示屏上的光的強度可以改善亮度，這意味著消耗更多的電池功率，或者通過增加顯示屏的透鏡裝置，例如使用微型透鏡陣列，把可利用的光集中在像素的有效區(qū)域上，這使得裝置的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。
然而，上述的限制在圖5所示的反射型有源陣列顯示屏中不存在，其中驅(qū)動晶體管被設(shè)置在液晶層31的下方，因而不覆蓋所述層的部分。此時，基本上液晶層的整個表面積都被像素的有效面積占據(jù)，因而所述顯示屏比透射型顯示屏和反射型無源陣列顯示屏具有較高的分辨率。此外，基本上入射到顯示屏上的所有的光都被反射和調(diào)制，并用于顯示圖像。而一般地說，反射型LCD屏比透射型顯示屏具有較高的光效率，有源陣列反射型顯示屏還有分辨率較高和圖像質(zhì)量優(yōu)異的優(yōu)點。在移動電話或無繩電話裝置中設(shè)置具有這種顯示屏的圖像檢測顯示裝置將使得所述電話裝置適合用作電視電話裝置，用于顯示高質(zhì)量的數(shù)據(jù)、圖表和視頻圖像，并且用于接入例如全球的互聯(lián)網(wǎng)或其它的通信網(wǎng)絡(luò)中。
實際上，對于設(shè)想的應(yīng)用的反射型LCD屏將配備有照明裝置。不過，這些裝置可以只在需要時，即環(huán)境光太弱時被接通。對于透射型LCD屏，后面照明裝置應(yīng)當(dāng)在所有的使用環(huán)境下都被接通，使得反射型顯示屏比透射型顯示屏相對于電功率消耗具有更高的效率。
在圖像檢測顯示裝置中使用的反射型顯示屏的照明裝置是前照明裝置，其包括被設(shè)置在圖像檢測器的前方的扁平的光導(dǎo)。這種結(jié)構(gòu)使得能夠把攝像機鏡頭元件集中在前光導(dǎo)中，或者集中在圖像檢測顯示裝置內(nèi)。顯然，照明裝置的光源只在裝置的顯示模式下才接通，而在攝像機模式下不被接通。
前照明裝置具有兩個主平面，它們沿觀看方向即圖2的Z方向彼此對置，使得所述平面中的一個或兩個可以配備有透鏡結(jié)構(gòu)。
圖6是前照明裝置50的實施例的截面圖，用于說明這種裝置的原理。所示的前照明裝置包括透明的光導(dǎo)板81，例如由玻璃或透明的塑料制成。圖6只表示所述的光導(dǎo)板的一部分。光導(dǎo)板81具有下主平面85，其面向圖像檢測器(圖6中未示出)，上主平面86和4個側(cè)面88，圖6中只示出了一個側(cè)面。至少一個光源90被設(shè)置和至少一個側(cè)面相對。所述光導(dǎo)板具有許多散射元件93。來自光源90的光線通過側(cè)面88進(jìn)入光導(dǎo)板81，并在光線到達(dá)散射元件93之前，根據(jù)光線的方向在內(nèi)部被全反射一次兩次或多次。所述散射元件沿不同方向反射入射到其上的光。由光線95表示的反射光的一部分具有這樣的方向，使得其通過光導(dǎo)板的下主平面85，并向LCD屏30傳播。其余的反射光繼續(xù)在光導(dǎo)板81內(nèi)傳播，直到其達(dá)到另一個散射元件94。由這個元件反射的光的一部分通過光導(dǎo)板81的下表面85，其余的部分繼續(xù)通過光導(dǎo)板傳播。這樣一直進(jìn)行到基本上所有通過側(cè)面88進(jìn)入光導(dǎo)板的光都從光導(dǎo)板射出并指向LCD屏30。如果使對著進(jìn)入表面的光導(dǎo)板的側(cè)面是一個反射表面，這個過程將被增強?？梢栽诠庠?0周圍設(shè)置一個由虛線98表示的反射器，以便增加進(jìn)入光導(dǎo)板的來自光源的光的數(shù)量。例如，光源可以被設(shè)置在拋物線形的反射器中，所述反射器對著光導(dǎo)板的輸入側(cè)面設(shè)置。
關(guān)于后照明裝置，即用于照射透射型顯示屏的后面的裝置，例如從US-A5816677和EP-A0881426得知多個實施例。后照明裝置的已知的特征也可以用于前照明裝置中。例如，光源可以是光導(dǎo)板的一個側(cè)面的光管，或者在光導(dǎo)板的不同的側(cè)面設(shè)置兩個或多個這種光管。還可以使用圍繞光導(dǎo)板的彎曲的光管。這種用作背光的光管在US-A5619351中說明了。對于小的圖像檢測顯示裝置，光源最好是發(fā)光二極管，或LED。現(xiàn)在可以得到具有不同顏色的壽命長的耗能少的亮而小的LED。對于彩色圖像檢測顯示裝置，可以使用3個一組的一組或幾組發(fā)基色紅綠藍(lán)光的LED。圖3表示3個LED 52，53和54構(gòu)成的一組。對于前方照明，可以使用常規(guī)的LED。由其顯示視頻圖像的能力來看，另一種選擇是使用目前研發(fā)的包括聚合物材料的LED，或者使用包括有機材料的LED。
散射元件91，94等可以由球形元件、塊狀元件或扁平元件的一部分構(gòu)成。如果光源被設(shè)置在光導(dǎo)板50的相對側(cè)表面，則這些散射元件可以均勻地分布在所述光導(dǎo)板的平的上表面80上，使得通過表面85離開光導(dǎo)板的光具有所要求的均勻的強度。如果一個或幾個光源只被設(shè)置在光導(dǎo)板50的一個側(cè)面，通過增加從光的入射表面到相對表面的散射元件的密度，即增加每個平面單位面積的這種元件的數(shù)量，可以獲得均勻的強度。如果光YZ表面和XZ表面進(jìn)入光導(dǎo)板50，則可以這樣設(shè)置散射元件，使得從這些表面到相對的表面沿X方向和Y方向散射元件的密度增加。通過修改散射元件的性能，例如其尺寸或其散射能力，使得在光入射表面的位置比在相對表面的位置發(fā)生較少的散射，也可以獲得離開光導(dǎo)板50的光的均勻的強度。在一些情況下，可能最好是照亮顯示屏的光被不均勻地分布。這種要求不均勻的照明也可以通過修改散射元件的密度與/或散射性能來獲得。
在圖3中的圖像檢測器40是一種所謂的固態(tài)檢測器，其包括在襯底上的光敏元件的二維陣列。所述襯底可以是硅半導(dǎo)體襯底。光敏元件的陣列可以是熟知的CCD(電荷耦合器件)，在光入射時放電的存儲單元的陣列，CMOS陣列或任何其它合適的器件，這些器件在光入射時改變狀態(tài)，或者產(chǎn)生信號或信號差。例如，例如可以使用在IEEETransactions on Consumer Electronics，Vol.46，No.1，F(xiàn)ebruary2000，pages 68-75的文章“Design of real-time image enhancementpreprocessor for CMOS image sensor”中所述的CMOS圖像檢測器。光敏元件陣列可以包括數(shù)百或數(shù)千行和列，并且可以具有正方形或長方形的形狀。元件可以被均勻地設(shè)置，也可以一行元件或一列元件和相鄰的行和列的元件錯開。圖像檢測陣列具有足夠的透射性，使得在顯示屏上顯示的圖像可以通過所述陣列被看到。
圖像檢測陣列40可以被設(shè)置在LCD屏上，即被設(shè)置在所述顯示屏的前玻璃板上。不過，也可以把圖像檢測陣列設(shè)置在前玻璃板的下表面上。這些實施例分別在圖7a，圖7b中示出了，其中前玻璃板由標(biāo)號100表示。
圖像檢測顯示裝置應(yīng)當(dāng)具有透鏡裝置，以便在圖像檢測陣列上對物體或場景或計算機數(shù)據(jù)(圖形)成像。這種透鏡裝置可以是被設(shè)置在裝置的前方的單獨的透鏡元件60，如圖4所示。不過，裝置的結(jié)構(gòu)使得所需的透鏡裝置和附加的其它透鏡裝置能夠集成在一起而不增大裝置的體積或使得裝置變得復(fù)雜。如圖8所示，平面物鏡110可以被提供在圖7a的實施例中的光導(dǎo)50的頂面上。這種透鏡可以是菲涅耳透鏡，其操作基于衍射而不是折射。圖9是這種菲涅耳透鏡的頂視圖。這種透鏡結(jié)構(gòu)由透明的中心圓部分112和大量的交替排列的分別是不透明和透明的環(huán)115和113構(gòu)成，它們的寬度和其間的間距從中心到周邊逐漸減少。代替這種幅值結(jié)構(gòu)，菲涅耳透鏡可以具有相位結(jié)構(gòu)。所述相位結(jié)構(gòu)由許多環(huán)構(gòu)成，這些環(huán)在通過它們的光束部分中交替地引入第一相位移，例如0度，和第二相位移，例如180度。來自在結(jié)構(gòu)上不同的環(huán)的光束部分在菲涅耳透鏡的聚焦平面內(nèi)相互干涉，使得總的結(jié)果相當(dāng)于衍射透鏡的結(jié)果。為清楚起見，在圖8和圖9中只示出了幾個環(huán)，實際上，環(huán)的數(shù)量大得多。平面透鏡110也可以被設(shè)置在光導(dǎo)50的下表面54上，或者被設(shè)置在圖像檢測器40的上表面42上。
如圖10所示，平面物鏡110也可以被設(shè)置在光導(dǎo)的下表面54上。也可以將平面透鏡設(shè)置在圖像檢測器40的上表面42上。此外，在圖7b所示的實施例中，平面物鏡可以被設(shè)置在光導(dǎo)50的上表面或下表面上，或者被設(shè)置在組合的顯示屏和圖像檢測屏的前玻璃板100內(nèi)。
第二個平面透鏡可以被設(shè)置在圖7a，7b所示的圖像檢測顯示裝置中的不承載第一平面透鏡的表面上。所述第二透鏡可以補償?shù)谝煌哥R的像差。
因為這種新的圖像檢測顯示裝置包括在圖像檢測陣列前方的3個表面，即光導(dǎo)(50)的上表面(52)和下表面(54)，以及圖像檢測器40的上表面(圖7a)，或者前玻璃板100的上表面(圖7b)，在原理上，這種裝置可以具有三種透鏡結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)中的一種或兩種可以是微型透鏡結(jié)構(gòu)，其可以用來把入射光集中在圖像檢測陣列的光敏元件上。圖11表示圖像檢測顯示裝置的一個實施例，其包括在光導(dǎo)50的上表面52上的第一平面透鏡110，在光導(dǎo)的下表面54上的第二平面透鏡120，和在圖像檢測器40的上表面上的微型透鏡結(jié)構(gòu)130。
圖12是在圖像檢測器40的頂上的微型透鏡結(jié)構(gòu)130的實施例的透視圖。這種檢測器的光敏元件由標(biāo)號46表示。所述微型透鏡結(jié)構(gòu)可以包括用于每個光敏元件的一個透鏡。如果光敏元件被排列成3個一組，例如對于彩色攝像機的情況，其中每組的3個元件被指定接收不同顏色的光(紅綠藍(lán))，則可以對每組的3個元件提供一個微型透鏡。微型透鏡133可以是一種折射元件，并且可以由在薄板131上的球形凹陷或球形凸起構(gòu)成。最好是，所述微型透鏡是一種平面衍射元件，它們被集中在圖像檢測器的前表面內(nèi)。
透鏡結(jié)構(gòu)的數(shù)量和透鏡結(jié)構(gòu)的種類，菲涅耳透鏡或微型透鏡，以及所述透鏡結(jié)構(gòu)被集成在所述3個表面的哪一個上，由所需的圖像質(zhì)量確定。
在顯示屏30中的液晶可以是所謂的膽甾醇液晶。在膽甾醇液晶層的橫截面中，其分子結(jié)構(gòu)是一種具有和可見光的波長匹配的周期性的螺旋結(jié)構(gòu)。使用這種液晶作為LCD圖像投影器中的偏振和彩色濾光器在SID conference，15-17 May，Las Vegas中的文章“Novel polarizedliquid crystal projector and new TN-LCD operating modes”中說明了。膽甾醇液晶具有在兩個狀態(tài)穩(wěn)定的優(yōu)點。在一個狀態(tài)下，屬于給定的層表面范圍(像素)的分子的方位使得具有匹配波長的光由這些范圍反射。在這種狀態(tài)下，這些范圍形成微觀干涉濾光器。在第二種狀態(tài)下，液晶具有這樣的區(qū)域，所述區(qū)域太小，以致不能產(chǎn)生大的干涉，這使得所述的層是透明的。利用合適的電壓脈沖序列，膽甾醇液晶層可以在所述兩個狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。因為在這兩個狀態(tài)之間具有大的能量壁壘，所以所述顯示具有雙穩(wěn)性能即使在施加的電壓被切斷時，顯示屏也能保留圖像。因此，膽甾醇液晶顯示器只在其信息內(nèi)容改變時才消耗功率，因而可以減少例如在移動電話中使用的能夠顯示相當(dāng)穩(wěn)定的信息的顯示器消耗的功率。在顯示器中使用膽甾醇液晶材料具有這樣的優(yōu)點，即，這些顯示器對光的反射能力比紙大得多，因而可以改善圖像質(zhì)量。通過疊置具有不同的分別和紅綠藍(lán)波長匹配的周期性的三種膽甾醇層，可以制造適用于顯示彩色圖像的膽甾醇液晶顯示器。
對于實際的視頻(運動圖像)應(yīng)用，最好是LCD屏的材料是扭轉(zhuǎn)向列(TN)液晶，并且所述顯示屏是有源陣列(AM)顯示屏。這種液晶能夠?qū)崿F(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換速率，使得具有這種液晶的顯示屏非常適用于顯示運動圖像。液晶可以是超扭轉(zhuǎn)的向列液晶，在灰色色調(diào)和彩色型式下，其極化方向能夠在180度到360度的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。此外，AM顯示屏比無源陣列顯示屏具有較好的視頻能力。尤其是在現(xiàn)在的圖像檢測顯示裝置中使用所謂的LTPS AM LCD似乎是非常有前途的。CMOS攝像機，像素開關(guān)，驅(qū)動器，接口電路和邏輯電路可以被集成在這種LCD的玻璃中?？s寫LTPS意味著低溫硅，并且涉及制造在這種LCD屏中使用的襯底材料的方法。
本發(fā)明的圖像檢測顯示裝置不僅可用于移動電視電話裝置，而且可用于無繩電視電話裝置140，如圖13所示。在圖13中，142是和電話或電纜網(wǎng)絡(luò)相連的基站，143是可移動的裝置，所述可移動的裝置可用于距離基站例如100m的區(qū)域內(nèi)。裝置143包括按鍵部分145和按上述構(gòu)成的圖像檢測顯示裝置147。對于移動電視電話裝置和無繩電視電話裝置，其小型化，即圖像檢測顯示裝置的小的深度和這種裝置的小的功率消耗是重要特征。
對于便攜計算機即筆記本計算機150也是如此，如圖14所示。在圖14中，151是用于容納不同模塊和鍵盤153的基本部分，標(biāo)號155表示監(jiān)視器部分，其一般只具有顯示功能。如果所述監(jiān)視器按照上述構(gòu)成，其也具有攝像機功能。本發(fā)明也可以在手持計算機，也被稱為“掌上”計算機中實施。通過使用本發(fā)明的圖像檢測顯示裝置代替所述裝置的常規(guī)的顯示器，所述裝置可被擴展，使得具有攝像機的功能。
圖15表示臺式計算機160，其包括鍵盤161，計算機箱164，和監(jiān)視器165。監(jiān)視器是被固定在支撐166上的扁平的LCD監(jiān)視器。標(biāo)號167表示按照上述構(gòu)成的圖像檢測顯示裝置，因此，除去常規(guī)的顯示功能之外，所述監(jiān)視器還具有攝像機功能。
權(quán)利要求
1.一種圖像檢測顯示裝置，包括圖像顯示部分，其包括顯示屏和用于所述顯示屏的照明的照明裝置，以及被設(shè)置在所述顯示屏的頂部上的并具有光敏元件的兩維陣列的圖像檢測部分，其特征在于，所述顯示屏是反射型顯示屏，并且所述照明裝置是前照明裝置，其被設(shè)置在光敏元件陣列的前面。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像檢測顯示裝置，其中所述顯示屏包括透明的前板，其特征在于，所述光敏元件陣列被設(shè)置在所述前板的下方。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像檢測顯示裝置，其中所述顯示屏包括透明的前板，其特征在于，所述光敏元件陣列被設(shè)置在所述前板上。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的圖像檢測顯示裝置，其中所述照明裝置包括前光導(dǎo)，其特征在于，透鏡裝置被集成在光導(dǎo)中。
5.如權(quán)利要求1，2或3所述的圖像檢測顯示裝置，其特征在于，透鏡裝置被設(shè)置在顯示屏的前板上。
6.如權(quán)利要求1到5任何一個所述的圖像檢測顯示裝置，其特征在于，所述光敏元件陣列由CCD檢測器構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1到5任何一個所述的圖像檢測顯示裝置，其特征在于，所述光敏元件陣列由C-MOS圖像檢測器構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1到7任何一個所述的圖像檢測顯示裝置，其特征在于，所述顯示屏是LCD顯示屏。
9.如權(quán)利要求8所述的圖像檢測顯示裝置，其特征在于，所述LCD屏的材料是膽甾醇液晶。
10.如權(quán)利要求8所述的圖像檢測顯示裝置，其特征在于，所述LCD屏的材料是扭轉(zhuǎn)向列液晶。
11.一種包括圖像顯示裝置和攝像裝置的圖像通信裝置，所述圖像顯示裝置包括圖像顯示屏，所述攝像裝置包括圖像檢測器。其特征在于，所述圖像顯示屏和圖像檢測器由權(quán)利要求1到10任何一個所述的圖像檢測顯示裝置構(gòu)成。
12.一種電視電話裝置，其包括話音通信部分和圖像通信部分，其中圖像通信部分包括圖像顯示裝置和攝像裝置，所述圖像顯示裝置包括圖像顯示屏，所述攝像裝置包括圖像檢測器，其特征在于，所述圖像顯示屏和圖像檢測器由權(quán)利要求1到10任何一個所述的圖像檢測顯示裝置構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的電視電話裝置，其作為移動裝置被構(gòu)成。
全文摘要
一種圖像檢測顯示屏包括圖像顯示器和圖像檢測器(40)，所述圖像顯示器包括顯示屏(30)和照明裝置。通過使用反射型LCD顯示屏(30)，并把照明裝置的光導(dǎo)(50)設(shè)置在圖像檢測器(40)的前方，所述裝置具有高的光效率，并且透鏡裝置(110，120，130)可以集成在裝置的元件(40，50，100)內(nèi)，這使得所述裝置具有緊湊的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H04N5/225GK1398486SQ01802858
公開日2003年2月19日 申請日期2001年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月31日
發(fā)明者M·德施珀 申請人:皇家菲利浦電子有限公司