專利名稱：具有液晶顯示設(shè)備的紅外線視覺的制作方法
具有液晶顯示設(shè)備的紅外線視覺
背景技術(shù)：
顯示設(shè)備可以利用各種用于顯示圖像的技術(shù)(例如陰極射線管(CRT)技術(shù)、基于投影的技術(shù)、基于液晶顯示(LCD)的技術(shù)等)。一些顯示設(shè)備也可以被配置成使用諸如電容檢測、電阻檢測、光學檢測等技術(shù)來檢測顯示器表面上物理物體的觸摸。在一些情況下，光學檢測技術(shù)還可以被配置成檢測位于顯示器表面附近的物理物體的“接近觸摸”。將顯示設(shè)備的功能與光學檢測組合的計算系統(tǒng)(例如紅外線視覺子系統(tǒng))可能具有由于集成兩種技術(shù)而受損的一個或者多個特征。作為實例，這樣的顯示系統(tǒng)可以組合基于投影的顯示系統(tǒng)與標準紅外線視覺子系統(tǒng)；然而使用基于投影的顯示器可能明顯增加這樣的系統(tǒng)的成本。使用LCD顯示器可以更節(jié)省成本，然而用來提供紅外線視覺的標準配置可以干擾IXD背光源。因而可能需要變更總體外形規(guī)格(form factor)以避免這樣的干擾， 和/或可能有必要運用各種光學器件以使對LCD顯示的影響最小。這樣的光學器件可以具有約束(例如焦距、光路長度、景深、焦深等)，這些約束為顯示器規(guī)定了更大的外形規(guī)格。另外，這樣的光學器件可能增加所得圖像的失真、像差等并且可能并不適合于高質(zhì)量成像應用。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開各種涉及用于IXD設(shè)備的紅外線視覺的實施例。例如，一個公開的實施例提供一種顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括液晶顯示設(shè)備和配置成通過將可見光引向液晶顯示設(shè)備的內(nèi)表面來照射液晶顯示設(shè)備的顯示背光源。該顯示系統(tǒng)還包括波長選擇反射器，設(shè)置于顯示背光源與液晶顯示設(shè)備之間并且具有面向液晶顯示設(shè)備的內(nèi)表面的光滑表面，其中波長選擇反射器具有波長選擇涂層，該波長選擇涂層被配置成使來自顯示背光源的入射可見光經(jīng)過波長選擇反射器向液晶顯示設(shè)備透射，且使從液晶顯示設(shè)備的外表面上或者附近的物體反射的入射紅外線光反射離開波長選擇反射器并引向紅外線視覺子系統(tǒng)。提供這一發(fā)明內(nèi)容以以簡化形式介紹下文在具體實施方式
中進一步描述的概念的選擇。這一發(fā)明內(nèi)容并非旨在標識要求保護的主題的關(guān)鍵特征或者必要特征，它也并非旨在用來限制要求保護的主題的范圍。另外，要求保護的主題內(nèi)容并不限于解決在本公開內(nèi)容的任何部分中指出的任何或者所有弊端的實施方式。


圖1示出了實例顯示系統(tǒng)的實施例的框圖。圖2示意地示出了實例顯示系統(tǒng)的實施例。圖3示意地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的實例平鋪(tiled)菲涅耳透鏡。圖4示意地示出了實例偏移成像系統(tǒng)。圖5示意地示出了具有偏移成像系統(tǒng)的實例顯示設(shè)備。圖6示意地示出了具有偏移成像和傾斜平面成像這二者的實例成像系統(tǒng)。圖7示意地示出了使用兩個失真校正的視覺區(qū)域的實例1x2布局。
圖8示意地示出了使用兩個聚焦校正、但是失真的視覺區(qū)域的實例1x2布局。
具體實施例方式顯示系統(tǒng)可以將基于IXD的技術(shù)用于視覺地顯示諸如文本、圖像、照片、電影等內(nèi)容。如上文描述的那樣，可能在組合基于LCD的顯示系統(tǒng)與用于光學觸摸檢測或者用于以別的方式光學地檢測LCD設(shè)備上或者附近的物體的視覺子系統(tǒng)時出現(xiàn)某些設(shè)計挑戰(zhàn)。本公開內(nèi)容提供如下顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LCD設(shè)備和定位于LCD設(shè)備與顯示背光源之間的光滑波長選擇反射器。波長選擇反射器和各種其它部件被布置成使紅外線視覺子系統(tǒng)能夠 “看見”(檢測)IXD面板的外側(cè)上或者附近的物體或者對這些物體成像而不干擾顯示背光源照射LCD。這樣的系統(tǒng)的各種實施例更詳細地描述如下。圖1示出了實例顯示系統(tǒng)100的實施例的框圖。可以例如在具有大格式水平取向顯示器(例如臺型外形規(guī)格)的交互式計算設(shè)備中利用這樣的顯示系統(tǒng)。其它非限制實例包括平板計算機、壁式顯示器、電話會議顯示器等。顯示系統(tǒng)100包括配置成向查看LCD設(shè)備的外表面以及在交互式顯示器的情況下與IXD設(shè)備的外表面交互的用戶視覺地顯示圖像的IXD設(shè)備102。在交互式系統(tǒng)中，IXD設(shè)備的外表面可以被配置成經(jīng)由觸摸輸入和/或手勢輸入和/或經(jīng)由其它基于物體放置于LCD設(shè)備的外表面上或者附近的光學檢測的輸入來實現(xiàn)交互。可以理解這樣的表面還可以包括傳統(tǒng)上與IXD設(shè)備一起使用的附加層(例如襯底、膜、涂層、擴散器、玻璃等)，這不脫離本公開內(nèi)容的范圍。此外，IXD設(shè)備102具有內(nèi)表面(即與外表面相反的表面)。一般而言，如這里使用的那樣，LCD設(shè)備的外表面指用戶查看并且與之交互的一側(cè)，而內(nèi)表面指為了提供用戶可以從設(shè)備的外部看見的可查看圖像而由背光源照射的ー側(cè)。這樣，定位于LCD設(shè)備102之下的顯示背光源104通過將可見光引向IXD設(shè)備102的內(nèi)表面來照射IXD設(shè)備102。參照圖 2更詳細描述這樣的配置的實例。在一些實施方式中，在顯示系統(tǒng)100中使用LCD設(shè)備可以允許與具有基于投影的顯示設(shè)備的顯示系統(tǒng)相比減少的生產(chǎn)成本。顯示系統(tǒng)100還可以包括紅外線照射源106和配置成將紅外線光引向IXD設(shè)備 102的外表面上或者附近的物體的支持部件。反射離開物體的紅外線光然后可以由紅外線視覺子系統(tǒng)捕獲以便獲取物體的圖像或者以別的方式接收輸入用于處理。先前的系統(tǒng)通常要求視覺子系統(tǒng)的部分定位于顯示背光源104與IXD設(shè)備102之間。然而這樣的布置可能造成其中視覺子系統(tǒng)損害顯示功能的情形。具體而言，視覺子系統(tǒng)部件可能阻止從顯示背光源104引向IXD設(shè)備102的可見光。因此，顯示系統(tǒng)100包括設(shè)置于顯示背光源104與 LCD設(shè)備102之間以將(例如從LCD設(shè)備的外表面上或者附近的物體反射的)入射的紅外線光引向紅外線視覺子系統(tǒng)110的波長選擇反射器108。波長選擇反射器108具有面向LCD 設(shè)備102的內(nèi)表面的光滑表面和配置成使來自顯示背光源104的入射可見光經(jīng)過波長選擇反射器108向IXD設(shè)備102透射的波長選擇涂層。這樣，波長選擇反射器108不減少在IXD 設(shè)備102處入射的背光的量。這允許顯示系統(tǒng)100提供與IXD設(shè)備102高效共存而又使對顯示功能的損害最少的紅外線視覺子系統(tǒng)110。此外，波長選擇涂層還被配置成使從IXD設(shè)備102的外表面上或者附近的物體反射的入射紅外線光反射離開波長選擇反射器108并且引向紅外線視覺子系統(tǒng)110。作為實例，波長選擇反射器108可以包括配置成光學透射可見光而反射紅外線光的分色鏡。
可以設(shè)置紅外線視覺子系統(tǒng)110使得它的部件處于在顯示背光源104和IXD設(shè)備 102的對應操作部分之間出現(xiàn)的所有直線光路以外，因為波長選擇反射器108表現(xiàn)對可見透射光的有限影響。在某些實施方式中，這樣的布置可以提供使對顯示背光源照射LCD設(shè)備102的影響最小的先前討論的益處。合適的紅外線視覺子系統(tǒng)的實例包括但不限于偏移成像系統(tǒng)、傾斜平面成像系統(tǒng)和折疊的遠心系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)100的可能使用場景包括檢測放置于IXD設(shè)備102的外表面上或者附近的物體。在經(jīng)由紅外線照射源106用紅外線光照射物體時，入射在物體上的紅外線光然后從物體反射并且經(jīng)過顯示系統(tǒng)100朝著波長選擇反射器108引導回。在接收從物體反射的入射紅外線光時，波長選擇反射器108反射紅外線光并且將它引向紅外線視覺子系統(tǒng)110。 這樣，紅外線視覺子系統(tǒng)110例如通過將接收的入射紅外線光引向圖像傳感器來獲取物體的圖像或者以別的方式光學地接收輸入。如下文更詳細描述的那樣，這樣的視覺子系統(tǒng)可以利用偏移成像、傾斜平面成像和/或折疊光學器件。在這一使用場景中，如與視覺光對比，用于顯示光的光路是從顯示背光源104、經(jīng)過波長選擇反射器108、經(jīng)過IXD設(shè)備102并且朝向查看者的眼睛。視覺光(即紅外線光) 的路徑是從紅外線照射源106到LCD設(shè)備102的外表面上或者附近的物體，或者對于紅外線背光導的替換實施例，這樣的路徑可以包括經(jīng)過LCD設(shè)備102向物體傳遞紅外線光。反射離開物體的紅外線光然后經(jīng)過LCD設(shè)備102往回行進、且然后反射離開波長選擇反射器 108并且經(jīng)過紅外線視覺子系統(tǒng)110的視覺光學器件引導。在一些實施例中，紅外線視覺子系統(tǒng)110還可以包括后處理器112，該后處理器可以包括用于后處理經(jīng)由圖像傳感器獲取的圖像來進行失真校正、縫合和所需其它處理的軟件和/或硬件。在一些實施例中，后處理器112可以耦合到紅外線視覺子系統(tǒng)(例如包括傾斜平面成像系統(tǒng)的紅外線視覺子系統(tǒng))。顯示系統(tǒng)100的實施例可以根據(jù)它們是如何實施的來克服與合并視覺功能的先前系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的各種限制。例如，本公開內(nèi)容中的波長選擇反射器和關(guān)聯(lián)的視覺子系統(tǒng)可以避免或者減少與光學楔光導(即“經(jīng)過楔”的紅外線視覺系統(tǒng))關(guān)聯(lián)的問題。除了在制造光學楔(例如表面粗糙和表面波紋)時遇到的困難之外，這樣的經(jīng)過楔的系統(tǒng)還經(jīng)常由于材料在均質(zhì)和色散上的退化、光柵和/或棱鏡轉(zhuǎn)向膜、分光涂層光柵和/或棱鏡轉(zhuǎn)向膜、衍射效應以及由于使用菲涅耳反射器所致的附加衍射而受限制。本發(fā)明的實施例可以不僅對表面上和/或附近的物體成像而且還具有詳細高分辨率成像能力(例如拍攝LCD的表面上或者附近的電子設(shè)備的照片)。另外，通過將設(shè)置于LCD面板上或者恰好下面的擴散器替換為可切換擴散器(例如聚合物分散液晶(PDLC)擴散器)，可以在在非擴散狀態(tài)期間成像時實現(xiàn)對基本上在表面以外的物體和手勢成像。除了在視覺側(cè)上提供更高分辨率之外，還可以在一些情況下以比采用光學楔的系統(tǒng)更低的成本實現(xiàn)所公開的視覺功能實例。關(guān)于IXD設(shè)備102，可以利用任何適當配置的IXD面板。例如，在一些實施例中， IXD設(shè)備102可以提供偏振顯示。作為實例，消色差阻滯層可以層疊到IXD設(shè)備102上。作為另一實例，在LCD設(shè)備102之后緊接放置的擴散器可以用來幫助隨機化偏振，并且如果與在擴散器層之前的消色差阻滯層一起使用則可以提供附加益處(例如與偏振太陽鏡兼容)。關(guān)于顯示背光源104，特別是在顯示器的邊緣附近維持IXD設(shè)備的均勻照射可能有挑戰(zhàn)性。這樣的不均勻可以歸因于ζ分離距離(即沿著與LCD設(shè)備垂直的ζ軸的分離距離)。因而，各種背光源配置可以用來增加照射均勻性。在一些實施例中，可以放大和延伸背光源以實現(xiàn)顯示器邊緣附近滑離(roll-off)的填充。在一些實施例中，反射側(cè)壁可以在背光源的邊緣延伸至顯示面板以反射和重定向浪費的光回到顯示面板內(nèi)，從而防止滑離并且維持均勻性。這樣的延伸可以是背光源反射材料的延伸(具有用于視覺子系統(tǒng)光學器件的適當切除部)。作為另ー實例，反射側(cè)壁可以具有適當切除部以容納視覺子系統(tǒng)光學器件。作為又ー實例，分光鏡像側(cè)壁可以被配置成透射紅外光并且反射可見光，然而這可能給系統(tǒng)增添附加成本。作為又ー實例，擴散器可以層疊到LCD面板上以明顯減少對顯示面板的外側(cè)或者內(nèi)側(cè)的滑離影響。關(guān)于紅外線照射源106，可以利用任何適當紅外線照射系統(tǒng)。這樣的適當系統(tǒng)可以提供前光照射、背光照射或者其任何組合。作為實例，具有兩個相對紅外線帶燈的層疊擴散器可以用來提供紅外線照射。擴散器的實例包括但不限于標準體積擴散器、單表面擴散器和低倍小透鏡的周期陣列(有或者無間隙)。在一些實施例中，防反射(AR)涂層可以添加到前光的底部和/或LCD面板上的擴散器的頂部用于減少由于波引導和擴散環(huán)境反射所致的對比度損失。這些僅為實例；存在用于提供紅外線照射并且將這樣的照射引至IXD的外表面上或者附近的物體的廣泛可能性。圖2示意地圖示了實例顯示系統(tǒng)200的實施例，其中紅外線照射源202經(jīng)由紅外線光導206照射外表面204上和/或附近的ー個或者多個物體(例如實例物體205)。如上文描述的那樣，根據(jù)紅外線照射系統(tǒng)的類型，顯示器可以包括各種光導耦合方法，這些方法可以利用棱鏡、棱鏡光柵、直接耦合、引導的耦合等。另外，顯示系統(tǒng)200可以利用各種表面結(jié)構(gòu)以允許紅外線光向表面逃逸并且照射物體，例如用于破壞紅外線光在波導內(nèi)的全內(nèi)反射的周期間隔、周期間隔或者隨機凹入表面。來自背光源210的可見光照射的IXD面板208提供顯示。如上文描述的那樣，擴散器212可以可選地用于物體照射和/或背光均勻性。另外，可以向前光的底部和/或向擴散器的頂部涂敷AR涂層以提高顯示對比度。另外，顯示系統(tǒng)的觸摸表面可以包括ー個或者多個成像段，其中每個成像段在自身內(nèi)連續(xù)，從而局部周期帶化未損害成像，這在下文中更詳細地描述。局部帶化是通常在使用具有雙通的刀片型楔時見到的效應。子帶化可以通過使用放置于楔的厚端處的菲涅耳反射器而引起，使得僅照射交替刻面的光的某奇偶性(parity)使它進入楔的接受(acceptance)并且因此進入視覺系統(tǒng)照相機的接受 (acceptance).這樣，光帶可能在接受照射交替刻面的光的部位之間遺漏。因為顯示系統(tǒng) 100無需這樣的菲涅耳反射器以及因此未遭受奇偶性問題，所以顯示系統(tǒng)100成像的所有光即使在考慮經(jīng)過菲涅耳透鏡的透射時仍然可以基本上連續(xù)。另外，可以理解，未使用菲涅耳透鏡陣列的平鋪的顯示系統(tǒng)100的實施例可以允許自動校準方法或者自校準方法，這歸因于每個平鋪的段(section)圖像的界限分明的區(qū)域。這樣，可以提高用軟件執(zhí)行圖像縫合的簡易性。在背光源210與LCD面板208之間中，設(shè)置具有波長選擇涂層的反射片(即分色鏡 214)。分色鏡214允許背光向IXD面板、然后向查看者透射而反射從外表面上和/或附近的物體反射的紅外線光。因此，從物體反射的紅外線光經(jīng)過LCD面板208朝著分色鏡214 相反地透射(在從LCD面板的外表面到LCD面板的內(nèi)表面的方向上)。分色鏡214然后反射接收的入射紅外線光以便由紅外線視覺子系統(tǒng)218的視覺光學器件216收集。這樣，顯示系統(tǒng)200提供與LCD面板208高效共存的紅外線視覺子系統(tǒng)218。
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因此，對于顯示，用于可見光的光路是從背光源210、經(jīng)過分色鏡214、經(jīng)過IXD面板208并且朝向查看者的眼睛。用于紅外線視覺的路徑是從紅外線照射源202到物體205。 反射離開物體205的紅外線光然后經(jīng)過LCD面板208往回行進、然后反射離開分色鏡214 并且經(jīng)過紅外線視覺子系統(tǒng)218的視覺光學器件216行進。紅外線光然后引導到圖像傳感器220上，來自該圖像傳感器220的適當電子器件實現(xiàn)獲取物體的圖像，以供經(jīng)由后處理軟件/硬件按照需要進行后處理來進行失真校正、縫合等。在221示出了實例紅外線光路。如圖2中所描繪，可以設(shè)置紅外線視覺子系統(tǒng)218使得它的部件設(shè)置于在背光源 210和LCD面板208的對應操作部分之間出現(xiàn)的所有直線光路以外。這樣，紅外線視覺子系統(tǒng)218被定位成不破壞IXD面板208的照射。因此，向顯示系統(tǒng)200中合并紅外線視覺子系統(tǒng)218不損害LCD面板208的亮度。下文更詳細描述紅外線視覺子系統(tǒng)218的各種實施例。在一些實施例中，顯示系統(tǒng)200可以利用具有偏移成像系統(tǒng)的紅外線視覺子系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，圖像傳感器220可以“偏移”，因為它與入射在圖像傳感器220上的紅外線光的光軸橫向偏移地定位。橫向偏移傳感器可以輔助聚焦圖像結(jié)合(conjugate)并且輔助控制失真。在圖4中示出了偏移成像系統(tǒng)400的實例。在典型的成像系統(tǒng)中，以例如矩形觸摸區(qū)域的成像系統(tǒng)的光軸為中心的物體成像為物體的如下圖像結(jié)合，該結(jié)合表現(xiàn)由系統(tǒng)的放大率指定的尺寸，但是仍然以成像系統(tǒng)的光軸為中心。當離軸矩形段是例如在402 示出的物體并且經(jīng)過(描繪為一般“黑盒子”的)光學系統(tǒng)404成像時，圖像結(jié)合部仍然表現(xiàn)由系統(tǒng)的光學放大率確定的尺寸，但是物體的圖像也關(guān)于光軸406偏移(如在408所示)。因為圖像結(jié)合平面基本上平行，所以可使圖像失真最小。這樣，在偏移成像系統(tǒng)中，圖像結(jié)合部具有適當?shù)钠埔员憔S持圖像聚焦以及限制跨全視野(FOV)的失真，因此維持在觸摸表面區(qū)域與傳感器區(qū)域之間的映射。作為另一實例，圖5示出了具有偏移成像系統(tǒng)(具有折疊的光學器件)的實例顯示設(shè)備500。在502，示出了紅外線視覺子系統(tǒng)的放大視圖。偏移成像系統(tǒng)還包括偏移圖像傳感器504。在圖2中描繪了偏移成像系統(tǒng)的實例，其中視覺光學器件216將接收的紅外線光引向圖像傳感器220。如箭頭222所指示，圖像傳感器220從入射在圖像傳感器220上的紅外線光的光軸2M偏移。如上文描述的那樣，使用偏移成像允許視覺光學器件在背光的光路以外，并且波長選擇涂層實現(xiàn)可見背光與紅外線視覺的組合和兼容。因此，這樣的配置使顯示系統(tǒng)能夠具有低成本顯示器以及以纖薄外形規(guī)格提供高質(zhì)量、低失真成像。雖然相對于簡單透鏡情況而言針對偏移成像可能增加與透鏡復雜性關(guān)聯(lián)的成本，但是該成本通常適度。另外，使用偏移成像可以減少向系統(tǒng)中引入失真。因此，可以減少附加后處理插值，因此減少在這樣的后處理中引起損失的分辨率的可能性?？梢岳斫?，這樣的偏移視覺系統(tǒng)可以與其它二維面板顯示設(shè)備(例如透明有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器)結(jié)合使用。這樣的透明OLED可以具有在晶體管和/或跡線(trace) 之間的縫開口，這可以允許大約20%的透明度從而允許折疊的光學器件系統(tǒng)與透明OLED或者IXD組合。如上文介紹的那樣，紅外線視覺子系統(tǒng)的替換實施例可以包括傾斜的平面成像系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，圖像傳感器的平面可以關(guān)于物體的平面傾斜。這樣的系統(tǒng)與偏移成像情況相比可以允許減少所需視野(F0V)，然而可以增加失真。由于這樣的折衷，接受將由軟件校正的某一量的圖像失真以便實現(xiàn)使用傾斜成像或者接受與偏移成像結(jié)合的某有限程度的傾斜成像以便允許進ー步減少光學子系統(tǒng)成本可以是可行的。在一些實施例中，傾斜平面成像系統(tǒng)可以包括如下透鏡，該透鏡對準到入射在圖像傳感器上的紅外線光的光束質(zhì)心的視野的主軸。另外，傾斜平面成像系統(tǒng)可以包括偏移成像與傾斜平面成像的組合以便允許可接受的失真水平同時略微減少光學子系統(tǒng)復雜性和成本。作為實例，圖6示出了組合偏移成像與傾斜平面成像的實例成像系統(tǒng)600。在這樣的系統(tǒng)中，物體位置602從成像系統(tǒng)606 (描繪為一般的“黑盒子”)的光軸604偏移，并且物體的圖像如在608所示也關(guān)于光軸604偏移。成像系統(tǒng)600關(guān)于在610所示表面物體平面的法線傾斜。這樣，在602 的物體平面和在608的圖像平面不關(guān)于光軸604垂直，而是分別如在612和614所示傾斜。 這樣，與關(guān)于彼此平行相反，在602的物體平面和在608的圖像平面關(guān)于彼此傾斜。對于傾斜平面成像系統(tǒng)的情況，紅外線視覺子系統(tǒng)可以平鋪(例如1χ2、2χ2、2χ3 等)以進ー步減少折疊的光學器件產(chǎn)生的已經(jīng)減少的外形規(guī)格?？梢岳斫?，有用于成像光學器件的多個適當選項。傾斜成像可以用于在光學器件的失真與簡易性之間具有可接受折衷的使用場景。例如在傾斜光學器件的情況下，通過利用圖像傳感器平面的適當傾斜，即使透鏡朝著來自感興趣區(qū)域的光束的質(zhì)心傾斜仍然可以維持跨表面的聚焦。然而，這可能引起圖像形狀的失真。視覺子系統(tǒng)軟件/硬件可以在后處理中校正這樣的失真。因而傾斜平面成像系統(tǒng)還可以包括用于后處理經(jīng)由圖像傳感器獲取的圖像以減少圖像的失真的后處理器。因此，傾斜平面成像系統(tǒng)的可能使用場景是如下場景，其中對透鏡成本的考慮勝過與用于后處理的軟件/硬件關(guān)聯(lián)的考慮。作為實例，圖7示出了將兩個失真校正視覺區(qū)域用于經(jīng)由偏移成像系統(tǒng)對觸摸區(qū)域700成像的實例1x2布局。如在702所示，由視覺系統(tǒng)成像的區(qū)域表現(xiàn)低失真。作為另 ー實例，圖8示出了將兩個聚焦校正、但是失真的視覺區(qū)域用于經(jīng)由傾斜平面成像系統(tǒng)對觸摸區(qū)域800成像的實例1x2布局。如在802所示，由視覺系統(tǒng)成像的區(qū)域表現(xiàn)失真。在紅外線視覺子系統(tǒng)的又一替換實施例中，可以利用具有傾斜圖像平面的折疊 2も/2ち遠心系統(tǒng)。然而，這樣的系統(tǒng)可能難以折疊。除了上文描述的特征和實施例之外，包括背光LCD設(shè)備和波長選擇反射器的顯示系統(tǒng)可以提供有用于適應不同使用場景的附加和/或不同特征。下文更詳細地描述各種實例。在一些情況下，可以交替地配置所述顯示系統(tǒng)的鏡。例如，波長選擇鏡(例如分光鏡)可以平坦或者它可以例如在圖2中的2 和2 所示彎曲。對于彎曲鏡的情況，鏡可以在輪廓上是凹形的并且具有與紅外線視覺系統(tǒng)中的成像段一祥多的鏡段?？梢岳斫猓境隽藦澢闆r的線2 和2 僅旨在示出鏡的主體，因為僅頂部將由分光或者基于干涉型涂
層涂覆。作為另ー實例，顯示系統(tǒng)可以包括第二上鏡。這樣的次鏡(secondary mirror)不同于上文討論的(主)鏡。在一些實施例中，次鏡可以是非球面的。作為實例，可以提供這樣的次鏡作為圖2中所示視覺光學器件216的部分。這樣的第二上鏡可以提供高FOV成像角度同時也維持低的圖像失真。因為它位于背光的光路以外，所以無需讓它具有波長敏感性 (僅針對紅外線光的高反射率就能得到最佳光效率)。這個更小的鏡可以由金屬制成，或者為求最低成本，它可以由模制的塑料制成。為求成本更低而性能更佳，鏡可以替換地由模制玻璃制成。鏡可以具有光學涂層，該涂層包括但不限于金屬化涂層、分光涂層或?qū)τ诩t外線光而言具有相對高反射率的其它光學涂層。應當理解，有可能設(shè)計子系統(tǒng)以便利用凸的或者凹的第二上鏡。然而，凸鏡可以由于系統(tǒng)尺寸和性能的折衷而在一些實施例中是需要的。關(guān)于紅外線照射系統(tǒng)，紅外線照射可以由紅外線前光導照射器或者與子系統(tǒng)的光軸緊鄰(例如在第二鏡附近且指向主鏡)放置的紅外線環(huán)形光照射器或者側(cè)光照射器或者例如由紅外線LED陣列形成的紅外線背光源提供。在使用紅外線背光源的后一種情況下， 可以選擇分光涂層的響應曲線以具有角度過渡以便允許紅外線光在高AOI的高反射而同時針對低AOI允許紅外線光的高透射以便允許來自紅外線LED陣列的光經(jīng)過主鏡透射并對在觸摸表面的物體進行照射。因為僅在與視覺光學子系統(tǒng)的接受度匹配的適當高AOI的光可以經(jīng)過視覺系統(tǒng)向傳感器傳遞，所以設(shè)計成反射高AOI而透射低AOI的反射器分光涂層可以在這樣的情況下使用，如同使用紅外線LED陣列背光源。對于使用與子系統(tǒng)光軸緊鄰放置的照射體的情況，紅外線照射體可以使用面板以下的棱鏡的或者平鋪的菲涅耳陣列的遠心校正以便將紅外線照射光更高效地引向觸摸表面以照射物體。盡管由于幾何覆蓋區(qū) (footprint)和經(jīng)過菲涅耳刻面的光路而不如在相反方向上那樣高效，但是使用菲涅耳來提供遠心成像與不將菲涅耳透鏡用于某一程度的遠心校正相比可以進一步向視覺子系統(tǒng)提供增加的效率。一些配置可以通過在與視覺收集的方向相反的方向上施加偏置來維持離開光導紅外線照射器的紅外線光的高AOI以提高和/或維持高性能(例如避免由于直接照射或者向后散射到視覺系統(tǒng)所致的對比度損失)。除此之外或者取而代之，棱鏡的或者平鋪的菲涅耳陣列可以用來提高進入視覺光學器件的效率和均勻性。在圖3中圖示了實例平鋪的菲涅耳陣列，并且在顯示系統(tǒng)200中包括平鋪的菲涅耳陣列230的實施例。然而在一些實施例中，擴散器可以在LCD面板附近用來幫助減少或者回避使用棱鏡的或者平鋪的菲涅耳透鏡，同時提高顯示背光均勻性。另外，波長選擇的、對角度敏感的涂層可以使用于任何光導紅外線照射體的底側(cè)上，這在一些情況下可以增加紅外線光的效率和功率。另外，在一些實施例中，擴散器可以包括可切換擴散器，當背光單元‘打開’的時間期間維持顯示的均勻性并當紅外線視覺感測表面時不擴散光。在這一情況下，有可能注視表面以外以檢測未與觸摸表面接觸的物體。第三階段或者狀態(tài)可以包括在感測紅外線視覺時處于擴散狀態(tài)(施加零電壓)的擴散器以便實現(xiàn)觸摸檢測。因此，在視頻速率的幀期間的三個可能階段包括(1)顯示LED背光源接通進行顯示的擴散狀態(tài)、(2)仍然是顯示背光源和紅外線視覺捕獲接通進行ζ定位的擴散狀態(tài)以及(3)紅外線視覺捕獲接通用于看見表面以外的非擴散狀態(tài)?？梢岳斫猓褂梅胖糜诔上衿?傳感器之前的紅外線通過濾波器可以允許系統(tǒng)以兩個階段工作，即(1)顯示背光源‘接通’且紅外線視覺捕獲用于觸摸檢測的擴散狀態(tài)以及(2)針對表面以外的物體顯示背光源‘關(guān)斷’ 且紅外線視覺捕獲的非擴散狀態(tài)。這樣使用可切換擴散器可以實現(xiàn)檢測手勢并且在遠心菲涅耳透鏡或者菲涅耳透鏡陣列與紅外線視覺系統(tǒng)或者紅外線視覺系統(tǒng)陣列結(jié)合使用的情況下提供遠程存在。關(guān)于波長選擇反射器(例如分光鏡)，波長選擇涂層通常被配置成光學透射可見光并反射入射紅外線光。這樣，紅外線光(例如具有866nm波長的光)的波長移位對輸入角通常應當表現(xiàn)避免與紅外線反射區(qū)域重疊的可見透射區(qū)域。另外，波長選擇涂層可以被配置成表現(xiàn)響應對角度的移位。
將理解這里描述的配置和/或方法在性質(zhì)上為舉例并且這些具體實施例或?qū)嵗龑⒉灰暈榫哂邢拗埔饬x，因為諸多變化是可能的。這里描述的具體程序或者方法可以代表任何數(shù)目的處理策略中的一個或者多個處理策略。這樣，可以以所說明的順序、以其它順序、并行地執(zhí)行所說明的各種動作，或者在一些情況下省略所說明的各種動作。同樣地，可以改變上述過程的順序。本公開內(nèi)容的主題包括這里公開的各種過程、系統(tǒng)和配置以及其它特征、功能、動作和/或性質(zhì)的所有新穎和顯而易見的組合和子組合及其任何和所有等效物。
權(quán)利要求
1.一種顯示系統(tǒng)，包括液晶顯示設(shè)備；顯示背光源，其配置成通過將可見光引向所述液晶顯示設(shè)備的內(nèi)表面來照射所述液晶顯示設(shè)備；以及波長選擇反射器，其設(shè)置于所述顯示背光源與所述液晶顯示設(shè)備之間并且具有面向所述液晶顯示設(shè)備的內(nèi)表面的光滑表面，其中所述波長選擇反射器具有波長選擇涂層，所述波長選擇涂層被配置成使來自所述顯示背光源的入射可見光經(jīng)過所述波長選擇反射器向所述液晶顯示設(shè)備透射，并使從所述液晶顯示設(shè)備的外表面上或者附近的物體反射的入射紅外線光反射離開所述波長選擇反射器并且引向紅外線視覺子系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其中所述紅外線視覺子系統(tǒng)設(shè)置于在所述顯示背光源和所述液晶顯示設(shè)備的對應操作部分之間出現(xiàn)的所有直線光路以外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示系統(tǒng)，其中所述紅外線視覺子系統(tǒng)包括偏移成像系統(tǒng)， 所述偏移成像系統(tǒng)具有配置成接收從所述波長選擇反射器引導的紅外線光的圖像傳感器， 所述圖像傳感器與入射在所述圖像傳感器上的紅外線光的光軸橫向偏移地定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示系統(tǒng)，其中所述紅外線視覺子系統(tǒng)包括平鋪的平面成像系統(tǒng)，所述平鋪的平面成像系統(tǒng)具有配置成接收從所述波長選擇反射器引導的紅外線光的圖像傳感器，其中與所述圖像傳感器的平面垂直的表面以及與所述液晶顯示設(shè)備的外表面上或者附近的物體的平面垂直的表面均關(guān)于成像系統(tǒng)光軸傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示系統(tǒng)，其中所述紅外線視覺子系統(tǒng)包括偏移成像系統(tǒng)和傾斜平面成像系統(tǒng)，所述紅外線視覺系統(tǒng)還包括配置成接收從所述波長選擇反射器引導的紅外線光的圖像傳感器，所述圖像傳感器與入射在所述圖像傳感器上的紅外線光的光軸橫向偏移地定位，并且其中與所述圖像傳感器的平面垂直的表面以及與所述液晶顯示設(shè)備的外表面上或者附近的物體的平面垂直的表面均關(guān)于成像系統(tǒng)光軸傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顯示系統(tǒng)，其中所述傾斜平面成像系統(tǒng)還包括用于后處理經(jīng)由所述圖像傳感器獲取的圖像以減少所述圖像的失真的后處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示系統(tǒng)，還包括可切換擴散器，所述可切換擴散器使所述紅外線視覺子系統(tǒng)能夠在所述顯示系統(tǒng)的非擴散狀態(tài)期間檢測基本上位于所述液晶顯示設(shè)備的外表面以外的物理物體和手勢的一個或者多個。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示系統(tǒng)，其中所述顯示系統(tǒng)的觸摸表面包括一個或多個成像段，每個成像段在自身內(nèi)連續(xù)，使得成像可以在所述液晶顯示設(shè)備的所述外表面處和/ 或在所述液晶顯示設(shè)備的所述外表面上方基本上遠心。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示系統(tǒng)，其中所述紅外線視覺子系統(tǒng)還包括配置成接收從所述波長選擇反射器引導的紅外線光的圖像傳感器以及用于后處理經(jīng)由所述圖像傳感器獲取的圖像的后處理器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其中所述波長選擇反射器包括分光鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，還包括紅外線照射系統(tǒng)，所述紅外線照射系統(tǒng)被配置成將紅外線光引向所述液晶顯示設(shè)備的外表面上或附近的物體。
12.—種顯示系統(tǒng)，包括液晶顯示設(shè)備；顯示背光源，其配置成通過將可見光引向所述液晶顯示設(shè)備的內(nèi)表面來照射所述液晶顯示設(shè)備；分光鏡，其設(shè)置于所述顯示背光源與所述液晶顯示設(shè)備之間并且具有面向所述液晶顯示設(shè)備的內(nèi)表面的光滑表面，其中所述分光鏡具有波長選擇涂層，所述波長選擇涂層被配置成使來自所述顯示背光源的入射可見光經(jīng)過所述分光鏡向所述液晶顯示設(shè)備透射，并使從所述液晶顯示設(shè)備的外表面上或附近的物體反射的入射紅外線光反射離開所述分光鏡； 以及偏移紅外線視覺子系統(tǒng)，其設(shè)置于在所述顯示背光源和所述液晶顯示設(shè)備的對應操作部分之間出現(xiàn)的所有直線光路以外，所述偏移紅外線視覺子系統(tǒng)包括配置成接收從所述分光鏡引導的紅外線光的圖像傳感器，所述圖像傳感器與入射在所述圖像傳感器上的紅外線光的光軸橫向偏移地定位。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示系統(tǒng)，還包括紅外線照射系統(tǒng)，所述紅外線照射系統(tǒng)被配置成將紅外線光引向所述液晶顯示設(shè)備的外表面上或附近的物體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的顯示系統(tǒng)，還包括擴散器，該擴散器設(shè)置于所述液晶顯示設(shè)備的外表面上方并且配置成輔助所述物體的紅外線照射和背光均勻性中的一個或者多個。
全文摘要
這里公開了各種涉及液晶顯示(LCD)設(shè)備的紅外線視覺的實施例。例如一個公開的實施例提供一種顯示系統(tǒng)，該顯示系統(tǒng)包括LCD設(shè)備和配置成通過將可見光引向LCD設(shè)備的內(nèi)表面來照射LCD設(shè)備的顯示背光源。該顯示系統(tǒng)還包括波長選擇反射器，其設(shè)置于顯示背光源與LCD設(shè)備之間并且具有面向LCD設(shè)備的內(nèi)表面的光滑表面，其中波長選擇反射器具有波長選擇涂層，該波長選擇涂層被配置成使來自顯示背光源的入射可見光經(jīng)過波長選擇反射器向LCD設(shè)備透射，并使從LCD設(shè)備的外表面上或附近的物體反射的入射紅外線光反射離開波長選擇反射器并且引向紅外線視覺子系統(tǒng)。
文檔編號G02F1/1335GK102597860SQ201080052060
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者K.鮑威爾, P.馬薩爾卡, 劉志強 申請人:微軟公司