專利名稱：光學觸摸探測的制作方法
光學觸摸探測
背景技術：
交互顯示器裝置可以使用各種類型的觸摸探測技術用于探測觸摸輸入，諸如探測電容，探測電阻，光學探測觸摸等。對于光學探測的情形，這種系統(tǒng)可以使用包括相機和光源(例如紅外源)的視覺系統(tǒng)來捕獲觸摸表面的圖像。然而，這種系 統(tǒng)會是功率密集的。

發(fā)明內(nèi)容
此發(fā)明內(nèi)容被提供從而以簡化形式介紹概念選集，所述概念選集在具體實施方式
中在下文予以進一步描述。此發(fā)明內(nèi)容不是g在確定所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不是g在用于限制所要求保護的主題的范圍。另外，所要求保護的主題不限于解決在此公開內(nèi)容的任何部分中指出的任何或所有缺點的實施方式。根據(jù)此公開內(nèi)容的ー個方面，提供了ー種交互顯示器裝置。該交互顯示器裝置包括弾性體層；反射器，其配置成透射具有第一特性的光以及反射具有第二特性的光；以及顯示器，其置為通過弾性體層和反射器輸出具有第一特性的調(diào)制光作為顯示圖像。該交互顯示器裝置進ー步包括測試光源，其置為通過弾性體層輸出具有第二特性的光以用于反射離開反射器；以及傳感器，其配置成接收從反射器反射的具有第二特性的光。


圖I示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的示例交互顯示器裝置。圖2示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的用于暗場探測的示例光模式。圖3示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的用于亮場探測的示例光模式。圖4示意性示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的在交互顯示器裝置上的光學觸摸探測的示例。圖5示出示意性平面圖，其示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的光楔的實施例。圖6和7示出通過圖5的實施例的截面圖的射線蹤跡。圖8示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的另ー示例光楔。圖9示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的光學觸摸探測的示例方法。圖10示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的示例計時圖。圖11示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的示例計算系統(tǒng)。
具體實施例方式此處公開了涉及一種低功率交互顯示器裝置的實施例，該交互顯示器裝置包括配置用于觸摸探測和視覺分析的光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)可以進ー步配置用于超出裝置表面成像。光學觸摸探測允許執(zhí)行視覺分析用于識別對象(例如標簽、輪廓等)，識別用戶觸摸(例如手指和/或觸筆觸摸顯示器表面)，以及識別用戶懸停(例如手指和/或觸筆保持在顯示器表面上方)?，F(xiàn)在通過示例的方式并且參考上文列出的所說明的實施例來描述此公開內(nèi)容的各方面。在一個或多個實施例中可以基本上相同的部件、過程步驟和其它元件被協(xié)調(diào)地確定并且以最小的重復性予以描述。然而將指出，協(xié)調(diào)地確定的元件也可以在某種程度上不同。將另外指出，此處包括的圖示是示意性的并且通常未按比例繪制。相反，圖中示出的各種制圖比例、長寬比和部件數(shù)目可以被故意歪曲以使得更容易看清某些特征或關系。圖I示意性示出依據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的 示例交互顯示器裝置20。應理解，圖I是用于說明目的并且未按比例繪制。交互顯示器裝置20包括顯示器，其配置成輸出具有第一特性的調(diào)制光從而視覺上呈現(xiàn)顯示圖像。第一特性可以對應于光的任何合適的ー種或多種屬性。作為非限制示例，第一特性可以是ー個波長范圍(例如400-840nm)。因而，具有第一特性的光例如可包括可見光。該顯示器可以是任何合適的顯示器。在一些實施例中，可以使用諸如半透明有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器(例如自發(fā)射OLED平板顯示器)的顯示器22。作為另ー合適示例，顯示器22可以是液晶顯示器(IXD)。置為毗鄰IXD的漫射器23可以用于限定IXD中的像平面和視角(例如從而形成顯示器圖像)。另外，在一些實施例中，可以由顯示器22的背光兀件(未不出)生成具有第一特性的光。在其它實施例中，交互顯示器裝置20可以使用另ー合適顯示器，諸如投影顯示器(未說明)。對于背投影顯示器的情形，漫射器可以用作投影屏幕以用于顯示投影圖像，以及漫射器可以用于限定像平面和視角。作為又ー合適示例，可以使用正投影顯示器。顯示器(例如顯示器22)可以置為從而通過弾性體層24和反射器26輸出具有第一特性的調(diào)制光作為顯示圖像。弾性體層24可以是任何合適的材料，其是可變形的、弾性的并且對于具有第一特性的光是充分透明的。示例包括但不限于こ烯基橡膠、硅樹脂弾性體、聚氨酯弾性體等。另外，弾性體層24可以充分薄(例如幾毫米的量級)，同時仍允許變形。反射器26配置成透射具有第一特性的光(例如，顯示器22輸出的調(diào)制光、顯示器22的背光元件生成的光等)以及反射具有第二特性的光。第二特性可以是光的任何合適的ー種或多種屬性，諸如不同于第一特性的波長范圍(例如、40nm)。作為非限制示例，具有第ニ特性的光可包括紅外光。因此，反射器26可以是ニ向色反射器，其配置成透射第一波長范圍中的光以及反射不同波長范圍中的光。反射器26可以是任何合適的配置，這種配置包括但不限于具有真空沉積反射器層的聚酷。由于反射器26反射特性與顯示器22的輸出不同的光，反射器26和弾性體層24在一些實施例中可以置于顯示器22上方而不負面地影響圖像的顯示。另外，在一些實施例中，弾性體層24可結合到顯示器22，導致低的第一表面反射。交互顯示器裝置20可進ー步包括測試光源28和傳感器30。測試光源28可置為通過弾性體層24輸出具有第二特性的光以用于反射離開反射器26。測試光源28可以是任何合適的具有第二特性的光的源，諸如發(fā)光二極管(LED)、激光器等。因此，傳感器30可配置成接收從反射器26反射的具有第二特性的光。傳感器30可以是任何合適的圖像捕獲裝置，諸如相機。另外，在一些實施例中，測試光源28和傳感器30的快門可以同步脈沖。對于包括置于測試光源28和弾性體層24之間的顯示器(諸如顯示器22)的交互顯示器裝置20的情形，這種顯示器對于具有第二特性的光可以是充分透明的，從而不干渉經(jīng)由測試光源28和傳感器30的觸摸探測。另外，對于利用漫射器23的顯示器22的情形，這種漫射器可配置成具有與具有第ニ特性的光關聯(lián)的顯著鏡面部件。例如，對于具有第二特性的光對應于紅外光的情形，漫射器23可具有在紅外中的鏡面部件，因為波長相比之下大于散射特征尺寸(例如紅外漏出)。如此，漫射器23可以配置為從而不抑制經(jīng)由測試光源28和傳感器30的觸摸探測。測試光源28可以用于利用具有第二特性的光照射反射器26，并且傳感器30可以隨后接收反射離開反射器26的具有第二特性的光。測試光源28和傳感器30可以以任何合適的方式定位(例如，Btt鄰以及在同一平面 中)從而捕獲從反射器26反射的具有第二特性的光模式。交互顯示器裝置20可以隨后進ー步配置成將傳感器30接收的具有第二特性的光模式解釋為使反射器26變形的觸摸輸入。更具體而言，當反射器26通過來自壓在交互顯示器裝置20表面上的手指、手、對象、筆等的一個或多個觸摸輸入而局部地畸變時，返回到傳感器30的光分布(例如光模式)改變，并且該觸摸可以被探測。以此方式，交互顯示器裝置20配置成提供光學觸摸探測。在一些實施例中，交互顯示器裝置20可以配置成使得反射器26提供交互表面用于接收觸摸輸入。在這種情形中，由每個觸摸輸入應用的力使反射器26的相應區(qū)域局部地變形。如此，從測試光源28接收的具有第二特性的光在反射器26的變形區(qū)域與當這個區(qū)域不變形時不同地反射。然而，在其它實施例中，交互顯示器裝置20可以配置成使得另ー層提供交互表面用于接收觸摸輸入。這個層例如可以用于增強用于探測觸摸輸入的靈敏度。作為示例，交互顯示器裝置20可包括用于接收觸摸輸入的可變形層32，該可變形層包括多個突起部34。每個突起部34可配置成響應于觸摸輸入而接觸并且局部地變形反射器26的相應區(qū)域。例如與來自手指的典型觸摸輸入相比，每個突起部可以比較小。因而，觸摸輸入可導致若干突起部34的每ー個接觸并且局部地變形反射器26。以此方式，突起部可以增強具有第二特性的光如何響應于觸摸輸入而從反射器26反射。應理解，這種可變形層32可以以任何合適的方式配置。作為非限制示例，可變形層32可包括例如在該層的前部和/或背部上具有復制結構的任何合適材料，諸如玻璃、塑料等。另外，突起部34可以以任何合適的方式配置從而增強具有第二特性的光如何響應于觸摸輸入而從反射器26反射。作為非限制示例，每個突起部34可以寬為大約100微米，以及節(jié)距為大約幾毫米。另外，在一些實施例中，突起部34可以與可變形層32光學匹配(例如，使用液體或凝膠的折射率匹配)。附加地或者可替換地，在一些實施例中，通過調(diào)整彈性體層24的弾性體屬性以給出對于每単位所應用カ的更大偏轉，可以增強對觸摸輸入的靈敏度。如此，反射器26于是可以對于每個單位所應用的カ而更大地變形，因而增強光如何響應于觸摸輸入而從反射器26反射。交互顯示器裝置20例如可配置成捕獲第二特性的任何合適的光模式以用于解釋觸摸輸入，諸如基于暗場探測或亮場探測的模式。對于暗場探測的情形，從被ー個或多個觸摸輸入變形的反射器26的(多個)區(qū)域接收的具有第二特性的光可以被定向到(例如聚焦在)傳感器30，而從未被一個或多個觸摸輸入變形的反射器26的(多個)區(qū)域接收的具有第ニ特性的光可以被定向到鄰近傳感器30的位置(例如，被聚焦而錯過傳感器)。因而，對于不被觸摸輸入變形的區(qū)域，傳感器30捕獲“暗場”，因為從這種區(qū)域反射的光被定向鄰近傳感器。然而，從被觸摸輸入變形的區(qū)域反射的光被定向到傳感器，并且因而被捕獲成為相對于暗場在該模式中看上去為明亮部分的光模式。圖2說明示例光模式40，其具有相對于與觸摸輸入關聯(lián)的部分44的暗場42?？商鎿Q地，對于亮場探測的情形，從被ー個或多個觸摸輸入變形的反射器26的(多個)區(qū)域接收的具有第二特性的光可以被散射(例如從傳感器30散射)，而從不被觸摸輸入變形的反射器26的(多個)區(qū)域接收的具有第二特性的光可以被定向到(例如聚焦在)傳感器30。因而，對于亮場探測，對于不被觸摸輸入變形的區(qū)域，傳感器30捕獲“亮場”，因為從這種區(qū)域反射的光被定向到傳感器。然而，從被觸摸輸入變形的區(qū)域反射的光從傳感器散射，并且因而相對于亮場在該模式中看上去為暗部分。圖3 說明示例光模式50，其相對于與觸摸輸入關聯(lián)的部分54具有亮場52。應理解，如在部分44和54說明的與觸摸輸入關聯(lián)的區(qū)域是非限制的。這ー個或多個部分可以是任何合適的形狀、尺寸等。例如，對于包括正投影顯示器的交互顯示器裝置20的情形，交互顯示器裝置20可以配置為從而在與觸摸輸入關聯(lián)的部分周圍捕獲具有“光暈”圖像的光模式。還應理解，測試光源28和/或傳感器30的位置和對齊可以用于捕獲這種光模式。另外，在一些實施例中，交互顯示器裝置20可配置成利用ー個或多個光學元件用于捕獲光模式。例如，交互顯示器裝置20可包括準直光學元件58，其用于利用具有第二特性的光照射反射器26。這種準直光學元件可以置為從而準直從測試光源28接收的具有第二特性的光并且將具有第二特性的準直光朝向反射器26定向。以此方式，反射器可以被均勻地照射。可以利用任何合適的準直光學元件，其包括但不限于準直透鏡、菲涅耳透鏡、光楔等，如通過示例方式在下文所描述。圖4示意性示出示例交互顯示器裝置60，其包括顯示器62、弾性體層64、反射器66、測試光源68和傳感器70。交互顯示器裝置60進ー步包括菲涅耳透鏡72，其配置成從測試光源68接收具有第二特性的發(fā)散光，并且準直該光用于照射反射器66。菲涅耳透鏡72進ー步配置成重新聚焦具有第二特性的光(例如，從反射器66反射的光)。對于所述示例的情形，交互顯示器裝置60配置成用于暗場探測，其中菲涅耳透鏡72將從響應于觸摸輸入而不變形的反射器66區(qū)域接收的光重新聚焦在鄰近傳感器70的孔徑的位置，如在74所指示?？商鎿Q地，從響應于觸摸輸入而變形的反射器66區(qū)域(諸如由用戶78的觸摸輸入變形的示例區(qū)域76)反射的光被聚焦在傳感器70的孔徑，如在80所指示。應理解，圖4是說明性的，并且未按比例繪制。另外應理解，盡管圖4描述配置用于暗場探測的交互顯示器裝置60，可以可替換地利用亮場探測。另外應理解，菲涅耳透鏡僅僅是許多合適的準直光學元件的其中之一。例如可以利用光楔，因而允許交互顯示器裝置更細薄的形狀因數(shù)。圖5示出示例光楔100，其可配置成準直來自毗鄰光楔100的薄端110布置的示例光源102的光(例如具有第二特性的光)，使得準直光從光楔100的觀看表面150離開，如圖5中射線蹤跡所示。術語“觀看表面”指示與背面(圖5中不可見)相比，觀看表面150更靠近觀看者，其中該背面與觀看表面150相対。觀看表面和背面的每ー個由側邊130和140、薄端110和厚端120界定。在圖5中，觀看表面150面向頁面的觀看者，并且背面被光楔100的這個視圖隱藏。
光楔100配置成使得注入薄端110的光界面中的光線在它們靠近包括端部反射器125的厚端120時可以扇出。經(jīng)由從觀看表面150和背面的全內(nèi)反射，光線被傳遞到端部反射器125。在優(yōu)選實施例中，端部反射器125是彎曲的，其具有均勻的曲率半徑，具有曲率中心172，并且光源102在端部反射器125的焦點注入光，該焦點位于曲率半徑的一半處。在厚端120，每個光線平行于每個其它光線而反射離開端部反射器125。光線從厚端120朝向薄端110行進，直至光線以觀看表面150的臨界反射角與觀看表面150相交，并且該光線作為準直光離開。類似地，光楔100也可在觀看表面接收光(例如，響應于觸摸輸入反射離開反射器的具有第二特性的光)。這種情況下，接收的光線隨后傳遞到例如置為鄰近光源102的傳感器。在可替換實施例中，端部反射器125可以是拋物線的或者具有其它合適的彎曲以用于準直光。在其它實施例中，多個光源可以毗鄰并且沿著 薄端110布置。與使用單個光源相比，多個光源的使用可以增大從觀看表面150離開的準直光的亮度。在這種實施例中，為了校正場曲率和/或球面像差，會期望略微縮短光楔100的側邊130和140，使得光源到中心線174的任ー側邊可以停留在端部反射器125的焦點?？s短側邊130和140可以使得薄端110凸出，如曲線115所說明。通過使用射線跟蹤算法來跟蹤在光楔100的觀看表面150的臨界反射角往回通過光楔100，直至該射線到達薄端110附近的焦點，可以發(fā)現(xiàn)合適的彎曲。圖6和7示出通過光楔100的示意性截面圖的射線蹤跡。圖6示出通過光楔100的第一射線176的路徑，并且圖7示出通過光楔100的第二射線178的路徑，其中射線176和178代表位于光錐的相對側邊的射線，該光錐被輸入光楔100的薄端110中。在圖6和7可以看出，射線176從毗鄰光楔100的薄端110的觀看表面150離開，而射線178從毗鄰光楔100的厚端120的觀看表面150離開。一旦射線176和178以相對于觀看表面150的法向小于或等于臨界內(nèi)反射角的角度與觀看表面150相交，射線176和178從觀看表面150離開。此臨界角在此處可以稱為“第一臨界角”。類似地，當射線以相對于觀看表面150的法向大于第一臨界內(nèi)反射角的角度與觀看表面150相交時，射線在光楔100中內(nèi)部反射。另外，當射線以相對于背面160的法向大于臨界內(nèi)反射角的角度與背面160相交時，射線在光楔100中內(nèi)部反射。此臨界角在此處可以稱為“第二臨界角”。會期望第一臨界角和第二臨界角不同，使得以第一臨界角入射在背面160上的光往回朝向觀看表面150反射。這可幫助防止通過背面160的光損失，并且因此可増大光楔100的光學效率。第一臨界角為光楔100的折射率以及與觀看表面150交界的材料(例如空氣或者披覆層)的折射率的函數(shù)，而第二臨界角為光楔100和毗鄰背面160的材料的折射率的函數(shù)。在諸如圖6-7所示的一些實施例中，披覆層170可以僅僅應用到背面160，使得觀看表面150與空氣交界。在其它實施例中，觀看表面150可包括折射率不同于背面160的披覆層(未不出)。任何合適的ー種或多種材料可以用作披覆層以實現(xiàn)光楔的觀看表面和/或背面的期望的臨界內(nèi)反射角。在示例實施例中，光楔100由聚甲基丙烯酸甲酯或PMMA形成，折射率為I. 492?？諝獾恼凵渎式茷镮. 000。如此，沒有披覆的表面的臨界角近似為42. I度。接著，示例披覆層可包括特氟龍AF (EI DuPont de Nemours & Co. of Wilmington,Delaware)，ー種折射率為I. 33的無定形含氟聚合物。用特氟龍AF披覆的PMMA表面的臨界角為63. O度。將理解，這些示例被描述用于說明的目的，并且不g在以任何方式進行限制。在其它實施例中，背面160可包括反射鏡。作為非限制示例，反射鏡可以通過應用反射性涂層到背面160或者通過毗鄰背面160布置反射 鏡而形成。以此方式，背面160可反射與背面160相交的入射光。當背面160配置成反射ー些或全部入射光時，背面160在此處可以稱為“反射性背面”。反射性背面的非限制示例包括具有反射鏡表面的背面；毗鄰背面布置的反射鏡；相對于背面的法向具有第二臨界內(nèi)反射角的背面，其中第二臨界反射角小于第一臨界反射角；或者任何其它配置，其中背面對于在第一臨界內(nèi)反射角的內(nèi)部入射光是反射的。光楔100和端部反射器125的配置可配置成當均勻光被注入薄端110時致使大多數(shù)觀看表面150被均勻地照射，并且還致使大多數(shù)注入的光從觀看表面150離開。如上所述，光楔100沿著其長度漸縮，使得在薄端110注入的射線經(jīng)由全內(nèi)反射行進到端部反射器125。端部反射器125包括小面透鏡結構，其配置成減小相對于每個觀看表面150和背面160的法向的射線角度。此外，從厚端120到薄端110減小光楔100的厚度致使當射線朝向薄端110行進時，相對于每個表面的法向的射線角度減小。當射線以小于第一臨界角入射在觀看表面150上時，射線將從觀看表面150離開。在一些實施例中，光源102可以置于端部反射器125的焦點處。在這種實施例中，端部反射器125可以按一曲率半徑彎曲，該曲率半徑為光楔100長度的兩倍。在圖6-7的實施例中，光楔100的錐角配置成使得在厚端120和觀看表面150的角落包括直角并且在厚端120和背面160的角落包括直角。當薄端110位于端部反射器125的焦點時，薄端110為厚端120的厚度的一半。在其它實施例中，每個這些結構可以具有任何其它合適配置。在所描述實施例中，端部反射器125從側邊130到側邊140以及從觀看表面150到背面160球面彎曲。在其它實施例中，端部反射器125可圓柱形彎曲，具有來自觀看表面150和背面160的均勻曲率半徑并且具有曲率中心，觀看表面150和背面160如果延伸則在該曲率中心處交匯。與球面彎曲的端部反射器125相比，圓柱形彎曲的端部反射器可以更強烈地抗凹陷，在大幅面應用中這會是有益的。其它合適彎曲例如可以用于端部反射器125，諸如拋物線。附加地，在垂直于側邊130和140的平面中的端部反射器125的彎曲可以不同于在平行于側邊130和140的平面中的端部反射器125的彎曲。應理解，圖5-7是非限制的。在其它實施例中，可以使用不同配置的光楔。例如，替代利用上述光楔，其中該光楔具有帶有端部反射器的折疊光學元件，在一些實施例中可以利用具有連續(xù)光學元件的光楔。與上述利用折疊光學元件的楔相比，具有連續(xù)光學元件的這種光楔可以更容易制造。圖8說明具有連續(xù)光學元件的示例光楔180。光線(例如，與具有第二特性的光關聯(lián))如在182所指示進入光楔180的厚端，并且從厚端朝向薄端行進直至光線以亞臨界入射角與觀看表面相交，并且如在184所指示作為準直光離開楔。由于楔幾何原因，光線在這種光楔的較窄部分上作為準直光離開。因而，光楔180可以與另一光楔186堆疊，從而照射反射器的整個表面用于探測觸摸輸入。光楔可以置為“首尾相接”(例如，光楔180的薄端可以置為毗鄰光楔186的厚端)。
光楔180也可以在觀看表面接收光(例如，響應于觸摸輸入反射離開反射器的具有第二特性的光)。這種情況下，接收的光線隨后可以傳遞到例如鄰近光源放置的傳感器。在所說明的堆疊配置中，光楔180被置為從而看穿光楔186的非成像區(qū)域。以該交互顯示器裝置(例如，圖I的交互顯示器裝置20)繼續(xù)，應理解，與傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)相比，用于這種裝置的功率比較低。這是因為大多數(shù)由測試光源28發(fā)射的光學功率經(jīng)由反射離開反射器26而返回，很少光逃離該系統(tǒng)。這與傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)形成對比，傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)典型地利用更大數(shù)量的光學功率，該光學功率大部分損失到外部世界，并且往回反射到系統(tǒng)中(例如通過手指)的光的僅僅小份額典型地進入傳感 器。另外，在一些示例中，這種低照射功率允許交互顯示器裝置20成為移動裝置。在一些實施例中，交互顯示器裝置20可進ー步配置成超出交互顯示器裝置20的表面成像，以用于探測用戶懸停和/或用戶的特征，諸如用戶的手、手臂等。在這種實施例中，交互顯示器裝置可配置成利用具有第一特性的光執(zhí)行這種超出表面的成像，從而不干涉經(jīng)由具有第二特性的光的探測。例如，具有第一特性的光可包括波長在高達880nm的范圍中的光，并且具有第二特性的光可包括波長在940nm附近的范圍中的光。如此，具有第一特性的光可包括用于顯示器22的可見光，以及用于超出表面探測的紅外光 840nm，紅外光 840nm不同于用于在表面的觸摸探測的紅外光、40nm。由于反射器26透射具有第一特性的光，反射器26配置為從而不干渉超出表面成像。作為非限制示例，反射器26在、40nm可以是反射的，但是在 840-400nm是透射的。以此方式，交互顯示器裝置可配置成針對具有第二特性的光在單個或窄范圍的波長工作(例如，通過使用窄帶反射器設計)，這不影響在與具有第一特性的光關聯(lián)的其它波長處通過顯示器的成像，由此允許諸如掃描和懸停在其它波長的功能。對于顯示器22利用漫射器23的情形，紅外漏出會不足以透射用于超出表面成像的光(例如 840nm光)。這種情況下，可以利用可切換漫射器從而不干渉超出表面成像。這種可切換漫射器可配置成在超出表面圖像捕獲期間切斷。參考圖10更詳細描述這種探測。可切換漫射器可以以任何合適的方式配置。例如，可以在更漫射狀態(tài)和較不漫射(例如非漫射)之間電氣驅(qū)動聚合物分散液晶(PDLC)或聚合物網(wǎng)絡液晶(PNLC)可切換漫射器片，這兩個狀態(tài)之間具有各中間狀態(tài)。漫射器處于更漫射狀態(tài)時通過該視覺系統(tǒng)成像使得可見光可以被成像用于顯示器22，而在較不漫射狀態(tài)中成像使得該視覺系統(tǒng)能夠看穿顯示器22并且超出觸摸表面。因此，對于后續(xù)和/或交替幀按規(guī)定模式在更漫射和較不漫射狀態(tài)之間切換允許視覺系統(tǒng)能夠幀擷取觸摸壓カ輸入數(shù)據(jù)以及來自外表面上方的對象的輸入圖像。在一些實施例中，外部測試光源33可以用于輸出被用于超出表面探測的具有第一特性的光(例如 840nm光)。作為非限制示例，外部測試光源33可包括置于交互顯示器裝置20的邊緣周圍的各LED。在一些實施例中，傳感器30可以用于捕獲具有第一特性的光以及具有第二特性的光。然而，在其它實施例中，可以利用不同傳感器而不背離此公開內(nèi)容的范圍?？梢圆捎脮r分復用從而在超出表面圖像捕獲和用于觸摸探測的圖像捕獲之間交替，如參考圖10更詳細所述。在一些實施例中，交互顯示器裝置20可進ー步配置成通過使反射器26處的陷波濾波器與傳感器30處的窄帶濾波器匹配而減小來自外部影響的互作用。以此方式，交互顯示器裝置20可以配置得到針對輸入觸摸的相對更高靈敏度，以及針對外部事件(諸如接近觸摸、袖口、陰影、環(huán)境光等)的相對更低靈敏度。如此，交互顯示器裝置20可提供高的環(huán)境抑制。另外，在包括利用背光元件的IXD顯示器的實施例中，對IXD背光照明的LED可以置為挨著傳感器30和測試光源28。如此，用于對LCD背光照明的光可以循著與測試光相同的路徑(例如，如圖4中所述)。這允許與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比増大的效率，因為各部件可以用于多種功能。另外應理解，交互顯示器裝置可包括未在圖I中說明的 附加或可替換部件而不背離此公開內(nèi)容的范圍。交互顯示器裝置20可配置成以任何合適的方式提供觸摸輸入的光學探測。圖9說明用于探測觸摸輸入的示例方法190。這種方法可以通過執(zhí)行存儲在交互顯示器裝置上的指令來實施。作為示例，交互顯示器裝置可包括數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)，其保持這樣的指令，所述指令由邏輯子系統(tǒng)可執(zhí)行以提供光學觸摸探測。另外，指令可配置成將上述光模式表征為數(shù)據(jù)結構，該數(shù)據(jù)結構可以由計算裝置存儲和/或分析。作為ー個非限制示例，由傳感器30接收的光模式可以表示為矩陣，該矩陣包括對應于傳感器的每個像素的単元，并且每個單元可包括由相應像素探測的光的強度值。如此，計算系統(tǒng)可以接收、保持和/或輸出光模式作為有益于計算機分析的數(shù)據(jù)結構。在192，方法190包括存儲由傳感器接收的具有第二特性的光模式(例如作為兼容數(shù)據(jù)結構)。如上文所介紹，這種光模式可以是基于任何合適的圖像探測技術，諸如暗場探測、亮場探測等。在194，方法190包括將由傳感器接收的具有第二特性的光模式解釋為使反射器變形的觸摸輸入。這種解釋可包括任何合適的圖像處理技術，諸如將光模式的選擇部分映射到反射器的特定區(qū)域，如在196所指示。以此方式，觸摸輸入可以被探測。應理解，在一些實施例中，模式可以解釋為ー個或多個觸摸輸入(例如，通過映射光模式的一個或多個選擇部分)而不背離本公開內(nèi)容的范圍。在一些實施例中，方法190可進ー步包括超出表面成像，如在198指示。如上所述，具有第一特性的光可以用于這種成像。因而，超出表面成像可包括利用具有第一特性的光從外部照射(例如超出表面照射)，以及捕獲相應光模式，該光模式可以被解釋為懸停在表面上方的用戶的手指、手、手臂、身體等。應理解，這種超出表面成像可以相對于觸摸探測按照時間交替方式執(zhí)行(例如經(jīng)由時分復用)。圖10示出示例計時圖，其說明用于照射和探測事件的時分復用。所描述的示例說明兩個連續(xù)幀，每個持續(xù)時間為」t。代表“奇數(shù)”巾貞，并且?guī)瑃+Λ t代表“偶數(shù)”巾貞。作為非限制示例，^ t可以近似為16. 7ms，對應于60Hz的幀頻。在此示例中，每個幀的一部分用于照射顯示器，并且該幀的其它部分用于探測。更具體而言，一部分的該奇數(shù)幀用于超出表面成像，而一部分的該偶數(shù)幀用于在表面的觸摸探測。以此方式，交互顯示器裝置如下文更詳細所述按照時間交替方式執(zhí)行顯示器照射以及兩種不同類型的探測。如在200所示，第一部分的該奇數(shù)幀和第一部分的該偶數(shù)幀可以用于經(jīng)由背光元件照射顯示器(例如利用可見光)。每個幀的后一部分隨后用于探測，并且因而顯示器在此時間期間不被照射，如在202所說明。當在該幀的第一部分中照射顯示器時，諸如TOLC的可切換漫射器可以在漫射狀態(tài)中使用，并且隨后切換到非漫射狀態(tài)，同時在該幀的后一部分執(zhí)行探測，如在204和206所示。由于探測發(fā)生在每個幀的后一部分，快門傳感器在每個幀的此部分期間被計時打開，如在208所示。換言之，背光元件和快門傳感器在時間域上交替。盡管所描述示例說明同一傳感器快門被用于超出表面探測以及在該表面的觸摸探測這二者，但是應理解，在其它實施例中可以利用不同傳感器而不背離此公開內(nèi)容的范圍。對于奇數(shù)幀，在顯示器照射停止之后執(zhí)行超出表面 探測，如在210所指示。如此，具有第一特性的光(例如 840nm光)從測試光源發(fā)射。然而，對于偶數(shù)幀，在顯示器照射停止之后執(zhí)行在該表面的觸摸探測，如在212所指示。如此，具有第二特性的光(例如、40nm光)從測試光源發(fā)射。圖10在214另外說明幀ID，其可以用于使能幀消歧(例如從偶數(shù)幀區(qū)分奇數(shù)幀)?；氐綀D9，在199，方法190可以可選地包括基于超出交互顯示器裝置表面的成像而在顯示器上顯示ー個或多個上下文敏感的顯示圖像。作為示例，如果確定用戶的手正朝向顯示器移動，則交互顯示器裝置可以顯示用戶界面對象(例如按鈕)、展開菜單等。作為又一示例，交互顯示器裝置可以確定另ー用戶在房間的另ー側，并且因此調(diào)整顯示圖像。應理解，可以響應于超出表面成像而附加地或者可替換地采取其它類型的上下文敏感的功能。例如，交互顯示器裝置可配置成支持多用戶功能，其中不同手指被確定為對應于不同用戶。在一些實施例中，上述方法和過程可關聯(lián)到包括一個或多個計算機的計算系統(tǒng)。特別地，此處描述的方法和過程可以實施為計算機應用、計算機服務、計算機API、計算機庫和/或其它計算機程序產(chǎn)品。圖11示意性示出非限制的計算系統(tǒng)220，該計算系統(tǒng)可以執(zhí)行ー個或多個上述方法和過程。計算系統(tǒng)220可包括圖I的交互顯示器裝置20，或者圖I的交互顯示器裝置20可以為該計算系統(tǒng)的外圍設備。計算系統(tǒng)220以簡化形式示出。將理解，可以使用實際上任何計算機架構而不背離此公開內(nèi)容的范圍。在不同實施例中，計算系統(tǒng)220可以大型計算機、服務器計算機、桌上型計算機、膝上型計算機、平板計算機、家庭娛樂計算機、網(wǎng)絡計算裝置、移動計算裝置、移動通信裝置、游戲裝置等的形式。計算系統(tǒng)220包括邏輯子系統(tǒng)222和數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224。計算系統(tǒng)220可以可選地包括顯示子系統(tǒng)226、通信子系統(tǒng)228和/或圖11中未示出的其它部件。計算系統(tǒng)220也可以可選地例如包括用戶輸入裝置，諸如鍵盤、鼠標、游戲控制器、相機、麥克風和/或觸
摸屏秦。邏輯子系統(tǒng)222可以包括配置成執(zhí)行ー個或多個指令的ー個或多個物理裝置。例如，邏輯子系統(tǒng)可配置成執(zhí)行ー個或多個指令，該指令為ー個或多個應用、服務、程序、子程序、庫、對象、部件、數(shù)據(jù)結構或者其它邏輯結構的部分?？梢詫嵤┻@種指令以執(zhí)行任務、實施數(shù)據(jù)類型、轉換ー個或多個裝置的狀態(tài)或者在其它方面達成期望結果。邏輯子系統(tǒng)可包括配置成執(zhí)行軟件指令的一個或多個處理器。附加地或者可替換地，邏輯子系統(tǒng)可包括一個或多個硬件或固件邏輯機，其配置成執(zhí)行硬件或固件指令。邏輯子系統(tǒng)的處理器可以是單核或多核，并且在其上執(zhí)行的程序可以配置用于并行或分布式處理。邏輯子系統(tǒng)可以可選地包括遍布兩個或更多個裝置分布的単獨部件，所述部件可以位于遠程和/或配置用于協(xié)調(diào)處理。邏輯子系統(tǒng)的ー個或多個方面可以由云計算配置中配置的遠程訪問網(wǎng)絡化計算裝置來虛擬化和執(zhí)行。數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224可包括ー個或多個物理非暫時性裝置，其配置成保持由邏輯子系統(tǒng)可執(zhí)行以實施此處描述的方法和過程的數(shù)據(jù)和/或指令。當這種方法和過程被實施時，數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224的狀態(tài)可以轉換(例如從而保持不同數(shù)據(jù))。數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224可包括可移動介質(zhì)和/或內(nèi)建裝 置。數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224可包括光學存儲裝置(例如⑶、DVD、HD-DVD、藍光盤等)，半導體存儲裝置(例如RAM，EPROM,EEPROM等)和/或磁性存儲裝置(例如硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器、MRAM等)等等。數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224可包括具有一個或多個下述特性的裝置易失性、非易失性、動態(tài)、靜態(tài)、讀/寫、只讀、隨機存取、順序存取、位置可尋址、文件可尋址以及內(nèi)容可尋址。在ー些實施例中，邏輯子系統(tǒng)222和數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224可以集成到ー個或多個公共裝置中，諸如專用集成電路或者芯片上系統(tǒng)。圖11還示出可移動計算機可讀取存儲介質(zhì)230形式的數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)的方面，其可以用于存儲和/或轉移可執(zhí)行以實施此處所述方法和過程的數(shù)據(jù)和/或指令?？梢苿佑嬎銠C可讀取存儲介質(zhì)230可以采取⑶、DVD、HD-DVD、藍光盤、EEPROM和/或軟盤等等的形式。將理解，數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224包括ー個或多個物理非暫時性裝置。相比之下，在一些實施例中，此處描述的指令的各方面可以通過純信號(例如電磁信號、光學信號等)以暫時性方式傳播，對于至少有限持續(xù)時間該純信號不由物理裝置保持。另外，與本公開內(nèi)容有關的數(shù)據(jù)和/或其它形式的信息可以通過純信號傳播。當被包括時，顯示子系統(tǒng)226可用于呈現(xiàn)由數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224保持的數(shù)據(jù)的視覺再現(xiàn)。由于此處描述的方法和過程改變由數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)保持的數(shù)據(jù)，并且因而將轉換數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)的狀態(tài)，顯示子系統(tǒng)226的狀態(tài)可以類似地轉換從而在視覺上呈現(xiàn)底層數(shù)據(jù)中的改變。顯示子系統(tǒng)226可包括利用實際上任何類型的技術的ー個或多個顯示器裝置。這種顯示器裝置可以與邏輯子系統(tǒng)222和/或數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224組合在共享外殼中，或者這種顯示器裝置可以是外圍顯示器裝置。當被包括時，通信子系統(tǒng)228可配置成將計算系統(tǒng)220與一個或多個其它計算裝置通信地耦合。通信子系統(tǒng)228可包括與ー個或多個不同通信協(xié)議兼容的有線和/或無線通信裝置。作為非限制示例，通信子系統(tǒng)可以配置用于經(jīng)由無線電話網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)、有線局域網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)、有線廣域網(wǎng)等通信。在一些實施例中，通信子系統(tǒng)可允許計算系統(tǒng)220經(jīng)由諸如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡自和/或往其它裝置發(fā)送和/或接收訊息。計算系統(tǒng)220可進ー步包括觸摸探測子系統(tǒng)232，其配置成提供此處描述的光學觸摸探測。觸摸探測子系統(tǒng)232可配置成協(xié)調(diào)經(jīng)由測試光源和傳感器的光模式的捕獲。觸摸探測子系統(tǒng)232可進ー步配置成與邏輯子系統(tǒng)222合作以執(zhí)行存儲在數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)224上的指令，以用于將光模式解釋為顯示器外部的一個或多個輸入觸摸和/或?qū)ο?。將理解，此處描述的配置?或方法在性質(zhì)上是示例性的，并且這些特定實施例或示例不被認為是限制含義，因為許多變動是有可能的。此處描述的特定子程序或方法可以代表任何數(shù)目的處理策略的ー個或多個。如此，所說明的各種動作可以按說明的順序執(zhí)行，按其它順序執(zhí)行，并行地執(zhí)行，或者在一些情形中省略。類似地，上述過程的順序可以改變。
本公開內(nèi)容的主題包括此處公開的各種過程、系統(tǒng)和配置，以及其它特征、功能、動作和/或?qū)傩缘乃行路f且非顯而易見的 組合和子組合，以及其任何及所有等同物。
權利要求
1.一種交互顯示器裝置(20)，包括 彈性體層(24); 反射器(26)，其配置成透射具有第一特性的光以及反射具有第二特性的光； 顯示器(22)，其置為通過該彈性體層(24)和該反射器(26)輸出具有第一特性的調(diào)制光作為顯示圖像； 測試光源(28)，其置為通過該彈性體層(24)輸出具有第二特性的光用于反射離開該反射器(26); 傳感器(30)，其配置成接收從該反射器(26)反射的具有第二特性的光； 邏輯子系統(tǒng)(222)，其配置成執(zhí)行指令；以及 數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)(224)，其保持由該邏輯子系統(tǒng)(222)可執(zhí)行的指令，從而將該傳感器(30)接收的具有第二特性的光模式解釋為使該反射器(26)變形的觸摸輸入。
2.權利要求I的交互顯示器裝置，進一步包括準直光學元件，其置為準直從該測試光源接收的具有第二特性的光并且將具有第二特性的準直光定向朝向該反射器。
3.權利要求2的交互顯示器裝置，其中該準直光學元件為準直透鏡、菲涅耳透鏡或光楔。
4.權利要求I的交互顯示器裝置，其中該指令是可執(zhí)行的以將該光模式的選擇部分映射到該反射器的特定區(qū)域，并且進一步包括可變形層，該可變形層配置成接收一個或多個觸摸輸入，該可變形層進一步包括與該可變形層光學匹配的多個突起部，每個突起部配置成響應于觸摸輸入而接觸和局部地變形該反射器的區(qū)域。
5.權利要求I的交互顯示器裝置，進一步包括光學元件，其配置成將從被該觸摸輸入變形的該反射器的一個或多個區(qū)域接收的具有第二特性的光聚焦在該傳感器，該光學元件進一步配置成將從不被該觸摸輸入變形的該反射器的一個或多個區(qū)域接收的具有第二特性的光聚焦在鄰近該傳感器的位置。
6.權利要求I的交互顯示器裝置，進一步包括光學元件，其配置成散射從被該觸摸輸入變形的該反射器的一個或多個區(qū)域接收的具有第二特性的光，以及將從不被該觸摸輸入變形的該反射器的一個或多個區(qū)域接收的具有第二特性的光聚焦在該傳感器。
7.權利要求I的交互顯示器裝置，其中該第一特性對應于第一波長范圍，以及該第二特性對應于不同的第二波長范圍。
8.權利要求I的交互顯示器裝置，其中該交互顯示器裝置進一步配置成超出該交互顯示器裝置的表面輸出具有第一特性的光，以及其中該指令進一步可執(zhí)行從而經(jīng)由對具有第一特性的光模式的解釋而超出該表面成像。
9.權利要求8的交互顯示器裝置，其中具有第一特性的光包括用于該顯示器的可見光以及用于超出該表面成像的具有第一波長的紅外光，以及其中具有第二特性的光包括用于探測觸摸輸入的具有第二波長的紅外光，該第二波長大于該第一波長，該指令進一步可執(zhí)行從而基于超出該交互顯示器裝置的表面成像而在該顯示器上顯示一個或多個上下文敏感的顯示圖像。
10.一種用于經(jīng)由表面變形探測交互顯示器裝置(60)的觸摸輸入的成像系統(tǒng)，包括 彈性體層(64); 二向色反射器(66)，其配置成透射具有第一特性的光以及反射具有第二特性的光；顯示器(62)，其置為通過該彈性體層(64)和該二向色反射器(66)輸出具有第一特性的調(diào)制光作為顯示圖像； 測試光源(68)，其置為通過該顯示器(62)和該彈性體層(64)輸出具有第二特性的光用于反射離開該二向色反射器(66)； 傳感器(70)，其配置成接收從該二向色反射器(66)反射的具有第二特性的光； 邏輯子系統(tǒng)(222)，其配置成執(zhí)行指令；以及 數(shù)據(jù)保持子系統(tǒng)(224)，其保持由該邏輯子系統(tǒng)(224)可執(zhí)行的指令，從而 存儲(192)由該傳感器(70)接收的具有第二特性的光模式；以及 將該光模式的一個或多個選擇部分映射(196)到該二向色反射器(66)的一個或多個特定區(qū)域，該二向色反射器(66)的一個或多個特定區(qū)域指示使該二向色反射器(66)變形的一個或多個觸摸輸入。
全文摘要
通過一種交互顯示器裝置提供光學觸摸探測，該交互顯示器裝置包括彈性體層；反射器，其配置成透射具有第一特性的光以及反射具有第二特性的光；以及顯示器，其置為通過彈性體層和反射器輸出具有第一特性的調(diào)制光作為顯示圖像。該交互顯示器裝置進一步包括測試光源，其置為通過彈性體層輸出具有第二特性的光用于反射離開反射器；以及傳感器，其配置成接收從反射器反射的具有第二特性的光。
文檔編號G06F3/042GK102681733SQ201210040500
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權日2011年2月22日
發(fā)明者N.埃默頓, T.拉奇 申請人:微軟公司