本發(fā)明主張2014年4月28日申請的名為“PRESSURE,ROTATION AND STYLUS FUNCTIONALITY FOR INTERACTIVE DISPLAY SCREENS(用于交互式顯示器屏幕的壓力、旋轉(zhuǎn)及觸控筆功能性)”的美國臨時專利申請案第61/985,325號(代理人案號QUALP250PUS/144464P1)及2014年9月30日申請的名為“PRESSURE,ROTATION AND STYLUS FUNCTIONALITY FOR INTERACTIVE DISPLAY SCREENS(用于交互式顯示器屏幕的壓力、旋轉(zhuǎn)及觸控筆功能性)”的美國專利申請案第14/502,726號(代理人案號QUALP250US/144464)的優(yōu)先權(quán)。這些先前申請案的揭示內(nèi)容被視為本發(fā)明的一部分且特此以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于將觸摸響應(yīng)能力提供到裝置且更具體來說提供到交互式顯示器的技術(shù)，所述交互式顯示器提供用戶輸入/輸出接口，所述用戶輸入/輸出接口響應(yīng)于與顯示器的觸摸交互的具體特性而被控制。

背景技術(shù)：

本發(fā)明的受讓人已開發(fā)出用于將多點觸摸功能性提供到顯示屏幕(尤其是具有大幅面的顯示屏幕)的基于光學(xué)的技術(shù)。舉例來說，其全文出于所有目的而特此以引用方式并入到本申請案中的序列號為61/947,971的申請案“LARGE AREA INTERACTIVE DISPLAY SCREEN”揭示用于將觸摸響應(yīng)能力提供到具有大顯示屏幕的裝置(包含交互式顯示器)的技術(shù)，所述交互式顯示器提供用戶輸入/輸出接口，所述用戶輸入/輸出接口響應(yīng)于用戶的觸摸及/或多個同時觸摸而被控制。這些技術(shù)相對于其它方法(例如投射式電容觸摸(PCT)及其它光學(xué)方法)的優(yōu)點包含通過少數(shù)組件到較大大小的可擴展性、對于電磁干擾及對于環(huán)境光的經(jīng)降低敏感度及可避免顯示器防護玻璃罩與框架之間的氣隙的平整邊框。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的系統(tǒng)、方法及裝置各自具有若干創(chuàng)新方面，其中沒有單個方面單獨負責(zé)本文所揭示的合乎需要的屬性。

本發(fā)明中所描述的主題的一個創(chuàng)新方面可在包含交互式顯示器的設(shè)備中實施，所述交互式顯示器具有包含觀看區(qū)域的前表面、經(jīng)安置成接近于所述前表面且在所述前表面后方的平面光導(dǎo)、發(fā)射可見光及紅外光中的一者或兩者的光源，及與所述第一平面光導(dǎo)耦合且經(jīng)安置成在所述觀看區(qū)域的周邊外部或接近于所述觀看區(qū)域的周邊的至少一個感光元件。所述平面光導(dǎo)經(jīng)配置以接收散射光，所述所接收的散射光產(chǎn)生于由所述光源發(fā)射的光與光學(xué)接觸所述前表面的對象之間的交互。所述感光元件經(jīng)配置以檢測所述所接收的散射光中的至少一些且將圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器。所述處理器經(jīng)配置以從所述圖像數(shù)據(jù)辨識所述對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者。

根據(jù)一些實施方案，一種設(shè)備包含交互式顯示器，所述交互式顯示器具有包含觀看區(qū)域的前表面、經(jīng)安置成接近于所述前表面且在所述前表面后方的平面光導(dǎo)、發(fā)射可見光及紅外光中的一者或兩者的光源，及與所述第一平面光導(dǎo)耦合且經(jīng)安置成在所述觀看區(qū)域的周邊外部或接近于所述觀看區(qū)域的周邊的至少一個感光元件。所述平面光導(dǎo)經(jīng)配置以接收光，所述所接收的光產(chǎn)生于以下各者中的一者或兩者：由所述光源發(fā)射的光被與所述前表面光學(xué)接觸的對象進行的散射，及由所述對象發(fā)射的光。所述感光元件經(jīng)配置以檢測所述所接收的光中的至少一些且將圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器。所述處理器經(jīng)配置以從所述圖像數(shù)據(jù)辨識所述對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者。

在一些實例中，所述光源可在與所述前表面基本上正交的方向上發(fā)射光。所述光源可經(jīng)配置為或包含液晶或場序色彩顯示器的背光、反射式顯示器的前光或來自發(fā)射型顯示器的光。

在一些實例中，所述對象可為無源觸控筆或用戶的手指或附肢。

在一些實例中，所述對象可為無源觸控筆。所接收的光可產(chǎn)生于由所述光源發(fā)射的光被所述無源觸控筆的筆尖進行的散射。所述筆尖可具有在壓力下變形的彈性體特性及漫反射表面。所述處理器可經(jīng)配置以從所述圖像數(shù)據(jù)辨識所述無源觸控筆的部位、接觸壓力及角定向中的一或多者。所述處理器可經(jīng)配置以從所述圖像數(shù)據(jù)辨識所述無源觸控筆的部位、接觸壓力及角定向中的每一者。

在一些實例中，所述對象可為有源觸控筆，其包含筆尖。所接收的光可產(chǎn)生于由所述有源觸控筆發(fā)射通過所述筆尖的光。所述筆尖可具有在壓力下變形的彈性體特性。所述筆尖可經(jīng)配置成以基本上各向同性方式散射由所述有源觸控筆發(fā)射通過所述筆尖的光。

在一些實例中，所述對象可具有在壓力下變形的彈性體特性，且所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可包含與施加在所述對象與所述前表面之間的接觸壓力相關(guān)的特性信息。所述處理器可經(jīng)配置以從所述特性信息辨識及區(qū)分用于多個觸摸點的個別接觸壓力。

在一些實例中，所述感光元件可包含光敏檢測器陣列或相機。所述感光元件可經(jīng)安置在所述平面內(nèi)或在所述平面光導(dǎo)的所述平面后方。

在一些實例中，所述處理器可經(jīng)配置以辨識及區(qū)分觸控筆觸摸及手指兩者進行的同時或幾乎同時觸摸。

在一些實例中，感光元件可為相機，所述相機包含具有光軸的透鏡，所述相機經(jīng)安置成光軸大致平行于所述前表面。

根據(jù)一些實施方案，一種電子顯示器具有包含觀看區(qū)域的前表面、經(jīng)安置成接近于所述前表面且在所述前表面后方的平面光導(dǎo)、發(fā)射可見光及紅外光中的一者或兩者的光源，及與所述第一平面光導(dǎo)耦合且經(jīng)安置成在所述觀看區(qū)域的周邊外部或接近于所述觀看區(qū)域的周邊的至少一個感光元件。所述平面光導(dǎo)經(jīng)配置以接收散射光，所述所接收的散射光產(chǎn)生于由所述光源發(fā)射的光與光學(xué)接觸所述前表面的對象之間的交互。所述感光元件經(jīng)配置以檢測所述所接收的散射光中的至少一些且將圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器。

在一些實例中，所述處理器可經(jīng)配置以從所述圖像數(shù)據(jù)辨識所述對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者。在一些實例中，所述處理器可經(jīng)配置以從所述圖像數(shù)據(jù)辨識所述對象的部位、接觸壓力及角定向中的每一者。

在一些實例中，所述對象可具有在壓力下變形的彈性體特性，且所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)包含與施加在所述對象與所述前表面之間的接觸壓力相關(guān)的特性信息。

在一些實例中，所述對象可為無源觸控筆，所接收的散射光可產(chǎn)生于由所述光源發(fā)射的光與所述無源觸控筆的筆尖之間的交互，且所述筆尖可具有彈性體特性及漫反射表面。

根據(jù)一些實施方案，一種設(shè)備包含交互式顯示器，所述交互式顯示器具有包含觀看區(qū)域的前表面、發(fā)射可見光及紅外光中的一者或兩者的光源、經(jīng)安置成在所述觀看區(qū)域的周邊外部或接近于所述觀看區(qū)域的周邊的至少一個感光元件，及經(jīng)安置成接近于所述前表面且在所述前表面后方、與所述至少一個感光元件耦合的用于接收光的裝置，所述所接收的光產(chǎn)生于以下各者中的一者或兩者：由所述光源發(fā)射的光與光學(xué)接觸所述前表面的對象之間的交互，及由所述對象發(fā)射的光。所述感光元件經(jīng)配置以檢測所接收的光中的至少一些且將圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器。所述處理器經(jīng)配置以從所述圖像數(shù)據(jù)辨識所述對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者。

根據(jù)一些實施方案，一種方法包含：運用感光元件檢測所接收的光，所述所接收的光產(chǎn)生于以下各者中的一者或兩者：由光源發(fā)射的光與至少部分地光學(xué)接觸交互式顯示器的顯示器防護玻璃罩的前表面的對象的之間的交互，及由所述對象發(fā)射的光；將圖像數(shù)據(jù)從所述感光元件輸出到處理器；及運用處理器從所述圖像數(shù)據(jù)辨識所述對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者。

在一些實例中，所述處理器可經(jīng)配置以從所述圖像數(shù)據(jù)對所述對象的部位進行確定。

在一些實例中，所述處理器可經(jīng)配置以通過以下操作中的一或多者進行確定：測量所述對象相對于所述感光元件的方位角及范圍；測量所述對象相對于多個感光元件的方位角；及測量所述對象相對于多個感光元件的范圍。

附圖說明

在附圖及以下描述中闡述本說明書中描述的主題的一或多個實施方案的細節(jié)。其它特征、方面及優(yōu)點將從所述描述、圖式及權(quán)利要求書而變得顯而易見。應(yīng)注意，以下各圖的相對尺寸可能未按比例繪制。各個圖式中的相同參考數(shù)字及名稱指示相同元件。

圖1說明根據(jù)一實施方案的交互式顯示器的簡化框圖。

圖2說明根據(jù)一實施方案的交互式顯示器的橫截面正視圖。

圖3說明從對象散射的光可怎樣與平面光導(dǎo)交互。

圖4說明所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可怎樣包含與接觸壓力相關(guān)的信息。

圖5根據(jù)一實施方案說明所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可怎樣包含旋轉(zhuǎn)定向信息。

圖6說明萬花筒效應(yīng)的實例。

圖7說明使用本發(fā)明所揭示的技術(shù)獲得的圖像的實例。

圖8根據(jù)一實施方案說明所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可怎樣用于獲得旋轉(zhuǎn)定向信息。

圖9說明根據(jù)一些實施方案的無源觸控筆與平面光導(dǎo)的交互的實例。

圖10說明根據(jù)一些實施方案的有源觸控筆與平面光導(dǎo)的交互的實例。

圖11說明有源觸控筆的實例實施方案。

圖12說明有源觸控筆的另外實例實施方案。

圖13說明有源觸控筆的又另外實例實施方案。

圖14說明觸控筆筆尖具有拋物線形狀的實例實施方案。

圖15說明具有可變形筆尖的有源觸控筆的實例實施方案。

圖16說明在一些實施方案中關(guān)于兩個光敏元件中的每一者的觸摸部位的方位角坐標可怎樣用于獲得觸摸部位的X-Y坐標。

圖17說明在一些實施方案中關(guān)于四個光敏元件中的每一者的觸摸部位的范圍坐標可怎樣用于獲得觸摸部位的X-Y坐標。

圖18說明用于從圖像數(shù)據(jù)辨識與交互式顯示器接觸的對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者的過程流程圖。

具體實施方式

以下描述針對出于描述本發(fā)明的創(chuàng)新方面的目的的某些實施方案。然而，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將容易認識到，可以許多不同方式應(yīng)用本文中的教示。所描述實施方案可實施于可經(jīng)配置以顯示圖像(不論運動(例如，視頻)還是固定(例如，靜態(tài)圖像)，且不論文本、圖形還是圖片)的任何裝置或系統(tǒng)中。更具體來說，預(yù)期所描述的實施方案可包含于多種電子裝置中或與所述電子裝置相關(guān)聯(lián)，所述電子裝置例如為(但不限于)：移動電話、具備多媒體因特網(wǎng)功能的蜂窩式電話、移動電視接收器、無線裝置，智能電話、裝置、個人數(shù)據(jù)助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或便攜式計算機、上網(wǎng)本、筆記本、智能本、平板計算機、打印機、復(fù)印機、掃描儀、傳真機裝置、GPS接收器/導(dǎo)航器、相機、MP3播放器、攝像機、游戲控制臺、腕表、時鐘、計算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、電子閱讀裝置(即，電子閱讀器)、計算機監(jiān)視器、汽車顯示器(包含里程表及速度計顯示器等等)、駕駛艙控制及/或顯示器、相機取景顯示器(例如，車輛中的后視相機的顯示器)、電子照片、電子廣告牌或標志、投影儀、建筑結(jié)構(gòu)、微波爐、冰箱、立體聲系統(tǒng)、磁帶錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機、便攜式存儲器芯片、洗衣機、烘干機、洗衣機/烘干機、停車計時器、包裝(例如，在機電系統(tǒng)(EMS)、微機電系統(tǒng)(MEMS)及非MEMS應(yīng)用中)、美學(xué)結(jié)構(gòu)(例如，一件首飾上的圖像的顯示)及多種EMS裝置。本文中的教示還可用于非顯示器應(yīng)用中，例如(但不限于)電子切換裝置、射頻濾波器、傳感器、加速度計、陀螺儀、運動傳感裝置、磁力計、用于消費型電子裝置的慣性組件、消費型電子產(chǎn)品的零件、變?nèi)萜?、液晶裝置、電泳裝置、驅(qū)動方案、制造過程及電子測試設(shè)備。因而，所述教示并不希望僅限于圖中所描繪的實施方案，而是具有如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易顯而易見的廣泛適用性。

本文在下文描述用于提供交互式電子顯示器的新技術(shù)，所述交互式電子顯示器提供響應(yīng)于與所述顯示器的觸摸交互的具體特性而被控制的用戶輸入/輸出接口。使用幾乎不添加顯示器的成本、大小及復(fù)雜性的光學(xué)技術(shù)確定所述特性。在各種實施方案中，所述交互式顯示器經(jīng)配置以響應(yīng)于用戶的觸摸的接觸壓力及角定向中的一或多者。所述交互式顯示器可響應(yīng)于人手指的觸摸或借助于有源或無源觸控筆的觸摸中的任一者或兩者。

可實施本發(fā)明中所描述的主題的具體實施方案以實現(xiàn)以下可能優(yōu)點中的一或多者。相對于先前技術(shù)，本發(fā)明所揭示的技術(shù)實現(xiàn)更加穩(wěn)健且多樣的用戶接口。舉例來說，在一些實施方案中，交互式顯示器上的多個同時觸摸的部位及特性可為突出的。所揭示的技術(shù)使得交互式顯示器能夠檢測且響應(yīng)于與顯示器的觸摸交互的具體特性，例如，施加觸摸伴以的力或壓力(“接觸壓力”)及觸摸的角定向。對于除了觸摸部位之外的用戶的觸摸的接觸壓力及角定向的響應(yīng)提供多個應(yīng)用所需的經(jīng)增強用戶接口。舉例來說，在一些實施方案中，接觸壓力信息可結(jié)合在交互式顯示器上運行的軟件應(yīng)用程序(例如，繪圖或繪畫程序、樂器仿真及游戲)進行使用。在一些實施方案中，交互式顯示器經(jīng)配置以檢測且響應(yīng)于手指觸摸的旋轉(zhuǎn)定向。旋轉(zhuǎn)定向信息可用于(例如)取決于用戶如何握持移動裝置而將顯示器定向從肖像旋轉(zhuǎn)到景觀，且還可用于游戲及其它應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)定向信息還可用于區(qū)分多個用戶，及/或使得能夠辨識用于與屏幕上對象工作的新手勢。在一些實施方案中，交互式顯示器可與觸控筆操作，所述觸控筆可為有源(發(fā)光)觸控筆或無源(光反射)觸控筆。

本發(fā)明中所描述的主題的一個創(chuàng)新方面可實施在交互式顯示器中，所述交互式顯示器包含例如相機的一或多個感光元件，其各自安裝在顯示器防護玻璃罩的平面內(nèi)或在所述平面后方。感光元件可輸出圖像數(shù)據(jù)，可從所述圖像數(shù)據(jù)確定觸摸或多個同時觸摸的部位、接觸壓力及/或角定向。

在一些實施方案中，一種設(shè)備或電子裝置可與交互式顯示器協(xié)作以向所述設(shè)備的用戶提供輸入/輸出(I/O)接口。所述交互式顯示器具有包含觀看區(qū)域的前表面。所述電子裝置可包含交互式顯示器或電性地或無線地耦合到交互式顯示器。所述設(shè)備可包含處理器、平面光導(dǎo)、光源，及一或多個感光元件、光電檢測器陣列或相機。所述平面光導(dǎo)可經(jīng)安置成接近前表面且在前表面后方。在一些實施方案中，平面光導(dǎo)可包含經(jīng)安置成接近且平行于移動裝置計算機監(jiān)視器、電視或其類似者的顯示器層的防護玻璃罩或透鏡，以使得平面光導(dǎo)安置于顯示器層與用戶之間。當(dāng)在本文中以及所附權(quán)利要求書中使用術(shù)語“平面光導(dǎo)”時，可通過參考序列號為13/480,377的申請案“FULL RANGE GESTURE SYSTEM”來獲得對所述術(shù)語的較好理解，所述申請案被指派給本發(fā)明的受讓人，其揭示內(nèi)容特此出于所有目的，以全文引用的方式并入到本申請案中。

一或多個相機可經(jīng)安置成接觀看區(qū)域的周邊?？沙鲇谟|摸部位感測的雙重目的使用此系統(tǒng)中的相機，如序列號為61/947,971的申請案“LARGE AREA INTERACTIVE DISPLAY SCREEN”中所描述，所述申請案被指派給本發(fā)明的受讓人，其揭示內(nèi)容特此出于所有目的，以全文應(yīng)用的方式并入到本申請案中。當(dāng)對象(例如，用戶的手指、觸控筆或待成像的其它受用戶控制對象)接觸交互式顯示器的前表面時，從對象散射的光可在平面光導(dǎo)內(nèi)經(jīng)歷全內(nèi)反射(TIR)。經(jīng)歷TIR的至少一些光可到達一或多個相機。所述相機可檢測到此經(jīng)TIR的光且將表示所檢測到的經(jīng)TIR的光的圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器。處理器(使用特殊算法)可從所述圖像數(shù)據(jù)辨識用戶觸摸的情況及部位，且可響應(yīng)于用戶觸摸而控制交互式顯示器及電子裝置中的一者或兩者。

圖1說明根據(jù)一實施方案的交互式顯示器的簡化框圖。交互式顯示器100包含顯示器防護玻璃罩165(圖2)，其具有包含觀看區(qū)域101的前表面167(圖2)。電子顯示器100包含經(jīng)配置以檢測光的至少一個感光元件133。如下文中將更詳細地闡釋，當(dāng)對象150至少部分地與前表面167光學(xué)接觸時，感光元件133可檢測產(chǎn)生于光與物件150(圖2)的交互的散射光。

感光元件133可將圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器1004。舉例來說，在一些實施方案中，感光元件133可將指紋圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器1004。作為另一實例，在一些實施方案中，感光元件133可輸出表示有源或無源觸控筆的特征的圖像數(shù)據(jù)。處理器1004可與感光元件133且與交互式顯示器100的其它元件通信地耦合。在一些實施方案中，處理器1004可為電子顯示器100的組成部分。在其它實施方案中，如圖1所建議，處理器1004可與電子顯示器100分開配置。在一些實施方案中，處理器可遠程位于例如遠程服務(wù)器中。

在一些實施方案中，處理器1004可經(jīng)配置以從圖像數(shù)據(jù)辨識對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者。在一些實施方案中，所述圖像數(shù)據(jù)包含指紋圖像數(shù)據(jù)，且處理器1004可經(jīng)配置以將從感光元件133接收的指紋圖像數(shù)據(jù)與已知及/或經(jīng)授權(quán)用戶的指紋圖像數(shù)據(jù)比較，如與本申請案同時申請的名為“DISPLAY-INTEGRATED USER-CLASSIFICATION,SECURITY AND FINGERPRINT SYSTEM”的專利申請案中所揭示，所述申請案的揭示內(nèi)容特此出于所有目的而以全文引用的方式并入到本申請案中。

在一些實施方案中，所述對象具有在壓力下變形的彈性體特性。舉例來說，所述對象可為人的手指或具有可變形筆尖的觸控筆，所述筆尖具有彈性體表面材料，例如橡膠或塑料。在此類實施方案中，所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可包含與施加在對象與前表面167之間的接觸壓力相關(guān)的特性信息，且處理器1004可經(jīng)配置以從特性信息辨識及區(qū)分用于多個觸摸點的個別接觸壓力。

在一些實施方案中，處理器1004可經(jīng)配置以辨識及區(qū)分觸控筆觸摸及手指兩者進行的同時或幾乎同時觸摸。

圖2說明根據(jù)一實施方案的交互式顯示器的橫截面正視圖。交互式顯示器100包含第一平面光導(dǎo)165(其在本文中還可被稱作“防護透鏡”或“防護玻璃罩”且可經(jīng)安置在(例如)移動裝置、監(jiān)視器或電視上的顯示器上方)。第一平面光導(dǎo)165可經(jīng)安置成接近于交互式顯示器100的前表面167且在所述前表面167后方。在所說明的實施方案中，背光135(其在本文中還可被稱作“光源”)經(jīng)安置在第一平面光導(dǎo)165后方。顯示器層145可安置在第一平面光導(dǎo)165與背光135之間。在所說明的實施方案中，背光135經(jīng)配置以在與前表面167基本上正交的方向上發(fā)射光142。光142可包含可見光及/或紅外光。

在所說明的實施方案中，光源135經(jīng)配置為背光(即，光源135在顯示器層145“后方”，使得顯示器層145安置于光源135與第一平面光導(dǎo)165之間)。然而，在其它實施方案中，光源135可經(jīng)配置為前光(即，光源135可在顯示器層145“上方”，使得光源135安置于顯示器層145與第一平面光導(dǎo)165之間)。更一般地說，將了解，光源135可為或包含液晶或場序色彩顯示器的背光、反射式顯示器(例如，干涉式調(diào)制器(IMOD)顯示器)的前光，或發(fā)射型顯示器(例如，有機發(fā)光二極管顯示器)發(fā)射的光，或在對可見光不透明的防護玻璃罩165的布線圖區(qū)域下面且穿過所述布線圖區(qū)域發(fā)射的紅外光。

在一些實施方案中，光源135可經(jīng)配置為第二平面光導(dǎo)，所述第二平面光導(dǎo)并有光轉(zhuǎn)向布置，所述光轉(zhuǎn)向布置在與前表面167正交的具有相當(dāng)大分量的方向上反射從外部發(fā)光元件131接收的光。發(fā)光元件131可為(例如)發(fā)光二極管(LED)。在一些實施方案中，發(fā)光元件131可包含安置在光源135的周邊周圍的多個LED。發(fā)光元件131可發(fā)射紅外光、紅光、藍光、綠光，或另一種色彩的光或色彩的組合的光，或白光。

如上文所指示，交互式顯示器100包含至少一個感光元件133。感光元件可包含例如具有透鏡、針孔或光柵的二維像素陣列(“相機”)。在一些實施方案中，感光元件133可經(jīng)配置為具有透鏡、針孔或光柵的沿著第一平面光導(dǎo)165的平面內(nèi)方向?qū)实囊痪S像素陣列(“1D相機”)。

在一些實施方案中，感光元件133中的至少一者為視頻圖形陣列(VGA)微型相機。在一些實施方案中，VGA微型相機可包含大約500μm直徑的透鏡，且包含于小于4mm直徑的傳感器封裝中。因此，感光元件133可位于共面布置中，且第一光導(dǎo)165不明顯地添加交互式顯示器100的堆疊高度。

現(xiàn)參考圖2的細節(jié)A，光142可傳遞通過第一平面光導(dǎo)165且與對象150交互。對象150至少部分地與第一平面光導(dǎo)165的頂表面光學(xué)接觸。對象150可為用戶的手指或其它附肢或具有待成像的表面的另一對象(例如，觸控筆、或包含可由可見光或IR光相機檢測的條形碼標識符或密碼水印的文件或以電子方式顯示的圖像)。散射光146產(chǎn)生于光142與對象150的交互。如由光線軌跡146(0)說明，散射光146中的一些可行進到感光元件133且可由感光元件133檢測到而不被第一平面光導(dǎo)165內(nèi)部反射。散射光146中的至少一些可經(jīng)歷TIR。舉例來說，如由光線軌跡146(1)說明，散射光中的一些可在由感光元件133檢測到之前經(jīng)歷單次內(nèi)部反射。將了解，散射光中的一些可在由感光元件133檢測到之前經(jīng)歷兩次、三次或多于三次內(nèi)部反射。感光元件133可將所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器1004(圖1)。

仍參考圖2的細節(jié)A，應(yīng)注意，感光元件133可為相機，其包含具有光軸134的透鏡132。在一些實施方案中，感光元件133可經(jīng)安置成使得光軸134大致平行于前表面167。

圖3說明從對象散射的光可怎樣與平面光導(dǎo)交互。在所說明的實例中，對象150(1)不與前表面167光學(xué)接觸。因此，入射到對象150(1)的表面上的光142(1)散射開，且散射光146(1)經(jīng)折射通過第一平面光導(dǎo)165。在所說明的實例中，對象150(2)與前表面167光學(xué)接觸，且由于此接觸，來自對象150(2)的散射光146(2)可在第一平面光導(dǎo)165內(nèi)經(jīng)歷TIR且可被導(dǎo)引朝向一或多個感光元件(未說明)并可由所述一或多個感光元件檢測到。

在對象150(例如，人的手指或具有彈性體屬性的人造材料或布置)具有在壓力下變形的彈性體特性情況下，所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可包含與對象150接觸前表面伴以的力或壓力(“接觸壓力”)相關(guān)的信息。圖4說明所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可怎樣包含與接觸壓力相關(guān)的信息。由于人的皮膚的脊形結(jié)構(gòu)(或人造對象的表面粗糙度)，因此當(dāng)以最小接觸壓力將觸摸施加到平面光導(dǎo)165時(細節(jié)B)，對象150的僅相對小比例的表面可實際上與玻璃光學(xué)接觸。由防護玻璃罩捕獲的散射光的強度與接觸面積成比例。當(dāng)接觸壓力增加時(細節(jié)C)，接觸面積也增加，這是因為氣隙被去除或在大小上被縮減，且所捕獲的散射光的強度可相應(yīng)地增加。另外，當(dāng)施加較大接觸壓力時(細節(jié)D)，手指或有彈性體對象的軟尖端或軟墊會壓縮，且與前表面接觸的對象區(qū)的大小會增加。因此，可在由感光元件133輸出的圖像數(shù)據(jù)中觀測到較寬的“點”。在一些實施方案中，包含所觀測到的點的信號強度級及/或大小的由感光元件133輸出的圖像數(shù)據(jù)用于確定由對象150施加的接觸壓力。由處理器1004執(zhí)行的計算機算法可解釋相機圖像以使用所述點的信號強度及/或大小確定施加到一或多個觸摸點的壓力。

在一些實施方案中，可針對多個手指觸摸點個別地確定接觸壓力。

圖5根據(jù)一實施方案說明所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可怎樣包含旋轉(zhuǎn)定向信息。在所說明的實施方案中，交互式顯示器500經(jīng)配置以按以下方式提供旋轉(zhuǎn)定向感測能力。交互式顯示器500包含第一平面光導(dǎo)565(其在本文中還可被稱作“防護透鏡”或“防護玻璃罩”且可經(jīng)安置在(例如)移動裝置、監(jiān)視器或電視上的顯示器上方)、光源或背光535，及位于平面光導(dǎo)565的周邊周圍的一或多個感光元件533。感光元件533可包含具有透鏡、針孔或光柵的二維像素陣列。

第一平面光導(dǎo)565可經(jīng)安置成接近于交互式顯示器500的前表面567且在所述前表面567后方。在所說明的實施方案中，光源535(其在本文中還可被稱作“背光”)經(jīng)安置在第一平面光導(dǎo)465后方。顯示器層545可安置在第一平面光導(dǎo)565與光源535之間。

光源535可在與前表面567正交上具有相當(dāng)大分量的方向上發(fā)射可見光及/或紅外光，且可經(jīng)配置為或包含液晶或場序色彩顯示器、反射式顯示器(例如，干涉式調(diào)制器(IMOD)顯示器)的前光、來自發(fā)射型顯示器(例如，有機發(fā)光二極管顯示器)的光。

仍參考圖5，來自光源535的光542可與對象550的表面交互，所述對象550接觸前表面567。當(dāng)對象550的表面的一部分與前表面567光學(xué)接觸時，其將光546散射到光導(dǎo)中，所述光546被導(dǎo)引且接著由一或多個感光元件533檢測到。感光元件533可將所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器(未經(jīng)說明)。在一些實施方案中，處理器可為交互式顯示器500的組成部分，但并不一定如此。在其它布置中，處理器可遠程位于例如遠程服務(wù)器中。

在對象550為人的手指或拇指或經(jīng)類似塑形的人造對象的情況下，其將在具有長度與寬度縱橫比可測量地大于一的橢圓形形狀區(qū)中接觸前表面567，如可在圖5的視圖A-A中觀測到。因此，如將在下文中較詳細描述，可識別相機處的透視圖像中的橢圓形的斜角，所述斜角取決于相機與對象550的定向的相對定向。

現(xiàn)參考圖5的細節(jié)E，光542可傳遞通過第一平面光導(dǎo)565且與對象550交互。對象550至少部分地與第一平面光導(dǎo)565的頂部表面567光學(xué)接觸。散射光546產(chǎn)生于光542與對象550的交互。如由光線軌跡546(0)說明，散射光546中的一些可行進到感光元件533且可由感光元件533檢測到而不在平面光導(dǎo)565內(nèi)被內(nèi)部反射。散射IR光546中的至少一些可經(jīng)歷TIR。舉例來說，如由光線軌跡546(1)說明，散射光中的一些可在由感光元件533檢測到之前經(jīng)歷單次內(nèi)部反射。

將了解，散射光中的一些可在由感光元件533檢測到之前經(jīng)歷兩次、三次或多于三次內(nèi)部反射。因此，對象550的圖像的多個離散反射可由感光元件533檢測到。這些多個離散反射的產(chǎn)生可在本文中被稱作萬花筒效應(yīng)。

圖6說明萬花筒效應(yīng)的實例。更具體地說，圖6說明在感光元件533的視場610內(nèi)對齊的多個圖像中的每一者怎樣對應(yīng)于以不同角度從對象550散射的光，所述不同角度可與相應(yīng)虛擬對象的部位相關(guān)。舉例來說，圖像i₅₅₀對應(yīng)于對象150的直接圖像。圖像i_v1產(chǎn)生于已經(jīng)歷單次內(nèi)部反射的光線，且對應(yīng)于虛擬對象部位v1。圖像i_v2產(chǎn)生于已經(jīng)歷兩次內(nèi)部反射的光線，且對應(yīng)于虛擬對象部位v2。盡管出于說明清楚起見，僅在圖6中描繪三個圖像——圖像i₅₅₀、i_v1及i_v2，但通?？深A(yù)期相當(dāng)大數(shù)目的圖像產(chǎn)生于萬花筒效應(yīng)。

圖7說明使用本發(fā)明所揭示的技術(shù)獲得的圖像的實例。應(yīng)注意對象550的橢圓形形狀接觸區(qū)的可檢測斜角α的存在。預(yù)計所檢測到的斜角α可與對象550的旋轉(zhuǎn)定向相關(guān)。舉例來說，由處理器1004執(zhí)行的計算機算法可解釋所述圖像數(shù)據(jù)以確定對象550的旋轉(zhuǎn)定向。在一些實施方案中，處理器1004可確定經(jīng)成像橢圓形中的主要斜角，且將所述主要斜角與對象550的旋轉(zhuǎn)定向相關(guān)。圖8根據(jù)一實施方案說明所檢測到的光的圖像數(shù)據(jù)可怎樣用于獲得旋轉(zhuǎn)定向信息。處理器1004還可使用所感測到的旋轉(zhuǎn)定向來響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)手勢及/或轉(zhuǎn)動顯示器的視圖。

圖9說明根據(jù)一些實施方案的無源觸控筆與平面光導(dǎo)的交互的實例。如本文下文更詳細地描述，觸控筆980可經(jīng)配置有“可變形筆尖”。類似于上文所描述的實施方案，交互式顯示器可包含平面光導(dǎo)565、光源(未經(jīng)說明)，及位于平面光導(dǎo)565的周邊周圍的一或多個感光元件(未經(jīng)說明)。平面光導(dǎo)565可經(jīng)配置為安置在(例如)移動裝置、監(jiān)視器或電視的顯示器上方的防護玻璃罩(或“防護透鏡”)。

感光元件可包含具有透鏡、針孔或光柵的二維像素陣列(“相機”)，具有透鏡、針孔或光柵的沿著平面光導(dǎo)565的平面內(nèi)方向?qū)实囊痪S像素陣列(“1D相機”)或個別光電檢測器。

光源可發(fā)射可見光及/或紅外光，且可經(jīng)配置為或包含液晶或場序色彩顯示器、反射式顯示器(例如，干涉式調(diào)制器(IMOD)顯示器)的前光、來自發(fā)射型顯示器(例如，有機發(fā)光二極管)的光。

在所說明的實施方案中，觸控筆980經(jīng)配置為“無源”觸控筆，這意味著結(jié)合圖9描述的觸摸辨識技術(shù)主要取決于從觸控筆980被動地反射或散射的光，且不需要觸控筆980包含其自身的光源。所述觸控筆980可經(jīng)配置為類似于傳統(tǒng)書寫工具的桿形狀或筆形狀裝置，且可包含筆尖981。筆尖981可經(jīng)配置以具有在壓力下變形的彈性體特性，且可包含經(jīng)配置以漫射性地散射作用于表面的光的表面?？勺冃喂P尖可經(jīng)配置以改進觸控筆與光導(dǎo)之間的光學(xué)接觸。

仍參考圖9，可通過比較細節(jié)F與細節(jié)G來獲得對本發(fā)明所揭示的技術(shù)的更好理解。為了使由筆尖981反射的光946在平面光導(dǎo)565內(nèi)經(jīng)歷TIR，此光必須以大于臨界角θ的角度進入平面光導(dǎo)565。細節(jié)F說明筆尖981不與平面光導(dǎo)565光學(xué)接觸的實例，而細節(jié)G說明筆尖981與平面光導(dǎo)565光學(xué)接觸的實例。在細節(jié)F中，當(dāng)光942與筆尖981交互時，產(chǎn)生于所述交互的散射光946F在其進入平面光導(dǎo)565時經(jīng)歷大量折射。因此，大部分或所有此光以小于臨界角θ的角度(對于玻璃或塑料/空氣界面約為42度)進入平面光導(dǎo)565，且因此不經(jīng)歷TIR而是離開平面光導(dǎo)565而非被導(dǎo)引朝向感光元件，例如，相機(未經(jīng)說明)或光電檢測器(未經(jīng)說明)。然而，當(dāng)筆尖981與平面光導(dǎo)光學(xué)接觸時(如細節(jié)G中所說明)，從筆尖981散射的光946G經(jīng)受極少或不經(jīng)受折射，且光946G中的至少相當(dāng)大部分在平面光導(dǎo)565內(nèi)經(jīng)歷TIR，從而可將所述光導(dǎo)引到感光元件。

通過將筆尖981配置為具有彈性體特性的可變形筆尖，所檢測到的散射光的量可達成顯著的增加。此外，觸控筆980以及可變形筆尖981可用于需要接觸壓力感測的布置中，如上文結(jié)合圖2到4所描述。

已經(jīng)歷TIR的所述光中的至少一些可到達一或多個感光元件。所述感光元件可檢測到此經(jīng)TIR的光且將表示所檢測到的經(jīng)TIR的光的圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器。所述處理器可從所述圖像數(shù)據(jù)辨識觸控筆觸摸的情況及部位，且可響應(yīng)于所述觸控筆觸摸來控制交互式顯示器及所述電子裝置中的一者或兩者。

在一些實施方案中，筆尖981可經(jīng)配置以提供某一最低級別的可變形性，使得在接觸平面光導(dǎo)565的前表面567后其形狀即符合前表面567的微觀及宏觀表面幾何形狀。

在一些實施方案中，筆尖981包含接近或在外部表面處的彈性體層。替代地或另外，平面光導(dǎo)565的前表面567可包含彈性體層。在一些實施方案中，彈性體層可具有在五微米到1000微米的范圍內(nèi)的厚度。彈性體層可經(jīng)安置在較硬材料的表面上，筆尖981的主體由所述較硬材料形成。在一些實施方案中，筆尖981的主體還可由彈性體材料組成。

在一些實施方案中，所述處理器可經(jīng)配置以辨識出是觸控筆而非手指觸摸了光導(dǎo)565，因為(例如)由相機捕獲的產(chǎn)生于觸控筆觸摸的圖像的大小可不同于產(chǎn)生于手指觸摸的圖像的大小。舉例來說，筆尖981可看起來像小亮點而非經(jīng)擴展的橢圓形。在一些實施方案中，筆尖981可為可由相機檢測到的特定形狀(例如，星形)。

在一些實施方案中，所述處理器可經(jīng)配置以辨識及區(qū)分觸控筆觸摸及手指兩者進行的同時或幾乎同時觸摸。

圖10說明根據(jù)一些實施方案的有源觸控筆與平面光導(dǎo)的交互的實例。在所說明的實施方案中，交互式顯示器可經(jīng)配置以檢測及響應(yīng)于來自觸控筆1080的觸摸，所述觸控筆1080包含光源1082且可經(jīng)配置有可變形筆尖1081。類似于上文所描述的實施方案，交互式顯示器可包含平面光導(dǎo)565及一或多個感光元件(未經(jīng)說明)。所述感光元件可位于(例如)平面光導(dǎo)565的周邊周圍。平面光導(dǎo)565可經(jīng)配置為安置在(例如)移動裝置、監(jiān)視器或電視的顯示器上方的防護玻璃罩(或“防護透鏡”)。

感光元件可包含具有透鏡、針孔或光柵的二維像素陣列(“相機”)，具有透鏡、針孔或光柵的沿著平面光導(dǎo)565的平面內(nèi)方向?qū)实囊痪S像素陣列(“1D相機”)或個別光電檢測器。

在所說明的實施方案中，觸控筆1080經(jīng)配置為“有源”觸控筆，這意味著結(jié)合圖10描述的觸摸辨識技術(shù)主要取決于由觸控筆1080的光源1082發(fā)射的光，且不需要交互式顯示器包含其自身的光源。在一些實施方案中，光源1082可為或包含發(fā)光二極管(LED)。觸控筆1080可經(jīng)配置為桿形狀或筆形狀裝置，且包含筆尖1081。筆尖1081可至少部分地對由光源1082發(fā)射的光透明。更具體地說，預(yù)計筆尖1081將跨越廣泛范圍的角度漫射性地傳遞由光源1082發(fā)射的光。因此，可能不需要交互式顯示器的漫射層將光“轉(zhuǎn)向”到光導(dǎo)565中。

在一些實施方案中，筆尖1081可經(jīng)配置以具有在壓力下變形的彈性體特性。可變形筆尖可經(jīng)配置以改進觸控筆與光導(dǎo)之間的光學(xué)接觸。此實現(xiàn)在漫射光從筆尖1081傳播到平面光導(dǎo)565中時保持所述漫射光的方向性的光學(xué)耦合。從筆尖1081發(fā)射的光的大角度范圍可包含超過與防護玻璃罩/空氣界面相關(guān)聯(lián)的臨界角的角度。此光借助于全內(nèi)反射被截留在光導(dǎo)中。此光中的一些被實現(xiàn)觸控筆功能性的周邊傳感器收集。

仍參考圖10，可通過比較細節(jié)H與細節(jié)I來獲得對本發(fā)明所揭示的技術(shù)的更好理解。為了使離開筆尖1081的光在平面光導(dǎo)565內(nèi)經(jīng)歷TIR，此光必須以大于臨界角θ的角度進入平面光導(dǎo)565。細節(jié)H說明筆尖1081不與平面光導(dǎo)565光學(xué)接觸的實例，而細節(jié)I說明筆尖1081與平面光導(dǎo)565光學(xué)接觸的實例。在細節(jié)H中，從筆尖1081離開的光1046(H)在其進入平面光導(dǎo)565時經(jīng)歷大量折射。因此，大部分或所有此光以小于臨界角θ的角度(對于玻璃或塑料/空氣界面約為42度)進入平面光導(dǎo)565，且因此不經(jīng)歷TIR而是離開平面光導(dǎo)565而非被導(dǎo)引朝向感光元件，例如，相機(未經(jīng)說明)或光電檢測器(未經(jīng)說明)。然而，當(dāng)筆尖1081與平面光導(dǎo)光學(xué)接觸時(如細節(jié)I中所說明)，光1046I經(jīng)受極少或不經(jīng)受折射，且光1046I中的至少相當(dāng)大部分在平面光導(dǎo)865內(nèi)經(jīng)歷TIR，從而可將所述光導(dǎo)引到感光元件。

通過將筆尖1081配置為具有彈性體特性的可變形筆尖，所檢測到的光1046的量可達成顯著的增加。此外，觸控筆1080以及可變形筆尖1081可用于需要接觸壓力感測的布置中，如上文結(jié)合圖2到4所描述。

已經(jīng)歷TIR的所述光中的至少一些可到達一或多個感光元件。所述感光元件可檢測到此經(jīng)TIR的光且將表示所檢測到的經(jīng)TIR的光的圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器。使用適當(dāng)算法，所述處理器可從所述圖像數(shù)據(jù)辨識觸控筆觸摸的情況及部位，且可響應(yīng)于觸控筆觸摸而控制交互式顯示器及電子裝置中的一者或兩者。

在一些實施方案中，筆尖1081可經(jīng)配置以提供某一最低級別的可變形性，使得在接觸平面光導(dǎo)565的前表面567后其形狀即符合前表面567的微觀及宏觀表面幾何形狀。

圖11說明有源觸控筆的實例實施方案。在所說明的實施方案中，觸控筆1080包含筆尖1081及光源1082。如上文所描述，預(yù)計筆尖1081具有某一最低級別的可變形性，以使得在與平面光導(dǎo)565的前表面567接觸后其形狀即符合光導(dǎo)表面的微觀及宏觀表面幾何形狀。在一些實施方案中，光源1082可為IR LED。在此實施方案中，預(yù)計筆尖1081可由對紅外光基本上透明的材料形成。在一些實施方案中，所述材料可為(例如)聚硅氧烷。

在一些實施方案中，筆尖1081包含接近或在外部表面處的彈性體層。所述彈性體層可為薄達5到10微米且多達1000微米的材料薄層，所述材料薄層在形成筆尖1081的主體的較硬材料的表面上。筆尖1081的主體還可主要由較厚體積的彈性體材料組成。

圖12說明有源觸控筆的另外實例實施方案。在所說明的實施方案中，設(shè)想出增加光被截留到顯示器的光導(dǎo)或防護玻璃罩中的效率且縮減以小于臨界角的角度傳遞到光導(dǎo)中的光的量的布置。如下詳述，圖12中所說明的布置縮減此損失光的量。

現(xiàn)參考圖12的細節(jié)J，說明筆尖1281J的中心區(qū)經(jīng)配置為第一反射器1284的實施方案。以小于臨界角的角度從光源1282發(fā)射的光照在第一反射器1284上且被反射回到觸控筆1280中。在所說明的實施方案中，第一反射器具有金字塔形狀，然而，第一反射器1284可具有其它形狀，且可替代地為扁平的。第二反射器1286可經(jīng)配置以將從第一反射器1284反射的光轉(zhuǎn)回朝向光導(dǎo)565，以使所述光具有離開筆尖1281J且被截留到光導(dǎo)565中的第二次機會。

現(xiàn)參考圖12的細節(jié)K，說明筆尖1281J的中心區(qū)經(jīng)配置成在筆尖1281K的中心有金字塔形狀的空隙1283(或“氣隙”)的實施方案。以小于臨界角的角度從光源1282發(fā)射的光借助于氣隙1283經(jīng)全內(nèi)反射回到觸控筆1280K中。因此，所述光經(jīng)再循環(huán)且具有離開筆尖1281K且被截留到光導(dǎo)565中的第二此機會。

現(xiàn)參考圖12的細節(jié)L，說明衍射微型結(jié)構(gòu)1288經(jīng)壓印到筆尖1281L的底部部分中的實施方案。照在衍射微型結(jié)構(gòu)1288上的從光源1282發(fā)射的光經(jīng)衍射成特定方向；在此狀況下，那些方向成大于臨界角的角度。在一些實施方案中，由光源1282發(fā)射的光可經(jīng)準直及/或為單色的。在替代實施方案(未經(jīng)說明)中，衍射微型結(jié)構(gòu)1288可由全息膜代替。

圖13說明有源觸控筆的又另外實例實施方案。在所說明的實施方案中，由觸控筆內(nèi)部的光源發(fā)射的光被透鏡聚焦。因此，觸控筆與光導(dǎo)或防護玻璃罩的接觸點可較小，從而允許更好的空間分辨率。此外，通過增加光的發(fā)散(用于光學(xué)系統(tǒng)的小f#)，可得到成超過臨界角的角度的較多光，所述光因此可在光導(dǎo)565內(nèi)經(jīng)TIR。

參看圖13的細節(jié)M，觸控筆1380M包含透鏡1387。透鏡1387可經(jīng)配置以將從光源1382M發(fā)射的光聚集朝向與光導(dǎo)565接觸的筆尖1381的點。在替代實施方案中，參看圖13的細節(jié)N，觸控筆1380N包含負(或“發(fā)散”)透鏡1387及經(jīng)準直光的源1382N。

圖14說明觸控筆筆尖具有拋物線形狀的實例實施方案。在所說明的實施方案中，筆尖1481可充當(dāng)由光源1482發(fā)射的光的聚光器。對于圖14中所展示的觸控筆筆尖幾何形狀，可觀測到，來自光源1482的光首先入射在筆尖1481的光入口1481a處。進入筆尖的光從側(cè)壁反射開，直到其到達筆尖1481的較窄端部1481b為止。因為窄的筆尖端部1481b具有小于光入口1481a的區(qū)域的區(qū)域，因此發(fā)射角度由于光學(xué)擴展的已知屬性而變得較大。因此，經(jīng)截留到與筆尖1481接觸的光導(dǎo)565中的光的量可能增加。此外，可增強空間分辨率，因為可考慮較小觸控筆接觸點。

如上文結(jié)合圖10所描述，在本發(fā)明所揭示的技術(shù)的一些實施方案中，有源觸控筆包含經(jīng)配置以漫射性地傳遞從光源發(fā)射通過筆尖的光的可變形筆尖。由于筆尖的漫射特征，經(jīng)發(fā)射通過筆尖的光可被基本上各向同性地分散。

圖15說明具有可變形筆尖的有源觸控筆的實例實施方案?？赏ㄟ^首先參考圖15的細節(jié)P來更好地理解此類實施方案的特征及益處，細節(jié)P說明在不存在漫射筆尖的情況下，當(dāng)有源觸控筆1580P傾斜時，光發(fā)射到光導(dǎo)565中將在對應(yīng)于所述傾斜的方向上偏移。

現(xiàn)參考圖15的細節(jié)Q，可觀測到有源觸控筆1580Q包含可經(jīng)配置以各向同性地散射光而不管觸控筆傾斜的漫射筆尖1581。在一些實施方案中，從光源1582入射且穿過筆尖的光可由筆尖1581以最小吸收散射。嵌入有透明或反射性粒子的透明塑料材料可實現(xiàn)此類型的散射。因此，即使當(dāng)觸控筆傾斜時(細節(jié)R)，光以至少幾乎各向同性的方式離開筆尖1581。因此，光可在所有“平面內(nèi)”方向上被同等地截留在光導(dǎo)565中，且感光元件檢測光，如同觸控筆經(jīng)固持成正交于屏幕一般。

如上文所指示，處理器1004可執(zhí)行一或多個算法以便從圖像數(shù)據(jù)辨識用戶觸摸的情況及部位。另外，處理器1004可執(zhí)行一或多個算法以便從圖像數(shù)據(jù)辨識用戶觸摸或有源或無源觸控筆的部位、接觸壓力及角定向中的一或多者。

舉例來說，在一些實施方案中，處理器1004可執(zhí)行包含通過分析從至少一個感光元件接收的圖像數(shù)據(jù)確定用戶觸摸或有源或無源觸控筆的部位(“觸摸部位”)的算法。在一些實施方案中，再次參考圖6，視場610內(nèi)的相應(yīng)圖像i₅₅₀、i_v1及i_v2的Y-Z坐標可用于確定觸摸部位。首先可依據(jù)關(guān)于感光元件的方位角及與光敏元件的分離距離(“范圍”)來測量觸摸部位。

更具體地說，相應(yīng)圖像的Y軸部位可定量地與觸摸部位的方位角相關(guān)。舉例來說，在感光元件輸出像素圖像數(shù)據(jù)陣列的情況下，可通過識別(例如)哪一像素在輸出峰值光強度來確定對應(yīng)于觸摸部位的中心的像素?？紤]到感光元件(例如透鏡系統(tǒng))的光學(xué)特性，經(jīng)識別像素可經(jīng)映射到觸摸部位的方位角。

仍參考圖6，考慮到感光元件的光學(xué)特性，所述算法可將萬花筒圖像i₅₅₀、i_v1與i_v2之間的Z軸分離映射到觸摸部位的范圍。

視需要，所述算法還可執(zhí)行從以上所獲得的(方位角,范圍)坐標到(X,Y)坐標的坐標變換。

作為另一實例，在一些實施方案中，處理器1004可執(zhí)行包含使用兩個或多于兩個感光元件的輸出確定觸摸部位的算法。圖16說明在一些實施方案中關(guān)于兩個光敏元件中的每一者的觸摸部位的方位角坐標可怎樣用于獲得觸摸部位的X-Y坐標。無論感光元件是否為2-D相機(如所說明)或輸出1-D標繪圖(等效于行掃描相機)，都可通過識別(例如)哪一像素在輸出峰值光強度來確定對應(yīng)于關(guān)于每一感光元件的觸摸部位方位角坐標的像素?？紤]到相應(yīng)感光元件(例如透鏡系統(tǒng))的光學(xué)特性，經(jīng)識別像素可經(jīng)映射到觸摸部位的方位角。使用已知三角測量技術(shù)，可從少到兩個感光元件的相應(yīng)方位角來在計算上確定觸摸部位的X-Y坐標。

在來自多于兩個光敏元件的方位角坐標數(shù)據(jù)為可供使用的情況下，可應(yīng)用擬合技術(shù)以獲得更精確的觸摸部位確定。

作為又一實例，在一些實施方案中，處理器1004可執(zhí)行包含使用三個或多于三個感光元件的范圍信息輸出來確定觸摸部位的算法。圖17說明在一些實施方案中關(guān)于四個光敏元件中的每一者的觸摸部位的范圍坐標可怎樣用于獲得觸摸部位的X-Y坐標。可通過信號電平的分析或如上文所描述的萬花筒圖像之間的Z軸分離的分析來確定范圍信息。

圖18說明根據(jù)一些實施方案的用于從圖像數(shù)據(jù)辨識與交互式顯示器接觸的對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者的過程流程圖。交互式顯示器可經(jīng)配置以執(zhí)行過程1800。在一些實施方案中，包含感光元件133的交互式顯示器100可經(jīng)配置以執(zhí)行與處理器1004合作的過程1800。過程1800可通過運用感光元件檢測所接收的光而在方框1801處開始。在一些實施方案中，所接收的光可產(chǎn)生于由光源發(fā)射的光與至少部分地光學(xué)接觸交互式顯示器100的顯示器防護玻璃罩的前表面的對象之間的交互。替代地或另外，所接收的光可由對象發(fā)射，其中所述對象為(例如)有源觸控筆。

在方框1803處，感光元件可將圖像數(shù)據(jù)輸出到處理器。在方框1805處，所述處理器可從所述圖像數(shù)據(jù)辨識對象的接觸壓力及旋轉(zhuǎn)定向中的一者或兩者。

因此，已揭示了用于使交互式顯示器能夠檢測并響應(yīng)與交互式顯示器的觸摸交互的具體特性的經(jīng)改進的技術(shù)。在上文所描述的實施方案中的一些或全部中，可實施以下技術(shù)中的一或多者：可將膜或表面處理應(yīng)用于光導(dǎo)的頂部表面直到光學(xué)耦合。替代地或另外，可將調(diào)制應(yīng)用于照明光的強度以改進系統(tǒng)的敏感度。在一些實施方案中，相干光(例如，由激光器產(chǎn)生的光)可用于照明光。所得的斑點圖案可用于改進系統(tǒng)的敏感度。在一些實施方案中，可使用以下方法增強相機圖像：銳化算法、幾何變換或失真校正、空間頻率濾波(移除背景光及噪音，因為多個反射在特定空間頻率范圍中)、反卷積算法(用以分離重疊的多個反射)，或超分辨率算法(使用多個反射來構(gòu)建較高分辨率圖像)。這些算法可用于使初始觸摸閾值對于用戶“更柔和”。

對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，對本發(fā)明中所描述的實施方案的各種修改可為顯而易見的，并且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文中所定義的一般原理可適用于其它實施方案。因此，權(quán)利要求書并不意圖限于本文中所展示的實施方案，而應(yīng)符合與本文中所揭示的揭示內(nèi)容、原理及新穎特征相一致的最廣泛范圍。

如本文中所使用，指一列項目“中的至少一者”的短語是指那些項目的任何組合，包含單一成員。作為一實例，“a、b或c中的至少一者”意圖涵蓋：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。

結(jié)合本文中所揭示的實施方案描述的各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊、電路及算法過程可實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。硬件與軟件的互換性已大體在功能性方面加以描述，且在上文所描述的各種說明性組件、塊、模塊、電路及過程中加以說明。此功能性是以硬件來實施還是以軟件來實施取決于具體應(yīng)用及強加于整個系統(tǒng)的設(shè)計約束。

結(jié)合本文中所揭示的方面而描述的用于實施各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊及電路的硬件及數(shù)據(jù)處理設(shè)備可通過以下各者來實施或執(zhí)行：通用單芯片或多芯片處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或其經(jīng)設(shè)計以執(zhí)行本文中所描述的功能的任何組合。通用處理器可為微處理器或任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器還可實施為計算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、一或多個微處理器結(jié)合DSP核心、或任何其它此配置。在一些實施方案中，具體過程及方法可由特定針對給定功能的電路執(zhí)行。

在一或多個方面中，可以用硬件、數(shù)字電子電路、計算機軟件、固件(包含本說明書中所揭示的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)等效物)或以其任何組合來實施所描述的功能。本說明書中所描述的主題的實施方案還可實施為在計算機存儲媒體上編碼用于由數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行或控制數(shù)據(jù)處理設(shè)備的操作的一或多個計算機程序，即，計算機程序指令的一或多個模塊。

如果在軟件中實施，則所述功能可作為一或多個指令或代碼而存儲于計算機可讀媒體(諸如，非暫時性媒體)上或經(jīng)由所述計算機可讀媒體(諸如，非暫時性媒體)傳輸。本文中所揭示的方法或算法的過程可在可駐留于計算機可讀媒體上的處理器可執(zhí)行軟件模塊中實施。計算機可讀媒體包含計算機存儲媒體及通信媒體兩者，通信媒體包含可經(jīng)啟用以將計算機程序從一處傳送到另一處的任何媒體。存儲媒體可為由計算機存取的任何可供使用的媒體。借助于實例而非限制，非暫時性媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式存儲所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。而且，可將任何連接適當(dāng)?shù)胤Q為計算機可讀媒體。如本文中所使用的磁盤及光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟性磁盤及藍光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上文的組合也應(yīng)包含在計算機可讀媒體的范圍內(nèi)。另外，方法或算法的操作可作為代碼及指令中的一者或任何組合或集合駐留于可并入到計算機程序產(chǎn)品中的機器可讀媒體及計算機可讀媒體上。

另外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解，有時為了易于描述諸圖而使用術(shù)語“上部”及“下部”，且所述術(shù)語指示對應(yīng)于在經(jīng)適當(dāng)定向的頁面上的圖的定向的相對位置，且可能并不反映如所實施的裝置的適當(dāng)定向。

在本說明書中在單獨實施方案的上下文中描述的某些特征也可在單個實施方案中組合地實施。相反地，在單個實施方案的上下文中描述的各種特征也可單獨地在多個實施方案中實施或以任何合適的子組合來實施。此外，盡管上文可將特征描述為以某些組合起作用且甚至最初如此主張，但在一些狀況下，可將來自所主張的組合的一或多個特征從組合中刪除，且所主張的組合可針對子組合或子組合的變化。

類似地，盡管在圖式中按具體次序描繪操作，但此情形不應(yīng)被理解為要求按所展示的具體次序或按順序次序執(zhí)行此類操作，或執(zhí)行所有所說明的操作，以實現(xiàn)所期望的結(jié)果。另外，圖式可以流程圖形式示意性地描繪多于一個的實例過程。然而，可將未描繪的其它操作并入于經(jīng)示意性說明的實例過程中。舉例來說，可在所說明的操作中的任一者之前、之后、同時地或之間執(zhí)行一或多個額外操作。在某些情況下，多重任務(wù)處理及并行處理可為有利的。此外，上文所描述的實施方案中的各種系統(tǒng)組件的分離不應(yīng)被理解為在所有實施方案中要求此分離，且應(yīng)理解，所描述的程序組件及系統(tǒng)一般可一起整合在單個軟件產(chǎn)品中或封裝到多個軟件產(chǎn)品中。另外，其它實施方案在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。在一些狀況下，權(quán)利要求書中所敘述的動作可以不同次序來執(zhí)行且仍實現(xiàn)所要結(jié)果。