CN105190502B - 近场光学感测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于感测遮盖装置或其它光学感测系统内的光导引层的近场区域中的触摸和/或手势的系统、方法及设备，包含在计算机存储媒体上编码的计算机程序。在一个方面中，将经调制红外光发射到所述遮盖区域中，并且将所述遮盖区域内的物体反射的光重新引导通过所述光导引层到红外传感器。在一个方面中，掩蔽结构可以位于所述光导引层与所述红外传感器之间。在一些方面中，可以使用概率映射或回溯来评估所述遮盖区域内的物体的所述位置。

Description

近场光学感测系统
技术领域
本发明涉及光学传感器，并且具体来说，涉及可以单独地使用或结合机电系统及装置使用的光学触摸及手势感测装置。
背景技术
机电系统(EMS)包含具有电气及机械元件、致动器、换能器、传感器、光学组件(例如镜面及光学膜)及电子器件的装置。EMS装置或元件可以多种尺度制造，包含但不限于微尺度及纳米尺度。例如，微机电系统(MEMS)装置可包含大小在约一微米到数百微米或更大的范围内的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含大小小于一微米(包含(例如)小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻和/或其它蚀刻掉衬底和/或已沉积材料层的部分或者添加层以形成电装置及机电装置的微加工工艺来产生微机械元件。
一种类型的EMS装置被称作干涉式调制器(IMOD)。术语“IMOD”或“干涉式光调制器”是指使用光学干涉原理选择性地吸收和/或反射光的装置。在一些实施方案中，IMOD显示元件可包含一对导电板，所述导电板中的一或两者可能整体或部分地为透明的和/或反射性的，且能够在施加适当电信号后即刻进行相对运动。例如，一个板可包含沉积在衬底上方、衬底上或由衬底支撑的静止层，且另一板可包含与所述静止层以气隙隔开的反射膜。一个板相对于另一板的位置可改变入射在IMOD显示元件上的光的光学干涉。基于IMOD的显示装置具有广泛范围的应用，且预期用于改进现有产品及形成新产品，尤其是具有显示能力的产品。
触摸屏及手势感测系统可以用来向底层显示装置或向任何其它装置提供输入。一些触摸屏依赖于投射电容式技术(PCT)，其要求与表面直接相互作用且可能需要皮肤与表面的接触或其它特定材料以便与PCT触摸屏相互作用。类似地，一些手势识别系统依赖于感测可见光的摄像机的使用，且此类系统的功效可能受摄像机能力的约束。
发明内容
本发明的系统、方法及装置各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独负责本文中所揭示的合乎需要的属性。
本发明中所描述的标的物的一个新颖方面可以在一种光学感测系统中实施，所述光学感测系统包括：光导引层，其具有第一表面、第二表面及一或多个边缘；红外(IR)光源，其经配置以将光引导到遮盖光导引层的第一表面的区域中；多个光转向结构，其经配置以将穿过光导引层的第一表面的光重新引导到光导引层中；多个IR传感器，其邻近光导引层的至少一个边缘；以及多个掩蔽结构，其设置在光导引层与多个IR传感器之间。
在一些实施方案中，所述系统可包含与多个IR传感器电连通的处理器，其中所述处理器经配置以分析通过多个IR传感器测量的信号以识别在遮盖光导引层的第一表面的区域内的物体的位置。在一些实施方案中，IR光源可经配置以调制被导引到遮盖光导引层的第一表面的区域中的光。在一些实施方案中，IR光源可以设置在光导引层上，与第二表面相同侧，且可经配置以引导光通过光导引层。
在一些实施方案中，IR光源可以与实质上平行于第一光导引层延伸的第二光导引层光学连通，并且第二光导引层可包含多个光转向结构，其经配置以将IR光源发射到第二光导引层中的光重新引导到遮盖第一光导引层的第一表面的区域中。在一些实施方案中，多个IR传感器可包含邻近光导引层的每个边缘延伸的IR光电二极管的线性阵列。在一些实施方案中，多个光转向结构可包含延伸穿过光导引层的第二表面或邻近所述第二表面延伸的反射小面。在一些实施方案中，多个掩蔽结构可包含邻近光导引层的每个边缘延伸的掩蔽结构的周期性阵列。
在一些实施方案中，所述系统可以另外包含位于光导引层上与第二表面相同侧的显示器。在至少第一其它实施方案中，所述系统可以另外包含设置在显示器上与光导引层相对侧的背光，其中所述背光包含IR光源。在又其它一些实施方案中，显示器可包含液晶显示器。在至少第二其它实施方案中，显示器可包含透射式显示器。在至少第三其它实施方案中，显示器可包含透射反射式显示器。在至少第四其它实施方案中，显示器可包含反射式显示器。在又其它一些实施方案中，所述系统可以另外包含经配置以照射显示器的前光系统，其中所述前光系统包含IR光源。在其它又进一步的实施方案中，显示器可包含干涉式调制器阵列。在至少第五其它实施方案中，所述系统可包含处理器，其经配置以与显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及存储器装置，其经配置以与处理器通信。在至少第一又其它实施方案中，所述系统可以另外包含驱动电路，其经配置以将至少一个信号发送到显示器；以及控制器，其经配置以将图像数据的至少一部分发送到驱动电路。在至少第二又其它实施方案中，所述系统可以另外包含图像源模块，所述图像源模块经配置以将图像数据发送到处理器，其中所述图像源模块包括接收器、收发器及发射器中的至少一者。在至少第三又其它实施方案中，所述系统可以另外包含输入装置，所述输入装置经配置以接收输入数据且将所述输入数据传送到处理器。
本发明中所描述的标的物的另一新颖方面可以在一种光学感测系统中实施，所述光学感测系统包括：光导引层，其具有第一表面、第二表面及一或多个边缘；用于用红外(IR)光照射遮盖光导引层的第一表面的区域的装置；多个光转向结构，其经配置以将穿过光导引层的第一表面的光重新引导到光导引层中；多个IR传感器，其邻近光导引层的至少一个边缘；以及多个掩蔽结构，其设置在光导引层与多个IR传感器之间。
在一些实施方案中，所述系统可以另外包含与多个IR传感器电连通的处理器，其中所述处理器经配置以分析通过多个IR传感器测量的信号以识别在遮盖光导引层的第一表面的区域内的物体的位置。在一些实施方案中，照射装置可包含经调制IR光源。在一些实施方案中，照射装置可包含IR光源，所述IR光源设置在光导引层上，与第二表面相同侧，其中所述IR光源经配置以引导光通过光导引层。在一些实施方案中，照射装置可包含实质上平行于第一光导引层延伸的第二光导引层；以及与第二光导引层光学连通的至少一个IR光源，其中第二光导引层包含多个光转向结构，其经配置以将至少一个IR源发射的光重新引导到遮盖第一光导引层的第一表面的区域中。
本发明中所描述的标的物的另一新颖方面可以在一种感测遮盖光导引层的一或多个物体的方法中实施，所述方法包括：用红外(IR)光照射遮盖光导引层的第一表面的区域；将通过一或多个遮盖物体反射的IR光重新引导到光导引层中并且朝向多个IR光传感器，其中在光导引层与多个IR光传感器之间设置掩蔽结构；测量指示入射到IR光传感器上的IR光的一或多个信号；以及分析经测量的一或多个信号以评估一或多个遮盖物体的位置。
在一些实施方案中，掩蔽结构可包含以间隙隔开的掩蔽结构的周期性阵列。在至少第一其它实施方案中，分析经测量的信号以评估一或多个遮盖物体的位置可包含：识别在经测量的一或多个信号中局部极大值的位置；以及基于延伸穿过局部极大值的位置及间隙中的一者的中心的投射评估一或多个遮盖物体中的一者的位置。在至少第二其它实施方案中，分析经测量的信号以评估一或多个遮盖物体的位置可包含生成一或多个遮盖物体的位置的概率图。在一些实施方案中，照射遮盖光导引层的第一表面的区域可包含用经调制IR光照射所述区域。
在附图及下文描述中阐述本发明中所描述的标的物的一或多个实施方案的细节。尽管本发明中所提供的实例主要是基于EMS及MEMS的显示器的方面来描述，但本文中所提供的概念可适用于其它类型的显示器，例如液晶显示器、有机发光二极管(“OLED”)显示器及场发射显示器。其它特征、方面及优点将从描述、图式及权利要求书而变得显而易见。应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。
附图说明
图1为描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列显示元件或显示元件阵列中的两个邻近的IMOD显示元件的等角视图说明。
图2为说明并有基于IMOD的显示器的电子装置的系统框图，所述基于IMOD的显示器包含IMOD显示元件的三元件乘三元件阵列。
图3示出包含前光系统以提供对显示器的补充照射的显示装置的实例的横截面视图的侧面横截面。
图4示出可以用来检测一或多个遮盖物体的光学传感器系统的实例。
图5示出光学传感器系统的另一实施方案的俯视平面图。
图6A为图5的光学传感器系统的部分6的详细截面视图。
图6B示意性地说明一种基于局部极大量的入射光的测量评估遮盖物体的位置的方法。
图7A示出表示光学传感器系统的近场区域内的两个遮盖物体的模拟信号的实例。
图7B示出响应于图7A的模拟信号转向到光导引层中的某些光线的实例。
图7C示出指示响应于图7A的模拟信号沿着传感器系统的一侧的光强度的曲线图的实例。
图8A及8B示出感测滑动手势的实施方案。
图9示出结合前光装置使用的光学感测系统的实例。
图10示出说明使用近场光学感测系统的感测方法的流程图的实例。
图11A及11B为说明包含多个IMOD显示元件的显示装置的系统方块图。
各个图式中的相同参考标号及名称指示相同元件。
具体实施方式
以下描述涉及出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的技术人员将容易认识到，可以许多不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案可在可经配置以显示图像的任何装置、设备或系统中实施，而不论图像是在运动中(例如，视频)还是静止的(例如，静态图像)，且不论图像为文字的、图形的还是图片的。更确切地说，预期所描述的实施方案可包含在多种电子装置中或与其相关联，例如但不限于：移动电话、具多媒体因特网功能的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能笔记本计算机、平板计算机、打印机、复印机、扫描器、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航仪、摄像机、数字媒体播放器(例如，MP3播放器)、便携式摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(包含里程表及速度计显示器等)、驾驶舱控制和/或显示器、摄像机景观显示器(例如，车辆中的后视摄像机的显示器)、电子照片、电子布告板或标牌、投影仪、建筑结构、微波、冰箱、立体声系统、盒式记录器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、停车计时器、包装(例如，机电系统(EMS)应用中，包含微机电系统(MEMS)应用以及非EMS应用)、美观性结构(例如，关于一件珠宝或服装的图像的显示)及多种EMS装置。本文中的教示还可用于非显示器应用中，例如但不限于电子开关装置、射频滤波器、传感器、加速度计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、用于消费型电子装置的惯性组件、消费型电子产品的零件、变容器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺及电子测试装备。因此，所述教示并不希望仅限于图中所描绘的实施方案，而是具有如所属领域的技术人员将容易显而易见的广泛适用性。
当例如通过红外(IR)光照射遮盖光学感测系统的“近场”区域时，被近场区域内的任何物体反射回来的IR光能够朝向系统外围上的光传感器转向。接着可以对来自光传感器的经测量的信号进行分析以识别近场区域内的遮盖物体的位置，充当触摸和/或手势感测系统。当经重新引导的光在到达光传感器之前经过具有已知形状的周期性掩蔽结构时，入射在光传感器上的光将以便于分析经测量的光以识别遮盖物体的方式加以修改。在一些实施方案中，可以执行在经测量光中的局部极大值与掩蔽结构中的间隙之间的回溯分析以评估遮盖物体的位置，而在其它实施方案中，可以生成概率图以评估遮盖物体的位置。
可实施本发明中所描述的标的物的特定实施方案以实现以下可能优点中的一或多者。与可能需要皮肤接触或类似材料的电容式触摸系统不同，本文所描述的光学感测系统并不需要特定材料，或与表面的均匀接触。当使用IR光时，系统可以结合显示装置或结合将在不妨碍查看装置或不改变装置外观的情况下被查看的其它物体使用。系统能够检测精确的触摸输入以及使用相同系统及分析的例如手部滑动等较宽大手势。因为能够感测多个离散的遮盖物体，所以系统允许(例如)一个以上手指或触控笔的稳定的多点触摸手势感测。
虽然本文中所描述的光学感测系统的实施方案不必与显示器一起使用，但是所描述的实施方案可应用于的合适的EMS或MEMS装置或设备的一个特定实例为反射式显示装置。反射式显示装置可并有干涉式调制器(IMOD)显示元件，所述显示元件可经实施以使用光学干涉原理选择性地吸收和/或反射入射在其上的光。IMOD显示元件可包含部分光学吸收器、可相对于吸收器移动的反射器、以及界定在吸收器与反射器之间的光学谐振腔。在一些实施方案中，反射器可移动到两个或更多个不同位置，所述位置可改变光学谐振空腔的大小且由此影响IMOD的反射率。IMOD显示元件的反射光谱可形成相当宽广的光谱带，所述光谱带可跨越可见光波长移位以产生不同颜色。可通过改变光学谐振腔的厚度来调整光谱带的位置。一种改变光学谐振腔的方式是通过改变反射器相对于吸收器的位置。
图1为描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列显示元件或显示元件阵列中的两个邻近的IMOD显示元件的等角视图说明。IMOD显示装置包含一或多个干涉式EMS(例如，MEMS)显示元件。在这些装置中，干涉式MEMS显示元件可按亮态或暗态来配置。在亮态(“松弛”、“打开”或“接通”等)中，显示元件反射大部分入射可见光。相反，在暗态(“致动”、“关闭”或“断开”等)中，显示元件反射极少入射可见光。MEMS显示元件可经配置以主要在特定光波长下反射，从而允许除黑白显示器之外，还有彩色显示器。在一些实施方案中，通过使用多个显示元件，可实现原色的不同强度及灰度。
IMOD显示装置可包含可按行及列布置的IMOD显示元件阵列。阵列中的每一显示元件可包含至少一对反射及半反射层，例如，可移动反射层(即，可移动层，还被称作机械层)及固定的部分反射层(即，静止层)，所述层定位于彼此相距可变的及可控制的距离以形成气隙(还被称作光学间隙、空腔或光学谐振腔)。可移动反射层可在至少两个位置之间移动。例如，在第一位置(即，松弛位置)中，可移动反射层可定位在距固定部分反射层一定距离处。在第二位置(即，致动位置)中，可移动反射层可定位成更接近部分反射层。从所述两层反射的入射光可取决于可移动反射层的位置及入射光的波长相长地和/或相消地干涉，从而产生每一显示元件的全反射或非反射状态。在一些实施方案中，当显示元件未经致动时，显示元件可能处于反射状态，从而反射可见光谱内的光，且当显示元件经致动时，显示元件可能处于暗态，从而吸收和/或相消地干涉可见范围内的光。然而，在一些其它实施方案中，IMOD显示元件可在未经致动时处于暗态，且在经致动时处于反射状态。在一些实施方案中，所施加电压的引入可驱动显示元件改变状态。在一些其它实施方案中，所施加电荷可驱动显示元件改变状态。
图1中的阵列的所描绘部分包含呈IMOD显示元件12形式的两个邻近的干涉式MEMS显示元件。在右侧的显示元件12(如所说明)中，可移动反射层14图解说明为处于靠近、邻近或触摸光学堆叠16的致动位置。跨右侧的显示元件12施加的电压Vbias足以移动可移动反射层14且还将其保持在致动位置中。在左侧的显示元件12(如所说明)中，可移动反射层14图解说明为处于距光学堆叠16一定距离(所述距离可基于设计参数来预定)的松弛位置，所述光学堆叠包含部分反射层。跨左侧的显示元件12施加的电压V0不足以引起如同右侧的显示元件12的情形一般可移动反射层14到致动位置的致动。
在图1中，一般通过指示入射到IMOD显示元件12上的光13及从左侧的显示元件12反射的光15的箭头来说明IMOD显示元件12的反射性质。入射到显示元件12上的大部分光13可经由透明衬底20朝向光学堆叠16透射。入射到光学堆叠16上的光的一部分可经由光学堆叠16的部分反射层透射，且一部分将经由透明衬底20反射回。光13的透过光学堆叠16的部分可从可移动反射层14朝向(且穿过)透明衬底20反射回。在从光学堆叠16的部分反射层反射的光与从可移动反射层14反射的光之间的干涉(相长和/或相消)将部分确定在装置的查看侧或衬底侧上从显示元件12反射的光15的波长的强度。在一些实施方案中，透明衬底20可为玻璃衬底(有时被称作玻璃板或面板)。玻璃衬底可为或包含(例如)硼硅酸盐玻璃、碱石灰玻璃、石英、派热克斯玻璃(Pyrex)或其它合适的玻璃材料。在一些实施方案中，玻璃衬底可具有0.3毫米、0.5毫米或0.7毫米的厚度，但在一些实施方案中，玻璃衬底可能更厚(例如，几十毫米)或较薄(例如，小于0.3毫米)。在一些实施方案中，可使用非玻璃衬底，例如聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚醚醚酮(PEEK)衬底。在此类实施方案中，非玻璃衬底很可能具有小于0.7毫米的厚度，但衬底可取决于设计考虑而更厚。在一些实施方案中，可使用非透明衬底，例如基于金属箔或不锈钢的衬底。例如，基于反向IMOD的显示器(其包含固定反射层及部分透射且部分反射的可移动层)可经配置以从衬底的与图1的显示元件12对置的一侧来查看且可通过非透明衬底来支撑。
光学堆叠16可包含单层或若干层。所述层可包含以下各层中的一或多者：电极层、部分反射及部分透射层、及透明电介质层。在一些实施方案中，光学堆叠16为导电的、部分透明且部分反射的，且可(例如)通过将以上层中的一或多者沉积到透明衬底20上来制造。电极层可由多种材料形成，例如各种金属，例如氧化铟锡(ITO)。部分反射层可由部分反射的各种材料形成，例如各种金属(例如，铬和/或钼)、半导体及电介质。部分反射层可由一或多个材料层形成，且所述层的每一者可由单一材料或材料的组合形成。在一些实施方案中，光学堆叠16的某些部分可包含用作部分光学吸收器及电导体两者的单个半透明厚度的金属或半导体，而不同的导电性更好的层或部分(例如，光学堆叠16或显示元件的其它结构的导电层或部分)可用来在IMOD显示元件之间用总线传送信号。光学堆叠16还可包含覆盖一或多个导电层或导电/部分吸收层的一或多个绝缘或电介质层。
在一些实施方案中，可将光学堆叠16的层中的至少一些层图案化成平行条带，且所述平行条带可形成如下文进一步描述的显示装置中的行电极。如所属领域的技术人员将理解，术语“经图案化”在本文中用以指掩蔽以及蚀刻工艺。在一些实施方案中，高度导电且反射的材料(例如，铝(Al))可用于可移动反射层14，且这些条带可形成显示装置中的列电极。可移动反射层14可形成为一或多个经沉积金属层的一系列平行条带(与光学堆叠16的行电极正交)以形成沉积于支撑件(例如所说明的柱18，及位于柱18之间的介入牺牲材料)顶部上的柱状物。当蚀刻掉牺牲材料时，可在移动反射层14与光学堆叠16之间形成所界定的间隙19或光学腔室。在一些实施方案中，柱18之间的间距可为大致1μm到1000μm，而间隙19可为大致小于10,000埃
在一些实施方案中，每一IMOD显示元件(不管处于致动还是松弛状态)均可被视为通过固定反射层及移动反射层形成的电容器。当未施加电压时，可移动反射层14保持处于机械松弛状态(如由图1中左侧上的显示元件12所说明)，其中间隙19介于可移动反射层14与光学堆叠16之间。然而，当将电位差(即，电压)施加到选定行及列中的至少一者时，在对应显示元件的行电极与列电极的交叉点处形成的电容器变得带电，且静电力将所述电极牵引在一起。如果所施加电压超出阈值，那么可移动反射层14可变形且靠近或抵靠光学堆叠16移动。光学堆叠16内的电介质层(未示出)可防止短路并控制层14与16之间的分隔距离，如图1中右侧上的经致动的显示元件12所说明。不管所施加的电位差的极性如何，行为可相同。尽管阵列中的一系列显示元件在一些情况下可被称作“行”或“列”，但所属领域的技术人员将容易理解，将一个方向称作“行”及将另一方向称作“列”是任意的。重新申明，在一些定向上，行可被视为列，且列可被视为行。在一些实施方案中，行可被称作“共用”线且列可被称作“分段”线，或反之亦然。此外，显示元件可按正交行及列(“阵列”)均匀地布置，或按非线性配置布置，例如，具有相对于彼此的某些位置偏移(“马赛克”)。术语“阵列”和“马赛克”可指任一配置。因此，尽管显示器被称作包含“阵列”或“马赛克”，但元件本身并不需要在任何情况下正交于彼此而布置，或按均匀分布安置，而是可包含具有不对称形状及不均匀分布的元件的布置。
图2为说明并有基于IMOD的显示器的电子装置的系统框图，所述基于IMOD的显示器包含IMOD显示元件的三元件乘三元件阵列。电子装置包含可经配置以执行一或多个软件模块的处理器21。除了执行操作系统外，处理器21可经配置以执行一或多个软件应用程序，包含网络浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
处理器21可经配置以与阵列驱动器22通信。阵列驱动器22可包含将信号提供到(例如)显示器阵列或面板30的行驱动电路24及列驱动电路26。图1中所说明的IMOD显示装置的横截面在图2中通过线1-1展示。尽管图2为清楚起见说明了3×3阵列的IMOD显示元件，但是显示器阵列30可含有极大数目的IMOD显示元件，并且在行中可具有与在列中不同数目的IMOD显示元件，且反之亦然。
在某些实施方案中，机电系统(EMS)装置(例如，干涉式调制器)可并入到显示装置或包含补充照射系统以用于照射或补充显示装置的照射的其它装置中。虽然反射式显示器(例如，基于干涉式调制器的显示器)在一些实施方案中可在环境光中可见，但是反射式显示器的一些特定实施方案可包含呈前光系统形式的补充照射。
在一些实施方案中，前光系统可包含光可通过其进行传播的一或多个光导引膜或光导引层以及引导光透过光导引膜的一或多个光转向特征。光可被射入到光导引层中，并且光转向特征可用来使光导引层内的光朝向反射式显示器反射且朝向查看者经由光导引层反射回。由于选择用于光导引层的材料的折射率大于周围层的折射率，因此射入的光可借助于全内反射在光导引层内传播，直到光到达光转向特征。因此，此类前光膜允许照射光源定位在从显示器自身偏移的位置处，例如在前光膜的边缘中的一者处。
图3示出包含前光系统以提供对显示器的补充照射的显示装置的实例的横截面视图的侧面横截面。显示装置100包含通过衬底102支撑的反射式显示器104及遮盖反射式显示器104的前光系统106。在所说明的实施方案中，覆盖层108遮盖前光系统106，但是在其它实施方案中，也可包含图3中未具体图解说明的另外的结构及胶粘剂层。
前光系统106包含光导引层110，所述光导引层的折射率可如上文所论述的大于周围层的折射率。光导引层110还可包含沿着光导引层110的上部表面112设置的多个光转向特征120，所述光转向特征包含与光导引层110的上部表面112及下部表面114成一定角度定向的反射表面122。前光系统106还包含一或多个光源，例如邻近光导引膜110的边缘116设置的LED 130。
LED 130将光132射入到光导引膜110中，所述光如图所示借助于全内反射传播直到其照在光转向特征120上。从光转向特征反射回来的光134朝向反射式显示器104向下转向。当光134以足够靠近光导引层110的下部表面114的法线的角度反射时，光134穿过光导引层110的下部表面114而不是被反射回到光导引层110中。光134向下行进到反射式显示器104，并且从反射式显示器反射回来的光136向上穿过衬底102、前光系统106及覆盖层108并且向前到查看者(未示出)。
前光系统106因此将在光导引层内传播的光向外引导到反射式显示器104。在其它实施方案中，可使用类似结构来收集入射到显示装置或其它层上的光并且将所述光朝向作为传感器系统的一部分的光传感器引导。
图4示出可以用来检测一或多个遮盖物体的光学传感器系统的实例。传感器系统200包含在光收集系统206下面的光源230。在一些实施方案中，光源230可包含红外(IR)光源，使得光从光源230的发射不干扰传感器系统200的外观。在一些实施方案中，光源230可为平面光源，或者为散开的，使得光跨系统200均匀地发射，而在其它未示出的实施方案中，光源230可包含一或多个离散光源，例如，IR光发光二极管(LED)。因此，用例如IR光等光照射遮盖系统200的近场区。尽管在本文中替代地被称作近场区域，但是近场区还具有垂直分量并且包含遮盖系统200的大量空间。
光收集系统206类似于图3的前光系统106，不同之处在于光转向结构220的定向与前光系统106的光转向结构120的定向相反。确切地说，光转向结构220设置在光导引层210的下部表面214上，而不是在上部表面212上。光转向结构220经配置以将入射光朝向位于光导引层210的边缘216处的一或多个光传感器240转向。在一些实施方案中，沿着光导引层210的每一边缘216设置线性阵列的光传感器240。
从光源230发射的光232向上穿过光收集系统206，在所述光收集系统处照在遮盖物体290上，遮盖物体可为(例如)触控笔或用户的手部的一部分(例如指尖)。从遮盖物体290反射回来的光234接着向下反射并穿过光导引层210的上部表面212反射回到光收集系统206中，其中光234的一部分照在光转向结构220上。以相对于光导引膜210的上表面212及下表面214呈足够小的角度从光转向结构220反射回来的光236将在光导引膜210内传播直到其到达沿着光导引膜210的边缘216设置的光传感器240。
尽管示意性地图解说明为具有可分开地查看的光转向结构220，但是光收集系统206可包含更多数目的极小的光转向结构220，并且那些光转向结构可为足够小使得它们不可被查看者个别地识别。如下文更详细地论述的，这些光转向结构220的数目、大小及密度可取决于特定应用程序而改变。另外，尽管在图4中及所有附图中的其它地方图解说明为一般截头圆锥形，但是也可使用其它形状的光转向结构220，包含但不限于圆锥形、四角锥、或其它角锥形状。
图5示出光学传感器系统的另一实施方案的俯视平面图。如同图4的光学传感器系统200，光学传感器系统300包含：光导引膜310，其具有邻近光导引膜310或延伸到所述光导引膜中的多个光转向结构320；以及多个传感器阵列342，其位于接近光导引膜310的每一边缘316。同样，尽管示意性地图解说明为图5中的可分开查看的结构，但是许多实施方案将包含可能比图5中的示意性描绘小得多的更多的光转向结构320。也可包含光源(未示出)(例如，平面IR光源)以用于照射遮盖光学传感器系统的300的区域。
在所说明的实施方案中，传感器阵列342包含线性阵列的光传感器340。在特定实施方案中，这些光传感器340可为IR传感器，但是在其它实施方案中，光传感器340可为至少部分地对可见光敏感或也对其它非IR辐射敏感。
光学传感器系统300还包含光导引层310与传感器阵列342之间的掩膜350。在所说明的实施方案中，掩膜350由有规律地彼此间隔开的线性阵列的个别掩蔽结构352形成。如下文更详细地论述的，包含掩膜350便于识别将光反射回到光导引层310中的遮盖物体的一或多个位置。
遮盖区域390的物体将使光朝向光转向特征320的阵列反射回，其中光转向特征320的阵列的区域最接近于接收大多数经反射光的区域390。光转向特征320接着将经反射光的一部分转向到光导引层310中，并且那部分光将经由全内反射传播直到其到达光导引层310的边缘316。区域390内的或邻近区域390的光转向结构320将不仅接收来自遮盖物体的更大强度的经反射光，而且所述经反射光还将以更靠近光转向层310的上表面312和下表面314的法线的角度入射到光转向结构320上。以更靠近法线的角度入射的光将更可能以经转向光将经由全内反射继续传播的角度被转向。尽管此经转向光将在所有方向上从各个光转向特征320传播，但是这些效果的组合将使得相较于位于远离遮盖物体下方的区域390的光转向特征320，更多此经转向光呈现为源自区域390内的或邻近所述区域的光转向特征320。
在光导引层310内传播的未被掩蔽结构352阻挡的光将到达光传感器阵列342并且产生指示由阵列342中的每一光传感器340接收到的光的强度的信号。在一些实施方案中，根据沿着阵列342的长度的位置，这些信号可组合成复合信号或曲线图以指示接收到的光的强度。
因为入射到光传感器阵列342上的光还将取决于环境条件，所以在一些实施方案中可调制光源以补偿校正环境辐射的影响。例如，可以通过周期性地选通IR光源来调制IR光源而不是不断地用IR光照射近场区。除减少功率消耗外，可以用IR光源的选通来改进测量精确性并且补偿环境IR光的效果。在一个实施方案中，可以在IR光源在作用中且照射近场区域时以及在IR光源断开且不照射近场区域这两种情况下进行来自光传感器阵列342的测量。如果以交替的方式进行这些测量，那么不使用作用中的IR照射的测量可用来提供环境IR辐射的指示并且当IR照射在作用中时用来校正所进行的测量。在这样做时，当IR照射在作用中时进行的经校正测量可更好地反映对作用中的IR照射的响应，并且提供对任何遮盖物体的位置的更好评估。在其它实施方案中，IR光源可经选通以仅减少功率，并且可以仅当IR照射在作用中时进行从光传感器阵列342的测量。
图6A为图5的光学传感器系统的部分6的详细截面视图。为清楚起见，在图6A中未示出个别光转向结构320(见图5)。如上文所论述，在光转向层310内传播的经转向光将呈现为主要源自遮盖的反射物体下方的区域390。到达传感器阵列342的光示意性地图解说明为从区域390延伸的弧光346。虽然由于通过位于区域390之外的光转向特征转向的光以及环境入射辐射的影响，因此通过从区域390的角度看由掩蔽结构352遮蔽的传感器340接收到的光的量将不为零，但其将小于通过未被遮蔽的传感器340接收的光。
对于某些传感器340a，接收到的光将是局部极大值，通过任一侧上的邻近传感器接收到的光将小于通过局部极大值传感器340a接收到的光。当单个遮盖物体正朝向光转向结构的阵列反射光时，局部极大值的数目可等于或小于掩蔽结构352之间的间隙354的数目，因为由靠近角落的间隙354引起的一些局部极大值可落到传感器阵列342之外。
图6B示意性地说明一种基于局部极大量的入射光的测量评估遮盖物体的位置的方法。在所说明的实施方案中，遮盖物体的位置的指示可评估为沿着延伸穿过在其处测量到局部极大值的光传感器340a的线344以及掩蔽结构352之间的邻近间隙354的中心356。当与从其它局部极大值传感器340a获取的评估组合时，可通过这些线344的汇聚提供遮盖物体的位置的指示。
通过增加阵列342内的传感器340的数目可提高此评估的精确性，以更精确地识别局部极大值的位置。另外，增加掩膜350中的间隙354的数目可增加汇聚线的数目，这在一些实施方案中可提高评估的精确性。另外，在一些实施方案中，增加掩膜350与传感器阵列342之间的偏移可提高评估的精确性。
取决于掩膜350与传感器阵列342之间的偏移，局部极大值传感器340a可从其相关联的间隙354偏移间隙354的长度或更多。一种解释此偏移的方法是识别沿着每一传感器阵列342的整体最大值并且将所述传感器与邻近的间隙354相关联，因为整体最大值可对应于传感器阵列342上到遮盖物体的最接近部分。接着，所述邻近的局部极大值可与接下来的邻近间隙354相关联，并且继续直到所有局部极大值传感器340a已经依序与相应间隙354相关联。
为简单起见，相对于其中仅存在单个遮盖物体朝向光转向结构320的阵列反射光的实施方案描述了以上过程。当多个遮盖物体朝向光转向结构的阵列向下反射光时，可存在如间隙的数目乘以遮盖物体的数目那样多的局部极大值，但是由两个不同遮盖物体引起的局部极大值中的一些可能重叠或充分接近使得它们无法被个别地区分。局部极大值的数目的分析以及其间的间距可以用来识别遮盖物体的数目及位置，因为当使用有规律地隔开的掩膜350时，可归因于特定遮盖物体的局部极大值之间的间距将随着与物体的距离增大而增大。通过增大传感器阵列342的分辨率可促进此分析以更好地区分邻近的局部极大值并且识别具有提高的精度的那些局部极大值的位置。
图7A示出表示光学传感器系统的近场区域内的两个遮盖物体的模拟信号的实例。与图6A及6B的单个遮盖物体390不同，图7A的模拟信号包含两个遮盖物体390a及390b。在一些实施方案中，遮盖物体390a及390b可对应于用户的指尖，但是可包含能够反射光(例如，IR光)从而照射遮盖光学传感器系统的近场区的任何其它物体。
图7B示出响应于图7A的模拟信号转向到光导引层中的某些光线的实例。虽然为清楚起见在图7B中仅示出光线的一部分，但可见通过遮盖物体390a及390b(见图7A)反射且通过光转向特征的使用而转向到光导引层中的光类似于在光导引层内的位置394a及394b(对应地在图7A的物体390a及390b下面)处的光源起作用，从而在所有方向上从那些位置394a及394b扩散光。然而，在其它实施方案中，可采用更多定向光转向特征，其可约束光被转向到光导引层中的方向。在位置394a及394b处的有效光源的大小可增大，且它们的相对强度减小，其中遮盖物体与光导引层之间的间距增大。
图7C示出指示响应于图7A的模拟信号沿着传感器系统的一侧的光强度的曲线图的实例。确切地说，图7C的曲线图说明根据沿着图7A的模拟信号照射的光学感测系统左侧的位置的光强度(或指示光强度的信号的量值)。在图7C的曲线图中，位置0对应于光学感测系统的左下角并且位置1200对应于光学感测系统的左上角，如图7A上展示的轴中可见。图7C的曲线图包含对应于由遮盖物体390a及390b中的每一者引起的局部极大值的两个稍微偏移的一系列强度峰值，如上文关于图6B所描述。第一系列的峰值在348b处具有整体最大值，指示相较于测量局部极大值的第一系列的峰值中的其它传感器中的任一者，遮盖物体390b更靠近测量整体最大值348b的传感器。类似地，第二系列的峰值在348a处具有整体最大值，指示相较于测量局部极大值的第一系列的峰值中的其它传感器中的任一者，遮盖物体390a更靠近测量整体最大值348a的传感器。
如在图7C中可见，沿着光学传感器系统左侧的传感器阵列中的传感器的数目提供足够分辨率以区分开分别对应于从遮盖物体中的每一者反射的光的两组峰值。即使存在一些峰值重叠，也可沿着光学传感器系统的每一侧进行测量，并且沿着所述系统的相对侧(在此情况下，右侧)测量的信号可提供自沿着所述系统左侧进行的测量所不容易获得的额外信息。可类似地分析沿着光学传感器系统的顶部及底部进行的测量以提供对沿着平行于所述系统顶部及底部的轴的遮盖物体390a及390b的位置的指示。
除一系列局部极大值内的整体最大值之外，可对经测量的信号执行其它分析。例如，可见整体最大值348a大于整体最大值348b，这可指示物体390a或者相较于物体390b更靠近光学传感器系统的左侧，或者更靠近光学传感器系统的产生增大强度的经反射光的表面。当对沿着系统的另一侧的相对强度进行比较时，连同它们沿着平行于显示器顶部或底部的轴的所评估位置一起，可对相对强度进行比较以提供物体390a或390b哪个更靠近光学传感器系统的表面的指示。
另外，可将经测量的峰值之间的间距与掩蔽元件之间的已知间距进行比较以提供入射到传感器阵列上的光的源的指示，并且在来自不同光源的多个峰值太接近在一起以至于无法个别地分辨时进行识别。例如，当峰值之间的间距与掩蔽元件之间的间距大致相同时，光源与传感器阵列的所述部分大致平行，并且所述间距将随着沿传感器阵列且远离光源的距离增大而增大。
在其它实施方案中，可使用重构算法来分析从传感器阵列接收的信号并且重构经转向光的明显源。在特定实施方案中，可使用适当稀疏约束及非负性约束生成概率图并且接着分析所述概率图以确定遮盖物体的数目及位置。
除提供一或多个遮盖物体的一或多个位置的评估之外，可使用来自光传感器的信号的综合实力来提供遮盖物体与光导引层之间的距离的指示。在一些实施方案中，整体最大强度单独可能不足以区分开距离光导引层310更远的较大物体与更靠近光导引层310的较小物体，因此可结合强度分布的其它特征(例如，强度峰值的宽度)分析整体强度。例如，更靠近光导引层的较小物体可具有比位于阵列更远距离处的较大物体更窄的强度峰值，即使整体强度可为相同的。在特定实施方案中，可分析强度分布的形状以提供遮盖物体的大小的指示，并且接着可分析整体强度以提供遮盖物体与光导引层310之间的距离的指示。
在其它实施方案中，可感测其它类型的手势。当极大物体(例如，张开的手掌)靠近光导引阵列放置时，由于经反射光的散开性质，可将掩膜350的在跨阵列的强度分布上的影响减到最小。可对阵列传感器342在阵列每一侧上的相对强度分布进行分析以检测较宽大手势，例如，张开的手掌或跨显示器的其它较大物体的滑动。
图8A及8B示出感测滑动手势的实施方案。在图8A中，相对于光导引层310及掩蔽结构352的尺度较大的物体392定位在光导引层的左上方侧之上。由于通过物体392反射的并且转向到光导引层310中的光的散开性质，所以因在跨光传感器阵列342a、342b、342c及342d部分的局部极大值与最小值之间的掩蔽结构352的存在而导致的光强度的相对变化小于当物体为较小物体(例如，指尖或触控笔)时在局部极大值与最小值之间的变化。
在所说明的实施方案中，光学感测系统300的左上方部分的光强度(如通过光传感器阵列342a、342b、342c及342d内的传感器340的相对较暗的阴影示意性地图解说明)更大并且通常跨光传感器阵列而更为均匀，但是取决于掩蔽结构354与光传感器阵列342a、342b、342c及342d之间的间距可仍然存在一些峰值值及谷值。在物体392下面或紧邻物体392的上方的光传感器阵列342c及左侧光传感器阵列342a的部分光强度最大，并且随着与物体392的距离增大光强度下降。
在图8B中，物体392已经移动到光学感测系统300的右侧，并且现在物体392下面的或紧邻物体392的上方的光传感器阵列342c及右侧光传感器阵列342b的部分光强度最大，并且随着与物体392的距离增大光强度下降。因此，基于光强度跨光传感器阵列342a、342b、342c及342d的更均匀分布可检测到较大物体392的存在。基于沿着光导引层310的边缘的相对强度的改变可检测到较大物体392及较宽大手势(例如，滑动)的一般位置。类似地，一旦已检测到较大物体392，在跨各个光传感器阵列342a、342b、342c及342d的强度的相对分布不实质性改变的情况下的整体强度的改变可指示较大物体392朝向或远离光导引层310的移动。
尽管上文所描述的某些实施方案是相对于背光式光学感测系统而描述，但在其它实施方案中，可从前面或从侧面照射遮盖光学感测系统的区域。在其中装置包含整合的前光或其它照射系统的特定实施方案中，出于光学感测系统的目的，可使用照射系统来提供近场区域的照射。
图9示出结合前光装置使用的光学感测系统的实例。装置400包含在前光系统106(例如，图3的前光系统)下面的反射式组件(例如，反射式显示器404)。前光系统包含第一光导引层110，其包含经配置以将从光源130发射的光132向下转向并透过光导引层110的光转向特征120。
在前光系统106的相对侧上设置的是光学感测系统300，其包含第二光导引层310及光转向结构320的阵列，所述光转向结构320的阵列经配置以将从一或多个遮盖物体490反射的光332转向到光导引层310中，所述光在光导引层310中经由全内反射传播直到其到达光传感器340。为了防止非所需光在第一光导引层110与第二光导引层310之间渗移，可在第一光导引层110与第二光导引层310之间设置具有比光导引层110及310更低折射率的至少一个介入层460。可提供另外的屏蔽(未示出)，例如在光源130与光传感器340之间的装置400的外围处包含不透明层或反射层。
在一些实施方案中，装置400可为并有反射式显示器的显示装置，并且光学感测系统可提供近场触摸和/或手势感测系统。前光系统可包含用于显示器的照射的可见光源，以及用于近场照射而不干扰显示器外观的整合的IR光源。
在其它实施方案中，装置400可为针对其可期望触摸或手势感测的任何合适的装置或物体。例如，光学感测系统(例如，光学感测系统300)或本文所描述的其它实施方案可整合到控制面板或开关(例如，调光开关)中以便识别触摸和/或手势。此类装置可或者经由前光系统(例如，图9的前光系统106)照射而从后方照射，或者通过其它装置照射，例如经由设置在装置上、靠近装置设置或围绕装置设置并且经配置以照射遮盖装置的近场区的IRLED。例如，装置可为背光式LED或类似显示装置，并且射入到背光中的IR光可穿过液晶元件而不受液晶元件状态的实质影响，从而允许近场区的均匀IR照射而不需要实质性的额外组件。在其它实施方案中，装置可包含其它类型的显示器，无论为透射式、反射式或透射反射式显示器，并且光源可整合到合适的照射系统中或可为(例如)与经配置以用可见光照射显示器的照射系统分离的IR照射系统。此类光学感测系统的其它潜在使用包含触摸或手势输入装置，其不必包含底层显示器，例如绘图板、触摸垫、或具有触摸功能性的远程控制器。
因为本文所描述的光学感测系统的实施方案可感测较宽大手势以及更精确的触摸输入，所以此类系统可用于其中可明显改变用户输入的精度的实施方案中。例如，可当车辆在操作中且驾驶员的注意力未集中于系统上时经由较宽大手势并且当车辆静止时经由来自乘客的更精确的触摸输入两者控制交通工具内的系统。可通过单个光学感测系统(例如，光学感测系统300)提供这两者类型的输入。
另外，因为可通过本文所描述的光学感测系统的实施方案感测多个触摸和/或手势输入，所以此类系统允许复杂的多点触摸输入和/或手势以及来自多个用户的同步输入两者。因为本文所描述的光学感测系统并不依赖于电容或受物体的物理特性影响的其它感测方法，所以它们可由佩戴手套或其它防护工作服的用户操作，并且可以在寒冷天气中或在不适合暴露皮肤的有害环境中使用。另外，此类光学感测系统允许感测多个非触摸式输入，例如多个遮盖手指，而不需要那些手指或其它物体接触装置的表面或感测系统自身。
本文所描述的光学感测系统的实施方案可扩展到任何合适的大小，并且可以在如手表显示器一样小或比手表显示器更小的装置中、或如电视机一样大或比电视机更大的装置中使用。在其中在整个光学感测系统中经由平面光源(例如，经配置以发射IR光的底层IR光源或前光系统)照射近场区域的特定实施方案，系统可容易地设定尺寸为任何合适的大小，因为实质上可提供在整个近场区上的恒定照射。也可对其它照射方法设定尺寸以提供较大感测区域。
图10示出说明使用近场光学感测系统的感测方法的流程图的实例。方法500开始于方块505，其中用IR光照射遮盖光学传感器系统的近场区域。如上文所论述，此区域可使用IR背光、经配置以发射IR的前光、或经由设置在光学传感器系统上或围绕光学传感器系统设置的IR光源照射。在其它实施方案中，可使用可见光或其它辐射代替IR。此照射可为恒定的，或可经周期性地施以脉冲或选通以将光学感测系统的IR输出及能耗减到最少和/或补偿环境IR辐射。
方法500接着移至方块510，其中通过绕光学传感器系统的外围设置的光传感器感测一或多个遮盖物体反射的光。经反射光通过光学感测系统中的光导引层内的或邻近所述光导引层的光转向结构阵列朝向光传感器转向。在一些实施方案中，由光传感器感测的光在通过光传感器感测之前经过掩蔽结构，例如一系列有规律地隔开的掩蔽元件。在一些实施方案中，光传感器为线性阵列的光传感器，但是可以使用其它合适的配置。
最后，方法500移至方块515，其中对来自光传感器的经测量的信号进行分析以识别一或多个遮盖物体的位置。在一些实施方案中，此分析可包含从局部极大值的反投影以评估遮盖物体的位置。在其它实施方案中，可对经测量的信号进行分析以生成识别遮盖物体位置的概率图。在其它实施方案中，此分析可检测遮盖元件的一般位置或位置中的变换以识别手势，例如手掌滑过光学感测系统。在其它实施方案中，感测方法可包含图10中未具体说明或上文未具体描述的额外步骤，或可包含更少步骤或将多个步骤组合到单个步骤中。
图11A及11B为说明包含多个IMOD显示元件的显示装置40的系统方块图。显示装置40可为(例如)智能电话、蜂窝式或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其轻微变化还说明各种类型的显示装置，例如电视机、计算机、平板计算机、电子阅读器、手持式装置及便携式媒体装置。
显示装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48以及麦克风46。外壳41可由包含注塑模制及真空成形的多种制造工艺中的任一者形成。另外，外壳41可由多种材料中的任一者制成，所述材料包含但不限于：塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷，或其组合。外壳41可包含可移除部分(未示出)，所述可移除部分可与具有不同颜色或含有不同标记、图片或符号的其它可移除部分互换。
如本文中所描述，显示器30可为包含双稳态或模拟显示器的多种显示器中的任一者。显示器30还可经配置以包含例如等离子、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD等平板显示器或例如CRT或其它管式装置等非平板显示器。另外，显示器30可包含如本文所描述的基于IMOD的显示器。
图11A中示意性地说明显示装置40的组件。显示装置40包含外壳41，且可包含至少部分地封围在其中的额外组件。例如，显示装置40包含网络接口27，其包含可以耦合到收发器47的天线43。网络接口27可为用于可在显示装置40上显示的图像数据的源。因此，网络接口27为图像源模块的一个实例，但处理器21及输入装置48也可充当图像源模块。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对信号进行滤波或以其它方式操纵信号)。调节硬件52可连接到扬声器45及麦克风46。处理器21还可连接到输入装置48及驱动器控制器29。驱动器控制器29可耦合到帧缓冲器28及耦合到阵列驱动器22，所述阵列驱动器又可耦合到显示器阵列30。显示装置40中的一或多个元件(包含图11A中未具体描绘的元件)可经配置以充当存储器装置且经配置以与处理器21通信。在一些实施方案中，电力供应器50可提供电力至特定显示装置40设计中的基本上所有组件。
网络接口27包含天线43及收发器47使得示范性显示装置40可经由网络与一或多个装置通信。网络接口27还可具有一些处理能力以减轻(例如)处理器21的数据处理要求。天线43可传输及接收信号。在一些实施方案中，天线43根据IEEE 16.11标准(包含IEEE16.11(a)、(b)或(g))或IEEE 802.11标准(包含IEEE 802.11a、b、g、n)及其进一步的实施方案而发射及接收RF信号。在一些其它实施方案中，天线43根据标准发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，天线43可经设计以接收码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、GSM/通用包无线电服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、陆地集群无线电(TETRA)、宽带-CDMA(W-CDMA)、演进数据优化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO修订A、EV-DO修订B、高速包接入(HSPA)、高速下行链路包接入(HSDPA)、高速上行链路包接入(HSUPA)、演进型高速包接入(HSPA+)、长期演进(LTE)、AMPS或用以在无线网络(例如，利用3G、4G或5G技术的系统)内通信的其它已知信号。收发器47可预处理从天线43接收的信号，使得其可由处理器21接收并进一步操纵。收发器47也可处理从处理器21接收的信号，使得所述信号可经由天线43从显示装置40传输。
在一些实施方案中，可用接收器替换收发器47。另外，在一些实施方案中，可用图像源替换网络接口27，所述图像源可存储或生成将发送到处理器21的图像数据。处理器21可控制显示装置40的总体操作。处理器21接收例如来自网络接口27或图像源的压缩图像数据的数据，并将所述数据处理成原始图像数据或处理成易被处理成原始图像数据的格式。处理器21可将经处理数据发送到驱动器控制器29或帧缓冲器28以用于存储。原始数据通常是指识别图像内每一位置处的图像特性的信息。例如，这些图像特性可包含颜色、饱和度及灰度级。
处理器21可包含微控制器、CPU或逻辑单元以控制显示装置40的操作。调节硬件52可包含放大器及滤波器，其用于将信号传输到扬声器45且用于从麦克风46接收信号。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件，或可并入于处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29可采用直接来自处理器21或来自帧缓冲器28的由处理器21生成的原始图像数据且可适当地将原始图像数据重新格式化以用于高速传输到阵列驱动器22。在一些实施方案中，驱动器控制器29可将原始图像数据重新格式化成具有类光栅格式的数据流，使得其具有适合于跨越显示器阵列30扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将已格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29(例如LCD控制器)通常与系统处理器21关联而作为独立的集成电路(IC)，但可以许多方式实施这些控制器。例如，控制器可作为硬件嵌入于处理器21中，作为软件嵌入于处理器21中，或与阵列驱动器22一起完全集成在硬件中。
阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收经格式化信息且可将视频数据重新格式化成一组平行波形，所述组平行波形被每秒多次地施加到来自显示器的显示元件的x-y矩阵的数百且有时数千(或更多)个引线。
在一些实施方案中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示器阵列30适合于本文所描述的显示器的类型中的任一者。例如，驱动器控制器29可为常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，IMOD显示元件控制器)。另外，阵列驱动器22可为常规驱动器或双稳态显示驱动器(例如，IMOD显示元件驱动器)。此外，显示器阵列30可为常规显示器阵列或双稳态显示器阵列(例如，包含IMOD显示元件阵列的显示器)。在一些实施方案中，驱动器控制器29可与阵列驱动器22整合。此实施方案可适用于高度整合的系统，例如，移动电话、便携式电子装置、手表或小面积显示器。
在一些实施方案中，输入装置48可经配置以允许(例如)用户控制显示器装置40的操作。输入装置48可包含小键盘(例如，QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、游戏杆、触敏屏幕、与显示器阵列30整合的触敏屏幕、或压敏或热敏薄膜。麦克风46可经配置为用于显示装置40的输入装置。在一些实施方案中，通过麦克风46的语音命令可用于控制显示装置40的操作。
电力供应器50可包含多种能量存储装置。例如，电力供应器50可为可再充电电池，例如，镍镉电池或锂离子电池。在使用可再充电电池的实施方案中，可再充电电池可使用来自(例如)壁式插座或光伏装置或阵列的电力来充电。替代地，可再充电电池可为可无线充电的。电力供应器50还可为可再生能源、电容器或太阳能电池，包含塑料太阳能电池或太阳能电池漆。电力供应器50还可经配置以从壁式插座接收电力。
在一些实施方案中，控制可编程性驻留于可位于电子显示系统中的若干位置的驱动器控制器29中。在一些其它实施方案中，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。上述优化可实施在任何数目的硬件和/或软件组件中且可以各种配置实施。
如本文中所使用，涉及项目列表中的“至少一者”的短语指代那些项目的任何组合，包含单一成员。作为实例，“以下各者中的至少一者：a、b或c”意在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c以及a-b-c。
结合本文中揭示的实施方案所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件，或两者的组合。硬件与软件的互换性已大体在功能性方面加以描述，且在上文所描述的各种说明性组件、块、模块、电路及步骤中加以说明。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及施加于整个系统的设计约束。
结合本文中揭示的方面描述的用以实施各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备可通过以下各者来实施或执行：通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文所描述的功能的任何组合。通用处理器可为微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一或多个微处理器与DSP核心的联合，或任何其它此类配置。在一些实施方案中，可通过具体针对给定功能的电路来执行特定步骤及方法。
在一或多个方面中，可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含本说明书中所揭示的结构及其结构等效物)或以其任何组合来实施所描述的功能。本说明书中所描述的标的物的实施方案还可实施为在计算机存储媒体上编码用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一或多个计算机程序，即，计算机程序指令的一或多个模块。
如果实施于软件中，则可将功能作为计算机可读媒体上的一或多个指令或码而加以存储或传输。本文中揭示的方法或算法的步骤可在可驻留于计算机可读媒体上的处理器可执行软件模块中实施。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，通信媒体包含可经启用以将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。借助于实例而非限制，此类计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于以指令或数据结构形式存储所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。并且，可将任何连接适当地称为计算机可读媒体。如本文中所使用，磁盘及光盘包含紧密光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘使用激光光学地复制数据。上述各者的组合也可包含在计算机可读媒体的范围内。另外，方法或算法的操作可作为代码及指令中的任一者或任何组合或集合驻留于可并入到计算机程序产品中的机器可读媒体及计算机可读媒体上。
所属领域的技术人员可容易地显而易见对本发明中所描述的实施方案的各种修改，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它实施方案。因此，权利要求书并不希望限于本文中所展示的实施方案，而应符合与本文中所揭示的揭示内容、原理及新颖特征相一致的最广泛范围。另外，所属领域的技术人员将易于了解，术语“上部”及“下部”有时是为了便于描述图式而使用，且指示与适当定向页上的图式的定向对应的相对位置，且可能不反映(例如)如所实施的IMOD显示元件的适当定向。
在本说明书中在单独实施方案的情况下描述的某些特征还可在单个实施方案中组合地实施。相反，在单个实施方案的情况下描述的各种特征还可分开来在多个实施方案中实施或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管上文可将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初如此主张，但在一些情况下，可将来自所主张的组合的一或多个特征从组合中删除，且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化。
类似地，虽然在图式中按特定次序描绘操作，但所属领域的技术人员将容易认识到，此类操作不需要按所展示的特定次序或按顺序次序执行，或应执行所有所说明的操作以实现所要结果。另外，图式可能以流程图形式示意性地描绘一个以上实例过程。然而，可将未描绘的其它操作并入于经示意性说明的实例过程中。例如，可在所说明的操作之前、之后、同时地或之间执行一或多个额外操作。在某些情况下，多任务处理及并行处理可为有利的。此外，上文所描述的实施方案中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方案中要求此类分离，且应理解，所描述的程序组件及系统一般可一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。另外，其它实施方案在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，权利要求书中所叙述的动作可以不同次序来执行且仍实现所要结果。

Claims (30)

1.一种光学感测系统，其包括：
第一光导引层，其具有第一表面、第二表面及一或多个边缘；
红外IR光源，其经配置以将光引导到遮盖所述第一光导引层的所述第一表面的区域中；
多个第一光转向结构，其经配置以将穿过所述第一光导引层的所述第一表面的光重新引导到所述第一光导引层中；
多个IR传感器，其邻近所述第一光导引层的至少一个边缘；以及
多个掩蔽结构，其设置在所述第一光导引层与所述多个IR传感器之间。
2.根据权利要求1所述的系统，其另外包含与所述多个IR传感器电连通的第一处理器，其中所述第一处理器经配置以分析通过所述多个IR传感器测量的信号以识别在遮盖所述第一光导引层的所述第一表面的所述区域内的物体的位置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述IR光源经配置以调制被引导到遮盖所述第一光导引层的所述第一表面的所述区域中的所述光。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述IR光源设置在所述第一光导引层的与所述第二表面相同侧上，且经配置以引导光通过所述第一光导引层。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述IR光源与实质上平行于所述第一光导引层延伸的第二光导引层光学连通，并且其中所述第二光导引层包含多个第二光转向结构，其经配置以将所述IR光源发射到所述第二光导引层中的光重新引导到遮盖所述第一光导引层的所述第一表面的所述区域中。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的系统，其中所述多个IR传感器包含邻近所述第一光导引层的每个边缘延伸的IR光电二极管的线性阵列。
7.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的系统，其中所述多个第一光转向结构包含延伸穿过所述第一光导引层的所述第二表面或邻近所述第二表面延伸的反射小面。
8.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的系统，其中所述多个掩蔽结构包含邻近所述第一光导引层的每个边缘延伸的掩蔽结构的周期性阵列。
9.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的系统，其另外包含位于所述第一光导引层的与所述第二表面相同侧上的显示器。
10.根据权利要求9所述的系统，其另外包含设置在所述显示器的与所述第一光导引层相对侧上的背光，其中所述背光包含所述IR光源。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述显示器包含液晶显示器。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述显示器包含透射式显示器。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述显示器包含透射反射式显示器。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述显示器包含反射式显示器。
15.根据权利要求14所述的系统，其另外包含经配置以照射所述显示器的前光系统，
其中所述前光系统包含IR光源。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述显示器包含干涉式调制器阵列。
17.根据权利要求9所述的系统，其另外包含：
第二处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述第二处理器经配置以处理图像数据；以及
存储器装置，其经配置以与所述第二处理器通信。
18.根据权利要求17所述的系统，其另外包含：
驱动电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述显示器；以及
控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动电路。
19.根据权利要求17所述的系统，其另外包含图像源模块，所述图像源模块经配置以将所述图像数据发送到所述第二处理器，其中所述图像源模块包括接收器、收发器及发射器中的至少一者。
20.根据权利要求17所述的系统，其另外包含输入装置，所述输入装置经配置以接收输入数据且将所述输入数据传送到所述处理器。
21.一种光学感测系统，其包括：
第一光导引层，其具有第一表面、第二表面及一或多个边缘；
用于用红外IR光照射遮盖所述第一光导引层的所述第一表面的区域的装置；
多个光转向结构，其经配置以将穿过所述第一光导引层的所述第一表面的光重新引导到所述第一光导引层中；
多个IR传感器，其邻近所述第一光导引层的至少一个边缘；以及
多个掩蔽结构，其设置在所述第一光导引层与所述多个IR传感器之间。
22.根据权利要求21所述的系统，其另外包含与所述多个IR传感器电连通的处理器，其中所述处理器经配置以分析通过所述多个IR传感器测量的信号以识别在遮盖所述第一光导引层的所述第一表面的所述区域内的物体的位置。
23.根据权利要求21或22所述的系统，其中所述照射装置包含经调制IR光源。
24.根据权利要求21或22所述的系统，其中所述照射装置包含IR光源，所述IR光源设置在所述第一光导引层的与所述第二表面相同侧上，且经配置以引导光通过所述第一光导引层。
25.根据权利要求21或22所述的系统，其中所述照射装置包含：
实质上平行于所述第一光导引层延伸的第二光导引层；以及
与所述第二光导引层光学连通的至少一个IR光源，其中所述第二光导引层包含多个光转向结构，其经配置以将所述至少一个IR源发射的光重新引导到遮盖所述第一光导引层的所述第一表面的所述区域中。
26.一种感测遮盖光导引层的一或多个物体的方法，所述方法包括：
用红外IR光照射遮盖所述光导引层的第一表面的区域；
将通过所述一或多个遮盖物体反射的IR光重新引导到所述光导引层中并且朝向多个IR光传感器，其中在所述光导引层与所述多个IR光传感器之间设置掩蔽结构；
测量指示入射到所述IR光传感器上的所述IR光的一或多个信号；以及
分析所述经测量的一或多个信号以评估所述一或多个遮盖物体的位置。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述掩蔽结构包含以间隙隔开的掩蔽结构的周期性阵列。
28.根据权利要求27所述的方法，其中分析所述经测量的信号以评估所述一或多个遮盖物体的位置包含：
识别在所述经测量的一或多个信号中局部极大值的位置；以及
基于延伸穿过所述局部极大值的所述位置及所述间隙中的一者的中心的投射评估所述一或多个遮盖物体中的一者的位置。
29.根据权利要求27所述的方法，其中分析所述经测量的信号以评估所述一或多个遮盖物体的位置包含生成一或多个遮盖物体的所述位置的概率图。
30.根据权利要求26到29中任一权利要求所述的方法，其中照射遮盖所述光导引层的第一表面的所述区域包含用经调制IR光照射所述区域。
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