CN107111410A - 包括热镜的显示器 - Google Patents

Abstract

一种装置包括显示堆叠，显示堆叠包括至少一个层以生成数字显示图像。前部堆叠包括位置编码对比层以响应于应用到位置编码对比层的非可见光而提供光图案。所述光图案对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码。热镜反射应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光并且对于从显示堆叠生成的可见光是光学透明的。

Description

包括热镜的显示器

背景技术

计算机显示技术可以包括可变机械尺寸，诸如显示器的厚度，连同显示器的变化的外形尺寸。除向用户提供输出之外，许多显示器现在与兼容设备一起供应，兼容设备诸如数字笔，其允许用户不仅选择显示器上的项目，而且还记录关于显示器上的给定位置的数据，诸如向出现在显示器上的输出应用数字签名。在给定几乎没有限制的形式和尺寸的显示技术的情况下，已经变成挑战的是，使得能够普遍地实现如数字笔这样的技术，因为显示器本身的配置可能显著地变化。

附图说明

图1图示了依照本文公开的原理的显示系统的示例。

图2图示了示例图，其图示了依照本文公开的原理的促进来自显示器的位置编码光学信息的接收而同时对于从显示器生成的可见信息光学透明的热镜属性。

图3A、3B和3C图示了依照本文公开的原理的显示装置的示例，其包括热镜以促进位置编码光学信息的接收。

图4图示了依照本文公开的原理的显示系统的示例，其中热镜定位在显示装置的显示堆叠内。

图5图示了依照本文公开的原理的示例显示系统，其中热镜定位在显示装置的前部堆叠内。

图6图示了依照本文公开的原理的示例显示系统，其中位置编码光学元件沉积在定位于显示装置的前部堆叠内的热镜上。

图7图示了依照本文公开的原理的位置编码光学元件的图案的示例。

图8图示了依照本文公开的原理的对编码图案的位置进行解码的分析仪以及位置编码光学元件的圆偏振图案的示例。

图9图示了依照本文公开的原理的检测来自显示器的位置编码光学信息的方法的示例。

具体实施方式

本公开涉及显示装置以及相关系统和方法。本公开展现了热镜的使用可以促进与显示器相关联的位置编码空间信息的接收，其中可以对空间信息进行解码以确定数字笔相对于显示器的位置和移动。显示装置可以包括显示堆叠，其具有至少一个层以生成数字显示图像。显示堆叠典型地包括多个层，诸如包括液晶显示器，例如以生成显示图像。装置可以包括位置编码对比层以提供来自显示器的位置编码空间信息。

位置编码对比层可以包括位置编码光学元件，以响应于应用到位置编码对比层的非可见光而提供光图案(例如，偏振编码图案、近IR反射/吸收图案)。光图案对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码。热镜可以定位在装置中以便反射应用于位置编码对比层的非可见光，并且对于从显示堆叠生成的可见光是光学透明的。热镜可以定位在例如前部堆叠或者显示堆叠中。如本文中使用的，术语“热镜”是指在两个不同波长频谱或带处具有显著不同的反射或透射属性的反射镜。例如，热镜可以准许可见波长范围中的光的透射并且对于非可见光(例如，在IR波长范围中)是反射的。

位置编码光学元件可以作为位置编码对比层的部分定位在前部堆叠中或者可以设置在热镜本身上。位置编码对比层可以经由诸如来自例如数字笔的非可见光源(近红外)进行光照。在光照时，位置编码对比层将编码数据返回到该源，其中可以对编码数据解码以确定笔的位置和运动。

热镜可以服务用于显示装置的多个功能。在一个示例功能中，热镜将应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光反射回到源。来自热镜的反射可以增加对比层的背景区域和位置编码光学元件之间的对比。由于热镜可以定位在显示堆叠前方，所以热镜的另一个示例功能是对于从显示堆叠生成的可见光是光学透明的，以便不干扰所生成的显示图像(在可见频谱中)。

图1图示了依照本文公开的原理的系统100的示例，系统100包括显示装置110和光源，诸如在数字笔140中实现。显示装置110可以包括显示堆叠120，其具有被示出为层1到N的至少一个层以生成数字显示图像，其中N为正整数。显示堆叠120i包括在可见光频谱中生成显示图像的层的布置。显示堆叠120典型地包括多个层，诸如包括例如液晶显示器或发光二极管(LED)显示器。显示堆叠120中的其它示例层可以包括反射膜、背光层、光扩散器膜、光偏振器膜、滤色器膜、以及例如在显示堆叠中将相应层结合在一起的光学上清澈的粘合剂(OCA)。

作为举例，显示装置110可以包括前部堆叠130，其包括位置编码对比层134。位置编码对比层134可以设置在衬底上。衬底可以是光学透明薄膜或层以反射非可见光但是对于可见光是光学透射的。位置编码对比层134可以包括位置编码光学元件ELE 1、ELE 2到ELE M，其中M为正整数。在对比层134的示例位置136处示出的背景区域可以针对来自位置编码光学元件的偏振图案(或者当采用吸附点图案时，非近IR吸附)被不同地编码，以响应于从数字笔140生成的非可见光而提供光学元件和背景区域之间的对比。如本文中使用的，术语背景区域是指在空间中没有被本文形成的位置编码光学元件ELE 1到ELE M占据的位置编码对比层134的任何部分。来自数字笔140的非可见光包括红外(IR)光(例如，大约750到1000纳米波长)。

在一个编码示例中，位置编码光学元件ELE 1、ELE 2到ELE M可以偏振成给定偏振状态(例如，右手圆偏振)。背景区域136可以偏振成与位置编码光学元件不同的偏振状态(例如，左手圆偏振)，其中偏振状态中的差异提供从显示器提供的光图案中的对比，所述对比可以用于检测数字笔140的空间位置。在另一个示例中，位置编码光学元件ELE 1到ELE M可以是近IR吸附图案，并且背景区域136可以是非近IR吸附区域，以便根据元件和背景区域之间的吸附光学特性中的差异来提供从显示器提供的光图案中的对比。在这些示例中的每一个中，位置编码光学元件ELE 1到ELE M和背景区域136对于来自显示器的可见光可以是光学透明的。而且，在一些示例中，位置编码光学元件ELE 1到ELEM可以设置在对比层134相对于从数字笔140接收的近IR光的方向的前侧或后侧。

在一些示例中，数字笔140(关于以下图7图示)包括选通红外光源(例如，在相应占空比和频率处选通)以向显示器生成非可见入射光。例如，从数字笔140接收的非可见光可以在光学上受位置编码对比层134影响(例如，偏振、反射或吸收)以生成反射光的输出图案，所述输出图案被编码以指示数字笔140在其朝向显示装置110指向时的位置和/或移动。

作为举例，光学检测器(诸如数字笔140中的CMOS成像仪或CCD成像仪或传感器(未示出))然后可以从显示器接收非可见光的图案并且基于所接收的光图案来确定笔的位置和/或移动的指示。如本文中所公开的，从显示器提供的非可见光的图案表示由位置编码光学元件和背景区域136实现的特性之间的对比。例如，位置编码光学元件ELE 1到ELE M可以反射非可见光(例如，近IR光)，并且背景区域136可以对于非可见光是非吸附的，其中背景区域的非吸收和元件吸收之间的差异对空间图案进行编码。

在又一个示例中，位置编码对比层134可以包括不同偏振编码图案，使得来自显示器的非可见光包括不同偏振状态的图案，所述图案对用于数字笔140的空间信息进行编码。如本文中使用的，空间信息限定数字笔140相对于显示堆叠120的位置，使得编码图案的图像可以由一个或多个处理器分析以确定对应于承载编码图案的前部显示器的二维坐标系统中的笔的位置。在这样的示例中，位置编码光学元件ELE 1到ELE M可以在一个方向上图案化为圆形偏振图案(例如，1/4波长延迟)并且背景区域136在相反方向上以圆偏振图案偏振。数字笔140中的偏振器分析仪(未示出)可以根据位置编码光学元件和背景区域136的偏振状态，来在提供在非可见光图案中的不同(例如，相反)偏振的光之间进行区分。

热镜150可以反射应用于前部堆叠130的位置编码对比层134的非可见光并且对于从显示堆叠生成的可见光是光学透明的。例如，热镜150可以构造为电介质镜(例如，作为二色性滤波器操作的涂层)以朝向诸如数字笔140之类的光源反射回红外光，而同时并发地允许可见光穿过热镜，诸如包括从显示堆叠120生成的显示图像。一个或多个热镜150可以在预确定的入射角(例如，在大约0和45度之间变化)处插入显示堆叠中。例如，由热镜150反射的非可见波长的范围可以从大约700到1250纳米。热镜150可以透射范围从大约390-700纳米的波长。

如在图1的示例中所示，显示图像从显示堆叠120透射通过热镜150并且对于显示装置110的输出处的用户可见。可以采用热镜150以通过增加在数字笔140处接收的非可见(例如，IR)光的量来增加位置编码光学元件134与其相关联的背景区域136之间的对比。通过增加非可见光的量(例如，来自用于偏振图案的位置编码光学元件或背景区域，或者来自用于吸附点图案的位置编码光学元件)，数字笔140可以接收具有较高信噪比(SNR)(例如，位置编码光学元件和背景之间的较大对比差异，从而引起较高SNR)的较强信号并且由此对该较强信号解码。

位置编码对比层134可以定位在前部堆叠130中，诸如在图1中所示。例如，位置编码对比层134可以形成在前部堆叠中的衬底层上，以提供用于提供光图案的期望光学特性来编码用于显示器的表面的空间信息。在其它示例中，位置编码对比层134(例如，近IR吸附位置编码光学元件)可以设置在热镜150本身上(例如，印刷/沉积在热镜上的近IR图案)，其中热镜动作作为背景区域136进行操作。例如，位置编码光学元件可以设置在热镜150的表面上并且吸收来自非可见光源(近红外)的近IR辐射。

热镜150可以定位在前部堆叠130中，在显示堆叠120中，或者是在前部堆叠和显示堆叠之间的分离层，诸如在图1中所示。响应于由非可见光源(诸如数字笔140)光照，位置编码对比层134在反射到检测器的光学光图案中提供编码空间数据，其中所述编码空间数据可以被解码以确定数字笔140相对于显示装置110的空间位置和/或移动，诸如例如记录数字签名。

作为另外的举例，热镜150可以实现至少两种类型的反射图案，其可以用于从位置编码对比层134获取编码信息。在一个示例中，可以采用镜面反射；然而，镜面反射相对于数字笔140关于显示装置110的取向而言是角度相关的。尽管可以采用镜面热镜150，但是取决于数字笔140的角度取向，可能接收较少反射光。

在另一个示例中，热镜150可以提供用于预确定的非可见波长频谱的漫反射图案。在漫反射的情况下，热镜150在大分布图案之上均匀地扩散反射，所述大分布图案最小化在关于显示装置110的笔取向上的相关性。因而，在一些示例中，热镜150可以跨大约725到大约1000nm波长的近IR范围提供漫发射。还可以通过控制热镜150的参数(例如，厚度和材料参数)将热镜150调谐到特定近IR波长(例如，大概750nm、950nm等等)。

扩散热镜可以是基于具有工程化反射取向分布(例如，扩散、回反射、各项同性)的塑料膜上的微结构化折射性表面形貌，并且提供选择性波长光反射特性。一个示例包括全息光扩散器，用于产生小型但是高度散射(扩散)反射或回溯反射(在笔后面)，或者针对可见和近IR光二者的反射模态二者的组合。该反射微结构然后可以以二色性方式涂敷有层堆叠，所述层堆叠调谐为在期望的所选近IR波长(例如，大约850nm)处高度反射。这将维持可见光频谱中的清楚可见性(例如，防眩光膜外观)而同时影响近IR中的高散射/扩散反射。这样的热镜的示例供应商包括加拿大托兰斯的Luminit公司。一些镜面和扩散热镜的其它示例将在本文中关于图3A-3C来图示和描述。

图2图示了依照本文公开的原理的示例图200，其图示了促进来自显示器的位置编码光学信息的接收而同时对于从显示器生成的可见信息光学透明的热镜属性。该图200图示了示例热镜的光学透射质量，诸如以上关于图1所述。图200的竖直轴表示穿过热镜的光的百分比。水平轴表示从左边的400纳米到右边的1000纳米的光波长。如由箭头210所示，从可见频谱的大约400纳米到大约700纳米，热镜透射特性是使频谱的可见部分(例如，从大约400nm到大约725nm)的大约100％穿过。在220处示出并且表示红外频谱的开始的水平轴上的大约750纳米处，热镜变成反射的，并且因而，在大约750纳米及以上处，基本上没有光穿过热镜。

图3A、3B和3C图示了依照本文公开的原理的热镜的一些示例配置，该热镜促进来自显示器的位置编码光学信息的接收(例如，在图1的数字笔140处)而同时对于从显示器生成的可见信息是光学透明的。在图3A的示例中，显示装置300包括前部堆叠314和显示堆叠316。在该示例中，可以采用镜面材料热镜318。尽管在前部堆叠314和显示堆叠316之间示出，但是热镜318可替换地可以定位在前部堆叠或显示堆叠中的任一个内。镜面热镜318可以提供为薄塑料膜并且从供应商可获得，供应商诸如例如明尼苏达圣保罗的3M或者加利福尼亚圣罗莎的Deposition Sciences Incorporated(DSI)。这样的镜面热镜膜典型地真空溅射为反射较长波长光，诸如在例如近红外频谱中的那些。

在图3B的示例中，显示装置320包括前部堆叠324和显示堆叠326。在该示例中，可以采用等离子体金属(例如，银或金)纳米颗粒材料热镜328(还称为等离子体材料热镜或膜)。尽管在前部堆叠324和显示堆叠326之间示出，但是热镜328可以定位在前部堆叠或显示堆叠中的任一个内。等离子体材料热镜328是针对近IR的扩散反射镜，并且具有以平面方式涂敷到它们表面上的特定直径与厚度比的金属化纳米颗粒，以引起来自撞击它们的光的颗粒调谐波长的等离子体共振。该等离子体共振然后以散射和反射方式在光照源(例如，数字笔)的一般方向上再发射光。用于等离子体材料热镜328的示例供应商是Fujifilm。

对于其中热镜328包括等离子体纳米颗粒的示例，适当大小、形状、材料和结合剂的纳米颗粒可以调谐成特定近IR波长，使得它们将散射撞击膜的经调谐近IR辐照的较大部分。该纳米颗粒膜在可见光频谱中可以基本上透明。例如，膜可以从针对大约850nm处的等离子体共振而调谐的纳米小板银颗粒来构造。以随机取向悬浮在清澈结合剂材料内并且具有大概10∶1的小板纵横比(例如，大约120nm的直径和大约12nm的厚度)的银纳米小板可以在大约850nm处产生这种类型的扩散近IR散射的反射。

在可替换示例中，等离子体颗粒扩散热镜328可以并入悬浮在清澈(例如，光学透明)结合剂中的球形纳米颗粒。这可以包括使用大概230nm直径的固体银纳米颗粒，所述固体银纳米颗粒例如分布在沉积在薄光学清澈塑料膜上的平面层中的清澈结合剂中以提供用于热镜的大约850nm散射。根据应用要求，这样的纳米颗粒的加载可以调谐至均衡可见光透射(例如，通过包括较少纳米颗粒)和近IR散射反射(例如，通过包括较多纳米颗粒)的属性的水平。

用于控制热镜属性的示例纳米颗粒尺寸包括具有大概230nm直径的固体银纳米颗粒。在另一个示例中，可以采用二氧化硅核/银壳纳米壳，其具有带20nm厚度壳的大概170nm直径的核。在又一个示例中，可以采用直径中大概120nm处的银纳米板。固体金纳米颗粒可以在直径中大概230nm处产生，并且针对其它示例可以采用具有大约150nm直径的核和大约15nm厚度壳的二氧化硅核/金壳纳米壳。

在图3C的示例中，显示装置300包括前部堆叠334和显示堆叠336。在该示例中，可以采用基于有机膜的散射反射交互材料热镜338(还称为有机材料热镜)。尽管在前部堆叠336和显示堆叠338之间示出，但是热镜338可以定位在前部堆叠或显示堆叠中的任一个内。有机材料热镜338是热镜材料的另一示例，其在光照源的一般方向上以散射和反射方式再发射光。用于有机材料热镜338的示例供应商是Fujifilm，其制造在产品名WAVISTA之下商业可获得的材料。

图4图示了包括显示装置402和数字笔404的示例系统400。在该示例中，依照本文公开的原理，热镜406定位在显示装置402的显示堆叠408内。在该示例中，显示堆叠408可以包括跟随有背光层412(例如，光纤或LED背光)的反射膜层410。光扩散器膜层414跟随在背光层412之后并且线性偏振器膜层416跟随在光扩散器膜层414之后。提供图像生成层418以从显示堆叠408生成数字图像。图像生成层418可以是液晶模块。在其它示例中，图像生成层418可以可替换地为LED模块或等离子体显示模块，例如以生成数字图像。滤色器膜420可以跟随在图像生成层418之后，热镜406继而可以跟随在滤色器膜420之后。

线性偏振器滤波器422可以跟随在热镜406之后以提供明亮度控制。热镜406可以可替换地向示例显示装置402中描绘的示例位置放置的左边或右边定位一个或多个层。前部玻璃(或塑料)层424可以提供为显示堆叠408的最外层。前部堆叠430包括位置编码层432。位置编码层432可以包括可替换编码图案。在一个示例中，编码图案可以包括近IR吸附图案(例如，沉积在膜上的近IR墨点)，其在下文关于图7描述。在另一个示例中，编码图案可以包括偏振编码图案(例如，在750纳米处延迟1/4波长的膜图案延迟器)，诸如在下文关于图8所述的。前部堆叠430还可以包括触摸传感器434以提供用户输入能力。触摸传感器434可以不存在于其它示例中。触摸传感器434可以被显示覆盖透镜所覆盖，所述显示覆盖透镜可以例如由塑料或玻璃制成。

取决于显示装置402的位置编码光学元件是否采用近IR编码或偏振编码，数字笔404可以包括不同层。在任一个示例中，数字笔404包括一个或多个笔电路440。笔电路440可以包括处理器电路和软件以使得能够实现对由数字笔404检测到的位置编码光学元件的解码。笔电路440可以包括LED同步电路(例如，选通IR LED的占空比和频率)、用于经解码笔数据的数字封装和解码的存储器、以及关于从显示装置402接收的位置编码光学元件操作笔的其它软件模块。来自笔电路440的输出可以经由物理或无线连接(例如，蓝牙)442发送给操作显示装置402的计算机(未示出)，其中可以记录由数字笔404检测到的笔移动并且将所述笔移动与相应显示图像和应用集成在一起。

从显示装置402接收的位置编码光学数据由电子成像仪446(例如，CCD传感器、CMOS传感器等)数字化。成像透镜450可以布置在电子成像仪446前面。可以为近IR编码系统提供长通近IR滤波器454。该滤波器454可以或者可以不为如在本文中所述的偏振编码系统所包括。提供脉动(还称为选通)LED456以激发显示装置402的位置编码光学元件。LED可以生成例如在大约750纳米处的光(或其它非可见光)，并且在给定占空比和频率处关断和接通(例如，选通)。

可以控制LED 456来以大约与电子成像仪446捕获数字信息的相同速率来选通，电子成像仪446捕获数字信息可以处于例如从大约70到大约120赫兹(Hz)的速率。成像仪446的帧持续时间或周期可以处于大约100Hz。在例如相应成像仪帧周期期间，LED选通持续时间可以在数十到数百微秒的量级。这具有以下效果：当数字笔404跨显示装置402移动时，冻结位置编码光学元件的图像(例如，背景层上的编码点)。该冻结效果表现得像是停止-运动照片应用中的闪光灯泡，并且促进准确地捕获从显示装置402接收的编码数据，即便笔以快速方式跨显示器移动也是如此。圆偏振器分析仪458可以为偏振编码系统所包括，所述偏振编码系统在下文关于图8描述。

在一些示例中，数字笔404还可以包括全息扩散器460以增加光源456的透射效率。全息扩散器460具有扩散或者散射来自LED 456的光的效果，这促进使扩散光从显示装置402和热镜406反射回到数字笔。全息扩散器460减轻热镜406的角度敏感度，诸如来自不反射基本上扩散图案的镜面热镜的角度敏感度。通过在数字笔404处扩散LED光，可以减轻数字笔的角度敏感度，诸如当镜面(或扩散)热镜供显示装置402所采用时。

图5图示了依照本文公开的原理的包括显示装置502和数字笔504的示例系统500。在图5的示例中，热镜506定位在显示装置502的前部堆叠内。在该示例中，显示堆叠508可以包括跟随有背光层512(例如，光纤背光)的反射膜层510。光扩散器膜层514跟随在背光层512之后，并且线性偏振器膜层516跟随在光扩散器膜层514之后。提供数字图像生成模块518以从显示堆叠508生成数字图像。数字图像生成模块518可以实现为液晶模块518。在其它示例中，数字图像生成模块518可以可替换地为例如LED模块或者等离子体显示模块。滤色器膜520可以跟随在液晶模块518之后，线性偏振器滤波器522继而可以跟随在滤色器膜520之后以提供明亮度控制。前部玻璃(或塑料)层524可以提供为显示堆叠508的最外层。

在图5的示例中，前部堆叠530包括热镜506，线性偏振器滤波器531可以跟随在热镜506之后，位置编码层532继而可以跟随在线性偏振器滤波器531之后。位置编码层532可以包括偏振编码图案(例如，在750纳米处延迟1/4波长的膜图案延迟器)，其在下文关于图8描述。热镜506可以包括等离子体纳米材料，例如诸如以上关于图3所述的。前部堆叠530还可以包括触摸传感器534以提供用户输入能力。触摸传感器534可以不存在于其它示例中。触摸传感器534可以被显示覆盖透镜536覆盖，显示覆盖透镜536可以例如由塑料或玻璃制成。

数字笔504包括一个或多个笔电路540。笔电路540可以包括处理器电路和软件以使得能够实现对从数字笔504检测到的显示装置接收的光图案中的位置编码信息的解码。笔电路540可以包括LED同步电路(例如，选通IR LED的占空比和频率)、用于经解码笔数据的数字封装和解码的存储器、以及关于从显示装置502接收的位置编码光学元件操作笔的其它软件模块。来自笔电路540的输出可以经由物理或无线连接(例如，蓝牙)542发送给操作显示装置502的计算机(未示出)，其中可以记录由数字笔504检测到的笔移动并且将所述笔移动与相应显示应用集成在一起。

从显示装置502接收的位置编码光学数据由电子成像仪546(例如，CCD传感器、CMOS传感器等)数字化。成像透镜550可以在电子成像仪546前面。可以提供长通近IR滤波器554。该滤波器554可以或者可以不为如本文中描述的偏振编码系统所包括。提供脉动(还称为选通)LED 556以激发显示装置502的位置编码光学元件。LED可以例如是750纳米波长并且在给定占空比和频率处关断和接通。

可以以与电子成像仪546捕获数字信息的相同速率来选通LED 556，电子成像仪546捕获数字信息可以处于例如从大约70到大约120赫兹(Hz)的速率。成像仪546的帧持续时间或周期典型地处于100Hz。在例如相应成像仪帧周期期间，LED选通持续时间可以在数十到数百微秒的量级。这具有以下效果：当数字笔504跨显示装置502移动时，冻结位置编码光学元件的图像(例如，点)。该冻结效果表现得像是停止-运动照片应用中的闪光灯泡，并且促进准确地捕获从显示装置502接收的编码数据，即便笔以快速方式跨显示器移动也是如此。圆偏振器分析仪458可以为偏振编码系统所包括，所述偏振编码系统在下文关于图8描述。可以包括在数字笔504中的另一个组件是全息扩散器560。全息扩散器560具有扩散或者散射来自LED 556的光的效果，这使扩散光从显示装置502和热镜506反射回来。

图6图示了依照本文公开的原理的包括显示装置602和数字笔604的示例系统600，其中位置编码光学元件沉积在定位于显示装置的前部堆叠内的热镜606上。在该示例中，显示堆叠608可以包括跟随有背光层612(例如，光纤背光)的反射膜层610。光扩散器膜层614跟随在背光层612之后，并且线性偏振器膜层616跟随在光扩散器膜层614之后。提供液晶模块618以从显示堆叠608生成数字图像。液晶模块618可以可替换地为例如LED模块或者等离子体显示模块。滤色器膜620可以跟随在液晶模块618之后，线性偏振器滤波器622继而可以跟随在滤色器膜620之后以提供明亮度控制。光学透明材料的前部玻璃(或塑料)层624(对于可见和非可见光二者透明)可以提供为显示堆叠608的最外层。

前部堆叠630包括热镜606。在该示例中，位置编码光学元件可以作为近IR吸附点印刷或者沉积在热镜606上，其中热镜提供用于相应点的背景区域。在该示例中，热镜606可以是有机材料热镜，诸如以上关于图3所述的。前部堆叠630还可以包括触摸传感器634以提供用户输入能力。触摸传感器634可以不存在于其它示例中。触摸传感器634可以被显示覆盖透镜636覆盖，显示覆盖透镜636可以例如由塑料或玻璃制成。

数字笔604包括一个或多个笔电路640。笔电路640可以包括处理器电路和软件以使得能够实现对由数字笔604检测到的位置编码光学元件的解码。笔电路640可以包括LED同步电路(例如，选通IR LED的占空比和频率)、用于经解码笔数据的数字封装和解码的存储器、以及关于从显示装置602接收的位置编码光学元件操作笔的其它软件模块。来自笔电路640的输出可以经由物理或无线连接(例如，蓝牙)642发送给操作显示装置602的计算机(未示出)，其中由数字笔604检测到的笔移动可以被记录并且与相应显示应用集成在一起。

从显示装置602接收的位置编码光学数据由电子成像仪646(例如，CCD传感器、CMOS传感器等)数字化。成像透镜650可以在电子成像仪646前面。可以提供长通近IR滤波器654。提供脉动(还称为选通)LED 656以激发显示装置602的位置编码光学元件。LED可以是例如750纳米波长，并且在给定占空比和频率处关断和接通。

可以以大约与电子成像仪546捕获数字信息的相同速率或部分速率来选通LED656，电子成像仪546捕获数字信息可以处于例如从大约70到大约120赫兹(Hz)的速率。成像仪646的帧持续时间或周期典型地处于100Hz。在例如相应成像仪帧周期期间，LED选通持续时间可以在数十到数百微秒的量级。这具有以下效果：当数字笔604跨显示装置602移动时，冻结位置编码光学元件的图像(例如，点)。该冻结效果表现得像是停止-运动照片应用中的闪光灯泡，并且促进准确地捕获从显示装置602接收的编码数据，即便笔以快速方式跨显示器移动也是如此。可以包括在数字笔604中的另一个组件是全息扩散器660。全息扩散器660具有扩散或者散射来自LED 656的光的效果，这使扩散光从显示装置602和热镜606反射回来。

图7图示了依照本文公开的原理的位置编码光学元件的近IR位置编码图案的示例。在图7的示例中，近IR编码图案710包括近IR吸附位置编码光学元件714，其定位在非近IR吸附背景718(例如，薄膜背景区域或热镜本身)上。因而，在该示例中，当将近IR辐射应用于图案710时，元件714吸收辐射。如本文中所公开，背景718可以提供承载元件714的图案的衬底层，该层可以对于近IR辐射(以及可见频谱中的辐射)光学透射。在另一个示例中，如果元件714的图案设置在热镜本身上(所述热镜提供用于承载元件的衬底)，则热镜衬底可以是对近IR辐射反射的。所应用的近IR辐射提供背景718和元件714之间的对比，所述对比可以类似地用于例如对诸如数字笔之类的源的位置的解码。本文描述的热镜可以加强元件714和背景718之间的对比。该图案710可以提供向检测器提供的反射光中的对应图案，该对应图案源自于来自热镜的反射光和吸收光之间的对比。检测器继而可以检测反射光的图案中的差异并在差异之间进行区分以确定位置，诸如关于以上描述的数字笔的位置。在一个示例中，位置编码元件714可以是背景718(或热镜)上的点(例如，小椭圆)。基本上任何形状可以针对元件被采用(例如，圆形、方形、三角形等等)。

图8图示了依照本文公开的原理的对编码图案的位置解码的分析仪802和圆偏振位置编码图案800的示例。如本文中使用的，圆偏振图案是指提供在不同方向上偏振的图案的至少两个光学元件。例如，图案800的一个光学元件可以编码为向左1/4波长，并且图案800的另一个光学元件可以编码为向右1/4波长，诸如下文进一步描述的。图案800可以包括偏振成至少两个偏振状态之一的位置编码光学元件804以及偏振成至少两个偏振状态中的另一个的背景808。因而，图案向具有至少两个偏振状态的分析仪提供光图案，以对跨以上描述的位置编码对比层的表面的空间信息进行编码。在该示例中，图案800包括左手圆偏振位置编码光学元件804(还称为元件)，其被图案化在右手圆偏振背景808上或内。如本文中使用的，术语圆偏振可以是指应用于元件804和背景808的光的四分之一(或其它分数)波长延迟。术语左和右是指延迟的方向。在一些示例中，元件804可以是右手圆偏振，并且背景808可以是左手圆偏振。在一些示例中，相应元件804和背景808在相反方向上偏振以便提供背景和相应元件之间的对比。图案800可以提供在例如膜图案延迟器层上，诸如以上关于图4描述和图示的那样。

分析仪802(还称为圆偏振器分析仪)可以包括跟随有线性偏振器层814的1/4波长延迟器层812。如所示出，从图案800接收的圆偏振光816经由延迟器层812而转换成线性偏振光。在820处，线性偏振光818进一步经由线性偏振器814偏振成偏振输出光，所述偏振输出光后续可以经由数字笔中的图像传感器和处理器进行分析，例如以经由从圆偏振图案800接收的光来确定笔的位置和移动。

鉴于以上描述的前述结构和功能特征，参照图9将更好地领会示例方法。尽管出于解释简单的目的将方法示出和描述为顺序执行，但是要理解和领会到，方法不受所图示的次序限制，因为方法的部分可以以与本文示出和描述的不同次序发生和/或并发地发生。例如，这样的方法可以由各种组件执行以及由集成电路、计算机或者控制器执行。

图9图示了依照本文公开的原理的促进来自显示器的位置编码光学信息的检测的方法900的示例。在910处，方法900包括从显示堆叠(例如，经由图1的显示堆叠120)生成数字显示图像。在920处，方法900包括在布置于与显示堆叠相关联的前部堆叠(例如，经由图1的前部堆叠130)中的位置编码对比层处从光源接收光。位置编码对比层响应于应用到位置编码对比层的非可见光而提供光图案。光图案对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码。在930处，方法900包括经由热镜(例如，经由图1的热镜150)反射应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光，所述热镜对于从显示堆叠生成的可见光是光学透明的。方法900还可以包括对应用于位置编码对比层的从前部堆叠反射的非可见光进行解码，以确定例如数字笔的位置和移动。

以上已经描述的内容是示例。当然，不大可能描述组件或方法的每一个可预想到的组合，但是本领域普通技术人员将认识到，许多另外的组合和置换是可能的。相应地，本发明旨在涵盖落入该申请(包括随附权利要求)的范围内的所有这样的更改、修改和变型。附加地，在本公开或权利要求记载“一”、“一个”、“第一”或“另一”元件或其等同物的情况下，其应当解释为包括一个或多于一个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多这样的元件。如本文中使用的，术语“包括”意指包括但不限于，并且术语“包含”意指包含但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。

Claims (15)

1.一种装置，包括：

显示堆叠，包括至少一个层以生成数字显示图像；

前部堆叠，包括位置编码对比层以响应于应用到位置编码对比层的非可见光而提供光图案，光图案对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码；以及

热镜，用于反射应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光并且对于从显示堆叠生成的可见光是光学透明的。

2.权利要求1所述的装置，其中热镜是显示堆叠的层之一或者是前部堆叠的层。

3.权利要求1所述的装置，其中位置编码对比层还包括位置编码光学元件和背景区域以对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码，并且其中前部堆叠还包括具有设置在其上的位置编码光学元件的热镜。

4.权利要求1所述的装置，其中热镜包括至少一个层以生成应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光的扩散反射。

5.权利要求1所述的装置，其中所述至少一个层包括等离子体金属颗粒材料以生成应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光的扩散反射。

6.权利要求4所述的装置，其中所述至少一个层包括有机散射反射交互材料以生成应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光的扩散反射。

7.权利要求1所述的装置，其中位置编码对比层还包括位置编码光学元件和背景区域以对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码，位置编码光学元件包括近IR吸附材料并且背景区域包括非近IR吸附材料，以对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码。

8.权利要求1所述的装置，其中位置编码对比层包括偏振成至少两个偏振状态之一的位置编码光学元件以及偏振成所述至少两个偏振状态中的另一个的背景区域，以提供具有所述至少两个偏振状态的光图案来对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码。

9.一种系统，包括：

显示堆叠，包括至少一个层以生成数字显示图像；

前部堆叠，包括位置编码对比层以响应于应用到位置编码对比层的非可见光而提供光图案，光图案对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码；以及

热镜，用于反射应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光并且对于从显示堆叠生成的可见光是光学透明的；以及

光学源，用于生成非可见光。

10.权利要求9所述的系统，还包括检测器以基于从热镜和位置编码对比层反射的非可见光的接收来检测光学源的位置。

11.权利要求9所述的系统，其中光学源用于提供在预确定的频率和占空比处选通的非可见光。

12.权利要求9所述的系统，还包括全息扩散器以扩散从光学源生成的非可见光。

13.权利要求9所述的系统，其中热镜包括等离子体纳米颗粒材料或者有机散射反射交互材料。

14.一种方法，包括：

从显示堆叠生成数字显示图像；

在布置于与显示堆叠相关联的前部堆叠中的位置编码对比层处从光源接收光，位置编码对比层用于响应于应用到位置编码对比层的非可见光而提供光图案，光图案对跨位置编码对比层的表面的空间信息进行编码；以及

经由热镜反射应用于前部堆叠的位置编码对比层的非可见光，所述热镜对于从显示堆叠生成的可见光是光学透明的。

15.权利要求14所述的方法，还包括对应用于位置编码对比层的从前部堆叠反射的非可见光解码，以确定非可见光的源的位置或移动中的至少一个。