TW201234236A - Interactive polarization-selective projection display - Google Patents

Description

201234236 六、發明說明： 本發明係關於下列與本發明同一天申請之美國專利申請 案（該申β青案以引用方式併入）：r interacuVe Polarization·

Preserving Projection Display」（代理人檔案號碼第 67074US002號 p 【先前技術】 市售交互式投影系統（諸如「智慧型電子白板（Smart

Board)」）通常使用手持式輸入裝置以與投影影像互動。此 等手持式輸入裝置可包含主動紅外線、超音波及/或射頻 (RF)發射器及/或接收器。此等輸入裝置係用於該裝置相對 於投影影像之定位，且亦可用以啟動一信號以使該投影影 像產生一變化。此等輸入裝置可形成（例如）一標記件或一 鋼筆之形狀》 主動輸入裝置通常可包含光產生裝置，而被動裝置則反 射或吸收別處產生之光。主動輸入裝置需要一電源供應 器，諸如一内部電池或經由一連接線輸送之電力。接線裝 置使用起來可能礙手礙腳，且電池供電裝置需要更換及/ 或再充電該電池’使主動輸入裝置不盡理想。然而，可用 的主動裝置可提供明確強烈的輸入資訊，而簡單的被動裝 置可遭受環境信號干擾，遮蔽所要輸入信號。 【發明内容】 本發明大致上係關於光學裝置，諸如交互式顯示.器且 特疋。之’係關於具有被動輸入裝置之交互式投影顯示 器。在-態樣中，本發明提供一種交互式顯示器，該交互 160051.doc 201234236 式顯示器包含-極化選擇性螢幕，該極化選擇性勞幕經安 置以反射具有一第一極仆古他 極化方向之一第一入射光線並吸收具 有第一極化方向之一第二入射光線。該交互式顯示器進 -步包含顯示於該極化選擇性榮幕上之—可見光影像。該 交互式顯示器還進-步包含—極化紅外線⑽光源，該極 化紅外線光源能夠用—極化IR光束照明該極化選擇性榮 幕；及一IR感測器，該IR感測器經安置以截取該極化汛光 束之一反射部分。 在另一態樣中，本發明提供一種交互式顯示器，該交互 式顯不器包含一極化選擇性螢幕，該極化選擇性螢幕經安 置以反射具有一第一極化方向之一第一入射光線並吸收具 有一第二極化方向之一第二入射光線。該交互式顯示器進 一步包含顯示於該極化選擇性螢幕上之一可見光影像。該 交互式顯示器還進一步包含一極化紅外線（IR)光源，該極 化紅外線光源能夠用一極化IR光束照明該極化選擇性螢 幕；及至少一 IR感測器，該IR感測器經安置以截取該極化 IR光束之複數個反射部分。 在又另一態樣中，本發明提供一種交互式投影系統，該 交互式投影系統包含一極化選擇性反射螢幕。該交互式投 影系統進一步包含經組態以在該極化選擇性反射榮幕上顯 示一影像之一可見光投影機。該交互式投影系統還進一步 包含一極化紅外線（IR)光源，該極化紅外線光源能夠用— 極化IR光束照明該極化選擇性反射螢幕；及至少一 IR感測 器，該IR感測器經安置以截取該極化IR光束之複數個反射 160051.doc 201234236 部分。 在又另一態樣令，本發明提供一種交互式成像系統，該 父互式成像系統包含一極化紅外線（IR)光源，該極化紅外

線（IR)光源能夠用一極化IR光束照明一區域；及至少一 IR 感測器，該至少一 IR感測器經安置以截取該極化IR光束之 複數個反射部分。 上述發明内容並非意欲描述本發明之每一揭示之實施例 或所有實施方案《更特定言之，下文圖式及實施方式例證 闡釋性實施例。 【實施方式】 貫穿本說明書參考隨附圖式，其中相同參考數字指定相 同元件β 該等圖式無須按比例繪製。該等圖式中使用之相同數字 才曰相同組件。然而，應瞭解的是，一給定圖式中指一組件 之一數字之使用並非意欲限制另一圖式中用相同數字標明 之組件。 本發明提供一種被動交互式輸入裝置，本文稱為一「標 記件」，該被動交互式輸入裝置具有克服_交互式顯示器 (諸如一交互式投影顯示器）中之不確定的環境干擾信號的 能力。在一特定實施例中，描述一被動交互式輸入裝置或 標記件連同-經適當設計之投影及❹_^統可克服減小與 該投影影像之有效互動之假的環境干擾信號。 極化紅外線（IR)照明及極化控制回反射器可用以增加被 動交互式感測之穩定性。能夠反射一極化方向並透射(或 160051.doc • 6 - 201234236 替代地’吸收）正交極化方向之極化選擇性螢幕可進一步 改良該標記件及可自該標記件之動作感測之示意動作之靈 敏度及穩定性。被動交互式示意動作感測可與影像投影機 並行使用，或亦可整合至此等投影機中。在一特定實施例 中，被動交互式示意動作感測可整合至小型投影機中，例 如’袖珍投影機、微型投影機或迷你投影機，諸如購自 3M公司之MPro系列的 Micro Professional Projector。 圖1展示根據本發明之一態樣之一交互式顯示器100之一 截面示意圖。交互式顯示器1〇〇包含一投影螢幕11〇，該投 影螢幕110具有藉由一影像投影機120投影於其上之一可見 光影像125。安置一極化紅外線（IR)光源140，使得該極化 紅外線光源140能夠在一 IR照明區域143中用IR光線142照 明該投影螢幕110。如別處所描述，該等IR光線142用以提 供和該影像投影機120與該可見光影像125之互動性。在一 些情況中，該IR照明區域143可大於如圖1所示之可見光影 像125，使得一 IR照明邊緣區域145超出該可見光影像 125 »在一些情況中，該ir照明區域143反而可限於小於該 可見光影像125之一區域，或在一些情況中，甚至可延伸 超過該投影營幕11〇(未展示）》

在一些情況中，如熟習此項技術者熟知，該極化IR光源 140可為複數個ir源之一者，該複數個爪源可各自獨立地 定址’且能夠發射具有不同極化狀態或甚至不同IR波長之 IR光。每一極化IR光源丨40可（例如）包含以下至少一者：一 極化片，其透射一極化狀態並阻斷其他極化狀態；或一 IR 160051 .doc 201234236 滤波器’其透射一 IR波長範圍並阻斷其他IR波長。 在一特定實施例中’該投影螢幕丨10可為一極化選擇性 螢幕’該極化選擇性螢幕能夠反射具有一第一極化方向之 光線並透射或吸收具有一第二（或正交）極化方向ι〇5之光 線。如下文所描述’極化選擇性螢幕就此可對準於該第二 極化方向105 ’使得具有此第二極化方向ι〇5之入射光被吸 收。 圖2展示根據本發明之一態樣之一投影螢幕2〇〇(諸如一 極化選擇性投影螢幕2 1 〇)之一截面示意圖。一光源220引 導一第一光線222朝向該極化選擇性投影螢幕21.0 ^第一光 線222可為未極化光或其可為極化光。一般而言，第一光 線222可包含具有一第一極化方向224及/或一第二極化方 向226之光。 極化選擇性投影螢幕210包含一反射極化片膜214，該反 射極化片膜214以一極化方向205定向，使得自該反射極化 片膜214反射具有該第一極化方向224之入射光線，且具有 該第二極化方向226之入射光線透射通過該反射極化片膜 214。在一些情況中，極化選擇性投影螢幕210可包含多層 極化選擇性螢幕，諸如（例如）美國專利第6,381,068號 (Harada等人）中描述之多層極化選擇性螢幕。 在一特定實施例中，該極化方向205展示為定向垂直於 (即，進入紙中）圖2中所示之示意圖，且具有該第二極化方 向226之光可為（例如）P極化光226。在此實施例中，p極化 光226透射通過反射極化片膜214，且自反射極化片膜214

160051.doc S 201234236 反射s極化光224作為反射S極化光228。在一些情況中，該 第一及該第二極化方向可分別為（例如）p極化光及s極化 光。在一些情況中，該第一及該第二極化方向可為（例如） 右圓極化光及左圓極化光。在一些情況中，該圓極化光可 具有諸如右橢圓極化光及左橢圓極化光之一更一般命名。 在一些情況中’極化選擇性投影螢幕210可進一步包含 若干可選擇層’諸如（例如）美國專利第6,381，068號（Harada 等人）中描述之可選擇層。該等可選擇層可包含（例如）一可 選擇光漫射層212及一可選擇光吸收層216。在此情況中， 藉由可.選擇光吸收層216吸收透射通過反射極化片膜214之 P極化光226。 現在返回圖1，該交互式顯示器100進一步包含可提供和 該可見光影像1 2 5與該影像投影機12 〇之互動性之一標記件 130 °該標記件130可安置於適合截取自該極化IR光源14〇 放射之一入射IR光線144之任何地方。該標記件130截取並 反射該等入射IR光線i42之至少一部分（諸如該入射IR光線 144) °接著引導一經反射之IR光線146至經安置以截取該 經反射之1R光線146之一 IR感測器150。該IR感測器15〇可 為（例如）能夠載取用IR照明區域143自若干位置反射之汛光 之一 照相機。在一些情況中，該IR感測器1 5〇能夠指派 一（可能唯一）位置給該IR照明區域内之任何反射標記件。 如圖1中所示，可將該標記件130放置在距離該投影發幕 U〇之一距離「D」處’使得可在實際上該標記件13〇未與 該螢幕接觸之情況下發生互動。在一特定實施例中，可切 160051.doc -9- 201234236 換该可見光投影機120以在互動功能期間依一「固定焦 距J模式操作’使得視域内之標記件13〇之存在（或，替代 地’視域中使用者之存在）不影響可見光影像125之焦距。 在一些情況中，如熟習此項技術者所熟知，該IR感測器 150可為複數個IR感測器之一者，該複數個瓜感測器各自 可獨立定址並針對不同的極化狀態或甚至不同的IR波長調 ^ 每IR感測15〇可（例如）包含以下至少一者：一極化 片（例如，一極化分析器），其透射一極化狀態至該感測器 並阻斷其他極化狀態；或一IR濾波器，其透射一 IR波長範 圍並阻斷其他IR波長。在此等情況中，藉由使用多個輸入 裝置（或標記件）及針對特定極化或波長調諧之感測器，可 同時及/或唯一地識別在相同可見光影像上的多個交互式 示意動作。 在一特定實施例中，該極化IR光源140可經組態以發射 具有該第一極化方向（例如’圖2中之224)、該第二極化方 向（例如，圖2中之226)或該第一極化方向224與該第二極化 方向226之一組合（即，橢圓極化）之光。在一些情況中，較 佳地可組態該極化IR光源14〇以僅發射該第二極化方向 226，使得僅吸收該投影螢幕11〇上入射之爪光線142，而 非自該螢幕反射該等IR光線142。在此情況中，該IR感測 器1 50將不偵測任何IR光線，除非放置該標記件丨3〇以反射 IR光線146至該IR感測器150。 該經反射之IR光線146係一位置指示光束，該位置指示 光束識別該標記件13 0在該IR照明區域143内之位置以及該

160051.doc •10· S 201234236 標記件130在該可見光影像125内之一影像位置135。在一 特定實施例中’該可見光源將一可見光位置光線〗3 4投影 至該標記件130上，接著將該標記件13〇之一陰影（即，影 像位置135)投射在該可見光影像125上。在一些情況中， 可能存在可用以在該可見光影像125内產生一個以上影像 位置135之一個以上標記件13〇(例如，所謂的r多點觸 控」交互式螢幕）。 該標記件130可包含具有可用以（可能唯一地）識別該標 記件130及該標記件130在該IR照明區域143中之位置之特 性之多種反射器。在一特定實施例中，該標記件丨3 〇可包 含一反射器’諸如一鏡面反射器（例如，一金屬化塗層或 一多層光學膜）、一回反射器（例如，一立方角回反射器或 一金屬化珠面回反射器）、一漫反射體（例如，一珠面反射 .器）或其等之一組合。在一特定實施例中，該標記件丨3 〇可 包含一極化保持反射器（例如，一金屬化珠面回反射器）、 一極化旋轉反射器（例如’包含光路徑上之一阻滯器之一 金屬化珠面回反射器）、一極化隨機反射器（例如，一立方 角回反射器或一珠面反射器）或其等之一組合。 在一特定實施例中’該標記件130可包含安置於該標記 件130之不同表面上之一種以上類型的反射器以取決於指 向該IR感測器150之表面對該可見光影像125產生不同變化 或修改。在一些情況中’例如，該標記件13〇之一第一表 面131可包含一極化保持回反射器，且該標記件13〇之一第 二表面133可包含一極化旋轉回反射器，藉由定位該第一 160051.doc -11 - 201234236 表面131產生該可見井影 斗咕 見尤影像125之一第一修改，及藉由定位 表面133產生該可見光影像⑵之-第二修改。在本 發明之別處更完整地描述適用於交互式顯示器裝置中使用 之標記件。 叙而。該影像投影機120、極化IR光源140及IR感測 器150與諸如-電腦之—影像產生裝置i5i通信。該影像產 生裝置151可回應於來自該灰感測器15〇之一感測器啟動信 號152而透過投影機信號154調整或修改該可見光影像 125 °亥衫像產生裝置15 1可替代地回應於一外部啟動信號 153而透過技影機號154調整或修改該可見光影像丨25。 在一特定實施例中，如別處所描述，照明極化狀態可與成 像感測器之積分週期同步，使得不同的照明極化狀態可與 不同的成像感測器相關聯。對準及/或校準該IR感測器1 5 〇 與該可見光影像125，使得存在該影像位置135與位置指示 光束（即’該經反射之IR光線146)之間的一對應，如別處所 描述。 如熟習此項技術者所熟知，該感測器啟動信號丨5 2及該 外部啟動信號153兩者可由多種技術產生，包含（但不限於） 一聲音信號、一電子信號 '一視覺信號、一主動IR信號、 一被動IR信號或其等之一組合。在一些情況中，例如，該 感測器啟動信號152可包含一回反射標記件130之一遮蔽或 一回反射標記件130之一旋轉，使得該回反射器選擇性地 反射極化IR光144至該IR感測器150。在一些情況中，可藉 由此一遮蔽或旋轉改變來自該標記件130之回反射狀態（例 160051.doc -12- 201234236 如，極化保持或極化隨機）。在一些情況中，可藉由顯 露、隱藏或展示一反射區域實現一被動點選。此可藉由 (例如）用一透射型液晶顯示器（LCD)面板覆蓋一回反射器 而完成。在一些情況中，該LCD上展示之一圖案可傳達 (可能唯一地）可藉由影像分析軟體解譯之點選資訊，如熟 習此項技術者所熟知。在一些情況中，可藉由阻礙裝置之 全内反射（TIR)或藉由熟習此項技術者容易明白之技術使 一回反射器反射或不反射。在一些情況中，可藉由上述提 及之技術調整反射度以提供一啟動信號。 圖3A.至圖3B展示根據本發明之一態樣之一交互式顯示 器300之一透視示意圖。圖3A至圖3B中之編號元件3〇〇至 3 50之各者對應於圖1中展示之相似編號元件1 〇〇至1 5〇，且 每一元件之描述及功能皆對應地相同。舉例而言，圖3八至 圖3B中之投影螢幕31〇對應於圖丨中之投影螢幕11〇。圖3A 展示藉由可見光源320照明之交互式顯示器3〇〇，而圖㈤展 示藉由極化IR光源340照明之交互式顯示器3〇〇。應瞭解的 疋’圖3A至圖3B之元件在該交互式顯示器3〇〇上彼此疊 加，且圖3A至圖3B僅為清楚之故被分隔為兩個圖式。 圖3八展示該交互式顯示器3〇〇之可見光影像325部分。標 §己件330可具有如先前描述之任何一般形狀，然而在圖3A 中，該標記件330展示具有一指揮筆之形狀，其具有一指 不尖端3 32。來自可見光投影機32〇之一可見光線334將一 標記件陰影335投射在可見光影像上，且包含定位於可見 光影像325内之一經選擇之標記326上方之一指示尖端陰影 160051.doc -13. 201234236 336。可見光影像325包含位於各處之若干標記323，且在 一些情況中可對應於該影像内之選擇點，諸如按紐、滑動 軸、對話方塊及類似物*在一些情況中，可移除藉由該標 記件330截取之可見光影像325(例如，截取標記件33〇之複 數個可見光線3 2 2)’使得該標記件3 3 〇上不存在任何投影 影像。若該標記件330包含使用者之身體（未展示）之部分， 則此可特別有利，因為該身體上之此投影影像可分散該可 見光影像325之觀看者之注意力。 而且可見光影像325中展示的係可用以提供一系列參考 點使得該可見光影像325及一 IR照明區域343(圖3B中展示） 變成對準之一系列基準標321，使得存在指示尖端332與該 可見光影像325之位置之間的一對應。在一特定實施例 中，該等基準標321之各者上之指示尖端陰影336之啟動可 將該可見光影像325及該IR照明區域343變成一對一對應。 而且圖3A中展示的係定位於可見光影像325外部之邊緣區 域345内之一隱藏標記327。該隱藏標記327對人眼不可 見’且藉由自相同標記件33〇iIR光之反射啟動，如別處 所描述。 圓3B展示該交互式顯示器30〇iIR照明區域343。標記件 330可具有如先前描述之任何一般形狀，然而在圖3B中， 該標記件330具有一指揮筆之形狀，其具有一指示尖端 332。該指示尖端332之位置可藉由（例如）控制該交互式顯 不器300之—電腦（未展示）判定、自藉由該IR感測器350接 收之所反射之IR光束346之圖案判定。 160051.doc -14- 201234236 來自°亥可見光投影機32〇之影像包含於圖3B中以供參考 (/主思至j該等可見光影像係藉由對應於圖3 A之一帶單引號 」數子識別）。來自該極化IR源340而照在投影螢幕3 1 〇 上之光之全部被吸收或發射、未被反射，且對人眼為不可 見。圖3B包含定位於可見光影像325，外部之邊緣區域 内之一隱藏標記327。隱藏標記327可為可用以產生額外修 改（例如，對該可見光影像325，）之邊緣區域345,内之一區域 (觀看者看不到，因為該邊緣區域中未投影任何可見光影 像）。此等額外修改可包含（但不限於）：用於包含亮度、對 比度及類似物之顯示之主控制；在投影裝置之間切換之能 力，環境控制；視訊會議控制；及類似物。 圖4展示根據本發明之一態樣之一交互式顯示器4〇〇之一 透視示意圖。圖4中之編號元件4〇〇至450之各者對應於圖1 中展示之相似的編號元件1 00至i 5〇，且每一元件之描述及 功能皆對應地相同。舉例而言，圖4中之投影螢幕41〇對應 於圖1中之投影螢幕110。 在圖4中’可見光影像425與IR照明區域443在空間上相 隔開；即，其等並非如先前所描述彼此疊加。該可見光影 像425與該IR照明區域443之空間相隔容許一使用者在未實 體位於影像投影機420與極化選擇性螢幕41〇之間之情況下 在遠端對該可見光影像425進行變化或修改。舉例而言， 當使用位於該使用者難以直接接近之一位置中之—大的可 見光影像425(諸如一大型痛報室中之一經升高之投影影像） 時’此將很有利。在此特定實施例中’ 一標記件影像4 3 5， 160051.doc 201234236 可投影於該可見光影像425申 之「陰影」。 因為未產生如先前所描述 現在將更完整地描述本文使用之標記件，該等標記件可 藉由若干不同技術操作。在—些情況中，—可控回反射器 可用作不依賴於諸如-電池之—電源供應器之便宜的交互 式裝置之一標記件。可控制該回反射器之反射狀態，使得 該回反射器可在作用中（即，「開/關」）與閒置（即，「關」） 狀態之間切換。此控制可為自-簡單反射/非反射「開/ 關」控制至區分反射形狀之更複雜制之任何控制，藉此 顯著提供更多互動性。在—些情況中，相對於與藉由該裝 置投射之陰影之互動，可在該裝置之頂部上舖上—膜而容 許一使用者與投影至該裝置上之光之存在互動。 在-特定實施例中，該等可控回反射器可藉由將瓜光反 射回到該光源而提供與顯示器之互動，但是亦可使用任何 波長的光。該等可控回反射器可為便宜互動裝置，該等互 動裝置可與切換材料之反射狀態之易開罐瓶蓋（㈣-叫大 小的裝置-樣大小。此等便宜互動裝置可特別有利地使用 於教室中及發展中國家，因為許多使用者可立即在一大型 螢幕上互動’同時降低成本。 取決於所要的互動性等級，可藉由併有可精細地控制反 射光之形狀及縱橫比之低功率電子及/或機械系統增加該 裝置之複雜性。在一些情況中，可達成大於許多主動裝置 可用之等級之一互動性等級。與主動裝置相比，此等免用 電池及/或低功率裝置可消除或減小電池更換之頻率。在 160051.doc •16· 201234236 發展中國家及教室中，沒有電池係有利的。在一些情況 中’ 一第二感測器可用以偵測三維互動，其可實現_全6 自由度（6DOF)互動性。6DOF通常可指一物件上下動作、 左右動作、前後動作、俯仰旋轉動作、偏轉旋轉動作及翻 滚旋轉動作。 在一特定實施例中’該可控回反射器可簡單地用手來回 翻轉’使得該回反射器面對該IR光源或背對該IR光源。此 切換技術可導致交互式精確度之困難（可能難以精確地指 向想要指向的地方）。可設計用於翻轉該膜而提供改良交 互式精確度之一簡單機械總成。在一些情況中，可在該回 反射器上方定位一透鏡以重新引導一些輕微偏角光以朝該 感測器回反射。此可容許使用一更小件回反射器，且舉例 而言，若在該回反射器之頂部上放置一半球型透鏡，則可 自進入該透鏡之光之幾乎任何角度發生一明亮回反射。 在一些情況中’一頂部膜可用於隱藏該裝置之内部機 構’且保護該等内部機構免受手指油污及粉塵。在一些情 况中’該頂部膜可為一可見光漫射、紅外線光透明膜如 熟習此項技術者所熟知。此一頂部膜可允許該裝置之仪部 分回反射’同時來自該投影機之可見光可在該裝置上漫 射。相對於與一陰影互動，此配置可容許一使用者血— 亮之物件互動。 該裝置之實體形狀絕無限制，且該裝置可併入（例如）一 鋼筆、一圓形裝置、一正方形裝置及類似物中。控制該回 反射器之啟動按鈕可位於方便使用者使用之任何地方，諸 160051.doc •17· 201234236 如側面、前方、後方或該裝置上之位置之任何組合。啟動 按鈕位在該裝置後方將容許一使用者推動該裝置靠抵於一 表面並控制其回反射《在一些情況中，該裝置可為一單一 立方角，該單一立方角具有控制該裝置之回反射性質之能 力，諸如調整諸側之一或多者以防止該裝置回反射，或覆 蓋該裝置之一側。 在一特定實施例中，一被動回反射裝置可包含安置於該 回反射器之表面上或其附近之一液晶顯示器（lcd)。該 LCD可控制該回反射器是否曝露於照明。在此實施例中， 該等啟動按钮可控制可在該LCD螢幕上顯示之若干形狀之 一者。該感測器可經設計以能夠偵測顏色以及形狀，且該 LCD就此可為可提供對反射之亮度之類比控制之一全彩顯 示器。若該感測器可偵測顏色及形狀，則一紅色形狀及一 綠色形狀可彼此重疊’提供更多待轉移之資訊以供該感測 器之所有讀取。玻璃珠面回反射器可用以保持自該回反射 器之表面反射之光之極化，以防止歸因於與該LCD相關聯 之一吸收極化片之存在之任何額外光損失。 在一特定實施例中，可阻礙一 TIR回反射器（即，被阻礙 的TIR或FTIR)以控制反射光形狀。該（該等）啟動按鈕可用 以機械地致動容許發生或不發生該等反射之一系統。依此 方式，除形狀及縱橫比外，一FTIR可控回反射器亦可包含 用「開/關」及灰階控制兩者進行反射率調整，可考慮到 可藉由該感測器偵測之亮度控制。在一些情況中，一電子 系統可用以控制FTIR，且容許形狀資訊及亮度之傳輸。該 I60051.doc • 18 - 201234236 電子系統可包含（例如）經電泳移動進出與TIR相關聯之漸 消失區之帶靜電顏料或染料微粒（藉此阻礙該tir),如熟 習此項技術者所熟知。 在一特定實施例中，一機械系統可用以遮掩該回反射 器’選擇性地容許該回反射器之所要區域反射。可製造一 簡單光圈該光圈允§午在藉由（例如）移動控制光之透射之 一不透明膜、門、百葉窗及類似物致動一機械控制桿時進 行反射。 在特疋實施例中’該感測器可位於該勞幕附近，以考 慮到包含對該螢幕之距離之一個三維感測之較大解析度。 在此實施例中，可使用極化漫射/保留回反射器來（例如）判 定使用者之手指彼此相對之位置，且使用電腦來判定手之 角位置。此可依極自然方式（例如，手#動作）實現大量互 動性’同時並未阻礙使用者之自然動作。所發射之光之極 化/非極化可允許區分極化保留及極化漫射回反射器。在 一些實施例中，無須控制該回反射器，因為可使用z軸（法 向於該榮幕）來致動一互動（仅丨1 互動（例如，若該回反射器遠離表面 1 2英寸以上，則省略手之叙从

于之動作）。在一些情況中，極化3D 感測系統可包含兩個或兩個w uA^ 乂两個以上變焦透鏡以輔助相對距離 之判定。 以下係本發明之實施例的列表 項目1係一交互式顯示 其經安置以反射具有一第 吸收具有一第二極化方向 器，包括：一極化選擇性螢幕， —極化方向之一第一入射光線並 之第二入射光線；一可見光影 160051.doc 201234236 像，其顯示於該極化選擇性螢幕上；一極化紅外線（IR)光 源’其能夠用一極化IR光束照明該極化選擇性螢幕；及一 IR感測器，其經安置以截取該極化IR光束之一反射部分。 項目2係項目1之交互式顯示器，其進一步包括一標記 件’該標記件經安置以反射該極化IR光束之一部分作為一 位置指示光束。 項目3係項目1或項目2之交互式顯示器，其中對準及/或 校準或IR感測器及該可見光影像’使得存在該位置指示光 束與該可見光影像之一區域之間的一對應。 項目4係項目1至項目3之交互式顯示器，其中該對應係 一種一對一對應。 項目5係項目1至項目4之交互式顯示器，其中該可見光 影像包括在該第一極化方向上極化之可見光。 項目6係項目1至項目5之交互式顯示器，其中該極化IR 光束係在該第二極化方向上極化。 項目7係項目2至項目6之交互式顯示器，其中該標記件 包括一回反射器。 項目8係項目7之交互式顯示器，其中該回反射器包括一 極化保持回反射器。 項目9係項目7之交互式顯示器’其中該回反射器包括一 極化旋轉回反射器。 項目10係項目2至項目9之交互式顯示器’其中該位置指 示光束包括經混合之極化狀態° 項目11係項目2至項目1〇之交互式顯示器，其中該標記 160051.doc -20· 201234236 件包括一漫反射體》 項目12係項目11之交互式顯示器’其中該漫反射體包括 一手指。 項目13係項目1至項目12之交互式顯示器，其中該爪感 測器對僅具有該第一極化方向、僅具有該第二極化方向或具 有該第一極化方向與該第二極化方向之一混合之讯光敏感。 項目14係項目1至項目13之交互式顯示器，其中該極化 IR光源照明該可見光影像及該可見光影像外部之一邊緣區 域之至少一者。 項目15係項目14之交互式顯示器，其進一步包括能夠基 於一啟動信號之一狀態更新該可見光影像之啟動信號。 項目16係項目14或項目15之交互式顯示器，其中藉由該 可見光影像内之啟動改變該啟動信號之狀態。 項目17係項目15或項目16之交互式顯示器，其中藉由該 邊緣區域内之啟動改變該啟動信號之狀態。 項目18係項目15至項目17之交互式顯示器，其中該啟動 信號包括一聲音信號、一電子信號、一視覺信號、一主動 IR信號、一被動IR信號或其等之一組合。 項目19係一交互式顯不器’其包括：一極化選擇性螢 幕，其經安置以反射具有一第一極化方向之一第一入射光 線並吸收具有一第二極化方向之一第二入射光線；一可見 光影像，其顯示於該極化選擇性螢幕上；一極化紅外線 (IR)光源，其能夠用一極化1R光束照明該極化選擇性螢 幕；及至少一IR感測器，其經安置以截取該極化IR光束之 160051.doc -21 - 201234236 複數個反射部分。 項目20係項目19之交互式顯示器，其進一步包括複數個 標記件，該複數個標記件經安置以反射該極化IR光束之_ 部分作為複數個位置指示光束。 項目21係項目19或項目20之交互式顯示器，其中對準及/ 或校準每一 IR感測器及該可見光影像，使得存在該等位置 指示光束之各者與該可見光影像之一區域之間的一對應。 項目22係項目19至項目21之交互式顯示器，其中該對應 包括一種一對一對應。 項目23係項目20至項目22之交互式顯示器，其中該複數 個標記件包括漫反射體、鏡面反射器、回反射器、極化保 持回反射器、極化旋轉回反射器或其等之一組合。 項目24係項目19至項目23之交互式顯示器，其中該至少 一 IR感測器進一步包括一極化分析器、一光學波長遽波器 或其等之一組合。 項目25係一交互式投影系統，其包括：一極化選擇性反 射螢幕；一可見光投影機，其經組態以在該極化選擇性反 射螢幕上顯示一影像；一極化紅外線（IR)光源，其能夠用 -極化IR光束照明該極化選擇性反射螢幕；及至少一设感 測器，其經安置以截取該極化IR光束之複數個反射部分。 項目26係項目25之交互式投影系統，其進一步包括複數 個標記件，該複數個標記件經安置以反射該極化IR光束之 一部分作為複數個位置指示光束。 項目27係項目25或項目26之交互式投影系統，其中對準

160051.doc ·22· S 201234236 及/或校準每一 IR感測器及該影像，使得存在該等位置指 示光束之各者與該影像之一區域之間的一對應。 項目28係項目27之交互式投影系統’其中該對應包括一 種一對一對應。 項目29係一交互式成像系統，其包括：一極化紅外線 (IR)光源，其能夠用一極化IR光束照明一區域；及至少一 IR感測器’其經安置以截取該極化IR光束之複數個反射部 分。 項目30係項目29之交互式成像系統，其進一步包括複數 個標記件’該複數個標記件經安置以反射該極化IR光束之 一部分作為複數個位置指示光束。 項目31係項目29或項目30之交互式成像系統，其中對準 及/或校準每一 IR感測器及一可見光影像，使得存在該等 位置指示光束之各者與該可見光影像上之一位置之間的一 對應。 項目32係項目31之交互式成像系統，其中該對應包括— 種一對一對應。 項目33係項目31或項目32之交互式成像系統，其中該可 見光影像包括一平板顯示或一投影影像。 實例 實例1 :具有極化選擇性螢幕之交互式顯示器 一交互式顯示器可包含具有一可見輸出之一投影機，該 可見輸出具有一顯著水平極化之分量（例如，3極化分量）^ 可將該可見輸出投影於優先反射3極化光之一極化選擇性 160051 .doc -23- 201234236 螢幕。該極化選擇性螢幕亦吸收垂直極化（例如，P極化）可 見光及IR光。IR光可用對人不可見之P極化IR光照明該極 化選擇性螢幕。該p極化IR光可用一IR發光二極體（LED)及 一極化膜（諸如一反射極化片、一吸收極化片及類似物）產 生。該反射性極化片膜可為任何已知的反射極化片（諸如 一 MacNeille極化片）、一線栅極化片、一多層光學膜極化 片或一圓形極化片（諸如一膽固醇型液晶極化片）》諸如可 偵測明亮IR光點之位置之一 IR感測照相機之一 IR感測器指 向該極化選擇性螢幕。該IR感測器可改裝自具有數位信號 處理（DSP)之一 Nintendo®「Wii」遙控器或一網路攝影 機。使用適當濾波器阻斷來自該IR感測器之可見光，且將 一標記件定位於該可見光投影影像内。該標記件可為諸如 賭自（例如）3M公司之立方角回反射器或部分鍍銀玻璃珠面 回反射器之一回反射器》該標記件之位置隨著IR光反射至 該IR感測器而顯現為明亮IR光點。在此實例中，近似地協 同定位可見發射孔徑、IR發射孔徑及IR接收孔徑。 將一可見鍵盤投影於該極化選擇性螢幕上。該IR照相機 不能感測該可見影像，使其不受該投影影像影響。該極化 選擇性螢幕亦充滿IR光。藉由該極化選擇性螢幕大量地吸 收（未反射）照明IR光，因為該螢幕及該汛照明已被交叉極 化。因此’該IR照相機不能感測直接落入該螢幕之IR照 明°照射該極化選擇性螢幕之非想要環境干擾❿照明通常 減小2倍’因為該極化選擇性螢幕僅反射環境IR光之水平 極化分量’且吸收環境设光之垂直極化分量。在一些情況 160051.doc -24- 201234236 中’如熟習此項技術者所熟知，可設計吸收IR光之極化並 反射僅可見光之一螢幕，且該IR照相機將不偵測來自該螢 幕之任何反射。當充滿該IR之區域内未定位任何回反射器 時’該IR感測器偵測通常不具備明亮IR光點之一暗視野。 當在一投影鍵處之螢幕附近定位一回反射器時，該IR感測 器偵測該回反射器作為該鍵之位置處之一明亮IR光點，且 此被解譯為對該鍵之一敲擊。當在視野中放置其他物件 時’通常不能感測該等物件’因為該等物件通常產生鏡面 反射或不同極化之漫反射（即，非回反射），導致重新指向 該IR感測器之IR照明較少。 在一些情況中，可在該IR照相機上方定位一垂直極化濾 波器以進一步區分非所要水平極化IR光及所要垂直極化IR 光。此可進一步區分非所要物件之不同極化。 在一些情況中，可使用一極化保持回反射器（例如，代 替回反射立方角之鍍銀玻璃珠面）。此等極化保持回反射 器在與該IR照相機上之一垂直極化濾波器一起使用時特別 有用。此配置可導致唯一的標記件識別，提供與通常遇到 之物件的額外區分。

實例2 :不具備極化選擇性螢幕之交互式顯示器 使用與實例1中提供之組態相同之組態，但是該極化選 擇性螢幕由一漫射螢幕（諸如一漫射壁表面）取代。額外 地’如實例1中所描述’將該垂直極化濾波器放置於該IR …、相機上方’且使用極化保持回反射標記件。無須控制該 可見光投影機之極化。 160051.doc -25· 201234236 將一可見鍵盤投影於一漫射壁上。該IR照相機不能感測 該可見影像，使其不受該投影影像影響。該壁上之影像場 亦充滿IR光《藉由該壁大量漫反射照明IR光，且經漫反射 之IR光具有經混合之極化狀態，導致該爪照相機感測較少 IR照明。由於該IR照相機上方之垂直極化濾波器，任何非 想要環境IR照明通常減小2倍。因此，該IR感測器偵測通 常不具備明亮IR光點之暗視野。在一投影鍵上方之螢幕附 近定位一回反射器’且該汛感測器偵測該回反射器作為該 位置處之一明亮IR光點。此動作被解譯為對該鍵之一敲 擊。一極化保持回反射器將用具有經混合之極化狀態之反 射產生比一泛用型反射器/回反射器之一信號更明亮之一 信號。 實例3 :具有雙重回反射標記件之交互式顯示器 使用與實例2中提供之組態相同之組態，但是一額外 照明器使該極化選擇性勞幕充滿水平極化光。該兩個设 明源可按照需要獨立啟動。在—些情彡兄中，獨立啟動可 利於各種IR照明狀態之間之快速交替。該等狀態可包含 垂直極化IR照明、僅水平極化IR照明、同時水平及垂直] 照明及無意向性m照I可㈣於快速排序若伐照明丨 態以實現本質上被視為瞬時或同時之—感測速度。若干! 各者可包含以不同極化方向為定向之極化分析器 使Γ每—感測11僅在—回反射器料具有適當極化方向： 有=之m光束朝向該感測器時谓測一信號。感測器; ”有可與—所選擇之職明器之—照明時間相關聯之一甚 160051.doc

•26- 201234236 測時間或積分週期，使得不同的感測器/照明器/標記件組 合可為該啟動信號。可藉由同步符合該等感測器積分週期 之時序之各種照明狀態之時序而擴大該感測系統之有效性。 將一可見鍵盤投影於一漫射壁上。該IR照相機不能感測 該可見影像，使其不受該投影影像影響。該壁上之影像場 亦充滿來自具有正交極化之該兩個IR源之爪光。藉由該壁 大量漫反射具有混合極化之照明IR光，導致該设照相機感 測較少IR照明。由於該IR照相機上方之垂直極化濾波器， 任何非想要環境干擾IR照明通常減小2倍。因此，該讯感 測器偵測通常不具備明亮IR光點之暗視野。可在該螢幕附 近定位一極化保持回反射器，且該IR偵測器在用該垂直極 化光照明時偵測此回反射器作為一明亮IR光點。然而，該 IR感測器在僅用該水平極化光照明時不能偵測該回反射 器。可在該榮幕附近定位並未極化保持之一回反射器，且 該IR感測器在用該垂直極化光照明時偵測此回反射器作為 一明亮IR光點，且亦在用該水平極化光照明時偵測此回反 射器作為一明亮1R光點。如此實例中描述，可偵測並區分 位於該IR照明區域内之兩種不同類型的回反射器。如常見 於一電腦滑鼠，此區別可用以用信號發送一「按滑鼠右 鍵」及一「按滑鼠左鍵」。 實例4 :具有漫反射體標記件之交互式顯示器 使用與實例1中提供之組態相同之組態。額外地，如實 例1中所描述’在該IR照相機上方放置該垂直極化濾波 器。無須控制該可見光投影機之極化。 160051.doc -27- 201234236 將一可見鍵盤投影於該極化選擇性螢幕上。該iR照相機 不能感測該可見影像’使其不受經投影之可見影像影響。 該極化選擇性螢幕亦充滿汛光。藉由該極化選擇性螢幕吸 收該照明IR光，因為該螢幕及該IR照明已被交叉極化，因 此該IR照相機不能感測該IR照明。照射該極化選擇性勞幕 之任何非想要環境IR照明通常減小2倍，因為該極化選擇 性螢幕僅反射環境IR光之水平極化分量、吸收環境IR光之 垂直極化分量（注意在一些情況中，如熟習此項技術者所 熟知’可設計吸收IR光之極化並僅反射可見光之一螢 幕）。該IR感測器偵測一通常暗視野；然而，當在該以照 明區域中放置物件（諸如一使用者之手）以做出示意動作 時，其等通常產生具有混合極化狀態之漫反射。具有垂直 極化分量之反射之部分可藉由該汛照相機感測為以一暗螢 幕為奇景之一明亮影像。接著可進一步處理此影像以解譯 預期的不意動作。在-些情況中，該經投影之可見影像可 在偵測到一物件之區域中變暗，藉此防止一影像被投影至 (例如）該使用者之手上^相反地，在—些情況中，可能希 望=—影像特別地投影於諸如一使用者之手之一物件上， :提供該手之一增大圖、將靜脈、文字等等之一影像叠加 。亥使用者之手上或一身體之其他部分。 用=非另有指否則表達本說明書及中請專利範圍中使 術語「ΓΓ數量及物理性質之全部數字應被視為藉由 明^修飾。因此’除非有相反的指示，否則前述說 4隨附申請專利範圍中陳述之數字參數係可取決於藉 160051.doc

S •28, 201234236 由熟習此項技術者使用本文揭示之教示試圖獲得之所要性 質而變化之近似值。 本文引用之全部參考及出版物之全部内容藉由引用明破 併入本發明中’惟其等可能直接與本發明抵觸之範圍則例 外。雖然本文已圖解說明並描述特定實施例，但是一般熟 習此項技術者應明白’多種替代及/或等效實施方案可在 不脫離本發明之範疇之情況下代替所展示並描述之特定實 施例。此申請案意欲涵蓋本文論述之特定實施例之任何改 編或變化。因此，希望本發明僅受限於申請專利範圍及其 等效物。 【圖式簡單說明】 圖1展示一交互式顯示器之一截面示意圖； 圖2展示一投影螢幕之一截面示意圖； 圖3A至圖3B展示一交互式顯示器之一透視示意圖；及 圖4展示一交互式顯示器之一透視示意圖。 【主要元件符號說明】 1〇〇 交互式顯示器 105 第二（或正交）極化方向 110 投影螢幕 120 影像投影機 122 可見光位置光線 125 可見光影像 130 標記件 131 標記件之一第一表面 16005l.doc -29· 201234236 133 標記件之一第二表面 134 可見光位置光線 135 影像位置 140 極化紅外線光源 142 紅外線光線/入射紅外線光線 143 紅外線照明區域 144 入射紅外線光線 145 紅外線照明邊緣區域 146 經反射之紅外線光線 150 紅外線感測器 151 影像產生裝置 152 感測器啟動信號 153 外部啟動信號 154 投影機信號 155 投影機信號 200 投影螢幕 205 極化方向 210 極化選擇性投影螢幕 212 可選擇光漫射層 214 反射極化片膜 216 可選擇光吸收層 220 光源 222 第一光線 224 第一極化方向/ s極化光 -30- 160051.doc 201234236 226 第二極化方向/p極化光 228 S極化光 300 交互式顯示器 305 第二（或正交）極化方向 310 投影螢幕 320 可見光源 321 基準標 32Γ 基準標 322 可見光線 323 標記 323' 標記 325 可見光影像 325' 可見光影像 326 經選擇之標記 326' 經選擇之標記 327 隱藏標記 330 標記件 332 指不尖端 334 可見光線 335 標記件陰影 335' 標記件陰影 336 指示尖端陰影 336’ 指不尖端陰影 340 極化紅外線光源 •31 · 160051.doc 201234236

343 紅外線照明區域 345 邊緣區域 345' 邊緣區域 346 所反射之紅外線光束 350 紅外線感測器 400 交互式顯示器 405 第二（或正交）極化方向 410 極化選擇性螢幕 420 影像投影機 421 標記 422 紅外線光線/入射紅外線光線 423 標記 425 可見光影像 430 標記件 432 一指示尖端 435， 標記件影像 436 指示尖端陰影 440 極化紅外線光源 442 紅外線光線 443 紅外線照明區域 444 入射紅外線光線 445 紅外線照明邊緣區域 446 經反射之紅外線光線 450 紅外線感測器 .doc -32-

Claims (1)

1. 201234236 七、申請專利範圍： 1. 一種交互式顯示器，其包括： 極化選擇性螢幕，該極化選擇性螢幕經安置以反射 具有第極化方向之一第一入射光線並吸收具有一第 二極化方向之一第二入射光線； 可見光影像，其顯示於該極化選擇性螢幕上； 極化紅外線（IR)光源，其能夠用一極化IR光束照明 該極化選擇性螢幕；及 一1R感測器，其經安置以截取該極化IR光束之一反射 部分。 2. 如請求項1之交互式顯示器，其進一步包括一標記件， 該標記件經安置以反射該極化汛光束之一部分作為一位 置指示光束。 3. 如請求項2之交互式顯示器，其中對準及/或校準該汛感 測器及該可見光影像，使得存在該位置指示光束與該可 見光影像之一區域之間的一對應。 4. 如請求項3之交互式顯示器，其中該對應係一種一對一 對應。 5. 如請求項1之交互式顯示器，其中該可見光影像包括在 該第一極化方向上極化之可見光。 6_如請求項1之交互式顯示器，其中該極化IR光束係在該 第二極化方向上極化。 7.如請求項2之交互式顯示器，其中該標記件包括一回反 射器。 160051.doc 201234236 8. 如凊求項7之交互式顯示器，#中該回反射器包括一極 化保持回反射器。 9. 如4求項7之交互式顯示器’其中該回反射器包括一極 化旋轉回反射器。 10. 如凊求項2之交互式顯示器，其中該位置指示光束包括 經混合之極化狀態。 Π·如凊求項2之交互式顯示器，其中該標記件包括一漫反 射體。 12. 如喷求項丨丨之交互式顯示器，其中該漫反射體包括一手 指。 〜 13. 如凊求項1之交互式顯示器，其中該役感測器對僅具有 §亥第一極化方向、僅具有該第二極化方向或具有該第一 極化方向與該第二極化方向之一混合之IR光敏感。 14. 如凊求項1之交互式顯示器，其中該極化ir光源照明該 可見光影像及該可見光影像外部之一邊緣區域之至少一 者。 15·如請求項14之交互式顯示器，其進一步包括一啟動信 號，該啟動信號能夠基於該啟動信號之一狀態而更新該 可見光影像。 16_如凊求項15之交互式顯示器，其中藉由該可見光影像内 之啟動而改變該啟動信號之該狀態。 17.如凊求項15之交互式顯示器’其中藉由該邊緣區域内之 啟動而改變該啟動信號之該狀態。 18_如請求項15之交互式顯示器，其中該啟動信號包括一聲 160051.doc 201234236 音信號、一電子信號、一視覺信號、一主動IR信號、— 被動IR信號或其等之一組合。 19. 一種交互式顯示器，其包括： 一極化選擇性螢幕，其經安置以反射具有一第—極化 方向之一第—入射光線並吸收具有一第二極化方向之一 第二入射光線； 一可見光影像，其顯示於該極化選擇性螢幕上； 一極化紅外線（爪）光源，其能夠用一極化IR光束照明 該極化選擇性螢幕；及 至少一 IR感測器，其經安置以截取該極化IR光束之複 數個反射部分。 其進一步包括複數個標記 20.如請求項19之交互式顯示器 件，該複數個標記件經安置以反射該極化IR光束之一部 分作為複數個位置指示光束。 如請求項20之交互式顯示器，其中對準及/或校準每一 感測器及該可見光影像，使得存在該複數個位置指示光

   一步包括一極化分析器、一 器’其中該至少一 IR感測器進 一光學波長濾波器或其等之一 160051.doc 201234236 組合。 25. 26. 27. 28. 29. 30. 一種交互式投影系統，其包括： 一極化選擇性反射螢幕； 一可見光投影機’其經組態以在該極化選擇性反射螢 幕上顯示一影像； —極化紅外線（IR)光源’其能夠用一極化IR光束照明 該極化選擇性反射螢幕；及 至少一 IR感測器，其經安置以截取該極化IR光束之複 數個反射部分。 如請求項25之交互式投影系統，其進一步包括複數個標 a己件，該複數個標記件經安置以反射該極化IR光束之一 部分作為複數個位置指示光束。 如請求項26之交互式投影系統，其中對準及/或校準每一 以感測器及該影像，使得存在該複數個位置指示光束之 各者與該影像之一區域之間的一對應。 如請求項27之交互式投影系統，其中該對應包括一種一 對一對應。 —種交互式成像系統，其包括： —極化紅外線（IR)光源，其能夠用一極化IR光束照明 —區域；及 至少一 IR感測器，其經安置以截取該極化IR光束之複 數個反射部分。 如晴求項29之交互式成像系統，其進一步包括複數個標 記件，該複數個標記件經安置以反射該極化爪光束之一 160051.doc -4 - 201234236 部分作為複數個位置指示光束。 31. 32. 33. 如請求項30之交互式成像系統’其中對準及/或校準每— IR感測器及一可見光影像’使得存在該複數個位置指示 光束之各者與該可見光影像上之一位置之間的一對應。 如請求項31之交互式成像系統，其中該對應包括一種一 對一對應。 如請求項31之交互式成像系統，其中該可見光影像包括 一平板颟示或一投影影像。 160051.doc