TWI536227B - 光學觸控偵測 - Google Patents

Description

光學觸控偵測

本發明係關於光學觸控偵測。

互動式顯示裝置可利用各種類型的觸控偵測技術用以偵測觸控輸入，例如偵測電容、偵測電阻、以光學方式偵測觸控等等。針對光偵測情況，該等系統可利用包含照相機與光源(例如，紅外光源)之視覺系統來捕捉觸控表面之影像。然而，該等系統可能為功率密集的。

提供本發明內容以按簡化的形式來介紹概念之選擇，該等概念進一步描述於以下的實施方式中。本發明內容並非旨在識別所主張標的之關鍵特徵或必要特徵，亦並非旨在用以限制所主張標的之範疇。此外，所主張標的並不受限於解決本揭示案之任何部分中指出的任何或全部缺點之實施方案。

根據本揭示案之一態樣，提供一種互動式顯示裝置。該互動式顯示裝置包含彈性體層、反射片及顯示器，該反射片經配置以透射具有第一特徵之光且反射具有第二特徵之光，該顯示器經放置以透過該彈性體層及該反射片而輸出經調變的具有該第一特徵之光以作為顯示影像。該互動式顯示裝置進一步包括測試光源及感測器， 該測試光源經放置以透過該彈性體層而輸出具有該第二特徵之光，用以自該反射片反射，該感測器經配置以接收自該反射片反射的具有該第二特徵之光。

本文揭示的實施例係關於低功率互動式顯示裝置，該低功率互動式顯示裝置包含光學系統，該光學系統經配置用於觸控偵測及視覺分析，該光學系統可進一步經配置用以於該裝置之表面外成像。光偵測觸控允許執行視覺分析，用以辨認物件(例如，標記、輪廓等等)、辨認使用者觸碰(例如，觸碰顯示器表面之手指及/或手寫筆)及辨認使用者盤旋(例如，保持在顯示器表面上方之手指及/或手寫筆)。

現在將作為實例及參照以上列出的闡明實施例描述本揭示案之態樣。在一個或更多個實施例中可為實質上相同之部件、處理步驟及其他元件係一致地識別且盡量不重複描述。然而，將注意到，經識別為一致的元件亦可能有某種程度上的差異。將進一步注意到，本文包含的繪製圖式為示意圖，且大致上未依比例繪製。更確切而言，圖式中圖示的各種繪製比例、高寬比及部件之數量可能經特意扭曲，用以使特定特徵或關係較容易察覺。

第1圖示意性圖示根據本揭示案之實施例的實例互動式顯示裝置20。應瞭解，第1圖係用於闡明目的，且第1圖並未依比例繪製。互動式顯示裝置20包含顯示器， 該顯示器經配置以輸出具有第一特徵之經調變光，以便視覺上呈現顯示影像。第一特徵可對應於光之任何一或更多個適合性質。作為一個非限制性實例，第一特徵可為波長之範圍(例如，400 nm至840 nm)。因此，舉例而言，具有第一特徵之光可包含可見光。

顯示器可為任何適合的顯示器。在某些實施例中，可利用顯示器22，例如半穿透有機發光二極體(OLED)顯示器(例如，自發光OLED平面顯示器)。作為另一個適合實例，顯示器22可為液晶顯示器(LCD)。可利用鄰近LCD放置的擴散片23來界定LCD中的影像平面及視角(例如，以便形成顯示影像)。此外，在某些實施例中，具有第一特徵之光可由顯示器22之背光(未圖示)所產生。

在其他實施例中，互動式顯示裝置20可利用另一個適合的顯示器，例如投影式顯示器(未圖示)。針對後投影式顯示器的情況，可利用擴散片作為投影螢幕用以顯示投射的影像，以及利用擴散片以界定影像平面及視角。作為又一個適合實例，可利用前投影式顯示器。

可放置顯示器(例如，顯示器22)以便透過彈性體層24及反射片26而輸出具有第一特徵之經調變光以作為顯示影像。彈性體層24可為可變形的、彈性的且足以透過具有第一特徵之光之任何適合材料。實例包含但不限於乙烯橡膠(vinyl rubber)、聚矽氧彈性體、聚胺基甲酸酯彈性體等等。再者，彈性體層24可為足夠薄的(例如，大約數毫米)但同時仍允許形變。

反射片26經配置以透射具有第一特徵之光(例如，由顯示器22輸出之經調變光、藉由顯示器22之背光所產生的光等等)，且反射具有第二特徵之光。第二特徵可為光之任何一或更多個適合性質，例如不同於第一特徵之波長範圍(例如，約940 nm)。作為一個非限制性實例，具有第二特徵之光可包含紅外光。因此，反射片26可為二向色反射片，該二向色反射片經配置以透射在第一波長範圍內的光且反射在不同波長範圍內的光。反射片26可具有任何適合配置，該等配置包含但不限於具有真空沉積反射片層之聚酯。

由於反射片26反射的光具有之特徵不同於藉由顯示器22輸出的光之特徵，在某些實施例中，反射片26及彈性體層24可放置於顯示器22上方而不會不利地影響影像顯示。再者，在某些實施例中，可將彈性體層24接合至顯示器22，從而導致低的第一表面反射。

互動式顯示裝置20可進一步包含測試光源28及感測器30。可放置測試光源28以透過彈性體層24輸出具有第二特徵之光，用以自反射片26反射。測試光源28可為具有第二特徵之光的任何適合來源，例如發光二極體(LED)、雷射等等。因此，可配置感測器30以接收自反射片26所反射的具有第二特徵之光。感測器30可為任何適合的影像擷取裝置，例如照相機。再者，在某些實施例中，測試光源28與感測器30之快門可同步發射脈衝。

針對互動式顯示裝置20包含放置於測試光源28與彈性體層24之間的顯示器(例如顯示器22)的情況，該顯示器可足以透過具有第二特徵之光，以便不干擾經由測試光源28及感測器30之觸控偵測。

再者，針對顯示器22利用擴散片23的情況，可配置該擴散片而擁有與具有第二特徵之光有關的顯著的鏡面反射分量。舉例而言，針對具有第二特徵之光對應於紅外光的情況，擴散片23可具有紅外光之鏡面反射分量，此係因為相較於散射特徵結構大小(例如，紅外光逸出(infrared bleed))，該波長為較長。如此，可配置擴散片23以便不會抑制經由測試光源28及感測器30之觸控偵測。

可利用測試光源28以用具有第二特徵之光來照射反射片26，且接著感測器30可接收自反射片26所反射的具有第二特徵之光。可以任何適合方式(例如，相鄰且在相同的平面中)放置測試光源28及感測器30，以便擷取自反射片26所反射的具有第二特徵之光之圖案。接著互動式顯示裝置20可進一步經配置以當觸控輸入使反射片26變形時，解讀由感測器30所接收的具有第二特徵之光之圖案。

更明確而言，當藉由來自手指、手、物件、筆等等的觸控輸入按壓在互動式顯示裝置20之表面上而使反射片26局部變形時，返回至感測器30的光分佈(例如，光之圖案)改變，且可偵測到該觸控。以此方式，互動式顯 示裝置20經配置以提供光觸控偵測。

在某些實施例中，互動式顯示裝置20可經配置使得反射片26提供互動式表面，用以接收觸控輸入。在此等情況下，藉由各個觸控輸入施加的力使反射片26之對應區域局部變形。由此，自測試光源28接收的具有第二特徵之光於反射片26之變形的區域處反射，該反射不同於當區域未變形時之反射。

然而，在其他實施例中，互動式顯示裝置20可經配置使得另一層提供用以接收觸控輸入的互動式表面。舉例而言，可利用該層以增強用以偵測觸控輸入的敏感度。作為一實例，互動式顯示裝置20可包含用以接收觸控輸入的可變形層32，可變形層32包含複數個凸塊34。各凸塊34可經配置以回應於觸控輸入而接觸反射片26且使反射片26之對應區域局部變形。相較於來自(舉例而言)手指的典型觸控輸入，各凸塊可相對較小。因此，觸控輸入可造成多個凸塊34中之每一個凸塊接觸反射片26且使反射片26局部變形。以此方式，該等凸塊可增強具有第二特徵之光如何回應於觸控輸入而自反射片26反射。

應瞭解，該可變形層32可以任何適合方式配置。作為一個非限制性實例，可變形層32可包含任何適合材料，例如玻璃、塑膠等等，而舉例而言在該層的前面及/或後面上有複製的結構。再者，可以任何適合方式配置凸塊34，以便增強具有第二特徵之光如何回應於觸控輸入而 自反射片26反射。作為一個非限制性實例，凸塊34中之每一個凸塊可為大約100微米寬，且間距大約為數毫米。再者，在某些實施例中，凸塊34可與可變形層32光學匹配(例如，使用流體或凝膠使折射率匹配)。

此外或替代地，在某些實施例中，藉由修改彈性體層24之彈性體性質以給予每單位施力之較大偏折，可增強對於觸控輸入之敏感度。由此，反射片26接著在每單位施力下可變形地較多，因此增強光如何回應於觸控輸入而自反射片26反射。

互動式顯示裝置20可經配置以擷取第二特徵之光之任何適合圖案，用以解讀觸控輸入，舉例而言，例如基於暗場偵測或亮場偵測之圖案。針對暗場偵測的情況，自藉由該或該等觸控輸入而變形的反射片26之區域(們)所接收的具有第二特徵之光可被導引至(例如，聚焦於)感測器30，反之，自未藉由該或該等觸控輸入而變形的反射片26之區域(們)所接收的具有第二特徵之光可被導引至接近感測器30之位置(例如，經聚焦而錯過該感測器)。因此，當自該等區域反射的光被導引至接近感測器30時，感測器30擷取對於未經由觸控輸入而變形之區域之「暗場」。然而，自藉由觸控輸入而變形之區域反射的光被導引至感測器，且因此被擷取而作為光之圖案，該光之圖案作為相關於暗場的圖案中之明亮部分。第2圖圖解相關於部分44具有暗場42之實例光圖案40，而部分44與觸控輸入有關。

或者，針對亮場偵測的情況，自藉由該或該等觸控輸入而變形的反射片26之區域(們)接收的具有第二特徵之光可被散射(例如，自感測器30散射)，反之，自未藉由觸控輸入而變形的反射片26之區域(們)接收的具有第二特徵之光可被導引至(例如，聚焦於)感測器30。因此，針對亮場偵測，當自該等區域反射的光被導引至感測器30時，感測器30擷取對於未經由觸控輸入而變形之區域之「亮場」。然而，自藉由觸控輸入而變形之區域反射的光自感測器被散射，且因此作為相對於亮場的圖案中之黑暗部分。第3圖圖解相對於部分54具有亮場52之實例光圖案50，部分54與觸控輸入有關。

應瞭解，如圖解於部分44及54處與觸控輸入有關的區域並非限制性的。該部分或該等部分可具有任何適合形狀、大小等等。舉例而言，針對互動式顯示裝置20包含前投影式顯示器的情況，互動式顯示裝置20可經配置用以擷取具有「光暈」影像圍繞在與觸控輸入有關的部分周圍的光圖案。

亦應瞭解，可利用測試光源28及/或感測器30之位置與對準以擷取光之該等圖案。再者，在某些實施例中，互動式顯示裝置20可經配置以利用一或更多個光學元件以擷取光之圖案。

舉例而言，互動式顯示裝置20可包含準直光學元件58，用以使用具有第二特徵之光來照射反射片26。可放置該準直光學元件以便將自測試光源28所接收的具 有第二特徵之光準直化，且將具有第二特徵之經準直光導引朝向反射片26。以此方式，反射片可被均勻地照射。可利用任何適合的準直光學元件，包含但不限於如以下經由舉例所述之準直透鏡、菲涅耳透鏡(Fresnel lens)、光楔(optical wedge)等等。

第4圖圖示包含顯示器62、彈性體層64、反射片66、測試光源68及感測器70之實例互動式顯示裝置60。互動式顯示裝置60進一步包含菲涅耳透鏡72，菲涅耳透鏡72經配置以接收來自測試光源68的具有第二特徵之發散光，且將該光準直化用以照射反射片66。菲涅耳透鏡72進一步經配置以重新聚焦具有第二特徵之光(例如，自反射片66反射的光)。針對所描繪的實例之情況，互動式顯示裝置60經配置用於暗場偵測，其中菲涅耳透鏡72將自反射片66之區域所接收的並未回應於觸控輸入(位於接近感測器70之光圈的位置)而變形的光重新聚焦，如在74處所指出。或者，自回應於觸控輸入(例如藉由使用者78之觸控輸入而變形的實例區域76)而變形的反射片66之區域反射的光聚焦於感測器70之光圈處，如在80處所指出。亦應瞭解，第4圖為圖解，且並未依比例繪製。進一步應瞭解，雖然第4圖描繪經配置用於暗場偵測之互動式顯示裝置60，然可替代地利用亮場偵測。

進一步應瞭解，菲涅耳透鏡僅是眾多適合準直光學元件中之一者。舉例而言，可利用光楔，因此允許互動式 顯示裝置之較薄外觀尺寸(form factor)。

第5圖圖示實例光楔100，光楔100可經配置以將來自實例光源102(設置於鄰近光楔100之薄端110處)的光(例如，具有第二特徵之光)準直化，使得經準直的光離開光楔100之觀看面150，如第5圖中的光束跡線所示。該用語「觀看面」意指比起背面(第5圖中不可見)，觀看面150較靠近觀看者，該背面為觀看面150之相對面。該觀看面及該背面中之每一面由側邊130和140、薄端110以及厚端120定界。在第5圖中，觀看面150面向頁面之觀看者，且該後面被光楔100之此視角所隱藏。

光楔100經配置使得入射於薄端110之光界面的光束當該等光束接近厚端120(包括端反射片125)時可扇形散開。該等光束經由自觀看面150及該背面之內全反射(total internal reflection)而傳遞至端反射片125。在較佳實施例中，端反射片125以均勻的曲率半徑(具有曲率中心172)而彎曲，且光源102於端反射片125之焦點處入射光，該焦點位於該曲率半徑的一半處。於厚端120，該等光束中之每一者平行於其他光束中之每一者而自端反射片125反射。光束自厚端120行進朝向薄端110，直至該等光束以觀看面150之反射臨界角與觀看面150相交且該等光束離開作為經準直的光。同樣地，光楔100亦可於觀看面接收光(例如，回應於觸控輸入而自反射片反射的具有第二特徵之光)。在此情況下，舉例而言，該 等接收的光束接著傳遞至位於接近光源102處的感測器。在替代實施例中，端反射片125可為拋物面或具有其他適合曲率以用以準直化光。

在其他實施例中，可鄰近且沿著薄端110設置複數個光源。相較於使用單一光源，使用複數個光源可增加離開觀看面150的經準直光之亮度。在該等實施例中，為了校正場曲(field curvature)及/或球面像差，可能需要使光楔100之側邊130及140稍微縮短，使得朝中心線174之任一側的光源可停留於端反射片125之焦點中。縮短的側邊130及140可使薄端110呈凸狀，如由曲線115所圖解。藉由使用光束追跡演算法來追蹤於光楔100之觀看面150之反射臨界角的光束返回通過光楔100直至該等光束到達接近薄端110的焦點處，可找出適合的曲率。

第6圖及第7圖圖示穿過光楔100之示意橫截面視圖的光束跡線。第6圖圖示第一光束176穿過光楔100之路徑，且第7圖圖示第二光束178穿過光楔100之路徑，其中光束176及光束178表示位於輸入至光楔100之薄端110中的光錐之相反側處的光束。如第6圖及第7圖中可見，鄰近光楔100之薄端110，光束176離開觀看面150，而鄰近光楔100之厚端120，光束178離開觀看面150。

一旦光束176及光束178以小於或等於內反射之臨界角的角度(相對於觀看面150之法線)而與觀看面150相 交時，光束176及光束178離開觀看面150。該臨界角可在此稱為「第一臨界角」。同樣地，當光束以大於內反射之第一臨界角的角度(相對於觀看面150之法線)而與觀看面150相交時，光束於光楔100中內部地反射。再者，當光束以大於內反射之臨界角的角度(相對於背面160之法線)而與背面160相交時，光束於光楔100中內部地反射。該臨界角可在此稱為「第二臨界角」。

可能需要第一臨界角與第二臨界角不同，使得以第一臨界角入射於背面160之光被反射回朝向觀看面150。此有助於避免光透過背面160損失，且因此可增加光楔100之光學效率。第一臨界角為光楔100之折射率與介接觀看面150的材料(例如，空氣或鍍層)之折射率之函數，而第二臨界角為光楔100之折射率與鄰近背面160的材料之折射率之函數。在某些實施例中，例如圖示於第6圖至第7圖中，鍍層170可僅施加於背面160，使得觀看面150與空氣介接。在其他實施例中，觀看面150可包括鍍層(未圖示)，該鍍層之折射率與背面160不同。

可使用任何適合的一或更多個材料作為鍍層，以達成光楔之觀看面及/或背面之內反射之想要的臨界角。在一個實例實施例中，光楔100由聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)或PMMA形成，折射率為1.492。空氣之折射率大約為1.000。由此，沒有鍍層之表面之臨界角大約為42.1度。其次，實例鍍層可包括Teflon AF(EI DuPont de Nemours & Co.of Wilmington, Delaware)，其為折射率為1.33之非晶氟聚合物(amorphous fluoropolymer)。塗有Teflon AF之PMMA表面之臨界角為63.0度。應瞭解，此等實例係描述用於闡釋目的，且並非旨在以任何方式作為限制。

在其他實施例中，背面160可包含鏡子。作為一個非限制性實例，可藉由施加反射性塗層於背面160或藉由鄰近背面160置放一面鏡子來形成該鏡子。以此方式，背面160可反射與背面160相交的入射光。當背面160經配置以反射部分或全部的入射光時，背面160可在此稱為「反射性背面」。反射性背面之一個非限制性實例包含具有鏡面化的表面之背面、鄰近背面置放之鏡子、相對於背面之法線具有內反射之第二臨界角的背面，其中反射之第二臨界角小於反射之第一臨界角，或任何其他配置(其中背面對於以內反射之第一臨界角而在內部入射的光為反射性的)。

光楔100及端反射片125之配置可經配置以導致當均勻光入射進薄端110時，觀看面150之大部分受均勻照射，且亦導致該入射光之大部分離開觀看面150。如以上所提及，光楔100沿著光楔100之長度成錐形，使得於薄端110處入射的光束經由全內反射行進至端反射片125。端反射片125包括帶刻面的透鏡結構，該透鏡結構經配置以減小對於觀看面150及背面160中之每一者相對於法線的光束角度。此外，光楔100自厚端120至薄端110縮減的厚度導致當光束行進朝向薄端110時相對 於各表面之法線的光束角度減小。當光束以小於第一臨界角入射於觀看面150上時，該光束將離開觀看面150。

在某些實施例中，光源102可放置於端反射片125之焦點處。在該等實施例中，端反射片125可為彎曲的，曲率半徑為光楔100之長度的兩倍。在第6圖至第7圖的實施例中，光楔100之錐形角度經配置使得於厚端120及觀看面150處之角落包括直角，且於厚端120及背面160處之角落包括直角。當薄端110位於端反射片125之焦點處時，薄端110的厚度為厚端120之一半。在其他實施例中，該等表面中之每一個表面可具有任何其他適合配置。

在所描繪的實施例中，端反射片125自側邊130至側邊140及自觀看面150至背面160呈球面彎曲。在其他實施例中，端反射片125可呈圓柱狀彎曲，自觀看面150及背面160具有均勻曲率半徑，且具有曲率中心，觀看面150與背面160若延伸則會在該曲率中心處會合。圓柱狀彎曲端反射片比起球面彎曲端反射片125可更強烈抵抗下垂(sag)，在大形式應用中圓柱狀彎曲端反射片可為有利的。其他適合的曲率可用於端反射片125，舉例而言，如拋物面。此外，端反射片125在與側邊130及140垂直的平面中之曲率可不同於端反射片125在與側邊130及140平行的平面中的曲率。

應瞭解，第5圖至第7圖並非限制。在其他實施例中，可利用不同配置的光楔。舉例而言，除了利用上述光楔 (具有摺疊光學元件為端反射片)以外，具有連續光學元件的光楔可利用於某些實施例中。相較於以上提及之利用摺疊光學元件之光楔，該等具有連續光學元件之光楔可較容易製造。

第8圖圖解具有連續光學元件之實例光楔180。光束(例如，有關於具有第二特徵之光)於光楔180之厚端進入，如於182處所指出，且光束自厚端行進朝向薄端，直至光束以入射之次臨界角與觀看面相交，且光束離開光楔作為準直光，如於184處所指出。

由於光楔幾何形狀，光束離開而於該光楔之較狹窄部分上作為準直光。因此，光楔180可與另一個光楔186堆疊，用來照射反射片之整個表面，用以偵測觸控輸入。該等光楔可以「鼻對尾」放置(例如，光楔180之薄端可鄰近光楔186之厚端而放置)。

光楔180亦可於觀看面接收光(例如，具有第二特徵之光回應於觸控輸入而自反射片反射)。在此情況下，所接收的光束接著可傳遞至例如位於接近光源處的感測器。在圖解的堆疊配置中，放置光楔180以便看穿光楔186之非成像區域。

繼續關於互動式顯示裝置(例如，第1圖之互動式顯示裝置20)，應瞭解，相較於習知視覺系統，該裝置利用之功率相對較低。此係因為由測試光源28發射的光功率之大部分經由反射片26反射而返回，幾乎沒有光逃離系統。此與習知視覺系統相反，習知視覺系統通常利用大 量的光功率(大多為散失至外部世界)，且反射回系統的光(例如，藉由手指)中僅有小部分通常進入感測器。再者，如此低照明功率允許互動式顯示裝置20在某些實例中作為行動裝置。

在某些實例中，互動式顯示裝置20可進一步經配置以在互動式顯示裝置20之表面外成像，用以偵測使用者盤旋及/或使用者之特徵結構，例如使用者之手、手臂等等。在該等實施例中，互動式顯示裝置可進一步經配置而以具有第一特徵之光執行該表面外之該成像，以便不干擾經由具有第二特徵之光之偵測。

舉例而言，具有第一特徵之光可包含波長在多達880 nm範圍內的光，且具有第二特徵之光可包含波長在將近940 nm範圍內的光。如此，具有第一特徵之光可包含利用於顯示器22之可見光，以及利用於在表面外之偵測之約840 nm的紅外光，該波長與用於位於表面之偵測之約940 nm的紅外光有所區別。由於反射片26透射具有第一特徵之光，反射片26經配置以便不干擾在表面外之成像。作為一個非限制性實例，反射片26可於約940 nm為反射性的，但於約840~400 nm為透射性的。以此方式，互動式顯示裝置可經配置以於具有第二特徵之光之單一或狹窄波長範圍下操作(例如，藉由使用狹窄頻帶反射片設計)，第二特徵之光不影響於其他波長下(有關於第一特徵之光)透過該顯示器之成像，藉此允許於其他波長下的功能，例如掃描及盤旋。

針對利用擴散片23的顯示器22的情況，紅外光逸出可能不足以透射利用於在表面外成像之光(例如，約840 nm的光)。在此情況下，可利用可切換式擴散片以便不干擾在表面外成像。該可切換式擴散片可經配置以於在表面外擷取影像期間關閉。該偵測參考第10圖有更詳細的描述。

可以任何適合方式配置可切換式擴散片。舉例而言，聚合物分散液晶(polymer-dispersed liquid crystal；PDLC)或聚合物網路液晶(polymer-network liquid crystal；PNLC)可切換式擴散片可於較擴散狀態與較不擴散(例如，非擴散)狀態之間以介於其間的中間狀態而電性驅動。以較擴散狀態下的擴散片穿過視覺系統成像使可見光能夠對於顯示器22而成像，而於較不擴散狀態下的成像使視覺系統能夠看穿顯示器22且達到觸控表面外。因此，以指定的圖案針對接續及/或交替圖框於較擴散狀態與較不擴散狀態之間切換允許視覺系統圖框抓取觸控壓力輸入資料以及外部表面上方來自物件的輸入影像。

在某些實施例中，可利用外部測試光源33以輸出用以在表面外偵測之具有第一特徵之光(例如，約840 nm的光)。作為一個非限制性實例，外部測試光源33可包含數個LED，圍繞互動式顯示裝置20之邊緣放置該等LED。在某些實施例中，可利用感測器30以擷取具有第一特徵之光以及具有第二特徵之光。然而，在其他實施例中，在不脫離本揭示案之範疇的情況下，可利用不同 感測器。如參考第10圖之更詳細描述，可採用時間多工法於在表面外影像擷取與用以觸控偵測之影像擷取之間交替。

在某些實施例中，藉由將位於反射片26的凹口波濾波器(notch filter)與位於感測器30的窄帶濾波器匹配，互動式顯示裝置20可進一步經配置以減小來自外部影響的交互作用。以此方式，互動式顯示裝置20可經配置以對於輸入觸控有相當高敏感度，且對於外部事件有相當低敏感度，外部事件例如靠近觸碰、輕拍(cuff)、影子、環境光等等。由此，互動式顯示裝置20可提供高環境排斥。

再者，在包含利用背光之LCD顯示器的實施例中，背後照明LCD的數個LED可放置於感測器30及測試光源28的隔壁。由此，背後照明該LCD的光可遵循與測試光相同的路徑(例如，於第4圖中所圖解)。因為該等部件可利用於多重功能，相較於習知系統，此允許效率增加。

應進一步瞭解，在不脫離本揭示案之範疇的情況下，互動式顯示裝置可包含未圖解於第1圖中的額外或替代部件。

互動式顯示裝置20可經配置而以任何適合方式提供觸控輸入之光偵測。第9圖圖解用以偵測觸控輸入之實例方法190。可藉由執行儲存於互動式顯示裝置上的指令來實施該方法。作為一個實例，互動式顯示裝置可包 含資料保持子系統，該資料保持子系統保持可由邏輯子系統執行之該等指令，以提供光觸控偵測。

此外，該等指令可經配置以將上述光之圖案特徵化作為資料結構，該資料結構可由計算裝置儲存及/或分析。作為一個非限制性實例，由感測器30接收的光之圖案可以矩陣表示，該矩陣包含對應於該感測器之各畫素之單元，且各單元可包含由對應的畫素所偵測的光強度值。由此，計算系統可接收、保持及/或輸出光之圖案作為資料結構而有利於計算分析。

於192處，方法190包含，當由感測器接收到光時，儲存具有第二特徵之光之圖案(例如，作為相容的資料結構)。如以上所介紹，光之該圖案可基於任何適合的影像偵測技術，例如暗場偵測、亮場偵測等等。於194處，方法190包含，當觸控輸入使反射片變形時，解讀由感測器所接收的具有第二特徵之光之圖案。該解讀可包含任何適合的影像處理技術，例如將光之該圖案之選定部分映射至反射片之特定區域，如於196處所指出。以此方式，可偵測該觸控輸入。應瞭解，在某些實施例中，在不脫離本揭示案之範疇的情況下，該圖案可解讀成一或更多個觸控輸入(例如，藉由映射光之圖案之一或更多個選定部分)。

在某些實施例中，方法190可進一步包含在表面外成像，如於198處所指出。如以上所描述，具有第一特徵之光可利用於該成像。因此，在表面外成像可包含以具 有第一特徵之光外部地照射(例如，在表面外照射)，且擷取對應的光圖案，該圖案可解讀為使用者的手指、手、手臂、身體等等盤旋於表面上。應瞭解，關於觸控偵測(例如，經由時間多工)，可以時間交替方式執行在表面外的該成像。

第10圖圖示圖解對於照射及觸控事件之時間多工法之實例時序圖。所描繪的實例圖解兩個連續圖框，各圖框的持續時間為△t。圖框t表示「奇」圖框，且圖框t+△t表示「偶」圖框。作為一個非限制性實例，△t可為約16.7 ms，對應於60 Hz的圖框速率。在此實例中，各圖框之一部分用於照射顯示器，且圖框之另一部分用於偵測。更明確而言，奇圖框之一部分用於在表面外的成像，而偶圖框之一部分用於於表面處的觸控偵測。以此方式，互動式顯示裝置以時間交替的方式執行顯示器照明以及兩個不同類型的偵測，如以下更詳細之描述。

如於200處所圖示，奇圖框之第一部分及偶圖框之第一部分可用於經由背光來照射顯示器(例如，以可見光)。各圖框之後部分接著用於偵測，且因此於此時間期間顯示器不受照射，如於202處所圖解。

當於圖框之第一部分中照射顯示器時，可切換式擴散片(例如PDLC)可用於擴散狀態中，且接著當於圖框之後部分中執行偵測時，可切換式擴散片切換至非擴散狀態，如於204處及206處所示。

由於偵測發生於各圖框之後部分中，於各圖框之此部 分期間令快門偵測器時序打開，如於208處所示。換言之，背光及快門感測器於時域中交替。雖然所描繪的實例圖解針對在表面外偵測及位於表面處的觸控偵測兩者使用相同的感測器快門，但應瞭解，在其他實施例中，在不脫離本揭示案之範疇的情況下，可利用不同的感測器。

針對奇圖框，在照射顯示器停止之後執行在表面外的偵測，如於210處所指出。由此，具有第一特徵之光(例如，約840 nm的光)自測試光源發出。然而，針對偶圖框，在照射顯示器停止之後執行在表面處的觸控偵測，如於212處所指出。由此，具有第二特徵之光(例如，約940 nm的光)自測試光源發出。

第10圖進一步圖解，於214處，可利用圖框ID以實現圖框消歧(例如，分辨奇圖框與偶圖框)。

返回至第9圖，於199處，方法190可視情況包含根據在互動式顯示裝置之表面外的成像，顯示一或更多個內容敏感顯示影像於顯示器上。作為一個實例，若判定使用者的手朝向顯示器移動，則互動式顯示裝置可顯示使用者介面物件(例如，按鈕)，展開選單等等。作為又一實例，互動式顯示裝置可判定另一位使用者位於房間的另一側，且相應地調整顯示影像。應瞭解，回應於在表面外的成像，可額外地或替代地採用其他類型的內容敏感功能性。舉例而言，互動式顯示裝置可經配置以支援多使用者功能性，其中不同手指係識別為對應於不同 使用者。

在某些實施例中，上述方法及程序可與包含一或更多個電腦之計算系統相關聯。特定言之，可實行本文描述的方法及程序作為電腦應用程式、電腦服務、電腦API、電腦程式庫及/或其他電腦程式產品。

第11圖示意地圖示非限制性計算系統220，計算系統220可執行上述方法及程序中之一或更多者。計算系統220可包含第1圖之互動式顯示裝置20，或第1圖之互動式顯示裝置20可在該計算系統之週邊。計算系統220係以簡化形式來表示。應瞭解，在不脫離本揭示案之範疇的情況下，可使用幾乎任何電腦結構。在不同實施例中，計算系統220可採用以下形式：主機電腦、伺服器電腦、桌上型電腦、膝上型電腦、平板電腦、家庭娛樂電腦、網路計算裝置、行動計算裝置、行動通訊裝置、遊戲裝置等等。

計算系統220包含邏輯子系統222及資料保持子系統224。計算系統220可視情況包含顯示子系統226、通訊子系統228及/或其他未圖示於第11圖中之部件。計算系統220亦可視情況包含使用者輸入裝置，舉例而言，例如鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、照相機、麥克風及/或觸控螢幕。

邏輯子系統222可包含一或更多個實體裝置，該一或更多個實體裝置經配置以執行一或更多個指令。舉例而言，邏輯子系統可經配置以執行為一或更多個應用程 式、服務、程式、常用程式、程式庫、物件、部件、資料結構或其他邏輯結構之一部分的一或更多個指令。可實施該等指令以執行任務、實施資料類型、轉換一或更多個裝置之狀態或以其他方式達到想要的結果。

邏輯子系統可包含一或更多個處理器，該一或更多個處理器經配置以執行軟體指令。此外或替代地，邏輯子系統可包含一或更多個硬體或韌體邏輯機器，該一或更多個硬體或韌體邏輯機器經配置以執行硬體或韌體指令。邏輯子系統之處理器可為單核心或多核心，且執行於該等處理器上的程式可經配置以平行或分佈處理。邏輯子系統可視情況包含個別部件，該等部件於兩個或更多個裝置各處分佈，其可位於遠端及/或經配置用以協調處理。邏輯子系統之一或更多個態樣可經虛擬化且由遠端可存取網路計算裝置執行，該等遠端可存取網路計算裝置經配置成雲端計算配置。

資料保持子系統224可包含一或更多個實體、非暫時性裝置，該一或更多個裝置經配置以保持資料及/或可由邏輯子系統執行的指令，以實施本文揭示的方法及程序。當實施該等方法及程序時，資料保持子系統224之狀態可經轉換(例如，保持不同的資料)。

資料保持子系統224可包含可移除的媒體及/或內建於裝置中。資料保持子系統224可包含光學記憶體裝置(例如，CD、DVD、HD-DVD、藍光光碟等)、半導體記憶體裝置(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)及/或磁性 記憶體裝置(例如，硬式磁碟機、軟式磁碟機、磁帶機、MRAM等)等等。資料保持子系統224可包含具有以下特徵中之一或更多個特徵之裝置：揮發性、非揮發性、動態、靜態、讀取/寫入、唯讀、隨機存取、順序存取、位置可定址、檔案可定址以及內容可定址。在某些實施例中，邏輯子系統222及資料保持子系統224可整合於一或更多個共同裝置中，例如特殊應用積體電路(application specific integrated circuit)或系統單晶片(system on a chip)。

第11圖亦圖示呈可移除電腦可讀取儲存媒體230之形式的資料保持子系統態樣，該態樣可用以儲存及/或傳輸資料及/或可執行的指令，以實施本文描述的方法及程序。可移除電腦可讀取儲存媒體230可採用以下形式：CD、DVD、HD-DVD、藍光光碟、EEPROM及/或軟碟等等。

應瞭解，資料保持子系統224包含一或更多個實體、非暫時性的裝置。相反地，在某些實施例中，本文揭示的指令之態樣可藉由純訊號(例如，電磁訊號、光學訊號等)以暫時性的方式傳播，該訊號至少在有限持續時間內不由實體裝置保持。此外，有關本揭示案的資料及/或其他形式的資訊可由純訊號傳播。

當包含顯示子系統226時，可使用顯示子系統226以呈現由資料保持子系統224所保持的資料之視覺表示。由於本文描述的方法及程序改變由資料保持子系統所保 持的資料，且因此轉換資料保持子系統之狀態，顯示子系統226之狀態可同樣地經轉換以在視覺上表示基礎資料之改變。顯示子系統226可包含利用幾乎任何類型的技術之一或更多個顯示裝置。該等顯示裝置可以共用外殼而與邏輯子系統222及/或資料保持子系統224結合，或該等顯示裝置可為周邊顯示裝置。

當包含通訊子系統228時，通訊子系統228可經配置以將計算系統220與一或更多個其他計算裝置通訊上耦合。通訊子系統228可包含與一或更多個不同通訊協定相容之有線及/或無線通訊裝置。作為非限制性實例，可配置通訊子系統經由以下方式通訊：無線電話網路、無線區域網路、有線區域網路、無線廣域網路、有線廣域網路等等。在某些實施例中，通訊子系統可允許計算系統220經由網路(例如網際網路)傳送訊息至其他裝置及/或自其他裝置接收訊息。

計算系統220可進一步包含觸控偵測子系統232，觸控偵測子系統232經配置以提供本文描述的光觸控偵測。觸控偵測子系統232可經配置以協調經由測試光源及感測器擷取光之圖案。觸控偵測子系統232可進一步經配置以與邏輯子系統222操作，以執行儲存於資料保持子系統224上的指令，用於將光圖案解讀為一或更多個輸入觸控及/或顯示器外部的物件。

應瞭解，本文描述的配置及/或方法在本質上為示範性的，且該等特定實施例或實例不應以限制性意義來審 視，因為可能有眾多變型。本文描述的特定日常工作或方法可表示任何許多處理策略中之一或更多者。由此，圖解的眾多動作可以圖解的順序、以其他順序、平行地或在某些情況下加以省略的情況下執行。同樣地，可改變上述程序之順序。

本揭示案之標的包含眾多程序、系統及配置及其他特徵結構、功能、動作及/或本文揭示的性質與其任何及所有均等物之所有的新穎且非顯而易見的組合及子組合。

20‧‧‧互動式顯示裝置

22‧‧‧顯示器

23‧‧‧擴散片

24‧‧‧彈性體層

26‧‧‧反射片

28‧‧‧測試光源

30‧‧‧感測器

32‧‧‧可變形層

33‧‧‧測試光源

34‧‧‧凸塊

40‧‧‧光圖案

42‧‧‧暗場

44‧‧‧部分

50‧‧‧光圖案

52‧‧‧亮場

54‧‧‧部分

58‧‧‧光學元件

60‧‧‧互動式顯示裝置

62‧‧‧顯示器

64‧‧‧彈性體層

66‧‧‧反射片

68‧‧‧測試光源

70‧‧‧感測器

72‧‧‧菲涅耳透鏡

74‧‧‧接近感測器之光圈處

76‧‧‧區域

78‧‧‧使用者

80‧‧‧光聚焦於感測器之光圈處

100‧‧‧光楔

102‧‧‧光源

110‧‧‧薄端

115‧‧‧曲線

120‧‧‧厚端

125‧‧‧端反射片

130‧‧‧側邊

140‧‧‧側邊

150‧‧‧觀看面

160‧‧‧背面

170‧‧‧鍍層

172‧‧‧曲率中心

174‧‧‧中心線

176‧‧‧第一光束

178‧‧‧第二光束

180‧‧‧光楔

182‧‧‧光束於光楔之厚端進入

184‧‧‧光束離開光楔

186‧‧‧光楔

190‧‧‧方法

192‧‧‧步驟

194‧‧‧步驟

196‧‧‧步驟

198‧‧‧步驟

199‧‧‧步驟

200‧‧‧照射顯示器

202‧‧‧不照射顯示器

204‧‧‧切換至非擴散狀態

206‧‧‧切換至非擴散狀態

208‧‧‧快門偵測器時序打開

210‧‧‧在表面外偵測

212‧‧‧在表面的觸控偵測

214‧‧‧圖框消歧

220‧‧‧計算系統

222‧‧‧邏輯子系統

224‧‧‧資料保持子系統

226‧‧‧顯示子系統

228‧‧‧通訊子系統

230‧‧‧可移除電腦可讀取儲存媒體

232‧‧‧觸控偵測子系統

第1圖圖示根據本揭示案之實施例的實例互動式顯示裝置。

第2圖圖示根據本揭示案之實施例的針對暗場偵測之實例光圖案。

第3圖圖示根據本揭示案之實施例的針對亮場偵測之實例光圖案。

第4圖示意性圖示根據本揭示案之實施例的於互動式顯示裝置上的光觸控偵測之實例。

第5圖圖示根據本揭示案之實施例的圖示光楔之實施例的示意平面圖。

第6圖及第7圖圖示穿過第5圖之實施例之截面視圖的光束跡線。

第8圖圖示根據本揭示案之實施例的另一個實例光 楔。

第9圖圖示根據本揭示案之實施例的實例光觸控偵測方法。

第10圖圖示根據本揭示案之實施例的實例時序圖。

第11圖圖示根據本揭示案之實施例的實例計算系統。

20‧‧‧互動式顯示裝置

22‧‧‧顯示器

23‧‧‧擴散片

24‧‧‧彈性體層

26‧‧‧反射片

28‧‧‧測試光源

30‧‧‧感測器

32‧‧‧可變形層

33‧‧‧測試光源

34‧‧‧凸塊

58‧‧‧光學元件

Claims (20)

1. 一種互動式顯示裝置，包括：一彈性體層；一反射片，該反射片經配置以透射具有一第一特徵之光且反射具有小於該反射片上的一入射臨界角且具有一第二特徵之光；一顯示器，該顯示器經放置以透過該彈性體層及該反射片而輸出經調變的具有該第一特徵之光以作為一顯示影像；一測試光源，該測試光源經放置以透過該彈性體層而輸出具有該第二特徵之光，用以自該反射片反射；一感測器，該感測器經配置以接收自該反射片反射的具有該第二特徵之光；一邏輯子系統，該邏輯子系統經配置以執行指令；以及一資料保持子系統，該資料保持子系統保持可由該邏輯子系統執行之指令，當一觸控輸入使該反射片變形時，該資料保持子系統用以解讀由該感測器所接收的具有該第二特徵之光之一圖案。
2. 如請求項1之互動式顯示裝置，其進一步包括一準直光學元件，該準直光學元件經放置以將自該測試光源所接收的具有該第二特徵之光準直化，且將該具有該第二特徵之 經準直光導引朝向該反射片。
3. 如請求項2之互動式顯示裝置，其中該準直光學元件為一準直透鏡。
4. 如請求項2之互動式顯示裝置，其中該準直光學元件為一菲涅耳透鏡。
5. 如請求項2之互動式顯示裝置，其中該準直光學元件為一光楔。
6. 如請求項1之互動式顯示裝置，其中該等指令可執行以將該光之該圖案之一選定部分映射至該反射片之一特定區域。
7. 如請求項1之互動式顯示裝置，其進一步包括一光學元件，該光學元件經配置以將自藉由該觸控輸入而變形的該反射片之一或更多個區域所接收的具有該第二特徵之光聚焦於該感測器處，該光學元件進一步經配置以將自並未藉由該觸控輸入而變形的該反射片之一或更多個區域所接收的具有該第二特徵之光聚焦於接近該感測器之一位置處。
8. 如請求項7之互動式顯示裝置，其中該光學元件為一準直光學元件，該準直光學元件經放置以將自該測試光源所 接收的具有該第二特徵之光準直化，且將該具有該第二特徵之經準直光導引朝向該反射片。
9. 如請求項1之互動式顯示裝置，其進一步包括一光學元件，該光學元件經配置以散射自藉由該觸控輸入而變形的該反射片之一或更多個區域所接收的具有該第二特徵之光，且該光學元件經配置以將自並未藉由該觸控輸入而變形的該反射片之一或更多個區域所接收的具有該第二特徵之光聚焦於該感測器處。
10. 如請求項1之互動式顯示裝置，其中該第一特徵對應於一第一波長範圍，且該第二特徵對應於一不同的第二波長範圍。
11. 如請求項10之互動式顯示裝置，其中具有該第一特徵之光包括可見光，且具有該第二特徵之光包括紅外光。
12. 如請求項1之互動式顯示裝置，其中該互動式顯示裝置進一步經配置以在該互動式顯示裝置之一表面外輸出具有該第一特徵之光，且其中該等指令進一步可執行以經由解讀具有該第一特徵之光之一圖案而在該表面外成像。
13. 如請求項12之互動式顯示裝置，其中具有該第一特徵之光包含可見光及具有一第一波長之紅外光，該可見光用 於該顯示器，該具有該第一波長之紅外光用於在該表面外成像，且其中具有該第二特徵之光包含具有一第二波長之紅外光，該具有該第二波長之紅外光用於偵測觸控輸入，該第二波長大於該第一波長。
14. 如請求項13之互動式顯示裝置，其中該等指令進一步可執行以基於在該互動式顯示裝置之該表面外的成像而顯示一或更多個內容敏感顯示影像於該顯示器上。
15. 如請求項1之互動式顯示裝置，其進一步包括一可變形層，該可變形層經配置以接收一或更多個觸控輸入，該可變形層進一步包括複數個凸塊，各凸塊經配置以回應於一觸控輸入而接觸該反射片之一區域且使該反射片之該區域局部變形。
16. 如請求項15之互動式顯示裝置，其中該複數個凸塊與該可變形層光學匹配。
17. 一種互動式顯示裝置，包括：一彈性體層；一二向色反射片，該二向色反射片經配置以透射可見光且反射具有小於該反射片上之一入射臨界角的紅外光；一顯示器，該顯示器經放置以透過該彈性體層及該二向色反射片而輸出經調變的可見光以作為一顯示影像； 一測試光源，該測試光源經放置以透過該顯示器及該彈性體層而輸出紅外光，用以自該二向色反射片反射；一感測器，該感測器經配置以接收自該二向色反射片反射的紅外光；以及一光學元件，該光學元件經配置以將自藉由一或更多個觸控輸入而變形的該二向色反射片之一或更多個區域所接收的紅外光聚焦於該感測器處，該光學元件進一步經配置以將自並未藉由一或更多個觸控輸入而變形的該二向色反射片之一或更多個區域所接收的紅外光聚焦於接近該感測器之一位置處。
18. 如請求項17之互動式顯示裝置，其中該光學元件為一菲涅耳透鏡。
19. 如請求項17之互動式顯示裝置，其中該光學元件為一光楔。
20. 一種用以經由表面變形偵測對一互動式顯示裝置之觸控輸入之成像系統，該成像系統包括：一彈性體層；一二向色反射片，該二向色反射片經配置以透射具有一第一特徵之光且反射具有小於該反射片上的一入射臨界角且具有一第二特徵之光；一顯示器，該顯示器經放置以透過該彈性體層及該二 向色反射片而輸出經調變的具有該第一特徵之光以作為一顯示影像；一測試光源，該測試光源經放置以透過該顯示器及該彈性體層而輸出具有該第二特徵之光，用以自該二向色反射片反射；一感測器，該感測器經配置以接收自該二向色反射片反射的具有該第二特徵之光；一邏輯子系統，該邏輯子系統經配置以執行指令；以及一資料保持子系統，該資料保持子系統保持可由該邏輯子系統執行之指令以：儲存由該感測器所接收的具有該第二特徵之光之一圖案；以及將光之該圖案之一或更多個選定部分映射至該二向色反射片之一或更多個特定區域，該二向色反射片之該一或更多個特定區域指示使該二向色反射片變形的一或更多個觸控輸入。