TWI592862B - 利用光學圖案追蹤表面上的手持式裝置 - Google Patents

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TWI592862B
TWI592862B TW105102008A TW105102008A TWI592862B TW I592862 B TWI592862 B TW I592862B TW 105102008 A TW105102008 A TW 105102008A TW 105102008 A TW105102008 A TW 105102008A TW I592862 B TWI592862 B TW I592862B
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大衛 布萊德利 休爾特
羅亞 蘇珊 阿卡凡恩
傑夫 波拉
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惠普研發公司
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Description

利用光學圖案追蹤表面上的手持式裝置
本申請案係關於利用光學圖案追蹤手持式裝置的系統和方法。
電腦系統通常是利用被安裝在一支架上且/或被納入該電腦系統的某種其它構件內的一顯示器或是多個顯示器。對於採用觸敏技術的顯示器(例如，觸控螢幕)而言，直接和此種顯示器互動經常是使用者所期望的，以便於在系統操作期間充分利用此種觸控技術。
例如是觸控螢幕的裝置係提供一種優雅、簡單而且產業上簡潔的設計，以用於提供例如是觸控的輸入以及例如是顯示的輸出之功能。例如，使用者可以使用電容性或是主動式的筆，來直接在一觸控表面上書寫。一觸控螢幕可以藉由接近該顯示器表面來設置一透明的覆蓋而加以形成。此種覆蓋通常是根據一在該覆蓋的電氣特性上的改變，來偵測例如是觸碰的輸入之存在及位置。
提供一種系統，其係包括：一投影器單元；一全一體化電腦，其係可連接至該投影器單元；一相機，其係通訊地耦接至該全一體化電腦； 以及一觸敏的墊，其係通訊地耦接至該全一體化電腦，其中該投影器單元係用以投影一影像到該觸敏的墊上，以及其中該觸敏的墊係包括一光學圖案，該光學圖案係被用來追蹤一和該影像互動的手持式裝置。
提供一種追蹤和一在複數個表面上的物體互動之方法，其係包括：在一種包括複數個表面的系統中，每一個表面係具有被設置於其上的一個別的光學圖案；對於複數個被用來和該物體互動的手持式裝置的每一個，偵測被設置在該複數個表面的該手持式裝置所接近的一表面上的一光學圖案的至少一部分，該光學圖案的該部分係對應於在該表面上的一位置；響應於該些手持式裝置中之一偵測該些光學圖案中之一的其中一手持式裝置來修改在該些表面中的一或多個表面上的該物體，該物體修改係根據該手持式裝置中的哪一個偵測該光學圖案而為不同的。
提供一種系統，其係包括：複數個表面，該些表面的每一個係具有一被設置於其上的個別的預設的光學圖案；一處理器，其係用以判斷一手持式裝置所接近的是該複數個表面的哪一個表面，並且追蹤經由該手持式裝置而被輸入到該表面之上的資料。該手持式裝置係包括：一偵測器，其係用以偵測被設置在該手持式裝置所接近的該表面上的該預設的光學圖案的一部分，該預設的光學圖案的該部分係對應於在該表面上的一位置；一發送器，其係用以將代表該手持式裝置的位置的資料以及經由該手持式裝置而被輸入到該表面之上的該資料發送至一通訊地耦接至該手持式裝置的計算裝置。
15‧‧‧支撐表面
25‧‧‧指示筆
26‧‧‧尖端
27‧‧‧發送器
50‧‧‧無線信號
100‧‧‧電腦系統
110‧‧‧支撐結構
120‧‧‧底座
120a‧‧‧第一端(前端)
120b‧‧‧第二端(後端)
122‧‧‧凸起的部分
140‧‧‧直立的構件
140a‧‧‧第一端(上方端)
140b‧‧‧第二端(下方端)
140c‧‧‧第一側(正面側)
140d‧‧‧第二側(背面側)
150‧‧‧計算裝置
150a‧‧‧第一側(頂端側)
150b‧‧‧第二側(底部側)
150c‧‧‧正面側
150d‧‧‧背面側
152‧‧‧顯示器
153‧‧‧導體路徑
154‧‧‧相機
155‧‧‧中心軸(中心線)
160‧‧‧頂端
160a‧‧‧第一端(近端)
160b‧‧‧第二端(遠端)
160c‧‧‧頂表面
160d‧‧‧底表面
162‧‧‧摺疊反射鏡
162a‧‧‧高反射的表面
164‧‧‧感測器束
164a‧‧‧環境光感測器
164b‧‧‧相機
164c‧‧‧深度感測器
164d‧‧‧使用者介面感測器
180‧‧‧投影器單元
182‧‧‧殼體
182a‧‧‧第一端(上方端)
182b‧‧‧第二端(下方端)
183‧‧‧凹處
184‧‧‧投影器組件
184a‧‧‧第一端(上方端)
184b‧‧‧第二端(下方端)
186‧‧‧耦接構件(安裝構件)
200‧‧‧觸敏的墊
200a‧‧‧第一側(正面側)
200b‧‧‧第二側(背面側)
202‧‧‧觸敏的表面
205‧‧‧中心軸(中心線)
250‧‧‧處理器
260‧‧‧非暫態的電腦可讀取的儲存媒體
270‧‧‧接收器
520‧‧‧位置性輸入系統
521‧‧‧顯示器
522‧‧‧光學圖案
523‧‧‧處理器
524‧‧‧偵測器
525‧‧‧手持式裝置
526‧‧‧發送器
527‧‧‧表面
630‧‧‧位置性輸入方法
631‧‧‧步驟
800‧‧‧位置性輸入方法
810、820、830、840、850、860‧‧‧步驟
900‧‧‧位置性輸入方法
910、920、930、940、950、960、970‧‧‧步驟
為了各種的例子之詳細的說明，現在將會參考到所附的圖 式，其中：圖1是根據在此揭露的原理的一種電腦系統的一個例子的概要的立體圖；圖2是根據在此揭露的原理的圖1的電腦系統的另一概要的立體圖；圖3是根據在此揭露的原理的圖1的電腦系統的概要的側視圖；圖4是根據在此揭露的原理的圖1的電腦系統的概要的前視圖；圖5是描繪根據在此揭露的原理的位置性輸入系統的方塊圖；圖6是描繪根據在此揭露的原理的位置性輸入方法的流程圖；圖7是根據在此揭露的原理的圖1的電腦系統的一黑盒電路圖；以及圖8是描繪根據在此揭露的原理的位置性輸入方法的流程圖；圖9是描繪根據在此揭露的原理的位置性輸入方法的流程圖。
以下的討論係針對於本揭露內容的各種例子。儘管這些例子中的一或多個可能是較佳的，但是所揭露的該些例子不應該被解釋或者是利用作為限制包含申請專利範圍的本揭露內容的範疇。此外，熟習此項技術者將會理解到以下的說明係具有廣泛的應用，並且任何例子的討論只打算描述該例子而已，因而並非欲暗示包含申請專利範圍的本揭露內容的範疇是受限於該例子。
當以下的術語被說明書或申請專利範圍闡述時，該術語係被理解為如下表示的。該單數形"一"、"一個"以及"該"是表示"一或多個"。該術語"包含"及"具有"係欲具有和該術語"包括"相同的包括意義。
現在參照圖1-4，根據在此揭露的原理的一種電腦系統100 係被展示。在此例子中，系統100大致係包括一支撐結構110、一計算裝置150、一投影器單元180、以及一觸敏的墊200。計算裝置150可包括任何適當的計算裝置，同時仍然符合在此揭露的原理。例如，在某些實施方式中，裝置150可包括一電子顯示器、一智慧型手機、一平板電腦、一全一體化電腦(亦即，一種亦容置該電腦的主機板之顯示器)、或是其之某種組合。在此例子中，裝置150是一全一體化電腦，其係包含一中心軸或中心線155、第一或頂端側150a、一軸向與該頂端側150a相對的第二或底部側150b、一軸向延伸在該些側150a、150b之間的正面側150c、一同樣軸向延伸在該些側150a、150b之間而且大致徑向與該正面側150c相反的背面側。一顯示器152係界定一觀看表面，並且沿著該正面側150c而被設置以投影影像供一使用者(未顯示)觀看及互動。在某些例子中，顯示器152係包含觸敏的技術例如，電阻式、電容式、聲波、紅外線(IR)、應變計、光學、聲波脈衝識別、或是其之某種組合。因此，在整個以下的說明中，顯示器152可以經常被稱為一觸敏的表面或是顯示器。此外，在某些例子中，裝置150進一步包含一相機154，該相機154係用以在一使用者位在顯示器152的前面時，取得他或她的影像。在某些實施方式中，相機154是一網路攝影機。再者，在某些例子中，裝置150亦包含一麥克風或是類似的裝置，其係被配置以在操作期間從一使用者接收聲音輸入(例如，語音)。
仍然參考圖1-4，支撐結構110係包含一底座120、一直立的構件140、以及一頂端160。底座120係包含一第一或前端120a、以及一第二或後端120b。在操作期間，底座120係接觸一支撐表面15，以在操作期間支撐系統100的構件(例如，構件140、單元180、裝置150、頂端160、 等等)的至少一部分的重量。在此例子中，前端120a的底座120係包含一凸起的部分122，該凸起的部分122係稍微分開在該支撐表面15之上，藉此在部分122與表面15之間產生一空間或間隙。如同將會在以下更詳細加以解說的，在系統100的操作期間，墊200的一側邊係被收容在部分122與表面15之間所形成的空間內，以確保墊200之適當的對準。然而，應該體認到的是，在其它例子中，其它適當的對準方法或裝置亦可被使用，而仍然符合在此揭露的原理。
直立的構件140係包含一第一或上方端140a、一和該上方端140a相對的第二或下方端140b、一延伸在該些端140a、140b之間的第一或正面側140c、以及一與該正面側140c相反而且亦延伸在該些端140a、140b之間的第二或背面側140d。構件140的下方端140b係耦接至底座120的後端120b，使得構件140係從該支撐表面15實質向上延伸。
頂端160係包含一第一或近端160a、一和該近端160a相對的第二或遠端160b、一延伸在該些端160a、160b之間的頂表面160c、以及一與該頂表面160c相反而且亦延伸在該些端160a、160b之間的底表面160d。頂端160的近端160a係耦接至直立的構件140的上方端140a，使得遠端160b係從其向外的延伸。因此，在圖2所示的例子中，頂端160係只有在端160a之處加以支撐，並且因而在此係被稱為一"懸臂的"頂端。在某些例子中，底座120、構件140、以及頂端160全部都是單體地加以形成；然而，應該體認到的是，在其它例子中，底座120、構件140、及/或頂端160可以不是單體地被形成，而仍然符合在此揭露的原理。
仍然是參考圖1-4，墊200係包含一中心軸或中心線205、 一第一或正面側200a、以及一與該正面側200a軸向相對的第二或背面側200b。在此例子中，一觸敏的表面202係被設置在墊200上，並且與該軸205實質對準。表面202可包括任何適當的觸敏的技術，以用於偵測及追蹤藉由使用者所為的一或多個觸碰輸入，以便於容許該使用者能夠和藉由裝置150或是某些其它計算裝置(未顯示)所執行的軟體互動。例如，在某些實施方式中，表面202可以利用已知的觸敏的技術，例如是電阻式、電容式、聲波、紅外線、應變計、光學、聲波脈衝識別、或是其之某種組合，而仍然符合在此揭露的原理。此外，在此例子中，表面202係只延伸在墊200的一部分之上；然而，應該體認到的是，在其它例子中，表面202可以延伸在墊200的實質全部之上，而仍然符合在此揭露的原理。
在操作期間，墊200係與結構110的底座120對準，即如先前所述以確保其之適當的對準。尤其，在此例子中，墊200的背面側200b係被設置在底座120的突起的部分122與支撐表面15之間，使得後端200b係與底座的正面側120a對準，藉此確保墊200以及尤其是表面202與在系統100內的其它構件的適當的整體對準。在某些例子中，墊200係與裝置150對準，使得裝置150的中心線155係與墊200的中心線205實質對準；然而，其它對準也是可行的。此外，如同將會在以下更詳細描述的，在至少某些例子中，墊200的表面202以及裝置150係彼此電耦接的，使得藉由表面202接收到的使用者輸入係被傳遞至裝置150。任何適當的無線或有線的電性耦接或連線都可被使用在表面202與裝置150之間，例如是WI-FI、藍芽®、超音波、電纜線、電性引線、具有磁性保持力的電性彈簧加載的頂針(pogo pin)、或是其之某種組合，而仍然符合在此揭露的原理。在此例子 中，被設置在墊200的背面側200b上之露出的電性接點係在操作期間與在底座120的部分122之內對應的電性頂針引線接觸，以在裝置150與表面202之間傳輸信號。此外，在此例子中，該些電性接點係藉由位在先前敘述的在底座120的部分122與表面15之間的間隙中之相鄰的磁鐵而被保持在一起，以磁性地吸引及保持(例如，機械式地)一種沿著墊200的背面側200b設置之對應的含鐵及/或磁性的材料。
在一實施方式中，墊200係包含一種點圖案。此種點圖案可以是能夠提供獨特的資訊，其將會在以下更加詳細地加以描述。在一實施方式中，一種能夠提供獨特經編碼的絕對位置性資訊之範例的圖案可以是Anoto點圖案。在某些實施方式中，此種點圖案可以是人眼可見的(例如，在白色的表面上的黑色的點、或是在黑色的表面上的白色的點)。在另一實施方式中，該點圖案可以是人眼不可見的(例如，藉由紅外線相機看到的IR點)。該點圖案可被印刷在一個別的層上，並且可被設置在該墊的不同層之間。
現在特定地參考到圖3，投影器單元180係包括一外部的殼體182、以及一被設置在殼體182之內的投影器組件184。殼體182係包含一第一或上方端182a、一與該上方端182a相對的第二或下方端182b、以及一內部的凹處183。在此實施例中，殼體182進一步包含一耦接或安裝構件186，以在操作期間接合並且支撐裝置150。一般而言，構件186可以是任何用於懸吊及支撐一電腦裝置(例如，裝置150)之適當的構件或裝置，而仍然符合在此揭露的原理。例如，在某些實施方式中，構件186係包括鉸鏈，其係包含一旋轉軸以使得一使用者(未顯示)可以繞著該旋轉軸來旋轉裝置 150，以和其達到一最佳的可視角度。再者，在某些例子中，裝置150係永久或是半永久地附接至單元180的殼體182。例如，在某些實施方式中，殼體180以及裝置150係一體或是單體地被形成為單一單元。
因此，簡略地參考圖4，當裝置150係透過在殼體182上的安裝構件186而從結構110加以懸吊時，且當系統100係從一實質面對被設置在裝置150的正面側150c上的顯示器152之觀看表面或可視角度觀看時，投影器單元180(亦即，殼體182及組件184兩者)係實質被隱藏在裝置150之後。此外，如同亦在圖4中所示的，當裝置150係以所述的方式從結構110被懸吊時，投影器單元180(亦即，殼體182及組件184兩者)以及任何藉此被投影的影像係與裝置150的中心線155實質對準、或是相對於其定中心的。
投影器組件184係大致被設置在殼體182的凹處183之內，並且包含一第一或上方端184a、一與該上方端184a相對的第二或下方端184b。上方端184a係接近殼體182的上方端182a，而下方端184b係接近殼體182的下方端182b。投影器組件184可包括任何適當的數位光學投影器組件，以用於從一計算裝置(例如，裝置150)接收資料，並且(例如，從上方端184a)投影對應於該輸入資料的一或多個影像。例如，在某些實施方式中，投影器組件184係包括一種數位光學處理(DLP)投影器或是一種液晶覆矽(LCoS)投影器，其有利的是小型而且有能源效率的投影引擎，其能夠有多個顯示解析度及尺寸，例如是具有4：3寬高比之標準的XGA(1024×768像素)解析度、或是具有16：10寬高比之標準的WXGA(1280×800像素)解析度。投影器組件184係進一步電耦接至裝置150以便於從其接收資料，以用於在 操作期間從端184a產生光及影像。投影器組件184可以透過任何適當類型的電性耦接來電耦接至裝置150，而仍然符合在此揭露的原理。例如，在某些實施方式中，組件184係透過一電性導體、WI-FI、藍芽®、一光學連線、一超音波連線、或是其之某種組合來電耦接至裝置150。在此例子中，裝置150係透過被設置在安裝構件186之內的電性引線或導體(先前敘述的)來電耦接至組件184，使得當裝置150係透過構件186而從結構110被懸吊時，被設置在構件186之內的電性引線係接觸被設置在裝置150上之對應的引線或導體。
仍然參考圖3，頂端160進一步包含一摺疊反射鏡162以及一感測器束(bundle)164。反射鏡162係包含一高反射的表面162a，其係沿著頂端160的底表面160d而被設置，並且在操作期間被設置以反射從投影器組件184的上方端184a朝向墊200投影的影像及/或光。反射鏡162可包括任何適當類型的反射鏡或是反射的表面，而仍然符合在此揭露的原理。在此例子中，摺疊反射鏡162係包括一標準的前表面真空金屬化的塗覆鋁的玻璃反射鏡，其係作用以將從組件184所發射的光向下折到墊200。在其它例子中，反射鏡162可具有一複雜的非球面曲率來作用為一反射的透鏡元件，以提供額外的聚焦功率或是光學校正。
感測器束164係包含複數個感測器及/或相機，以在操作期間量測及/或偵測發生在墊200上或是接近墊200的各種參數。例如，在圖3所描繪的特定實施方式中，束164係包含一環境光感測器164a、一相機(例如，一彩色相機)164b、一深度感測器或相機164c、以及一個三維的(3D)使用者介面感測器164d。環境光感測器164a係被配置以量測圍繞系統100的 環境的光的強度，以便於在某些實施方式中，調整該相機及/或感測器(例如，感測器164a、164b、164c、164d)的曝光設定，且/或調整從整個系統的其它例如是投影器組件184、顯示器152、等等的來源所發射的光的強度。在某些實例中，相機164b可以包括一彩色相機，其係被配置以取得被設置在墊200上的一物體及/或文件的一靜止影像或是一視訊。深度感測器164c一般是指出一3D物體何時是在該工作表面上。尤其，深度感測器164c可以感測或偵測在操作期間被置放在墊200上的一物體(或是一物體之特定的特點)的存在、形狀、輪廓、運動、及/或3D深度。因此，在某些實施方式中，感測器164c可以利用任何適當的感測器或相機，其係被配置以感測及偵測一被設置在該感測器的視野(FOV)中的3D物體及/或每一個像素(不論是紅外線、彩色、或是其它)的深度值。例如，在某些實施方式中，感測器164c可包括具有均勻的IR光流的單一紅外線(IR)相機感測器、一具有均勻的IR光流的雙重IR相機感測器、結構化光深度感測器技術、飛行時間(TOF)深度感測器技術、或是其之某種組合。使用者介面感測器164d係包含任何適當的一或多個裝置(例如，感測器或相機)以用於追蹤一使用者輸入裝置，例如是一手、指示筆、指向裝置、等等。
例如是一數位指示筆或數位筆的手持式使用者輸入裝置可包含一偵測器。通常具有點、方形、或類似標記的形式之一預設的系列之位置編碼的元件可被設置在一顯示裝置上。一個此種系列的元件是由Anoto Group AB(瑞典Lund)所提供之獨特預設的位置編碼的圖案。利用該預設的圖案，一偵測器可以在接近該圖案被設置時，判斷其相對該圖案的位置。該偵測器的位置解析度功能例如可以是(1)藉由增進該些元件相對於彼此的位 置正確性、及/或(2)藉由增加同時被用來確定一位置位址的點的數目而被增大，使得在定位該些點上的誤差係被降低。該偵測器可以是一個二維陣列偵測器，例如是一CMOS或電荷耦合裝置(CCD)成像器。該偵測器可以適當地被設計以能夠從事高解析度的偵測，使得其係支援如上所述的圖案的位置解析度功能。一種可視透明的預設的元件圖案可被設置在一可視透明的載體中、在其上或是附近。在一例子中，一來源可以產生偏振光。該來源可以是在一容納該顯示器的計算裝置的內部、或是可以在該計算裝置的外部，例如是該手持式裝置的部分。所產生的偏振光可以通過被設置在一顯示裝置的表面上的可視透明的改變偏振狀態的元件之一預設的圖案，並且在該些經位置編碼的元件與該顯示器背景之間的偏振光的偏振狀態上的一改變可以藉由一偵測器而被偵測到。該改變可以對應於該偵測器在該顯示裝置上的一位置。在某些例子中，該位置可以在高解析度及準確性下加以判斷。該手持式裝置可包含一發送器，以發送代表該偵測器的位置之資料至一計算裝置。作為響應的是，該計算裝置可以使得該顯示裝置修改其輸出。
儘管該光學圖案在以上係被描述為由偏振元件所構成的，但是其它類型的光學圖案亦可被使用。例如，其並非是偏振元件，而是該圖案可以是吸收近紅外線(近IR)的墨水印刷的元件(例如，點或是任何其它形狀)的一圖案。在此例子中，在該計算裝置的外部或內部的來源可以產生被該些吸收的元件所吸收之近IR光。該近IR光並不需要被偏振。該近IR光可以通過吸收的元件的圖案，並且被反射或是傳遞至該偵測器。該偵測器可以根據在其中吸收的元件吸收該近IR光的區域與其中沒有吸收的元件並 且因此該近IR光並未被吸收的區域之間偵測到的對比，來偵測該圖案。
在其它例子中，任何其它的光學圖案都可被設置，其係致能利用具有或是不具有一光源的光學方法的偵測，其係利用構成該光學圖案之任何適當類型的元件。
以上的系統可以在顯示器上提供觸控為基礎的輸入之高的解析度以及高的準確性、以及在視覺上透明的輸入系統。然而，在某些例子中，在該手持式裝置的附近可以有多個顯示器及/或多個手持式裝置存在。
於是，本揭露內容係提出系統及方法，以在一種多顯示器的系統中提供識別一用於顯示器的互動之手持式裝置是接近哪一個顯示器的功能。本揭露內容亦可以在一種多手持式裝置的系統中提供管理來自該些各種的手持式裝置之輸入的功能。
如同在此所用的，該術語"光"係指落在可見光譜內的電磁輻射，其係從400奈米(紫光)延伸至700奈米(紅光)。該術語"光"亦可包含落在近紅外線頻譜內的電磁輻射，其係從700奈米延伸至3000奈米。
仍然參考圖3，在某些實施方式中，感測器164d係包含一對相機，其係被配置以在一使用者輸入裝置(例如，一指示筆)藉由一使用者而被移動在該墊200的附近，並且特別是在墊200的表面202的附近時，實立體鏡地(stereoscopically)追蹤該使用者輸入裝置的位置。在其它例子中，感測器164d亦可以包含、或者是替代地包含一紅外線相機或感測器，其係被配置以偵測由一使用者輸入裝置發射或反射的紅外光。應該進一步體認到的是，束164可以包括替代先前所述的感測器164a、164b、164c、164d、或是除了該些感測器外的額外的其它感測器及/或相機。此外，如同將會在以 下更詳細被解說的，在束164之內的感測器164a、164b、164c、164d的每一個係電性且通訊地耦接至裝置150，使得在操作期間，在束164之內產生的資料可以被發送至裝置150，並且藉由裝置150所發出的命令可被傳遞至該些感測器164a、164b、164c、164d。如同在以上針對於系統100的其它構件所解說的，任何適當的電性及/或通訊的耦接都可被用來將感測器束164耦接至裝置150，例如是一電性導體、WI-FI、藍芽®、一光學連線、一超音波連線、或是其之某種組合。在此例子中，電性導體係從束164，被指定路由通過頂端160、直立的構件140、以及投影器單元180，並且透過先前所述的被設置在安裝構件186內的引線而到裝置150中。
在系統100的操作期間，光係從投影器組件184而被發射，並且從反射鏡162被反射朝向墊200，藉此在該墊200上的一投影器顯示空間顯示一影像。此外，裝置150亦可以在該顯示器152上顯示一影像(其可以是與藉由組件184而被投影到表面202之上的影像相同、或是不同的)。藉由組件184所投影的影像可包括藉由在裝置150內執行的軟體所產生的資訊及/或影像。一使用者(未顯示)接著可以藉由實際接觸墊200的觸敏的表面202，來和在表面202及顯示器152之上顯示的影像互動。此種互動可以透過任何適當的方法來發生，例如是利用一指示筆25的直接互動、或是其它適當的使用者輸入裝置。
圖5是描繪根據某些例子的一種具有一指示筆的位置性輸入系統520的方塊圖。該系統520可包含複數個顯示器521(類似於在圖1中所示的顯示器區域150及200)。該些顯示器521的每一個都可以是已經於其上設置一個別的預設的光學圖案522。該系統520可包含一處理器523來 判斷一偵測器524是接近複數個顯示器521中的哪一個顯示器。儘管該處理器523係被展示在該系統520中的其它元件的外部，但是該處理器523可以是位在該些裝置的任一個中。該系統520可包含一具有該偵測器524以及一發送器526的手持式裝置525(例如，在圖7中的指示筆25)。再者，該手持式裝置525可以具有一控制器。該偵測器524可以是用以偵測被設置在該偵測器524所接近的顯示器521上之預設的圖案的一部分。該預設的圖案的該部分可以對應於在該顯示器521的一表面527上的一位置。該發送器526可以是用以發送代表該手持式裝置的位置之資料至一通訊地耦接至該手持式裝置525的計算裝置。再者，該控制器可包含一處理器以及電腦可讀取的媒體。應注意到的是，其並非是一個手持式裝置，而是可以有兩個、三個、四個、或是任意更大數目的手持式裝置。
圖6是描繪根據某些例子的一種位置性輸入方法630的流程圖。該方法可被執行在一種包括複數個顯示器之系統中，每一個顯示器已經於其上設置一個別的光學圖案。在631之處，對於複數個偵測器的每一個而言，被設置在該複數個顯示器的該偵測器所接近的一顯示器上的一光學圖案的至少一部分可以利用該偵測器來加以偵測。該光學圖案的該部分可以對應於在該顯示器的一表面上的一位置。一種能夠提供獨特編碼的絕對位置性資訊之範例的圖案是該Anoto點圖案。在一實施方式中，此種點圖案可以是人眼可見的(例如，在白色的表面上的黑色的點、或是在黑色的表面上的白色的點)。在另一實施方式中，該點圖案可以是人眼不可見的(例如，藉由紅外線相機看到的IR點)。以一種符合Anoto的圖案來設置偏振元件係提供一種獨特的位置識別系統，其係利用能夠偵測通過該些偏振元件 的光之改變的偏振狀態的偵測器。儘管該Anoto點圖案係被使用作為一舉例說明的例子，但是任何能夠提供在該些可視透明的元件之間的獨特編碼的絕對位置性資訊之相當的預設的圖案都可以類似地被採用，以將元件設置或定位在該載體中、在該載體上、或是在該載體的附近。
由於在光的偏振狀態上的改變是人眼無法察覺的，因此藉由該顯示器發射的光可能看起來是橫跨該顯示器均勻的，而不論該光的經改變的偏振狀態為何。提供一包含視覺上透明的偏振元件之視覺上透明的載體之能力可以致能一對於通過該些偏振元件的光的經改變的偏振狀態靈敏的偵測器的使用，以判斷該偵測器在該顯示器上的實體地點或位置，同時提供使用者觀看該顯示器之最小的損害。提供位置為主的資料至該偵測器，同時提供該顯示器之一最低限度損害的視野給該使用者之能力係提供該顯示器同時作用為一例如是能夠經由該偵測器來偵測位置為主的輸入的裝置之輸入裝置、以及一例如是能夠顯示資料的顯示器之輸出裝置的能力。
在另一例子中，偵測可以利用吸收近紅外線(近IR)的墨水印刷的元件來加以執行，而不是偏振元件。任何其它適當的光學偵測方法亦可被使用。
再者，該手持式裝置525(如同在圖5中所示)可包含該發送器以發送代表該偵測器的位置的資料至一計算裝置。代表該位置的資料可以是所偵測到的圖案。該手持式裝置可以透過一連線來和該計算裝置通訊地耦接。該連線可以是有線或是無線的。無線通訊例如可以藉由一藍芽連線及/或任何其它射頻(RF)的發送來加以執行。
使用者可以用複數種方式，透過該手持式裝置(例如，該指 示筆25)來和一顯示的物體(例如，2D或3D物體，例如是一文件或是一方塊)互動。例如，使用者可以選擇利用一種直接互動的方法(例如，直接的寫入)，其係被展示在圖7中。當一使用者與墊200的表面202互動時，一信號係被產生，該信號係透過先前所述的電性耦接方法及裝置的任一個而被指定路由至裝置150。一旦裝置150接收在墊200之內產生的該信號之後，其係透過內部的導體路徑153而被指定路由至一處理器250，該處理器250係和一非暫態的電腦可讀取的儲存媒體260通訊以產生一輸出信號，該輸出信號係接著被指定路由回到投影器組件184及/或顯示器152，以分別實施在被投影到表面202之上的影像及/或被顯示在顯示器152之上的影像中之一改變。亦應該體認到的是，在此過程期間，一使用者亦可以透過與被設置於顯示器152上的觸敏的表面接觸、及/或透過例如是一鍵盤及滑鼠的另一使用者輸入裝置，來和被顯示在顯示器152之上的影像互動。該指示筆25進一步包含一發送器27，該發送器27係被配置以追蹤指示筆25的位置(而不論指示筆25是否正在和表面202互動)，並且透過一無線信號50來和一被設置在裝置150之內的接收器270通訊。在這些例子中，藉由接收器270從在指示筆25上的發送器27接收到的輸入亦透過路徑153而被指定路由至處理器250，使得一輸出信號可以被產生，並且如先前所述地被指定路由至該組件184及/或該顯示器152。
在另一例子中，該使用者可以和在一間接的表面(例如，有紙夾的筆記板、白板、膝板、紙張)上之一顯示的物體互動。一間接的表面可包含任意類型的表面，其並非是該系統的相機直接可見的、也不是直接連接至該系統。於是，在一間接的表面上的指示筆25需要建立和該系統的 一連線，以便於通訊資料。在一實施方式中，此種連線可以是藍芽®。本發明係提供其中一使用者可以選擇從一直接的表面切換到一間接的服務、或是從一間接的服務切換到一直接的表面之實施方式。例如，一使用者可以是利用一指示筆來和在該計算系統的觸控墊上的一影像互動。該使用者可以選擇切換一例如是白板的間接的表面，並且繼續和相同的影像互動。於是，本發明係容許此種在複數個表面之間的切換(例如，直接至間接的、間接至間接的、或是間接至直接的)，同時容許該使用者能夠繼續和該影像互動。
再者，在某些例子中，被設置在束164之內的感測器(例如，感測器164a、164b、164c、164d)亦可以產生系統輸入，該系統輸入係被指定路由至裝置150以用於藉由處理器250及裝置260的進一步處理。例如，在某些實施方式中，在束164之內的感測器可以感測一指示筆25的位置及/或存在，並且接著產生一輸入信號，該輸入信號係被指定路由至處理器250。處理器250接著產生一對應的輸出信號，該輸出信號係以上述的方式而被指定路由至顯示器152及/或投影器組件184。尤其，在某些實施方式中，束164係包含一對相機或感測器，其係被配置以執行實體鏡的指示筆追蹤(例如，指示筆25的追蹤)。在另外其它實施方式中，指示筆25係包含一尖端26，該尖端26係用一種紅外線逆反射的塗層(例如，塗料)來加以塗覆，因此容許其能夠作為一紅外線逆反射器。束164(並且更特別是感測器164c或164d)接著可以進一步包含如先前所述的紅外線相機或感測器，其係在操作期間偵測從指示筆25的尖端26反射出的紅外光，並且因此在尖端26移動橫跨表面202時，追蹤尖端26的位置。
因此，在某些例子中，藉由組件184而被投影到表面202之上的影像係在系統100之內作用為一第二或替代的觸敏的顯示器。此外，和被顯示在表面202之上的影像互動係進一步透過該些感測器(例如，感測器164a、164b、164c、164d)的使用而被強化。
圖8是描繪根據某些例子的位置性輸入方法800的流程圖。在某些例子中，此方法可被改變，使得某些步驟可被加入，而某些步驟可被省略。多個手持式裝置的同時使用將會相關於圖9的方法900來加以描述。
轉到圖8，在810之處，多個表面(例如，該手持式裝置可以與其互動的觸控墊以及其它表面)可加以提供。該些表面的每一個可以具有被設置在表面上、或是相對於彼此而接近表面之不同的圖案。在某些例子中，每一個圖案可以是可視透明的改變偏振的元件的一不同的光學圖案，例如是不同的Anoto點圖案。在某些例子中，該些圖案可以是橫跨在該些表面上的整個區域彼此不同的。在其它例子中，該些圖案可以是只有橫跨其個別的區域的部分彼此不同的。例如，該些角落中之一(例如，右上方角落)可以具有一獨特的圖案，而其餘部分可以具有一和該表面區域的其餘部分相同的圖案。在一實施方式中，這些獨特的圖案可以代表各種的圖像(icon)。這些圖像可以是工具，例如是剪下、複製、貼上、及/或類似者。在某些實施方式中，該表面可包含永久的工具(例如，剪下、複製、貼上)，並且在其它實施方式中，該表面可被客製化以包含使用者所選的工具(例如，開啟、關閉、歸位(home))。
在820之處，該手持式裝置可被置放成接近該計算裝置的表面中之一。例如，該手持式裝置可被置放成接近根據在810之處所論述的 例子的任一個的其上設置一獨特的圖案之表面的一部分。在某些例子中，該手持式裝置可被置放成接近一被設置在該表面上的圖案，使得被設置在該表面上的該圖案的部分之偵測可以作用雙重之目的：(1)判斷該手持式裝置接近哪一個表面、以及(2)判斷該手持式裝置在該手持式裝置所接近的表面上的實體位置。此主要係適用其中該手持式裝置被用來和該計算系統間接互動的實施方式。更明確地說，若該手持式裝置位在其上的該表面並未被該計算裝置捕捉或看到時，則被設置在該表面上的圖案的部分的偵測可以作用為如上所述的雙重之目的。該手持式裝置首先可被置放成明確地接近一識別該表面之獨特的第一圖案，以用於判斷該手持式裝置是接近哪一個表面。例如，該獨特的圖案可被設置在根據在810之處所論述的例子的任一個的表面上、或是接近該表面。之後，該手持式裝置可被置放成接近該表面的一部分，使得被設置在該表面上的一第二圖案的部分的偵測可被使用於判斷該手持式裝置在該表面上的實體位置。
在830之處，代表該偵測到的圖案的資料可被發送至該計算裝置。在840之處，根據該偵測到的圖案，一計算裝置可以判斷該偵測器接近的是哪一個顯示器。在850之處，根據該偵測到的圖案，一計算裝置可以判斷該手持式裝置及偵測器在該偵測器於840之處所判斷接近的該表面上的實體位置。
在860之處，該計算裝置可以在判斷及/或接收該實體位置的資料之後，通訊到其顯示器以修改其輸出，例如是修改正被顯示在該實體位置的像素的色彩。例如，若一使用者係利用該手持式裝置以在該表面上作畫時，則該顯示器之被判斷的實體位置可以響應於該手持式裝置接近 該實體位置，來顯示彩色的線以代表該畫畫。
圖9是描繪根據某些例子的一種位置性輸入方法900的流程圖。在某些例子中，該方法可被改變，使得某些步驟可被加入，而某些步驟可被省略。
在以下的例子中，相同的軟體(例如是繪圖軟體)可以在多個計算裝置上開啟。因此，多個使用者可以同時在相同的畫畫或投影上工作。在某些例子中，一使用者可以在一顯示器上作畫，而另一使用者可以在一不同的顯示器上作畫，然而來自所有使用者的輸入都可以同時出現在全部的顯示器上，以容許共同作畫。在其它例子中，多個使用者可以在相同的顯示器上工作。在另外其它例子中，每一個使用者只可以有許可在該些顯示器中之一上作畫，然而來自所有利用個別的顯示器的使用者的輸出都可以出現在該些顯示器的每一個上。
在910之處，每一個手持式裝置以及因此其個別的偵測器可加以識別。每一個手持式裝置可被指定相對於彼此是獨特的ID碼。在920之處，一旦通訊是根據連線而被建立在該些裝置之間後，該些計算裝置以及手持式裝置的每一個可以同步化其例如是時脈的計時器，使得用於藉由該些裝置的任一個所做的動作之時間戳記可加以比較，以判斷該些動作是同時或是在不同的時點發生。
在930之處，該些手持式裝置的每一個偵測器分別可以偵測在該些表面(或是顯示器)中之一上的一圖案的一部分。在940之處，可以判斷每一個手持式裝置相關的是哪一個計算裝置及顯示器。例如，此可以藉由判斷每一個手持式裝置接近的是哪一個計算裝置的顯示器來加以完成。 在某些例子中，多個手持式裝置可以接近相同的計算裝置的顯示器。在其它例子中，每一個手持式裝置可以接近不同的顯示器。
在950之處，每一個手持式裝置可以向一或多個計算裝置發送代表其偵測到的圖案的資料、該手持式裝置的ID碼、以及該圖案的偵測的時間戳記。在其中每一個手持式裝置本身被判斷其接近的是哪一個計算裝置的例子中，該個別的手持式裝置可以只傳遞該偵測到的圖案至其接近的計算裝置。在其中該些計算裝置中之一被判斷為一給定的手持式裝置是接近其的例子中，該手持式裝置可以傳遞偵測到的圖案至該些計算裝置的每一個。
在960之處，根據該偵測到的圖案，每一個計算裝置可以判斷該手持式裝置及偵測器在該偵測器先前被判斷為接近的該顯示器上的實體位置。在970之處，一手持式裝置接近的計算裝置可以通訊至其顯示器來修改其輸出，例如是修改被顯示在該實體位置的像素的色彩。例如，若一使用者係利用一手持式裝置來在該顯示器上作畫時，則該顯示器之被判斷的實體位置可以響應於該手持式裝置正接近該實體位置，來顯示彩色的線以代表該畫畫。該輸出可以根據該手持式裝置的ID碼來加以修改，使得該修改後的輸出是根據哪一個手持式裝置正在該個別的計算裝置上被使用而為不同的。例如，一手持式裝置可以用一第一種色彩作畫，並且另一手持式裝置可以用一第二種不同的色彩作畫。在其它例子中，除了色彩之外的其它視覺線索亦可被用來視覺識別哪一個手持式裝置與一顯示器互動。
因為每一個手持式裝置係個別地利用一ID碼來加以識別，因此某些許可可能是對於某些使用者為可利用的，但是對於其他使用者則 為不可利用的。例如，每一個使用者可以具有獨特的許可來抹除其本身的畫畫記號。
在此說明書(包含任何所附的申請專利範圍、摘要及圖式)中所揭露的全部特點、及/或如此所揭露的任何方法或過程的全部步驟都可以用任意的組合來加以組合，除了其中此種特點及/或步驟的至少某些個是相互排斥的組合之外。
在先前的說明中，許多的細節係被闡述以提供在此揭露的標的之理解。然而，例子可以在無這些細節的某些或全部的細節下加以實施。其它的例子可包含與以上論述的細節不同的修改及變化。所欲的是所附的申請專利範圍涵蓋此種修改及變化。
15‧‧‧支撐表面
100‧‧‧電腦系統
110‧‧‧支撐結構
120‧‧‧底座
120a‧‧‧第一端(前端)
140‧‧‧直立的構件
140a‧‧‧第一端(上方端)
140c‧‧‧第一側(正面側)
150‧‧‧計算裝置
150a‧‧‧第一側(頂端側)
150b‧‧‧第二側(底部側)
150c‧‧‧正面側
150d‧‧‧背面側
152‧‧‧顯示器
154‧‧‧相機
155‧‧‧中心軸(中心線)
160‧‧‧頂端
160a‧‧‧第一端(近端)
160b‧‧‧第二端(遠端)
200‧‧‧觸敏的墊
200a‧‧‧第一側(正面側)
200b‧‧‧第二側(背面側)
202‧‧‧觸敏的表面
205‧‧‧中心軸(中心線)

Claims (15)

  1. 一種系統，其係包括：一投影器單元；一全一體化電腦，其係可連接至該投影器單元；一相機，其係通訊地耦接至該全一體化電腦；一個三維(3D)使用者介面感測器，其係通訊地耦接至該全一體化電腦；以及一觸敏的墊，其係通訊地耦接至該全一體化電腦，其中該投影器單元係用以投影一影像到該觸敏的墊上，其中該觸敏的墊係包括一光學圖案，該光學圖案係被用來追蹤一和該影像互動的手持式裝置，以及其中該三維(3D)使用者介面感測器係被配置以在該手持式裝置藉由一使用者而被移動在該觸敏的墊的附近時，實立體鏡地追蹤該手持式裝置的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該手持式裝置係與在至少一和該觸敏的墊分開的表面上的該影像互動，並且傳遞和該互動相關的資料至該全一體化電腦，該至少一表面係具有該光學圖案。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，其進一步包括一支撐結構，該支撐結構係包含一底座、一從該底座向上延伸的直立的構件、以及一從該直立的構件向外延伸的懸臂的頂端。
  4. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該懸臂的頂端係包含一摺疊反射鏡，並且該投影器單元係用以向上投影該影像，以從該反射鏡反射到該觸 敏的墊之上。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該光學圖案係藉由以下來加以偵測：使得藉由一來源產生的一偏振光通過該光學圖案，該光學圖案是被設置在該觸敏的墊上的可視透明的偏振元件之一預設的圖案；以及偵測一在該偏振光的偏振狀態上的改變，其係對應於在該觸敏的墊上的一位置。
  6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該手持式裝置係經由藍芽來和該全一體化電腦通訊。
  7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該光學圖案是該使用者可見的。
  8. 如申請專利範圍第7項之系統，其中該觸敏的墊是白色的，並且該光學圖案是黑色的點。
  9. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該光學圖案是該使用者不可見的。
  10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該光學圖案係包含可藉由一紅外線相機偵測的點。
  11. 一種追蹤和一在複數個表面上的物體互動之方法，其係包括：在一種包括複數個表面的系統中，每一個表面係具有被設置於其上的一個別的光學圖案；對於複數個被用來和該物體互動的手持式裝置的每一個，偵測被設置在該複數個表面的該手持式裝置所接近的一表面上的一光學圖案的至少一部分，該光學圖案的該部分係對應於在該表面上的一位置； 響應於該些手持式裝置中之一偵測該些光學圖案中之一的其中一手持式裝置來修改在該些表面中的一或多個表面上的該物體，該物體修改係根據該手持式裝置中的哪一個偵測該光學圖案而為不同的；以及透過一個三維(3D)使用者介面感測器而在該手持式裝置藉由一使用者而被移動在該表面的附近時，實立體鏡地追蹤該手持式裝置的位置。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中一第一表面是例如為一觸敏的墊之一互動的表面，其係顯示該影像並且容許藉由該使用者的直接的互動，並且一第二表面是一遠端的顯示器，其係容許藉由該使用者的間接的互動。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中藉由該使用者的直接及間接的互動是即時的。
  14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該複數個手持式裝置係經由藍芽來和該系統通訊。
  15. 一種系統，其係包括：複數個表面，該些表面的每一個係具有一被設置於其上的個別的預設的光學圖案；一處理器，其係用以判斷一手持式裝置所接近的是該複數個表面的哪一個表面，並且追蹤經由該手持式裝置而被輸入到該表面之上的資料；一個三維(3D)使用者介面感測器，其係被配置以在該手持式裝置藉由一使用者而被移動在該表面的附近時，實立體鏡地追蹤該手持式裝置的位置；以及該手持式裝置係包括： 一偵測器，其係用以偵測被設置在該手持式裝置所接近的該表面上的該預設的光學圖案的一部分，該預設的光學圖案的該部分係對應於在該表面上的一位置；一發送器，其係用以將代表該手持式裝置的位置的資料以及經由該手持式裝置而被輸入到該表面之上的該資料發送至一通訊地耦接至該手持式裝置的計算裝置。
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