TWI605363B - 用以校正一數位化器系統之系統及方法 - Google Patents

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柏納德 歐馬 吉葛漢
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Description

用以校正一數位化器系統之系統及方法
使用者日益需要在僅辨識對觸敏器件之表面的觸碰以外的功能性。此等其他功能性包括手寫辨識及直接筆記記錄(例如，使用觸控筆)。此等功能性通常提供於所謂之數位化系統中。
具有由觸控筆中之影像感測器偵測之位置相關標誌的數位化系統在市場上可購得。Anoto Group AB出售偵測在不透明紙或紙板基板上印刷之標誌的觸控筆。參考美國專利公開案第2010/0001962號(Doray)，該案描述一種多點觸控顯示系統，其包括上面包括有位置圖案之觸控面板。
揭示用於將一數位化器系統與一相關聯顯示器校正之方法及系統，該數位化器系統基於光致發光標誌，該等光致發光標誌界定基板之局部區域。顯示器之局部化區域經激發，例如，一點展示於顯示器上。使用者接著藉由觸控筆選擇該點。在一實施例中，來自點自身之輻射使至少一光致發光標誌發光。在另一實施例中，觸控筆包括一使至少一光致發光標誌發光的輻射源。總之，此發光之(發射之)輻射由觸控筆感測。處理器接著將所感測之標誌與所顯示之點相關聯。此程序可根據需要重複以準確地將基板與顯示器校正。
在一實施例中，描述一種將一具有一具有光致發光標誌之基板 的數位化器系統與一顯示器校正的方法，該等光致發光標誌唯一地識別基板之局部區域，該方法包含：將來自顯示器之第一局部化區域的輻射及來自與該第一局部化區域相關聯之光致發光標誌的輻射接收至一電子感測器件中。
在另一實施例中，描述一數位化器系統，該系統包含：一電子可定址顯示器；一具有唯一地界定基板之局部區域的光致發光標誌之基板，其中該基板耦接至該顯示器；一感測單元，其感測光致發光標誌；一處理器，其通信地耦接至該顯示器及該感測單元；其中該處理器使顯示器之第一局部化區域輻射同時接收指示自感測單元接收之輻射輸入的信號，該感測單元感測與第一局部化區域相關聯之至少一光致發光標誌；及其中該處理器基於所接收信號計算校正資料，該校正資料將基板之局部化區域與顯示器相關聯。
本文中進一步描述此等及其他實施例。
3‧‧‧激勵光
3a‧‧‧激勵光
5‧‧‧標誌發射之光
5a‧‧‧標誌產生之IR光
5e‧‧‧標誌產生之IR光
6‧‧‧標誌發射之光
6a‧‧‧標誌產生之IR光
7‧‧‧可見(白色)顯示器光
8‧‧‧可見(白色)顯示器光
9‧‧‧環境光
10‧‧‧校正標誌
32‧‧‧鏡
33‧‧‧孔隙
34‧‧‧光源
34c‧‧‧光源
34d‧‧‧光源
35‧‧‧光源
35c‧‧‧光源
35d‧‧‧光源
36‧‧‧鏈路
41‧‧‧觸控筆本體
41c‧‧‧觸控筆本體
43‧‧‧濾光器
44‧‧‧觸控筆處理器
44e‧‧‧處理器
45‧‧‧影像感測器
45c‧‧‧影像感測器
45d‧‧‧影像感測器
45e‧‧‧影像感測器
46‧‧‧印刷電路板(PCB)
46c‧‧‧印刷電路板(PCB)
48‧‧‧透鏡
48c‧‧‧透鏡
48d‧‧‧物鏡/透鏡
48e‧‧‧透鏡
51‧‧‧探針
53‧‧‧影像感測器/濾光器
53c‧‧‧濾光器
53d‧‧‧彩色濾光器
53e‧‧‧濾光器
56‧‧‧板
56c‧‧‧板
56d‧‧‧孔隙板
61‧‧‧光導
62‧‧‧菲涅爾透鏡小面/視場
63‧‧‧菲涅爾透鏡
65‧‧‧視場(FOV)
69‧‧‧二向色鏡
71‧‧‧塑膠尖端
73‧‧‧濾光器
75‧‧‧影像感測器
77‧‧‧柔性印刷件
100‧‧‧觸控筆數位化器系統
101‧‧‧觸控筆數位化器系統
102‧‧‧觸控筆數位化器系統
103‧‧‧觸控筆數位化器系統
105‧‧‧顯示器
105A‧‧‧顯示器
105g‧‧‧顯示器
107‧‧‧LCD/顯示器
108‧‧‧背光
109‧‧‧氣隙
112‧‧‧IR單元
113‧‧‧IR單元
114‧‧‧濾光器/可見光單元
115‧‧‧數位化器面板/濾光器/可見光單元
116‧‧‧上覆層
117‧‧‧光學透明黏接劑層
118‧‧‧透射可見光之基板
119‧‧‧光致發光標誌
119A‧‧‧標誌
120‧‧‧觸控筆
120A‧‧‧觸控筆
120B‧‧‧觸控筆
120C‧‧‧觸控筆
120D‧‧‧觸控筆
120E‧‧‧觸控筆
124‧‧‧鏈路
130‧‧‧電子控制器
135‧‧‧鏈路
145‧‧‧鏈路
146‧‧‧鏈路
148‧‧‧二向色基板
152‧‧‧彩色濾光器
153‧‧‧頂部偏光器層
156‧‧‧基板
158‧‧‧基板
159‧‧‧表面
167‧‧‧層
168‧‧‧印刷有標誌之基板
169‧‧‧表面
178‧‧‧基板
179‧‧‧標誌
190‧‧‧標誌
191‧‧‧第一標誌波長範圍之點
192‧‧‧第二標誌波長範圍之點
193‧‧‧具有來自第一及第二範圍之標誌波長的點
195‧‧‧標誌
196‧‧‧彩色濾光器
200‧‧‧基板/保護層/可見光透明基板
201‧‧‧光學清透黏接劑
202‧‧‧標誌
203‧‧‧多層光學膜(MOF)
204‧‧‧黏接劑
205‧‧‧觸敏螢幕/器件
206‧‧‧層
結合隨附圖式考慮以下詳細描述可更完整地理解本文中描述之實施例，其中：圖1a展示一數位化器及顯示系統。
圖1b展示一數位化器及顯示系統之另一實施例。
圖1c展示一數位化器及顯示系統之另一實施例。
圖1d展示缺少顯示系統之數位化器的一實施例。
圖2a展示先前技術的具有位置唯一性的標誌圖案之放大圖。
圖2b展示具有複數個波長組合之具有位置唯一性的6×6標誌圖案之放大圖。
圖2c展示具有複數個波長組合之具有位置唯一性的5×5標誌圖案之放大圖。
圖2d展示可與具有複數個波長組合之具有位置唯一性的標誌圖 案相結合使用的濾光器。
圖3a展示觸控筆之末端部分之橫截面。
圖3b展示雙源觸控筆之末端部分之橫截面。
圖3c展示具有同軸光徑及光導的雙源觸控筆之末端部分之橫截面。
圖3d展示具有同軸光徑、二向色鏡及兩個影像感測器的雙源觸控筆之末端部分之橫截面。
圖3e展示類似於圖3D中所示之觸控筆的具有兩個具有濾光器之影像感測器的觸控筆之末端部分之橫截面。
圖4a展示數位化器及顯示系統之一部分的放大橫截面圖。
圖4b展示具有二向色反射器之數位化器及顯示系統之一部分的放大橫截面圖。
圖4c展示數位化器及顯示系統之一部分的放大橫截面圖。
圖4d展示數位化器及顯示系統之一部分的放大橫截面圖。
圖4e展示具有最小上覆層之數位化器及顯示系統之一部分的放大橫截面圖。
圖4f展示具有按反射模式操作之觸控筆的數位化器及顯示系統之一部分的放大橫截面圖。
圖4g展示具有印刷於顯示器之彩色濾光器上之標誌的數位化器及顯示系統之一部分的放大橫截面圖。
圖5a展示一例示性產品構造。
圖5b展示一例示性產品構造。
圖5c展示一例示性產品構造。
圖5d展示一例示性產品構造。
圖5e展示一例示性產品構造。
圖5f展示一例示性產品構造。
圖6展示在顯示器上的一印刷有標誌之上覆層，其中在該顯示器上照明一校正標誌。
在諸圖中，除非另有描述，否則相同參考數字指示相同元件。
本文中描述一種數位化器系統，其包括：具有唯一地界定基板之X-Y區域之光致發光標誌的基板，及具有感測該等標誌且基於所感測標誌判定觸控筆相對於基板之位置的光學感測器的筆或觸控筆。
適於本文中描述之實施例的標誌之一圖案已由瑞典Anoto Company AB開發且可自Anoto Company AB購得。Anoto公司提供以唯一地界定紙上之每一位置的圖案在紙上印刷小的不透明點的能力。接著將一觸控筆(Anoto公司亦提供)用以感測在觸控筆視場(FOV)內通過的圖案之部分。接著分析所感測之圖案並計算觸控筆相對於紙的位置。
此分析可包含使所感測圖案經歷影像辨識演算法，藉此用一定義形狀或圖案之數學函數及/或藉由與標誌庫進行比較來分析所感測影像。此庫內有大量被支援之標誌之定義及每一標誌相對於其他標誌之相對位置的指示符。識別一標誌提供對數位化器之表面上之位置的一指示。若相對於顯示器座標預先判定了數位化器位置，則標誌可用以間接地參考顯示器座標。對標誌相對於觸控筆的定向(例如，旋轉)之識別亦可提供關於觸控筆之定向的資訊
如本文中進一步描述，在一些實施例中，使用光致發光標誌允許基板及標誌對於人可見光係高度透光的，甚至達到幾乎透明之程度，使得其非常適於用作置放於顯示器上或併入於顯示器中的透明上覆層。光致發光標誌亦可用於非透光基板(包括不透明基板(諸如白板或紙))上。本文中亦描述多波長圖案。
在一些實施例中，光致發光標誌亦可改良偵測系統中之信雜 比。光致發光標誌亦可提供對來自基板之鏡面反射的改良之處置。在一些實施例中，可藉由使用光學濾光器在偵測器處減少或消除來自激勵源之輻射，藉此改良對標誌之光致發光品質的偵測。詳言之，在一些實施例中，因為光致發光標誌在接收到在第一波長範圍中(通常，呈紫外線(UV)、可見光或紅外線(IR)照明的形式)之激勵電磁照明(或輻射-在本文中可互換地使用該等術語)時，該等標誌發光，從而提供在不同於激勵範圍之一或多個波長範圍內之經發射電磁輻射。
在一些實施例中，與激勵輻射源相關聯之信號可被濾除，藉此增加由感測器自發光標誌接收之光的信雜比。在一些實施例中，亦可選擇基板自身之材料以改良信雜比。舉例而言，在光致發光標誌偵測系統中，具有標誌之基板可被置於吸收材料、漫射材料或透明材料上，以便最小化返回感測器之激勵輻射。
可基於基板之性質來選擇包含光致發光標誌之材料，如稍後將更完整地描述。在一些實施例中，材料可包含可在市場中購得之光致發光墨水，或量子點(QD)。光致發光材料經組態以展現光致發光性；在一實施例中，由標誌提供的發光發射主要在紅外線(IR)光波長中，且「刺激」激勵照明主要在比與IR相關聯之波長短的波長內。與由材料之發射提供的波長範圍相比，可在用以激勵該等標誌的光波長範圍內存在某一重疊，但在一些實施例中，需要較少重疊。光致發光材料可透射可見光或對於可見光係透明的，且可安置於自身透射可見光或對於可見光係透明的基板上。
在一些實施例中，數位化器系統可經組態以在若干模式中之一者中操作。在一模式中，觸控筆用在一第一照明波長範圍內的光照明一視場，該第一照明波長範圍可激勵光致發光標誌，且影像係藉由一影像偵測器(或感測器)來偵測，該影像偵測器(或感測器)回應於在一實質上不同於第一照明波長範圍之第二標誌波長範圍內之發射波長。 在第二模式中，觸控筆提供在一波長範圍內之照明，且觸控筆偵測與觸控筆照明在相同之波長範圍內的非光致發光影像。在第三模式中，觸控筆可偵測來自可見光發射顯示器之在第一標誌波長範圍內之標誌輻射光。在一些實施例中，觸控筆影像感測器及觸控筆處理器可感測兩個或兩個以上波長範圍且區分在每一波長範圍內之影像。
圖1a展示觸控筆數位化器系統100，其包含：觸控筆120、顯示器105、圖案化有光致發光標誌之數位化器面板115，及經由鏈路135控制所顯示影像之電子控制器130。包含各種微處理器及電路之控制器130經由鏈路135控制所顯示影像，或其可通信地耦接至控制所顯示影像之另一顯示器特定的控制器。顯示控制器130接收來自觸控筆120之與觸控筆120相對於數位化器面板115之位置相關聯的信號。控制器130亦可充當電腦系統(例如，攜帶型計算系統)之系統處理器。儘管控制器130在圖1中被展示為一方框，但其可作為離散的電子子系統(例如，用以與觸控筆120互動之第一子系統，及用以與顯示器105互動之第二子系統)而存在。觸控筆120藉由鏈路124而與控制器130通信地耦接。鏈路124可為一束細導線，但更佳地，鏈路124為一無線射頻(RF)鏈路，且在此構造中，觸控筆120及控制器130包括用於來回通信或(視實施而定)單向通信之無線電。在一實施例中，此等無線電實施BluetoothTM通信協定或由IEEE 802.11界定之協定。
另一電子子系統可經組態以對激勵源及感測單元(例如，觸控筆)定時。舉例而言，激勵源可經脈衝化(接通/關斷)且感測器俘獲時序經設定為對應於源之關斷狀態。此組態可在一些實施例中對於基於磷光材料或具有適當長衰變時間之其他光致發光材料的標誌有用。
在一些實施例中，源/偵測系統之脈衝操作亦將減輕移動觸控筆系統中的運動誘發之假影。若俘獲時間充分短，則所俘獲影像中之標誌的模糊將最小，從而可能允許更準確讀取標誌。另外，與以連續模 式操作之源相比，光致發光漂白之速率可減少。脈衝模式操作亦可延長電池供電觸控筆器件之操作時間。
觸控筆120具有光學影像感測器，光學影像感測器可偵測在其視場(FOV)內的光之圖案。觸控筆120偵測自安置於數位化器面板115上或數位化器面板115內的光致發光標誌發射之光5。觸控筆120可提供呈激勵光3形式之刺激(或激勵)照明以照明數位化器面板115上之標誌。在其他實施例中，激勵照明可來自並非收容於觸控筆內之源的源(例如，LCD背光及環境光)。激勵光3可具有一第一波長範圍；標誌發射之光5(發光)具有一第二波長範圍。在一實施例中，第一波長範圍與第二波長範圍不重疊。在另一實施例中，第一波長範圍與第二波長範圍最低限度地重疊，使得大多數激勵照明能量在與大多數標誌發射的能量不同之波長處。在另一實施例中，第一波長範圍與第二波長範圍重疊。在又一實施例中，發射光5可自可見顯示器發射，所以可能無需激勵光3。在一些實施例中，光5之第二波長範圍將包含可由觸控筆120中之光學影像感測器進行相互區別的複數個波長組合。在標誌為螢光性或磷光性的大多數狀況下，第一照明波長範圍將在比第二標誌波長範圍短之波長處。第一波長範圍及第二波長範圍之寬度將基於光致發光標誌之性質。第一波長範圍及/或第二波長範圍可超過與人視覺感測相關聯之波長範圍。
顯示器105可為任何類型之顯示器，包括(但不限於)電子可定址之顯示器，諸如液晶顯示器(LCD)、主動矩陣LCD(AMLCD)、有機發光二極體顯示器(OLED)、主動矩陣有機發光二極體顯示器(AMOLED)、電泳顯示器、投影顯示器、電漿顯示器，或印刷之靜態影像。在一些實施例中，顯示器105為選用的，因為可在數位化器面板115為不透明之應用中使用數位化器。
在一實施例中，數位化器面板115為一透明基板，諸如玻璃、聚 對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)三乙酸纖維素(TAC)，或任何合適材料。其可為完全透光的、部分透光的，或不透明的。較佳地，其為非常透光的，以便允許人看見顯示器105之輸出。數位化器面板115可為一層，或可包含各種材料之多個層。數位化器面板115包括安置於其上或其內的在兩個維度上唯一地界定基板或基板之某一部分的光致發光標誌。數位化器面板115可包含一個以上層。舉例而言，可在頂面上使用耐久層。可包括抗反射(AR)層、抗眩光(AG)層、偏光層、濾色層、反光層或二向色光學層。可包括觸控螢幕電極或電阻表面，以及用以層壓面板115之各種層的黏接層。面板115可為剛性或可撓性的。
瑞典Anoto Company AB授權使用允許公司將呈墨水形式的不透明標誌印刷於(例如)紙上的軟體。Anoto亦出售辨識該等標誌且藉此判定筆相對於所印刷紙之X-Y座標的筆。
在美國專利第5,051,763號、第5,442,147號、第5,477,012號、第5,852,434號、第6,502,756號、第6,548,768號、第6,570,104號、第6,586,688號、第6,663,008號、第6,666,376號、第6,667,695號、第6,689,966號、第6,722,574號及第7,622,182號中進一步描述基於各種圖案的標誌及感測技術，該等案中之每一者特此以引用之方式全文併入本文中。Anoto為一家已開發基於具有位置唯一性的標誌的數位化器系統的公司；熟習此項技術的技術人員將瞭解其他系統，且本文中描述之發明可應用於其中許多者。
對於上覆於顯示器上而操作的數位化器，產生在可見範圍外的標誌發射光的標誌可係較佳的。用於此等應用之標誌較佳由提供在700nm與1000nm之間的波長處的所發射之光致發光的任一合適材料形成。此等材料可易於得到，在此範圍內操作之IR濾光器及光學感測器亦易於得到。舉例而言，日本濱松市(Hamamatsu City)之 Hamamatsu Pthotonics出售若干種對IR波長範圍敏感之電荷耦合器件(CCD)光學感測器。對於一些應用，其他波長範圍(諸如較長的IR波長範圍)可係較佳的。
任何合適光致發光材料皆可用於標誌。在一實施例中，合適標誌材料包含光致發光墨水。一些實例光致發光墨水及染料可自佛羅里達聖露西港(Port St Lucie)之QCR解決方案公司(QCR Solutions Corp)購得(參見包括IRF820A及IRF940A之染料)。
在另一實施例中，光致發光量子點可嵌入於載體材料(諸如樹脂或液體)中以製成染料。在一些實施例中，量子點在曝露於在自UV至IR之較寬波長範圍上提供的激勵光時會發光，對於許多其他發光材料而言並非如此。因此，量子點可特別適於(例如)系統102(圖1c及圖4d)，在系統102中，量子點發光材料可吸收來自白色LCD背光的能量。其他發光材料可能需要系統102具有發射在其特定吸收範圍內之光的特殊背光。
存在廣泛多種在市場上可購得之量子點選項。可選擇量子點以提供具有自紫外線(例如，包含ZnSe之量子點)經由可見光(例如，包含CdSe之量子點)直至中等IR(>2500nm)(例如，包含PbSe)的多種波長之標誌發射光。提供在IR範圍內之標誌發射光的量子點亦可由PbS、PbSe或InAs製成。由PbS製成之具有自約2.7nm至4nm之直徑的量子點將提供在近IR波長範圍內的標誌發射光。具有InAs之核心及較高帶隙材料(例如，具有CdSe之無機鈍化殼的ZnSe或PbSe)之殼的量子點可具有改良之光致發光量子效率。具有ZnS殼之具有CdTeSe之核心的量子點可自加利福尼亞托蘭斯(Torrance)之奈米光學材料公司(Nano Optical Materials)購得。以硫代甘油及二硫代甘油之組合穩定的量子點亦已展示出可改良發光波長隨時間之穩定性。量子點可自包括以下各者的公司購得：奈米光學材料公司(Nano Optical Materials)、奈米 光學材料公司之母公司智能光學系統公司(Intelligent Optical Systems)(亦在加利福尼亞托蘭斯(Torrance))，及紐約州特洛伊(Troy)之Evident Technologies。Evident Technology銷售名稱為「Snake Eye Red 900」的可調配成用於印刷之墨水的基於PbS之染料。紐約州Grand Island之生命技術公司(Life Technologies)及加利福尼亞帕羅奧多(Palo Alto)之Nanosys提供可印刷量子點溶液，例如含有量子點之防偽墨水。
如上文所提及，標誌可印刷於任何合適基板上。可使用許多已知印刷製程，包括柔版印刷、凹版印刷、噴墨印刷或微接觸印刷。光致發光材料可均勻地分散於光學清透樹脂中，並使用諸如柔版印刷或凹版印刷之方法而沈積於基板上。凹版印刷可較佳用於印刷較大光致發光粒子(諸如，IRF820A)。柔版印刷可在大量應用時具有成本優勢。當需要較小量的定製之標誌圖案時，噴墨印刷可係較佳的。量子點之噴墨印刷在以下論文中加以描述：2010年，歐洲無機化學雜誌(European Journal of Inorganic Chemistry)，第242頁至247頁，Small,A.C.、Johnston,J.H.及Clark,N.之「Inkjet Printing of Water “Soluble”Doped ZnS Quantum Dots」。
在標誌經印刷於上覆於顯示器上之基板上的實施例中，以薄層來印刷標誌通常係較佳的，此係因為光經由標誌之折射可被最小化。亦可藉由較薄層而最大化透明度，且在一些狀況下可減少發光抑制。可使用微接觸印刷將光致發光量子點印刷於單層中。量子點之單層最大化對於可見光及IR波長之透明度。在此情況下，可見光透射連同標誌產生之IR光(圖4b、圖4d中之5a、6a)的反射一起被最大化。
可使用論文Direct Patterning of CaSe Quantum Dots into Sub-100nm Structures(Small,A.C.等人，歐洲無機化學雜誌(2010)：第242頁至247頁)及論文Fabrication and Luminescence of Designer Surface Patterns with β-Cyclodextrin Functionalized Quantum Dots via Multivalent Supramolecular Coupling(Dorokhin等人，材料研究與工程研究所(Institute of Materials Research and Engineering)，科技研究局(Agency for Science,Technology and Research)，ACS Nano(2010)，4(1)，第137頁至第142頁)中描述之微接觸印刷方法來印刷量子點之單層。此等論文中之後一者描述了兩種微接觸印刷發光CdSe/ZnS核心-殼量子點之方法。在兩種方法中，皆藉由以β環糊精之表面配位體進行塗佈來官能化量子點，該等表面配位體促進結合並在基於水的膠體懸浮液中穩定量子點。在兩種方法中，將聚二甲基矽氧烷(PDMS)印模用於在玻璃基板上進行微接觸印刷。在一方法中，基板係首先用金剛烷基封端樹狀體(adamantyl terminated dendrimeric)材料之圖案來微接觸印刷，接著使經官能化量子點之膠體懸浮液暴露於經印刷基板，且量子點結合至印刷於基板上之材料。在第二方法中，直接將經官能化量子點微接觸印刷於玻璃基板上之樹狀體層上。
視所需之光致發光圖案而定，微複製可用以製造具有所要圖案之負片(negative)的工具。接著將該工具抵靠經均勻塗佈之聚合物層而按壓並固化以在聚合物固化基質中形成圖案之一致壓痕。此等壓痕可接著直接使用諸如凹版印刷之精確滾塗方法用與載體摻合或調配成墨水的合適光致發光材料來填充，或藉由使用結合刮刀(用以自不同於凹痕中區域之區域移除過多溶液)的滾塗間接地填充。
圖案化基板之另一方式為使用利用光致發光墨水之直接熱印刷製程，使得墨水駐留於藉由熱印刷機構而在(通常聚合)基板中形成的井中。此可具有可在(在一些實施例中)無需昂貴的工具開發之情況下提供定製圖案的迅速單步數位處理之額外優點。
可視應用之性質而使用有機或無機染料或顏料來建立光致發光標誌。有機染料(諸如，可自福羅里達哈倫代爾(Hallandale)之Lumiprobe購得的CY7)提供若干益處，諸如高發光性。然而，此等類 型染料之斯托克位移(Stokes shift)通常<50nm，且耐久性及耐光性常常低，從而使得其不適於一些應用。具有共軛鍵或芳香環之碳鏈通常存在於有機染料中，且有時與氮原子或硫原子相關聯。舉例而言，CY7由環己烷橋接之聚伸次甲基鏈組成。
無機染料、顏料、磷光體或其他發光材料(諸如早先提及之Snake Eye Red)提供另一解決方案。與有機染料相比，此等材料之斯托克位移可歸因於吸收曲線之大頻寬而相對較高。此等材料由在非金屬離子之陣列中之金屬陽離子組成，諸如，Snake Eye Red中之硫化鉛(PbS)。
現轉至圖1b，展示觸控筆數位化器系統101，其包含觸控筆120、圖案化有光致發光標誌之數位化器面板115、顯示器105a，及接收來自觸控筆120之位置相關資訊且經由鏈路135控制所顯示影像的電子控制器130。顯示器105a發射或反射可見光，且顯示器105a至少部分地透射觸控筆發射之激勵光3及標誌發射之光5。顯示器105A可為一透明OLED顯示器，或靜態印刷影像，或其他顯示器類型。
現轉至圖1c，展示觸控筆數位化器系統102，其包含觸控筆120、具有光致發光標誌之數位化器面板115、LCD 107、背光108，及接收來自觸控筆120之位置相關資訊且經由鏈路145控制所顯示影像的電子控制器130。觸控筆120偵測自數位化器面板115上之標誌發射的光5之圖案。標誌發射之光5較佳具有不同於自背光108發射的可見光之波長範圍。標誌發射之光5較佳地具有包括充分長以使得其無關於LCD 107中之像素的接通/關斷狀態而穿透LCD 107的波長的波長範圍。舉例而言，950nm光無關於像素狀態而穿透多數LCD。數位化器面板115上之標誌可由來自背光108之激勵光激發，所以觸控筆120上之標誌激勵光源係可為選用的且並非必需。
圖1d展示觸控筆數位化器系統103，其包含：觸控筆120、具有 光致發光標誌之數位化器面板115，及電子控制器130。觸控筆120用激勵光3照明數位化器面板115上之標誌並偵測標誌發射光5。數位化器面板115可印刷有各種圖形，或其可呈現為空白的(例如，就空白紙片而言)，且可為不透明的。觸控筆120可與筆功能性(圖1d中未展示，關於圖4之上墨尖端52描述)組合。數位化器面板115可為一白板(例如，如用於教室中)，且標號器可併入觸控筆中，或數位化器面板可包含顯示內容投影於其上之螢幕。
圖3a展示觸控筆120A之一部分的橫截面圖。觸控筆本體41含有可發射具有一第一照明波長範圍之激勵光3的選用之光源34。具有第二標誌波長範圍之標誌發射之光5進入觸控筆120A之尖端且通過濾光器43。濾光器43選擇性地使標誌發射光5的第二波長範圍之至少某一部分通過，同時阻止第一波長範圍之光(由光源34發射)。舉例而言，標誌可發射800nm至1200nm的光，且濾光器43可使在750nm與1200nm之間的標誌波長之光通過，同時阻止低於750nm之光波長。透鏡48聚焦標誌發射之光5以通過孔隙33，接著自鏡32反射至影像感測器45上。透鏡48可由透射IR但阻擋可見光的材料製成，所以透鏡48亦可執行濾光器43之濾光功能。例示性透鏡48經展示為一簡單凸透鏡，但其他透鏡組態可係較佳的。在一些觸控筆組態中，可需要透鏡48將廣泛範圍之波長聚焦於影像感測器53上。在此種狀況下，透鏡48可為消色差透鏡。
影像感測器45可為任何合適感測器。在多個成像領域中可互換地使用基於電荷耦合器件(CCD)及互補金氧半導體(CMOS)技術的感測器，且其可適於此應用。在一些實施例中，光5可具有唯一地界定基板之局部區域的複數個標誌波長及圖案組合。在此等實施例中，影像感測器45可進一步包括將光5之所選標誌波長傳遞至一些像素及將不同波長傳遞至感測器45之其他像素的彩色濾光器。
影像感測器45藉由印刷電路板(PCB)46上之導體而連接至觸控筆處理器44。光源34藉由鏈路36而連接至PCB 46a。觸控筆處理器44分別經由PCB 46a上之導體及藉由鏈路36控制影像感測器45及光源34。另外，觸控筆處理器控制對來自影像感測器45之影像資訊的收集，並經由鏈路124(圖1a中所示)將此資訊傳達至控制器130。觸控筆120亦可包含諸如切換器及電池(未圖示)之額外組件。觸控筆120亦可包含自觸控筆延伸的探針51，探針51為光學組件提供空間，且可在與數位化器之表面接觸時啟動一切換器，從而使某些觸控筆電子元件啟動。探針51可由固體塑膠或金屬製成，且其可含有用於藉由觸控筆120書寫在表面上的墨水。探針51可視情況為可縮回的。
光源34之照明波長範圍必須提供在一範圍內之輻射，該輻射激勵標誌以產生在一所要標誌波長及亮度下之發射(發光)。在一實例中，標誌發射之光歸因於由在另一較短波長範圍中之光刺激而發光。在一些實施例中，激勵光及標誌發射之光對於使用者的可見性最小可係較佳的。若光源34發射UV-A光(例如，在350nm與420nm之間)或若光源34發射近IR光(例如，在700nm與850nm之間)，則滿足此等準則。激勵光可改為(或額外地)由其他組件(諸如，LCD面板中之背光或其他照明源)產生。
除觸控筆120B(圖3b)具有一額外光源35外，觸控筆120B類似於觸控筆120A。此光源可有利地用於需要感測光致發光標誌及傳統反射標誌兩者(傳統反射標誌可自Anoto購得)的觸控筆實施例。舉例而言，在發光模式中，處理器44可選擇光源34以用在380nM波長範圍內之光激勵標誌，該等標誌接著發光並發射在以850nM為中心之標誌波長範圍內之輻射。影像感測器45可經組態以偵測在850nM之標誌波長範圍內的影像。在反射模式中，處理器44可選擇源35來照明未發光之標誌。源35將較佳地發射在850nM之標誌波長範圍內之照 明，所以此波長範圍之光將相對於標誌之周圍基板以不同方式自標誌反射，且在標誌反射之光與基板反射之光之間的所得對比度由影像感測器45偵測。
圖3c展示具有兩個光源之觸控筆120C之一部分的簡化橫截面圖，觸控筆120C類似於觸控筆120A，但具有一包括用於照明光3及6以及標誌發射光5之共同光徑的替代構造。觸控筆本體41c含有分別發射照明光3及6的光源34c及35c。光源34c及35c可具有多個發射器。在圖3c的軸向視圖中所示之實例中，每一源包含兩個LED。又在實例中，來自源34c及35c之光係由在四個LED中之每一者之前面的菲涅爾透鏡63聚焦。來自源34c及35c之光經由物鏡48c聚焦並自觸控筆120C發射，其中光可照明視場62。視場62內之光5經由透鏡48c進入觸控筆120C，並透過板56c中之孔隙33聚焦，接著在鏡32上反射。光5自鏡32傳遞至彩色濾光器53c，其中在選定波長範圍內之光5通過濾光器53c至影像感測器45c。穿過透鏡48c之共同光徑簡化了射出光3或6與入射光5之對準，並最小化了觸控筆120之所需尖端直徑。
在本文中別處描述了用於用各種波長之光照明標誌及感測光致發光或光反射標誌之影像的觸控筆120之各種操作模式。在另一模式中，觸控筆120可偵測輻射在可見光波長範圍內之光的標誌之影像。舉例而言，觸控筆120可感測由發射可見光之顯示器之像素形成的影像，例如，如專利US 7,646,377中所描述，該專利特此以引用之方式全文併入本文中。感測來自一諸如LCD、OLED或投影顯示器之光發射顯示器之可見光影像通常不需要由觸控筆光源進行照明，所以可在觸控筆處在可見光感測模式中時由處理器44關斷源34及35。感測可見光波長範圍內之光需要影像感測器45對可見光波長敏感，且需要入射光5通過濾光器以使得其到達影像感測器45。感測器45中之任一者可對可見光敏感。濾光器43或53中之任一者或類似者可使可見光波長通 過。
圖3d展示觸控筆120D之一部分的簡化橫截面圖，觸控筆120D類似於觸控筆120C，但面向前面的光源34c及35c由具有光導61之面向側面光源替代，光導61將光3或光6旋轉90度並朝物鏡48d聚焦光。除來自源34d及35d之光藉以進入光導61的邊緣外，光導61的其背面及邊緣可塗佈有反射材料。光導61上之菲涅爾透鏡小面62可用以聚焦光3及光6以均勻地照明視場65。光5經由透鏡48d進入觸控筆120D之末端且透過孔隙33聚焦，接著在鏡32d上反射。光5自鏡32d傳遞至彩色濾光器53d及至影像感測器45d。
圖3e展示觸控筆120E之一部分的簡化橫截面圖，觸控筆120E類似於觸控筆120D，但單一影像感測器45d由兩個影像感測器45e及75替代，影像感測器45e及75分別具有濾光器53e及73。光5經由透鏡48e進入觸控筆120E之末端且透過孔隙板56d中之孔隙33聚焦。IR波長範圍內之光接著在二向色鏡69上反射至濾光器53e及影像感測器45e。濾光器53e可將IR光分成不同波長範圍，使得影像感測器45e可區分一波長範圍與另一波長範圍，或影像感測器45e可偵測一包括IR波長之單一範圍的單色影像。在可見光波長範圍內之光5e穿過二向色鏡69及可見光濾光器73至影像感測器75。濾光器73可將可見光分成不同波長範圍，使得影像感測器75可區分一波長範圍與另一波長範圍，或影像感測器75可偵測一包括可見光波長之全部範圍的單色影像。柔性印刷件77將影像感測器75連接至PCB 46c。處理器44e使用來自影像偵測器45e及75之影像資訊來解析可包括在IR波長範圍內之影像及/或在可見光波長範圍內之影像的影像。二向色鏡69可包含用於二向色基板148(參看圖4b描述)之相同材料，獨立的影像感測器可具有包括較高潛在特殊解析度及缺乏彩色濾光器之特定IC之可用性的缺點，但具有諸如低成本及高成像圖框率之優點。
圖2a展示在實線矩形內之Anoto型標誌，其包含配置在由虛線指示之虛擬6×6矩陣上的在基板上之不透明點的圖案。矩陣之每一交叉點具有一個點，且每一點被位置編碼成在交叉點之上方、下方、左邊或右邊之四個位置中之一者。此提供基於基數為4之三十六個數位的寫碼系統，所以標誌之每4個一組的組合可表示多至436個唯一碼。碼之排列經減少以允許獨立地編碼每一標誌中之X及Y座標。排列亦由於需要允許判定部分表面之位置的冗餘性及自任一定向偵測碼序列而減少。甚至在進行此等減少之情況下，Anoto標誌亦可藉由大小小於2mm之具有位置唯一性的標誌編碼極大區域，其中標誌中之每一者唯一地界定基板之局部區域。
本文中描述之光致發光標誌可使用與由Anoto使用之圖案相同的單色點圖案，或其他選項可係較佳的。舉例而言，透射可見光之光致發光材料可用以製造較大大小之仍具有最小光學可見度的特徵。較大點或其他特徵形狀可較易於印刷，且可使用具有較大光致發光粒子的材料，同時標誌大小維持在小於2平方毫米。
發射可區別的波長之光的標誌特徵提供額外寫碼替代方案。上文描述之基數為四的寫碼系統可用四個波長組合而非四象限點置放或四個符號形狀而達成。圖2b中展示一實例，其中將包含具有不同發射波長範圍之光致發光奈米粒子的點用以唯一地界定標誌190，其與其他標誌一起可用以唯一地界定基板之局部區域。第一標誌波長範圍可以850nM為中心，且第二標誌波長範圍可以950nM為中心。標誌可包含位於三十六個位置中之任一者中的點或其他形狀。每一可能點位置具有四個特徵中之一者：第一標誌波長範圍之點191；第二標誌波長範圍之點192；具有來自第一範圍及第二範圍之標誌波長的點193；或沒有點。可使用其他波長組合，及其他特徵形狀或特徵形狀之組合。舉例而言，點之四位置編碼圖案亦可具有兩個波長範圍之點，所 以在5×5標誌中之每一位置具有八個可能碼，導致在5×5矩陣中之多於436個唯一碼。
圖2c展示包含5×5陣列之標誌195，該陣列包含在複數個波長組合中發光之點，該等波長組合唯一地界定基板之局部區域。陣列中之25個可能位置具有具四個特徵中之一者的點：第一標誌波長範圍之點191；第二標誌波長範圍之點192；具有來自第一及第二範圍之標誌波長的點193；或沒有點。如所示，該圖案被限制為在三個拐角處沒有點；頂部、右邊及底部邊緣之所有其他位置具有在至少一波長中發射之點。此圖案提供對標誌邊界及角定向之簡單辨識。給定0.3mm之特徵間之間隔，唯一標誌之重複圖案可提供唯一地界定幾乎500,000平方公尺之基板面積之局部區域的圖案及波長組合。
圖2d展示使用已知彩色濾光器方法組態為濾光器單元陣列之例示性彩色濾光器53之一部分的細節。多數彩色濾光器具有將紅光、綠光或藍光傳遞至一影像偵測器之像素的單元陣列。舉例而言，許多彩色濾光器使用常常呈R、G、G、B或R、G、B、G之圖案的具有紅色或藍色兩倍的綠色濾光器單元的拜耳濾光器(美國專利第3,971,065號)。濾光器53以傳遞在IR波長範圍內之光的單元替代R、G、B濾光器單元中之一或多者。濾光器53可將多達四個波長範圍傳遞至影像感測器之選定像素，使得影像感測器可區分具有不同波長範圍或色彩之影像特徵。在一實施例中，濾光器53傳遞兩個波長範圍之可見光及兩個波長範圍之IR光至影像感測器45，同時耦接之電子元件基於來自影像感測器之信號解析位置。可結合解析標誌(諸如標誌190及195)一起有利地使用此濾光器(或其類似者)。
在參看圖2b及圖2c描述之一實施例中，濾光器53中之四個彩色濾光器單元包含分別使以850nM及950nM為中心之IR光通過的單元112及113，及分別使以波長500nM及600nM為中心之光通過的可見光單 元114及115。IR單元112及113較佳地使具有+/-50nM之頻寬的光通過。可見光單元114及115較佳地使具有+/-100nM之頻寬的光通過。可使用其他彩色濾光器佈局，且可使用其他濾光器波長組合。在一些實施例中，偵測單色可見光影像可為足夠的，所以濾光器114及115兩者皆可偵測(例如)450nM至700nM之可見光。在一些實施例中，可能無需進行可見光影像偵測，所以濾光器53之所有單元可使一或多個IR波長範圍通過。
表1概述觸控筆120之操作模式。將參考觸控筆120C之組件描述模式，但該等模式適用於本文中的其他例示性觸控筆組態。表1展示以各種組合形式使用以自各種媒體讀取影像的組件之實例。
觸控筆模式1-光致發光媒體
為了讀取光致發光標誌，接通光源35且關斷源34。可經由IR透明彩色濾光器來過濾標誌影像。舉例而言，濾光器43或色彩分離濾光器之單元(諸如，濾光器53中之單元112及/或113)。由處理器44自影像感測器45讀取影像。
觸控筆模式2-被動式媒體
為了讀取光漫射或反射基板(諸如，紙)上之光吸收被動式標誌，源34被接通且源35被關斷，所以自觸控筆120發射之光3係處在一波長處，該波長將通過觸控筆濾光器43或53至觸控筆影像偵測器45。自標誌反射之具有一由標誌特徵與基板之間的對比度形成之影像的光5被接收並被IR透明彩色濾光器43或濾光器53中之IR透明單元過濾，且由處理器44自影像感測器45讀取IR影像。
光透明基板上之被動式標誌可吸收光，或被動式標誌可漫射或反射光。為了讀取來自此媒體之光，源34被接通且源35被關斷，所以自觸控筆120發射之光3係在一波長處，該波長將通過觸控筆濾光器43或53至觸控筆影像偵測器45。經照明之標誌影像光5被接收並被濾 光，且由處理器44自影像感測器45讀取IR影像。取決於是標誌還是背景朝觸控筆120反射光5，自透明基板上之被動式標誌接收之影像可為一相對於不透明基板上之被動式媒體的相反影像。
觸控筆模式3-可見光發射顯示器
為了讀取光發射可見光影像(例如，顯示於LCD或OLED上之標誌)，源35及源34可被關斷。所顯示之游標可用作具有位置特定性之標誌，或可追蹤顯示器上之像素以偵測移動，如專利US 7,646,377中所描述。另外，可讀取影像感測器45之IR量測像素，以偵測可自顯示器發射之任何時變IR信號。時變IR信號可經編碼以指示若干顯示器中的哪些在觸控筆120之視場內，如美國專利申請案第13/454,066號中所描述，該案特此以引用之方式全文併入本文中。
在一實施例中，多模式觸控筆120可在如表1中所列出之多種模式中操作。模式之手動切換可藉由觸控筆上之切換器或藉由與顯示器上之應用程式及GUI互動而執行。亦可基於由觸控筆120接收之輸入來支援在模式之間的自動切換。舉例而言，假設觸控筆120具有濾光器53及可感測多個波長範圍內之影像的影像感測器45以及不同波長之兩個照明源34及35，可在源照明之不同組合下順序地測試影像直至有效影像被辨識為止。以下例示性演算法可用以自動地切換觸控筆感測模式：
1. 啟動觸控筆模式3，藉此源35及34被關斷，接著偵測可見光 影像。
1.1 所偵測影像經處理以辨識在觸控筆FOV中之任何受支援的標誌。若未偵測到受支援之標誌，則前往步驟2，否則，
1.2 將任一經偵測可見光影像與受支援標誌或觸控筆定位器游標相關，例如，如(例如)美國專利7,646,377中所描述。
1.2.1 若匹配，則計算並報告以顯示器為參考之位置。
1.2.1.1. 自步驟1.1重複
1.2.2 若不匹配，則報告在FOV中無觸控筆相關可見光影像。
2. 啟動觸控筆模式1，藉此源35被接通且源34被關斷，接著偵測IR影像。
2.1 將任一經偵測IR影像與受支援標誌圖案相關。若判定一正相關，則計算並報告發光數位化器位置。
2.1.1 重複步驟2直至無IR影像被偵測到為止，接著前往步驟1。
3. 啟動觸控筆模式2，藉此源35被關斷且源34被接通，接著偵測IR影像。
3.1 將任一經偵測IR影像與受支援標誌圖案相關。若判定一正相關，則計算並報告被動式數位化器位置。
3.1.1 重複步驟3直至無IR影像被偵測到為止，接著前往步驟1。
現參看圖4A，光致發光標誌119被沈積於透射可見光之基板118的表面上。可藉由印刷光致發光材料之一薄層而沈積標誌。舉例而言，可將光致發光量子點與可印刷媒體混合，並使用已知方法來印刷。印刷有標誌之基板118接著經層壓至耐久上覆層116，耐久上覆層116可為將保護標誌之玻璃、丙烯酸系物或任何合適之透明工作表面。或者，標誌可印刷於上覆層116之底面上。
將基板118與上覆層116結合的黏接劑117可為光學清透黏接劑(OCA)，諸如美國St Paul,MN之3M公司出售的黏接劑。黏接劑117可 由氣隙替代(倘若標誌119具有一環境保護塗層)，且氣隙109亦可以OCA來替代。
來自觸控筆120之照明包含具有一第一波長範圍(例如，近UV-A或近IR)之激勵光3及3a。未由標誌119吸收之光3a通過基板118，且由下方之層吸收或反射。光3中之一些由標誌119吸收，其激勵標誌119，使得將標誌發射之光5在各個方向上輻射，包括輻射至包括光學感測電子元件(如較早所描述)之觸控筆外殼中。在此實施例中，標誌發射之光5主要在第二波長範圍內，在此狀況下，標誌發射之光5在IR範圍內。可見顯示器光7及8係自顯示器105發射。照射標誌119之某一顯示器光8將通過標誌。顯示器光2中之一些亦可由標誌119吸收且將激勵標誌使其發光，從而產生光6。環境光9亦可引起標誌119中之光致發光，從而產生標誌發射之光6。
顯示器105經展示為一平坦橫截面，但顯示器5可包括其他形狀。舉例而言，顯示器可包含一背面投影器及一背面投影面板。
圖4B展示與圖4a中之數位化器系統相同之數位化器系統，不同之處在於基板118由使某一第一波長範圍之光通過同時反射第二波長範圍之光的二向色基板148替代，其中第一範圍之波長通常短於第二範圍之波長。舉例而言，基板148可為可見光透明的反射IR之材料，諸如3M公司之多層光學膜(MOF)，其以晶體(Crystalline)汽車膜及威望系列(Prestige Series)住宅窗膜為名在市場上可購得。二向色反射基板148藉由重新導引原本將不會到達觸控筆120的第二波長範圍之標誌產生光而增加系統之效率。3M公司之PR90EX膜可用於反射性基板148。
圖4C展示數位化器及顯示系統102(參見圖1c)之一部分的放大橫截面圖。在此實施例中，藉由背光108提供之光輻射來激勵標誌。然而，在其他實施例中，觸控筆可額外地包括此另外照明源。
若顯示器107為諸如(透明)OLED之發光顯示器，則可能不需要背光108。在(例如，結合LCD顯示器)使用選用之背光108的情況下，可自選用的顯示器背光108發射可見(白色)顯示器光7及8。光7之未由標誌119A吸收的一部分通過基板118、光學清透黏接劑層117並通過顯示器107之像素，以形成所顯示之影像。來自背光108之光可包含在可見光譜外的波長。舉例而言，可自背光發射近紅外線(IR)光(700nm至1000nm)或近UV光(例如，350nm至400nm)以激發基板118上之標誌。此等波長中之一些可由在標誌上方之層(例如，顯示器107之彩色濾光器，若107為LCD則其將為典型的)濾除，使得最小量的此等波長之光可到達使用者。在名為「Infrared Display with Luminescent Quantum Dots」的美國專利公開案第2008/0246388號中描述了包含由背光激發之量子點的LCD顯示器。
圖4D展示數位化器及顯示系統103(參見圖1d)之一部分的放大橫截面圖。在此實施例中，觸控筆類似於參看圖4b描述之觸控筆，原因在於其包括一激勵標誌之照明源。此實施例展示了在白板型環境中使用具有位置唯一性的光致發光標誌。透明上覆層包括光致發光標誌119及光學清透黏接劑層117以及基板156(此處，實質上透光，使得可透過包含基板156及OCA 117之堆疊而看到基板158之表面上的圖形)。基板156之表面159可被層鋪有材料(諸如Tedlar®(可自DuPont購得)、聚丙烯，或與白板應用相容之其他表面)，或其可為抗刮擦層、抗反射層、抗眩光層、偏光層或濾色層。基板156可包含複數個層。在此等實施例中，觸控筆120可包括與白板應用相容之墨水，使得使用者可在白板上書寫，同時觸控筆中之電子元件計算書寫之座標並將此等座標提供至電腦。
圖4E展示在不透明或半透明基板上使用光致發光標誌。光致發光標誌119被沈積於基板168之頂面上，基板168可為紙、紙板、 PET、PEN、玻璃、丙烯酸系物，或支撐標誌119之任何材料。藉由印刷光致發光材料之薄層而沈積標誌119。舉例而言，光致發光量子點可與可印刷媒體混合，且使用已知方法來印刷。印刷有標誌之基板168接著可用觸控筆激勵光3及標誌發射光5可透過的選用層167來覆蓋。可視情況添加層167以保護標誌。層167可為抗刮擦層、包含聚合物硬塗層之耐久層，或以矽石粒子填充之聚合物硬塗層，或諸如PET之材料薄片可經層壓至基板168。表面169可具有抗反射(AR)，及/或抗眩光(AG)性質。另外，基板168可印刷有可見靜態影像。雖然圖4e中所示之筆包括用以激勵觸控筆FOV內之標誌的照明源，但視應用而定，觸控筆可感測由其他手段(諸如環境光9)激勵之標誌。在此狀況下，觸控筆將不必需要照明源。
圖4F展示一稍微不同之實施例，其中觸控筆120感測在光吸收或光反射模式中操作之被動式標誌(例如，如表1、模式2中所指示)。在此實施例中，觸控筆120提供一由基板178反射但不由標誌179之特徵(例如，圖2a中例證之點)反射或由標誌179之特徵最小地反射之照明源(例如，圖3c中之光源34)。標誌179較佳包含IR吸收材料之一薄層；基板178較佳為IR反射或IR透明材料；且觸控筆120中之影像感測器感測具有與照明源相同波長之反射光。藉由反射光與標誌吸收光之間的對比度而形成影像。因此，此實施例提供標誌之「負」影像，其在一些實施例中可係需要的，(例如)以偵測在白紙上印刷之黑色(IR吸收)標誌特徵。或者，標誌特徵可反射照明源34之光且基板可吸收觸控筆照明，從而產生由影像感測器45偵測的在黑背景上之標誌發射光之「正」影像。
圖4G展示類似於系統100(參看圖1A)之數位化器及顯示系統之一部分的放大橫截面圖，不同之處在於數位化器115之基板部分被去除且標誌119印刷於LCD 105g之彩色濾光器152上。在一實施例中，標 誌119為光學透明的，且標誌119之特徵(例如，類似於190或195之標誌點圖案)可與彩色濾光器152之彩色單元對準。作為一替代構造，標誌119可印刷於頂部偏光器層153之底面上。整合至LCD中可提供較薄構造之優點及可能使透過LCD 105g之可見光透射更好。
電子可定址顯示器105g(例如，LED、電漿，等等)具有唯一地識別每一像素之位置的顯示器座標。類似地，數位化器115(圖4A至圖4D)包括一數位化器座標系統，其中表面上之每一位置由具有位置唯一性的標誌119識別。假定顯示器與數位化器共平面，可使用一將特定局部化區域處之每一顯示像素與與該相同局部化區域相關聯之數位化器標誌119中之一或多者相關聯的校正程序將數位化器座標與此等系統之顯示器座標對準。在校正之後，標誌119可用以間接地參考顯示像素座標且顯示像素座標可用以間接地參考標誌119。
校正可在生產現場處或由器件之終端使用者執行。在一些「售後市場」實施例中，使用者可將數位化器115裝配於顯示器105上。在此狀況下，使用者執行校正通常將係必要的。下文中描述之校正系統允許缺乏技巧的使用者執行準確的校正。下文中描述兩種替代校正方法。
圖6展示顯示器105及具有標誌119之表面115的視圖，在此圖式中標誌119由具有位置唯一性的數目及字母符號(本文中僅用於說明目的)來表示。在實際系統中，標誌將通常包含具有位置唯一性的點或線圖案，例如參看圖2描述之點或線圖案。標誌119中之每一者位於表面115上之已知數位化器座標處。標誌119之X、Y座標被指示為iXn、iYm。顯示器105上之像素的座標被指示為dXn、dYm。
參看圖6描述第一校正實施例。在校正模式中，顯示器105以一包含可見光之第一標誌波長範圍使第一局部化區域處之校正標誌10輻射。在參看圖6描述之實例中，標誌10為一充當用於觸控筆120之標誌 且亦可充當使用者可見游標的圓點。觸控筆120(或一般而言，感測器器件或感測單元)經置放，使得校正標誌10在其視場(FOV)65內。可藉由使用者將觸控筆120對準可見標誌10來完成觸控筆之置放。觸控筆120感測標誌10，且觸控筆120亦以第一照明波長範圍之光照明其FOV並感測亦存在於其FOV內的任何光致發光標誌，該等光致發光標誌輻射第二標誌波長範圍內之光。換言之，被感測之光致發光標誌亦與一共同第一局部化區域相關聯。在一些實施例中，第二波長範圍與第一波長範圍不相同。FOV內之一或多個數位化器標誌將正巧與顯示器標誌10同置。數位化器將判定並記錄此等同置標誌之座標。接著將同置標誌與校正標誌之顯示器座標相關聯。此等座標經儲存並用以將隨後數位化器量測與顯示器座標相關聯。舉例而言，在圖6中所示之實例中，標誌r及s係在觸控筆120之FOV中，但僅s與標誌10同置，所以s與形成標誌10之像素之位址相關聯。可對置放於第二預定位置處的標誌10重複上述校正程序而繼續進行校正。
亦參看圖6描述校正程序之第二實施例。在此實施例中，觸控筆120不感測由標誌發射的在第一標誌波長範圍內之輻射，而僅感測自數位化器標誌119發射之在第二標誌波長範圍中的標誌輻射之光。標誌119a在曝露於激勵輻射時回應於來自標誌10之光能而在第二標誌波長範圍中發光。
顯示器105啟動標誌10，其具有可包含可見光之在一第一標誌波長範圍中之光。觸控筆120經置放，使得校正標誌10在其FOV 65中。來自圖案10之光照明標誌119a(其與標誌10同置(亦即，在此狀況下在標誌10之正上方))，且使標誌119a輻射在一不同於標誌10之第一波長範圍的第二標誌波長範圍內的標誌發射光(發光)。觸控筆120感測在其FOV中之標誌119a。較佳地限制環境光9，以防止環境光9成為對未由來自標誌10之光照明的標誌119的激勵輻射源。
在此第二校正實施例中，除以顯示器座標dX10、dY10(其對應於標誌10之中心)為中心的所顯示標誌10外，顯示器105不發射光。除標誌10照明標誌119a使其發光外，多數光致發光標誌119為暗的，因為其沒有激勵能量。在標誌10在觸控筆120之FOV中時，觸控筆120感測數位化器座標iX10、iY10處之標誌119a。因此，顯示器座標dX10、dY10經判定為與標誌座標iX10、iY10同置。觸控筆120中之光源34及35在實施例2之此程序期間關斷。顯示器105可按時間調變序列發射光且觸控筆可解調變自標誌119a重新輻射之所得時間調變信號。
若顯示器105具有比標誌119高的解析度，則可在大小方面調整標誌10之位置直至其最小地外接單一標誌。此可增加標誌10與數位化器標誌119a之對準準確度。當經激勵之標誌119a的照明位準經量測時亦可在X及/或Y方向上漸增地調整標誌10，以判定標誌相對於顯示器105之確切位置。
第一及第二校正實施例兩者中所描述之程序具有校正圖案必須在觸控筆FOV中但其無需在觸控筆FOV之中心，所以觸控筆之不準確置放對校正準確度有最小影響的益處。對標誌相對於觸控筆之定向(例如，旋轉)之識別亦可提供關於觸控筆相對於數位化器及顯示器之定向的資訊。
透過使用上文描述之任一校正方法，校正資料由處理器計算，且此校正資料接著可輸出至可儲存此校正資料以用於將來參考的另一計算器件。舉例而言，電腦可儲存校正資料，使得無需每當電腦開機時都重複執行校正常式。
觸控筆120可具有一與數位化器表面接觸之可延伸尖端51。在模式2中，觸控筆與被動式標誌一起使用，被動式標誌可包括印刷於紙上之標誌。在紙上書寫可係較佳的情況下，可延伸/可縮回上墨尖端51可被延伸。在其他模式中，上墨可能並非所需的，且諸如Delryn塑 膠之不同(例如，非刮擦)尖端材料可係較佳的。觸控筆可具有一延伸超過透鏡48的塑膠尖端71，及一可經調整以延伸超過塑膠尖端71或縮回使得塑膠尖端71為在透鏡48外之最外點的墨水分配尖端51。
數位化器面板可以多種方式使用多種剛性或撓性材料整合至一顯示器層疊中。圖5a中所示之一實施例包含一上覆層，在售後市場應用中使用自濕潤黏接劑201在該上覆層處將數位化器面板附接至一器件205。此面板係藉由在基板200(在此狀況下PET)之一側形成光致發光標誌202及以該黏接劑201覆蓋此等標誌而建構。為了附接面板，使用者可將面板之黏接劑側置放於器件205上。為了改良上覆層之耐久性，可將硬塗層添加至面板之面對使用者之側。
圖5b中所示之用於售後市場應用中之上覆層的另一實施例可藉由首先將標誌202印刷於多層光學膜(MOF)203上而建構，多層光學膜(MOF)203反射IR。在此構造中，面對器件之黏接劑204可置放於與標誌相反的側上，此係因為來自光致發光染料之所發射信號不會通過MOF 203。為了進一步保護標誌使之不受使用者互動的影響，可使用黏接劑201將保護層200(諸如PET)黏附至MOF之頂部以覆蓋標誌。
另一實施例為一下伏層，數位化器面板在該下伏層處附接至包括(但不限於)來自3M Touch Systems之彼等產品的觸敏螢幕(如表面電容技術(SCT)螢幕或投影電容技術(PCT)螢幕)。圖5c展示此實施例，其中形成於透明基板200(諸如，PET或MOF)上之光致發光標誌202由光學清透黏接劑201覆蓋。接著可使用此項技術中已知的多種方法將此黏接劑附接至觸敏螢幕205之背面。如圖5d中所示之另一實施例係在已建立之製程的開頭、中間抑或結尾處將光致發光標誌202直接印刷至觸敏螢幕205上。
作為下伏層解決方案，圖5e中所示之另一實施例特定針對一分層觸控感測器(諸如PCT螢幕)。在此實施例中，光致發光標誌202係與包 括電極矩陣的該或該等組件安置於相同之層206上，且接著螢幕可正常地整合至其他器件中。
圖5f中展示又一選項，其展示藉由在一可見光透明基板200(其可包含諸如PET或MOF之材料)上形成光致發光標誌202及使用此項技術中已知之多種方法將基板200黏附至防護玻璃罩的作為在觸敏螢幕205(在此狀況下，透射可見光之PCT螢幕)之覆蓋透鏡與包括電極矩陣之層206之間的下伏層的數位化器面板。接著可使用此項技術中已知的方法(例如，藉由以光學清透黏接劑201來層壓)將所得堆疊黏附至數位化器面板。
實例
此實例描述可用以示範可在各種觸控筆角度下檢視之光致發光標誌的裝置。其由照明源、光致發光媒體及置放在合適濾光器之後的影像感測器組成。照明源包含以20mA電流供電並置放於距基板約3cm距離處之發光二極體(由加利福尼亞(California)Irving之BIVAR公司供應的UVXTZ-400-15)，發光染料經印刷於該基板上以形成具有位置唯一性的光致發光標誌。二極體具有以約400nm為中心之頻譜發射。來自二極體之光入射於所印刷的螢光染料IRF820A上並引起光致發光發射。光致發光材料包含IRF820A，其自佛羅里達聖露西港(Port Saint Lucie)之QCR解決方案公司購得。該光致發光材料呈粉末形式，對於在700nm與1000nm之間的螢光具有報出為0.2之量子效率。
作為初始實驗，在室溫下以0.5%的濃度將螢光粒子分散於OP2001亞光清漆樹脂中並使用牙籤手動地沈積於MOF之小樣本上。OP2001亞光清漆係自堪薩斯州肖尼(Shawnee,Kansas)之Nazdar公司之UV Flexo Varnishes系列購得。MOF基板包含由明尼蘇達州聖保羅(St.Paul,Minnesota)之3M公司製造的PR90EX。此特定MOF在可見光範圍內具有高透射性，且在超過850nm的波長下高度反射。將光學濾光器 置放於進入用作觸控筆中之成像工具的CCD影像感測器的光之路徑中。光學濾光器為一長通濾光器，其包含由紐約州Baldwin之Astra Products供應的Clarex NIR-75N。此濾光器抑制在低於750nm的光波長下之透射。結果，使一些標誌變暗的來自二極體之鏡面反射被大大抑制而無法到達影像感測器，而由螢光染料發射之IR光由影像感測器偵測，從而導致基板上之具有位置唯一性的光致發光標誌的清晰影像。
在另一實驗中，照明源包含以20mA電流供電並置放於距基板約3cm距離處之發光二極體(由加利福尼亞聖克拉拉(Santa Clara，California)之Marubeni America Corporation供應的L750-04AU)，螢光染料經印刷於該基板上以形成具有位置唯一性的光致發光標誌。二極體具有以約750nm為中心之頻譜發射。來自二極體之光入射於經印刷的螢光染料EviDot Snake Eyes上並引起光致發光發射。光致發光材料包含EviDot Snake Eyes，其自紐約州Troy之Evident Technologies公司購得。該光致發光材料呈在甲苯中的量子點之液體形式，對於在400nm與1000nm之間的螢光具有報出為0.3之量子效率。作為一初始實驗，在室溫下將螢光粒子分散於Integrity 1100D中並使用絲網印刷技術手動地沈積於PET之小樣本上。Integrity 1100D係由Evident Technologies自俄亥俄州哥倫布(Columbus,Ohio)之翰森特種化學品公司(Hexion Specialty Chemicals)購得。PET基板包含由弗吉尼亞州切斯特(Chester,Virginia)之杜邦帝人薄膜公司(Dupont Teijin Films)製造的ST505。此特定PET為一清透的熱穩定聚酯膜，其在兩側上經預先處理以用於達成改良之黏接。將光學濾光器置放於進入用作觸控筆中之成像工具的CCD影像感測器之光的路徑中。光學濾光器為一長通濾光器，其包含由紐約州Baldwin之Astra產品公司供應的Clarex NIR-85N。此濾光器抑制在低於850nm的光波長下之透射。結果，使某一 標誌變暗的來自二極體之鏡面反射被大大抑制而無法到達影像感測器，而由螢光染料發射之IR光由影像感測器偵測，從而導致基板上之具有位置唯一性的光致發光標誌的清晰影像。此等結果係在各種觸控筆角度下達成。
本文中使用之術語觸控筆可包括一可相對於數位化器表面移動的器件。觸控筆可具有類似於筆或電腦滑鼠或任何形狀之形狀。多個觸控筆可作為(例如)書寫器件、游標控制器件或遊戲件而同時在數位化器表面上使用。可手動地或藉由機械器件或機器來移動觸控筆。數位化器表面可為平坦的、圓柱形、球形或任一形狀。
除非另外指示，否則應將在本說明書及申請專利範圍中使用的表示量、性質量測等等之所有數目理解為由術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則在說明書及申請專利範圍中闡述之數值參數為可取決於熟習此項技術者利用本申請案之教示所尋求獲得之所要性質而變化的近似值。並不試圖限制將等效原則應用於申請專利範圍之範疇，應至少根據所報告之有效數位的數目並藉由應用一般捨入技術來理解每一數值參數。儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值，但在本文所述之特定實例中闡述任何數值的範圍內，其被儘可能精確地報告。然而，任何數值十分可能含有與測試或量測侷限性相關之誤差。
對於熟習此項技術者而言，在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，本發明之各種修改及更改將顯而易見，且應理解本發明並不限於本文中所闡述之說明性實施例。舉例而言，除非另有指示，否則閱讀者應假設一個所揭示之實施例的特徵亦可應用於所有其他所揭示之實施例。亦應理解，本文中所提及之所有美國專利、專利申請公開案及其他專利及非專利文件在其不與前述揭示內容相抵觸之情況下以引用之方式併入本文中。
3‧‧‧激勵光
5‧‧‧標誌發射之光
100‧‧‧觸控筆數位化器系統
105‧‧‧顯示器
115‧‧‧數位化器面板
120‧‧‧觸控筆
124‧‧‧鏈路
130‧‧‧電子控制器
135‧‧‧鏈路

Claims (25)

  1. 一種將一具有包含光致發光標誌之一基板的數位化器系統與一顯示器校正之方法，該等光致發光標誌唯一地識別該基板之局部區域，該方法包含：將來自該顯示器之一第一局部化區域之輻射及自與該第一局部化區域相關聯的光致發光標誌發射之輻射接收至一電子感測器件中；使用一處理器將該顯示器之該第一局部化區域與光致發光標誌之該第一局部化區域相關聯；及輸出校正資料，該校正資料表示該顯示器之該相關聯第一局部化區域及與該第一局部化區域相關聯之該等光致發光標誌。
  2. 如請求項1之方法，其中來自該顯示器之該第一局部化區域的該輻射係與自與該第一局部化區域相關聯之該光致發光標誌發射的該輻射同時被接收，且其中自該光致發光標誌發射之該輻射為發光輻射。
  3. 如請求項1之方法，其中該電子感測器件為一具有一視場之觸控筆。
  4. 如請求項3之方法，其中來自該顯示器之該第一局部化區域的該輻射及自該光致發光標誌發射的該輻射兩者皆在該觸控筆之視場內。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包含：將來自該顯示器之一第二局部化區域的輻射及自與該第二局部化區域相關聯之光致發光標誌發射的輻射接收至一電子感測器件中。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包含： 使用一處理器將該顯示器之該第二局部化區域與光致發光標誌之該第二局部化區域相關聯。
  7. 如請求項6之方法，其中輸出校正資料進一步表示該顯示器之該相關聯的第二局部化區域以及與該第二局部化區域相關聯之該等光致發光標誌。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包含：藉由具有一波長範圍之激勵輻射來照明與該第一局部化區域相關聯之該光致發光標誌，該波長範圍使該標誌在該電子感測器件可敏感地感測的一波長範圍內發光。
  9. 如請求項8之方法，其中該照明係由來自該顯示器之該第一局部化區域的該輻射而提供。
  10. 如請求項8之方法，其中該照明係自該電子感測器件內之一輻射源提供。
  11. 如請求項1之方法，其中該顯示器包含顯示像素，且來自該顯示器之一第一局部化區域的輻射包含啟動該顯示器之一或多個像素。
  12. 如請求項11之方法，其中該顯示器之該一或多個像素包含一個以上像素，且該一個以上像素彼此相鄰。
  13. 如請求項1之方法，其中來自該顯示器之一第一局部化區域的該輻射經時間調變。
  14. 一種數位化器系統，其包含：一電子可定址顯示器；一具有光致發光標誌之基板，該等光致發光標誌唯一地界定該基板之局部區域，其中該基板耦接至該顯示器；一感測單元，其感測該等光致發光標誌；一處理器，其通信地耦接至該顯示器及該感測單元； 其中該處理器使該顯示器之一第一局部化區域輻射同時接收指示自該感測單元接收之輻射輸入的信號，該感測單元感測與該第一局部化區域相關聯的至少一光致發光標誌；且其中該處理器基於該等接收之信號計算且輸出校正資料，該校正資料將該基板之局部化區域與該顯示器相關聯。
  15. 如請求項14之系統，其中來自該顯示器之該第一局部化區域的該輻射係與來自與該第一局部化區域相關聯之該至少一光致發光標誌的該輻射同時由該感測單元接收。
  16. 如請求項14之系統，其中該感測單元器件為一具有一視場之觸控筆。
  17. 如請求項16之系統，其中來自該顯示器之該第一局部化區域的該輻射及來自該光致發光標誌之該輻射兩者皆在該觸控筆之視場內。
  18. 如請求項16之系統，其中該處理器進一步將該顯示器之該第一局部化區域與光致發光標誌之該第一局部化區域相關聯。
  19. 如請求項14之系統，其中該處理器使該顯示器之一第二局部化區域輻射同時接收指示自該感測單元接收之輻射輸入的信號，該感測單元感測與該第二局部化區域相關聯之至少一光致發光標誌。
  20. 如請求項14之系統，其進一步包含：藉由一具有一波長範圍之輻射來照明與該第一局部化區域相關聯之該至少一光致發光標誌，該波長範圍使該標誌發光以發射在該電子感測器件可敏感地感測的一波長範圍內之輻射。
  21. 如請求項20之系統，其中該照明係由來自該顯示器之該第一局部化區域的該輻射而提供。
  22. 如請求項21之系統，其中該照明係自該感測單元內之一輻射源 提供。
  23. 如請求項14之系統，其中該顯示器包含顯示像素，且來自該顯示器之一第一局部化區域的輻射包含啟動該顯示器之一或多個像素。
  24. 如請求項23之系統，其中該顯示器之該一或多個像素包含一個以上像素，且該一個以上像素彼此相鄰。
  25. 如請求項14之系統，其中來自該顯示器之一第一局部化區域的該輻射經時間調變。
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