TWI651629B - 檢測器裝置、顯示器系統以及用於位置檢測之方法 - Google Patents

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Abstract

一種裝置包含有一光源以發射不可見光脈衝，其以一頻率和一工作週期被選通。一檢測器從一顯示器接收一反射光圖樣以回應於該不可見光脈衝。該反射光圖樣具有至少兩個不同的偏光狀態，其中基於區分該等至少兩個不同的偏光狀態，該檢測器可以判定該檢測器相對於該顯示器的一空間位置。

Description

檢測器裝置、顯示器系統以及用於位置檢測之方法
本發明係有關於用於顯示器之檢測器。
發明背景
現代的工業設計持續地提高對於組合式輸入輸出裝置的依賴性。裝置諸如電容式或電阻式觸控螢幕提供了一種優雅、簡單、和工業式「乾淨」的設計，可用於同時提供輸入(觸控)和輸出(顯示)功能。一觸控螢幕可藉由把一透明覆蓋片貼近該顯示表面來形成。這種覆蓋片可基於該覆蓋片之電氣特性中的一變化來檢測該輸入(即，一「觸控」)的存在和位置。雖然這種裝置之觸控準確度和分辨率水準對許多消費性電子產品而言是足夠的，但該準確度和分辨率常常不足以在要求高度觸控精確度和分辨率的專業應用使用中。對於專業或商業使用者提供一種可接受之高分辨率觸控和/或基於位置的輸入裝置係一種挑戰。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種裝置，其包含有：一光源以發射不可見光脈衝，其以一頻率和一工作週期被選通；以及一檢測器以從一顯示器接收一反射 光圖樣以回應於該不可見光脈衝，該反射光圖樣具有至少兩個不同的偏光狀態，基於區分該等至少兩個不同的偏光狀態，該檢測器可以判定該檢測器相對於該顯示器的一空間位置。
100‧‧‧系統
110‧‧‧顯示裝置
120‧‧‧顯示堆疊
130‧‧‧正面堆疊
134‧‧‧位置編碼對比層
136‧‧‧背景區域
140‧‧‧數位筆
142‧‧‧選通的不可見光源
144‧‧‧檢測器
150‧‧‧線性偏光層
152‧‧‧反射層
200‧‧‧圖樣
202‧‧‧分析儀
204‧‧‧位置編碼光學元件
208‧‧‧背景區域
212‧‧‧延遲層
214‧‧‧線性偏光層
216‧‧‧圓形偏光
218‧‧‧線性偏光
220‧‧‧
300‧‧‧系統
302‧‧‧顯示裝置
304‧‧‧數位筆
308‧‧‧顯示堆疊
310‧‧‧反射膜層
312‧‧‧背光層
314‧‧‧光擴散膜層
316‧‧‧線性偏光膜層
318‧‧‧數位影像產生模組
320‧‧‧彩色濾光片
322‧‧‧第二線性偏光濾光片
324‧‧‧正面玻璃(或塑料)層
330‧‧‧正面堆疊
332‧‧‧位置編碼層
334‧‧‧觸控感測器
336‧‧‧顯示蓋透鏡
340‧‧‧筆電路
342‧‧‧實體或無線連接
346‧‧‧電子成像器
350‧‧‧成像透鏡
354‧‧‧長波通近IR濾光片
356‧‧‧LED
358‧‧‧圓形偏光分析儀
360‧‧‧全像擴散器
400‧‧‧系統
402‧‧‧顯示裝置
404‧‧‧數位筆
408‧‧‧顯示堆疊
410‧‧‧反射膜層
412‧‧‧背光層
414‧‧‧光擴散膜層
416‧‧‧線性偏光膜層
418‧‧‧數位影像產生模組
420‧‧‧彩色濾光片
422‧‧‧第二線性偏光濾光片
424‧‧‧正面玻璃(或塑料)層
430‧‧‧正面堆疊
431‧‧‧線性偏光膜層
432‧‧‧位置編碼層
434‧‧‧觸控感測器
436‧‧‧顯示蓋透鏡
440‧‧‧筆電路
442‧‧‧實體或無線連接
446‧‧‧電子成像器
450‧‧‧成像透鏡
454‧‧‧長波通近IR濾光片
456‧‧‧LED
458‧‧‧圓形偏光分析儀
460‧‧‧全像擴散器
500‧‧‧系統
505‧‧‧選通光源
510‧‧‧偏光狀態
515‧‧‧顯示器
520‧‧‧表面
525‧‧‧基底
530‧‧‧可見透明偏光改變光學元件
535‧‧‧改變偏光狀態
540‧‧‧偏光狀態
545‧‧‧檢測器
600‧‧‧方法
610~630‧‧‧方塊
700‧‧‧系統
710‧‧‧數位筆
720‧‧‧選通的不可見光源
730‧‧‧檢測器
740‧‧‧顯示器
圖1根據本文公開的原理圖示出具有一種選通數位筆之一顯示器系統實例。
圖2根據本文公開的原理圖示出位置編碼光學元件之一種圓形偏光圖樣和一分析儀用以解碼該編碼圖樣的位置。
圖3根據本文公開的原理圖示出一顯示器系統實例，其包括位於一顯示裝置之顯示堆疊內的一線性偏光片。
圖4根據本文公開的原理圖示出一顯示器系統實例，其包括位於一顯示裝置之一正面堆疊和顯示堆疊內的一線性偏光片。
圖5根據本文公開的原理圖示出一位置輸入系統用於檢測位置編碼光學元件。
圖6根據本文公開的原理圖示出一種方法可從一顯示器檢測位置編碼光學資訊。
圖7根據本文公開的原理圖示出一具有一種選通數位筆之顯示器系統的另一實例。
較佳實施例之詳細說明
本發明涉及一種檢測器裝置和相關的系統及方法。該檢測器裝置可被提供為一數位筆的一部分，舉例來 說。該裝置可包括一光源以發射不可見光脈衝，其以一頻率和一工作週期被選通。一檢測器可從一顯示器接收一反射不可見光圖樣以回應於該不可見光脈衝。該不可見反射光圖樣至少包括與該顯示器之一位置編碼對比層相關聯的兩個不同的偏光狀態。該位置編碼對比層可以包括位置編碼光學元件，其偏光狀態與位在元件所處位置之間的一背景區域的偏光狀態不同。在該對比層中的該等位置編碼光學元件和該背景區域因此可以把不同的偏光施加到反射光，從而提供反射光一對應的圖樣來由該檢測器接收。基於區分在該反射光圖樣中不同的偏光狀態，其係由該等位置編碼光學元件和該背景區域致使的偏光所引起，該檢測器可以判定該檢測器相對於該顯示器的一空間位置。
舉例來說，該光源可用類似於一電子成像器擷取 數位資訊(例如，在該數位筆中的成像器)速率的一速率來被選通，諸如可以從約為70赫茲(Hz)至約為120Hz的一速率，舉例來說。該成像器的畫面持續時間或週期可以大約為100Hz。舉例來說，在該各別的成像畫面期間，該光源選通持續時間可以是一至數百微秒的數量級。這具有凍結對應於該接收到光圖樣之位置編碼光學元件和背景區域影像的效果，當該數位筆移動過該顯示器時。這個凍結效果的行為就像在停格動畫攝影應用中的一閃光球和便於準確地擷取接收自該顯示器的編碼資料，即使該筆是以一種快速的方式被移動過該顯示器。
該位置編碼對比層可被置於該顯示器的一正面 堆疊中，並且可經由一不可見光源(近紅外線)來照明，諸如從一數位筆，舉例來說。在以該不可見光光照時，該位置編碼對比層會在光的該反射圖樣中把編碼資料傳回給該檢測器，其可以被解碼以判定該檢測器的空間位置和/或運動。因為該位置編碼對比層會光學透明於可見光(例如，產生自該顯示器)，該對比層的該等位置編碼光學元件以及背景區域不會干擾(在該可見光譜中)正被呈現給該使用者之該產生的顯示影像。一個或多個線性偏光層(例如，偏光片)可內在於該顯示器以致能反射光的線性偏光，以使得該位置編碼對比層可以偏光該不可見反射光，從而相對於該顯示器的其他部分在該反射光中編碼一對應的對比圖樣。在一些實例中，一全像擴散器可以被實現以擴散由該光源所提供的該透射光，從而增強了該檢測器的接收能力。
圖1圖示出一系統100的一實例，其包括一顯示裝 置110和一光源，諸如被實現在根據本文公開原理的一數位筆140中。該顯示裝置110可包括具有至少一層之一顯示堆疊120，其圖示為層1至N以產生一數位顯示影像，其中N為一正整數。該顯示器堆疊120可產生在可見光光譜中可被呈現來由一位或多位使用者觀看的一顯示影像。該顯示堆疊120可以包括多個層，諸如包括一液晶顯示或一發光二極體(LED)顯示，舉例來說。在該顯示堆疊120中的其他實例層可包括反射膜、背光層、光擴散板、彩色濾光片、以及光學透明粘合劑(OCA)，舉例來說，以把該等各別的層在該顯示堆疊中結合在一起。
透過舉例的方式，該顯示裝置110可包括一正面 堆疊130，其包括一位置編碼對比層134。該位置編碼對比層可被佈置在一基板上，諸如一光學透明薄片。該位置編碼對比層可以包括位置編碼光學元件ELE 1、ELE 2、至ELE M，其中M係一正整數。該等位置編碼光學元件ELE 1、ELE 2、至ELE M可被偏光成為一給定的偏光狀態(例如，右旋圓形偏光)。在示例位置136所展示的一背景區域被偏光成為一種與該等位置編碼光學元件不同的偏光狀態(例如，左旋圓形偏光)。如本文所使用的，術語背景區域係指在該位置編碼對比層134中未由該等位置編碼光學元件ELE 1至ELE M形成在其中所佔據空間的任何部分。
透過進一步舉例的方式，該位置編碼對比層134 可被實現為(例如，光控制分子方向材料-可購自瑞士的Rolic Technologies)。該等光學元件ELE 1、ELE 2、至ELE M可以被形成在該位置編碼對比層134中以對穿透一對應光罩之偏光做出回應。
該正面堆疊130可包括各種層，諸如一保護玻 璃、一蓋透鏡、並且可以包括一輸入感測器諸如一電容式觸控板感測器，舉例來說。該位置編碼對比層134具有一光學特性(例如，光學元件的偏光編碼圖樣)，其回應於由該數位筆140所提供不可見光，其可偏光反射的、在該顯示器內部通過之經線性偏光不可見光。該不可見光，可以包括紅外線(IR)光(例如，約700至1000奈米的波長)，諸如由該數位筆140所產生。該數位筆140(相對於以下圖3和4所示出) 包括一選通的不可見光源142。雖然該選通的不可見光源142被描繪在該數位筆140中，如在圖1中所示的實例中，在其他的實例中，該選通的不可見光源142可以位在該顯示裝置110中。該選通的不可見光源142可以是非偏光(例如，隨機偏光)；然而，偏光可以在一些實例中被產生。
該選通的不可見光源142可產生不可見光，其在 一各自的工作週期和頻率上被選通(例如，反覆地被開啟和關閉)。舉例來說，發射自該數位筆140的該不可見光可被引導為朝向該顯示裝置110的入射光。該顯示裝置至少可把該入射非可見光相當大的一部分反射回到該數位筆140。舉例來說，來自該數位筆140的該不可見光可由該顯示堆疊120中的一個或多個層來反射。另外地或可替代地，該顯示裝置110可以包括一個或多個反射層152以把該入射的非可見光向後朝向該數位筆140反射。舉例來說，該(等)反射層152可以被實現為擴散反射層，其對於可見光係光學透明的，但對於來自該數位筆140的不可見光係擴散反射的。如本文所揭露，該數位筆140可以決定該數位筆140相對於該顯示裝置110之位置和/或移動的一種指示。
該數位筆140還包括一檢測器144，用於檢測從該 顯示裝置110所反射之光圖樣，諸如回應於由該光源142所透射之入射不可見光。如將在下面針對圖2-4所描述的，該檢測器144可以包括一分析儀用於區分在該反射光圖樣中不同的偏光狀態，其係由該等位置編碼光學元件ELE 1至ELE M和該相關聯的背景區域136所致使的不同偏光所引 起。該檢測器144還可以包括其他的濾光片、透鏡、和成像感測器。
在一實例中，該等位置編碼光學元件ELE 1至 ELE M可以被實現為點，其被偏光在一種方向(例如，左旋圓形偏光)；而該對比層134的該背景區域136可以該相反的方向被偏光(例如，右旋圓形偏光)。在該數位筆140中的該檢測器144可被實現為一數位相機或光學感測器(圖中未示出)。該檢測器144可以接收和記錄該筆的移動，藉由區分反射光係來自該等位置編碼光學元件ELE 1至ELE M相對於來自該背景區域136。在這樣的實例中，該等位置編碼光學元件可被圖樣化成為在一方向上的一橢圓偏光圖樣(例如，1/4波長延遲(圓形)、1/6波長延遲、1/8波長延遲)，而該背景區域係被偏光在該相反方向上的一橢圓偏光圖樣。 然後，在該數位筆140中的一偏光分析儀(圖中未示出)可區分該不同偏光的(例如，相反偏光的)位置編碼光學元件與該背景區域。來自該數位筆140中該偏光分析儀的輸出然後可經由在該筆中一影像感測器中被數位化，以判定該筆的空間位置和移動。
一個或多個線性偏光層150(例如，線性偏光片) 可以線性偏光不可見光，包括回應於該光源142該入射光的反射光，從而增強由該等位置編碼光學元件134和該背景區136所施加之該等不同偏光狀態之間的對比。該線性偏光層150係光學透明於產生自該顯示堆疊的可見光。該擴散反射層152(例如，對於近IR輻射係薄膜反射的而對於可見光係 光學透明的)因此可把接收自該數位筆140的該等選通不可見光脈衝反射回穿透過該(等)線性偏光層150，穿透過該位置編碼對比層134和正面堆疊回到該筆。
如圖1所示的實例中，一顯示影像穿透過該顯示 堆疊120，透過該線性偏光層150和擴散反射層152，並且可在該顯示裝置110的輸出處可由該使用者所見。藉由線性偏光該等正被反射回到該筆的選通不可見光脈衝，該線性偏光層150可在該等位置編碼光學元件與該相關聯背景區域136之間形成偏光對比。藉由在該反射光中形成該偏光對比(例如，來自位置編碼光學元件和/或來自該背景區域的對比)，該數位筆140可以接收並因此解碼具有一較高信號雜訊比(SNR)之一更強的信號(例如，在位置編碼光學元件和背景區域之間更大的對比差異)致使有更高的SNR。
該位置編碼對比層134可被安置於該正面堆疊 130中，如圖1所示。該線性偏光層150和擴散反射層152可以被安置在該正面堆疊130中、在該顯示堆疊120中、或者是在該正面堆疊和該顯示堆疊之間的一各別層中，如圖1所示。回應於被一來源光照，諸如該數位筆140，該位置編碼對比層134把編碼資料回傳給該來源，在那裡它可被解碼以判定該數位筆140相對於該顯示裝置110的空間位置和或移動，諸如記錄一數位簽名，舉例來說。該編碼資料係源於接收自該對比層134之一種光的反射圖樣，其中該光的反射圖樣包括該對比層134之該等位置編碼光學元件升ELE 1至ELE M和背景區域136之該等不同的偏光狀態。
圖2根據在此公開的原理，圖示出位置編碼光學 元件的一種圓形偏光位置編碼圖樣200的一實例以及一分析儀202以解碼該編碼圖樣的位置。在本實例中，該圖樣200包括左旋圓形偏光位置編碼光學元件204(也稱為元件)，其被圖樣化在如上述針對於圖1的一對比層上(例如，薄膜)。 在該對比層中那些未以位置編碼光學元件204被圖樣化的那些區域被稱為一背景區域，諸如在208所示。該背景區域208可被右旋圓形偏光，舉例來說。如本文中所使用的，該圓形偏光術語係指光的四分之一波長延遲(或其他的延遲參數諸如1/3、1/5、1/6、1/7、1/8波等等，亦被包含在圓形偏光的形式中，其更一般地被稱為橢圓形偏光)，其被施加到該等元件204和背景區域208。術語左旋和右旋指的該延遲的該方向。在一些實例中，該等元件204可被右旋圓形偏光而該背景區域208可被左旋圓形偏光。在任一實例中，該等各別元件204和背景208區域中係以相反的方向被偏光，以便提供在該背景與該等各個元件之間的對比。該圖樣200可被設置在一薄膜圖樣延遲層上，諸如以下針對圖3和4所圖示和描述。
該分析儀202(也稱為一圓形偏光分析儀)可以包 括1/4波長延遲層212接著跟著一線性偏光層214。如圖所示，接收自該圖樣200的圓形偏光216經由該延遲層212在218被轉換為線性偏光。經由線性偏光器214該線性偏光218要麼被通過(可見/亮的/點狀)要麼被阻塞(不可見/暗的/背景)其接下來可經由在一數位筆中的影像感測器和處理器被分 析，舉例來說，經由從該圓形偏光圖樣200所接收的反射光來判定該筆的位置和移動。
圖3根據本文公開的原理圖示出一示例性系統 300，其包括一顯示裝置302和數位筆304。在圖3的該實例中，一顯示堆疊308可包括一反射膜層310，隨後有一背光層312(例如，平面LED光導管背光)。一光擴散膜層314跟著該背光層312，並隨後係一線性偏光膜層316。一數位影像產生模組318被提供以從該顯示堆疊308產生數位影像。該數位影像產生模組318可以被實現為一液晶模組318。在其他的實例中，該數位影像產生模組318可以可替換為一LED模組或一等離子顯示模組，舉例來說(在這些情況下，不需要該等背光層)。該液晶模組318後面可以有一彩色濾光片320，其接下來可跟著一第二線性偏光濾光片322以提供亮度控制。一正面玻璃(或塑料)層324可以被提供當成該顯示堆疊308的該最外層。
在圖3的該實例中，該正面堆疊330包括一位置編 碼層332，其可以包括一偏光編碼圖樣(例如，薄膜圖樣延遲1/4波長，延遲了750毫微米)，於以上根據圖2被描述。該正面堆疊330還可以包括一觸控感測器334以提供使用者輸入能力。該觸控感測器334可能不存在於其他的實例中。該觸控感測器334可被覆蓋有一顯示蓋透鏡336，其可由塑料或玻璃來做成，舉例來說。
該數位筆304包括一個或多個筆電路340。該筆電 路340可以包括一處理器電路和軟體，使得可以解碼由該數 位筆304所檢測到的該等位置編碼光學元件。該筆電路340可包括LED同步電路(例如，工作週期和頻率以選通IR LED)、記憶體用於解碼和數位封包化該經解碼的筆資料、以及其他的軟體模組來針對接收自該顯示裝置302之位置編碼光學元件來操作該筆。來自該筆電路340的輸出可經由實體或無線連接(例如，藍牙)342被傳送到操作該顯示裝置302的一電腦(圖中未示出)，其中由該數位筆304所檢測到的筆移動可被記錄並被整合到各自的顯示應用中。
接收自該顯示裝置302的位置編碼光學資料會由 一電子成像器346(例如，CCD感測器、CMOS感測器、等等)來數位化。一成像透鏡350可位在該電子成像器346之前。 一長波通近IR濾光片354可被提供。該濾光片354可以或可以不被包含在如本文所述的一偏光編碼系統中。一脈衝式的(也被稱為選通的)LED 356被提供以激勵該顯示裝置302的該等位置編碼光學元件和相關聯的背景區域。舉例來說，該LED可以是一750奈米的波長，並以一給定的工作週期和頻率被關閉和開啟。
該LED 356可以以相同於該電子成像器346擷取 數位資訊的速率(或以一整數或分數的倍數)的速率被選通，其可以是約從70至約120赫茲(Hz)的一個速率，舉例來說。該成像器346的該畫面持續時間或週期可以是大約為100Hz。舉例來說，在該各別的成像畫面期間，該LED選通持續時間可以是一至數百微秒的數量級。如上所述，該選通光照會有凍結該等位置編碼光學元件(例如，點)之該影 像的該效果，當該數位筆304的移動過該顯示裝置302時。 如上所述，這個凍結效果類似於在停格動畫攝影應用中一閃光球的操作和便利於準確地擷取接收自該顯示裝置302的編碼資料，即使該筆是以一種快速的方式被移動過該顯示器。一圓形偏光分析儀358可被包含在一偏光編碼系統中，其在以上針對圖2被描述。可被包含在該數位筆304中的另一個組件係一全像擴散器360。該全像擴散器360可以有的效果為擴散或散射來自該LED 356的光，其致使擴散光將從該顯示裝置302被反射回來，這便利於從該顯示器接收更多的反射光。
圖4根據本文公開的原理圖示出另一示例性系統 400，其包括一顯示裝置402和數位筆404。在圖4的該實例中，一顯示堆疊408可包括一反射膜層310，隨後有一背光層412(例如，平面LED光導管背光)。一光擴散膜層414跟著該背光層412，並隨後係一線性偏光膜層416。一數位影像產生模組418被提供以從該顯示堆疊408產生數位影像。該數位影像產生模組418可以被實現為一液晶模組418。在其他的實例中，該數位影像產生模組418可以可替換為一LED模組或一等離子顯示模組，舉例來說(在這些情況下，不需要該等背光層)。該液晶模組418後面可以有一彩色濾光片420，其接下來可跟著一第二線性偏光濾光片422以提供亮度控制。一正面玻璃(或塑料)層424可以被提供當成該顯示堆疊408的該最外層。
在圖4的該實例中，該正面堆疊430包括一額外的 線性偏光器薄膜層431，之後跟著一位置編碼層432，其可以包括一偏光編碼圖樣(例如，薄膜圖樣延遲1/4波長，延遲了750毫微米)，於以上根據圖2被描述。該正面堆疊430還可以包括一觸控感測器434以提供使用者輸入能力。該觸控感測器434可能不存在於其他的實例中。該觸控感測器434可被覆蓋有一顯示蓋透鏡436，其可由塑料或玻璃來做成，舉例來說。
該數位筆404包括一個或多個筆電路440。該筆電 路440可以包括一處理器電路和軟體，以使可以解碼由該數位筆404所檢測到的該等位置編碼光學元件。該筆電路440可包括LED同步電路(例如，工作週期和頻率以選通IR LED)、記憶體用於解碼和數位封包化該經解碼的筆資料、以及其他的軟體模組來針對接收自該顯示裝置402之位置編碼光學元件來操作該筆。來自該筆電路440的輸出可經由實體或無線連接(例如，藍牙)442被傳送到操作該顯示裝置402的一電腦(圖中未示出)，其中由該數位筆404所檢測到的筆移動可被記錄並被整合到各自的顯示應用中。
接收自該顯示裝置402的位置編碼光學資料會由 一電子成像器446(例如，CCD感測器、CMOS感測器、等等)來數位化。一成像透鏡450可在該電子成像器446之前。一長波通近IR濾光片454可被提供。該濾光片454可以或可以不被包含在如本文所述的一偏光編碼系統中。一脈衝式的(也被稱為選通的)LED 456被提供以激勵該顯示裝置302的該等位置編碼光學元件和相關聯的背景區域。舉例來說， 該LED可以是一750奈米的波長，並以一給定的工作週期和頻率被關閉和開啟。
該LED 456可以以相同於該電子成像器446擷取 數位資訊的速率(或以一整數或分數的倍數)的速率被選通，其可以是約從70至約120赫茲(Hz)的一個速率，舉例來說。該成像器346的該畫面持續時間或週期可以是大約為100Hz。舉例來說，在該各別的成像畫面期間，該LED選通持續時間可以是一至數百微秒的數量級。如上所述，該選通光照會有凍結該等位置編碼光學元件(例如，點)之該影像的該效果，當該數位筆404的移動過該顯示裝置402時。 如上所述，這個凍結效果類似於在停格動畫攝影應用中一閃光球的操作和便利於準確地擷取接收自該顯示裝置402的編碼資料，即使該筆是以一種快速的方式被移動過該顯示器。一圓形偏光分析儀458可被包含在一偏光編碼系統中，其在以上針對圖2被描述。可被包含在該數位筆404中的另一個組件係一全像擴散器460。該全像擴散器460可以有的效果為擴散或散射來自該LED 456的光，其致使擴散光將從該顯示裝置402被反射回來，這便利於從該顯示器接收更多的反射光。
圖5圖示出一示例位置輸入系統500，其中位置編 碼光學元件可以根據在本文公開的原理進行檢測。該系統500可包括一選通光源505(例如，偏光的或非偏光的)其提供具有一偏光狀態510的光並以一給定的頻率和工作週期被選通。該光源505可以是內部於或鄰近於一顯示裝置，該裝 置包括一具有一表面520的顯示器515。一基底(例如，背景層)525具有可見透明偏光改變光學元件530的一預定圖樣，其可被佈置成貼近該表面520來變化或以其他的方式改變由該光源505所產生之該入射光之至少一部分的該偏光狀態510，以提供具有一改變偏光狀態535的光。穿透過該基板525但不穿過一偏光元件530的光其偏光狀態可以被改變成為一偏光狀態540，其與具有偏光狀態510的該入射光(例如，來自於該光源505的光)與具有改變偏光狀態535的光(例如，從該等偏光元件530其中之一離開或被反射的光)在一個或多個特徵上有所不同。
差異化離開該顯示器515的光其改變的偏光狀態 535、540，使得可以使用能夠區分該等改變偏光狀態535、540的一種檢測器545來「讀取」偏光位置編碼光學元件530的圖樣。基於該等檢測器能夠分辨離開該等偏光元件530之光該改變的偏光狀態535與離開該基板525之光該背景改變偏光狀態540，讀取偏光元件的該圖樣是可能的。經由在該成像器之前使用一種圓形偏光分析儀，這通常可被致能。 舉例來說，為差異化改變偏光狀態535、540是左旋和右旋圓形偏光狀態，該圓形偏光分析儀的建構係經由在一線性偏光片之前疊上一1/4波延遲片。基於在該等可見透明偏光元件530之間該獨特編碼的絕對位置資訊，該檢測器可以在該顯示器515的該表面520上判定其位置。該等可見透明偏光元件530的該圖樣和密度在該檢測器545判定其相對於該顯示器515的位置時有助於該準確度。佈置在該顯示器515 的該表面520上可見透明偏光元件530之一種更高的密度圖樣通常可以提高該檢測器545做該位置判定時的該準確度。基於被編碼在該等可見透明偏光元件530相對於彼此之該位置中該獨特編碼的絕對位置資訊，相對於該顯示器檢測器(筆)545位置之一種精確判定是有可能的。
該偏光狀態510可以數個偏光狀態中的一個。然 而，在一些實例中，該光的提供可使用會產生一特定偏光狀態光的一選通光源505。在又其他的實例中，該光的提供可使用會產生一隨機偏光狀態光的一種非特定偏光光源505。使用一非特定偏光光源505所產生的光可被濾光或做類似的調整以提供只具有該偏光狀態510的光。該光源505可以包括任意數量的個別偏光光源。
該顯示器515可以有一表面520，從其具有該偏光 狀態510的光離開或以其他的方式被發射出。該顯示器515可以包括任何技術，舉例來說液晶顯示器(LCD)技術；發光二極體(LED)；有機LED(OLED)；主動矩陣OLED(AMOLED)；或任何其他的顯示技術。雖然未在圖5中如此的示出，該光源505可以被結合到該顯示器515之中。舉例來說，形成一LED顯示器515之該等獨立的LED的每一個可被認為是一光源505。可替代地，LCD顯示器經由其固有的設計發射出線性偏光。一種在其中設置有可見透明偏光元件530之預定圖樣的基板525可被設置在靠近該520以改變或以其他的方式更改該偏光狀態510，以提供具有一改變偏光狀態535(用於通過該偏光元件530的光)和540 (用於通過該基板525的光)的光。
可見透明偏光元件530之該預定圖樣可以直接地 被施加到該顯示器515的該表面520。然而，在其他實例中，可見透明偏光元件530之該預定圖樣可被施加到該基板(例如，載體)525，舉例來說，不會影響穿過該基板或載體之光該偏光狀態，又可以經由一粘接劑被套用到該顯示器515之該表面520的一種材料。穿透過佈置在該顯示器515該表面520上每一個該等透明偏光元件530之光該偏光狀態可被更改，或可基於偏光元件530的物理特性、合成物、或它們的任意組合來被改變。
該等透明偏光元件530的每一個可以由一種材料 所構成，例如一聚合物材料，能夠轉變或以其他的方式改變穿過該偏光元件之光的該偏光狀態。例如，由一光源所產生並穿過一偏光元件530的線性垂直偏光可以沿著一個方向相位延遲1/4個波，例如向左或向右，而穿透過該基板525之該線性偏光可以沿著該相反的方向相位延遲1/4個波。在穿過該基板525之光其偏光狀態中的其他變化可被使用，在穿過該偏光元件530之光其偏光狀態中的其他變化可被使用，或兩者都可被使用。同樣地，任何偏光源505可被使用使得穿過該偏光元件530該光之改變偏光狀態535與穿過該基板525該光之改變偏光狀態540係可區別的。
能夠提供該等透明偏光元件530的一種示例性聚 合物材料可以包括，但不侷限於，一種光對齊的、各向異性的光學薄膜，諸如由Rolic® Research Ltd.所生產的，雖 然能夠提供類似基於偏光之濾光能力的其他材料和其他製造商可取代之。Rolic®提供了一種可固化、液體、光控分子方向(「LCMO」)聚合物材料，其適於以光學微影術製造在該基板525內的該等偏光元件530。透過使用LCMO材料，使用在該LCMO材料內分子的光照誘導空間對準，在一微觀或宏觀的尺度上創建結構化的光學元件是有可能的。該LCMO以一種預定的方式在光對齊層中對齊分子，例如，形成該等偏光元件530的該等分子，方式係透過以紫外線偏光照射它們。基於材料的選擇以及被使用來形成該等偏光元件530之該光的入射方向和偏光，把形成該等偏光元件530之該等分子在三維空間中的任何方向上對準是有可能的。一雙折射性折射率會被引入至該材料中，因此產生這些偏光改變相位延遲元件。
當佈置在或形成在一合適的基板525之中時，當 背光照射時(例如，當由該選通偏光源505背照時)，該等可見透明偏光元件530肉眼是看不見的。該等可見透明偏光元件525可被沉積在或以其他方式被形成在基板內，可使用任何的方法或系統，包括但不侷限於光學微影術和傳統的印刷技術。
以一種獨特的、具體的、空間的或位置的圖樣， 該等偏光元件530可以被沉積在該基板525內。此一種圖樣的使用在該等偏光元件530之間產生相對於彼此的一種幾何關係並且在該顯示器515上擴展其位置。在該等偏光元件530和該顯示器515間的該幾何關係使有能力可以判定該檢 測器545的該位置，其係敏感於由該等偏光元件530所發射光其改變的偏光狀態，當該檢測器545係被佈置成接近該顯示器515時。具有由該檢測器545感測之該改變偏光狀態530該光圖樣可允許在該顯示器515上該檢測器545之該實體位置的精確判定。增加該等偏光元件530的該數目或密度(舉例來說，藉由形成更大數量之實體尺寸更小、更緊密之群組化的偏光元件530)和它們的位置相對於彼此的準確度提高了該檢測器545的該位置檢測能力。該等偏光元件每一個的該大小可基於一些因素做變化，諸如所希望的分辨率、掌握的技術、以及該顯示器515的整體尺寸；然而，在一些實例中，該等偏光元件530每一個的該大小可以是100微米的數量級，並且可以是小至5到10微米的直徑。
由於在光該偏光狀態中的變化難以人眼察覺，由 該顯示器515所發射出的光將一致呈現於該顯示器，無論該光該改變的偏光狀態535、540為何。提供一種含有視覺透明偏光光學元件530之視覺透明基板525的能力使得可用一檢測器545判定在該顯示器515上該檢測器545的該實體所在或位置，該檢測器係敏感於穿透過該等偏光元件530該光之變化的偏光狀態535，而在同一時間提供該顯示器515之該使用者視野的最小受損。該檢測器545可被實現在一數位筆中或其他的結構中，諸如在本文所揭露的(參見，例如，圖1、圖3和4)。為使用者提供基於位置的資料給該檢測器545同時提供該顯示器515之一種最小受損視野的能力，使該顯示器擁有能力為可同時地當作一輸入裝置(例如，能夠 基於經由該檢測器545的輸入來檢測位置的一種裝置)亦是一輸出裝置(例如，能夠顯示資料的一顯示器)。這一種裝置實用性的一示例可以在一種基於顯示的輸入平板電腦中找到-這一種平板電腦將啟用在該平板電腦表面上各種磚及輸入指示符之容易的、可制定的使用者配置。
該檢測器545可以包括任何的裝置、系統、以及 系統與裝置的組合，其適於檢測離開該偏光元件530之光該變化的偏光狀態535。例如，一檢測器545，其敏感於離開該等偏光元件530之光該變化的偏光狀態535，可併入一圓形偏光分析儀在該檢測器(成像器)的前面。為差異化改變的偏光狀態535、540是左旋和右旋圓形偏光狀態，該圓形偏光分析儀的建構可經由在一線性偏光片之前疊上一1/4個波的延遲片。這允許該等偏光狀態的其中之一可被傳輸，而另一個被堵塞，從而產生了一高度對比的影像，不管該檢測器(筆)的方向為何。具有相似性能之其他的偏光敏感技術可被使用作為該檢測器545的基礎。
如果該檢測器545將作為一平板電腦的一輸入裝 置，或該檢測器545將被使用來類似於一製圖筆，橫跨該顯示器515該表面520上的該檢測器545的實體位移會影響欲正確地分辨偏光點530該圖樣之該檢測器545的掃描率、曝光、和模糊降低能力。額外的邏輯因此可被併入到該檢測器545中以至少部分地基於該檢測器被移動過該顯示器515該表面520之該速度來增加或減少該檢測器掃描速率。同樣的，用於曝光補償和模糊降低的該邏輯也可被併入到該檢 測器545中以至少部分地基於該檢測器被移動過該顯示器515該表面520之該速度。
有鑑於以上所描述之該前述的結構和功能特 徵，參照圖6一種示例性方法將可被更好地理解。雖然，為了達到簡單說明的目的，該方法被展示和描述為序列式的執行，但應理解並了解的是，該方法不受該所示順序的限制，因為該方法的部分有可能會以不同於本文中所圖示或描述的順序來發生和/或同時發生。此一方法可以由各種組件來執行，諸如由一積體電路、電腦、或一控制器來執行，舉例來說。
圖6根據在本文公開的原理圖示出一種方法600 的一實例以便用於從一顯示器檢測位置編碼光學資訊。在610，該方法600發射不可見光脈衝，其以一頻率和工作週期被選通(例如，經由圖1的光源142)。在620，該方法600在一檢測器接收對應於該不可見光脈衝的一反射光圖樣，該反射光圖樣至少具有兩個不同的偏光狀態來編碼位置資訊(例如，經由圖1的檢測器144或圖5的檢測器545)。在630，該方法600包括基於區分該等至少兩個偏光狀態(例如，經由圖1的檢測器144)來判定該檢測器相對於該顯示器的一空間位置。該方法600還可以包括接收來自一對比層的位置編碼光學元件和一背景區域之光的圖樣，該對比層被設置在與該顯示器相關聯的一正面堆疊中。該等位置編碼光學元件偏光到一偏光狀態而該背景區域偏光到另一偏光狀態以提供來自該顯示器的該反射光圖樣。
圖7根據本文公開的原理圖示出具有一選通數位 筆710的一顯示器系統700的一替代實例。該數位筆710包括一光源720以發射不可見光脈衝，其以一頻率和一工作週期被選通。該數位筆710包括一檢測器730以從一顯示器740接收回應於該不可見光脈衝的一反射光圖樣。來自該顯示器的該反射光圖樣可具有至少兩個不同的偏光狀態。該檢測器730可基於區分該等至少兩個偏光狀態來判定該檢測器相對於該顯示器740的一空間位置。正如以上針對圖1被圖示出和描述的，該光圖樣可以從一與該顯示器740相關聯的一位置編碼對比層(參見，例如，圖1)。該位置編碼對比層可包括位置編碼光學元件被偏光到該等至少兩個偏光狀態中之一和一背景區域被偏光到該等至少兩個偏光狀態中之另一，以偏光來自該顯示器的反射光以提供具有該等至少兩個偏光態之該反射光圖樣。
已經在上文中被描述的為一些實例。當然，欲描 述組件或方法的每一種可想到的組合是不可能的，但本領域的普通技術人員將體認的是，許多進一步的組合和排列是可能的。因此，本發明旨在包含落入本申請書，包括所附的權利請求項範疇之內所有如此的變更、修改、和變型。 此外，本發明或權利請求項中的「一」、「一個」、「一第一」、或「另一個」元件，或者其等價物，應該被解讀為包括一個或多個如此的元件，不需要也不排除兩個或兩個以上如此的元件。如本文所使用的，術語「包括」是指包含有但不侷限於，術語「包含有」是指包括但不侷限於。「基於」 該詞係指基於至少一部分。

Claims (15)

  1. 一種檢測器裝置，其包含有：一光源，用以發射不可見光脈衝，其以一頻率和一工作週期被選通；以及一檢測器，用以從一顯示器接收響應於該不可見光脈衝的一反射光圖樣，該反射光圖樣具有至少兩個不同的偏光狀態，基於區分該等至少兩個偏光狀態，該檢測器可以判定該檢測器相對於該顯示器的一空間位置。
  2. 如請求項1之裝置，其中該光圖樣係接收自一與該顯示器相關聯的一位置編碼對比層，該位置編碼對比層包括被偏光至該等至少兩個偏光狀態中之一者的位置編碼光學元件以及被偏光至該等至少兩個偏光狀態中之另一者的一背景區域，以偏光來自該顯示器的反射光來提供具有該等至少兩個偏光態之該反射光圖樣。
  3. 如請求項2之裝置，其中該檢測器更包含有一圓形偏光分析儀以區分接收自該等位置編碼光學元件與該背景區域的反射光，其係以該光圖樣來接收。
  4. 如請求項3之裝置，其中該圓形偏光分析儀包括一1/4波長的圓形偏光層，隨後有一線性偏光層以在來自該顯示器的該反射光圖樣中區分該等至少兩個偏光態。
  5. 如請求項3之裝置，其中該檢測器更包含有一長波通近IR濾光片來濾光該接收到的光圖樣。
  6. 如請求項1之裝置，更包含有一全像擴散器以擴散產生 自該光源之該等不可見光脈衝。
  7. 一種顯示器系統，其包含有：一顯示器，其包含有至少一個層以產生一數位顯示影像；一光源以發射不可見光脈衝，其以一頻率和一工作週期被選通；以及一檢測器以從一顯示器接收一反射光圖樣以響應該不可見光脈衝，該反射光圖樣具有至少兩個不同的偏光狀態，基於區分該等至少兩個偏光狀態，該檢測器可以判定該檢測器相對於該顯示器的一空間位置。
  8. 如請求項7之系統，其中該顯示器更包含有一位置編碼對比層，該位置編碼對比層包括被偏光至一個偏光狀態的位置編碼光學元件以及被偏光至另一個偏光狀態的一背景區域，以偏光在該顯示器內部反射的該不可見光來提供具有該等至少兩個偏光態的來自該顯示器之該反射光圖樣。
  9. 如請求項8之系統，其中該檢測器更包含有一圓形偏光分析儀以在接收自該顯示器之該反射光圖樣中區分該等至少兩個偏光態。
  10. 如請求項9之系統，更包含有一全像擴散器以擴散產生自該光源之該等不可見光脈衝。
  11. 如請求項8之系統，其中該顯示器包括一顯示堆疊和一正面堆疊以產生該數位顯示影像，其中該顯示堆疊包括至少一個線性偏光層以線性偏光在該顯示器內部反射 的該不可見光，以致使該等位置編碼光學元件和該背景區域可以把該經線性偏光的不可見光偏光至該等至少兩個不同的偏光狀態。
  12. 如請求項11之系統，其中該正面堆疊包括一線性偏光層以提高在該等位置編碼光學元件與該背景區域之間的對比度。
  13. 如請求項11之系統，其中該顯示器更包含有一反射層以反射產生自該光源之該等不可見光脈衝，該反射層位於在該線性偏光層與該顯示堆疊的至少一個部分之間。
  14. 一種用於位置檢測之方法，該方法包含有：發射不可見光脈衝，其以一頻率和一工作週期被選通；在一檢測器接收對應於該不可見光脈衝之一反射光圖樣，該反射光圖樣具有至少兩個不同的偏光狀態以編碼位置資訊；以及基於區分該等至少兩個偏光狀態來判定該檢測器相對於一顯示器的一空間位置。
  15. 如請求項14之方法，更包含有從一對比層的位置編碼光學元件和一背景區域接收該光圖樣，該對比層被佈置在與該顯示器相關聯的一正面堆疊中，該等位置編碼光學元件被偏光至一偏光狀態以及該背景區域被偏光至另一偏光狀態以偏光在該顯示器內部反射的不可見光並提供具有該等至少兩個偏光態的來自該顯示器之該反射光圖樣。
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