專利名稱：單個照相機顯示裝置探測的制作方法
單個照相機顯示裝置探測
背景技術：
顯示裝置可以利用各種技術來顯示圖像，諸如陰極射線管(CRT)技術、基于投影的技術、基于液晶顯示器(LCD)的技術等等。一些顯示裝置可以是交互顯示裝置，該裝置還配置成利用諸如電容探測、電阻探測、表面聲波探測、光學探測等等技術探測顯示器表面上物理對象的觸摸。在一些實例中，光學探測技術可以進一步配置成探測置為靠近顯示器表面的物理對象的“接近接觸”。作為實例，指向同一方向但分隔已知距離的兩個照相機可以用于從不同視角捕獲靠近表面的對象的兩幅圖像。這兩幅圖像接著可以被處理以揭示與深度有關的關于對象的視差數據。然而，需要非常仔細校準以確保兩個照相機實際上指向同一方向。

發明內容
此處公開了涉及估算對象與交互顯示裝置的表面的距離的各種實施例。例如，一個公開實施例提供一種用于確定對象與具有液晶顯示器(LCD)裝置的交互顯示裝置的表面的距離的方法。該方法包括將紅外(IR)光引導到該交互顯示裝置的表面上方的對象，該頂光被該對象反射回到該交互顯示裝置。接著，該方法包括基于從對象反射的頂光的偏振態，將反射頂光折射為在兩個不同方向上行進的兩條射線。該方法還包括切換LCD裝置的偏振態以允許兩條折射射線的第一條折射射線穿過LCD裝置，以及在探測器接收穿過該LCD裝置的兩條折射射線的第一條折射射線。接著，該方法包括切換LCD裝置的偏振態以允許兩條折射射線的第二條折射射線穿過LCD，以及在該探測器接收穿過該LCD裝置的兩條折射射線的第二條折射射線。最后，該方法包括基于三角測量估算該對象與該交互顯示裝置的表面的距離。此發明內容被提供從而以簡化形式介紹概念選集，所述概念選集在具體實施方式
中在下文予以進一步描述。此發明內容不是旨在確定所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不是旨在用于限制所要求保護的主題的范圍。再者，所要求保護的主題不限于解決此公開內容任何部分中指出的任何或全部缺點的實施方式。


圖1示出依據本公開內容的實施例的具有計算系統的實例交互顯示裝置。圖2示出依據本公開內容的實施例的用于交互顯示裝置的實例光學系統的框圖。圖3示出依據本公開內容的實施例的實例雙折射棱鏡。圖4示出依據本公開內容的實施例的用于交互顯示裝置的實例方法。
具體實施例方式本公開內容提出一種交互顯示裝置，該交互顯示裝置可以探測對象存在于交互顯示裝置的表面上或附近以及估算接近表面的對象的距離。該交互顯示裝置包括液晶顯示器 (LCD)裝置、雙折射棱鏡和單個照相機。雙折射棱鏡用于將從對象反射的光射線折射為在兩個不同方向上行進的兩條射線，使得兩條折射光射線進入分隔一定距離的LCD裝置。LCD 裝置可以被調制，使得在給定時間，兩條折射光射線的僅僅一條穿過并且被照相機接收。因此，可以獲得涉及深度的視差數據并且可以利用三角測量估算對象與表面的距離。在下文更詳細地描述交互顯示裝置的各種實施例。圖1示出具有觸摸敏感顯示器表面102和光學系統104的交互顯示裝置100的實例實施例的各方面，該光學系統置于觸摸敏感顯示器表面102下方，該觸摸敏感顯示器表面可以配置成為計算系統106提供顯示和視覺功能。因此，圖1示出可操作地耦合到光學系統104的計算系統106。計算系統106可以是配置成提供顯示數據到光學系統104以及從光學系統104接收輸入數據的任何裝置。在一些實施例中，計算系統106可包括計算機的全部或者部分；在其它實施例中，計算系統106可以是經由有線或無線通信鏈路可操作地耦合到計算機的任何裝置。如圖1的實例中所示，計算系統106包括顯示子系統108和視覺子系統110。顯示子系統可以配置成在交互顯示裝置100的表面102上顯示圖像，用戶經由光學系統104與該交互顯示裝置交互。視覺子系統可以配置成經由光學系統104探測在交互顯示裝置100 的表面102上或上方的對象。為了提供顯示功能，光學系統104可以配置成將可見圖像投影到觸摸敏感顯示器表面上。為了提供視覺功能，光學系統104可以配置成捕獲置于觸摸敏感顯示器表面上或附近的對象的至少部分圖像，例如，該對象為諸如手指、電子裝置、紙卡、 食物或者飲料。因此，光學系統104可以配置成照射這種對象以及探測從對象反射的光。以此方式，光學系統可以記錄位置、足印、對象與表面的距離以及置于觸摸敏感顯示器表面上或附近的任何合適對象的其它屬性。計算系統還包括數據保存子系統112，其可包括計算機可讀取介質，諸如光學存儲裝置(例如CD、DVD、HD-DVD、藍光盤等)，半導體存儲裝置(例如RAM、EPROM、EEPROM等)和/ 或磁性存儲裝置(例如硬盤驅動器、軟盤驅動器、磁帶驅動器、MRAM等)等等。數據保存子系統112可包括具有一種或多種下述特性的裝置易失性、非易失性、動態、靜態、讀/寫、只讀、隨機存取、順序存取、位置可尋址、文件可尋址以及內容可尋址。在一些實施例中，數據保存子系統112可以是移動計算機可讀存儲介質的形式，其可以用于存儲和/或轉移數據和/或可執行以實施此處描述的方法和過程的指令。該移動計算機可讀存儲介質可以采用 ⑶、DVD, HD-DVD、藍光盤、EEPROM和/或軟盤等等的形式。圖2示意性說明實例光學系統104，其可以在諸如上文參考圖1描述的交互顯示裝置100的交互顯示裝置中使用。在所說明實例中，光學系統104包括紅外(IR)光源、楔形光導134、包括IXD 122和偏振器130的液晶顯示器(IXD)裝置、以及雙折射棱鏡128。IXD 122可以是由許多像素構成的電調制光學裝置，所述像素用響應于應用的電壓而旋轉的液晶填充。在一些實例中，每個像素可具有例如由濾波器產生的紅色、綠色和藍色子像素，所述子像素在顏色和強度方面可以被調制，從而在LCD 122被背光182照射時在交互顯示裝置的表面102上顯示圖像，該背光可以是配置成向上朝向交互顯示裝置的表面 102發射可見光1 的任何發光體。在一些實施例中，IXD 122包括在液晶層任一側上的可見光偏振器(未示出)，使得可見光在穿過IXD 122時被偏振。IXD 122可以進一步包括透明電極(未示出)，使得每個像素可以被調制。另外，LCD 122可以被調制，使得在高切換速度所有像素接通(例如全白)以及所有像素切斷(例如全黑)。例如，LCD 122的切換速度可以是240Hz或者LCD可以在2. 5_5ms內切換。另外，IXD裝置包括定位在IXD 122下方的偏振器130，該偏振器使離開IXD 122 并且朝向楔形光導134行進的光偏振。例如，偏振器130可以是僅僅使波長在頂范圍的光偏振的紅外偏振器。在這種實例中，除了可見光偏振器，偏振器130可以定位在液晶層的任一側上。作為另一實例，偏振器130可以是3M 制造的Vikuti 雙亮度增強膜(DBEF)，其使可見光和頂光都偏振并且允許一個偏振通過以及反射另一個偏振。因此，來自照射顯示器的背光182的可見光可以不被偏振器130偏振。另外，偏振器130可以是僅僅允許平行偏振態的光穿過的平行偏振器或者是僅僅允許垂直偏振態的光穿過的垂直偏振器。LCD 122 的高切換速度快速地旋轉穿過LCD 122的光的偏振態，使得穿過偏振器130的偏振態改變。 例如，當LCD 122的像素切斷使得穿過該LCD 122的射線的偏振態不旋轉時，僅僅具有與偏振器130的偏振態匹配的偏振態的射線穿過偏振器130到達楔形光導134(例如，如果偏振器130為平行偏振器，以及僅僅平行偏振射線穿過并且垂直偏振射線被吸收)。另一方面， 當IXD 122的像素接通使得穿過IXD 122的射線的偏振態旋轉時，僅具有最初(例如在進入 IXD 122之前)與偏振器130的偏振相對的偏振的射線穿過偏振器130到達楔形光導134。 以此方式，IXD 122可以被調制，使得探測器138探測穿過IXD裝置的尋常射線(例如垂直偏振射線)144或非尋常射線(例如平行偏振射線)146。如圖2中的實例所示，交互顯示裝置的光學系統104還包括漫射器124。漫射器 124例如可以用于提供背光均勻性。在一些實施例中，漫射器IM可以是可切換漫射器，諸如聚合物分散液晶漫射器(PDLC)漫射器，該可切換漫射器可以在漫射狀態和非漫射狀態之間切換。例如，在背光182接通并且顯示子系統被用于將圖像顯示在交互顯示裝置的表面 102上的時間期間，可切換漫射器可以切換到漫射狀態以維持顯示均勻性。當背光182切斷并且視覺子系統被用于感測交互顯示裝置的表面102上或上方的對象時，可切換漫射器可以切換到非漫射狀態。在其它實施例中，背光182例如可以是邊緣照亮的板，其定位在楔形光導134和 IXD 122之間。在這種實施例中，可切換漫射器可以定位在背光182和偏振器130之間。另夕卜，在圖2說明的實施例中，經由對象(例如對象140)的漫射照射，視覺子系統提供光，并且光被往回反射通過觸摸敏感顯示器表面。相應地，圖2示出發射器172，該發射器例如可以是紅外(IR)發光二極管并且照射光導174。在圖2說明的配置中，照射光導 174配置成從觸摸敏感顯示器表面下方照射一個或多個對象。照射光導可以是配置成從一個或多個入口區域176接納紅外光并且將至少一些紅外光從出口區域178投影的任何光學器件。應理解，圖2中說明的實施例為一實例，并且發射器172和照射光導174可以具有任何合適配置，并且另外應理解，許多其它照射配置是有可能的且同樣符合本公開內容。在圖2的實例中，示出了照射交互顯示裝置的表面102上方的對象140的頂光射線180。對象140將光線(例如當發射器172為頂光發射器時JR光射線)142往回反射通過交互顯示裝置的表面102并且通過漫射器124，當可切換漫射器被使用時該漫射器可以處于非漫射狀態。另外，反射光線142穿過雙折射棱鏡128，并且基于反射光線142的偏振態，分離為在兩個不同方向上行進的兩條射線，即第一折射射線(例如具有垂直偏振的尋常射線)144和第二折射射線(例如具有平行偏振的非尋常射線)146，如參考圖3在下文更詳細所描述。離開顯示器的表面102的來自背光182的可見光可以被可見光偏振器(未示出)偏振，該可見光偏轉器定位在LCD 122的任一側上。可見光偏振器例如可以平行于雙折射棱鏡128，使得雙折射棱鏡1 可以不影響離開光學系統104的可見光的行進方向。如上所述基于光線和偏振器130的偏振態，折射光線144和146穿過IXD 122并且隨后穿過偏振器130。折射光線144和146隨后進入楔形光導134，該楔形光導將圖像(例如頂光圖像)聚焦在探測器138上，該探測器定位在楔形光導134的寬端部上。探測器例如可以是照相機，諸如紅外敏感數碼照相機。楔形光導134例如可以是諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或丙烯酸的光學透明材料的漸縮片。應理解，圖2各方面不是旨在限制，因為許多楔形光導、LCD、背光、漫射器和對象照射變型被考慮到。另外，光學系統104的各種部件可以進一步包括諸如轉向膜、漫射器膜、波長選擇性反射器等的特征，從而選擇性地控制穿過部件的光的方向。繼續圖3，該圖示出雙折射棱鏡300的實例，諸如上文參考圖2描述的雙折射棱鏡 128。如圖3的實例中所描述，雙折射棱鏡300包括鋸齒形區域304和體區域302。鋸齒形區域例如可以用液晶材料填充。如所示，鋸齒形區域304在雙折射棱鏡300內形成類似菲涅耳的透鏡。雙折射棱鏡300的體區域302可以由例如折射率基本上等于液晶材料的尋常折射率的固態聚合物制成。另外，鋸齒形區域的峰到谷高度310可以基本上相當于從表面上方對象反射的入射頂光的一個波長與雙折射棱鏡300的雙折射率的商的倍數。雙折射棱鏡300的雙折射率為液晶材料的非尋常折射率和雙折射棱鏡300的體區域302的尋常折射率之間的折射率差異。例如，如果鋸齒形區域的峰到谷高度310具有的深度基本上等于波長(例如入射頂光的波長)與雙折射棱鏡的雙折射率的商，則穿過雙折射棱鏡的射線相長干涉并且由于衍射引起的散射很少，這是期望的狀況。另外，圖3中說明的實例示出穿過雙折射棱鏡的尋常射線(例如垂直偏振射線X306 和非尋常射線(例如平行偏振射線》08。如所示，尋常射線306穿過雙折射棱鏡300而不改變方向。相比之下，非尋常射線308的方向在進入雙折射棱鏡300時方向，并且在進入和離開用液晶材料填充的鋸齒形區域304時進一步改變。非尋常射線的行進方向改變的量可以取決于例如非尋常射線穿過的鋸齒形區域的角度和/或液晶材料的尋常折射率。因而，具有用液晶材料填充的鋸齒形區域的雙折射棱鏡可以用于將光入射射線折射為在兩個不同方向上行進的兩條射線。繼續圖4，該圖示出用于具有計算系統和光學系統的交互顯示裝置的實例方法 400，該交互顯示裝置諸如為在上文參考圖1描述的交互顯示裝置100。特別地，方法400基于視差數據確定對象與交互顯示裝置的表面的距離。在方法400的402 JR光被引導到表面上方的對象。例如，如上所述，頂光可以經由頂發光二極管被引導到表面上方的對象。在方法400的404，從對象被反射回到交互顯示裝置的光被折射為在不同方向上行進的兩條射線。例如，利用雙折射棱鏡(諸如分別參考圖2和3在上文描述的雙折射棱鏡 128或雙折射棱鏡300)，基于反射光的偏振態，從對象反射的頂光可以被折射為兩條射線。 在一些實例中，反射頂光可以被折射為通過雙折射棱鏡行進方向保持不變的尋常射線(例如垂直偏振射線)以及通過雙折射棱鏡行進方向偏移(例如行進方向偏離原始行進方向10 度)的非尋常射線(例如平行偏振射線)。在其它實例中，兩條折射射線的每條可以偏離它們的原始行進方向。以此方式，尋常射線和非尋常射線在不同位置進入LCD。
在方法400的406，LCD裝置的偏振態被切換以允許兩條折射射線的第一條折射射線穿過IXD裝置。例如，電壓可以應用到IXD，使得穿過IXD的光的偏振態旋轉(例如從垂直旋轉到平行)并且兩條折射射線的第一條折射射線可以穿過定位在LCD裝置中LCD下方的偏振器(例如平行偏振器)。在一些實例中，兩條折射射線的第一條折射射線例如可以是尋常射線。當非尋常射線被LCD旋轉時，它被旋轉到垂直狀態并且它無法穿過平行偏振器。 以此方式，僅一個偏振態穿過IXD裝置。在圖4中的方法400的408，一旦兩條折射射線的第一條折射射線穿過IXD裝置， 它行進通過楔形光導并且被定位在楔形光導端部(例如寬端部)的照相機接收。在方法400的410，LCD裝置的偏振態被切換以允許兩條折射射線的第二條折射射線穿過LCD裝置。例如，供應到LCD裝置的電壓切斷，使得穿過LCD的光的偏振態不旋轉并且兩條折射射線的第二條折射射線可以穿過定位在LCD裝置中LCD下方的偏振器。例如， 如果兩條折射射線的第二條折射射線為非尋常射線并且偏振器為平行偏振器，則非尋常射線在穿過LCD時維持其平行偏振態并且它可以隨后穿過偏振器，而尋常射線維持其垂直偏振態并且它無法穿過平行偏振器。以此方式，僅兩個偏振態的另一個穿過LCD裝置。在圖4中的方法400的408，一旦兩條折射射線的第二條折射射線穿過IXD裝置， 它行進通過楔形光導并且被定位在楔形光導端部(例如寬端部)的照相機接收。在一些實例中，方法400可以進一步包括控制可切換漫射器和背光，諸如上文參考圖2描述的漫射器IM和背光182，使得如上所述LCD以高切換速率在顯示子系統和視覺子系統之間被調制。例如，在第一狀態中，背光接通并且圖像顯示在交互顯示裝置的表面上，而照相機快門閉合。例如，在第二狀態中，背光切斷，電壓應用到LCD使得液晶旋轉，并且照相機快門開啟，由此捕獲尋常射線的頂圖像。在第三狀態中，背光接通并且圖像顯示在該表面上，并且照相機快門閉合。在第四狀態中，背光切斷，電壓不應用到LCD使得液晶不旋轉，并且照相機快門開啟，由此捕獲非尋常射線的頂圖像。由于雙折射棱鏡將來自表面上方的對象的反射射線折射為在兩個不同方向上行進的兩條射線，每條射線進入和穿過IXD的位置不同。由此，由照相機根據兩條折射射線的第二條折射射線(例如非尋常射線)生成的圖像會偏離由照相機根據兩條折射射線的第一條折射射線(例如尋常射線)生成的圖像。以此方式，在方法400的414，可以基于視差數據的三角測量估算對象與交互顯示裝置的表面的距離，因為單個照相機從兩個不同視角看到兩個分開圖像。因而，包括單個照相機和雙折射棱鏡的交互顯示裝置可以用于確定交互顯示裝置的表面附近的對象與交互顯示裝置的表面的距離。應理解，此處描述的配置和/或方法在本質上是示例性的，并且這些特定實施例或實例不應在限制含義上被解讀，因為許多變化是有可能的。此處描述的特定路線或方法可以代表任意數目的處理策略的一種或多種。因此，所說明的各種動作可以按照所說明的順序執行，按其它順序執行，并行地執行，或者在一些情形中略去。類似地，上述過程的順序可以改變。本公開內容的主題包含此處公開的各種過程、系統和配置以及其它特征、功能、動作和/或屬性的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合，以及任何及所有其等價物。
權利要求
1.一種用于確定對象(140)與具有液晶顯示器(IXD)裝置的交互顯示裝置(100)的表面(102)的距離的方法，該方法包括將紅外(IR)光(180)弓丨導到該交互顯示裝置(100)的表面(102)上方的該對象(140)， 該頂光被該對象(140)往回反射到該交互顯示裝置(100)；基于從該對象(140)反射的頂光(180)的偏振態，將反射頂光(180)折射為在兩個不同方向上行進的兩條射線(144和146)；切換該LCD裝置的偏振態以允許兩條折射射線(144和146)的第一條折射射線穿過該 LCD裝置；在探測器(138)接收穿過該IXD裝置的兩條折射射線(144和146)的第一條折射射線；切換該LCD裝置的偏振態以允許兩條折射射線(144和146)的第二條折射射線穿過該LCD ；在該探測器(138)接收穿過該IXD裝置的兩條折射射線(144和146)的第二條折射射線；以及基于三角測量估算該對象(140)與該交互顯示裝置(100)的表面(102)的距離。
2.權利要求1的方法，其中從該對象反射的頂光利用雙折射棱鏡被折射為在兩個不同方向上行進的兩條射線。
3.權利要求2的方法，其中兩條折射射線的第一條折射射線的行進方向利用該雙折射棱鏡保持不變，并且兩條折射射線的第二條折射射線的行進方向利用該雙折射棱鏡被改變。
4.權利要求1的方法，其中該LCD裝置包括LCD和偏振器，并且切換LCD的偏振態包括應用電壓到該LCD，使得該LCD旋轉穿過該LCD的射線的偏振。
5.一種具有計算系統(106)的交互顯示裝置(100)，包括該計算系統(106)的顯示子系統(108)，其配置成在用戶與之交互的該交互顯示裝置 (100)的表面(102)上顯示圖像；該計算系統(106)的視覺子系統(110)，其配置成探測該交互顯示裝置(100)的表面 (102)上方的對象(140)；光學系統(104)，包括紅外(IR)光源(172)，其將IR光(180)引導朝向該對象(140)；雙折射棱鏡(128)，其配置成基于頂光(180)入射射線的偏振態，將從對象 (140)反射的頂光(180)入射射線分離為在兩個不同方向上行進的兩條光射線(144和 146)；液晶顯示器(IXD)裝置，其包括IXD (122)和偏振器(130)； 楔形光導(134);以及探測器(138)，其耦合到該楔形光導的端部；以及計算機可讀取介質，其包括可由該計算系統(106)執行從而執行下述操作的指令切換IXD (122)的偏振態，使得一個偏振態中的頂光穿過IXD而另一偏振態中的頂光被IXD (122)吸收；以及基于三角測量，估算該對象(140)與該交互顯示裝置(100)的表面(102) 的距離。
6.權利要求5的交互顯示裝置，其中該楔形光導將從穿過該LCD裝置的頂光生成的圖像聚焦在該探測器上，該探測器耦合到該楔形光導的寬端部。
7.權利要求5的交互顯示裝置，其中該雙折射棱鏡將頂光入射射線分離為尋常射線和非尋常射線，以及該尋常射線的行進方向不改變并且該非尋常射線的行進方向偏離該尋常射線的行進方向。
8.權利要求7的交互顯示裝置，其中基于由該探測器針對該非尋常射線生成的圖像與由該探測器針對該尋常射線生成的圖像的偏移，由該計算系統實施三角測量。
9.權利要求5的交互顯示裝置，其中該雙折射棱鏡包括用液晶材料填充的鋸齒形區域，該鋸齒形區域具有相當于頂光入射射線的一個波長與該雙折射棱鏡的雙折射率的商的倍數的峰到谷高度，該頂光入射射線為從該交互顯示裝置的表面上方的該對象反射的頂光的射線。
10.權利要求5的交互顯示裝置，還包括由聚合物分散液晶制成的可切換漫射器，以及該計算機可讀取介質還包括用于在漫射狀態和非漫射狀態之間切換該可切換漫射器的指令。
全文摘要
此處公開了涉及確定對象(140)與交互顯示裝置(100)的表面(102)的距離的各種實施例。例如，一個公開實施例提供一種方法，其包括將紅外(IR)光(180)引導到表面(102)上方的對象(140)，該IR光被對象(140)往回反射到該交互顯示裝置(100)，以及基于從對象(140)反射的IR光(180)的偏振態，將反射IR光(180)折射為在兩個不同方向上行進的兩條射線(144和146)。該方法還包括切換LCD裝置的偏振態以允許兩條折射射線(144和146)的一條折射射線穿過LCD裝置，并且在探測器(138)接收穿過LCD裝置的兩條折射射線(144和146)的這一條折射射線。另外，該方法包括基于三角測量估算對象(140)與表面(102)的距離。
文檔編號G02B27/28GK102519363SQ201110367808
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者A.特拉維斯, T.拉奇 申請人:微軟公司