近场光学感测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学传感器，并且具体来说，涉及可以单独地使用或结合机电系统及 装置使用的光学触摸及手势感测装置。
【背景技术】
[0002] 机电系统（EMS)包含具有电气及机械元件、致动器、换能器、传感器、光学组件（例 如镜面及光学膜）及电子器件的装置。EMS装置或元件可以多种尺度制造，包含但不限于微 尺度及纳米尺度。例如，微机电系统（MEMS)装置可包含大小在约一微米到数百微米或更大 的范围内的结构。纳米机电系统（NEMS)装置可包含大小小于一微米（包含（例如）小于 数百纳米的大小）的结构。可使用沉积、蚀刻和/或其它蚀刻掉衬底和/或已沉积材料层 的部分或者添加层以形成电装置及机电装置的微加工工艺来产生微机械元件。
[0003] 一种类型的EMS装置被称作干涉式调制器aMOD)。术语"MOD"或"干涉式光调 制器"是指使用光学干涉原理选择性地吸收和/或反射光的装置。在一些实施方案中，頂OD 显示元件可包含一对导电板，所述导电板中的一或两者可能整体或部分地为透明的和/或 反射性的，且能够在施加适当电信号后即刻进行相对运动。例如，一个板可包含沉积在衬底 上方、衬底上或由衬底支撑的静止层，且另一板可包含与所述静止层以气隙隔开的反射膜。 一个板相对于另一板的位置可改变入射在頂OD显示元件上的光的光学干涉。基于頂OD的 显示装置具有广泛范围的应用，且预期用于改进现有产品及形成新产品，尤其是具有显示 能力的广品。
[0004] 触摸屏及手势感测系统可以用来向底层显示装置或向任何其它装置提供输入。一 些触摸屏依赖于投射电容式技术（PCT)，其要求与表面直接相互作用且可能需要皮肤与表 面的接触或其它特定材料以便与PCT触摸屏相互作用。类似地，一些手势识别系统依赖于 感测可见光的摄像机的使用，且此类系统的功效可能受摄像机能力的约束。
【发明内容】
[0005] 本发明的系统、方法及装置各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独负责 本文中所揭示的合乎需要的属性。
[0006] 本发明中所描述的标的物的一个新颖方面可以在一种光学感测系统中实施，所述 光学感测系统包括：光导引层，其具有第一表面、第二表面及一或多个边缘；红外（IR)光 源，其经配置以将光引导到遮盖光导引层的第一表面的区域中；多个光转向结构，其经配置 以将穿过光导引层的第一表面的光重新引导到光导引层中；多个IR传感器，其邻近光导引 层的至少一个边缘；以及多个掩蔽结构，其设置在光导引层与多个IR传感器之间。
[0007] 在一些实施方案中，所述系统可包含与多个IR传感器电连通的处理器，其中所述 处理器经配置以分析通过多个IR传感器测量的信号以识别在遮盖光导引层的第一表面的 区域内的物体的位置。在一些实施方案中，IR光源可经配置以调制被导引到遮盖光导引层 的第一表面的区域中的光。在一些实施方案中，IR光源可以设置在光导引层上，与第二表 面相同侧，且可经配置以引导光通过光导引层。
[0008] 在一些实施方案中，IR光源可以与实质上平行于第一光导引层延伸的第二光导引 层光学连通，并且第二光导引层可包含多个光转向结构，其经配置以将IR光源发射到第二 光导引层中的光重新引导到遮盖第一光导引层的第一表面的区域中。在一些实施方案中， 多个IR传感器可包含邻近光导引层的每个边缘延伸的IR光电二极管的线性阵列。在一些 实施方案中，多个光转向结构可包含延伸穿过光导引层的第二表面或邻近所述第二表面延 伸的反射小面。在一些实施方案中，多个掩蔽结构可包含邻近光导引层的每个边缘延伸的 掩蔽结构的周期性阵列。
[0009] 在一些实施方案中，所述系统可以另外包含位于光导引层上与第二表面相同侧的 显示器。在至少第一其它实施方案中，所述系统可以另外包含设置在显示器上与光导引层 相对侧的背光，其中所述背光包含IR光源。在又其它一些实施方案中，显示器可包含液晶 显示器。在至少第二其它实施方案中，显示器可包含透射式显示器。在至少第三其它实施 方案中，显示器可包含透射反射式显示器。在至少第四其它实施方案中，显示器可包含包含 反射式显示器。在又其它一些实施方案中，所述系统可以另外包含经配置以照射显示器的 前光系统，其中所述前光系统包含IR光源。在其它又进一步的实施方案中，显示器可包含 干涉式调制器阵列。在至少第五其它实施方案中，所述系统可包含处理器，其经配置以与 显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及存储器装置，其经配置以与处理器通 信。在至少第一又其它实施方案中，所述系统可以另外包含驱动电路，其经配置以将至少一 个信号发送到显示器；以及控制器，其经配置以将图像数据的至少一部分发送到驱动电路。 在至少第二又其它实施方案中，所述系统可以另外包含图像源模块，所述图像源模块经配 置以将图像数据发送到处理器，其中所述图像源模块包括接收器、收发器及发射器中的至 少一者。在至少第三又其它实施方案中，所述系统可以另外包含输入装置，所述输入装置经 配置以接收输入数据且将所述输入数据传送到处理器。
[0010] 本发明中所描述的标的物的另一新颖方面可以在一种光学感测系统中实施，所 述光学感测系统包括：光导引层，其具有第一表面、第二表面及一或多个边缘；用于用红外 (IR)光照射遮盖光导引层的第一表面的区域的装置；多个光转向结构，其经配置以将穿过 光导引层的第一表面的光重新引导到光导引层中；多个IR传感器，其邻近光导引层的至少 一个边缘；以及多个掩蔽结构，其设置在光导引层与多个IR传感器之间。
[0011] 在一些实施方案中，所述系统可以另外包含与多个IR传感器电连通的处理器，其 中所述处理器经配置以分析通过多个IR传感器测量的信号以识别在遮盖光导引层的第一 表面的区域内的物体的位置。在一些实施方案中，照射装置可包含经调制IR光源。在一些 实施方案中，照射装置可包含IR光源，所述IR光源设置在光导引层上，与第二表面相同侧， 其中所述IR光源经配置以引导光通过光导引层。在一些实施方案中，照射装置可包含实 质上平行于第一光导引层延伸的第二光导引层；以及与第二光导引层光学连通的至少一个 IR光源，其中第二光导引层包含多个光转向结构，其经配置以将至少一个IR源发射的光重 新引导到遮盖第一光导引层的第一表面的区域中。
[0012] 本发明中所描述的标的物的另一新颖方面可以在一种感测遮盖光导引层的一或 多个物体的方法中实施，所述方法包括：用红外（IR)光照射遮盖光导引层的第一表面的区 域；将通过一或多个遮盖物体反射的IR光重新引导到光导引层中并且朝向多个IR光传感 器，其中在光导引层与多个IR光传感器之间设置掩蔽结构；测量指示入射到IR光传感器上 的IR光的一或多个信号；以及分析经测量的一或多个信号以评估一或多个遮盖物体的位 置。
[0013] 在一些实施方案中，掩蔽结构可包含以间隙隔开的掩蔽结构的周期性阵列。在至 少第一其它实施方案中，分析经测量的信号以评估一或多个遮盖物体的位置可包含：识别 在经测量的一或多个信号中局部极大值的位置；以及基于延伸穿过局部极大值的位置及间 隙中的一者的中心的投射评估一或多个遮盖物体中的一者的位置。在至少第二其它实施方 案中，分析经测量的信号以评估一或多个遮盖物体的位置可包含生成一或多个遮盖物体的 位置的概率图。在一些实施方案中，照射遮盖光导引层的第一表面的区域可包含用经调制 IR光照射所述区域。
[0014] 在附图及下文描述中阐述本发明中所描述的标的物的一或多个实施方案的细节。 尽管本发明中所提供的实例主要是基于EMS及MEMS的显示器的方面来描述，但本文中所提 供的概念可适用于其它类型的显示器，例如液晶显示器、有机发光二极管（"0LED"）显示器 及场发射显示器。其它特征、方面及优点将从描述、图式及权利要求书而变得显而易见。应 注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。
【附图说明】
[0015] 图1为描绘干涉式调制器（HTOD)显示装置的一系列显示元件或显示元件阵列中 的两个邻近的MOD显示元件的等角视图说明。
[0016] 图2为说明并有基于頂OD的显示器的电子装置的系统框图，所述基于頂OD的显 示器包含頂OD显示元件的三元件乘三元件阵列。
[0017] 图3示出包含前光系统以提供对显示器的补充照射的显示装置的实例的横截面 视图的侧面横截面。
[0018] 图4示出可以用来检测一或多个遮盖物体的光学传感器系统的实例。
[0019] 图5示出光学传感器系统的另一实施方案的俯视平面图。
[0020] 图6A为图5的光学传感器系统的部分6的详细截面视图。
[0021] 图6B示意性地说明一种基于局部极大量的入射光的测量评估遮盖物体的位置的 方法。
[0022] 图7A示出表示光学传感器系统的近场区域内的两个遮盖物体的模拟信号的实 例。
[0023] 图7B示出响应于图7A的模拟信号转向到光导引层中的某些光线的实例。
[0024] 图7C示出指示响应于图7A的模拟信号沿着传感器系统的一侧的光强度的曲线图 的实例。
[0025] 图8A及8B示出感测滑动手势的实施方案。
[0026] 图9示出结合前光装置使用的光学感测系统的实例。
[0027] 图10示出说明使用近场光学感测系统的感测方法的流程图的实例。
[0028] 图IlA及IlB为说明包含多个頂OD显示元件的显示装置的系统方块图。
[0029] 各个图式中的相同参考标号及名称指示相同元件。
【具体实施方式】
[0030] 以下描述涉及出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领 域的技术人员将容易认识到，可以许多不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案可 在可经配置以显示图像的任何装置、设备或系统中实施，而不论图像是在运动中（例如，视 频）还是静止的（例如，静态图像），且不论图像为文字的、图形的还是图片的。更确切地 说，预期所描述的实施方案可包含在多种电子装置中或与其相关联，例如但不限于：移动电 话、具多媒体因特网功能的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、BiuelooihS; 装置、个人数据助理（PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本 计算机、智能笔记本计算机、平板计算机、打印机、复印机、扫描器、传真装置、全球定位系统 (GPS)接收器/导航仪、摄像机、数字媒体播放器（例如，MP3播放器）、便携式摄像机、游戏 控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置（例如，电子阅读器）、 计算机监视器、汽车显示器（包含里程表及速度计显示器等）、驾驶舱控制和/或显示器、 摄像机景观显示器（例如，车辆中的后视摄像机的显示器）、电子照片、电子布告板或标牌、 投影仪、建筑结构、微波、冰箱、立体声系统、盒式记录器或播放器、DVD播放器、CD播放器、 VCR、收音机、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗