近場光學感測系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光學傳感器，并且具體來說，涉及可以單獨地使用或結合機電系統及 裝置使用的光學觸摸及手勢感測裝置。
【背景技術】
[0002] 機電系統（EMS)包含具有電氣及機械元件、致動器、換能器、傳感器、光學組件（例 如鏡面及光學膜）及電子器件的裝置。EMS裝置或元件可以多種尺度制造，包含但不限于微 尺度及納米尺度。例如，微機電系統（MEMS)裝置可包含大小在約一微米到數百微米或更大 的范圍內的結構。納米機電系統（NEMS)裝置可包含大小小于一微米（包含（例如）小于 數百納米的大小）的結構。可使用沉積、蝕刻和/或其它蝕刻掉襯底和/或已沉積材料層 的部分或者添加層以形成電裝置及機電裝置的微加工工藝來產生微機械元件。
[0003] 一種類型的EMS裝置被稱作干涉式調制器aMOD)。術語"MOD"或"干涉式光調 制器"是指使用光學干涉原理選擇性地吸收和/或反射光的裝置。在一些實施方案中，頂OD 顯示元件可包含一對導電板，所述導電板中的一或兩者可能整體或部分地為透明的和/或 反射性的，且能夠在施加適當電信號后即刻進行相對運動。例如，一個板可包含沉積在襯底 上方、襯底上或由襯底支撐的靜止層，且另一板可包含與所述靜止層以氣隙隔開的反射膜。 一個板相對于另一板的位置可改變入射在頂OD顯示元件上的光的光學干涉。基于頂OD的 顯示裝置具有廣泛范圍的應用，且預期用于改進現有產品及形成新產品，尤其是具有顯示 能力的廣品。
[0004] 觸摸屏及手勢感測系統可以用來向底層顯示裝置或向任何其它裝置提供輸入。一 些觸摸屏依賴于投射電容式技術（PCT)，其要求與表面直接相互作用且可能需要皮膚與表 面的接觸或其它特定材料以便與PCT觸摸屏相互作用。類似地，一些手勢識別系統依賴于 感測可見光的攝像機的使用，且此類系統的功效可能受攝像機能力的約束。
【發明內容】
[0005] 本發明的系統、方法及裝置各自具有若干創新方面，其中沒有單個方面單獨負責 本文中所揭示的合乎需要的屬性。
[0006] 本發明中所描述的標的物的一個新穎方面可以在一種光學感測系統中實施，所述 光學感測系統包括：光導引層，其具有第一表面、第二表面及一或多個邊緣；紅外（IR)光 源，其經配置以將光引導到遮蓋光導引層的第一表面的區域中；多個光轉向結構，其經配置 以將穿過光導引層的第一表面的光重新引導到光導引層中；多個IR傳感器，其鄰近光導引 層的至少一個邊緣；以及多個掩蔽結構，其設置在光導引層與多個IR傳感器之間。
[0007] 在一些實施方案中，所述系統可包含與多個IR傳感器電連通的處理器，其中所述 處理器經配置以分析通過多個IR傳感器測量的信號以識別在遮蓋光導引層的第一表面的 區域內的物體的位置。在一些實施方案中，IR光源可經配置以調制被導引到遮蓋光導引層 的第一表面的區域中的光。在一些實施方案中，IR光源可以設置在光導引層上，與第二表 面相同側，且可經配置以引導光通過光導引層。
[0008] 在一些實施方案中，IR光源可以與實質上平行于第一光導引層延伸的第二光導引 層光學連通，并且第二光導引層可包含多個光轉向結構，其經配置以將IR光源發射到第二 光導引層中的光重新引導到遮蓋第一光導引層的第一表面的區域中。在一些實施方案中， 多個IR傳感器可包含鄰近光導引層的每個邊緣延伸的IR光電二極管的線性陣列。在一些 實施方案中，多個光轉向結構可包含延伸穿過光導引層的第二表面或鄰近所述第二表面延 伸的反射小面。在一些實施方案中，多個掩蔽結構可包含鄰近光導引層的每個邊緣延伸的 掩蔽結構的周期性陣列。
[0009] 在一些實施方案中，所述系統可以另外包含位于光導引層上與第二表面相同側的 顯示器。在至少第一其它實施方案中，所述系統可以另外包含設置在顯示器上與光導引層 相對側的背光，其中所述背光包含IR光源。在又其它一些實施方案中，顯示器可包含液晶 顯示器。在至少第二其它實施方案中，顯示器可包含透射式顯示器。在至少第三其它實施 方案中，顯示器可包含透射反射式顯示器。在至少第四其它實施方案中，顯示器可包含包含 反射式顯示器。在又其它一些實施方案中，所述系統可以另外包含經配置以照射顯示器的 前光系統，其中所述前光系統包含IR光源。在其它又進一步的實施方案中，顯示器可包含 干涉式調制器陣列。在至少第五其它實施方案中，所述系統可包含處理器，其經配置以與 顯示器通信，所述處理器經配置以處理圖像數據；以及存儲器裝置，其經配置以與處理器通 信。在至少第一又其它實施方案中，所述系統可以另外包含驅動電路，其經配置以將至少一 個信號發送到顯示器；以及控制器，其經配置以將圖像數據的至少一部分發送到驅動電路。 在至少第二又其它實施方案中，所述系統可以另外包含圖像源模塊，所述圖像源模塊經配 置以將圖像數據發送到處理器，其中所述圖像源模塊包括接收器、收發器及發射器中的至 少一者。在至少第三又其它實施方案中，所述系統可以另外包含輸入裝置，所述輸入裝置經 配置以接收輸入數據且將所述輸入數據傳送到處理器。
[0010] 本發明中所描述的標的物的另一新穎方面可以在一種光學感測系統中實施，所 述光學感測系統包括：光導引層，其具有第一表面、第二表面及一或多個邊緣；用于用紅外 (IR)光照射遮蓋光導引層的第一表面的區域的裝置；多個光轉向結構，其經配置以將穿過 光導引層的第一表面的光重新引導到光導引層中；多個IR傳感器，其鄰近光導引層的至少 一個邊緣；以及多個掩蔽結構，其設置在光導引層與多個IR傳感器之間。
[0011] 在一些實施方案中，所述系統可以另外包含與多個IR傳感器電連通的處理器，其 中所述處理器經配置以分析通過多個IR傳感器測量的信號以識別在遮蓋光導引層的第一 表面的區域內的物體的位置。在一些實施方案中，照射裝置可包含經調制IR光源。在一些 實施方案中，照射裝置可包含IR光源，所述IR光源設置在光導引層上，與第二表面相同側， 其中所述IR光源經配置以引導光通過光導引層。在一些實施方案中，照射裝置可包含實 質上平行于第一光導引層延伸的第二光導引層；以及與第二光導引層光學連通的至少一個 IR光源，其中第二光導引層包含多個光轉向結構，其經配置以將至少一個IR源發射的光重 新引導到遮蓋第一光導引層的第一表面的區域中。
[0012] 本發明中所描述的標的物的另一新穎方面可以在一種感測遮蓋光導引層的一或 多個物體的方法中實施，所述方法包括：用紅外（IR)光照射遮蓋光導引層的第一表面的區 域；將通過一或多個遮蓋物體反射的IR光重新引導到光導引層中并且朝向多個IR光傳感 器，其中在光導引層與多個IR光傳感器之間設置掩蔽結構；測量指示入射到IR光傳感器上 的IR光的一或多個信號；以及分析經測量的一或多個信號以評估一或多個遮蓋物體的位 置。
[0013] 在一些實施方案中，掩蔽結構可包含以間隙隔開的掩蔽結構的周期性陣列。在至 少第一其它實施方案中，分析經測量的信號以評估一或多個遮蓋物體的位置可包含：識別 在經測量的一或多個信號中局部極大值的位置；以及基于延伸穿過局部極大值的位置及間 隙中的一者的中心的投射評估一或多個遮蓋物體中的一者的位置。在至少第二其它實施方 案中，分析經測量的信號以評估一或多個遮蓋物體的位置可包含生成一或多個遮蓋物體的 位置的概率圖。在一些實施方案中，照射遮蓋光導引層的第一表面的區域可包含用經調制 IR光照射所述區域。
[0014] 在附圖及下文描述中闡述本發明中所描述的標的物的一或多個實施方案的細節。 盡管本發明中所提供的實例主要是基于EMS及MEMS的顯示器的方面來描述，但本文中所提 供的概念可適用于其它類型的顯示器，例如液晶顯示器、有機發光二極管（"0LED"）顯示器 及場發射顯示器。其它特征、方面及優點將從描述、圖式及權利要求書而變得顯而易見。應 注意，以下各圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
【附圖說明】
[0015] 圖1為描繪干涉式調制器（HTOD)顯示裝置的一系列顯示元件或顯示元件陣列中 的兩個鄰近的MOD顯示元件的等角視圖說明。
[0016] 圖2為說明并有基于頂OD的顯示器的電子裝置的系統框圖，所述基于頂OD的顯 示器包含頂OD顯示元件的三元件乘三元件陣列。
[0017] 圖3示出包含前光系統以提供對顯示器的補充照射的顯示裝置的實例的橫截面 視圖的側面橫截面。
[0018] 圖4示出可以用來檢測一或多個遮蓋物體的光學傳感器系統的實例。
[0019] 圖5示出光學傳感器系統的另一實施方案的俯視平面圖。
[0020] 圖6A為圖5的光學傳感器系統的部分6的詳細截面視圖。
[0021] 圖6B示意性地說明一種基于局部極大量的入射光的測量評估遮蓋物體的位置的 方法。
[0022] 圖7A示出表示光學傳感器系統的近場區域內的兩個遮蓋物體的模擬信號的實 例。
[0023] 圖7B示出響應于圖7A的模擬信號轉向到光導引層中的某些光線的實例。
[0024] 圖7C示出指示響應于圖7A的模擬信號沿著傳感器系統的一側的光強度的曲線圖 的實例。
[0025] 圖8A及8B示出感測滑動手勢的實施方案。
[0026] 圖9示出結合前光裝置使用的光學感測系統的實例。
[0027] 圖10示出說明使用近場光學感測系統的感測方法的流程圖的實例。
[0028] 圖IlA及IlB為說明包含多個頂OD顯示元件的顯示裝置的系統方塊圖。
[0029] 各個圖式中的相同參考標號及名稱指示相同元件。
【具體實施方式】
[0030] 以下描述涉及出于描述本發明的創新方面的目的的某些實施方案。然而，所屬領 域的技術人員將容易認識到，可以許多不同方式應用本文中的教示。所描述的實施方案可 在可經配置以顯示圖像的任何裝置、設備或系統中實施，而不論圖像是在運動中（例如，視 頻）還是靜止的（例如，靜態圖像），且不論圖像為文字的、圖形的還是圖片的。更確切地 說，預期所描述的實施方案可包含在多種電子裝置中或與其相關聯，例如但不限于：移動電 話、具多媒體因特網功能的蜂窩式電話、移動電視接收器、無線裝置、智能電話、BiuelooihS; 裝置、個人數據助理（PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或便攜式計算機、上網本、筆記本 計算機、智能筆記本計算機、平板計算機、打印機、復印機、掃描器、傳真裝置、全球定位系統 (GPS)接收器/導航儀、攝像機、數字媒體播放器（例如，MP3播放器）、便攜式攝像機、游戲 控制臺、腕表、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀裝置（例如，電子閱讀器）、 計算機監視器、汽車顯示器（包含里程表及速度計顯示器等）、駕駛艙控制和/或顯示器、 攝像機景觀顯示器（例如，車輛中的后視攝像機的顯示器）、電子照片、電子布告板或標牌、 投影儀、建筑結構、微波、冰箱、立體聲系統、盒式記錄器或播放器、DVD播放器、CD播放器、 VCR、收音機、便攜式存儲器芯片、洗衣機、烘干機、洗