CN101390041B

CN101390041B - 交互式显示面板的均匀照明

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Publication number: CN101390041B
Application number: CN2007800068002A
Authority: CN
Inventors: N·S·基姆; S·N·巴思彻
Original assignee: Microsoft Corp
Current assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP2009528570A; CA2636678C; CN101390041A; KR101247095B1; EP1989611A1; JP4482604B2; IL192625A0; KR20080098374A; CA2636678A1; US20070200970A1; US7515143B2; WO2007100647A1

Abstract

一种采用平板显示器(FPD)的交互式显示设备。该交互式显示设备包括外壳、平板显示器、光漫射层、可见光照明系统、以及用于检测与所述FPD相邻的对象的不可见光照明系统。还描述了用于当用户从多个观看角观看时用可见光来提供对所述FPD的均匀照明、并用于在FPD的表面边界处漫射可见照明使得外壳内部的相干图像至少部分地被遮挡以便不被用户看见的技术。穿过FPD的不可见光从与显示器相邻的对象反射、穿过FPD传回并在外壳内被检测到。

Description

交互式显示面板的均匀照明

背景

计算机系统的效用和乐趣可通过提供更好的用户界面来增强。自从个人计算机(PC)首次广泛可用以来，计算机系统的用户界面已经有了长足的进步。早先的PC限于诸如键盘和串行鼠标等用户输入设备，并且主要是基于文本的。然而，微处理器的速度和能力的巨大进步、可更广泛地获得的低成本存储器以及改进的编程功能都有助于复杂得多的用户界面设计的进步和用户友好图形操作系统和硬件的开发。

用户界面技术进步的一个特别的领域涉及近来交互式显示器的开发，有多个共同转让的专利申请都针对此类显示器。交互式显示器在诸如台面(table)顶部或其它外壳格局等扁平表面上将图形图像呈现给用户。另外，该表面对用户的输入作出响应。PC耦合到该交互式显示器以提供产生丰富的用户交互体验的处理能力，其提供了更为精细的命令和界面特征，并在向系统输入方面，尤其是涉及显示图像时，提供了更为自然的交互方法。

所开发的交互式显示系统通常采用光学系统来生成图像并检测用户输入。然而，此类光学系统通常需要图像投影系统，这是相对昂贵的，其需要相对大的外壳，并且必须维持与传感输入的光学组件严格对齐。解决用于图像显示的投影系统的内在问题而开发的一种替换方案是使用液晶显示(LCD)面板。LCD显示器通过改变入射光的偏振并过滤掉不在与LCD相同的方向上偏振的光来工作。该功能通常是使用固定偏振板夹入有源液晶元件的结构来实现的。液晶元件的激活控制能够穿过显示器的每一部分的光的量。另外，在LCD面板上叠加或在其中嵌入滤色片的镶嵌，使得各个元件仅透过特定范围的可见光，由此实现了全色显示。然而，交互式显示器还必须被配置成检测放置在其上显示图像的表面上或附近的对象。例如，照相机可以被放置在该表面后面以传感从在该表面上或紧靠该表面的对象反射的光。不幸的是，使用可见光照明来用于对象检测将干扰显示在LCD面板上的图像。

用于LCD面板的典型照明源是产生对诸如丙烯酸等构成面板的透明材料板的边缘的光输入的薄荧光管。来自该荧光管的光在该丙烯酸板光导内行进，由于内反射而从该表面弹回，直到它到达该表面上被特意弄粗糙的点，从而允许光离开光导。其它光导技术包括使用凸块散射或成角的楔。然而，许多LCD面板是相当半透明的，并且如果对LCD面板的照明在容纳该LCD面板的外壳内不是均匀的，则当以某些角度观看该显示器时会出现暗区。

因此，当前感兴趣的是找出对用于能提供对显示表面上的项目的检测，同时还在用户观看时不论观看角度如何都提供均匀的表面照明的交互式显示器的LCD面板的上述问题的的解决方案。该解决方案应当允许面板上的图形图像的显示，同时不会干扰对该面板的表面上或附近的对象的检测。因此，重要的是避免使用照明源来检测产生用户可见的光的对象，因为这会干扰所显示的图像。当然，重要的还有不论当前显示的图像如何，都能检测到显示表面上的项目。

概述

以下详细描述一种交互式显示器的若干实现。所描述的这些实现的一方面涉及一种用于配置采用平板显示器来向用户显示图像的交互式显示器的方法。所描述的方法包括为该平板显示器提供可见光照明的步骤。该照明被配置成当用户从多个观看角度观看时提供显示器表面的基本均匀的照明，以避免由于视差而引起的显示器的暗区。该方法还描述了在显示器的表面边界处提供照明漫射，使得低于显示器的观看平面的对象的相干图像至少部分地被遮挡而不被用户观看到的步骤。该方法然后描述了提供用户输入检测的步骤。用户输入检测可以基于检测从与显示器的表面边界相邻的对象反射的红外照明，并且其中，显示器被配置成对该红外照明基本是透明的。交互式显示器内位于显示面板低下的任何用户输入检测组件被至少部分地阻挡以不被漫射可见照明的步骤看见。

提供本概述以便以简化形式介绍将在以下描述中进一步描述的一些概念。然而，本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图

当结合附图参考以下详细描述时，可以更容易领会并更好地理解一个或多个示例性实施例及其修改的各个方面和附带的优点，附图中：

图1是示出包括整合PC、但未采用以下讨论的本发明的方法的交互式显示台面系统的内部组件的横截面图。

图2是其中基于LCD的交互式显示台面连接到外部PC的一个实施例的立体图，其中该交互式显示台面可包括本发明的IR检测系统的一个实施例。

图3是包括与LCD面板间隔开的照明系统的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面的示意性横截面图示。

图4是包括与LCD面板间隔开的照明系统的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面的另一示意性横截面图示。

图5是包括与LCD面板间隔开的照明系统的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面的又一示意性横截面图示。

图6是包括与LCD面板间隔开的照明系统的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面的再一示意性横截面图示。

图7是包括与LCD面板间隔开的照明系统的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面的另一示意性横截面图示。

图8是包括紧挨LCD面板的照明系统的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面的示意性横截面图示。

图9是包括直接照亮LCD面板的照明系统的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面的示意性横截面图示。

描述

交互式显示系统

在图1中，示出了一个示例性的交互式显示台面60，其包括在框架62内的个人计算机(PC)20并为PC同时担当光学输入和视频显示设备。交互式显示台面的这一实施例不包括诸如LCD面板等平板显示器。示出该实施例是为了与图2到9的包括LCD面板的示例性实施例进行比较。并且，该图应有助于明确交互式显示系统如何操作以便既在交互式显示表面上显示图像，又检测在该交互式显示表面上或与其相邻的对象。

在交互式显示台面60的这一刨切图中，用于显示文本和图形图像的光线82a-82c一般用点划线来示出，而用于感测在交互式显示平面60的用户界面表面64上或者正上方处的对象的红外(IR)光线用虚线来示出。该台面表面的围绕中央的实际显示区域的周界用于支承用户的手臂或其它对象，包括可用于与用户界面表面64上所显示的图形图像或虚拟环境交互的对象。

IR光源66较佳地包括多个IR发光二极管(LED)，并且被安装在框架62的内侧上。由IR光源66所产生的IR光向上射向用户界面表面64的下侧，如虚线78a、78b、78c所示的。来自IR光源66的IR光在穿过台面的半透明层65之后从在显示表面上或者与其相邻的任何对象反射，该半透明层包括一张牛皮纸或者具有光漫射性质的任何适当的半透明材料。如此处以及在以下结合定位在交互式显示表面上或邻近其的对象的描述中所使用的，使用术语“相邻”旨在表示该术语包括实际接触交互式显示表面的对象以及刚好在交互式显示表面上方的对象。尽管仅示出了一个IR源66，但可以理解的是，可以在框架62的内侧周围的隔开的位置上设置多个这样的IR源以提供对用户界面表面64的均匀照明。由IR源产生的IR光可以：

●通过台面表面离开而不照亮任何对象，如由虚线78a所示的；

●照亮台面表面上的对象，如由虚线78b所示的；或

●照亮台面表面上方较短距离处但不接触台面表面的对象，如虚线78c所示的。

在用户界面表面64上方的对象包括位于显示表面顶上的“接触”对象76a，以及接近但不实际接触显示表面的“悬空”对象76b。因此，如在此处所使用的，接触对象和悬空对象与显示表面“相邻”。作为使用半透明层64a以漫射当一对象接近用户界面表面64的顶部时穿过显示表面的IR光的结果，由该对象反射的IR光的量增加到在该对象与显示表面实际接触时实现的最大水平。

数码摄像机68被安装在用户界面表面64下方框架62上适当的位置上，以接收从设置在用户界面表面64上方的任何接触对象或悬空对象反射的IR光。数码摄像机68配备有IR通过滤光器(pass filter)86a，它仅透过IR光，并且阻断沿着点划线84a穿过用户界面表面64行进的环境可见光。在所示的实现中，在IR源66和数码摄像机68之间设置一隔板79以防止直接从IR源发射的IR光进入数码摄像机。较佳的是数码摄像机应当产生仅对来自在用户界面表面64上方一较短距离处或与用户界面表面64接触的对象反射的IR光作出响应的输出信号。以此方式，仅对应于从在显示表面上或上方的对象反射的IR光的图像的光将被检测到。很明显，数码摄像机68也将对从上方穿过用户界面表面64并进入该交互式显示器内部的环境光中所包含的任何IR光，包括同样沿着由点划线84a所指示的路径行进的环境IR光作出响应。

从在台面表面上或上方的对象所反射的IR光可以穿过半透明层64a、穿过IR通过滤光器86a反射回来并进入数码摄像机68的透镜，如由虚线80a和80b所示；或者被交互式显示器内的其它内表面反射或吸收，而不进入数码摄像机68的透镜，如由虚线80c所指示的。

半透明层65漫射了入射和反射的IR光。因此，如前文所解释的，诸如较接近用户界面表面64的悬空对象76b等“悬空”对象与离显示表面较远的相同反射率的对象相比将把更多的IR光反射回数码摄像机68。数码摄像机68感测从其成像域中的“接触”和“悬空”对象反射的IR光，并产生对应于所反射的IR光的图像的数字信号，该数字信号被输入到PC 20中以便处理以确定每一这种对象的位置，以及可任选地确定对象的大小、方向和形状。应当注意的是，对象的一部分，比如用户的前臂，可位于台面上方，而对象的另一部分，比如用户的手指，与显示表面接触。另外，对象可以在其底面上包括IR光反射图案或者经编码的标识符，比如条形码，它专用于该对象或者该对象是其成员的一类相关对象。因此，根据本发明，来自数码摄像机68的成像信号也可用于检测每一这样的特定对象，以及基于从其反射图案反射的IR光确定其方向。

所示的交互式显示台面可用于通过使用从对象反射的IR光检测其标识特征来识别对象和/或其相对于用户界面表面64的位置。被实现以因此检测和标识对象和其方向的各逻辑步骤在共同受让的专利申请中有解释，这些申请包括题为“Identification Of Object On Interactive Display Surface By Identifying CodedPattern”、申请号为10/814,577的申请，以及题为“Determining Connectedness AndOffset Of 3D Objects Relative To An Interactive Surface”、申请号为10/814,761的申请，这两个申请都是2004年3月31日提交的。

PC 20可以整合到交互式显示台面60，如图1所示，或者可以改为在交互式显示台面外部，如图2的实施例所示。在图2中，交互式显示台面60`通过数据线缆63连接到外部PC 20(如上所述，包括可任选监视器47)。图2的实施例可包括诸如液晶显示(LCD)面板或有机发光二极管(OLED)显示面板的平板显示器，其细节将在以下结合图3-9来讨论。外部PC 20可以经由无线链路(即，WiFi或其它适当的无线电信号链路)连接到交互式显示台面60′。还如该图中所示，一组正交的X和Y轴以及由“0”指示的原点与用户界面表面64相关联。尽管不是离散地示出的，但可以理解的是，沿着每条正交轴的多个坐标位置可以用于指定用户界面表面64上的任何位置。

如果交互式显示台面60′连接到外部PC 20(如图2中所示)，或者连接到某一其它类型的外部计算设备，比如机顶盒、视频游戏机、膝上型计算机、或者媒体计算机(未示出)，那么交互式显示台面60′包括输入/输出设备。交互式显示台面60′的电能通过电源线61提供，其耦合到常规的交流(AC)电源(未示出)。连接到交互式显示台面60′的数据线缆63可以耦合到PC 20上的USB 2.0端口、电气和电子工程师协会(IEEE)1394(或火线)端口、或者以太网端口。还可构想，随着无线连接的速度持续提高，交互式显示台面60′也可以通过这一高速无线连接，或通过某一其它适当的有线或无线数据通信链路来连接到诸如PC 20等计算设备。不管是作为交互式显示器的一个整合部分内部地包括还是在外部，PC 20都执行用于处理来自用于感测在显示表面上或与其相邻的对象的数码摄像机的数字图像，并执行被设计成更好地采用交互式显示平台的更为直观的用户界面功能的软件应用程序，以及执行并非被专门设计成充分利用交互式显示台面的这种功能但仍能很好地利用其输入和输出能力的的其它软件应用程序。作为另一种替换，该交互式显示器可以耦合到外部计算设备，但是包括用于进行图像处理和随后不是由外部PC完成的其它任务的内部计算设备。

交互式显示台面的一个重要且强大的特征是其为游戏或其它软件应用程序显示图形图像或虚拟环境，并允许用户界面表面64上可见的图形图像或虚拟环境之间的交互且标识诸如对象76等位于显示表面顶上的对象或诸如对象76b等刚好在其商贩的悬空对象的能力。

再次参考图1，交互式显示器台面60包括用于在用户界面表面64上显示图形图像、虚拟环境或者文本信息的视频投影仪70。在此实现中，视频投影仪较佳地是液晶显示器(LCD)或者数字光处理器(DLP)类型，或者是硅上液晶(LCoS)显示器类型，其分辨率例如至少为640×480像素。可以在视频投影仪70的投影仪透镜前安装IR截止滤光器(cut filter)86b，以防止由视频投影仪发射的IR光进入交互式显示台面的内部，在那里IR光可能和从用户界面表面64上或上方的对象所反射的IR光干扰。视频投影仪70沿着点划线路径82a将光投射到第一镜组件72a。第一镜组件72a将由点划线路径82a从视频投影仪70所接收的投影光沿着点化线路径82b反射穿过框架62中的透明开口90a，从而使得反射的投影光入射到第二镜组件72b上。第二镜组件72b将来自点划线路径82b的光沿着点划线路径82c反射到位于投影仪透镜的焦点处的半透明层64a上，从而使得投影的图像可见且聚焦于用户界面表面64上以供观看。

提供了对齐设备74a和74b，其包括螺杆和可转动调节螺母74c，用于调节第一和第二镜组件的角度以确保投影到显示表面的图像和显示表面对齐。除了在期望方向上引导投影图像以外，使用这两个镜组件可以提供在投影仪70和半透明层64b之间的更长的路径，以便对投影仪使用更长焦距(成本更低)的投影仪透镜。

以上讨论描述了交互式显示台面60(或者替换地，交互式显示台面60′)形式的交互式显示设备。尽管如此，应当理解，交互式显示表面不一定要采用一般为水平的台面顶部的形式，并且其形式也不一定是在底面上的台面，而可以是位于桌子或其它表面上并且可包括能面向除了垂直之外的其它方向的显示表面的设备。用于此处所描述的方法的原理适当地也包括和应用于不同形状和曲率的显示表面，以及沿着非水平方向安装的显示表面。此外，尽管以下描述涉及在交互式显示表面“上”放置物理对象，但是也可以通过将物理对象放置为与显示表面接触，或者以其它方式与显示表面相邻，来将物理对象放置成与交互式显示表面相邻。应当理解，以上结合图1和2所描述的示例性显示系统不限于任何特定类型的显示或感测技术，并且仅仅是作为各种交互式显示系统的示例性实现来提供的，以便展示用于其它交互式显示实现的操作环境和常见组件。

图3是包括与FPD间隔开的照明系统310的一个示例性实施例的基于平板显示器(FPD)的交互式显示台面360的示意性横截面图示。应当注意，尽管以下涉及图3-9的描述各自采用了LCD面板，但是在任何所描述的实现中也可采用具有期望特性的任何合适的平板显示器。可使用的平板显示器的非限制示例包括：LCD面板、等离子显示器以及有机发光二极管(OLED)显示器。然而，LCD显示器具有使得这些显示器能容易地通过红外光的某些性质。特别地，许多LCD面板中的偏振镜在不可见的红外范围中不偏振。实际上，红外照明穿过LCD面板的固定偏振层和有源液晶元件两者，而不管其激活状态。要注意的另一点是在彩色LCD显示器中使用的许多滤色片对红外照明也是半透明的。

如图3所示，显示台面360包括经由漫射层365耦合到LCD面板366的用户界面表面364。尽管在图3中示出漫射层365沿着用户界面表面364的长度延伸，但是在其它实现(未示出)中，漫射层365可耦合到LCD面板366，后者然后可耦合到用户界面表面364。漫射层365一般防止LCD面板的观看平面以下的对象对用户清晰可见，即，由漫射层提供的可见照明的轻微漫射防止通过LCD面板清楚地看见交互式显示台面360的内部，各种用户输入检测组件和LCD照明组件都驻留在该内部并且如果不是漫射层则有可能被用户看见。

交互式台面机壳362支承用户界面表面364。照明系统310被示为由支承件391a和391b支承。支承件390被示为支承被配置成检测从在用户界面表面364上或与其相邻的对象，诸如“接触”对象376a和“悬空”对象376b反射的不可见光(例如，IR光线378a和378b)的照相机367。不可见光照明315a和315a被示为耦合到机壳362。应当理解，在交互式显示台面360内可以采用诸如315a和315b等任何数量的照明以便用不可见光完全照亮用户界面表面364。此外，应当注意，不可见照明可被置于外壳内照明系统310和LCD面板366之间的任何适当位置上。

如图3所示，照明系统310包括几个组件。漫射层363耦合到光导组件368，该组件包括用于生成LCD面板366的均质或均匀照明(例如，由光线380提供)的可见光照明369。背板370也被示为耦合到光导组件368。背板370可由适用于基本反射可见光的任何材料形成。在某些实现中，背板370可以是不透明的白色丙烯酸板。在其它实现中，漫射层363可以是一个或多个光漫射层和校准透镜，例如Fresnel透镜(或其组合)。光漫射层363一般被配置成调节从光导组件368发出的可见光以最有效地照亮LCD面板366。

可见光组件368可包括由诸如丙烯酸板等合适的材料形成的光导层。在其它实现中，可见光照明369可以是被配置成对包括在LCD面板中的丙烯酸板进行边缘照明的冷阴极荧光管。在又一实现中，照明369可以是光学地耦合到丙烯酸光导的边缘的白光LED。用于对LCD面板进行背光照明的光导的实现和工作对本领域的技术人员而言是已知的，因此无需更详细讨论。

在交互式台面360的这一示例性配置中，照明系统310和LCD面板366是间隔开的。照明系统310和LCD面板366之间的间距的范围可以从几厘米到几英寸，取决于特定实现以及用于这些组件的材料。尽管未在图3中示出，但交互式台面360可包括诸如PC、电源和音频子系统等附加组件。存在使用图3所示的配置的交互式台面的几个具体示例性实施例，这些实施例在以下结合图3-7描述。在适当时，对图3所示的示例性实施例公共的组件共享以下附图中的相同参考标号。

现在转向图4，描绘了包括图3所示的照明系统310的交互式显示台面460的示意性横截面图示。交互式显示台面460再次包括显示机壳362、耦合到漫射层365的用户界面364以及LCD显示器366。不可见光照明315b(例如，IR光源)耦合到显示机壳362。应当理解，尽管在图4中仅描绘了一个不可见光照明，但是可采用任何适当数量的不可见光照明来适当地照亮用户界面表面364。图4还包括PC 420、电源430以及音频组件450。

PC 420可以是诸如结合图1和2描述的PC 20等适于启用交互式台面460的工作的任何计算设备。电源430可以是用于以适当的电压/电流水平向交互式台面460的组件提供电能的任何适当的电源。音频组件450可以是音频输入和输出设备的任意组合，这些设备包括但不限于，功率放大器、扬声器、话筒、声音处理硬件等，并且还可耦合到包括在PC 420中的声卡(未单独示出)。

可以注意到图4所示的示例性实施例的配置为照明系统310提供了基本要大于LCD面板366的表面积的表面积。作为照明系统的这一更大面积的结果，用户499将从相对于LCD面板的各种各样观看角度察觉到对LCD面板366的均匀照明，因为由照明系统310提供的照明足够地延伸到LCD面板366的外边界之外以防止用户499由于视差而察觉到LCD面板上的暗区。

图5是包括如图3一样与LCD面板间隔开的照明系统310的又一基于LCD面板的交互式显示台面560的示意性横截面图示。交互式显示台面560包括显示机壳362、耦合到漫射层365的用户界面365以及LCD显示器366。同样示出了不可见光照明315a。然而，照明315a现在被示为耦合到照明系统310。在一个示例中，照明315a可以是以规则的间隔设置在照明系统310的表面上的多个红外发光LED之一。图5同样包括PC 420、电源430以及音频组件450。

图5所示的实施例还向照明系统310提供了侧面板511a和511b，这些侧面板分别用将光引入到侧面板的边缘的可见光照明569a和569b来照亮。如图5所示，侧面板从照明系统310的上表面的每一边缘垂直地延伸到用户界面表面364的下表面，从而形成一封闭的照明盒，其中LCD面板366形成该封闭的照明盒的顶。在一个实现(未示出)中，侧面板511a和511b可以耦合到交互式显示机壳362，使得交互式显示器560的内侧壁被照亮。作为增加这些侧面板的结果，用户599将从相对于LCD面板的各种各样的观看角度察觉到对LCD面板366的均匀照明，因为由照明系统310提供的照明和面板511a和511b的增加防止用户599因视差而察觉到LCD面板366上的暗区。在一个实现中，侧面板511a和511b可以是诸如丙烯酸板等光导。在另一实现中，侧面板511a和511b可包括诸如一个或多个漫射片、一个或多个透镜、光导和反射可见光的背板等组件层。在一个示例中，侧面板511a和511b在结构上与照明系统310相同，从而共享漫射层、透镜、光导和反射背板的相同配置。在此示例中，可见光照明569a和569b可被配置成同时照亮照明系统310的侧面板511a和511b以及光导。应当注意，交互式台面560的实现以横截面示出，并且因此可包括未示出的附件组件，包括被照亮的附加侧面板，使得照明系统310的每一侧将具有被照亮以进一步提高为LCD面板366提供的照明的均匀度的侧面板。

由图6中的交互式台面660所示的简化配置用仅仅反射可见光的侧面板611a和611b替代了图5的侧面板511a和511b，从而与图5所示的示例性实现相比节省了材料成本。如同先前描述的每一实施例一样，用户699将从相对于LCD面板的各种各样的观看角度察觉到对LCD面板366的均匀照明，因为由照明系统310提供的且被侧面板611a和511b反射的照明防止用户699因视差而察觉到LCD面板366上的暗区。

由图7中的交互式台面760所示的再一简化的配置采用了照明系统770，该照明系统被形成为在中心点处与LCD面板366间隔开的曲线面板，但是具有被弯曲以与围绕LCD面板366的周界的用户界面表面364相遇。该实现在功能上类似于图4所示的实施例，因为弯曲照明系统770以与用户界面表面364相遇的实际效应与使照明系统310的面积延展到基本在LCD面板366的面积之外相同。作为这一弯曲配置的结果，用户799将从相对于LCD面板的各种各样的观看角度察觉到对LCD面板366的均匀照明，因为由弯曲照明系统310提供的照明防止用户799因视差而察觉到LCD面板366上的暗区。

图8是包括紧挨LCD面板设置的照明系统810的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面860的示意性横截面图示。图8所示的实现共享包括在图3所示的实施例中的许多组件和特征，并且因此在功能上类似的组件在每一幅图中具有相同的参考标号。如图8所示，显示台面860包括用户界面表面364、LCD面板366和漫射层365。尽管漫射层365再一次被示为沿着用户界面表面364的长度延伸，但是在其它实现(未示出)中，漫射层365可耦合到LCD面板366，后者然后可耦合到用户界面表面364。

交互式台面机壳362支承用户界面表面364。照明系统810被示为紧挨着LCD显示器366和用户界面表面364。支承件390被示为支承适当位置上的用于检测从在用户界面表面364上或与其相邻的对象，诸如“接触”对象376a和“悬空”对象376b反射的不可见光(例如，IR光线)的照相机367。值得注意的是，与图3所示的实施例不同，光线378a和378b在图8中被示为穿过照明系统810。不可见光照明315a和315a现在被示为耦合到支承件390。同样应当理解，在交互式显示台面360内可以采用诸如照明315a和315b等任何数量的照明以便用不可见光完全照亮用户界面表面364。此外，应当注意，不可见照明可以被放置在交互式显示机壳362内的任何适当的位置，使得用户界面表面364用不可见光来有效地照亮。

如图8所示，照明系统810包括几个组件。漫射层363耦合到光导组件368，该组件包括用于生成LCD面板366的均质均匀照明(例如，由光线380示出)的可见光照明369。反射背板870也被示为耦合到光导组件368。背板870可以由适用于基本上反射可见光同时还允许不可见照明通过的任何材料形成。在一个实现中，背板870被实现为“冷镜”。如上所述，漫射层363可以是一个或多个光漫射层和校准透镜，包括Fresnel透镜(或其组合)。可见光组件368同样可包括由诸如丙烯酸板等任何合适的材料形成的光导层。在其它实现中，可见光照明369可以是被配置成对丙烯酸板进行边缘照明的冷阴极荧光管。应当注意，与图3-7的实施例形成对比，在交互式台面860的配置中，照明系统810和LCE面板366彼此紧挨。实际上，在某些实现中，照明系统810和LCD面板366可以直接接触，而在其它实现中，照明系统810和LCD面板366可以被隔开达几毫米。作为将照明系统设置成紧挨LCD面板的结果，用户将同样从各种各样观看角度察觉到对LCD面板366的均匀照明，因为由照明系统310提供的照明由于照明源的紧密邻近性而穿过LCD面板366是连续的。

图9是包括直接照亮LCD面板的照明系统的一个示例性实施例的基于LCD面板的交互式显示台面960的示意性横截面照明。图9所示的实现同样与图3所示的实施例共享许多组件和特征，并且因此，在两幅图中对相同的组件使用相同的参考标号。如图9所示，交互式显示台面960包括用户界面表面364、LCD面板366和漫射层365。尽管漫射层365再一次被示为沿着用户界面表面364的长度延伸，但是在其它实现(未示出)中，漫射层365可耦合到LCD面板366，后者然后可耦合到用户界面表面364。

交互式台面机壳362支承用户界面表面364。支承件390被示为支承用于检测从在用户界面表面364上或与其相邻的对象，诸如“接触”对象376a和“悬空”对象376b反射的不可见光(例如，IR光)(例如由光线378a和378b所示)的照相机367。不可见光照明315a和315a被示为耦合到支承件390。同样应当理解，在交互式显示台面360内可以采用任何数量的这种类型的不可见光照明以便用不可见光完全均匀地照亮用户界面表面364。此外，应当注意，不可见照明可以被放置在交互式显示机壳362内的任何适当的位置，使得用户界面表面364用不可见光来有效地照亮。

与图3-8所示的实施例不同，交互式显示器960包括可见光照明971a和971b形式的直接照明系统。在图9所示的简化的示例性实施例中，可见光照明971a和971b以使得实现对LCD面板的基本均匀的照明的方式用可见光充满LCD面板366的下侧。然而，应当理解，可见光照明971a和971b仅是示例性的，并且在其它实现中，可以采用任意合适数量的可见光照明来直接照亮LCD面板366。作为这一LCD面板366的直接照亮的结果，用户将从各种各样的观看角度察觉到对LCD面板366的均匀照明，因为由直接光照提供的照明防止用户因视差而察觉到LCD面板366上的暗区。这一直接照明由漫射层365漫射，漫射层使直接照明的强度均匀，并且防止清楚地看见在LCD面板的观看平面之下的对象。

尽管结合实施本发明的优选形式及其修改来描述了本发明，但本领域技术人员应该理解的是，可以在所附权利要求书的范围内对本发明作出众多其它修改。因此，并不旨在以任何方式将本发明的范围限于以上的说明，而是应该完全参照所附权利要求书来确定。

Claims

1.一种用于为交互式显示器的LCD面板提供基本均匀的照明并用于检测与所述交互式显示器的用户界面表面接触或紧密相邻的对象的方法，包括以下步骤：

(a)用由照明系统发出和漫射的可见光照亮所述交互式显示器的LCD面板，使得当用户从多个不同的观察角观察所述LCD面板时，所述LCD面板的照明基本均匀，使得所述用户察觉到所述LCD面板的均匀照明而不会察觉到由于视差而引起的LCD面板上的暗区，其中所述照明系统包括：

包括可见光照明和耦合到所述可见光照明的光导层的光导组件，所述光导层配置成传导从所述可见光照明发出的光，

包括一个或多个光漫射层或校准透镜的漫射层，配置成调节从所述光导组件发出的可见光以有效地照亮所述LCD面板，

背板层，

其中，所述光导层介于所述漫射层和所述背板层之间，所述光导组件被放置成与所述背板层和所述漫射层直接物理接触，

其中，用于照亮所述LCD面板的可见光是通过以下过程产生的：

所述可见光照明用所生成的可见光照亮所述光导层，

所述背板层使可见光反射离开背板层并向着所述漫射层而回射到所述光导层中，以及

所述漫射层的一个或多个光漫射层或校准透镜调节所述生成的可见光，使得当所述生成的可见光离开所述照明系统并照亮所述LCD面板时，所述LCD面板被基本均匀地照亮；

(b)用一漫射材料层漫射所述可见光，使得在所述交互式显示器的观看平面之下的对象至少部分地被遮挡以不被用户观看到；以及

(c)用在检测被设置成与所述交互式显示器的所述用户界面表面接触或相邻的对象时使用的不可见光来均匀地照亮所述交互式显示器的所述观看平面，其中，所述观看平面对所述不可见光基本透明，从而使得穿过所述交互式显示器的所述观看平面且从被设置成与所述交互式显示器的所述用户界面表面接触或相邻的对象反射回到所述交互式显示器中的经反射的不可见光被检测到。

2.一种交互式显示系统，所述交互式显示系统提供对与所述交互式显示系统的用户界面表面接触或紧密相邻的对象的检测，同时提供用可见光对所述交互式显示系统的LCD面板的基本均匀的照明，使得当用户从多个不同的观察角观察所述LCD面板时，所述LCD面板的照明基本均匀，使得所述用户察觉到所述LCD面板的均匀照明而不会察觉到由于视差而引起的LCD面板上的暗区，所述交互式显示系统包括：

交互式显示器外壳；

所述用户界面表面，所述用户界面表面是所述交互式显示系统的观看平面的一部分；

第一漫射层，所述第一漫射层是所述交互式显示系统的所述观看平面的一部分，并防止所述观看平面以下的所述交互式显示系统的组件对所述用户清晰可见；

所述LCD面板，所述LCD面板是所述交互式显示系统的所述观看平面的一部分；

被配置成用可见光基本均匀地照亮所述LCD面板的照明系统，所述照明系统包括：

包括一个或多个光漫射层或校准透镜的第二漫射层，配置成调节从所述光导组件发出的可见光以有效地照亮所述LCD面板，以及

背板层，

其中，所述光导层介于所述第二漫射层和所述背板层之间，所述光导组件被放置成与所述背板层和所述第二漫射层直接物理接触；

不可见光照明系统，用于用从所述不可见光照明系统穿过所述交互式显示系统的观看平面的不可见光照亮与所述交互式显示系统的所述用户界面表面接触或紧密相邻的所述对象；以及

用于检测从与所述交互式显示系统的所述用户界面表面接触或紧密相邻的所述对象反射回穿过所述交互式显示系统的所述观看平面的不可见光的传感器。

3.如权利要求2所述的交互式显示系统，其特征在于，所述第二漫射层是被配置成调节从所述光导发出的可见光以提供对所述LCD面板的均匀照明的Fresnel透镜。

4.如权利要求2所述的交互式显示系统，其特征在于，所述光导层包括：

丙烯酸板，所述可见光照明包括沿着所述丙烯酸板的边缘定位的荧光管或LED，使得从所述可见光照明发出的光被促使由所述丙烯酸板引导。

5.如权利要求2所述的交互式显示系统，其特征在于，所述照明系统被设置成紧挨所述LCD面板。

6.如权利要求2所述的交互式显示系统，其特征在于，所述照明系统与所述LCD面板间隔开。

7.如权利要求6所述的交互式显示系统，其特征在于，所述照明系统的表面积大于所述LCD面板的表面积，使得当所述用户从所述多个不同的观察角观察时所述LCD面板的照明基本均匀。

8.如权利要求6所述的交互式显示系统，其特征在于，所述照明系统还包括反射可见光并被设置成与所述照明系统的上表面的每一边缘垂直且从所述上表面延伸到所述用户界面表面的侧面板，由此与所述LCD面板和所述用户界面表面形成封闭照明系统，使得当所述用户从所述多个不同的观察角观察时所述LCD面板的照明基本均匀。

9.如权利要求6所述的交互式显示系统，其特征在于，所述照明系统被形成为在中心点处与所述LCD面板间隔开的曲线面板，使得形成从所述中心点延伸到所述用户界面表面的连续表面，由此与所述LCD面板和用户界面表面形成闭合照明系统，使得当所述用户从所述多个不同的观察角观察时所述LCD面板的照明基本均匀。

10.如权利要求8所述的交互式显示系统，其特征在于，所述侧面板各自包括照亮的光导、至少一个光漫射器以及反射背板。

11.如权利要求2所述的交互式显示系统，其特征在于，所述不可见光照明系统包括设置在所述交互式显示器外壳内的用于用红外照明来照亮交互式显示表面的多个红外发光体，并且其中，所述用于检测不可见光的传感器包括对红外照明敏感的数码相机。

12.如权利要求5所述的交互式显示系统，其特征在于，所述可见光照明被配置成用可见光照亮所述光导层的至少一个边缘，所述校准透镜是Fresnel透镜，所述背板层是反射可见光同时防止不可见光穿过的冷镜。