專利名稱：：使用平面輻射導(dǎo)件的交互式顯示器的制作方法使用平面輻射導(dǎo)件的交互式顯示器些旦冃爾許多計算系統(tǒng)的功能依賴于使用顯示器的有效信息顯示。最近，顯示器也已用作直接輸入設(shè)備。例如，顯示器可配備用于檢測正被接觸的顯示器的一部分的觸覺電阻和/或電容陣列。顯示器還可配備定位在顯示器后的某一距離處的照相機系統(tǒng)。照相機聚焦于接近顯示器的對象以便通過使得計算機在視覺上檢測與顯示器交互的對象來允許對計算系統(tǒng)的視覺輸入。這一"視覺捕捉"技術(shù)依賴于在顯示面板與置于顯示器后面的照相機系統(tǒng)之間存在某一距離。這些視覺捕捉系統(tǒng)因此相當(dāng)大，但對于諸如投影系統(tǒng)等其中顯示器的厚度并非關(guān)鍵的應(yīng)用而言是完全可以接受的。最近，允許高質(zhì)量顯示器變得相當(dāng)薄的技術(shù)已變得可用。例如，液晶顯示(LCD)顯示器當(dāng)前正被廣泛使用。然而，各種其他薄屏技術(shù)也已被開發(fā)。一種最近的方法是將平面光導(dǎo)件用作顯示器。平面光導(dǎo)件可以是例如，玻璃板或諸如丙烯酸等其他半透明材料。投影儀位于平面光導(dǎo)件的一端并將圖像投影到玻璃板的一端中。玻璃板具有其厚度允許圖像傳播和擴展的區(qū)域。厚度可以是統(tǒng)一的、線性變化的或非線性變化的，只要準(zhǔn)許圖像傳播。圖像由于全內(nèi)反射而傳播，只要反射角小于由光導(dǎo)材料的折射率和環(huán)境周圍材料的折射率定義的臨界角。擴展的圖像然后被接收到可與楔形相比的不統(tǒng)一厚度的區(qū)域，其中材料的厚度逐漸減小。隨著圖像行進到楔中，反射角變得越來越銳利，從而逼近臨界角直到當(dāng)反射角首先超出臨界角時不再能維持全內(nèi)反射。在該階段，光線退出材料。光線退出顯示器的位置將取決于光線被投影到平面光導(dǎo)件中的角度。平面光導(dǎo)件用作顯示設(shè)備。在一種情況下，平面光導(dǎo)件作為執(zhí)行X射線成像的結(jié)構(gòu)來提供。穿過對象的X射線在平面光導(dǎo)件的非統(tǒng)一厚度部分處接收。膜被定位在楔部分上，在該部分上該膜被暴露給X射線光。另一方面，可見光按照全內(nèi)反射原理在相對統(tǒng)一厚度的部分中沿著平面光導(dǎo)件的內(nèi)部來引導(dǎo)?？梢姽馊缓蟊欢ㄎ辉谄矫婀鈱?dǎo)件的邊緣的照相機捕捉到。然而，該平面光導(dǎo)件并未在集成顯示和成像功能兩者的交互式顯示器中使用。簡要概述盡管并非必需，但本發(fā)明的實施例涉及使用平面輻射導(dǎo)件(例如，平面光導(dǎo)件)來執(zhí)行顯示和/或成像的交互式顯示器。輻射的示例包括紅外線、可見光和紫外光，但本發(fā)明的各原理足夠?qū)挿阂耘c電磁輻射的任何頻率范圍內(nèi)的輻射一起操作。平面輻射導(dǎo)件具有輻射傳播部分和輻射接口部分。輻射傳播部分按照全內(nèi)反射原理來傳播輻射。平面輻射導(dǎo)件還具有其中輻射更易于退出或進入平面輻射導(dǎo)件的輻射接口部分。交互式顯示器包括用于從輻射接口部分的區(qū)域輸出輻射的顯示機構(gòu)。然而，這并不意味著該顯示機構(gòu)必須使用平面輻射導(dǎo)件來顯示。然而，如果該顯示機構(gòu)使用平面輻射導(dǎo)件來顯示，則該顯示機構(gòu)使用平面輻射導(dǎo)件的輻射傳播部分來傳播要顯示的輻射，并使用該輻射導(dǎo)件的輻射接口部分來在輻射接口部分的受控區(qū)處發(fā)射這一輻射。如果輻射是例如可見光，則輻射接口部分由此可用作用戶顯示器。交互式顯示器包括用于在輻射接口部分的區(qū)域處接收輻射的照相機機構(gòu)。這并不意味著該照相機機構(gòu)必須使用平面輻射導(dǎo)件來成像。然而，如果該照相機機構(gòu)使用平面光導(dǎo)件來成像，則該照相機機構(gòu)使用平面輻射導(dǎo)件的輻射接口機構(gòu)來接收輻射并使用輻射傳播部分來將這一接收到的輻射的至少一部分傳播到照相機。提供本概述以便以簡化的形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進一步描述的一些概念。該概述不旨在標(biāo)識所要求保護的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。說使用附圖以更具體地描述本發(fā)明的各實施例。可以理解，這些附圖僅描述本發(fā)明的各典型實施例，從而不被認(rèn)為是對其范圍的限制，將通過使用附圖用附加特征和細(xì)節(jié)來描述和解釋這些實施例，附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的包括交互式顯示器和處理系統(tǒng)的系統(tǒng)；圖2A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖2B示出了圖2A的平面輻射導(dǎo)件的俯視圖2C示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的折疊平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖3示出了使用平面輻射導(dǎo)件來同時顯示和成像，但其中背光是獨立于該平面輻射導(dǎo)件來提供的平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖4示出了使用平面輻射導(dǎo)件來顯示，但使用照相機層來成像的平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖5示出了一對平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖，其中上面的平面輻射導(dǎo)件用于顯示和呈現(xiàn)兩者，而下面的平面輻射導(dǎo)件用作背光；圖6示出了其中顯示、成像和背光功能都使用平面輻射導(dǎo)件來實現(xiàn)的平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖7示出了其中LCD層被置于輻射接口部分的上方以便顯示的平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖，但其中該平面輻射導(dǎo)件用于成像；圖8示出了其中LCD層被置于輻射接口部分的上方以便顯示的平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖，但其中該平面輻射導(dǎo)件用于使用置于輻射接口部分的下方的背光和置于該平面輻射導(dǎo)件的邊緣處的照相機來成像；圖9示出了其中LCD層被置于輻射接口部分的下方以便顯示的平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖，但其中該平面輻射導(dǎo)件用于成像；圖10示出了使用輻射接口部分上方的漫射膜并且其中LCD層置于輻射接口部分上方以便顯示的平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖，但其中該平面輻射導(dǎo)件用于成像；以及圖11示出了使用集成的圖像顯示和捕捉掃描的平面輻射導(dǎo)件的側(cè)視圖。10詳細(xì)描述本發(fā)明的各實施例涉及執(zhí)行顯示和成像操作兩者的交互式顯示器。顯示和成像操作中的至少一個使用平面輻射導(dǎo)件(即，在輻射是光的情況下的"平面光導(dǎo)件")。平面輻射導(dǎo)件可以是相當(dāng)薄的，并且可用于控制輻射在哪里由平面輻射導(dǎo)件發(fā)射(和/或檢測，在用于成像的情況下)。因此，啟用其中可將與顯示器接觸(或在顯示器前方)的對象成像以便向系統(tǒng)提供輸入的薄交互式顯示器。因此，顯示和成像界面可位于同處。圖1示意性地示出了包括如由連接120表示的互連的顯示器101和處理組件102的通用系統(tǒng)100。處理組件102可使用硬件、軟件或硬件和軟件的組合來處理信息。當(dāng)信息將以圖像的形式顯示在顯示器101上時，處理組件102將該信息輸出(如輸出箭頭121所表示的)到顯示器101。顯示器101以諸如，例如光等發(fā)射的電磁輻射的形式適當(dāng)?shù)爻尸F(xiàn)該信息(如箭頭111所表示的)。所顯示的圖像由在給定時刻整個顯示區(qū)域發(fā)射的各種輻射的空間上相關(guān)的強度和頻率來定義。當(dāng)然圖像可隨著時間而變化。通常，顯示器可以按可見光的形式來輸出這一輻射，尤其在人類將要直接觀察該顯示器的情況下。然而，本發(fā)明的各原理并不限于輸出可見光的顯示器。因此，作為對顯示可見光的替換或補充，顯示器101可發(fā)射其他電磁輻射頻率的圖像。在本說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語"顯示"被定義為任何電磁輻射的發(fā)射，而不管這一輻射是否處于可見光譜中。在本說明書和權(quán)利要求書中，對此處被定義為包括任何頻率的任何電磁輻射的"輻射"進行了引用。術(shù)語"光"將在此處與術(shù)語"輻射"互換地使用，并且除非被其頻譜的描述符修改，否則就意味著任何類型的輻射，而不管這一輻射對于人類是否是可見的。因此，"光"意味著任何電磁輻射、"紅外光"意味著紅外光譜中的任何電磁輻射、"可見光"意味著可見光譜中的任何電磁輻射、"紫外光"意味著紫外光譜中的任何電磁輻射、"X射線光"意味著X射線光譜中的任何電磁輻射，并且對于所有其他頻率分類以此類推。術(shù)語"可見或近可見光"被定義為紅外、可見或紫外光。顯示器101是交互式的并由此具有用戶界面110，其不僅包括輸出111所顯示的圖像的能力，而且具有經(jīng)由顯示器101來接收輸入112的能力。例如，對象可被置于顯示器101的前方或與其接觸以允許顯示器接收關(guān)于該對象的圖像信息。該圖像信息然后作為輸入122來提供給處理組件102。處理組件102然后可使用該信息來執(zhí)行其他功能或者甚至可能影響稍后顯示什么。由此，交互式體驗可通過將其中顯示和成像界面位于同處的顯示器101用作輸出和輸入設(shè)備來實現(xiàn)。交互式顯示器可以在對于其它將會是優(yōu)點的任何系統(tǒng)中使用，而不管該系統(tǒng)的形狀因數(shù)，并且不管該形狀因數(shù)是現(xiàn)在存在還是將在將來構(gòu)想的。本發(fā)明的原理只是不限于任何特定的形狀因數(shù)。因此，圖1僅示意性地表示顯示系統(tǒng)的各組件和各種信息流，而不在尺寸上表示任何特定的物理系統(tǒng)。為了說明該原理，交互式顯示器可被結(jié)合到標(biāo)準(zhǔn)臺式計算機、膝上型計算機、手持式設(shè)備、音樂播放器、條形碼掃描儀、家庭安全系統(tǒng)、快餐店食物點單系統(tǒng)、手表等中。顯示器可以是相當(dāng)小的，但存在其中顯示器相當(dāng)大將會有用的許多應(yīng)用。例如，可創(chuàng)建虛擬空中曲棍球臺(virtualairhockeytable)，其中顯示器表示具有各自為數(shù)英尺的長度和寬度的整個游戲區(qū)域。所顯示的圖像可包括兩個球門、各種場地標(biāo)記(fieldmarker)和曲棍球圓盤(hockeypuck)。用戶可使用物理球拍(paddle)(或可能只是手)來接觸顯示器以提供關(guān)于虛擬球拍在哪里的信息。底層處理可在給定虛擬球拍移動和先前的游戲運動的情況下模擬出該圓盤的適當(dāng)移動。有了適當(dāng)?shù)挠脩糨斎?，虛擬曲棍球臺可被變換為允許用戶使用大型顯示器來構(gòu)造虛擬建筑物和景觀的建筑師和景觀布局。在任何情況下，系統(tǒng)和顯示器的形狀對本發(fā)明的較寬泛的原理并不重要。這尤為真實，因為本發(fā)明的各原理可允許顯示器變得相當(dāng)薄(盡管并非必須)。因此，即使非常小和/或薄的系統(tǒng)也可結(jié)合本發(fā)明的原理。這個概念因此相當(dāng)通用并且獨立于總體系統(tǒng)的形狀因數(shù)和/或顯示器的所顯示的尺寸或形狀。如先前所解釋的，顯示器101是交互式的，這表現(xiàn)在其包括顯示機構(gòu)和捕捉與顯示器101接觸或在其前方的對象的圖像的圖像捕捉機構(gòu)兩者。然而，盡管從圖1中并非是顯而易見的，但圖1的顯示器101包括平面輻射導(dǎo)件。如將在將在以下詳細(xì)解釋的各示例實施例中變得顯而易見的，顯示機構(gòu)和成像機構(gòu)中的至少一個(并且在某些情況下是兩者)使用平面輻射導(dǎo)件。作為顯示機構(gòu)的平面輻射導(dǎo)件的操作原理將首先參考圖2A和2B來解釋。圖2A示出了其中示出了參考笛卡爾坐標(biāo)系201的平面輻射導(dǎo)件200的側(cè)視圖，該坐標(biāo)系將x軸示為向右延伸、將y軸示為從頁面的平面垂直向下地向下延伸并將z軸示為向上延伸。圖2B示出了使用相同的坐標(biāo)系201的平面輻射導(dǎo)件200的俯視圖。然而，在圖2B的情況下，雖然x軸向右延伸，但圖2B的俯視圖導(dǎo)致y軸向上延伸，而z軸從頁面的平面垂直向上地向上延伸。圖2A和2B中所示出的平面光導(dǎo)件的顯示圖像的用途在本領(lǐng)域內(nèi)是已知的。然而,對這一顯示器的物理原理的討論將會有助于理解參考圖3到10討論的本發(fā)明的各實施例。在本說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語"向上"、"上方"或"之上"在涉及平面輻射導(dǎo)件時指的是相對于坐標(biāo)系201(見圖2A和2B)和302(見圖3-10)的正z方向。換言之，第一對象在該第一對象更靠近所顯示的圖像的觀察者的情況下在第二對象的"上方"。相反，術(shù)語"向下"、"下方"或"之下"在涉及平面輻射導(dǎo)件時指的是相對于坐標(biāo)系201和302的負(fù)z方向。參考圖2A和2B，平面輻射導(dǎo)件200具有輻射傳播部分211和輻射接口部分212。投影儀230位于輻射傳播部分211的左端并將一圖像發(fā)射到平面輻射導(dǎo)件200的輻射傳播部分211的左側(cè)邊緣。盡管整個圖像被投影到平面輻射導(dǎo)件中，但出于清楚地描述使用平面輻射導(dǎo)件的顯示器的通用原理的目的，只示出了兩條輻射線231和232。例如，參考圖2B，圖像可由投影儀230在徑向角241和242之間的任何地方發(fā)射。因此，平面輻射導(dǎo)件200的在比徑向角241和242更廣的角度處的材料(示為交叉陰影線)可能不用于傳播輻射。輻射傳播部分211的尺寸被限定為使得圖像按照內(nèi)反射原理傳播通過輻射傳播部分211的整個長度。按照慣例，輻射傳播部分211的統(tǒng)一厚度的。由此，只要特定輻射線的反射角不大于臨界角，該射線就反射回到輻射傳播部分211中。如此處所使用的術(shù)語，傳播輻射的"反射角"或"反射的角度"是輻射的運動方向與該輻射接著將遇到的平面輻射導(dǎo)件的表面之間的角度。臨界角取決于平面輻射導(dǎo)件211的材料的折射率并且取決于周圍材料的折射率。13因此，如從圖2A中可以看出，盡管射線231和232具有不同的反射角，但這兩個反射角最初都在臨界角以下，并由此射線231和232通過內(nèi)反射來傳播通過輻射傳播部分211。實際上，將要顯示的整個圖像在整個輻射傳播部分211中都被保持在臨界角以下，以便將圖像信息傳遞給輻射接口部分212。輻射接口部分212是非統(tǒng)一厚度的。按照慣例，該非統(tǒng)一厚度區(qū)域可采取全或部分楔的形式，如圖2A和2B的情況所示出的，但從圖2A中可以最佳地看出。所示情況示出了其中厚度線性變化的情況，但厚度變化也可以是分段線性或非線性的。隨著射線進入楔形輻射接口部分的每一次內(nèi)反射，反射角變得越來越廣，直到角度大于臨界角。一旦發(fā)生這一情況，就無法維持內(nèi)部反射，并且射線將退出平面輻射導(dǎo)件。盡管射線被示為在z軸的確切方向上退出，但常規(guī)平面輻射導(dǎo)件使用轉(zhuǎn)向膜和漫射膜來確保正確的顯示。以下所描述的本發(fā)明的各實施例也可使用這樣的轉(zhuǎn)向和漫射膜，如將從參考圖3到10描述的各示例實施例中顯而易見的?；仡^參考圖2A，射線將退出的與投影儀230的距離將取決于該射線的初始反射角。例如，射線231比射線232在更靠近投影儀230得多的地方退出，因為射線231在從投影儀230發(fā)射時具有更廣的反射角。如從圖2B中顯而易見的，投影儀230還控制徑向角(即，相對于x-z平面的角度)。因此，通過仔細(xì)地控制表示圖像的所有射線的反射和徑向角，可從平面輻射導(dǎo)件200的輻射接口部分212中顯示清晰的圖像。圖2C示出了平面輻射導(dǎo)件可以按平面輻射導(dǎo)件200'的形式光學(xué)地折疊。該平面輻射導(dǎo)件使用聯(lián)接的棱鏡240來在輻射從輻射傳播部分211'轉(zhuǎn)移到輻射接口部分212'時倒轉(zhuǎn)輻射流的方向。這通過準(zhǔn)許顯示器的用戶界面部分可被訪問，同時隱藏該顯示器的其他組件，來允許高效地使用系統(tǒng)空間。作為替換或補充，常規(guī)的管理經(jīng)常允許"塊化(tiling)"，其中可使用各自負(fù)責(zé)將圖像擴展到顯示器的不同部分的多個投影儀。這準(zhǔn)許輻射傳播部分變得更短。與圖2A和2B形成對比，盡管根據(jù)本發(fā)明的原理的交互式顯示器使用平面輻射導(dǎo)件，但該交互式顯示器同時包括顯示機構(gòu)和成像機構(gòu)兩者。顯示機構(gòu)從平面輻射導(dǎo)件的輻射接口部分的區(qū)域輸出輻射，但未必使用該平面輻射導(dǎo)件來顯示。在本說明書和權(quán)利要求書中，從輻射接口部分的"區(qū)域"發(fā)射或輸出的輻射意味著該輻射或者直接從該輻射部分或者從該輻射接口部分上方的區(qū)域發(fā)射。因此，根據(jù)該定義，圖像可源自輻射接口部分的下方或輻射接口部分的上方，或者可通過傳播通過平面輻射導(dǎo)件的輻射傳播部分來起源。如果顯示機構(gòu)使用平面輻射導(dǎo)件來顯示，則該顯示機構(gòu)使用輻射傳播部分來傳播要顯示的輻射，并且從該平面輻射導(dǎo)件的輻射接口部分發(fā)射所傳播的輻射的至少一部分。另一方面，成像機構(gòu)捕捉在平面輻射導(dǎo)件的輻射接口部分的區(qū)域處接收到的輻射。在本說明書和權(quán)利要求書中，在輻射接口部分的"區(qū)域"處接收到的輻射意味著該輻射或者由輻射接口部分來接收或者由輻射接口部分前方的成像組件來接收。因此，根據(jù)該定義，圖像可在輻射接口部分的上方或下方接收，或者可由輻射接口部分來接收以便傳播通過平面輻射導(dǎo)件的輻射傳播部分。如果成像機構(gòu)使用平面輻射導(dǎo)件來成像，則該成像機構(gòu)使用輻射接口部分來接收輻射，并且沿著平面輻射導(dǎo)件的輻射傳播部分向下傳播這一接收到的輻射的至少一部分。本發(fā)明的若干實施例現(xiàn)在將參考圖3到10來描述。在這些實施例中的每一個中，為了清楚起見，平面輻射導(dǎo)件將被示為非折疊形式。然而，這些實施例中的任一個或全部也可包括光學(xué)折疊(例如，如參考圖2C所示出的)，或者可能可包括多個光學(xué)折疊。另外，對于圖3到11中的每一個的方向參考將參考參考笛卡爾坐標(biāo)系302，其是為了一致起見與圖2A和2B的坐標(biāo)系201相同的。圖3示出了包括平面輻射導(dǎo)件301的交互式顯示器300，該顯示器包括輻射傳播部分311和輻射接口部分312。輻射傳播部分311被示為具有基本上統(tǒng)一的厚度。圖4到11所示的其他輻射傳播部分亦是如此，但在圖4到11中，輻射傳播部分并未具體標(biāo)記以簡化附圖并避免冗余。然而，如果平面輻射導(dǎo)件用于顯示，則輻射傳播部分不必具有統(tǒng)一的厚度，只要至少由投影儀投影的圖像的表示的至少一部分在輻射接口部分處接收即可。此外，如果平面輻射導(dǎo)件用于成像，則輻射傳播部分不必具有統(tǒng)一的厚度，只要在輻射傳播部分的一端處接收的圖像的表示的至少一部分在該輻射傳播部分的另一端處接收即可。不管輻射傳播部分的厚度統(tǒng)一性，在使用平面輻射導(dǎo)件來投影圖像(如果有的話)或捕捉圖像(如果有的話)時都將厚度剖面(profile)考慮在內(nèi)。輻射接口部分312被示為具有截楔(truncatedwedge)形狀。圖4到11所示的其他輻射傳播部分亦是如此，但在這些后面的附圖中，輻射傳播部分并未具體標(biāo)記。然而，輻射接口部分不必具有該形狀，只要投影儀在發(fā)送圖像(如果有的話)時考慮該形狀，并且只要照相機在捕捉圖像(如果有的話)時考慮該形狀即可。在任何情況下，輻射接口部分是顯示圖像以及捕捉圖像的地方，而不管是否使用平面光導(dǎo)件。為了在一個頻譜而不是在另一個頻譜上操作(即，顯示或成像)，調(diào)整平面輻射導(dǎo)件的尺寸以確保所需輻射的正確的內(nèi)反射、發(fā)射和捕捉可能是有用的。這對于光學(xué)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在閱讀了本說明書之后將會是顯而易見的。因此，平面輻射導(dǎo)件的具體尺寸將不會在此描述。本質(zhì)上，構(gòu)想的優(yōu)選尺寸由于關(guān)于本發(fā)明的原理而預(yù)期的應(yīng)用和頻譜的廣泛的多樣性而是不存在的。因此，圖3到11不應(yīng)被認(rèn)為是按比例繪制的，但應(yīng)出于概念的目的而用于理解本發(fā)明的較寬泛的原理。參考圖3的具體的交互式顯示器300，顯示器300將平面輻射導(dǎo)件300用作顯示機構(gòu)和成像機構(gòu)兩者。投影儀331將圖像發(fā)送到平面輻射導(dǎo)件301中，其中該圖像傳播通過輻射傳播部分311并通過輻射接口部分312的上表面來發(fā)射。該圖像使用轉(zhuǎn)向膜321來向上定向，隨后漫射膜322漫射該圖像以使得能夠清晰地査看該圖像而不必直接處于顯示器的前方。所顯示的圖像可以是可見光、紅外光、紫外光或任何其他光線。為了成像，使用背光323來照亮與顯示器300接觸或鄰近顯示器300的對象。在圖3到11的示例中，背光是紅外背光，但可對其他頻譜使用其他類型的背光作為對紅外背光的替換或補充。紅外背光323可由紅外發(fā)光二極管(LED)陣列、邊緣發(fā)光(edgeemitting)紅外LED或無論是現(xiàn)在已知還是將會在將來開發(fā)的創(chuàng)建紅外光的任何其他機構(gòu)組成。盡管未示出，但紅外背光323可在其下側(cè)上具有反射涂層以由此提高背光323的效率。來自紅外背光的紅外光可以是具有廣角的漫射光。因此，使用保密膜(privacyfilm)324來只過濾掉接近垂直于輻射接口部分的下表面的光線。在沒有保密膜324的情況下，某些紅外光可能被準(zhǔn)許沿著輻射傳播部分向下傳播到照相機323中，由此將噪聲引入了成像過程。保密膜324以及參考圖4到11描述和示出的其他保密膜都可在其下表面上具有增亮膜(BEF)。BEF過濾大多數(shù)是漫射光的通道并引導(dǎo)光線向上。因為IR(紅外)光更多地是由保密膜324來校準(zhǔn)的，所以紅外光以安全地大于克服內(nèi)反射所需的臨界角的角度穿過輻射接口部分的上表面。紅外光穿過轉(zhuǎn)向膜321和漫射膜322。注意，轉(zhuǎn)向膜321引導(dǎo)以接近平行于平面輻射導(dǎo)件301的輻射接口部分的上表面的角度進入轉(zhuǎn)向膜321的任何光線向上。然而，在IR背光323的情況下，轉(zhuǎn)向膜321可以是較不重要的，因為紅外光可以按不接近平行于輻射接口部分的上表面的角度退出輻射接口部分。對于與漫射膜322接觸的對象，某些紅外光將穿過漫射膜322向下反射回來。對于與漫射膜322接觸的對象，漫射膜322幾乎沒有作用，所以不存在光線漫射到其中的距離。然而，即使對象處于離漫射膜322很短的距離，某些光線仍舊可以從該對象向下反射回到漫射膜322中。然而，漫射膜322往往擔(dān)當(dāng)鄰近濾光片，往往反射與顯示器接觸或接近顯示器的對象的較清晰的且較明亮的圖像。在任何情況下，某些反射的紅外光將以低于克服內(nèi)反射所需的臨界角的角度通過轉(zhuǎn)向膜321。該紅外光通過平面光導(dǎo)件301的輻射接口和輻射傳播部分的剩余部分向左傳播到紅外照相機332中。與顯示器相關(guān)聯(lián)的處理系統(tǒng)然后可基于紅外光在照相機332處接收的反射和徑向角來推斷該光線在輻射接口部分的什么部分被接收到。圖4示出了另一個具體的交互式顯示器400，其使用平面輻射導(dǎo)件401來顯示，但不使用平面輻射導(dǎo)件401來成像。投影儀431將圖像傳播通過平面輻射導(dǎo)件401，其中該圖像向上傳遞穿過轉(zhuǎn)向膜421和漫射膜422。該顯示機構(gòu)因此類似于參考圖3所描述的顯示機構(gòu)。然而，成像機構(gòu)在某種程度上不同。一個區(qū)別是在輻射接口部分的下表面上缺少保密膜。因為在平面輻射導(dǎo)件401的左側(cè)邊緣沒有照相機，所以不17存在萬一某些紅外背光向左傳播通過平面輻射導(dǎo)件該照相機充滿噪聲的風(fēng)險。因此，保密膜的預(yù)防措施是較不緊急的。然而，在任一種情況下，從正被成像的對象反射的某些紅外光穿過漫射膜422和轉(zhuǎn)向膜421反射回到平面輻射導(dǎo)件401的輻射接口部分中。雖然某些反射的紅外光向左傳播通過平面輻射導(dǎo)件401而返回，但某些向下傳遞回紅外背光膜423。紅外照相機陣列432可被置于紅外背光424的上方或下方(如雙向箭頭441所表示的)以接收反射光。實際上，紅外照相機432和平面輻射導(dǎo)件401之間的距離可以相當(dāng)短。圖5示出了類似于圖4的顯示器400的顯示器500的另一示例，其中投影儀531使用平面輻射導(dǎo)件501來通過轉(zhuǎn)向膜521和漫射膜522來顯示圖像。然而，在這種情況下，紅外背光由擔(dān)當(dāng)投影儀的紅外發(fā)光二極管(LED)533來提供到單獨的平面輻射導(dǎo)件541中。發(fā)射自平面輻射導(dǎo)件541的光線使用轉(zhuǎn)向膜542來向上轉(zhuǎn)發(fā)。從那里，紅外光穿過平面輻射導(dǎo)件501、轉(zhuǎn)向膜521和漫射膜522。該紅外光然后從與顯示器接觸或在顯示器前方的對象反射回來，隨后某些反射光穿過膜522和521向下傳遞回到平面輻射導(dǎo)件501中。某些反射光傳播回到紅外照相機532。其他反射光可從平面輻射導(dǎo)件501向下傳遞。因此，IR照相機532接收所反射的圖像。作為紅外照相機532的替換或補充，照相機陣列可被設(shè)置在平面輻射導(dǎo)件501的下方，大致如參考圖4所示出的。圖6示出了顯示器600的另一示例。再一次，顯示可通過投影儀631將圖像發(fā)送到平面輻射導(dǎo)件601的左側(cè)邊緣中來發(fā)生。所投影的圖像被向上引導(dǎo)穿過轉(zhuǎn)向膜621和漫射膜622以由此顯示圖像。平面光導(dǎo)件601也用于提供紅外背光并接收由與顯示器600接觸或在顯示器600前方的對象反射的紅外圖像。紅外光源(諸如LED)633將紅外光投影到平面輻射導(dǎo)件601中。該紅外背光也被向上引導(dǎo)穿過轉(zhuǎn)向膜621和漫射膜622。所反射的紅外光被接收回到平面輻射導(dǎo)件中，其中某些光線被紅外照相機632捕捉到以由此形成紅外圖像。圖6的技術(shù)和結(jié)構(gòu)可能在紅外圖像中導(dǎo)致熱點，其中圖像由于紅外LED的位置而充滿了反射。然而，這可通過使得兩個紅外LED以交替的方式投影來補償。由此紅外LED中的一個的熱點的圖像信息可通過關(guān)閉該LED并使用另一LED來提供背光來獲得。在圖6的一個修改中，IRLED633和IR照相機632可被集成到投影儀631中。通過使用被稱為"激光束掃描投影(scannedbeamlaserprojection)"的技術(shù)，IR光電傳感器(用作IR照相機632)和IR激光(用作IRLED633，廣泛地使用術(shù)語"LED")與投影儀集成。IR圖像然后在掃描顯示器的可見部分的同時被捕捉到。這減少了設(shè)計中的組件數(shù)量。另外，因為使用了單個光電二極管和點源，所以設(shè)備可被調(diào)節(jié)成減少環(huán)境光噪聲(諸如例如，環(huán)境日光等)。當(dāng)反射鏡跨顯示器掃描以形成掃描的顯示圖像時，該反射鏡也照亮IR圖像并捕捉該IR圖像。在這種情況下，IR光電傳感器可變得只對IR激光波長敏感。如果IR激光具有已調(diào)制載波，則IR光電傳感器可使用電子濾波器來只接受處于該載波頻率的IR光。這一激光掃描照相機也可用作對于圖7-10的實施例中的每一個的IR照相機。在那種情況下，在圖7-10中將不需要單獨的IR照明背光。圖11示出了使用平面輻射導(dǎo)件1101來同時執(zhí)行顯示和成像兩者的顯示器1100的側(cè)視圖。掃描鏡1102接收包括組合的圖像顯示和圖像捕捉輻射分量的經(jīng)校準(zhǔn)的輻射1103。例如，經(jīng)校準(zhǔn)的輻射1103包括表示導(dǎo)致圖像被顯示的任何輻射(當(dāng)向右傳播通過輻射導(dǎo)件1101時)的圖像顯示輻射。例如，圖像顯示輻射可以是諸如例如，組合的紅、綠和藍(lán)光束等可見光。在這種情況下，紅、綠和藍(lán)分量可能已經(jīng)由紅、綠和藍(lán)激光器(見束源1105)生成并使用光束組合器1104來組合成單個光束。或者，圖像顯示輻射可以是非可見輻射，其與在光學(xué)上處于掃描鏡1102的下游的其他組件起反應(yīng)以生成適于顯示器的頻域的光線(例如，可見光)。經(jīng)校準(zhǔn)的輻射1103還包括圖像捕捉輻射。圖像捕捉輻射可以是適用于圖像捕捉的任何頻譜的光束。例如，束源1105中的一個可以是IR束源。該IR光束可能也使用光束組合器1104來組合成經(jīng)校準(zhǔn)的光束1103。光束組合器1104被抽象地表示為單個組件。然而，光束組合器1102可按需包括多個光束組合器以將圖像顯示和圖像捕捉光束組合成單個經(jīng)校準(zhǔn)的光束1103。掃描鏡1102接收經(jīng)校準(zhǔn)的輻射1103并以合適的角度掃描這一輻射以使得該經(jīng)校準(zhǔn)的輻射1103以合適的模式在顯示器的區(qū)域上掃描。掃描鏡1102由此擔(dān)當(dāng)掃描類型的投影儀。從掃描鏡1102投影的圖像顯示輻射進入平面輻射導(dǎo)件1101并導(dǎo)致一圖像經(jīng)由例如，轉(zhuǎn)向膜1121和漫射膜1121來顯示。因為經(jīng)校準(zhǔn)的輻射1103還包括圖像捕捉輻射，所以該圖像捕捉輻射也同時在顯示器上掃描。由此，當(dāng)輻射從顯示器中的一點顯示時，圖像捕捉輻射可恰好在同時從該顯示器的恰好相同的點發(fā)射。如果存在與顯示器接觸或在顯示器前方的對象，則圖像捕捉輻射可沿其最初取自掃描鏡1102的相同的路徑逆向向下反射回來。掃描鏡1102將圖像捕捉輻射1106反射回到圖像捕捉透鏡1107中。圖像捕捉透鏡1107被置于非常靠近外出的經(jīng)校準(zhǔn)的光束1103的地方，并用于加重從顯示器垂直反射的圖像捕捉輻射。由此，光電傳感器1108檢測與顯示器接觸或直接處于顯示器前方的對象的圖像。盡管光電傳感器1108被示為較遠(yuǎn)離光束組合器1104，但光電組合器1108可被置于靠近光束組合器1104的地方。參考圖3到6示出和描述的顯示器都具有使用平面輻射導(dǎo)件來顯示圖像的顯示機構(gòu)。然而，本發(fā)明的原理也應(yīng)用于將平面輻射導(dǎo)件用作成像機構(gòu)，但不將該平面輻射導(dǎo)件用作顯示機構(gòu)的顯示器。圖7到10的情況就是如此，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述這些情況。在圖7到10中的每一個中，液晶顯示(LCD)層被示為提供所顯示的圖像。然而，本發(fā)明的原理不限于此?？赡艽嬖诳捎糜陲@示圖像的其他顯示層(無論是現(xiàn)在已開發(fā)還是將會在將來開發(fā))。圖7示出了使用平面輻射導(dǎo)件701來使與顯示器接觸或在顯示器前方的對象成像，但不使用該平面輻射導(dǎo)件來實際顯示的顯示器700。LCD層731具備設(shè)置在該LCD層731之下的紅外且可見背光723。如在常規(guī)上已知的，使用LCD層的圖像顯示隨著背光的可見部分被選擇性地準(zhǔn)許穿過LCD層并進行對應(yīng)于空間光圈陣列的適當(dāng)?shù)臑V色而發(fā)生。參考圖7，背光723的可見部分和LCD層731用于生成從該LCD層731向上投影的圖像。從LCD層731顯示的圖像向上穿過漫射膜722以便向用戶顯示。成像機構(gòu)使用背光723的紅外部分(或者至少與用于顯示的不同頻譜的光)。紅外光向上穿過某種程度上對紅外光是半透明的LCD層731，且某些紅外光由于LCD層731中的某些不透明部分而向下散射回來。通過LCD層731的紅外光還穿過漫射膜722以便從對象反射。所反射的光然后穿過漫射膜722、LCD層731和背光層723向下傳回。保密膜724只允許方向大致朝下的光線通過。保密膜724由此用于過濾由LCD層731和漫射膜722散射的大多數(shù)光。轉(zhuǎn)向膜721使所反射的紅外光轉(zhuǎn)向以使得光通過平面輻射導(dǎo)件701傳播至紅外照相機732。圖8示出了使用平面輻射導(dǎo)件801來使與顯示器接觸或在顯示器前方的對象成像，但不使用該平面輻射導(dǎo)件801來實際顯示的顯示器800。LCD層831具備設(shè)置在其下的可見背光825。圖像的顯示隨著來自背光825的可見光被選擇性地準(zhǔn)許穿過LCD層831并進行適當(dāng)?shù)臑V色而發(fā)生。從LCD層831顯示的圖像向上穿過漫射膜822以便向用戶顯示。成像機構(gòu)使用紅外背光823來發(fā)射紅外光(或者至少與用于顯示的不同頻譜的光)穿過保密膜824。保密膜824確定紅外光的方向以使得該光不通過平面輻射導(dǎo)件801反射回到紅外照相機832。相反，該紅外光穿過轉(zhuǎn)向膜821、可見背光825、LCD層831和漫射膜822。從對象反射的紅外光穿過漫射膜822、LCD層831和背光層825向下傳回。某些紅外光向下穿過轉(zhuǎn)向膜821，以使得該紅外光通過平面輻射導(dǎo)件801傳播至紅外照相機832。在一個實施例中，盡管并未在圖8中具體示出，但可將第二平面輻射導(dǎo)件用作紅外背光，大致如以上參考圖5所描述的。在這種情況下，可使用紅外LED533、平面輻射導(dǎo)件541和轉(zhuǎn)向膜542的組合來代替紅外背光層823和保密膜824。圖9示出了其中成像機構(gòu)通過平面輻射導(dǎo)件901來出現(xiàn)，但不使用該平面輻射導(dǎo)件901來顯示的平面光導(dǎo)件900。來自LCD層931的光(源自可見背光925)被準(zhǔn)許僅僅向上穿過平面光導(dǎo)件以便從該平面輻射導(dǎo)件901向上發(fā)射圖像。成像機構(gòu)使用紅外背光923來發(fā)射紅外光(或者至少與用于顯示的不同頻譜的光)穿過保密膜924、可見背光925、LCD層931、平面輻射導(dǎo)件901，并反射離開與顯示器卯0接觸或在其前方的對象。某些反射光然后通過平面輻射導(dǎo)件901傳播回到紅外照相機932。圖IO示出了包括平面輻射導(dǎo)件IOOI的顯示器IOOO。顯示使用背光102321的可見部分來發(fā)生，背光1023的可見部分使用保密膜1024來校準(zhǔn)并且然后被選擇性地準(zhǔn)許穿過LCD層1031以形成經(jīng)校準(zhǔn)的顯示圖像。該圖像穿過平面輻射導(dǎo)件1001和漫射膜1022。為了最小化反射率，可使用黑色漫射膜1022。成像使用由保密膜1024來校準(zhǔn)的背光1023的紅外部分來發(fā)生。大多數(shù)紅外光以仍然基本上校準(zhǔn)的形式穿過LCD層1031。經(jīng)校準(zhǔn)的紅外光穿過平面輻射導(dǎo)件1001和漫射膜1022并反射離開對象。某些反射的紅外光經(jīng)由平面輻射導(dǎo)件1001行進至紅外照相機1032。圖10的一個變化是LCD層1031可置于漫射膜1022和平面輻射導(dǎo)件1001之間，而不是僅在平面輻射導(dǎo)件1001下方。因此，已經(jīng)描述了其中交互式成像顯示器使用平面輻射導(dǎo)件來執(zhí)行顯示和成像操作中的至少一個(并可能兩者兼而有之)的各實施例。本發(fā)明可具體化為其它具體形式而不背離其精神或本質(zhì)特征。所述實施例在所有方面都應(yīng)被認(rèn)為僅是說明性而非限制性的。從而，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書而非前述描述指示。落入權(quán)利要求書的等效方式的含義和范圍內(nèi)的所有改變應(yīng)被權(quán)利要求書的范圍涵蓋。2權(quán)利要求1.一種交互式顯示器(101)，包括具有輻射傳播部分(311)和輻射接口部分(312)的平面輻射導(dǎo)件(301、401、501、601、701、801、901、1001、1101)，所述輻射接口部分(312)是非統(tǒng)一厚度的；被構(gòu)造成在所述輻射接口部分(312)的區(qū)域處顯示的顯示機構(gòu)(331、301、321、322)；以及被構(gòu)造成在所述輻射接口部分(312)的區(qū)域處成像的成像機構(gòu)(323、301、332)。2.如權(quán)利要求1所述的交互式顯示器，其特征在于，所述交互式顯示器被構(gòu)造成使得所述顯示機構(gòu)或照相機機構(gòu)中的至少一個使用所述平面輻射導(dǎo)件，以使得如果所述顯示機構(gòu)使用所述平面輻射導(dǎo)件，則所述顯示機構(gòu)使用所述輻射傳播部分來傳播要顯示的輻射并且從所述輻射接口部分發(fā)射這一傳播的輻射中的至少一部分，并且如果所述成像機構(gòu)使用所述平面輻射導(dǎo)件，則所述成像機構(gòu)使用所述輻射接口部分來接收輻射并沿著所述輻射傳播部分向下傳播這一接收到的輻射中的至少一部分。3.—種用于使用包括平面輻射導(dǎo)件(301、401、501、601、701、801、901、1001、1101)、顯示機構(gòu)(331、301、321、322)、以及成像機構(gòu)(323、301、332)的交互式顯示器(101)的方法，所述平面輻射導(dǎo)件具有輻射傳播部分(311)和輻射接口部分(312)，所述輻射接口部分(312)是非統(tǒng)一厚度的，所述顯示機構(gòu)被構(gòu)造成在所述輻射接口部分(312)的區(qū)域處顯示，所述成像機構(gòu)被構(gòu)造成在所述輻射接口部分(312)的區(qū)域處成像，所述方法包括將對象置于所述平面輻射導(dǎo)件(301)的輻射接口部分(312)的前方或與其接觸的動作；以及解析從所述平面輻射導(dǎo)件(301)的輻射接口部分(312)顯示的圖像的動作。4.一種交互式顯示器(101)，包括具有輻射傳播部分(311)和輻射接口部分(312)的平面輻射導(dǎo)件(301、401、501、601、701、801、901、1001、1101)，所述輻射接口部分是非統(tǒng)一厚度的；用于從所述輻射接口部分(312)的區(qū)域處輸出輻射的顯示機構(gòu)(331、301、321、322);用于捕捉在所述輻射接口部分(312)的區(qū)域處接收到的輻射的成像機構(gòu)(323、301、332)，其中所述交互式顯示器(101)被構(gòu)造成使得所述顯示機構(gòu)(331、301、321、322)或所述成像機構(gòu)(323、301、332)中的至少一個使用所述平面輻射導(dǎo)件，使得如果所述顯示機構(gòu)(331、301、321、322)使用所述平面輻射導(dǎo)件(301)，則所述顯示機構(gòu)(331、301、321、322)使用所述輻射傳播部分(311)來傳播要顯示的輻射并且從所述輻射接口部分(312)發(fā)射這一傳播的輻射中的至少一部分，并且如果所述成像機構(gòu)(323、301、332)使用所述平面輻射導(dǎo)件(301),則所述成像機構(gòu)(323、301、332)使用所述輻射接口部分(312)來接收輻射并沿著所述輻射傳播部分(311)向下傳播這一接收到的輻射中的至少一部分。5.如權(quán)利要求4所述的交互式顯示器，其特征在于，所述成像機構(gòu)包括:被配置成將背光投影到所述平面輻射導(dǎo)件的輻射傳播部分中的背光源；以及定位在所述輻射傳播部分的位于所述背光源附近的邊緣的照相機。6.如權(quán)利要求1所述的交互式顯示器，其特征在于，所述成像機構(gòu)使用定位在所述平面輻射導(dǎo)件的輻射接口部分下方的背光，所述背光被配置成將光傳遞通過所述輻射接口部分以使得所傳遞的光從所述輻射接口部分的上表面發(fā)射。7.如權(quán)利要求6所述的交互式顯示器，其特征在于，所述平面輻射導(dǎo)件是第一平面輻射導(dǎo)件，而所述背光構(gòu)成第二平面輻射導(dǎo)件。8.如權(quán)利要求6所述的交互式顯示器，其特征在于，所述交互式顯示器被構(gòu)造成使得所述顯示機構(gòu)，而不是所述成像機構(gòu)，使用所述平面輻射導(dǎo)件，所述交互式顯示器還包括定位在所述輻射接口部分下方的照相機陣列。9.如權(quán)利要求6所述的交互式顯示器，其特征在于，還包括處于所述顯示器的輻射接口部分的低端的保密膜。10.如權(quán)利要求4所述的交互式顯示器，其特征在于，所述交互式顯示器被構(gòu)造成使得所述顯示機構(gòu)和所述成像機構(gòu)兩者都使用所述平面光學(xué)輻射導(dǎo)件。11.如權(quán)利要求IO所述的交互式顯示器，其特征在于，還包括定位在所述平面輻射導(dǎo)件的邊緣的投影儀；以及定位在所述平面輻射導(dǎo)件的邊緣的照相機。12.如權(quán)利要求4所述的交互式顯示器，其特征在于，所述交互式顯示器被構(gòu)造成使得所述顯示機構(gòu)和所述成像機構(gòu)中只有一個使用所述平面輻射導(dǎo)件。13.如權(quán)利要求12所述的交互式顯示器，其特征在于，所述交互式顯示器被構(gòu)造成使得所述顯示機構(gòu)，而不是所述成像機構(gòu)，使用所述平面輻射導(dǎo)件。14.如權(quán)利要求13所述的交互式顯示器，其特征在于，還包括定位在所述平面?zhèn)鞑ゲ糠值倪吘壍耐队皟x。15.如權(quán)利要求12所述的交互式顯示器，其特征在于，所述交互式顯示器被構(gòu)造成使得所述成像機構(gòu)，而不是所述顯示機構(gòu)，使用所述平面輻射導(dǎo)件。16.如權(quán)利要求15所述的交互式顯示器，其特征在于，還包括定位在所述平面?zhèn)鞑ゲ糠值倪吘壍恼障鄼C；以及17.如權(quán)利要求15所述的交互式顯示器，其特征在于，所述顯示機構(gòu)包括設(shè)置在所述平面輻射導(dǎo)件的輻射接口部分上方的顯示層。18.如權(quán)利要求15所述的交互式顯示器，其特征在于，所述顯示機構(gòu)包括設(shè)置在所述平面輻射導(dǎo)件的輻射接口部分下方的顯示層。19.如權(quán)利要求4所述的交互式顯示器，其特征在于，所述輻射傳播部分被配置成傳播至少可見光。20.如權(quán)利要求4所述的交互式顯示器，其特征在于，所述輻射傳播部分被配置成傳播至少紅外光。全文摘要使用平面輻射導(dǎo)件(諸如平面光導(dǎo)件)來執(zhí)行顯示和/或成像的交互式顯示器。平面輻射導(dǎo)件具有輻射傳播部分和輻射接口部分。輻射傳播部分按照全內(nèi)反射原理來傳播輻射(可能具有某些微小的泄漏)。平面輻射導(dǎo)件還具有其中輻射更易于退出或進入平面輻射導(dǎo)件的輻射接口部分。交互式顯示器執(zhí)行顯示和成像兩者，而平面輻射導(dǎo)件用于執(zhí)行顯示和成像操作中的至少一個(但可能是兩者)。文檔編號G02F1/13357GK101523278SQ200780038192公開日2009年9月2日申請日期2007年9月20日優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日發(fā)明者D·L·西爾弗斯坦,S·N·巴思徹申請人:微軟公司