【技术实现步骤摘要】
本公开整体涉及光学触摸和/或接近感测，并且更具体地涉及结合光学触笔工作以确定触笔的目标或触摸位置、质心、悬停距离、倾斜角度、方位角以及在一些情况下取向和旋转中的一者或多者的光学感测系统。
技术介绍
1、当前很多类型的输入设备可用于在计算系统中执行操作，诸如按钮或按键、鼠标、轨迹球、操纵杆、触摸传感器面板、触摸屏等等。具体地，触摸屏因其在操作方面的简便性和灵活性以及其不断下降的价格而很受欢迎。触摸屏可包括触摸传感器面板和显示设备诸如液晶显示器(lcd)、发光二极管(led)显示器或有机发光二极管(oled)显示器，该触摸传感器面板可以是具有触敏表面的透明面板，该显示设备可部分地或完全地被定位在面板的后面，使得触敏表面可覆盖显示设备的可视区域的至少一部分。触摸屏可允许用户通过使用手指、触笔或其他对象在由显示设备所显示的用户界面(ui)通常指示的位置处触摸触摸传感器面板来执行各种功能。一般来讲，触摸屏可识别触摸和触摸在触摸传感器面板上的位置，并且计算系统然后可根据触摸发生时出现的显示内容来解释触摸，并且然后可基于触摸来执行一个或多个动作。就一些触摸感测系统而言，检测触摸不需要显示器上的物理触摸。例如，在一些电容式触摸感测系统中，用于检测触摸的边缘电场可延伸超出显示器的表面，并且可在表面附近检测到接近表面的对象，而无需实际接触表面。
2、在一些示例中，电容式触摸传感器面板可由透明、半透明或不透明的导电板(例如，触摸电极)的矩阵形成，这些导电板由诸如氧化铟锡(ito)的材料制成。在一些示例中，导电板可由其他材料形成，包括导电聚
3、触笔已成为用于触敏设备诸如触摸面板和触摸屏的热门输入设备。检测触笔的触摸位置或目标位置(例如，触笔的用户意图接合的检测表面的照明区域)、触摸检测表面或悬停在检测表面上方(但不直接接触)的触笔的倾斜角度和方向或触笔的取向和旋转可提供多种输入模式和增加的触笔功能性。然而，触笔的倾斜角度和悬停距离可影响从目标位置导出的参数(例如，诸如表示目标位置的照明图案的质心的参数)的准确性，这可影响其他操作的准确性(例如，跟踪准确性)并导致降低的性能。
技术实现思路
1、本公开涉及一种光学触笔系统，该光学触笔系统包括光学触笔和光学感测系统，该光学触笔和该光学感测系统一起操作以检测光学触笔的目标或触摸位置、质心、悬停距离、倾斜角度、方位角以及在一些情况下光学触笔相对于光学感测系统的取向和旋转中的一者或多者。具体地，检测触笔的旋转可提供实现附加触笔功能性的附加输入模式。例如，在与绘图应用程序交互时旋转触笔可允许艺术家控制所绘制的线的感知纹理、粗细或颜色。
2、在一些实施方案中，光学感测系统是具有集成触摸屏的电子设备，该集成触摸屏具有可被配置用于对象的显示操作和触摸/接近感测两者的微电路。在一些实施方案中，集成触摸屏可包括发光二极管或有机发光二极管(led/oled)、显示驱动电路和触摸感测电路。在一些实施方案中，led/oled可被实现为包括微led的阵列和微驱动器电路的微led显示器。在一些具体实施中，微led的阵列和微驱动器电路可被配置为处于直流(dc)光电导模式以通过检测由触笔发射的未调制光来检测触笔的存在。在其他具体实施中，微led的阵列和微驱动器电路可被配置为处于交流(ac)光电导模式以通过检测由多个触笔发射的调制光来检测多个触笔的存在。在其他具体实施中，微led的阵列和微驱动器电路可被配置为处于光学反射触摸模式以通过检测由微led中的一些微led产生并且从对象诸如手指或触笔反射的调制光来检测对象的存在。
3、上述检测模式依赖于穿过位于集成触摸屏上方的覆盖材料的检测表面到达位于下方的led、oled或微led的光。然而，来自检测表面上方或下方的照射在检测表面和检测表面上方的介质(例如，空气、水、触笔或手指)之间的边界上的光可从边界反射或在其穿过边界时被折射。在一些情况下，这种所反射或所折射的光可被检测到并且被不正确地识别为对象诸如手指或触笔。因此，在本公开的一些实施方案中，可在集成触摸屏内被配置为照明器的那些微led上方采用光照明器角滤波器以限制那些照明器的照明角度，和/或可在集成触摸屏内被配置为检测器的那些微led上方采用光检测器角滤波器以限制那些检测器的检测角度。这些角滤波器有效地对在覆盖材料内透射、反射或折射的光进行阻挡或滤波，以减少或消除触摸表面上水滴的错误检测。
4、在光学感测系统检测到按角度滤波的光之后，可处理所得到的照明图案(例如，悬停触笔的目标位置)以确定对象的悬停距离和倾斜角度，并且以更高的精度计算各种参数(例如，表示目标位置的照明图案的质心)和进行其他操作(例如，触笔跟踪)。
5、在一些实施方案中，光学触笔是被动式触笔，包括漫反射器小面或回射器小面，以便以一致的角反射剖面反射从光学感测系统发射的光。不同的倾斜角度可产生不同的反射能量剖面，并且可估计这些不同的反射能量剖面以确定触笔的位置、悬停距离(如果有的话)和倾斜角度。在实施方案中，包括衍射(图案化)反射器的被动式触笔也可以一致的反射光图案反射从光学感测系统发射的光，而不管触笔相对于表面的倾斜角度如何。触笔的不同倾斜角度和旋转可产生不同的反射光图案，并且可估计这些不同的反射光图案以确定触笔的位置、悬停距离(如果有的话)、倾斜角度、取向和旋转。在一些实施方案中，在其尖端中并且任选地在沿触笔侧面的径向位置中包括振幅传感器的半主动式触笔可检测从光学感测系统发射的不同频率的调制光的振幅，并且检测触笔的位置和悬停距离(如果有的话)，并且在一些情况下还检测触笔的倾斜角度和旋转。在本专利技术的一些示例中，包括光发射器及检测器两者的主动式触笔可产生光并且在光从具有形成在显示元件的阵列之间的回射器层的接近的光学感测系统反射时接收反射光。触笔在显示器表面上或其上方的不同位置可产生不同的反射光光谱分布，可分析这些不同的反射光光谱分布以确定触笔的位置。
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1.一种与光学感测系统一起操作以用于执行触笔感测的光学触笔，包括：
2.根据权利要求1所述的光学触笔，还包括：处理器，所述处理器被编程以：
3.根据权利要求2所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以使用所述光学感测系统中的多个发光设备的位置与所述多个第一发光设备中的每个第一发光设备的所述第一调制频率的映射来确定所述光学触笔的所述位置。
4.根据权利要求3所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以通过使用所述映射将所接收的多个第一调制频率中的每个第一调制频率下的所导出的振幅与所述光学感测系统中的多个发光设备的位置相关联来确定所述光学触笔的所述位置。
5.根据权利要求2所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以使所接收的多个第一调制频率中的每个第一调制频率下的所导出的振幅随距发光设备的距离线性化。
6.根据权利要求2所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以使用所述光学感测系统中的多个第一发光设备群组的位置与所述群组中的每个群组内的调制频率的布置的映射来确定所述光学触笔的所述位置。
7.根据权利要求6所述的光学触笔，所
8.根据权利要求2所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以：
9.根据权利要求1所述的光学触笔，还包括：
10.根据权利要求9所述的光学触笔，还包括：处理器，所述处理器被编程以：
11.根据权利要求2所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以通过随时间推移跟踪所述一个或多个第二光检测设备处的所接收的多个调制频率下的所导出的振幅来确定所述光学触笔围绕其轴线的旋转。
12.一种与光学触笔一起操作以用于执行触笔感测的光学感测系统，包括：
13.根据权利要求12所述的光学感测系统，其中所述发光设备被配置为发射具有近红外波长的光。
14.根据权利要求13所述的光学感测系统，其中所述发光设备被配置为发射波长介于980nm和1微米之间的光。
...【技术特征摘要】
1.一种与光学感测系统一起操作以用于执行触笔感测的光学触笔，包括：
2.根据权利要求1所述的光学触笔，还包括：处理器，所述处理器被编程以：
3.根据权利要求2所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以使用所述光学感测系统中的多个发光设备的位置与所述多个第一发光设备中的每个第一发光设备的所述第一调制频率的映射来确定所述光学触笔的所述位置。
4.根据权利要求3所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以通过使用所述映射将所接收的多个第一调制频率中的每个第一调制频率下的所导出的振幅与所述光学感测系统中的多个发光设备的位置相关联来确定所述光学触笔的所述位置。
5.根据权利要求2所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以使所接收的多个第一调制频率中的每个第一调制频率下的所导出的振幅随距发光设备的距离线性化。
6.根据权利要求2所述的光学触笔，所述处理器被进一步编程以使用所述光学感测系统中的多个第一发光设备群组的位置与所述群组中的每个群组内的调制频率的布置的映射来确定所述光学触笔...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·H·克拉，M·雅凯亚兹丹杜斯特，C·J·巴特勒，P·J·格尔辛格，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：
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