JP5639174B2

JP5639174B2 - 統合された視覚及び表示システム

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Publication number: JP5639174B2
Application number: JP2012525724A
Authority: JP
Inventors: パウエル，カールトン; マサルカー，プラフラ; ラージ，ティモシー; バティチェ，スティーブン
Original assignee: Microsoft Corp
Current assignee: Microsoft Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: EP2467753B1; EP2467753A4; RU2532696C2; KR20120057618A; WO2011022632A3; BR112012003867A2; US20110043490A1; KR101691248B1; WO2011022632A2; RU2012106118A; JP2013502588A; MY159236A; EP2467753A2; CA2768070A1; US8730212B2; CN102472917A

Description

本発明は、タッチセンサー式及び物体センサー式ディスプレイのための照明に関する。

[0001]視覚に基づく入力システムは、人々がコンピューターと対話することをより容易にする。特に、接触に気づいて物体を識別するコンピューターの能力は、多くの自然で直観的な入力機構を可能にする。したがって、視覚に基づく入力技術のさらなる開発はキーボードベース及びマウスベースの入力機構に対して実際的な代替手段を提供することができる。より大きな機能、簡潔さ及び設計の柔軟性については、視覚に基づく入力システムは、フラットパネル表示装置などの表示システムと空間を共有してもよい。

統合された視覚及び表示システムを提供する。

[0002]統合された視覚及び表示システムが提供される。システムは、表示面を介して見るために表示画像を送信するように構成された表示画像形成層を含む。システムはまた、表示面の法線に対して狭い範囲の角度の赤外光を画像化（image）するように構成された結像検出器（撮像検出器、imaging detector）を含む。ここで、画像化された赤外光は、表示面上又は表示面の近くに配置された１つ以上の物体からの反射を含む。システムはまた、視覚システムエミッター（vision-system emitter）及び可視で赤外線伝達可能な導光路を含む、視覚システム照明器（vision-system illuminator）を含む。視覚システムエミッターは１つ以上の物体を照らすために赤外光を放射するように構成される。導光路は視覚システムエミッターから赤外光を受信するように構成される。導光路は、全反射によって赤外光を導き、表示面の法線に対して狭い範囲の角度の外側の１つ以上の物体上へ赤外光を投影する。

[0003]以下の詳細な説明においてさらに記載される概念のうちの選択されたものを単純化された形式で紹介するために上記の概要が提供されることが理解される。特許請求された主題の重要な又は不可欠な特徴を識別するようには意図されず、特許請求された主題の範囲は詳細な説明に続く請求項によって規定される。さらに、特許請求された主題は、上記の又は本開示の任意の部分に記載のいかなる欠点を解決する実施例にも限定されない。

[0004]本開示の実施例によるワークステーションの態様を示す。 [0005]本開示の実施例による光学系の態様を示す断面図である。 [0006]本開示の異なる実施例による結合構造の態様を示す概略的な断面図である。本開示の異なる実施例による結合構造の態様を示す概略的な断面図である。本開示の異なる実施例による結合構造の態様を示す概略的な断面図である。本開示の異なる実施例による結合構造の態様を示す概略的な断面図である。本開示の異なる実施例による結合構造の態様を示す概略的な断面図である。本開示の異なる実施例による結合構造の態様を示す概略的な断面図である。本開示の異なる実施例による結合構造の態様を示す概略的な断面図である。本開示の異なる実施例による結合構造の態様を示す概略的な断面図である。 [0007]本開示の別の実施例における光学系の態様を示す概略的な断面図である。 [0008]本開示の実施例による、導光路にわたる照度対距離のプロットを示す。 [0009]本開示の実施例による、入射角の２つの範囲に対する波長の関数としてのフィルター層の反射率Ｒのプロットを示す。 [0010]本開示の別の実施例における光学系の態様を示す概略的な断面図である。

[0011]ここでは、本開示の主題は、例として及び特定の図示された実施例に関して記載される。２つ以上の実施例において実質的に同一であってもよいコンポーネントは、協調的に識別され、反復を最小にして記載される。しかし、異なる実施例において協調的に識別されたコンポーネントが少なくとも部分的に異なってもよいことに留意されたい。本開示に含まれた図面が概略的であることにさらに留意されたい。図示された実施例の図は、一般に、縮尺どおりには描かれず、アスペクト比、特徴サイズ及び特徴の数は、選択された特徴又は関係をより簡単に見られるようにするために意図的に歪められてもよい。

[0012]図１は、１つの例示的な実施例におけるワークステーション１０の態様を示す。ワークステーションは、大規模で、タッチセンサー式及び物体センサー式の（touch- and object-sensitive）表示面１２を含み、それは水平に方向づけられてもよい。この方向（配置）では、上から表示面を見て表示面と対話するために、１人以上の人が立っていてもよいし、又はワークステーションの隣りに座ってもよい。光学系１４は表示面より下に位置する。光学系は、ワークステーションのための表示機能のほか視覚に基づく入力機能を提供するように構成されてもよい。したがって、光学系は統合された表示及び視覚システムを含んでもよい。

[0013]表示機能を提供するために、光学系１４は表示面１２を通じて可視画像を投影するように構成されてもよい。視覚に基づく入力機能を提供するために、光学系は、表示面上又は表示面の近くに配置された１つ以上の物体１６、例えば、指、ゲームピース、電子装置、紙カード、食物又は飲料の少なくとも部分的な画像をとらえるように構成されてもよい。したがって、光学系は、物体を照らすように構成されてもよく、物体から反射された光を検出するように構成されてもよい。このように、光学系は、表示面上又は表示面の近くに配置されれた物体の位置、フットプリント又は他の特性を登録してもよい。

[0014]図１は、ワークステーション１０内に内蔵され、光学系１４に動作可能に結合されたコンピューター１８を示す。他の実施例において、コンピューターは、遠隔に配置及び／又は分散され、有線又は無線の通信リンクを介して光学系に結合されてもよい。位置に関係なく、コンピューターは、表示データを提供し、光学系から入力データを受信するように構成されてもよい。さらに、コンピューターは、様々な種類の情報を生むように入力データを処理するように構成されてもよい。

[0015]図２は、１つの例示的な実施例における光学系１４の態様を示す概略的な断面図である。光学系は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）制御層２２上に及び部分的にはＬＣＤ制御層２２を介して可視光を投影するように配置されたＬＣＤバックライト２０を含む。同時に、ＬＣＤバックライト及びＬＣＤ制御層は表示面１２を通じて見える表示画像を形成するように配置される。

[0016]ＬＣＤバックライト２０は、ＬＣＤディスプレイシステムでの使用のために適切に構成された任意の光源も含んでもよい；適切な明るさ増強膜、角度を制限するフィルム又は他の構造、及び１つ以上の照明プロファイリング層（illumination-profiling layers）を含んでもよい。１つの実施例において、ＬＣＤバックライトは、１つ以上のコンパクトな円筒状の蛍光性の（ＣＣＦＬ）光源を含んでもよい。別の実施例において、ＬＣＤバックライトは、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）、例えば、赤、緑及び青色ＬＥＤ、又は統合された白色ＬＥＤを含んでもよい。

[0017]ＬＣＤ制御層２２は、表示面１２を通じて見るために表示画像を送信するように構成された表示画像形成層である；それは、空間に及び時間的にＬＣＤバックライト２０からの光の強度を変調するように構成された光ゲート素子（light-gating elements）の２次元アレイを含む。１つの実施例において、光ゲート素子は、赤、緑及び青の透過ウィンドウに結合された偏光ＬＣＤ素子であってもよい。１つの実施例において、ＬＣＤ制御層及びＬＣＤバックライトは、コンピューター１８に動作可能に結合され、表示データをそこから受信するように構成されてもよい。

[0018]図２において続けると、光学系１４は結像光学素子（imaging optic）２４及び結像検出器（imaging detector）２６を含む。結像光学素子は、実質的に平面で対向する上面及び下面を有し、１度（one degree）又はより小さいくさび角度を規定する、くさび形（Ｖ字形）であってもよい。結像光学素子の上面は、表示面１２上又は表示面の近くに配置された１つ以上の物体１６から反射された光を入れるように構成されてもよい。下面は、結像光学素子の湾曲した端面に向かって反射された光の方向を変えるように構成された方向転換膜（turning film）を含んでもよい。湾曲した端面は、結像検出器２６に向けて光を集中させて反射させるように構成された反射フレネル構造をサポートしてもよい。１つの実施例において、表示面上の物体から反射した光は、結像光学素子の上面及び下面からの全反射（ＴＩＲ）によって、湾曲した端面へ及び湾曲した端面から伝播してもよい。

[0019]結像検出器２６は、表示面１２上又は表示面の近くに配置された１つ以上の物体１６からの反射を撮像（画像化）するように構成されてもよい。結像検出器は、物体の少なくとも部分的な画像をとらえて、コンピューター１８に対応する画像データを提供するように構成されてもよい。したがって、コンピューターは、結像検出器から画像データを受け取って処理し、それによって物体の位置へ応答するように構成されてもよい。１つの実施例において、結像検出器はデジタルカメラを含んでもよい。

[0020]結像検出器２６は、物体１６からのいくつかの反射を撮像し、他のものを除外してもよい。特に、結像検出器によって撮像された反射は、表示面の法線、すなわち表示面１２に垂直な方向、に対して狭い（例えば、±１０度）範囲の角度に制限されてもよい。そのような制限は、図示された構成の少なくとも３つの設計特微を考慮して可能にされてもよい。第１に、結像検出器は、結像検出器の角度的に制限された「視野」内からの光をいれて、視野の外からの光を拒絶するように構成された開口部を含んでもよい。第２に、くさび形の結像光学素子２４は、本質的に、上面から結合する光の受信コーンを、比較的狭い範囲の角度（例えば、２〜３度）に制限してもよい。結像光学素子は受信コーン対光学系にわたる位置の指示角度の観点から実質的にテレセントリックであり、指示角度の変化は上面にわたる任意の位置において面の法線の１０度以内であってもよい。第３に、結像光学素子は受信ウィンドウにおける位置空間を出口ウィンドウの角度空間へマッピングするように構成されてもよく、結像検出器のレンズが配置されてもよい。結像光学素子及びレンズにより示される角度マッピング（出口ウィンドウにおける角度の内容を結像検出器における空間の内容に戻すよう変換する）に対する位置により、表示面が結像検出器上に画像化されてもよい；したがって、結像検出器によって画像化された視野は、表示面の画像を含む。表示面１２上又は表示面の近くの物体１６からの反射が、大きな（例えば、ランバート（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ））角度を内在させて、実質的に拡散してもよいので、表示面１２に対して実質的に垂直な、物体から下方へ反射された光は結像され得るが、表示面に関してより大きな入射角の光は結像されなくてもよい。以下にさらに記載されるように、そのような構成は、視覚システム照明器から下方への光散乱による取得された画像における望ましくないコントラストの低減を回避するのに役立ち得る。

[0021]結像検出器２６は、例えば、１つ以上の波長帯域に対する結像検出器の応答を制限するために開口部の前に配置された、１つ以上の光フィルター、色フィルターや干渉フィルター、を含んでもよい。光フィルターは、ハイパスフィルター、ローパスフィルター又はバンドパスフィルターを含んでもよい；それらは、例えば、赤外線を伝達し、可視光を吸収し、及び／又は可視光を反射してもよい。１つの実施例において、１つ以上の光フィルターは、以下にさらに記載されるように、視覚システム照明器によって放射される狭い波長帯域に対する結像検出器の応答を制限するように構成されてもよい。

[0022]図２は、光学系１４の単なる１つの実施例を示す。他の実施例において、結像光学素子２４及び結像検出器２６は、短距離（short-throw）結像検出器のタイリングで置き換えられてもよく、各々が表示面１２の局所的な部分からの画像をとらえてもよい。したがって、コンピューター１８は、結像検出器の各々から画像を受信して、組み合わされた画像をそこから組み立てるように構成されてもよい。さらに他の実施例において、オフセット画像化構成が、表示面上又は表示面の近くに配置された物体を撮像するために使用されてもよい。

[0023]続けて図２において、光学系１４は視覚システム照明器２８を含む。視覚システム照明器は、表示面上又は表示面の近くに配置された物体を照らし、それによって、上述のように、物体からの反射の際に検出される光を供給するように構成される。図示された実施例において、視覚システム照明器は、視覚システムエミッター３０、導光路３２及び結合構造３４を含む。

[0024]視覚システムエミッター３０は赤外光を放射するように構成されてもよい。１つの実施例において、視覚システムエミッターは、８５０ナノメートルに中心がある狭い波長帯域の光を放射してもよい。したがって、視覚システムエミッターは、導光路３２の１つ以上の側面又は端に沿って配置された赤外光を放射するダイオード（ＩＲ−ＬＥＤ）のアレイを含んでもよい。１つの実施例において、ＩＲ−ＬＥＤは、導光路の１つのエッジに沿って互いに１０〜２０ミリメートルの間隔だけ離れて配置されてもよいが、異なる間隔が同様に考えられる；別の実施例において、ＩＲ−ＬＥＤのアレイは導光路の反対側の端に沿って分散されてもよい。

[0025]導光路３２は、対向する上面及び下面を有して視覚システムエミッター３０から赤外光を受信するように構成された、シート状の又はくさび形のモノリス（monolith）を含んでもよい。導光路をより具体的に示す後の図面において、参照番号３６はシート状の導光路を識別するために使用され、参照番号３８はくさび形の導光路を識別するために使用される。続けて図２において、導光路は、１つ以上の赤外波長帯域及び１つ以上の可視波長帯域において伝達可能な材料から形成されてもよい。特に、当該材料は、視覚システムエミッター３０によって放射される少なくともいくつかの波長及びＬＣＤバックライト２０によって放射される少なくともいくつかの波長を介して伝達可能であってもよい。導光路は、上面及び下面からＴＩＲによって赤外光を導き、結像検出器２６により受け入れられる狭い範囲の角度の外の物体１６に赤外光を投影するように構成されてもよい。

[0026]結合構造３４は、視覚システムエミッター３０から導光路３２へ光を部分的に集中し結合するように構成された収集光学素子（collection optics）の任意の構成であってもよい。結合構造のいくつかの実施例は、図３から１０に関して、以下に記載される。各実施例において、視覚システムエミッターからの発散する光が集められて導光路へ結合されるように、視覚システムエミッター、結合構造及び導光路の相対的な構成及び材料特性が選択されてもよい。

[0027]続けて図２において、光学系１４は保護層４０を含む。保護層は、導光路３２について記載されるような実質的に可視光及び赤外光を伝達可能な材料から形成されたシートを含んでもよい。図示された実施例において、保護層の上面は、周囲光の鏡面反射を弱めるように構成される、弱い拡散層４２を含む。他の実施例において、保護層は任意の適切な反射防止膜を含んでもよい。図示された実施例において、保護層４０は、適度な拡散層４４を介してＬＣＤ制御層２２に結合され、それは表示面１２を通じて視界から光学系の様々な内部コンポーネントを覆うか又は不明瞭にするように構成される。１つの実施例において、適度な拡散層は、表示照明の角拡散を３５〜４５度のＦＷＨＭのオーダーで提供して、光学系の内部コンポーネントを見る人にとって目立たなくしてもよい。

[0028]図２に示されるように、ＬＣＤ制御層２２は導光路３２と表示面１２との間で層状にされてもよい。しかし、本開示と完全に一致する他の構成が異なる構成の層を提示し得ることが理解される。特に、導光路は、表示画像形成層と表示面との間で層状にされてもよく、例えば、以下にさらに記載するように、ＬＣＤ制御層からの照明損失を低減するために、導光路は、ＬＣＤ制御層より上に配置されてもよい。また、いくつかの実施例において、保護層４０並びに拡散層４２及び４４のうちのいずれか又はすべては、光学系から省略されてもよく、これらの層の機能は光学系の他のコンポーネントへ含められる。

[0029]図３は、１つの例示的な実施例における結合構造の態様を示す概略的な断面図である。図示された結合構造はロッドレンズ４６及びコーナープリズム４８を含む。コーナープリズムの直角三角形の面（hypotenuse face）は、導光路３２の下面にぴったりくっついて、導光路の下面のエッジの近くにそれと平行して、光学的に結合される。ロッドレンズは、導光路より下で且つ導光路の下面の端と並行して、コーナープリズムの基礎面とそろえられる。コーナープリズムの基礎面に対して、視覚システムエミッター３０は、ロッドレンズの正反対に反対側に配置される。１つの実施例において、ロッドレンズ及びコーナープリズムはアクリル又はポリカーボネートから形成されてもよい。例えば、ロッドレンズは直径３ミリメートルの押出成形されたアクリルロッドであってもよい。

[0030]この実施例及び後の実施例において、ロッドレンズ４６は、視覚システムエミッター３０によって放射された光のコーンを狭めるように構成され、その結果、光の大部分は、導光路の上面及び下面からの比較的わずかな反射とともに、対称の導光路３２の水平面を通じて及びそれとほぼ並行して送信される。いくつかの実施例において、同じロッドレンズ４６は、複数の視覚システムエミッターからの光を導光路へ結合する働きをしてもよい。この配置は図４からより容易に見られ、実施例の下からの平面図を提供する。１つの実施例において、ロッドレンズは、導光路の下面のエッジにわたってもよい。他の実施例は、ロッドレンズ、及び導光路の２つの対向する下面エッジの各々に沿って方向づけられたコーナープリズムを含んでもよい。ロッドレンズを含む実施例において、導光路の水平面に実質的に垂直な次元の光のみがより低い発散へと集められ、したがって、水平面中の光の横の広がりは短い光路にわたって生じ、それは、幾つかの場合に、導光路に沿った最短の光路において高い均一性を達成するのに役立ち得る。ドームレンズが集束を提供する（下記参照）他の実施例において、光は二次元に集められ、したがって、導光路の横寸法にわたって同様のレベルの均一性を達成する前に導光路に沿ったより長い光路を必要としてもよい。

[0031]図５は、別の例示的な実施例における結合構造の態様を示す概略的な断面図である。図示された結合構造はロッドレンズ４６及びフレネルプリズム５０を含む。フレネルプリズムは、導光路３２の下面にぴったりくっついて、導光路の下面のエッジの近く及びそれと並列に、光学的に結合される。ロッドレンズは、導光路より下に、導光路の下面のエッジと並行して配置され、フレネルプリズムへ光を結合するように構成される。１つの実施例において、ロッドレンズは、導光路の下面のエッジにわたってもよい。他の実施例は、導光路の下面の２つの対向するエッジの各々に沿って方向づけられるロッドレンズ及びフレネルプリズムを含んでもよい。他の実施例において、プリズム回折格子はフレネルプリズムの代わりに使用されてもよい。さらに他の実施例において、プリズム回折格子は組み合わされた光パワーのレンズ状アレイによって補完されてもよい。

[0032]図６は、別の例示的な実施例における結合構造の態様を示す概略的な断面図である。図示された結合構造は、ロッドレンズ４６及び銀色の（銀めっきされた）直角三角形の面を有するコーナープリズム５２を含む。コーナープリズムの基礎面は導光路３２の端面にぴったりくっついて整列される。ロッドレンズは、導光路の下に、導光路の下面のエッジと並列して、コーナープリズムの隣接した基礎面にそろえられる。１つの実施例において、ロッドレンズは、導光路の下面のエッジにわたってもよい。他の実施例は、導光路の対向する端面に沿って方向づけられた２つのロッドレンズ及び２つのコーナープリズムを含んでもよい。さらに、他の実施例は、銀めっきされず、折り目においてＴＩＲを使用する直角三角形の面を有するコーナープリズムを含んでもよい。そのような場合、光の収集発散は、高い結合効率を維持するために低くてもよい。

[0033]図７は、別の例示的な実施例における結合構造の態様を示す概略的な断面図である。図示された結合構造は、ロッドレンズ４６及び銀めっきされた傾斜した面を有する台形プリズム５４を含む。台形プリズムの長い基礎面は対向する第１及び第２の端部領域を含む。長い基礎面の第１の端部領域は導光路３２の端面にぴったりくっついてそろえられる。長い基礎面の第２の端部領域は、導光路の下に、導光路の下面のエッジと並行して、ロッドレンズとそろえられる。１つの実施例において、台形プリズムはアクリル又はポリカーボネートから形成されてもよい。１つの実施例において、ロッドレンズは導光路の下面のエッジにわたってもよい。他の実施例は、ロッドレンズ及び導光路の２つの対向する端面の各々に沿って方向づけられる台形プリズムを含んでもよい。さらに別の実施例において、結合構造は、銀めっきされない傾斜した面を有する台形プリズムを含んでもよい。

[0034]図８は、別の例示的な実施例における結合構造の態様を示す概略的な断面図である。図示された結合構造はロッドレンズ４６を含む。ロッドレンズの軸は導光路３２の水平の対称面にあり、導光路の端面と並列に方向づけられてもよい。１つの実施例において、ロッドレンズは、導光路の端面にわたってもよい。他の実施例は、導光路の２つの対向する端面の各々に沿って方向づけられたロッドレンズを含んでもよい。

[0035]図９は、別の例示的な実施例における結合構造の態様を示す概略的な断面図である。図示された結合構造はロッドレンズ４６及びレンズ状アレイ５６を含む。ロッドレンズは、導光路３８の傾斜した端面の近く及びそれと平行に方向づけられてもよい。１つの実施例において、レンズ状アレイは膜に埋め込まれてもよく、それは導光路の傾斜した端面に接合される。他の実施例において、ロッドレンズは、一次元の合成の放物線の集光器（compound parabolic concentrator）（ＩＤ−ＣＰＣ）で置き換えられてもよい。さらに他の実施例において、レンズ状アレイは、組み合わされた光パワーについてＩＤ−ＣＰＣ収集器で補われてもよく、１つの実施例において、ＩＤ−ＣＰＣはロッドレンズとレンズ状アレイの両方に取って代わってもよい。

[0036]図９に示された結合構造は、くさび形の導光路３８の傾斜した端面へ光を結合するためにとりわけ使用されてもよく、その結果、図面に示されるように、導光路へ結合された光が上面を介して出る。この構成において、上面を出る光の空間的な均一性は、傾斜した端面へ結合する光の角度の均一性と関連する。したがって、結合構造が入射角に応じて高度に均一な光入力を提供することが望ましい。図９の実施例において、これは、レンズ状アレイ５６及び／又は制限された範囲及び角度にわたって高い角度均一性をもって光を投影するＩＤ−ＣＰＣを選択することにより達成される。さらに、ロッドレンズ４６は、レンズ状アレイの出口コーンよりいくらか鋭い様々な角度にわたって光を集めるように選択されてもよい。

[0037]上記に記載された結合構造の実施例は、１次元のみに光パワーを有する収集光学素子（ロッドレンズ、プリズム、レンズ状アレイ、ＩＤ−ＣＰＣ収集器及び回折格子）を含む。したがって、これらの収集光学素子は、１次元のみで視覚システムエミッター３０から光を収集する。したがって、図４の平面図の例によって示されるように、それらは、エッジに配置された複数の視覚システムエミッターから光を集めるように、導光路の全エッジ長にわたってもよい。しかし、他の実施例において、結合構造は、例えば、ドームレンズ及び２Ｄ−ＣＰＣ収集器など、二次元に光パワーを有する類似した収集光学素子を含んでもよい。そのような実施例において、結合構造は、対応する一連の視覚システムエミッターに結合され、導光路３２にさらに結合れた、一連の収集光学素子を含んでもよい。そのような配置は図１０の例によって示され、収集光学素子５８は２Ｄ収集光学素子を含む。

[0038]上で識別された様々な収集光学素子は導光路への改善された結合効率を提供し得るが、それらがすべての場合に必要ではないことに留意されたい。例えば、導光路３２の端において結合する場合、高い結合効率は、収集光学素子の使用なしに、より高い角度広がりの結合された光により達成されてもよく、拡散光抽出層（下記参照）は、光がより低い発散で収集される場合と比較して、著しく拡散の少ない強度を提供しなければならない。これは、より多くの光がより大きな数の反射にさらされるからである。しかし、光が導光路の底部側から結合される構成において、光が著しく低い発散で集められない場合、結合損失がもたらされ得る。

[0039]ここで図９に戻ると、くさび形の導光路３８は、実質的に平面の対向する上面及び下面を含む。上面及び下面は、いくつかの例において、０度と１度との間であってもよいくさび角を定義する。等しくない高さの対向する第１及び第２の端面は、上面及び下面に隣接して配置される。図９に示されるように、視覚システムエミッター３０からの赤外光は、結合構造を介して導光路に入り、ＴＩＲによって導光路を伝播する。光は第１の端面から第２の端面に向かって導かれ、臨界前の（subcritical）入射角で上面又は下面に達し、実質的に平行にされた導光路の上面から屈折させられる。

[0040]図９に示された実施例において、対向する上面又は下面に関する結合された光の入射角は、各反射の際にくさびの半分の角度の２倍だけ低減される。その結果、光が入る端面における入射角は光が漏れる上面又は下面に沿った位置にマッピングされることになる。ＴＩＲ条件に反する光のみが導光路を出るので、導光路から投影されるすべての光は、通常、導光路媒体の屈折率、導波路を囲む媒体（例えば、空気）の屈折率、入射端面における光の角度、並びに、より高次において、くさびの厚さ及びくさび結合面における入射光の垂直の位置によって決定されるような臨界角から数度以内の、高い角度で出る。したがって、光の大部分が比較的大きな出射角（exit angle）で導光路を出るように、これらのパラメーターが選択されてもよい。結像検出器２６に入れることができる視覚システム照明器からの散乱光の量を最小化するので、大きな出射角を提供することは有利である。さらに、上述のように、大きな値のθで導光路の上面から漏れる光束の空間分布が、導光路へ結合する光束の角度分布によって制御されることを示すことができる。

[0041]図１１は、別の例示的な実施例における光学系の態様を示す概略的な断面図である。図８に示されるように、光学系６０は、シート状の導光路３６及び結合構造３４を含む。図１１に示された実施例において、導光路は、ショットガラス社の製品である約３ミリメートルの厚さのＢ２７０ガラスのシートを含んでもよい。この製品は、８５０ナノメートルにおいて１メーターの経路長あたり５４〜５０パーセントの透過率を有する。

[0042]導光路３６は、実質的に平面で対向する上面及び下面、並びに当該上面及び下面に隣接する、実質的に等しい高さの対向する第１及び第２の端面を含む。視覚システムエミッター３０からの赤外光は第１の端面から第２の端面に向かって導かれる；対向する面からの反射によって、導光路へ結合される赤外光は、ＴＩＲによって導光路を通じて伝播する。さらに以下に記載されるように、ＴＩＲ条件は様々な方法で破綻して（すなわち、妨げられ）、上面及び下面において様々なモードの接触及び／又は物体検出につながってもよい。

[0043]例えば、導光路３６又は導光路が光学的に結合される保護層４４の上面上の指を利用することは、ＴＩＲ条件を妨げて、光が導光路から逃げて指に反射することを可能にする。次いで反射された光は面の法線に関して比較的小さな角度で導光路を介して後方に伝播してもよく、結像検出器２６によって結像されてもよい。さらに、反射された光束が指と導光路の上面との間の接触領域に依存するので、結像検出器に動作可能にリンクされたコンピューターは、１つ以上の物体と表示面との間の増加する又は減少する接触領域に対して応答するように構成されてもよい。このように、コンピューターは、接触イベント及び／又は継続して加えられる圧力に応答して、表面に与えられた圧力を検出し、ボリュームを上げたり写真上でズームインしたりするなど、適切な動作をとってもよい。

[0044]上述の接触検知のモードは、接触する物体によって光学的に「湿らせられている」導光路の面に依存する。しかし、多くの物体は、それらの材料特性又はトポロジーのため、それらが接触して配置される表面を確実には湿らせない。さらに、視覚システムが、表示面の近くにあるが接触していない物体を検知することができることが望まれてもよい。したがって、物体検知のより一般化されたモードが構想され、それは上述の接触検知の代わりに又はそれに加えて実行されてもよい。以下にさらに記載されるように、ＴＩＲ条件は、検出される物体からの接触がないときは、制御された程度に妨げられてもよい。したがって、本明細書において記載された光学系は、接触検知ベースの表示面の検知及び追跡のほか、視覚ベースの表示面の検知及び追跡を可能にするように構成されてもよい。

[0045]したがって、光学系６０において、拡散層６２は、導光路３６の上面において、上面及び下面と平行して配置される。拡散層は、導光路の上面とその上の層、図示された実施例における保護層４４、との間の界面において部分的にＴＩＲを妨げる。拡散層とインタラクトすることにより、ＴＩＲによって他の方法で導光路を通じて導かれるいくらかの光は、臨界超過の入射角を得て、それは、その光が導光路から漏れることを可能にする。漏れる光は、ＴＩＲが妨げられる界面に関して上方又は下方へ移動してもよい。上方へ移動する光は、表示面１２上又は表示面の近くに配置された１つ以上の物体１６を照らしてもよい。

[0046]拡散層６２が下面又は上面のいずれに配置されても、ＴＩＲの妨げ（フラストレーション）及び導光路３６からの光の上方への漏れが生じ得る。拡散層が導光路の下面上に配置される実施例において、介在するエアギャップ又は他の低屈折率層は、光学的に導光路を分離して下の層への光結合の損失を防ぐため、ＴＩＲ条件が適度に小さな入射角を介して広がることを保証するために使用されてもよい。表示コントラストを低下させる弱い拡散効果が表示層からの拡散部の距離の低減とともに減少するので、導光路の下面上に拡散層を配置することによって、可視表示光に対してコントラスト損失が低減されるという利点がもたらされる。さらに、導光路の下面に配置された表面レリーフ（surface-relief）型の拡散層を使用する場合、１つの顕著な利点は、漏れる光における方向の偏り（directional bias）である。具体的には、上面に向かって漏れる光束は、反対方向に漏れる光束に比べて２０〜３０パーセントだけ大きくなり得る。このように、漏れる光は、より効率的に、表示面１２上の物体を照らすことができる。

[0047]１つの実施例において、拡散層６２は、導光路３６上又は導光路内の三次元ボリュームにおいて複数の光拡散特性が分散される、ボリューム型（volume-type）の拡散層を含んでもよい。一つの例において、ボリューム型の拡散層は、分散されて固定される粒子などの、制御された密度の光散乱中心を有する軟質（柔軟な）フィルムを含んでもよい。軟質フィルムは、屈折率が一致した（index-matched）接着剤によって、又は任意の他の適切な方法で、導光路の上面又は下面に接合されてもよい。１つの例示的なボリューム型拡散フィルム層は、フュージョンオプティクス株式会社の製品ＡＤＦ０５０５である。

[0048]導光路３６の上面に配置される時、ボリューム型の拡散層６２は特定の利点を有する。ボリューム型の拡散層がこのように配置される場合、導光路は介在するエアギャップなしで上の層に直接取り付けられてもよい。エアギャップを省略することは、拡散特性が光学的濡れ（optical wetting）によって低減され得る表面レリーフ型（以下参照）の拡散層にとって有利ではないかもしれない。エアギャップの除去はエンジニアリングの見地から有用である；さらに、それは、階層構造における周囲光のフレネル反射によって引き起こされる特定の光学的アーティファクトを低減し得る。しかし、下面と、拡散層が導光路の最上面に直接積層されるとしても、ＬＣＤ制御層２２の上側に積層され得る適度な拡散部（図１１に示されない）との間にエアギャップがなお使用されてもよいことに留意されたい。この場合、光学系の様々なエア・インターフェース（空気界面）のうちのいずれかにおける反射防止膜は、周囲光の反射によりコントラストの損失を減少させるのを支援するために使用されてもよい。

[0049]別の実施例において、拡散層６２は、導光路３６上又は導光路内の二次元表面上に複数の光拡散機構（光拡散機能、light-diffusing features）が配置される表面レリーフ型の拡散層を含んでもよい。例えば、拡散層は、凹面及び凸面の小型レンズ、くぼみ又は突起の周期的又は非周期的なアレイを含んでもよい。これらは、漏れる光の正確な制御を提供する、抽出機構として使用することができる。１つの実施例において、表面特性は、導光路上に直接成形されてもよい。適切な成形技術は、例として、熱成形及びｕｖ一体成形を含む。別の実施例において、そのような特徴があるフィルムは、導光路の面上に積層されてもよいし、（例えば、熱プレス圧延によって）その上で広げられてもよいし、スクリーン印刷によって形成されてもよい。スクリーン印刷は、特に、低い先行投資コストのほか低い生産量コストを提供することができる例示的な選択肢である。そのような場合、いくつかの拡散技術に関連付けられる問題のある設備を一新するコストを回避することができる。さらに、スクリーン印刷方法、圧延方法及び類似した方法は、代替的な方法によって要求される積層の数を１つ減らし得る。圧延又はスクリーン印刷により適用することができる表面特性は、ホワイトＴＩＲ−回避（white TIR-frustrating）ドット、マイクロドット又は拡散パッドを含む。他の実施例において、ドット、マイクロドット又は拡散パッドは、導光路内に埋め込まれた二色性コーティングを施した表面レリーフなど、明らかに透明だが赤外反射性のものであってもよい。

[0050]反射防止膜で覆われる場合、下面上に配置された拡散層は、周囲光を拡散する傾向がより少なくなって、全体のクリーナー及びより乳状でない外観を有する表示面を提供してもよい。このコンテキストにおいて、任意の拡散層が表示面の前に置かれる場合に、表示コントラストが低減され得ることが理解される。所与の拡散部がさらに表示面から遠ざけて平面に配置されるにつれて、表示コントラスト損失は増加し得る。また、所与の分離距離について、表示コントラスト損失は拡散層の拡散強度が増加するにつれて増加する。周囲光の反射によるコントラスト損失を低減するのに役立つように、拡散器を介して表示層を見ることにより引き起こされる直接的な画像の劣化とは対照的に、反射防止コーティングは、エアギャップの両側−（導光路の下面上に積層又は成形された）拡散部の下面、及び表示の最上面に配置又は積層された適度な拡散部の上面−に適用されてもよい。導光路の下面に配置された表面レリーフ型拡散部を使用する場合、１つの顕著な利点は、最下段の方へ漏れる光エネルギーと比較して、３０％も、上方への散乱光に方向の偏りがあることを含み、したがって、表示面１２上又は表示面の近くの物体に向かって投影される光の使用の効率を増加させる。

[0051]ボリューム型及び表面レリーフ型の拡散層からの光の拡散は、数学的に記述することができる。そのような拡散をモデル化する場合、方向余弦空間において回転対称であって拡散強度σによって決定される幅を有するガウス分布によって、実質的に平面の拡散層の特徴を表すことが便利である。したがって、所望の目標σは、以下に述べられるような予期された要求される正常な透過分布プロフィールと関連してもよい。

[0052]ボリューム型の拡散層について、ｎ個の等しいガウス分布の畳み込みは、

をもたらし、ここでθ_ｉは各層の角散乱プロフィールの半値全幅（ＦＷＨＭ）であり、θはすべての拡散層が等しいという仮定の下での同じ角度幅を表し、θ_ｅｆｆは等しい拡散プロフィールを有するｎ個の隣接層についての結果として生じる有効角散乱プロフィールである。拡散媒体の内部で、光路は表面の法線に対して、ファクターｃ_ｐだけ増加され、ここで

であり、θ_ａｖｇはｎ個のガウス分布の平均である。ボリューム型拡散層について、光路は２倍になり、したがって、

及び、また

である。任意の適切な光線追跡（レイトレース）ユーティリィティによってモデル化する場合、角拡散はσによって定義される幅を有するガウス分布の観点から定義される。そのような場合、σは次の関係を使用して、有効ＦＷＨＭの角度幅へと変換することができる：

また、空気中の対応する有効角度幅は次のように推定することができる

したがって、ボリューム型拡散層の空気中の所望の正常な出口（exit）プロフィールは、

である。
そのような方法で、導光路の出口面にわたる所与の出力均一性を達成するための目標の拡散特性（σによって定義される）は、所与の導光路の厚さ、相互作用長、材料吸収損失、及び結合される光の指示及び発散について計算されてもよい。いくつかの拡散部が正常な入射及び空気における角散乱プロフィールについて特徴づけられるので、その後、結果として生じるσは、適切な拡散層を選択するために、より物理的な設計基準（design metric）へと変換されてもよい。最後に、上記の分析はガウス分布に対応するものでるので、ガウス分布からの角散乱プロフィールの大きなずれ（departure）は、上記のモデル化において使用される有効角度幅に影響を及ぼし得る。そのような場合、ボリューム型拡散層として、プロフィールは、Ｈｅｎｙｅｙ−Ｇｒｅｅｎｓｔｅｉｎプロフィールによってより適切に記述され、プロフィール内のエネルギーの半分がプロフィールのＦＷＨＭをわずかに超える角度幅内に存在し従ってエネルギー分布に基づいて追加のファクターを要求するように、プロフィールを示してもよい。しかし、目標σがモデル最適化によって一旦決定されると、上に記載されるようなシグマ値のそのような返還は、正常な入射及び空気中において拡散層に要求される拡散特性についての適度に近接した記述を提供してもよく、その結果、適切な拡散層が導光路について選択されてもよいと考えられる。

同様に、表面レリーフ拡散層について、

である。
媒体内部のモデルについて、測定された半値全幅を使用して、平均の角度において、

である。
ここで、正常な入射における予期される透過応答が決定される、

最後に、次の関係が得られる：

[0053]上記の理論の適用は、本発明において考えられる様々な実施例における、σの適切な値の、拡散層６２についての意味のある角散乱プロフィール幅への転換のためのガイダンスを提供する。一例において、図３に示す結合構造の実施例により、導光路からの均一な照明を提供するためのσの計算された最適値は、コーナープリズムの内角に強く依存し、その値は、６０度の内角の隣接したロッドレンズ４６についての０．０３５から７５度の内角についての０．０６へと変化する。

[0054]導光路の出口面における均一性分布に影響を及ぼす追加のパラメーターは、導光路の厚さｔ、拡散部相互作用領域の長さＬ、視覚システムエミッター波長における材料吸収、及び導光路へ結合される光の角度分布を含む。予期され得るように、光の抽出の割合は、光導管（light-conduit）／拡散層界面における反射の数が増加するとともに、所与の距離にわたって増加する。そのため、より厚い導光路と比較して、より薄い導光路は、所与の距離にわたってより多くの反射を示し、したがって、それほど強い拡散層を必要としない。同様の理由から、より長い領域Ｌにわたる相互作用はより強くない拡散層を必要とする。さらに、材料吸収による減衰は所与の距離にわたって増加した割合で光損失を引き起こし、したがって、均一性を維持するために、それほど強くない拡散層を必要とする。導光路へ結合された光の角度の内容は、所与の厚さについて光が経験する反射の数に影響を与え、したがって、拡散層が導光路の下面に結合される実施例において、より弱い拡散器の必要性を指示する。そのため、出口面における均一性を維持するために、より少ない拡散能力がより高い入力角度に対して必要とされる。

[0055]１つの実施例において、拡散層６２は、結合構造中の１つ以上の収集光学素子から−例えば図１１のロッドレンズ４６から−の距離に応じて一様に拡散してもよい。それは、くぼみ、ドット、小型レンズなどが同様のサイズ、焦点特性及び／又は拡散能力であり、均一に間隔を空けられた、均一に形成されたボリューム型拡散層又は表面レリーフ型拡散層を含んでもよい。そのような実施例において、導光路３６の上面を漏れる光束は、結合構造の近くで最大になり、結合構造からの距離が増加するにつれて指数関数的に減衰する。

[0056]そのような拡散層が使用され、光が導光路３６の単一の端面へ結合される実施例において、照明は、光が受け取られる導光路の端部に向かってより強くなってもよい。そのような拡散層が使用されるが、光が導光路の２つの対向する端面へ結合される実施例において、結果として生じる照明は、より均一であってもよいし、いくつかの用途にとっては十分に均一かもしれない。

[0057]しかし、さらに大きな均一性の照明を提供するために、拡散層の光拡散強度σが結合構造からの距離に応じて変化する実施例が考えられる。例えば、光拡散強度は結合構造からの距離が増加するにつれて増加してもよい；拡散層は結合構造の最も近くで拡散が最小となってもよく、結合構造からの距離が増加するにつれてより拡散しやすくなってもよい。この種の段階的な拡散層は、結合構造からの距離が増加するにつれて拡散中心の密度が増加する不均一に形成されたボリューム型拡散層を含んでもよいし、又は、結合構造からの距離が増加するにつれて、くぼみ、ドット、小型レンズなどが一連の増加するサイズ、増加する拡散能力又は減少するピッチで配列される、表面レリーフ型拡散層を含んでもよい。導光路の対向する端部へ光が結合される実施例において、拡散層の光拡散強度は、対向する端部の最も近くでより弱くなってもよく、導光路の中間部分においてより強くなってもよい。ある場合には、導光路の出口面にわたって高い均一性を達成するのに必要な拡散強度における変化は、実質的にガウス分布の形状であって、ゼロでないバイアスを有してもよい。

[0058]結合構造からの距離に応じて拡散層６２の光拡散強度が変化する実施例において、変化は連続的であってもよく、拡散中心密度、表面レリーフ機構の特性などの連続的な変化に起因する。他の実施例において、光拡散強度の変化は離散的なステップで実現されてもよく、これらの特性の段階的な変化に起因する。例として、図１２は、下面に段階的な可変の拡散層が適用される導光路についての放射照度データのグラフを示す。この例において、拡散層は、光が導光路へ結合される、導光路の対向する端面と平行に並べられた等しい幅の１０個のストライプ形状のゾーンを含む。ここで、ストライプ形状のゾーンの光拡散強度σは、導光路の１つの端から中間まで、０．０７５、０．０７６、０．０８８、０．１１０、０．１４０と連続して増加し、次いで他方の端へと０．１４０、０．１１０、０．０８８、０．０７６及び０．０７５と連続して減少する。図１２のグラフでは、導光路から投影された光の相対強度は垂直軸上にプロットされ、導光路にわたる拡散ゾーンの観点からの距離は水平軸上にプロットされる。平均強度は導光路にわたってかなり一定であるが、ゾーン間の移行に関連付けられる強度のくぼみが見られることに留意されたい。拡散強度が段階的なものとは対照的に導光路にわたって連続的な形で変化する場合、導光路にわたる出力の均一性はさらに改善され得る。

[0059]ここで図１１に戻ると、拡散層６２は、一般に、同程度の上向き及び下向きの光束で、光を導光路３６から漏れさせる。撮像（結像）検出器に達する下方へ散乱された光による大きなコントラスト損失を回避するために、漏れる光の出射角が十分に大きく、撮像検出器２６の視野が十分に小さくてもよいが、再利用するためのなんらかの手段がない限り、そのような光は浪費されるままである。したがって、いくつかの実施例においては、導光路は、拡散層に対して平行に及び拡散層の表示面とは反対側に配置された、反射及び透過フィルター層を含んでもよい。当該フィルター層は、より低い入射角の光に対するよりも、大きな入射角の光に対して、反射が大きく透過が小さくてもよい。さらに、フィルター層は、可視光に対するよりも赤外光に対して反射が大きく透過が小さくてもよい。

[0060]したがって、図１１に示された実施例は、導光路３６の下面に配置されたフィルター層６４を含む。上述のように、フィルター層は波長選択的な透過率及び反射率を示すように構成されてもよい。特に、フィルター層は、例えば、１つ以上の可視の波長帯域において実質的に透過し、比較的小さな入射角の入射光に対するよりも、比較的大きな入射角の入射光に対して、反射がずっと大きくてもよい。そのような特性は、２つの範囲の入射角に対する波長に応じて反射率Ｒがプロットされる図１３の例によって示される。導光路の下面に適用されると、フィルター層は、そうでなければ導光路の下面から漏れて表示面１２上の物体１６の照明には使用不能であろう下方に拡散された光の向きを変えることにより、物体照明の効率を５０〜１００パーセント増加させ得る。

[0061]フィルター層６４は干渉コーティングを含んでもよい。１つの実施例において、フィルター層は、屈折率が制御された複数の薄い（１０〜１００ナノメートル）層が互いに積み重ねられた、ダイクロイック（二色性）フィルターの構造を有してもよい。別の実施例において、フィルター層は、材料の屈折率が制御された方法で連続的に変化する、ルゲート（rugate）フィルターの構造を有してもよい。１つの実施例において、フィルター層は、それが適用される導光路界面（インターフェース）において位相整合を示すように設計されてもよく、その結果、フレネル反射が最小化される。この場合、導光路３６は、積層界面においてＴＩＲ条件を維持しつつ、別の基板上に積層されてもよい。フィルター層を積層と組み合わせることによって、視覚システム照明器の効率を増加させつつ、ハイコントラストな表示画像を提供することが可能となる。さらに、積層は、層状の光学系の剛性（rigidity）を増加させて、全体的により薄い設計を可能にし、それによって視覚システムの忠実度を改善することができる。

[0062]図１４は、別の例示的な実施例における光学系の態様を示す概略的な断面図である。光学系６６において、シート状の導光路３６自体が保護層として機能する。この実施例において、導光路はＬＣＤ制御層２２より上に配置される。表示面１２上又は表示面の近くの物体の効率的な照明のために、表面レリーフ型拡散層６２が導光路の下面に配置され、導光路を光学的に分離するために薄いエアギャップが提供される。

[0063]続いて図１４において、適度な拡散層４４がＬＣＤ制御層２２の最上面に積層され、視覚システムが、実質的に上述されるように、ＬＣＤ制御層より下に配置される。各々が他の実施例のコンテキストにおいて上に記載される少なくとも３つの設計態様を考慮して、図１４に示された構成は、表示面１２上又は表示面の近くに配置された物体の非常に効率的な照明を提供する。第１に、ＬＣＤ制御層は導光路の照明路の外部に配置され、投影された光の減衰を引き起こさない。第２に、表面レリーフ型拡散層６２が導光路の下面に配置され、表示面に向かって照明を偏らせる。第３に、フィルター層６４は拡散層より下に配置され、物体を照らすのに有用となるように、下方の方向に拡散する十分な量の光の向きを変えるように構成される。

[0064]最後に、本明細書において記載された項目、システム及び方法は本来例示的なものであり、多数の変更が考えられるので、これらの特定の実施例又は例は限定する意味で考えるべきでないことが理解される。したがって、本開示は、本明細書において開示された様々なシステム及び方法のすべての新規で非自明な組み合わせ及びサブコンビネーションのほかそれらのすべての等価物を含む。

Claims

表示面を介して見るために表示画像を送信するように構成された表示画像形成層と、
前記表示面の法線に対して狭い範囲の角度の赤外光を結像するように構成された結像検出器であって、前記結像される赤外光は前記表示面上又は前記表示面の近くに配置された１つ以上の物体からの反射を含む、結像検出器と、
前記１つ以上の物体を照らすために、前記赤外光を放射するように構成された視覚システムエミッターと、
対向する上面及び下面並びに対向する端面を有する可視光及び赤外光を伝達可能な導光路であって、前記導光路上又は前記導光路内に配置されて前記上面及び下面に平行なボリューム型の拡散層を有し、前記視覚システムエミッターからの前記赤外光を受信し、前記上面及び／又は下面からの全反射を介して１つの端面から対向する端面に向かって前記赤外光を導くとともに、前記ボリューム型の拡散層による全反射の妨げによって前記１つ以上の物体上へ前記赤外光を投影するように構成され、前記ボリューム型の拡散層は３次元に分散された複数の光拡散特性を含む、導光路と
を具備する統合された視覚及び表示システム。
前記導光路は前記表示画像形成層と前記表示面との間で層状にされる請求項１に記載のシステム。
前記表示画像形成層は前記導光路と前記表示面との間で層状にされる請求項１に記載のシステム。
前記視覚システムエミッターは、前記導光路の１つ以上の端に沿って配置された複数の赤外線エミッターを含む請求項１に記載のシステム。
前記導光路は、くさび形であり、前記上面及び下面に隣接する等しくない高さの対向する第１の端面及び第２の端面を有し、前記視覚システムエミッターからの赤外光は、前記第１の端面から前記第２の端面に向かって導かれ、臨界前の入射角で前記上面又は下面に達し、前記１つ以上の物体を照らすために前記導光路から屈折する請求項１に記載のシステム。
前記導光路はシート状であり、前記上面及び下面に隣接する実質的に等しい高さの対向する第１の端面及び第２の端面を有する請求項１に記載のシステム。
光拡散強度は、前記視覚システムエミッターからの距離が増加するにつれて増加する請求項１に記載のシステム。
対向する収集光学素子が赤外光を前記導光路の対向する端部へ結合し、前記ボリューム型の拡散層の光拡散強度が、前記対向する端部の最も近くでより弱く、前記導光路の中間部分においてより強い請求項１に記載のシステム。
前記導光路は、前記ボリューム型の拡散層に対して平行に配置された、前記ボリューム型の拡散層の前記表示面とは反対側の、反射及び透過フィルター層を含み、前記フィルター層は、より低い入射角の光に対するよりもより大きな入射角の光に対して反射が大きく透過が小さく、前記フィルター層は、可視光に対するよりも赤外光に対して反射が大きく透過が小さい請求項１に記載のシステム。
前記フィルター層は、干渉フィルター、ダイクロイックフィルター及びルゲートフィルターのうちの１つ以上を含む請求項９に記載のシステム。
前記表示画像形成層に表示データを送信して前記結像検出器から画像データを受信するように構成されたコンピューターをさらに含み、前記コンピューターは、前記表示面上又は前記表示面の近くに配置された１つ以上の物体の位置に応答し、前記１つ以上の物体と前記表示面との間の接触領域の増加又は減少に応答する請求項１に記載のシステム。