[0001] 本申请涉及光学笔技术领域，具体涉及一种光学笔、显示面板、显示装置和交互系统。

[0002] 光学笔是一种以光为通信媒介的手写笔，用户可以手持光学笔在显示面板上记录信息或进行触控等操作。

[0003] 具体而言，显示面板具有编码图案层，编码图案层包括多个不同的编码图案，编码图案表示位置信息，光学笔可以包括补光灯、摄像机和处理器等结构。用户在手持光学笔在显示面板上记录信息或进行触控等操作时，补光灯会发射光，发射光到达显示面板，被显示面板的表面反射形成反射光，摄像机可以接收反射光并采集反射光呈现的图像，处理器可以根据图像中的编码图案识别出光学笔在显示面板上的接触位置。若用户手持光学笔在显示面板上记录信息，则可以根据接触位置得到光学笔在显示面板上的接触轨迹，接触轨迹可以表示用户记录信息时的笔迹，根据该笔迹可以得到用户记录的信息；若用户手持光学笔在显示面板上进行触控，则可以根据接触位置得到光学笔在显示面板上的触控区域，根据触控区域可以识别用户触发的触控指令，进而根据触控指令执行相应的触控操作。

[0004] 由于显示面板的表面比较光滑，补光灯的发射光到达显示面板会在显示面板的表面产生镜面反射，导致摄像机接收到的反射光比较微弱，从而影响图像采集效果，最终无法准确得到光学笔在显示面板上的接触位置。此外，显示面板具有发光层，发光层发出的光也可能被摄像机接收到，这同样会影响图像采集效果，从而无法准确得到光学笔在显示面板上的接触位置。

[0005] 相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

[0042] 下面参照附图来描述本申请的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本申请的技术原理，并非旨在限制本申请的保护范围。

[0043] 在本申请的描述中，“在……上形成”和“设置在……上”可以表示一层直接形成或设置在另一层上，也可以表示一层间接形成或设置在另一层上，即两层之间还存在其它的层。“模块”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。

[0044] 下面对本申请提供的光学笔的实施例进行说明。

[0045] 参阅附图1，图1是根据本申请的一个实施例的光学笔的主要结构示意图。如图1所示，本申请实施例中的光学笔主要包括壳体100以及设置在壳体100内的笔芯110、阵列光源120、单像素探测器130、处理模块140，其中，笔芯110的一端延伸至壳体100外部形成光学笔的笔尖。下面对阵列光源120、单像素探测器130、处理模块140进行说明。

[0046] 1、对阵列光源120和单像素探测器130进行说明。

[0047] 阵列光源120包括多个光源，这些光源以阵列形式排列。阵列光源120可以发出预设波长的光。在一些实施方式中，阵列光源120可以发出红外光，即上述预设波长为红外光的波长。此外，在一些实施方式中，上述阵列光源120中的光源可以是LED(Light Emitting Diode)光源。通过调整阵列光源120中各个光源所发出光的强度，可以改变整个阵列光源120所发出光的光场强度分布，因此，本实施例中的阵列光源120可以理解成是可调制光源，可以根据实际需求灵活地调制上述光场强度分布。

[0048] 单像素探测器130能够探测的光的波长可以覆盖上述预设波长。例如，阵列光源120发射预设波长的光为红外光，单像素探测器130能够探测的光的波长可以是750nm至
1100nm。单像素探测器130可以采用光电偏压探测器或微型偏置硅探测器等常规的具有高灵敏度的单像素探测器，本实施例对单像素探测器的类型不作具体限定。

[0049] 在一些实施方式中光学笔可以与显示面板配套使用。下面结合图2和附图3，对光学笔与显示面板配套使用的过程中阵列光源120和单像素探测器130的工作过程进行说明。

[0050] 如图2所示，显示面板220的外表面通常比较光滑，可以形成镜面反射层210。显示面板200包括设置在衬底上的点阵层220，点阵层220包括多个点阵(图2未示出)，各点阵的图案不同，点阵的图案用于表示位置信息，由于图案不同，因此各点阵表示的位置信息也不同。本实施例对点阵的图案内容不作具体限定，但需要保证各图案所表示的位置信息不同，通过识别点阵的图案可以得到与该图案对应的位置信息。

[0051] 如图3所示，用户可以手持光学笔在显示面板200上触控或写字，当光学笔的笔尖与显示面板200接触时，阵列光源120可以向显示面板200发射预设波长的光。预设波长的光射入到显示面板200时，一部分光会在镜面反射层210上产生镜面反射，射入到点阵层220中的点阵的光，会被点阵吸收或反射，单像素探测器130会探测显示面板200的光强。

[0052] 在一些实施方式中上述显示面板200可以被替换为点阵纸张，即光学笔也可以与点阵纸张配套使用。下面结合附图4，对光学笔与点阵纸张配套使用的过程中阵列光源120和单像素探测器130的工作过程进行说明。

[0053] 如图4所示，点阵纸张300的表面是凹凸不平的，因此会形成一个漫反射层310。点阵纸张300还包括点阵层320，点阵层320包括多个点阵(图4未示出)，各点阵的图案不同，点阵的图案用于表示位置信息，由于图案不同，因此各点阵表示的位置信息也不同。

[0054] 用户可以手持光学笔在点阵纸张300上书写文字，当光学笔的笔尖与点阵纸张300接触时，阵列光源120可以向点阵纸张300发射预设波长的光，光射入到点阵纸张300时，一部分光会在漫反射层310上产生漫反射，射入到点阵层320中的点阵的光，会被点阵吸收或反射，单像素探测器130也会探测点阵纸张300的光强。

[0055] 2、对处理模块140进行说明。

[0056] 处理模块140用于采用单像素成像方法并根据单像素探测器130探测得到的光强，重构图像，以及根据重构得到的图像(以下描述为目标图像)中点阵的图案获取笔尖在显示面板200上的接触位置。

[0057] 在获取接触位置时，由于点阵可以吸收或反射上述预设波长的光，因此，在目标图像中点阵会比较暗从而形成暗阵，或点阵会比较亮从而形成亮阵，通过识别暗阵或亮阵可以得到图像中的点阵，进而获取点阵的图案所表示的位置信息，根据该位置信息获取笔尖的接触位置。

[0058] 在重构图像时，可以采用常规的单像素成像方法进行图像重构，单像素成像方法主要是利用光源发出光的光场强度分布和待成像物体的光强进行图像重构。下面以常规光源为例并结合附图5对单像素成像方法的原理进行说明，其中，常规光源为宽谱光源。

[0059] 如图5所示，由于宽谱光源自身不具备调制功能，无法改变自身发出光的光场强度分布，因此，需要配置一个空间光调制器。通过控制器(图5未示出)在空间光调制器中输入用于调制光场强度分布的图案(如Hadamard散斑)，宽谱光源的光照射到空间光调制器件之后，光的光场强度分布与Hadamard散斑相同，变成具有Hadamard散斑光场的结构光，结构光再经过汇聚透镜照射到目标物体，单像素探测器探测目标物体的光强，采集模块(Data Acquisition，DAQ)可以采集单像素探测器得到的光强，控制器根据采集模块采集的光强和Hadamard散斑进行图像重构。图5中的d1表示空间光调制器与汇聚透镜之间的距离，d2表示汇聚透镜与目标物体之间的距离。

[0060] 在本实施例中光源为阵列光源120，其可以改变自身发出光的光场强度分布，因此，不需要配置上述空间光调制器。

[0061] 阵列光源120发出的光照射到显示面板200时，对于重构的目标图像而言，阵列光源120中的一个光源就可以表示目标图像中的一个像素，因此，阵列光源120中相邻光源之间的距离可以理解成是目标图像中相邻像素之间的距离，进而也可以理解成是显示面板200中相邻像素之间的距离。在显示面板200的点阵层中相邻点阵之间的距离需要大于相邻像素之间的距离，因此，在确定阵列光源120中相邻光源之间的距离时，可以根据点阵层中相邻点阵之间的距离来确定，使得阵列光源120中相邻光源之间的距离小于点阵层中相邻点阵之间的距离。例如，相邻点阵之间的距离为50um，相邻光源120之间的距离可以为25um。

[0062] 基于上述阵列光源120、单像素探测器130、处理模块140，能够实现单像素成像，能够极大地克服环境中的光干扰，即使显示面板存在镜面反射和自发光，也不会影响单像素成像的效果，得到高质量图像，从而利用高质量图像可以准确得到笔尖在显示面板上的接触位置。此外，相比于现有技术，上述实施例的光学笔不需要采用摄像机，能够减小光学笔的体积和成本。

[0063] 下面继续对本申请提供的光学笔的实施例进行说明。

[0064] 再次参阅附图1，在根据本申请的一些实施例中，光学笔可以包括设置在壳体100内的电路模块150，电路模块150可以用于根据预设的编码图案将阵列光源120发射的预设波长的光调制成结构光。具体地，电路模块190可以将预设的编码图案输入到阵列光源120，阵列光源120可以根据编码图案发射预设波长的光，使得所发出光的光场强度分布与编码图案相同。

[0065] 编码图案由至少一种图案元素组成，图案元素表示光强权重，不同图案元素表示的光强权重不同。例如，图案元素包括白色框和黑色框，白色框表示的光强权重为1，黑色框表示的光强权重为0。

[0066] 编码图案的尺寸与阵列光源120的尺寸相同，从编码图案中可以获取到与阵列光源120中各个光源(以下描述为目标光源)相同位置处的图案元素(以下描述为目标元素)。阵列光源120根据编码图案发射光可以理解成是：从编码图案中获取与目标光源相同位置处的目标元素，获取目标元素表示的光强权重，将这个光强权重与目标光强发出光的原始光强相乘，得到新的光强。例如，若目标元素为上述白色框，由于白色框表示的光强权重为
1，因此并不会改变原始光强；若目标元素为上述黑色框，由于黑色框表示的光强权重为0，因此会改变原始光强。

[0067] 在一些实施方式中，预设的编码图案为Hadamard散斑。如图6所示，图6示例性示出了一种Hadamard散斑的60张散斑形式，电路模块190可以根据预设频率，依次将上述Hadamard散斑的每张散斑形式输入到阵列光源120，使得阵列光源120所发射光的光场强度分布随着输入的上述Hadamard散斑的散斑形式的变化而变化。在本实施方式中可以采用常规的Hadamard散斑获取方法，来获取Hadamard散斑，本实施方式对此不做具体限定。

[0068] 在一些实施方式中，单像素成像方法包括基于压缩感知(Compressive Sensing,CS)的单像素成像算法，例如，该算法可以是基于全变分正则化的重建算法。在本实施方式中处理模块140可以采用基于压缩感知的单像素成像算法，根据Hadamard散斑与单像素探测器探测到的光强，重构图像。要说明的是，基于压缩感知的单像素成像算法为单像素成像技术领域中的常规方法，本实施方式对于基于压缩感知的单像素成像算法的具体算法原理不进行赘述。

[0069] 将Hadamard散斑的一张散斑形式输入到阵列光源120，以改变阵列光源120所发射光的光场强度分布可以理解成是对阵列光源120的一次调制。假设，Hadamard散斑的数量为N，那么会对阵列光源120进行N次调制。基于压缩感知的单像素成像算法可以对N次调制进行采样，对于采样到的某次调制，获取单像素探测器130在这次调制探测到的光强以及这次调制使用的Hadamard散斑的散斑形式，根据上述光强和Hadamard散斑的散斑形式计算这次调制得到的像素值。其中，像素值可以由下式(1)表示。

[0070] Yi＝∫dxdydx0dy0Ai(x,y)×T(x0,y0) (1)

[0071] 公式(1)中各参数含义如下：

[0072] i表示采样数，即第i次调制。

[0073] Yi表示根据单像素探测器130在第i次调制探测到的光强和第i次调制使用的Hadamard散斑的散斑形式计算到的像素值。

[0074] T表示待成像物体的透射函数，x0、y0表示待成像物体上各位置点在图像坐标系中的横坐标、纵坐标。

[0075] A表示Hadamard散斑的Hadamard矩阵，Hadamard矩阵中各元素分别表示Hadamard散斑的散斑形式中各位置处图案元素所表示的光强权重，Ai(x,y)表示第i次调制使用的Hadamard散斑的Hadamard矩阵，x、y表示Hadamard矩阵的横坐标、纵坐标。

[0076] 下面继续对本申请提供的光学笔的实施例进行说明。

[0077] 再次参阅附图1，在根据本申请的一些实施例中，光学笔还包括设置在壳体100内的存储模块160、通信模块170、压力传感模块180和电池模块190，下面对这几个模块进行说明。

[0078] 存储模块160可以存储处理模块140的相关数据，该相关数据可以包括处理模块140重构得到的图像以及笔尖在显示面板200或点阵纸张300上的接触位置。存储模块160的内存可为256Mb、512Mb等。

[0079] 通信模块170可以与外部设备进行通信。

[0080] 压力传感模块180可以检测压力，根据压力的大小可以确定笔尖是否与显示面板200或点阵纸张300接触。

[0081] 电池模块190可以为光学笔内的其他模块供电。电池模块190可以为200mAH的锂电池等。

[0082] 参阅附图7，在一些实施方式中，处理模块140可以通过通信模块170将存储模块160存储的数据发送至智能终端。智能终端可以是手机、平板电脑、桌面型、膝上型、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra‑mobile personal computer)、上网本、个人数字助理(personal digital assistant)等，本实施例对此不作具体限定。

[0083] 如图7所示，智能终端可以包括通信模块310、处理模块320和显示模块330，通信模块310与光学笔的通信模块170可以通信连接，通过通信模块310接收光学笔发送的上述接触位置。处理模块320可以根据接触位置得到光学笔在显示面板200或点阵纸张300上的笔迹位置，控制显示模块330显示笔迹位置，通过显示一系列的笔迹位置可以得到光学笔在显示面板200或点阵纸张300上的笔迹。此外，处理模块320可以根据接收到的接触位置确定相应的触控操作，并执行触控操作。例如，根据接触位置确定光学笔选中了显示面板200上的一个控件，相当于是点击了这个控件，此时可以确定这个控件被点击时要执行的触控操作，并执行该触控操作。

[0084] 在一些实施方式中，显示模块330包括显示面板，这个显示面板与上述显示面板200可以是同一个。例如，智能终端是手机，用户可以手持光学笔在手机的屏幕上书写文字，在书写文字的过程中手机可以同步地在屏幕上显示笔迹，即显示书写的文字。

[0085] 本申请的另一方面还提供了一种显示面板。

[0086] 在根据本申请的一个显示面板的实施例中，显示面板可以包括设置在衬底上的点阵层，点阵层包括多个点阵，各点阵的图案不同，点阵的图案用于表示位置信息，点阵能够吸收或反射光学笔发射的预设波长的光，光学笔为前述光学笔的实施例所述的光学笔。点阵的含义与前述光学笔的实施例中点阵的含义相同。

[0087] 在一些实施方式中，显示面板包括像素层，像素层包括多个像素，点阵在衬底上的正投影与像素在衬底上的正投影不交叠。基于此，点阵在吸收或反射光时，不会对像素产生干扰。在本实施方式中，点阵层形成于像素层背离衬底的一侧。

[0088] 在一些实施方式中，点阵在衬底上的正投影为条状，点阵在衬底上的正投影位于相邻像素在衬底上的正投影之间。

[0089] 如图8所示，像素层包括多个像素单元，像素单元包括三个像素，这三个像素分别为R(Red)像素、G(Green)像素、B(Blue)像素。点阵在衬底上的正投影为条状，即图8中的长矩形。

[0090] 在一些实施方式中，点阵在衬底上的正投影为框状，点阵在衬底上的正投影包围至少一个像素在衬底上的正投影。

[0091] 在一些实施方式中，显示面板为偏光片结构的显示面板，该显示面板包括偏光片层，偏光片层形成于点阵层背离衬底的一侧，点阵层包括漫反射层以及设置在漫反射层上的多个点阵。

[0092] 参阅附图9，在一些实施方式中，显示面板可以包括：

[0093] 衬底(或基板)500。

[0094] 在衬底500上形成的平坦化层501，平坦化层501可以由有机物等材料形成。

[0095] 在平坦化层501上配置的像素电极和局部暴露像素电极的像素定义层502，像素电极可以贯通平坦化层501。像素电极为显示面板的阳极电极，像素电极可以采用ITO/Ag/ITO材料，厚度可以是20nm，也可以是15nm等。像素定义层502可以由有机物形成。

[0096] 在像素定义层502上形成的发光层(图9未示出)。发光层可以包括空穴注入层(Hole Injection Layer，HIL)、空穴传输层(Hole Transporting Layer，HTL)、电子传输层(Electron Transporting Layer，ETL)以及电子注入层(Electron Injection Layer，EIL)中的一个或多个。

[0097] 在发光层上配置的阴极电极503。像素电极、发光层和阴极电极503可以形成发光元件。

[0098] 在发光元件上配置的薄膜封装层TFE(Thin Film Encapsulation)。薄膜封装层可以密封发光元件而防止水分等从外部流入到发光元件。薄膜封装层TFE包括第一无机封装层504、有机封装层505和第二无机封装层506。第一无机封装层504可以防止水分、氧气等渗透到发光元件；有机封装层505以提高薄膜封装层TFE的平坦度，有机膜可以由液态有机材料形成；第二无机封装层506与第一无机封装层504的材料相同或相似，第二无机封装层506可以完全覆盖有机封装层505。

[0099] 在第二无机封装层506上形成的触控功能层507。触控功能层507配置有触控金属线508。

[0100] 在触控功能层507上形成的漫反射层509，在漫反射层509上配置有点阵510，漫反射层509与点阵510形成点阵层。点阵510的尺寸可以是1pitch像素或2pitch像素等。点阵510可以吸收红外光。其中，漫反射层509是凹凸不平的。

[0101] 在点阵层上形成的光刻胶层511。

[0102] 在光刻胶层511上形成的偏光片层512。

[0103] 在偏光片层512上形成的光学胶层513。

[0104] 在光学胶层513上配置的盖板514。盖板514的材料可以是无色透明聚酰亚胺薄膜CPI、超薄玻璃UTG、玻璃盖板CG。

[0105] 在一些实施方式中，显示面板为彩膜(Color On Encapsulation，COE)结构的显示面板，该显示面板包括彩膜层，彩膜层包括黑矩阵，点阵在衬底上的正投影与黑矩阵在衬底上的正投影交叠。

[0106] 参阅附图10，在一些实施方式中，彩膜结构的显示面板与图9所示的显示面板具有相同的衬底(或基板)500、平坦化层501、像素电极、像素定义层502、阴极电极503、第一无机封装层504、有机封装层505和第二无机封装层506、触控功能层507、触控金属线508、光刻胶层511、光学胶层513、盖板514，主要区别是彩膜结构的显示面板包括：

[0107] 在触控功能层507上形成的彩膜层515，彩膜层515包括黑矩阵516，在黑矩阵516上形成的点阵510，点阵510组成了点阵层。

[0108] 在点阵层上形成的光刻胶层511。

[0109] 在光刻胶层511上形成的光学胶层513。

[0110] 此外，彩膜结构的显示面板没有漫反射层509、偏光片层512。

[0111] 本申请的另一方面还提供了一种显示装置。

[0112] 在根据本申请的一个显示装置的实施例中，显示装置包括前述实施例所述的显示面板。显示装置与前述光学笔的实施例中的智能终端可以是同一个。也就是说，显示装置可以是手机、平板电脑、桌面型、膝上型、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机、上网本、个人数字助理等，本实施例对此不作具体限定。

[0113] 本申请的另一方面还提供了一种交互系统。

[0114] 在根据本申请的一个交互系统的实施例中，交互系统包括前述实施例所述的光学笔和显示装置。光学笔与显示装置通信连接，光学笔用于获取其笔尖在显示装置的显示面板上的接触位置，并将接触位置传输至显示装置。显示装置可以根据接触位置得到光学笔在显示面板上的笔迹位置，控制显示面板显示笔迹位置，通过显示一系列的笔迹位置可以得到光学笔在显示面板上的笔迹。此外，显示装置可以根据接收到的接触位置确定相应的触控操作，并执行触控操作。例如，根据接触位置确定光学笔选中了一个控件，相当于是点击了这个控件，此时可以确定这个控件被点击时要执行的触控操作，并执行该触控操作。

[0115] 至此，已经结合附图所示的一个实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。