TW201310305A - 顯示器和三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法 - Google Patents

Abstract

顯示器包含一背光源、一顯示面板、一第一光源及一控制器。該顯示面板包含一感測陣列，該感測陣列係用以感測一物件反射該背光源的第一偵測光所產生的第一反射光，以定位該物件在該顯示面板上的一投影點的座標；該第一光源係鄰近設置於該顯示面板的一第一邊，用以朝該顯示面板的上方發射一第二偵測光至該物件產生至少一第二反射光，以使該感測陣列偵測該第二反射光在該顯示面板上所產生的一最強反射光；該控制器係用以於該最強反射光產生時，根據該第一光源的一出光角度及該投影點的座標，執行一相對應的動作。

Description

顯示器和三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法

本發明係有關於一種顯示器和三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法，尤指一種利用背光源和至少一第一光源以定位出物件在空間中的位置之顯示器和三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法。

請參照第1圖和第2圖，第1圖和第2圖係為先前技術說明互動顯示器的示意圖。如第1圖所示，互動顯示器100包含液晶面板102、光發射器104、光接收器106及光感測器108，其中光發射器104、光接收器106及光感測器108置於液晶面板102之下。當物件110觸碰液晶面板102時，光接收器106會接收到經由物件110所反射的來自光發射器104的偵側光。而光感測器108根據光接收器106所接收到的反射光，計算出物件110在液晶面板102上的座標。

如第2圖所示，互動顯示器200包含液晶面板202、光發射器204、206及影像感測器208。光發射器204、206具有三種開啟與關閉的情況(光發射器204、206皆關閉；光發射器204開啟和光發射器206關閉；光發射器206開啟和光發射器204關閉)。而影像感測器208重複同步地配合光發射器204、206的三種開啟與關閉的情況，擷取物件210在液晶面板202上所造成的影像。因此，互動顯示器200即可根據影像感測器208所擷取的二影像之間的差異，計算出物件210相對於液晶面板202的三維座標。

綜上所述，互動顯示器100僅能提供物件110相對於液晶面板102的二維座標；互動顯示器200雖能提供物件210相對於液晶面板202的三維座標，但互動顯示器200的光發射器204、206和影像感測器208係裝設在液晶面板202之外。因此，互動顯示器200具有較大的體積且工作範圍有所限制。

本發明的一實施例提供一種顯示器。該顯示器包含背光源、顯示面板、一第一光源及控制器。該顯示面板係設置於該背光源之上，該顯示面板包含一感測陣列，其中該感測陣列係嵌設於該顯示面板中。該感測陣列係用以感測第一反射光，其中該第一反射光係根據該背光源入射第一偵測光至物件所產生，該第一反射光用來定位該物件在該顯示面板上的投影點的座標；該第一光源係鄰近設置於該顯示面板的一第一邊，用以朝該顯示面板的上方發射一第二偵測光至該物件產生一第二反射光，以使該感測陣列偵測該第二反射光在該顯示面板上所產生的一最強反射光；該控制器係用以於該最強反射光產生時，根據該第一光源的一出光角度及該投影點的座標，執行一相對應的動作。

本發明的一實施例提供一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法。該方法包含背光源在第一時段朝上發射第一偵測光；感測陣列根據物件反射該第一偵測光所產生的第一反射光，定位該物件在顯示面板上的投影點的座標；至少一第一光源在該第一時段之後的第二時段朝該顯示面板的上方發射至少一第二偵測光至該物件產生至少一第二反射光，其中該至少一第一光源係設置於該顯示面板的至少一側；在該第二時段，該感測陣列偵測該至少一第二反射光在該顯示面板上所產生的一最強反射光；在該第二時段，利用該最強反射光產生時，根據該至少一第一光源的至少一出光角度及該投影點的座標，執行一相對應的動作。

本發明提供一種顯示器和三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法。該顯示器和該方法係利用背光源在第一時段發射第一偵測光去偵測物件，以定位出該物件在顯示面板上的投影點的座標，以及利用第一光源在第二時段內的不同時間點從該顯示面板側發出不同出光角度的第二偵測光去偵測該物件，以使感測陣列偵測最強反射光。距離運算單元根據該第一光源對應於該最強反射光的一出光角度、該物件在該顯示面板上的投影點的座標及三角函數，計算該物件相對於該顯示面板的距離。控制器即可根據該物件在該顯示面板上的投影點的座標及該物件相對於顯示面板的距離，執行相對應的動作。因此，本發明能在靠近該顯示面板處互動且縮小該顯示器的體積(亦即使用者不需配戴外加感應裝置)。另外，本發明只需在該顯示面板的側邊裝上能改變該第一光源的出光角度的裝置(繞射光柵、微機電系統或液晶透鏡)，即可在不增加該顯示器體積的情況下得到不同出光角度的第二偵測光，經由改變該第一光源的出光角度的裝置，可增加Z方向距離的解析度。

請參照第3A圖，第3A圖係為本發明的一實施例說明一種顯示器300的示意圖。顯示器300包含背光源302、顯示面板304、一第一光源306及控制器310。背光源302係為紅外線光源或可見光光源。顯示面板304係設置於背光源302之上，包含感測陣列3042。背光源302發射第一偵測光FDL至物件312，然後物件312反射第一偵測光FDL，產生第一反射光FRL。感測陣列3042係嵌設於顯示面板304中，用以感測第一反射光FRL，並利用第一反射光FRL，定位物件312在顯示面板304上的投影點的座標PP。第一光源306、係鄰近設置於顯示面板304的一第一邊，用以在不同時間點反覆朝顯示面板304的上方發射不同出光角度(例如5°-70°，但不以此為限)的一第二偵測光SDL至物件312產生一第二反射光SRL，其中較佳的預定出光角度為50°，以使感測陣列3042偵測經由物件312產生的一第二反射光SRL在顯示面板304上所產生的最強反射光，其中最強反射光係為感測陣列3042對物件312反射第二反射光SRL至顯示面板304的亮度積分後，所得到的最大亮度值，且第一光源306係為紅外線光源或可見光光源。但本發明的出光角度並不受限於5°-70°。另外，感測陣列3042的偵測頻率係和第一光源306發射第二偵測光SDL的發射頻率相同。控制器310包含距離運算單元3102。距離運算單元3102係用以當感測陣列3042偵測到最強反射光產生時，根據第一光源306的一出光角度θ1、投影點的座標PP及三角函數定理，計算出物件312相對於顯示面板304的距離Z，亦即，根據三角函數定理，距離Z為投影點的座標PP之水平分量x與tan θ1的乘積。因此，控制器310可根據物件312在顯示面板304上的投影點的座標PP、物件312相對於顯示面板304的距離Z，執行相對應的動作。另外，第一偵測光FDL開啟時，第二偵測光SDL為關閉，以及當第二偵測光SDL開啟時，第一偵測光FDL係為關閉，亦即第一偵測光FDL和第二偵測光SDL不會同時開啟以及不會同時關閉。

請參照第3B圖，第3B圖係為本發明的另一實施例說明一種顯示器400的示意圖。顯示器400和顯示器300的差別在於顯示器400另包含光學調變裝置314，光學調變裝置314係置於第一光源306的上方，用以改變第一光源306所發射的一第二偵測光SDL的出光角度，其中光學調變裝置314係為週期性繞射光柵、微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)或液晶透鏡裝置。另外，顯示器400的其餘操作原理皆和顯示器300相同，在此不再贅述。

請參照第3C圖，第3C圖係為本發明的另一實施例說明一種顯示器500的示意圖。顯示器500和顯示器300的差別在於顯示器500另包含一第二光源308，其中第二光源308的操作原理和第一光源306相同，在此不再贅述。但本發明並不受限於顯示器500僅具有第一光源306和第二光源308，亦即顯示器500可具有至少二光源，其中至至少二光源的操作原理皆和第一光源306相同在此不再贅述。而當感測陣列3042偵測到最強反射光產生時，距離運算單元3102根據第一光源306的出光角度θ1、第二光源308的出光角度θ2、投影點的座標PP及三角函數定理，計算出物件312相對於顯示面板304的距離Z，其中θ1=θ2。另外，顯示器500的其餘操作原理皆和顯示器300相同，在此不再贅述。

請參照第3D圖，第3D圖係為本發明的另一實施例說明一種顯示器600的示意圖。顯示器600和顯示器500的差別在於顯示器600另包含二光學調變裝置314、316，光學調變裝置314、316係分別設置於第一光源306和第二光源308的上方，用以改變第一光源306和第二光源308所發射的第二偵測光SDL的出光角度，其中光學調變裝置314、316係為週期性繞射光柵、微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)或液晶透鏡裝置。另外，顯示器600的其餘操作原理皆和顯示器500相同，在此不再贅述。

請參照第4A圖、第4B圖和第4C圖，第4A圖係為說明週期性繞射光柵的示意圖，第4B圖係為說明微機電系統的示意圖，及第4C圖係為說明液晶透鏡裝置的示意圖。如第4A圖所示，在週期性繞射光柵中，改變繞射光柵的週期即可改變繞射光柵的繞射角度。因此，藉由排列不同週期的光柵，即可產生不同出光角度的第二偵測光SDL。如第4B圖所示，改變微機電系統(反射鏡)的出光角度，微機電系統即可反射來自第一光源306、第二光源308的光，產生不同出光角度的第二偵測光。如第4C圖所示，改變液晶透鏡裝置的液晶透鏡的位置，液晶透鏡裝置即可根據來自第一光源306、第二光源308的光，產生不同出光角度的第二偵測光SDL。

請參照第5A圖和第5B圖，第5A圖為係本發明的另一實施例說明一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法的流程圖，第5B圖係為說明第5A圖的時序的示意圖。第5A圖之方法係利用第3A圖的顯示器300說明，詳細步驟如下：步驟500：開始；步驟502：背光源302在第一時段T1朝上發射第一偵測光FDL；步驟504：感測陣列3042根據物件312反射第一偵測光FDL所產生的第一反射光FRL，定位物件312在顯示面板304上的投影點的座標PP；步驟506：第一光源306在第一時段T1之後的第二時段T2朝顯示面板304的上方發射第二偵測光SDL至物件312產生第二反射光SRL；步驟508：在第二時段T2，感測陣列3042偵測第二反射光SRL在顯示面板3042上所產生的最強反射光；步驟510：在第二時段T2，當最強反射光產生時，控制器310根據第一光源306的出光角肚θ1及投影點的座標PP，執行一相對應的動作，跳回步驟502。

各步驟之詳細說明如下：在步驟504中，在第一時段T1(詳見第5B圖)，第一光源306關閉第二偵測光SDL，以及感測陣列3042根據物件312反射第一偵測光FDL所產生的第一反射光FRL，定位物件312在顯示面板304上的投影點的座標PP。在步驟506中，在第二時段T2(詳見第5B圖)，背光源302關閉第一偵測光FDL，以及第一光源306在第二時段T2內的不同時間點反覆朝顯示面板304的上方發射不同出光角度(例如5°-70°)的第二偵測光SDL至物件312。然後物件312反射第二偵測光SDL以產生第二反射光SRL。另外，第一光源306係鄰近設置於顯示面板304的一第一邊。在步驟508中，在第二時段T2內，最強反射光係為感測陣列3042對第二反射光SRL被反射至顯示面板304的亮度積分後，所得之最大亮度值。在步驟510中，當感測陣列3042偵測到最強反射光產生時，控制器310包含的距離運算單元3102根據第一光源306的出光角θ1及投影點的座標PP，計算出物件312相對於顯示面板304的距離Z，亦即，根據三角函數定理，距離Z為投影點的座標PP之水平分量x與tanθ1的乘積。因此，控制器310可根據物件312在顯示面板304上的投影點的座標PP及物件312相對於顯示面板304的距離Z，執行相對應的動作。

另外，請參照第5C圖，第5C圖係為本發明的另一實施例的時序的示意圖。如第5C圖所示，本發明的另一實施例在第一時段T1與第二時段T2之間另包含第三時段T3，其中第三時段T3係用以重置顯示器300。此外，第5C圖的實施例的其餘操作原理皆和第5A圖的實施例相同，在此不再贅述。

綜上所述，本發明所提供的顯示器和三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法，係利用背光源在第一時段發射第一偵測光去偵測物件，以定位出物件在顯示面板上的投影點的座標，以及利用第一光源在第二時段內的不同時間點從顯示面板側發出不同出光角度的第二偵測光去偵測物件，以使感測陣列偵測最強反射光。距離運算單元根據第一光源對應於最強反射光的出光角度、物件在顯示面板上的投影點的座標及三角函數，計算物件相對於顯示面板的距離。控制器即可根據物件在顯示面板上的投影點的座標及物件相對於顯示面板的距離，執行相對應的動作。因此，本發明能在靠近顯示面板處互動且縮小顯示器的體積(亦即使用者不需配戴外加感應裝置)。另外，本發明只需在顯示面板的側邊裝上能改變第一光源的出光角度的裝置(繞射光柵、微機電系統或液晶透鏡)，即可在不增加顯示器體積的情況下得到不同出光角度的第二偵測光，經由能改變第一光源的出光角度的裝置，可增加Z方向距離的解析度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、200．．．互動顯示器

102、202．．．液晶面板

104、204、206．．．光發射器

106．．．光接收器

108．．．光感測器

110、210、312．．．物件

208．．．影像感測器

300、400．．．顯示器

302．．．背光源

304．．．顯示面板

306．．．第一光源

308．．．第二光源

310．．．控制器

314、316．．．光學調變裝置

3042．．．感測陣列

3102．．．距離運算單元

FDL．．．第一偵測光

FRL．．．第一反射光

PP．．．座標

SDL．．．第二偵測光

SRL．．．第二反射光

T1．．．第一時段

T2．．．第二時段

T3．．．第三時段

θ1、θ2．．．出光角度

Z．．．距離

500至510．．．步驟

第1圖和第2圖係為先前技術說明互動顯示器的示意圖。

第3A圖係為本發明的一實施例說明一種顯示器的示意圖。

第3B圖係為本發明的另一實施例說明一種顯示器的示意圖。

第3C圖係為本發明的另一實施例說明一種顯示器的示意圖。

第3D圖係為本發明的另一實施例說明一種顯示器的示意圖。

第4A圖係為說明週期性繞射光柵的示意圖。

第4B圖係為說明微機電系統的示意圖。

第4C圖係為說明液晶透鏡裝置的示意圖。

第5A圖為係本發明的另一實施例說明一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法的流程圖。

第5B圖係為說明第5A圖的時序的示意圖。

第5C圖係為本發明的另一實施例的時序的示意圖。

300．．．顯示器

302．．．背光源

304．．．顯示面板

306．．．第一光源

310．．．控制器

312．．．物件

3042．．．感測陣列

3102．．．距離運算單元

FDL．．．第一偵測光

FRL．．．第一反射光

PP．．．座標

SDL．．．第二偵測光

SRL．．．第二反射光

θ1．．．出光角度

Z．．．距離

Claims (12)

1. 一種顯示器，包含：一背光源；一顯示面板，設置於該背光源之上，該顯示面板包含：一感測陣列，用以感測一第一反射光，其中該第一反射光係根據該背光源入射一第一偵測光至一物件所產生，該第一反射光用來定位該物件在該顯示面板上的一投影點的座標；一第一光源，鄰近設置於該顯示面板的一第一邊，用以朝該顯示面板的上方發射一第二偵測光至該物件產生一第二反射光，以使該感測陣列偵測該第二反射光在該顯示面板上所產生的一最強反射光；及一控制器，用以於該最強反射光產生時，根據該第一光源的一出光角度及該投影點的座標，執行一相對應的動作。
2. 如請求項1所述之顯示器，其中該控制器包含一距離運算單元，用以根據該出光角度及該投影點的座標，計算該物件與該顯示面板之間的距離，且該控制器係根據該物件與該顯示面板之間的距離，執行該相對應的動作。
3. 如請求項1所述之顯示器，更包含一第二光源，設置鄰近於該顯示面板的該第一邊之一相鄰邊或一相對應邊。
4. 如請求項3所述之顯示器，其中該背光源、該第一光源與該第二光源係分別為一紅外線光源或一可見光光源。
5. 如請求項3所述之顯示器，另包含：一第一光學調變裝置與一第二光學調變裝置，係分別設置鄰近於該第一光源與該第二光源。
6. 如請求項5所述之顯示器，其中該第一光學調變裝置與該第二光學調變裝置係分別為一週期性繞射光柵、一微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)或一液晶透鏡裝置。
7. 如請求項1所述之顯示器，其中該感測陣列係嵌設於該顯示面板中。
8. 一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷的方法，包含：一背光源在一第一時段朝上發射一第一偵測光；一感測陣列根據一物件反射該第一偵測光所產生的第一反射光，定位該物件在一顯示面板上的投影點的座標；至少一第一光源在該第一時段之後的一第二時段朝該顯示面板的上方發射至少一第二偵測光至該物件產生至少一第二反射光，其中該至少一第一光源係設置於該顯示面板的至少一側；在該第二時段，該感測陣列偵測該至少一第二反射光在該顯示面板上所產生的一最強反射光；及在該第二時段，利用該最強反射光產生時，根據該至少一第一光源的至少一出光角度及該投影點的座標，執行一相對應的動作。
9. 如請求項8所述之方法，其中在該第二時段，執行該相對應的動作包含：在該第二時段，根據該至少一出光角度及該投影點的座標，計算該物件與該顯示面板之間的距離。
10. 如請求項8所述之方法，另包含於該第一時段與該第二時段之間之一第三時段，重置該顯示器。
11. 如請求項8所述之方法，另包含：該背光源在該第二時段之後，再次朝上發射一第一偵測光。
12. 如請求項8所述之方法，其中該最強反射光係為在該第二時段利用該感測陣列對該至少一第二反射光在該顯示面板的亮度積分後，所得之最大亮度值。