TWI416385B - 三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法 - Google Patents

Description

三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法

本發明是有關於顯示技術領域，且特別是有關於一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法。

近年來，各顯示器廠商及研究單位都在積極開發立體顯示器，期望能夠提供給人們一個更接近真實生活的視覺享受。然而，在既有的立體顯示系統之下，如何達成人機的互動，也成為各家廠商與研究單位爭相開發的技術。

既有的三維互動立體顯示器人機互動介面大多採用外加光學感測元件以達成互動機制，這種外加光學感測元件使得整個系統的體積增加。同時，若是採用電荷耦合裝置(CCD)作為光學感測元件，則會因為收光角度的影響，使得在靠近顯示面板附近的區域無法接收到影像而導致無法互動。因此，如何達成互動機制且同時又不增加整體系統的體積將會是開發三維互動立體顯示器必須要克服的議題。

本發明的目的就是在提供一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，以克服先前技術存在之問題。

具體地，本發明一實施例提出的一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，應用於指示物與三維互動立體顯示器之互動過程中，其中三維互動立體顯示器包括光感測器陣列以及光柵，光感測器陣列包括多個第一光感測器列以及多個第二光感測器列，各個第一光感測器列與第二光感測器列沿第一維度方向交替排佈，每一第一光感測器列及第二光感測器列包括多個沿第二維度方向排列之光感測器；光柵與光感測器陣列間隔設置且位於光感測器陣列之感光側，光柵包括多個沿第一維度方向排列且沿第二維度方向延伸之光柵欄；而指示物位置判斷方法包括步驟：獲取各個第一光感測器列的各個光感測器之第一感測光強度分佈與各個第二光感測器列的各個光感測器之第二感測光強度分佈；分別依據第一感測光強度分佈與第二感測光強度分佈找出第一光遮蔽強度極大值與第二光遮蔽強度極大值；以及利用第一光遮蔽強度極大值與第二光遮蔽強度極大值於第一維度方向上之位置距離得出指示物在不同於第一維度方向和第二維度方向之第三維度方向上之位置訊息。

在本發明的一實施例中，上述之分別依據第一感測光強度分佈與第二感測光強度分佈找出第一光遮蔽強度極大值與第二光遮蔽強度極大值之步驟包括：對第一感測光強度分佈及第二感測光強度分佈進行歸一化處理；變換歸一化後的第一感測光強度分佈與歸一化後的第二感測光強度分佈分別為第一光遮蔽強度分佈及第二光遮蔽強度分佈；以及從第一光遮蔽強度分佈與第二光遮蔽強度分佈中分別找出第一光遮蔽強度極大值與第二光遮蔽強度極大值。

在本發明的一實施例中，上述之指示物在第三維度方向上之位置訊息為指示物在第三維度方向上與光柵之距離。

在本發明的一實施例中，上述之指示物位置判斷方法更包括步驟：將第一光遮蔽強度極大值與第二光遮蔽強度極大值於第一維度方向上之位置中點作為指示物在第一維度方向上之位置訊息。

在本發明的一實施例中，上述之指示物位置判斷方法進一步包括步驟：從各個第一光感測器列與第二光感測器列中之特定光感測器列的各個光感測器之感測光強度分佈中找出光接收強度極大值，並將光接收強度極大值於第二維度方向上之位置作為指示物在第二維度方向上的位置訊息；其中，特定光感測器列在第一維度方向上之位置訊息與指示物在第一維度方向上之位置訊息相一致。

在本發明的一實施例中，上述之指示物位置判斷方法進一步包括步驟：從第一感測光強度分佈與第二感測光強度分佈中找出光接收強度極大值，並將光接收強度極大值於第二維度方向上的位置作為指示物在第二維度方向上的位置訊息。

在本發明的一實施例中，上述之指示物位置判斷方法更包括步驟：從第一感測光強度分佈與第二感測光強度分佈中找出光接收強度極大值，並將光接收強度極大值於第一及第二維度方向上的位置訊息分別作為指示物在第一及第二維度方向上的位置訊息。

本發明再一實施例提出的一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，適用於指示物與三維互動立體顯示器之互動過程中；其中，三維互動立體顯示器包括顯示面板以及設置於顯示面板之觀察側的光柵，顯示面板包括內嵌式光感測器陣列，而內嵌式光感測器陣列包括多個第一光感測器列以及多個與各個第一光感測器列交替排佈之第二光感測器列，每一第一及第二光感測器列包括多個光感測器；而指示物位置判斷方法包括步驟：獲取各個第一光感測器列中之每一光感測器的光遮蔽強度而得第一光遮蔽強度集合以及各個第二光感測器列中之每一光感測器的光遮蔽強度而得第二光遮蔽強度集合；從第一光遮蔽強度集合及第二光遮蔽強度集合中分別找出第一光遮蔽強度極大值及第二光遮蔽強度極大值；以及利用第一光遮蔽強度極大值與第二光遮蔽強度極大值之位置距離得出指示物之垂直顯示面板方向上的一維位置訊息。

本發明又一實施例提出的一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，執行於指示物與具有內嵌式光感測器之三維互動立體顯示器的互動過程中，而指示物位置判斷方法包括步驟：獲取因指示物作用於三維互動立體顯示器而造成的二維感測光強度分佈；找出二維感測光強度分佈中之二光遮蔽強度極大值；以及利用此二光遮蔽強度極大值間之位置距離得出指示物在其與三維互動立體顯示器之距離方向上的一維位置訊息。

本發明實施例藉由在具有內嵌式光感測器的顯示面板上設置光柵作為視差遮罩，可達到立體顯示同時又具有互動的功能，由於光感測器是內嵌入在顯示面板裡面，因此，可增加三維互動立體顯示器在近距離的工作範圍且同時不增加顯示器的體積。於本發明實施例中，藉由對光感測器列進行分組，再依據各組的感測光強度分佈做適當的運算，即可得到與顯示器進行互動之指示物的第三個維度之位置訊息及/或另外兩個維度之位置訊息。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

參見圖1及圖2，本發明實施例提出的一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，適用於指示物10與三維互動立體顯示器30之互動過程中。本實施例中，指示物10係一自發光指示物，可發出光線。三維互動立體顯示器30包括顯示面板31以及設置於顯示面板31之觀察側的光柵33。

如圖1所示，顯示面板31包括下基板311、液晶層312、上基板313、下偏光片315以及上偏光片316。其中，液晶層312夾設於下基板311與上基板313之間，下偏光片315設置於下基板311之外側，上偏光片316設置於上基板313之外側；下基板311之內側設置有薄膜電晶體3112(圖1中僅示出一個作為舉例，但並非用來限制本發明)以及光感測器3114(圖1中僅示出一個作為舉例，但並非用來限制本發明)，而光感測器3114可為光電電晶體、光電二極體或其他光學感測元件；在此，由於光感測器3114係整合於顯示面板31之內部，故亦稱之為內嵌式光感測器。

光柵33係可貼附於顯示面板31之觀察側，其包括多個間隔設置且沿X軸向排列的光柵欄332，每一光柵欄322係沿Y軸向延伸。

圖2為指示物10與三維互動立體顯示器30之互動狀態示意圖。如圖2所示，三維互動立體顯示器30之顯示面板31包括由多個內嵌式光感測器3114構成之內嵌式光感測器陣列，而此內嵌式光感測器陣列包括多個奇數光感測器列R1,R3,...,R2n-1以及多個偶數光感測器列R2,R4,...,R2n。這些奇數光感測器列R1,R3,...,R2n-1與偶數光感測器列R2,R4,...,R2n沿X軸向交替排佈，且每一奇數光感測器列R1,R3,...,R2n-1與偶數光感測器列R2,R4,...,R2n之多個光感測器3114沿Y軸向排列。光柵33位於內嵌式感測器陣列之感光側且與此內嵌式感測器陣列間隔設置。指示物10與三維互動立體顯示器30之光柵33的距離為d，此時其在顯示面板31上造成一影響區域310，當指示物10在互動過程中沿垂直於顯示面板31的方向(亦即Z方向)上下移動(亦即改變距離d)時，影響區域310的大小會相應的改變，進而會造成三維互動立體顯示器30具有不同的二維感測光強度分佈。

下面將結合圖3至圖6具體描述相關於本發明實施例之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，此指示物位置判斷方法之各個步驟詳述如下。

參見圖3及圖4，圖3示出指示物10作用於三維互動立體顯示器30而造成的且與影響區域310相對應之二維光接收強度分佈模擬圖，圖4示出與圖3相對應的二維光遮蔽強度分佈模擬圖；在此，二維光接收強度分佈及二維光遮蔽強度皆稱之為二維感測光強度分佈。具體地，圖3中示出的二維光接收強度分佈包括對應至少部分奇數光感測器列R1，R3，...，R2n-1之二維的第一光接收強度分佈(圖中未標示)以及對應至少部分偶數光感測器列R2，R4，...，R2n之二維的第二光接收強度分佈(圖中未標示)；同樣地，圖4中示出的二維光遮蔽強度分佈包括對應至少部分奇數光感測器列R1，R3，...，R2n-1之二維的第一光遮蔽強度分佈20a以及對應至少部分偶數光感測器列R2，R4，...，R2n之二維的第二光遮蔽強度分佈20b。其中，將圖3中的二維光接收強度分佈變換成圖4所示的二維光遮蔽強度分佈20a及20b可藉由下列方法實現：對圖3所示的二維光接收強度分佈(亦即，光接收強度集合)中之第一光接收強度分佈與第二光接收強度分佈中的各個光接收強度進行歸一化處理，使其最大光接收強度為1，然後再用1減掉歸一化處理後的各個光接收強度，則可獲得二維的第一光遮蔽強度分佈20a及二維的第二光遮蔽強度分佈20b，進而可得圖4所示的二維光遮蔽強度分佈(亦即，光遮蔽強度集合)。

承上述，圖3中示出的二維光接收強度分佈具有一個光接收強度極大值，圖4中示出的二維光遮蔽強度分佈具有兩個光遮蔽強度極大值，此二光遮蔽強度極大值分屬於第一光遮蔽強度分佈20a與第二光遮蔽強度20b。

參見圖5，其示出圖4所示的二維光遮蔽強度分佈在X軸向上的一維分佈情況。在找出分屬於第一光遮蔽強度分佈20a與第二光遮蔽強度分佈20b的兩個光遮蔽強度極大值後，獲取此二光遮蔽強度極大值在X軸向上的位置座標Xa及Xb；然後根據位置座標Xa與Xb的距離即可計算出指示物10在Z軸向上之位置訊息例如本實施例中的距離d。在此，依據位置座標Xa與Xb的距離計算距離d的原理為：自指示物10發出的光線經過三維互動立體顯示器30的光柵33後，由顯示面板31的各個內嵌光感測器3114進行感測；由於光柵33與光感測器3114之間存在預設的距離，所以藉由幾何關係，可知在特定角度的光感測器3114會被光柵欄332完全擋住；因此不同距離d的指示物10發出的光線會被不同角度的光感測器3114所感測，藉此可以找到光遮蔽強度分佈與指示物10的距離d之間的關係，進而可得出指示物10在Z軸向上之位置訊息。

進一步地，可將分屬於第一光遮蔽強度分佈20a與第二光遮蔽強度分佈20b的兩個光遮蔽強度極大值之位置座標Xa與Xb相加再除以二之商作為指示物10在X軸向上之位置訊息，亦即位置座標Xc。在此，位置座標Xc為上述二光遮蔽強度極大值之位置座標Xa與Xb的中點。

然後，在得出指示物10在X軸向上的位置座標後，找出X軸向上之位置座標為Xc的特定光感測器列之各個光感測器在Y軸向上的一維分佈情況(如圖6所示)。從圖6可以得知，在Y軸向上的一維光接收強度分佈存在一個光接收強度極大值，將此光接收強度極大值在Y軸向上的位置座標Yc作為指示物10在Y軸向上的位置座標。至此，完成指示物10之三個維度的位置座標判斷。

於另一實施例中，在判斷指示物10在Y軸向上的位置座標時，並不僅限於執行在獲取指示物10之X軸向上的位置座標Xc之後，也可對圖3中的二維光接收強度分佈中的各個光接收強度進行逐一分析，找出光接收強度極大值在Y軸向上的位置座標，同樣可得到指示物10在Y軸向上的位置座標。

於其他實施例中，也可將圖3所示之二維光接收強度分佈的光接收強度極大值在X軸向與Y軸向上的位置座標分別作為指示物10在X軸向與Y軸向上的位置座標。

綜上所述，本發明實施例藉由在具有內嵌式光感測器的顯示面板上設置光柵作為視差遮罩，可達到立體顯示同時又具有互動的功能，由於光感測器是內嵌入在顯示面板裡面，因此，可增加三維互動立體顯示器在近距離的工作範圍且同時不增加顯示器的體積。於指示物位置判斷方法中，藉由對光感測器列進行分組，再依據各組的感測光強度分佈做適當的運算，即可得到與顯示器進行互動之指示物的第三個維度之位置訊息及/或另外兩個維度之位置訊息。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．指示物

30．．．三維互動立體顯示器

31．．．顯示面板

311．．．下基板

3112．．．薄膜電晶體

3114．．．光感測器

312．．．液晶層

313．．．上基板

315．．．下偏光片

316．．．上偏光片

33．．．光柵

332．．．光柵欄

d．．．距離

310．．．影響區域

R1,R3,...,R2n-1．．．奇數光感測器列

R2,R4,...,R2n．．．偶數光感測器列

20a．．．第一光遮蔽強度分佈

20b．．．第二光遮蔽強度分佈

Xa,Xb,Xc．．．位置座標

Yc．．．位置座標

圖1繪示出相關於本發明實施例的一種三維互動立體顯示器之結構剖面示意圖。

圖2繪示出圖1所示三維互動立體顯示器與指示物之互動狀態示意圖。

圖3示出圖2所示指示物作用於三維互動立體顯示器而造成的二維光接收強度分佈模擬圖。

圖4示出與圖3相對應的二維光遮蔽強度分佈模擬圖。

圖5示出圖4所示的二維光遮蔽強度分佈在X軸向上的一維分佈情況。

圖6示出圖3所示的二維光接收強度分佈在Y軸向上的一維分佈情況。

10．．．指示物

d．．．距離

30．．．三維互動立體顯示器

31．．．顯示面板

310．．．影響區域

3114．．．光感測器

33．．．光柵

332．．．光柵欄

Claims (18)

1. 一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，應用於一指示物與一三維互動立體顯示器之互動過程中，該三維互動立體顯示器包括一光感測器陣列以及一光柵，該光感測器陣列包括多個第一光感測器列以及多個第二光感測器列，該些第一光感測器列與該些第二光感測器列沿一第一維度方向交替排佈，每一該些第一及第二光感測器列包括多個沿一第二維度方向排列之光感測器；該光柵與該光感測器陣列間隔設置且位於該光感測器陣列之感光側，該光柵包括多個沿該第一維度方向排佈且沿該第二維度方向延伸之光柵欄；該指示物位置判斷方法包括步驟：獲取該些第一光感測器列的該些光感測器之一第一感測光強度分佈與該些第二光感測器列的該些光感測器之一第二感測光強度分佈；分別依據該第一感測光強度分佈與該第二感測光強度分佈找出一第一光遮蔽強度極大值與一第二光遮蔽強度極大值；以及利用該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值於該第一維度方向上之位置距離得出該指示物在不同於該第一維度方向與該第二維度方向之一第三維度方向上之位置訊息。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，其中分別依據該第一感測光強度分佈與該第二感測光強度分佈找出該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值之步驟包括：對該第一感測光強度分佈及該第二感測光強度分佈進行歸一化處理；變換該歸一化後的第一感測光強度分佈與該歸一化後的第二感測光強度分佈分別為一第一光遮蔽強度分佈及一第二光遮蔽強度分佈；以及從該第一光遮蔽強度分佈與該第二光遮蔽強度分佈中分別找出該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，其中該指示物在該第三維度方向上之位置訊息為該指示物在該第三維度方向上與該光柵之距離。
4. 如申請專利範圍第1項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：將該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值於該第一維度方向上之位置中點作為該指示物在該第一維度方向上之位置訊息。
5. 如申請專利範圍第4項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：從該些第一光感測器列與該些第二光感測器列中之一特定光感測器列的該些光感測器之一感測光強度分佈中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值於該第二維度方向上的位置作為該指示物在該第二維度方向上的位置訊息，其中該特定光感測器列在該第一維度方向上之位置訊息與該指示物在該第一維度方向上之該位置訊息相一致。
6. 如申請專利範圍第4項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：從該第一感測光強度分佈與該第二感測光強度分佈中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值於該第二維度方向上的位置作為該指示物在該第二維度方向上的位置訊息。
7. 如申請專利範圍第1項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：從該第一感測光強度分佈與該第二感測光強度分佈中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值於該第一及第二維度方向上的位置訊息分別作為該指示物在該第一及第二維度方向上的位置訊息。
8. 一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，適用於一指示物與一三維互動立體顯示器之互動過程中，該三維互動立體顯示器包括一顯示面板以及一設置於該顯示面板之觀察側的光柵，該顯示面板包括一內嵌式光感測器陣列，該內嵌式光感測器陣列包括多個第一光感測器列以及多個與該些第一光感測器列交替排佈之第二光感測器列，每一該些第一及第二光感測器列包括多個光感測器；該指示物位置判斷方法包括步驟：獲取該些第一光感測器列中之每一該些光感測器的一光遮蔽強度而得一第一光遮蔽強度集合以及該些第二光感測器列中之每一該些光感測器的一光遮蔽強度而得一第二光遮蔽強度集合；從該第一光遮蔽強度集合及該第二光遮蔽強度集合中分別找出一第一光遮蔽強度極大值及一第二光遮蔽強度極大值；以及利用該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值之位置距離得出該指示物之垂直該顯示面板方向上的一第一維度位置訊息。
9. 如申請專利範圍第8項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，其中該第一維度位置訊息為該指示物與該光柵之距離。
10. 如申請專利範圍第8項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：將該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值在該些第一光感測器列與該些第二光感測器列交替排佈方向上之位置座標相加再除以二之商作為該指示物的一第二維度位置訊息。
11. 如申請專利範圍10項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：從該些第一及第二光感測器列中之一特定光感測器列之該些光感測器的光接收強度中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值在該些第一光感測器列與該些第二光感測器列之延伸方向上的位置座標作為該指示物之一第三維度位置訊息，其中該特定光感測器列在該些第一光感測器列與該些第二光感測器列交替排佈方向上的位置座標與該指示物之該第二維度位置訊息相一致。
12. 如申請專利範圍第10項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：從該些第一及第二光感測器列中之該些光感測器的光接收強度中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值在該些第一光感測器列與該些第二光感測器列之延伸方向上的位置座標作為該指示物之一第三維度位置訊息。
13. 如申請專利範圍第8項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：從該些第一及第二光感測器列中之該些光感測器的光接收強度中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值之二維位置座標分別作為該指示物的一第二維度位置訊息及一第三維度位置訊息。
14. 一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，執行於一指示物與一具有內嵌式光感測器的三維互動立體顯示器之互動過程中，該指示物位置判斷方法包括步驟：獲取因該指示物作用於該三維互動立體顯示器而造成的一二維感測光強度分佈；找出該二維感測光強度分佈中之二光遮蔽強度極大值；以及利用該二光遮蔽強度極大值間之位置距離得出該指示物在該指示物與該三維互動立體顯示器之距離方向上的一第一維度位置訊息。
15. 如申請專利範圍第14項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，其中該第一維度位置訊息為該指示物與該三維互動立體顯示器之一距離。
16. 如申請專利範圍第14項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：將該二光遮蔽強度極大值的位置中點之一一維座標作為該指示物的一第二維度位置訊息。
17. 如申請專利範圍16項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：從該二維感測光強度分佈中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值之一一維位置座標作為該指示物之一第三維度位置訊息。
18. 如申請專利範圍第14項所述之三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，更包括步驟：從該二維感測光強度分佈中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值之二維位置座標分別作為該指示物的一第二維度位置訊息及一第三維度位置訊息。