TWI484386B

TWI484386B - 具光學感測器之顯示器（一）

Info

Publication number: TWI484386B
Application number: TW099122151A
Authority: TW
Inventors: John P Mccarthy; John J Briden
Original assignee: Hewlett Packard Development Co
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2015-05-11
Also published as: WO2011011008A1; DE112009004947T5; GB2485086A; CN102498456A; GB201201056D0; GB2485086B; CN102498456B; US20120120030A1; TW201108071A

Description

具光學感測器之顯示器(一)

發明領域

本發明係有關顯示系統，更特別係有關具光學感測器之顯示器。

發明背景

一個電阻式觸碰螢幕面板係由以窄隙隔開的兩個薄金屬導電層所組成。當一個物件，例如手指，在面板外表面上的一點上按壓時，這兩個金屬層在此點會變成連接狀態，而使此面板表現得如同具有連接輸出的一對分壓器。這導致電流上的改變，而被登錄為一個觸碰事件，並被傳送給控制器以作處理。電容式觸碰螢幕面板為一個感測器，其為一個電容器，當中之平板包括在一個格網圖形之水平與垂直軸上的重疊區域。人體亦能導電，且在感測器表面上之觸碰會影響電場，並產生在裝置之電容上的可量測改變。

發明概要

依據本發明之一實施例，係特地提出一種顯示系統，其包含：一個三維光學感測器，用以產生針對接觸該顯示系統的一個物件之三維資料，其中若該物件小於離該顯示系統的一個接觸距離，則該物件接觸該顯示系統；以及一個控制器，用以在只有當該物件從該顯示系統延伸至大於一個規劃距離的一個距離時，致動一個運算裝置的一個功能。

依據本發明之另一實施例，尚特地提出一種方法，其包含下列步驟：從一個三維光學感測器接收深度資訊；從該深度資訊判定出一個物件是否正接觸一個顯示系統，其中若該物件小於離該顯示系統的一個接觸距離，則該物件被判定為證接觸該顯示系統；以及若與該顯示系統有所接觸的該物件並未從該顯示系統延伸至離該顯示系統的一個規劃距離，則漠視與該顯示系統的一個接觸。

圖式簡單說明

本發明之一些實施例係針對下列圖式說明：第1a圖為依據本發明之一示範實施例的一個顯示器；第1b圖為依據本發明之一示範實施例的一個顯示器；第2圖為依據本發明之一示範實施例的顯示器之一部份；第3圖為依據本發明之一示範實施例的一個三維光學感測器；第4圖為依據本發明之一示範實施例的一個顯示器；第5圖為依據本發明之一示範實施例的一個顯示器；第6圖為依據本發明之一示範實施例的一個方塊圖；第7圖為依據本發明之一示範實施例的一個流程圖。

較佳實施例之詳細說明

觸碰螢幕可用來促動在一個顯示器上的項目。若物件接觸此顯示器，則可將信號傳送給運算裝置，以在顯示器上呈現出接觸位置。在顯示器上的位置可致使一個項目被顯示在顯示器上以被促動。例如，若此項目為一個程式的圖標，則在此圖標的位置觸碰顯示器可啟動此程式。

若物件在無意中接觸到顯示器，則運算裝置可能會產生無意操作。例如，一個無意操作可能會在無意中啟動一個應用程式、取消一項長時處理、或是將一個運算裝置從休眠狀態中喚醒。

顯示器可包括有一個三維光學感測器，以判定由此光學感測器所捕捉到的一個物件的離此光學感測器之深度。若由一個物件所作的接觸為在顯示器上的雜物，那麼，可利用此物件之大小或是此物件從顯示器所延伸之距離，來漠視此項接觸。此雜物可為，例如，灰塵、塵土或昆蟲。若此物件為一個昆蟲，並且此昆蟲在接觸顯示器時並沒有延伸至顯示器前的一個規劃距離，運算裝置可漠視此項接觸。

電阻式觸碰螢幕面板包括有一個玻璃面板，其被一個導電層以及一個阻抗金屬層所覆蓋。這兩層被間隔器隔開，並且在頂部設置有一個防刮層。當顯示器運作時，電流會流經這兩層。當一個使用者觸碰螢幕時，這兩層在這個確切的點上產生接觸。電場上的改變被注意到，電腦計算此接觸點之座標。在一個電容系統中，在顯示器的玻璃面板上係設置有儲存電荷的一個層。當使用者以其手指觸碰顯示器時，一些電荷被轉移到使用者身上，而使電容層上的電荷減少。此項減少在位於顯示器之各個角落的電路中被量測。

二維光學觸碰系統可被用來判定觸碰發生在在螢幕上的何處。一個二維光學觸碰系統可包括一個光源，其行進橫越顯示器之表面，並於顯示器對側被接收。若有一個物體阻斷了光線，那麼接收器便無法接收此光線，並且有一項觸碰會在被阻斷的來自於兩個光源之光線交會處被登錄。在一個光學觸碰系統中的光源與接收器係安裝在透明層前方，以容許光束沿著透明層之表面行進。一些光學感測器被以圍繞顯示器邊緣的小牆型式呈現。將光源與接收器安裝在玻璃前方，可容許雜物干擾在光源與接收器之間所傳送的光線。

電阻性、電容性與二維光學觸碰系統可在一個物件接觸或靠近顯示器時判定XY座標。電阻性、電容性與二維光學觸碰系統並不判定Z維度(第三維)，即，離顯示器之距離。

若與顯示器之接觸係基於接觸此顯示器的二維尺寸而被漠視，則運算系統可能會漠視與顯示器之二維接觸面積很小的物件。例如，具有很小的二維表面的用以接觸顯示器之觸針可能會被漠視。若和顯示器之接觸係基於顯示器的最小接觸時間而被漠視，則快速接觸可能會被漠視。例如，若使用者正在玩需要快速地和部份螢幕接觸的遊戲，系統可能會拒絕太短時間所登錄的接觸。

請參考圖示，第1a圖為依據本發明之一示範實施例的一個顯示系統100。顯示系統100包括一個面板110以及在面板110之表面116前方的一個透明層105，用以顯示影像。面板110前方為顯示影像的表面116，面板110之後方與前方相對。一個三維光學感測器115可係與面板110在透明層之同一側上。透明層105可為玻璃、塑膠或是其他透明材料。面板110可為液晶顯示器(LCD)面板、薄膜顯示器、陰極射線管(CRT)、OLED或投影顯示器，舉個例子，例如，數位光源處理(DLP)。將三維光學感測器安裝在顯示系統100於表面116之邊緣117外部的區域中，可使透明層之清晰度不因三維光學感測器而減損。

三維光學感測器115可判定位於三維光學感測器115之視野135內的一個物件離三維光學感測器之深度。在一個實施例中，可利用物件之深度來判定此物件是否從顯示器延伸至遠離顯示器的一個規劃距離130。舉例來說，物件120可為在透明層105上，但並未從透明層105延伸至規劃距離130的一隻昆蟲。

若物件120在三維光學感測器115之視野135內，則來自於光源125之光線可從此物件反射，並被三維光學感測器115捕捉。可使用物件120離三維光學感測器115之距離來判定物件之大小。可從物件120之大小判定出物件120從顯示系統100所延伸之距離。若物件並未從顯示器延伸至規劃距離130，運算系統可漠視此項接觸。若物件從顯示器延伸至規劃距離130，運算系統可產生一個按鈕促動，可將這稱為在物件120與顯示器間之接觸位置的一次滑鼠敲擊。舉例來說，若有一隻昆蟲接觸顯示器，且出現一個圖標之影像，運算系統可漠視此項並未延伸至規劃距離130的接觸，但若是有一隻手指接觸顯示器，而出現一個圖標之影像，那麼因為手指與手延伸超過規劃距離，所以運算系統可促動此圖標所代表的功能，例如啟動一個程式。

在一些實施例中，一個稜鏡112被用來彎曲從物件到光學感測器的反射光線。稜鏡112可容許光學感測器沿著透明層105之表面探看。可將稜鏡112附接至透明層105。稜鏡112為一個透明體，其係由兩個非平行的表平面界定，並被用於折射或散射光束。在一個實施例中，稜鏡112折射由光源125所發出之穿過透明層105之光束，以從一個物件反射並穿過透明層105返回三維光學感測器115。

第1b圖包括介於透明層105與面板110間的一個間隙114。此間隙容許三維光學感測器115擁有從透明層105與面板110之間的透明層105視野。此間隙可為，舉例而言，0.1公分到0.5公分，但此間隙亦可為其他量值。三維光學感測器115之視野包括透明層105上之邊緣117。

在一個實施例中，可係在將光學感測器附接至面板後組配光學感測器。例如，在將光學感測器附接至顯示器之後，可藉由將物件顯示在面板上，來訓練面板上的一個電腦顯示資訊。使用者可接著接觸將物件顯示在面板上的顯示器，電腦可校正光學感測器，以使將來對顯示器的接觸可被電腦解讀成對顯示器的一項接觸。

第2圖為依據本發明之一示範實施例的顯示器200之一部份。顯示器200的此部份包括以一個角度安裝至透明層205的一個三維光學感測器215。此三維光學感測器之角度係以使三維光學感測器215之視野能包括透明層205對應於顯示器面板210的一個邊緣217之部份來決定。在一個實施例中，顯示器面板210與透明層205之間有一個間隙214。視野可由三維光學感測器215上之透鏡決定。可係以度數來衡量視野，例如，具有100度之視野的三維光學感測器可捕捉具有50度之視野的三維光學感測器所無法捕捉的影像。

第3圖為依據本發明之一示範實施例的一個三維光學感測器315。三維光學感測器315可接收從一個物件320反射的來自於一個光源325之光線。光源325可為，例如，發射使用者不可見之光線的紅外光或雷射光源。光源325可係處於相對於三維光學感測器315的，容許光線反映物件320並由三維光學感測器315捕捉的任何位置。紅外光可從可能是雜物的一個物件320反射，並被三維光學感測器315捕捉。在三維影像中的一個物件被映射到針對各個物件的給予Z軸順序，即距離上之順序，的不同平面。Z軸順序可使電腦程式能夠辨別出前景物件與背景，並可使電腦程式能夠判定物件離顯示器之距離。

使用基於三角測量之方法的二維光學感測器，例如立體音響，可能會牽涉到密集影像處理，以概略估算物件之深度。二維影像處理使用來自於一個感測器之資料，並處理此資料，以產生常理上無法從一個二維感測器獲得的資料。對於一個三維感測器而言，可不需使用密集影像處理，因為來自於此三維感測器之資料包括有深度資料。舉例而言，針對一個飛行時間三維感測器的影像處理可能會牽涉簡單查表，以將感測器讀數對照至物件離顯示器之距離。飛行時間感測器係由光線從已知光源出發、從物件反射、及回到三維光學感測器之行進所花的時間，來判定一個物件離感測器之深度。可從並不使用第二個三維光學感測器來判定影像中之物件的距離的這個三維光學感測器，來判定出在影像中的一個物件之深度。

在一個替代實施例中，光源可係以一個已知角度，將結構光線發射至物件上，結構光線為例如平面、方格、或更為複雜之形狀的一個光線圖樣的投影。光線圖樣在打到平面時的解構方式使視覺系統能夠計算畫面中之物件的深度及表面資訊。積體成像技術(Integral Imaging)為一種提供全視差立體視圖的技術。為了紀錄一個物件之資訊，連同一個高解析度光學感測器的一個微透鏡陣列被使用。可由於微透鏡相對於被成像物件的不同位置，而將此物件的多個角度成像到一個光學感測器上。可將所紀錄的含有來自於各個微鏡片之基本影像的影像作電子式轉移，且之後在影像處理中重建。在一些實施例中，積體影像透鏡可具有不同的焦距，且物件深度係基於此物件是否對焦，焦點感測器，或失焦，失焦感測器，而判定的。本發明之實施例並不受限於已論述之三維光學感測器，而可為任何類型的三維光學感測器。

第4圖為依據本發明之一示範實施例的一個顯示器。在一些圖形使用者介面(GUI)中，可感測多於一個物件420的顯示系統400可係能夠執行無法由單一接觸所辨識的在一個程式裡的數項工作。舉例來說，移動分開兩隻手指可在一個項目上拉近放大，而移動合併兩隻手指可在一個項目上拉遠縮小。

在一個實施例中，係有第一三維光學感測器415與第二三維光學感測器417。第一三維光學感測器415可擁有視野460。在包括介於透明層405與面板間之間隙的一個實施例中，視野的一部分可係落在透明層405之後。在視野460之內，物件420的影像被捕捉。第二物件422無法被第一三維光學感測器415看見，因為第一物件420處在第一三維光學感測器415與第二物件422之間。沿著視野460在第一物件420後方之容積中的部份455，視野460被第一物件420阻礙。第二三維光學感測器417可在其視野內捕捉一個影像，包括第一物件420與第二物件422二者之深度。第一三維光學感測器415可判定一第一物件420，例如，一隻昆蟲，之距離。若由第一三維光學感測器415對第二物件422的視界被第一物件420阻礙，則第一三維光學感測器415可能無法獲取例如為使用者手上的一根手指的第二物件422。第一三維光學感測器415與第二三維光學感測器417可係位於顯示系統400之角落，或者是，光學感測器可係位於顯示器中或顯示器內的任何地方，例如頂部、底部、或邊側。

由於離光學感測器之深度已知，故可使用一個三維光學感測器來判定物件之大小。若離光學感測器之深度未知，物件420之影像可能會以相同於離光學感測器415更遠的一個較大物件422之型式出現。運算系統可使用物件之大小來判定物件的類型，例如手掌、手指、觸針、昆蟲、雜物或其他物件。

第5圖為依據本發明之一示範實施例的一個顯示器。光學感測器具有延伸至顯示器面板510之邊緣517之外的一個可見區域。物件在邊緣517之外的移動可促動一個電腦系統的功能。在一個實施例中，可將虛擬按鈕540定位在顯示器面板510外部。虛擬按鈕540可為印在環繞顯示器面板510之表框上的一個符號或文字。虛擬按鈕不具有移動部份，且未被電氣式地連接至電腦系統580。光學感測器515可檢測出一個物件，例如使用者之手指，已於何時接觸一個虛擬按鈕540，並漠視來自於並不從此虛擬按鈕延伸至規劃距離之物件的與虛擬按鈕之接觸。在一個實施例中，顯示系統可被容納在亦容納一個運算系統580的一個外殼中，或者是，在一個替代實施例中，運算系統可係位在與顯示系統之外殼不同的另一個外殼中。

在一個實施例中，使用者可例如，藉由以沿著顯示系統500之側邊575上下移動的方式移動他們的手，來控制如音量等功能。顯示器之側邊可為位於面板510之邊緣外部的區域，且可包括在透明層之外的區域。可由使用者的手沿著顯示器面板側邊控制的其他功能之範例有，例如快轉與倒帶等媒體控制，以及例如移至下一幻燈片或前一幻燈片等展示控制。若一個物件正移近顯示器之側邊，例如有一隻昆蟲飛近顯示器之側邊，那麼若此物件並未延伸至規劃距離，運算系統可漠視此物件。

使用者可規劃電腦在檢測到某些動作時所實施的功能。舉例來說，使用者可藉由將他們的手在顯示器上從右到左移動而翻到下一頁，或是從左到右移動而翻回上一頁，來翻閱顯示器上之文件頁面。在另一個範例中，使用者可以一種代表抓取螢幕上之物件、及旋轉物件而以順時鐘或逆時鐘方向旋轉物件的動作，來移動他們的手。使用者介面可容許使用者更改由三維光學感測器所檢測到的手部移動之結果。舉例來說，若使用者以從右到左的方向在顯示器前移動他們的手，可將電腦規劃成將此動作解譯成翻頁、或者是關閉文件的動作。若一個物件正在顯示器前移動，例如有一隻昆蟲正在顯示器前飛動，那麼若此物件並未延伸至規劃距離，運算系統可漠視此物件。在一個實施例中，物件的深度表徵被儲存在運算系統中。深度表徵為物件一種的深度資訊。舉例來說，一隻手的深度表徵係與例如昆蟲等的雜物之深度表徵不同。可將來自於三維光學感測器的深度資訊與運算系統上的深度表徵資訊作比較，來判定物件類型。舉例來說，電腦可漠視具有雜物之深度表徵的物件，或者是，電腦可漠視並不具有例如手部等非雜物之深度表徵的物件。當物件之深度資訊符合雜物之深度表徵時，電腦可漠視在顯示系統前移動的物件。

第6圖為依據本發明之一示範實施例的一個方塊圖。光學感測器模組600包括光源625與三維光學感測器615。光學感測器模組600可捕捉可包括有影像中之物件的高度、寬度與深度的資料。光學感測器模組600可連結至一個通訊埠670，以將所捕捉之資料發送至一個運算裝置。通訊埠670可為在運算裝置上的一個通訊埠670。例如，通訊埠670可為通用序列匯流排(USB)埠，或IEEE 1394埠。在一個實施例中，通訊埠670可為運算裝置之輸入輸出控制器675的一部分。可將輸入輸出控制器675連接至一個電腦可讀媒體685。可將一個運算裝置之輸入輸出控制器675連接至一個控制器680。

控制器680可透過輸入輸出控制器675之通訊埠670，接收由三維光學感測器模組600所捕捉之資料。控制器680可從由三維光學感測器模組600所捕捉之資料，判定出一個物件離光學感測器模組600之距離。控制器680可基於此物件離三維光學感測器模組600之距離，而判定出此物件離一個顯示器之距離。在一個實施例中，控制器680為處理器或特定用途積體電路(ASIC)。

包括有控制器680的一個運算系統可使用此資料來判定出與顯示器的一個接觸是否可被漠視。例如，此資料可能包括一個物件的大小。若此物件之大小並未從顯示器延伸至規劃距離，那麼這項與顯示器之接觸可被漠視。

第7圖為依據本發明之一示範實施例的一個流程圖。此方法係由從一個三維光學感測器接收深度資訊(於710)開始。深度資訊包括在三維光學感測器的視野中之物件深度。例如，此三維光學感測器可係使用飛行時間、結構光線、積體成像或聚焦離焦來產生深度資訊。深度資訊可被一個運算裝置接收。運算裝置可為，例如，一個電腦系統、一個個人數位助理、或行動電話。運算裝置可從深度資訊判定出一個物件是否正接觸一個顯示系統(於720)。若此物件離顯示系統之距離實質上為零公分，那麼運算裝置可從深度資訊判定出此物件正接觸顯示器。在一個實施例中，實質上為零代表此三維光學感測器之解析度可能無法判定與顯示器之接觸，且小於離顯示系統的一個接觸距離的一個物件可能會具有被運算系統判定為零距離的離此三維光學感測器的深度資訊，並被判定為與此顯示系統的一項接觸。一個接觸距離可為，例如，離顯示系統0.2公分，但亦可為其他距離。若物件與透明層有所接觸，所計算出的此物件離顯示器之距離為零。若電腦接收到距離為零的一個信號，則若電腦判定出此物件之位置以及在面板上的一個圖標顯示之影像位置彼此吻合，電腦可產生對由此圖標所表示的一個功能之促動。例如，此圖標可代表當這個圖標被促動時，將被啟動的一個程式。

若接觸顯示器的物件並未從顯示器延伸至離顯示器的一個規劃距離，則運算裝置可漠視與顯示器的此項接觸(於730)。在一個實施例中，接觸被漠視，以促動由在顯示器之接觸位置的一個圖標之影像所代表的一個電腦功能，但顯示器可使用此項接觸來向使用者指出在顯示器上有雜物。舉例而言，一個指示符，例如圓圈，可被顯示在顯示器上之雜物位置處。

於上文中所說明的本技術可被體現在一個電腦可讀媒體中，用以將電腦系統組配來執行本方法。電腦可讀媒體可包括，例如且不受限於，任何數量的下列元素：磁性儲存媒體，包括碟片與磁帶儲存媒體；光學儲存媒體，例如光碟媒體(如CD-ROM、CD-R等等)以及數位影像碟片儲存媒體；全像記憶體；非依電性記憶體儲存媒體，包括以半導體為基礎的記憶體單元，例如FLASH記憶體、EEPROM、EPROM、ROM；強磁數位記憶體；依電性儲存媒體，包括暫存器、緩衝器或快取記憶體、主記憶體、RAM等等；以及網際網路，於此僅列舉數例。亦可使用其他新式與多樣的電腦可讀媒體類型來儲存及/或發送於本文中所論述之軟體模組。可找出多種形式的運算系統，包括但不受限於大型主機、迷你電腦、伺服器、工作站、個人電腦、筆記型電腦、個人數位助理、多種無線裝置與嵌入式系統，於此僅列舉數例。

於前文中，已述有許多細節，以提供對本發明之理解。然而，熟於此技者當瞭解，本發明亦可不在這些細節之下實施。雖然已針對有限數量的實施例來揭露本發明，但熟於此技者當識出源自本發明之多種修改體與變異體。吾等意欲使後附申請專利範圍涵蓋落於本發明之真實精神與範圍中的此類修改體與變異體。

100、400、500‧‧‧顯示系統

105、205、405‧‧‧透明層

110、210、510‧‧‧面板

112‧‧‧稜鏡

114、214‧‧‧間隙

115、215、315、415、417、615‧‧‧ 三維光學感測器

116‧‧‧表面

117、217、517‧‧‧邊緣

120、320、420、422‧‧‧物件

125、325、625‧‧‧光源

130‧‧‧規劃距離

135、460‧‧‧視野

200‧‧‧顯示器

455‧‧‧部份

515‧‧‧光學感測器

540‧‧‧虛擬按鈕

575‧‧‧側邊

580‧‧‧電腦系統/運算系統

600‧‧‧光學感測器模組/三維光學感測器模組

670‧‧‧通訊埠

675‧‧‧輸入輸出控制器

680‧‧‧控制器

685‧‧‧電腦可讀媒體

710~730‧‧‧步驟

100．．．顯示系統

105．．．透明層

110．．．面板

112．．．稜鏡

114．．．間隙

115．．．三維光學感測器

116．．．表面

117．．．邊緣

120．．．物件

125．．．光源

130．．．規劃距離

135．．．視野

Claims

一種顯示系統，其包含：一個三維光學感測器，用以產生針對接觸該顯示系統的一個物件之三維資料，其中若該物件離該顯示系統小於一個接觸距離，則該物件接觸該顯示系統；以及一個控制器，用以在只有當該物件從該顯示系統延伸至大於一個規劃距離的一個距離時，致動一個運算裝置的一個功能。
如申請專利範圍第1項之系統，其更包含一個面板，用以在該顯示系統上顯示從該運算裝置所接收之影像。
如申請專利範圍第1項之系統，其中若該物件正接觸該顯示系統且該物件並未從該顯示系統延伸至該規劃距離，則該控制器漠視對該顯示系統之接觸。
如申請專利範圍第1項之系統，其中該功能為由顯示在該顯示系統上的一個影像所識別的一個程式之啟用，該影像係位在與該顯示系統有所接觸的一個物件在該顯示系統上之一位置處。
如申請專利範圍第1項之系統，其中該三維資料包括一個物件的高度、寬度與深度。
如申請專利範圍第1項之系統，其中該三維光學感測器為飛行時間光學感測器、結構光線光學感測器、積體影像光學感測器、聚焦感測器或離焦感測器。
一種用於顯示器之方法，其包含下列步驟：從一個三維光學感測器接收深度資訊；從該深度資訊判定出一個物件是否正接觸一個顯示系統，其中若該物件離該顯示系統小於一個接觸距離，則該物件被判定為正接觸該顯示系統；以及若與該顯示系統有所接觸的該物件並未從該顯示系統延伸至離該顯示系統的一個規劃距離，則漠視與該顯示系統的一個接觸。
如申請專利範圍第7項之方法，其更包含下列步驟：若與該顯示系統有所接觸的該物件延伸至該規劃距離，則致動在一個運算裝置上的一個功能。
如申請專利範圍第8項之方法，其中該功能為由顯示在該顯示系統上的一個影像所識別的一個程式之啟用，該影像係位在與該顯示系統有所接觸的一個物件在該顯示系統上之一位置處。
如申請專利範圍第7項之方法，其更包含下列步驟：儲存該物件的一個深度表徵，並且若該物件之該深度表徵為一個雜物的深度表徵，則漠視該物件。