专利名称：三维互动立体显示器的指示物位置判断方法
技术领域：
本发明涉及显示技术领域，且特别是有关于一种三维互动立体显示器的指示物位
置判断方法。
背景技术：
近年来，各显示器厂商及研究单位都在积极开发立体显示器，期望能够提供给人 们一个更接近真实生活的视觉享受。然而，在既有的立体显示系统之下，如何达成人机的互 动，也成为各家厂商与研究单位争相开发的技术。 既有的三维互动立体显示器人机互动界面大多采用外加光学感测元件以达成互 动机制，这种外加光学感测元件使得整个系统的体积增加。同时，若是采用电荷耦合装置 (CCD)作为光学感测元件，则会因为收光角度的影响，使得在靠近显示面板附近的区域无法 接收到影像而导致无法互动。因此，如何达成互动机制且同时又不增加整体系统的体积将 会是开发三维互动立体显示器必须要克服的议题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，以克服 现有技术存在的问题。 具体地，本发明一实施例提出的一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方 法，应用于指示物与三维互动立体显示器的互动过程中，其中三维互动立体显示器包括光 感测器阵列以及光栅，光感测器阵列包括多个第一光感测器列以及多个第二光感测器列， 各个第一光感测器列与第二光感测器列沿第一维度方向交替排布，每一第一光感测器列及 第二光感测器列包括多个沿第二维度方向排列的光感测器；光栅与光感测器阵列间隔设置 且位于光感测器阵列的感光侧，光栅包括多个沿第一维度方向排列且沿第二维度方向延伸 的光栅栏；而指示物位置判断方法包括步骤获取各个第一光感测器列的各个光感测器的 第一感测光强度分布与各个第二光感测器列的各个光感测器的第二感测光强度分布；分别 依据第一感测光强度分布与第二感测光强度分布找出第一光遮蔽强度极大值与第二光遮 蔽强度极大值；以及利用第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值于第一维度方向 上的位置距离得出指示物在不同于第一维度方向和第二维度方向的第三维度方向上的位 置信息。 在本发明的一实施例中，上述的分别依据第一感测光强度分布与第二感测光强度 分布找出第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值的步骤包括对第一感测光强度 分布及第二感测光强度分布进行归一化处理；变换归一化后的第一感测光强度分布与归一 化后的第二感测光强度分布分别为第一光遮蔽强度分布及第二光遮蔽强度分布；以及从第 一光遮蔽强度分布与第二光遮蔽强度分布中分别找出第一光遮蔽强度极大值与第二光遮 蔽强度极大值。 在本发明的一实施例中，上述的指示物在第三维度方向上的位置信息为指示物在第三维度方向上与光栅的距离。 在本发明的一实施例中，上述的指示物位置判断方法更包括步骤将第一光遮蔽 强度极大值与第二光遮蔽强度极大值于第一维度方向上的位置中点作为指示物在第一维 度方向上的位置信息。 在本发明的一实施例中，上述的指示物位置判断方法进一步包括步骤从各个第 一光感测器列与第二光感测器列中的特定光感测器列的各个光感测器的感测光强度分布 中找出光接收强度极大值，并将光接收强度极大值于第二维度方向上的位置作为指示物在 第二维度方向上的位置信息；其中，特定光感测器列在第一维度方向上的位置信息与指示 物在第一维度方向上的位置信息相一致。 在本发明的一实施例中，上述的指示物位置判断方法进一步包括步骤从第一感 测光强度分布与第二感测光强度分布中找出光接收强度极大值，并将光接收强度极大值于 第二维度方向上的位置作为指示物在第二维度方向上的位置信息。 在本发明的一实施例中，上述的指示物位置判断方法更包括步骤从第一感测光
强度分布与第二感测光强度分布中找出光接收强度极大值，并将光接收强度极大值于第一
及第二维度方向上的位置信息分别作为指示物在第一及第二维度方向上的位置信息。 本发明再一实施例提出的一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，适用
于指示物与三维互动立体显示器的互动过程中；其中，三维互动立体显示器包括显示面板
以及设置于显示面板的观察侧的光栅，显示面板包括内嵌式光感测器阵列，而内嵌式光感
测器阵列包括多个第一光感测器列以及多个与各个第一光感测器列交替排布的第二光感
测器列，每一第一及第二光感测器列包括多个光感测器；而指示物位置判断方法包括步骤
获取各个第一光感测器列中的每一光感测器的光遮蔽强度而得第一光遮蔽强度集合以及
各个第二光感测器列中的每一光感测器的光遮蔽强度而得第二光遮蔽强度集合；从第一光
遮蔽强度集合及第二光遮蔽强度集合中分别找出第一光遮蔽强度极大值及第二光遮蔽强
度极大值；以及利用第一光遮蔽强度极大值与第二光遮蔽强度极大值的位置距离得出指示
物的垂直显示面板方向上的一维位置信息。 本发明又一实施例提出的一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，执行 于指示物与具有内嵌式光感测器的三维互动立体显示器的互动过程中，而指示物位置判断 方法包括步骤获取因指示物作用于三维互动立体显示器而造成的二维感测光强度分布； 找出二维感测光强度分布中的二光遮蔽强度极大值；以及利用此二光遮蔽强度极大值间的 位置距离得出指示物在其与三维互动立体显示器的距离方向上的一维位置信息。
本发明实施例通过在具有内嵌式光感测器的显示面板上设置光栅作为视差遮罩， 可达到立体显示同时又具有互动的功能，由于光感测器是内嵌入在显示面板里面，因此，可 增加三维互动立体显示器在近距离的工作范围且同时不增加显示器的体积。于本发明实施 例中，通过对光感测器列进行分组，再依据各组的感测光强度分布做适当的运算，即可得到 与显示器进行互动的指示物的第三个维度的位置信息及/或另外两个维度的位置信息。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合所附附图，作详细说明如下。
图1绘示出相关于本发明实施例的一种三维互动立体显示器的结构剖面示意图； 图2绘示出图1所示三维互动立体显示器与指示物的互动状态示意图； 图3示出图2所示指示物作用于三维互动立体显示器而造成的二维光接收强度分 布模拟图； 图4示出与图3相对应的二维光遮蔽强度分布模拟图； 图5示出图4所示的二维光遮蔽强度分布在X轴向上的一维分布情况； 图6示出图3所示的二维光接收强度分布在Y轴向上的一维分布情况。 其中，附图标记 10 :指示物 31 :显示面板 3112:薄膜晶体管 312 :液晶层 315 :下偏光片 33 :光栅 d :距离 Rl， R3， . . . ， R2n-1 :奇数光感测器列 20a :第一光遮蔽强度分布 Xa， Xb， Xc :位置坐标
30 :三维互动立体显示器 311 :下基板 3114 :光感测器 313 :上基板
上偏光片 光栅栏 影响区域
...，R2n :偶数光感测器列
316 332 310 R2， R4，
20b :第二光遮蔽强度分布
Yc :位置坐标
具体实施例方式
参见图1及图2，本发明实施例提出的一种三维互动立体显示器的指示物位置判 断方法，适用于指示物10与三维互动立体显示器30的互动过程中。本实施例中，指示物10 为一自发光指示物，可发出光线。三维互动立体显示器30包括显示面板31以及设置于显 示面板31的观察侧的光栅33。 如图1所示，显示面板31包括下基板311、液晶层312、上基板313、下偏光片315 以及上偏光片316。其中，液晶层312夹设于下基板311与上基板313之间，下偏光片315 设置于下基板311的外侧，上偏光片316设置于上基板313的外侧；下基板311的内侧设置 有薄膜晶体管3112(图1中仅示出一个作为举例，但并非用来限制本发明)以及光感测器 3114(图1中仅示出一个作为举例，但并非用来限制本发明)，而光感测器3114可为光电晶 体管、光电二极管或其他光学感测元件；在此，由于光感测器3114整合于显示面板31的内 部，故亦称之为内嵌式光感测器。 光栅33可贴附于显示面板31的观察侧，其包括多个间隔设置且沿X轴向排列的 光栅栏332，每一光栅栏322沿Y轴向延伸。 图2为指示物10与三维互动立体显示器30的互动状态示意图。如图2所示，三 维互动立体显示器30的显示面板31包括由多个内嵌式光感测器3114构成的内嵌式光感 测器阵列，而此内嵌式光感测器阵列包括多个奇数光感测器列Rl， R3， . . . ， R2n-1以及多个 偶数光感测器列R2， R4， . . . ， R2n。这些奇数光感测器列Rl， R3， . . . ， R2n_l与偶数光感测 器列R2， R4， . . . ， R2n沿X轴向交替排布，且每一奇数光感测器列Rl， R3， . . . ， R2n_l与偶数光感测器列R2， R4， . . . ， R2n的多个光感测器3114沿Y轴向排列。光栅33位于内嵌式 感测器阵列的感光侧且与此内嵌式感测器阵列间隔设置。指示物IO与三维互动立体显示 器30的光栅33的距离为d，此时其在显示面板31上造成一影响区域310，当指示物10在 互动过程中沿垂直于显示面板31的方向(亦即Z方向)上下移动(亦即改变距离d)时， 影响区域310的大小会相应的改变，进而会造成三维互动立体显示器30具有不同的二维感 测光强度分布。 下面将结合图3至图6具体描述相关于本发明实施例的三维互动立体显示器的指 示物位置判断方法，此指示物位置判断方法的各个步骤详述如下。 参见图3及图4，图3示出指示物10作用于三维互动立体显示器30而造成的且 与影响区域310相对应的二维光接收强度分布模拟图，图4示出与图3相对应的二维光遮 蔽强度分布模拟图；在此，二维光接收强度分布及二维光遮蔽强度皆称之为二维感测光强 度分布。具体地，图3中示出的二维光接收强度分布包括对应至少部分奇数光感测器列Rl， R3， . . . ， R2n-1的二维的第一光接收强度分布(图中未标示)以及对应至少部分偶数光感 测器列R2， R4， . . . ， R2n的二维的第二光接收强度分布(图中未标示)；同样地，图4中示 出的二维光遮蔽强度分布包括对应至少部分奇数光感测器列Rl， R3， ... ， R2n-1的.二维 的第一光遮蔽强度分布20a以及对应至少部分偶数光感测器列R2， R4， . . . ， R2n的二维的 第二光遮蔽强度分布20b。其中，将图3中的二维光接收强度分布变换成图4所示的二维 光遮蔽强度分布20a及20b可通过下列方法实现对图3所示的二维光接收强度分布(亦 即，光接收强度集合)中的第一光接收强度分布与第二光接收强度分布中的各个光接收强 度进行归一化处理，使其最大光接收强度为l，然后再用l减掉归一化处理后的各个光接收 强度，则可获得二维的第一光遮蔽强度分布20a及二维的第二光遮蔽强度分布20b，进而可 得图4所示的二维光遮蔽强度分布(亦即，光遮蔽强度集合)。 承上述，图3中示出的二维光接收强度分布具有一个光接收强度极大值，图4中示 出的二维光遮蔽强度分布具有两个光遮蔽强度极大值，此二光遮蔽强度极大值分属于第一 光遮蔽强度分布20a与第二光遮蔽强度20b。 参见图5，其示出图4所示的二维光遮蔽强度分布在X轴向上的一维分布情况。在 找出分属于第一光遮蔽强度分布20a与第二光遮蔽强度分布20b的两个光遮蔽强度极大值 后，获取此二光遮蔽强度极大值在X轴向上的位置坐标Xa及Xb ;然后根据位置坐标Xa与 Xb的距离即可计算出指示物10在Z轴向上的位置信息例如本实施例中的距离d。在此，依 据位置坐标Xa与Xb的距离计算距离d的原理为自指示物10发出的光线经过三维互动立 体显示器30的光栅33后，由显示面板31的各个内嵌光感测器3114进行感测；由于光栅 33与光感测器3114之间存在预设的距离，所以通过几何关系，可知在特定角度的光感测器 3114会被光栅栏332完全挡住；因此不同距离d的指示物10发出的光线会被不同角度的 光感测器3114所感测，借此可以找到光遮蔽强度分布与指示物10的距离d之间的关系，进 而可得出指示物10在Z轴向上的位置信息。 进一步地，可将分属于第一光遮蔽强度分布20a与第二光遮蔽强度分布20b的两 个光遮蔽强度极大值的位置坐标Xa与Xb相加再除以二的商作为指示物10在X轴向上的 位置信息，亦即位置坐标Xc。在此，位置坐标Xc为上述二光遮蔽强度极大值的位置坐标Xa 与Xb的中点。
然后，在得出指示物10在X轴向上的位置坐标后，找出X轴向上的位置坐标为Xc 的特定光感测器列的各个光感测器在Y轴向上的一维分布情况(如图6所示)。从图6可 以得知，在Y轴向上的一维光接收强度分布存在一个光接收强度极大值，将此光接收强度 极大值在Y轴向上的位置坐标Yc作为指示物10在Y轴向上的位置坐标。至此，完成指示 物10的三个维度的位置坐标判断。 于另一实施例中，在判断指示物IO在Y轴向上的位置坐标时，并不仅限于执行在 获取指示物10的X轴向上的位置坐标Xc之后，也可对图3中的二维光接收强度分布中的 各个光接收强度进行逐一分析，找出光接收强度极大值在Y轴向上的位置坐标，同样可得 到指示物10在Y轴向上的位置坐标。 于其他实施例中，也可将图3所示的二维光接收强度分布的光接收强度极大值在 X轴向与Y轴向上的位置坐标分别作为指示物10在X轴向与Y轴向上的位置坐标。
综上所述，本发明实施例通过在具有内嵌式光感测器的显示面板上设置光栅作为 视差遮罩，可达到立体显示同时又具有互动的功能，由于光感测器是内嵌入在显示面板里 面，因此，可增加三维互动立体显示器在近距离的工作范围且同时不增加显示器的体积。于 指示物位置判断方法中，通过对光感测器列进行分组，再依据各组的感测光强度分布做适 当的运算，即可得到与显示器进行互动之指示物的第三个维度之位置信息及/或另外两个 维度的位置信息。 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，应用于一指示物与一三维互动立体显示器的互动过程中，其特征在于，该三维互动立体显示器包括一光感测器阵列以及一光栅，该光感测器阵列包括多个第一光感测器列以及多个第二光感测器列，这些第一光感测器列与这些第二光感测器列沿一第一维度方向交替排布，每一这些第一及第二光感测器列包括多个沿一第二维度方向排列的光感测器；该光栅与该光感测器阵列间隔设置且位于该光感测器阵列的感光侧，该光栅包括多个沿该第一维度方向排布且沿该第二维度方向延伸的光栅栏；该指示物位置判断方法包括步骤获取这些第一光感测器列的这些光感测器的一第一感测光强度分布与这些第二光感测器列的这些光感测器的一第二感测光强度分布；分别依据该第一感测光强度分布与该第二感测光强度分布找出一第一光遮蔽强度极大值与一第二光遮蔽强度极大值；以及利用该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值于该第一维度方向上的位置距离得出该指示物在不同于该第一维度方向与该第二维度方向的一第三维度方向上的位置信息。
2. 根据权利要求1所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于， 分别依据该第一感测光强度分布与该第二感测光强度分布找出该第一光遮蔽强度极大值 与该第二光遮蔽强度极大值的步骤包括对该第一感测光强度分布及该第二感测光强度分布进行归一化处理； 变换该归一化后的第一感测光强度分布与该归一化后的第二感测光强度分布分别为一第一光遮蔽强度分布及一第二光遮蔽强度分布；以及从该第一光遮蔽强度分布与该第二光遮蔽强度分布中分别找出该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值。
3. 根据权利要求1所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于， 该指示物在该第三维度方向上的位置信息为该指示物在该第三维度方向上与该光栅的距 离。
4. 根据权利要求1所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于， 更包括步骤将该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值于该第一维度方向上的位置 中点作为该指示物在该第一维度方向上的位置信息。
5. 根据权利要求4所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于， 更包括步骤从这些第一光感测器列与这些第二光感测器列中的一特定光感测器列的这些光感测 器的一感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值于该第二维 度方向上的位置作为该指示物在该第二维度方向上的位置信息，其中该特定光感测器列在 该第一维度方向上的位置信息与该指示物在该第一维度方向上的该位置信息相一致。
6. 根据权利要求4所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于， 更包括步骤从该第一感测光强度分布与该第二感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将 该光接收强度极大值于该第二维度方向上的位置作为该指示物在该第二维度方向上的位置信息。
7. 根据权利要求1所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于， 更包括步骤从该第一感测光强度分布与该第二感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将 该光接收强度极大值于该第一及第二维度方向上的位置信息分别作为该指示物在该第一 及第二维度方向上的位置信息。
8. —种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，适用于一指示物与 一三维互动立体显示器的互动过程中，该三维互动立体显示器包括一显示面板以及一设置 于该显示面板的观察侧的光栅，该显示面板包括一 内嵌式光感测器阵列，该内嵌式光感测 器阵列包括多个第一光感测器列以及多个与这些第一光感测器列交替排布的第二光感测 器列，每一这些第一及第二光感测器列包括多个光感测器；该指示物位置判断方法包括步 骤获取这些第一光感测器列中的每一这些光感测器的一光遮蔽强度而得一第一光遮蔽 强度集合以及这些第二光感测器列中的每一这些光感测器的一光遮蔽强度而得一第二光 遮蔽强度集合；从该第一光遮蔽强度集合及该第二光遮蔽强度集合中分别找出一第一光遮蔽强度极 大值及一第二光遮蔽强度极大值；以及利用该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值的位置距离得出该指示物 的垂直该显示面板方向上的一第一维度位置信息。
9. 根据权利要求8所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于， 该第一维度位置信息为该指示物与该光栅的距离。
10. 根据权利要求8所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于， 更包括步骤将该第一光遮蔽强度极大值与该第二光遮蔽强度极大值在这些第一光感测器列与这 些第二光感测器列交替排布方向上的位置坐标相加再除以二的商作为该指示物的一第二 维度位置信息。
11. 根据权利要求io所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，更包括步骤从这些第一及第二光感测器列中的一特定光感测器列的这些光感测器的光接收强度 中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值在这些第一光感测器列与这些第二 光感测器列的延伸方向上的位置坐标作为该指示物的一第三维度位置信息，其中该特定光 感测器列在这些第一光感测器列与这些第二光感测器列交替排布方向上的位置坐标与该 指示物的该第二维度位置信息相一致。
12. 根据权利要求IO所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在 于，更包括步骤从这些第一及第二光感测器列中的这些光感测器的光接收强度中找出一光接收强度 极大值，并将该光接收强度极大值在这些第一光感测器列与该些第二光感测器列的延伸方 向上的位置坐标作为该指示物的一第三维度位置信息。
13. 根据权利要求8所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，更包括步骤从这些第一及第二光感测器列中的这些光感测器的光接收强度中找出一光接收强度 极大值，并将该光接收强度极大值的二维位置坐标分别作为该指示物的一第二维度位置信 息及一第三维度位置信息。
14. 一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在于，执行于一指示物与 一具有内嵌式光感测器的三维互动立体显示器的互动过程中，该指示物位置判断方法包括 步骤获取因该指示物作用于该三维互动立体显示器而造成的一二维感测光强度分布； 找出该二维感测光强度分布中的二光遮蔽强度极大值；以及利用该二光遮蔽强度极大值间的位置距离得出该指示物在该指示物与该三维互动立 体显示器的距离方向上的一第一维度位置信息。
15. 根据权利要求14所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在 于，该第一维度位置信息为该指示物与该三维互动立体显示器的一距离。
16. 根据权利要求14所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在 于，更包括步骤将该二光遮蔽强度极大值的位置中点的一一维坐标作为该指示物的一第二维度位置 信息。
17. 根据权利要求16所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在 于，更包括步骤从该二维感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值的 一一维位置坐标作为该指示物的一第三维度位置信息。
18. 根据权利要求14所述的三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，其特征在 于，更包括步骤从该二维感测光强度分布中找出一光接收强度极大值，并将该光接收强度极大值的二 维位置坐标分别作为该指示物的一第二维度位置信息及一第三维度位置信息。
全文摘要
本发明提供一种三维互动立体显示器的指示物位置判断方法，适用于指示物与具有内嵌式光感测器的三维互动立体显示器的互动过程中，其包括步骤获取因指示物作用于三维互动立体显示器而造成的二维感测光强度分布，找出二维感测光强度分布中的二光遮蔽强度极大值，以及利用此二光遮蔽强度极大值的位置距离得出指示物于指示物与三维互动立体显示器的距离方向上的一维位置信息。
文档编号G06F3/041GK101751187SQ20101000200
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月5日 优先权日2010年1月5日
发明者吴璧丞, 孙伟珉, 洪集茂, 温亦谦, 王国振, 白宗纬, 谢宗贤, 黄乙白 申请人:友达光电股份有限公司