CN101739177B

CN101739177B - 三维交互式显示器及其三维坐标检测方法

Info

Publication number: CN101739177B
Application number: CN 200810182044
Authority: CN
Inventors: 黄乙白; 王国振; 白宗纬; 吴壁丞
Original assignee: National Chiao Tung University NCTU
Current assignee: National Yang Ming Chiao Tung University NYCU
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2028-11-27
Also published as: CN101739177A

Abstract

本发明公开一种三维交互式显示器及其三维坐标检测方法，利用安装多个光栅片于触控面板上，使触控物接近所述触控面板所造成的阴影强度产生不对称的分布，再经由装设于所述触控面板内的多个光源传感器检测光源强度，然后通过处理单元，将所述光源传感器所检测到的光源强度做适当的运算以得到三维坐标。以此提升所述三维交互式显示器在近距离的工作范围，并且无需改变所述三维交互式显示器的制造程序以及无需额外增加硬件设备。

Description

三维交互式显示器及其三维坐标检测方法

技术领域

本发明涉及一种交互式显示器，特别涉及一种三维交互式显示器及其三维坐标检测方法。

背景技术

随着数字化信息生活的时代来临，各式的数字化产品已与日常生活密不可分，例如小型的移动电话、个人数字助理与数字相机或是设置于商场街道的大型电子广告牌，皆随处可见；而对于数字化产品而言，最不可或缺的即是显示功能。早期的显示功能不外乎是经由显示面板将图像显示，而逐渐地已发展为能与使用者直接互动的触控面板；其通过手指或其它物质触碰该触控面板，依据不同检测方法，例如检测电压、电流、声波或红外线等，以检测触压点的所在，而设计技术区分为电阻式、电容式、超音波式或光学式等，这种触控面板如今已广为应用于电子字典、移动电话、公共场所信息导航系统及银行自动柜员机等设计。然而随着图像处理技术的进步，触控面板的设计朝三维度的方向迈进，如美国专利案号US2006/0012675A1所述，使用者在特定区域内做移动与动作，通过移动跟踪系统追踪使用者的移动与动作，并产生三维位置信息，再通过图像系统接收且处理该三维位置信息，以产生图像显示于显示器。而该移动跟踪系统包含第一图像照相机与第二图像照相机，用以撷取使用者的移动与动作。

由于传统的三维交互式显示器通过图像照相机来撷取使用者的移动与动作图像，再通过图像的分析可得到坐标信息，然而图像照相机大多采用电荷耦合组件作为感光组件，该方法需要较大的显示器硬件体积；另外，受限于电荷耦合组件的技术，使得使用者的工作范围只局限于在一定距离范围内，过近距离与过远距离将使检测灵敏度大幅降低。有鉴于此，本发明针对如上所述的困扰，同时结合显示面板与光电技术，提出三维交互式显示器及其三维坐标检测方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三维交互式显示器及其三维坐标检测方法，其有效缩小所述三维交互式显示器的体积，且同时增加所述三维互动式显示器在近距离的工作范围。

本发明的另一目的在于提供一种三维交互式显示器及其三维坐标检测方法，其中光栅片可直接安装于制作完成的三维交互式显示器，从而无需改变三维交互式显示器的制造程序，且无需额外增加硬件设备。

为了达到上述目的，本发明提出的三维交互式显示器，包括触控面板以及多个光栅片，其中所述触控面板上设有矩阵排列式的多个光源传感器；而所述光栅片的周围也可设有承载框架，以便于所述光栅片安装于所述触控面板上。通过触控物触控所述触控面板，安装于所述触控面板上的所述光栅片将使所述触控物接近所述触控面板所造成的阴影强度产生不对称的分布，之后利用所述光源传感器检测光源强度，由于所述光栅片与所述光源传感器之间存在距离，所以造成特定角度的所述光源传感器将被所述光栅片完全挡住，因此，不同高度的光源将被不同角度的光源传感器所检测；然后通过处理单元运算所述光源传感器所检测到的光源强度以得到三维坐标。

因此，本发明通过分析光源强度与光源高度的关系，进而得到所述三维坐标，以提升所述三维交互式显示器在近距离的工作范围。

附图说明

图1为本发明的三维交互式显示器的第一实施例的架构示意图；

图2为本发明的三维交互式显示器的第一实施例的分解示意图；

图3为本发明的三维坐标检测方法的流程图；

图4为本发明的三维交互式显示器的横向光源强度的示意图；

图5为本发明的三维交互式显示器的纵向光源强度的示意图；

图6为本发明的三维交互式显示器的第二实施例的架构示意图；

图7为本发明的三维交互式显示器的第三实施例的架构示意图。

【主要组件符号说明】

10：光栅片 12：承载框架

14：触控面板 16：光源传感器

18：条状窗口

具体实施方式

以下，通过具体实施例配合所附的图加以详细说明，以更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达到的功效。

本发明提供一种三维交互式显示器及其三维坐标检测方法，本发明直接将光栅片安装于制作完成的三维交互式显示器，因而无需改变所述三维交互式显示器的制造程序，同时也无需额外增加所述三维交互式显示器的硬件设备搭配安装所述光栅片，以下将以优选实施例详细叙述本发明的技术特征。

如图1与图2所示，多个光栅片10为条状且以纵向排列形态安装于触控面版14上。该触控面版14具有多个光源传感器16，其以矩阵方式排列，用以检测光源强度。当触控物触控所述触空面板14时，将产生阴影强度，该阴影强度通过所述光栅片10形成不对称的分布，再通过光源传感器16检测光源强度，由于所述光栅片10位于光源传感器16的相邻两列之间，且该光栅片10与相邻的光源传感器16部分重叠，同时该光栅片10与所述光源传感器16之间存在垂直的距离差距，由此造成特定角度的光源传感器16将被光栅片10完全挡住，因此，不同高度的光源将被不同角度的光源传感器16所检测；然后通过处理单元(图中未示)将所述光源传感器16所检测到的光源强度做运算以得到光源峰值，之后该光源峰值再经由所述处理单元运算，进而产生三维坐标。

图3所示为三维坐标检测的方法，同时参考图1与图2的架构与分解示意图。首先如步骤S20，经触控物触控所述触控面板14，其中所述触控物为手指或触控笔。之后如步骤S22，通过光栅片10使得所述触控物触控所述触控面板14所产生的阴影发生不对称分布。其后如步骤S24、通过所述光源传感器16检测光源强度，该光源强度分为横向与纵向两种光源强度，且处理单元利用数值1减去所检测到的横向与纵向光源强度，以得到光源峰值。如图4所示为三维交互式显示器横向光源强度的示意图，其中两个光源密度形成两个光源峰值相对存在于两个横向位置上，该两个光源峰值分开的距离与所述触控物垂直于所述触控面板14的高度成正比关系；如图5所示为三维交互式显示器纵向光源强度的示意图，其中一个光源密度形成一个光源峰值相对存在于一个纵向位置上。接着，如步骤S26，处理单元将横向的两个光源峰值的位置相加除以二，以得到第一维坐标；并且所述处理单元利用纵向的光源峰值的位置，得到第二维坐标；第三维坐标则通过所述处理单元计算横向的两个光源峰值之间的距离而得到。最后如步骤S28，得到三维坐标。

以上所述为多个光栅片10安装于触控面版14上的第一实施例。另外，为了便于安装与制造，可利用透明的承载框架12承载所述光栅片10，如图6所示为本发明的第二实施例，在此，光栅片10为条状，呈纵向排列形态设置于透明的承载框架12上，所述光栅片10位于光源传感器(图中未示)的相邻两列之间，并与相邻的所述光源传感器部分重叠。

第三实施例为如图7所示，多个光栅片10与透明的承载框架12制作成为一体，且设有多个条状窗口18，用以使光源传感器(图中未示)得以由该条状窗口18显露。

在如上所述的实施例中，为了便于说明仅以条状的光栅片位于相邻的两排光源传感器之间的情况为例进行了说明，但是本发明并不限于此，光栅片可以采用任意的形状，并且光栅片只要位于相邻的两个光源传感器之间即可。

经由实施例说明可知本发明通过分析光源强度与光源高度的关系，进而得到三维坐标，以提升三维交互式显示器在近距离的工作范围，并且无需改变所述三维交互式显示器的制造程序，除此之外也无需额外增加所述三维交互式显示器的硬件设备以搭配安装所述光栅片10。本发明将有利于光电产业与显示器产业的应用。再者，本发明的光栅片10的形状可为块状，且可呈横向排列形态，设置于相邻两行之间。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，因此不能以之限定本发明的保护范围，即大凡依本发明所揭示的精神所做的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三维交互式显示器，包括：

触控面板，其上设有矩阵式排列的多个光源传感器，用以检测光源强度；

多个光栅片，安装于所述触控面板上，且位于相邻的两个所述光源传感器之间，所述光栅片上对触控物接近所述触控面板所产生的阴影强度造成不对称分布，经由所述光源传感器检测光源强度及所述不对称分布，而取得三维坐标；以及

处理单元，所述处理单元接收所述光源传感器检测到的光源强度并加以运算以产生所述三维坐标。

2.根据权利要求1所述的三维交互式显示器，其特征在于所述光栅片位于所述光源传感器相邻两列或两行之间。

3.根据权利要求1所述的三维交互式显示器，其特征在于每一所述光栅片与相邻的所述光源传感器部分重叠。

4.根据权利要求1所述的三维交互式显示器，其特征在于所述触控物为触控笔或手指。

5.根据权利要求1所述的三维交互式显示器，其特征在于所述光栅片周围还设有承载框架。

6.根据权利要求1所述的三维交互式显示器，其特征在于所述光栅片的排列形态为纵向排列形态或横向排列形态。

7.根据权利要求1所述的三维交互式显示器，其特征在于所述光栅片的形状为条状或块状。

8.根据权利要求1所述的三维交互式显示器，其特征在于以所述光栅片造成的所述不对称分布得到两个光源峰值，且该两个光源峰值之间的距离正比于所述触控物垂直于所述触控面板的高度。

9.一种三维交互式显示器的三维坐标检测方法，应用于安装光栅片的触控面板，且该触控面板具有多个光源传感器；所述三维坐标检测方法包括下列步骤：

触控物触控所述触控面板；

通过所述光栅片使所述触控物接近所述触控面板所产生的阴影强度造成不对称分布；

经由所述光源传感器检测光源强度及所述不对称分布；以及

通过处理单元运算得到两个光源峰值进而产生第一维坐标、第二维坐标及第三维坐标。

10.根据权利要求9所述的三维坐标检测方法，其特征在于在所述处理单元运算的步骤中利用数值1减去所述光源传感器所检测的光源强度，以得到所述两个光源峰值。

11.根据权利要求9所述的三维坐标检测方法，其特征在于在所述处理单元运算的步骤中利用所述两个光源峰值的位置相加除以二，以得到所述第一维坐标。

12.根据权利要求9所述的三维坐标检测方法，其特征在于在所述处理单元运算的步骤中利用所述光源传感器所检测到的纵向光源强度，以得到所述第二维坐标。

13.根据权利要求9所述的三维坐标检测方法，其特征在于在所述处理单元运算的步骤中利用所述两个光源峰值之间的距离，以得到所述第三维坐标。

14.根据权利要求9所述的三维坐标检测方法，其特征在于所述两个光源峰值之间的距离正比于所述触控物垂直于所述触控面板的高度。

15.根据权利要求9所述的三维坐标检测方法，其特征在于所述第三维坐标为所述触控物垂直于所述触控面板的高度。