CN103853392B - 3d显示装置、3d互动显示系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D显示装置，在所述装置的3D显示屏出光方向依次设有第二光感触摸层和第一光感触摸层，所述第一光感触摸层、第二光感触摸层分别用于探测入射光在所述第一光感触摸层的第一入射点坐标、在所述第二光感触摸层的第二入射点坐标，以判定所述入射光的方向。本发明能够更精确的判定入射光线的方向，从而保证了使用者对3D互动显示装置进行互动操作的准确性。本发明还公开了一种3D互动显示系统和方法。

Description

3D显示装置、3D互动显示系统和方法

技术领域

本发明涉及平板3D显示技术领域，尤其涉及一种3D显示装置、3D互动显示系统和方法。

背景技术

3D显示器(3 Dimensional Display)如果需要与人实现互动，如3D射击游戏、3D显示报告，可以在3D显示器上增加触摸功能，组成3D互动显示器。该触摸功能可以利用发光笔-光感触摸屏系统来实现远程触摸，实现对3D显示器的远程操作。

3D互动显示器显示的物体是虚拟的，每个物体均有立体位置的3D坐标。而操作者使用发光笔向光感触摸屏发射光线时，光笔-光感触摸屏系统只能确定一个2D的坐标，这将导致人机互动出现很大误差。

如图1所示，由3D显示屏1和光感触摸层2组成3D互动显示器，使用者5用发光笔3指向3D互动显示器的显示物体4中的B物体并通过发光笔3发出入射光6，由于入射光6垂直方向上存在入射角度，使光感触摸层感知的位置可能是指向显示物体4中C物体的位置，得到错误指向的信息，从而影响了远程互动操作的准确性。

现有的一种解决方案中，使用者需要使用能够发出两个不同颜色光的发光装置，3D互动显示装置的光感测阵列通过感测不同颜色光的不同光强计算坐标，所需光感测阵列结构复杂、设计困难，而且需使用彩色滤光片使不同颜色的光透过后呈现不同的光强，因此只适用于某些显示器，如液晶3D显示器，如果用于其他类型的3D显示器，如OLED显示器、PDP显示器等，则需要增加额外的彩色滤光片，既增加了成本又会严重影响亮度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种3D显示装置、3D互动显示系统和方法，能够更精确的判定入射光线的方向，从而保证了使用者对3D互动显示装置进行互动操作的准确性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种3D显示装置，包括3D显示屏，在所述3D显示屏的出光方向上依次设有第二光感触摸层和第一光感触摸层，所述第一光感触摸层、所述第二光感触摸层分别用于感测入射光在所述第一光感触摸层的第一入射点坐标、在所述第二光感触摸层的第二入射点坐标，以判定所述入射光的方向。

所述第二光感触摸层和第一光感触摸层设置于所述3D显示屏之外。

所述显示装置还包括设置于所述3D显示屏之外的第一透明基板和第二透明基板，第一光感触摸层设置于所述第一透明基板上形成第一光感触摸屏，第二光感触摸层设置于所述第二透明基板上形成第二光感触摸屏。

所述显示装置还包括设置于所述3D显示屏之外的第三透明基板，所述第一光感触摸层和所述第二光感触摸层分别设置于所述第三透明基板的两个相对的表面上。

所述第二光感触摸层和第一光感触摸层内嵌于所述3D显示屏。

所述3D显示屏包括相对设置的彩膜基板和阵列基板，所述第二光感触摸层和第一光感触摸层设置于所述彩膜基板面向所述阵列基板的一侧。

所述第一光感触摸层设置于所述3D显示屏之外，所述第二光感触摸层内嵌于所述3D显示屏。

所述显示装置还包括设置于所述3D显示屏之外的第四透明基板，第一光感触摸层设置于所述第四透明基板上形成第三光感触摸屏，所述3D显示屏包括相对设置的彩膜基板和阵列基板，所述第二光感触摸层设置于所述彩膜基板面向所述阵列基板的一侧。

所述第一光感触摸层和第二光感触摸层之间的距离为0.5mm-10mm。

所述3D显示屏为液晶显示屏或者OLED显示屏或者等离子显示屏。

所述入射光为单色光。

所述显示装置还包括数据处理器，所述数据处理器与所述第一光感触摸层和第二光感触摸层电连接，用于根据所述第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向。

一种3D互动显示系统，包括发光装置、数据处理装置以及上述显示装置；所述发光装置用于向所述显示装置发出入射光；所述数据处理装置与所述显示装置通信连接，用于根据所述显示装置感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向。

一种3D互动显示系统，包括发光装置以及上述的显示装置；所述发光装置用于向所述显示装置发出入射光；所述显示装置用于感测所述入射光的第一入射点坐标、第二入射点坐标并判定所述入射光的方向。

一种3D互动显示方法，该方法包括：

在3D显示屏的出光方向上依次设置第二光感触摸层和第一光感触摸层；

所述第一光感触摸层感测入射光的第一入射点坐标；

所述第二光感触摸层感测所述入射光的第二入射点坐标；

根据所述第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向，确定入射光指向的3D显示物体。

所述第一光感触摸层和第二光感触摸层外挂于所述3D显示屏；

或者所述第一光感触摸层和第二光感触摸层同时内嵌于所述3D显示屏；

或者所述第一光感触摸层外挂于所述3D显示屏，所述第二光感触摸层内嵌于所述3D显示屏。

采用本发明的技术方案，能够更精确的判定入射光线的方向，从而保证了使用者对3D互动显示装置进行互动操作的准确性，只需使用者发出一种颜色的光即可判定该入射光线的方向，不需要与彩色滤光片配合使用，对3D显示器的类型没有限制。

附图说明

图1是现有的互动显示系统在判定使用者互动操作时的示意图；

图2是本发明实施例一提供的显示装置的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的显示装置判定入射光方向时的示意图；

图4(a)是本发明实施例一提供的显示装置的结构示意图；

图4(b)是本发明实施例一提供的显示装置的结构示意图；

图4(c)是本发明实施例一提供的互动显示系统的结构示意图；

图4(d)是本发明实施例一提供的互动显示系统的结构示意图；

图5(a)是本发明实施例二提供的显示装置的结构示意图；

图5(b)是本发明实施例二提供的显示装置的结构示意图；

图5(c)是本发明实施例二提供的互动显示系统的结构示意图；

图5(d)是本发明实施例二提供的互动显示系统的结构示意图；

图6(a)是本发明实施例三提供的显示装置的结构示意图；

图6(b)是本发明实施例三提供的显示装置的结构示意图；

图6(c)是本发明实施例三提供的互动显示系统的结构示意图；

图6(d)是本发明实施例三提供的互动显示系统的结构示意图；

图7(a)是本发明实施例四提供的显示装置的结构示意图；

图7(b)是本发明实施例四提供的显示装置的结构示意图；

图7(c)是本发明实施例四提供的互动显示系统的结构示意图；

图7(d)是本发明实施例四提供的互动显示系统的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的互动显示方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图2是本发明实施例一提供的显示装置的结构示意图，在3D显示屏23的出光方向设有两个光感触摸层，分别为第一光感触摸层21和第二光感触摸层22。

所述第二光感触摸22层位于所述第一光感触摸层21和所述显示屏23之间，入射光先后通过所述第一光感触摸屏21和第二光感触摸屏22。所述第一光感触摸屏21用于感测入射光在所述第一光感触摸层21的第一入射点坐标，所述第二光感触摸层22用于感测入射光在所述第二光感触摸层22的第二入射点坐标，以判定所述入射光的方向。所述第一光感触摸层21和第二光感触摸层22之间的距离可在0.1mm-30mm之间，优选为0.5mm-10mm,以保证对入射光方向判定的准确度同时兼顾显示装置的外观厚度。

所述入射光可使用单色光、双色光或者多色光，使用单色光时可以是单一波长也可以是多个波长的混合。所述显示装置用于判定单一波长的入射光的方向时，探测该入射光分别在两个光感触摸层上的入射点，无需另外增加彩色滤光片，因此所述显示装置的结构适用于不同类型的显示屏。所述显示屏3并不局限于液晶、LED、OLED、PDP等显示屏。

如图3所示，当入射光35入射本实施例中的显示装置时，所述入射光先通过所述第一光感触摸层31，所述第一光感触摸层31感测到所述第一入射点

P(x,y,z)。所述入射光通过第一光感触摸层31后，入射第二光感触摸层32，所述第二光感触摸层32探测到所述第二入射点P'(x',y',z'),在Z轴方向上所述第一光感触摸层31和第二光感触摸层32之间的距离D＝z'-z。设穿过所述第一入射点P和第二入射点P’的入射光所指向的3D显示物体上的点Q坐标为(a,b,c)，则该点应满足如下等式：

系统根据当前3D显示物体的坐标判断是否存在满足该等式的点，如图3中所示，系统判断当前的3D显示物体中的B存在满足上述等式的点Q，则判定所述入射光指向的是B，而不是当前其他3D显示物体；如果系统判断当前的3D显示物体不存在能够满足上述等式的点，则判定所述入射光未能选中任何3D显示物体，为无效操作。

当入射光通过光感触摸层时，光线从不同介质间的入射出射会产生折射偏移。由于光感触摸层的厚度很薄，理论上的折射偏移在此可以忽略不计。

所述第二光感触摸层32与所述3D显示屏33之间的距离，不影响对入射光方向的判定，而对所述显示装置的尺寸和厚度有影响，因此本实施例中第二光感触摸屏32与显示屏33之间的距离在30mm-50mm之间。

本实施例中的所述的第一光感触摸层和第二光感触摸层外挂于所述3D显示屏，如图4(a)所示，所述显示装置还包括设置于所述3D显示屏43之外的第一透明基板410和第二透明基板420，第一光感触摸层411设置于所述第一透明基板410上形成第一光感触摸屏41，第二光感触摸层421设置于所述第二透明基板420上形成第二光感触摸屏42。所述第一光感触摸屏41、第二光感触摸屏42和3D显示屏43组成所述显示装置。

优选的，如图4(b)所示本实施例的显示装置还包括数据处理器44，所述数据处理器44与所述第一光感触摸层411和第二光感触摸层421电连接，用于根据感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标以及所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向。

图4(c)是本实施例提供的一种3D互动显示系统，包括发光装置45、显示装置46以及数据处理装置44，所述发光装置45用于向所述显示装置46发出入射光；所述数据处理装置44与所述显示装置46通信连接，用于根据所述显示装置46感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向。所述数据处理装置可以是计算机或者游戏机。

图4(d)是本实施例提供的另一种3D互动显示系统，包括发光装置45和显示装置46，数据处理器44设置于所述显示装置46内部。所述发光装置45用于向所述显示装置46发出入射光；所述显示装置46用于感测所述入射光的第一入射点坐标、第二入射点坐标并通过所述数据处理器44判定所述入射光的方向。

图5(a)-5(b)是本发明实施例二提供的显示装置的结构示意图，图5(c)-5(d)是本发明实施例二提供的互动显示系统的结构示意图,本实施例中第一光感触摸层511和第二光感触摸层512也是外挂于所述3D显示屏52，如图5(a)所示，所述显示装置包括设置于所述3D显示屏之外的第三透明基板510，所述第一光感触摸层511和第二光感触摸层512分别设置于所述第三透明基板510的两个相对的表面上，所述第三透明基板510的厚度与所述第一光感触摸层511和第二光感触摸层512之间的距离相同。其判定入射光方向的方法与本发明实施例一相同，在此不做重复。

优选的，如图5(b)所示本实施例的显示装置还包括数据处理器53，所述数据处理器53与所述第一光感触摸层511和第二光感触摸层512电连接，用于根据感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标以及所述第一光感触摸层511与第二光感触摸层512之间的距离，判定入射光的方向。

图5(c)是本实施例提供的一种3D互动显示系统，包括发光装置54、显示装置55以及数据处理装置53，所述发光装置54用于向所述显示装置55发出入射光；所述数据处理装置53与所述显示装置55通信连接，用于根据所述显示装置55感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向。所述数据处理装置53可以是计算机或者游戏机。

图5(d)是本实施例提供的另一种3D互动显示系统，包括发光装置54和显示装置55，数据处理器53设置于所述显示装置55内部。所述发光装置54用于向所述显示装置55发出入射光；所述显示装置55用于感测所述入射光的第一入射点坐标、第二入射点坐标并通过所述数据处理器53判定所述入射光的方向。

图6(a)-6(b)是本发明实施例三提供的显示装置的结构示意图，图6(c)-6(d)是本发明实施例三提供的互动显示系统的结构示意图；本实施例中第一光感触摸层611和第二光感触摸层612内嵌于所述3D显示屏61，如图6(a)所示，所述3D显示屏61包括相对设置的彩膜基板610和阵列基板613，所述第二光感触摸层612和第一光感触摸层611设置于所述彩膜基板610面向所述阵列基板613的一侧。其判定入射光方向的方法与本发明实施例一相同，在此不做重复。

优选的，如图6(b)所示本实施例的显示装置还包括数据处理器62，所述数据处理器62与所述第一光感触摸层611和第二光感触摸层612电连接，用于根据感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标以及所述第一光感触摸层611与第二光感触摸层612之间的距离，判定入射光的方向。

图6(c)是本实施例提供的一种3D互动显示系统，包括发光装置63、显示装置64以及数据处理装置62，所述发光装置63用于向所述显示装置64发出入射光；所述数据处理装置62与所述显示装置64通信连接，用于根据所述显示装置64感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向。所述数据处理装置62可以是计算机或者游戏机。

图6(d)是本实施例提供的另一种3D互动显示系统，包括发光装置63和显示装置64，数据处理器62设置于所述显示装置64内部。所述发光装置63用于向所述显示装置64发出入射光；所述显示装置64用于感测所述入射光的第一入射点坐标、第二入射点坐标并通过所述数据处理器62判定所述入射光的方向。

图7(a)-7(b)是本发明实施例四提供的显示装置的结构示意图，图7(c)-7(d)是本发明实施例四提供的互动显示系统的结构示意图,本实施例中所述第一光感触摸层711设置于所述3D显示屏72之外，所述第二光感触摸层721内嵌于所述3D显示屏72，如图7(a)所示，所述显示装置还包括设置于所述3D显示屏72之外的第四透明基板710，第一光感触摸层711设置于所述第四透明基板710上形成第三光感触摸屏71，所述3D显示屏72包括相对设置的彩膜基板720和阵列基板722，所述第二光感触摸层721设置于所述彩膜基板720面向所述阵列基板722的一侧。其判定入射光方向的方法与本发明实施例一相同，在此不做重复。

优选的，如图7(b)所示本实施例的显示装置还包括数据处理器73，所述数据处理器73与所述第一光感触摸层711和第二光感触摸层721电连接，用于根据感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标以及所述第一光感触摸层711与第二光感触摸层721之间的距离，判定入射光的方向。

图7(c)是本实施例提供的一种3D互动显示系统，包括发光装置74、显示装置75以及数据处理装置73，所述发光装置74用于向所述显示装置75发出入射光；所述数据处理装置73与所述显示装置74通信连接，用于根据所述显示装置74感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层711与第二光感触摸层721之间的距离，判定入射光的方向。所述数据处理装置73可以是计算机或者游戏机。

图7(d)是本实施例提供的另一种3D互动显示系统，包括发光装置74和显示装置75，数据处理器73设置于所述显示装置75内部。所述发光装置74用于向所述显示装置75发出入射光；所述显示装置75用于感测所述入射光的第一入射点坐标、第二入射点坐标并通过所述数据处理器73判定所述入射光的方向。

基于以上各实施例，本发明还提供了一种互动显示方法，如图8所示，该方法包括以下步骤：

S801,在3D显示屏的出光方向上依次设置第二光感触摸层和第一光感触摸层。所述第一光感触摸层和第二光感触摸层可外挂于所述3D显示屏；或者同时内嵌于所述3D显示屏；或者所述第一光感触摸层外挂于所述3D显示屏，所述第二光感触摸层内嵌于所述3D显示屏。

S802，第一光感触摸层探测入射光的第一入射点坐标。所述入射光来自发光笔或者发光枪，可使用单色光、双色光或者多色光，使用单色光时可以是单一波长也可以是多个波长的混合的单一波长的入射光。所述显示装置用于判定单一波长的入射光的方向时，探测该入射光分别在两个光感触摸层上的入射点，无需另外增加彩色滤光片，因此所述显示装置的结构适用于不同类型的显示屏。

S803，第二光感触摸层探测所述入射光的第二入射点坐标。入射光通过所述第一光感触摸屏后，入射第二光感触摸层，所述第一光感触摸层和第二光感触摸层之间的距离可以在0.1mm-30mm之间，优选为0.5mm-10mm,以保证对入射光方向判定的准确度同时兼顾显示装置的外观厚度。所述第二光感触摸层与3D显示屏之间的距离为30mm-50mm。

S804，根据所述第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向，确定入射光指向的显示物体。

所述第一光感触摸层31感测到所述第一入射点P(x,y,z)，所述第二光感触摸层32探测到所述第二入射点P'(x',y',z')，在Z轴方向上所述第一光感触摸层31和第二光感触摸层32之间的距离D＝z'-z。设穿过所述第一入射点P和第二入射点P’的入射光所指向的3D显示物体上的点Q坐标为(a,b,c)，则该点应满足如下等式：

系统根据当前3D显示物体的坐标判断是否存在满足该等式的点，如果系统判断当前的某一个3D显示物体中存在能够满足上述等式的点Q，则判定所述入射光指向包含该点Q的3D显示物体，而不是指向当前的其他3D显示物体；如果系统判断当前的3D显示物体不存在能够满足上述等式的点，则判定所述入射光未能选中任何3D显示物体，为无效操作。

上述运算在数据处理器中执行，所述数据处理器集成于显示装置中或者设置于显示装置外接的其他数据处理装置中，如计算机、游戏机等。

采用本发明的技术方案，能够更精确的判定入射光线的方向，从而保证了使用者对3D互动显示装置进行互动操作的准确性，只需使用者发出一种颜色的光即可判定该入射光线的方向，不需要与彩色滤光片配合使用，对3D显示器的类型没有限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种3D显示装置，包括3D显示屏，其特征在于，在所述3D显示屏的出光方向上依次设有第二光感触摸层和第一光感触摸层，所述第一光感触摸层、所述第二光感触摸层分别用于感测入射光在所述第一光感触摸层的第一入射点坐标、在所述第二光感触摸层的第二入射点坐标，以根据所述第一入射点坐标、所述第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定所述入射光的方向。

2.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述第二光感触摸层和第一光感触摸层设置于所述3D显示屏之外。

3.如权利要求2所述的3D显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括设置于所述3D显示屏之外的第一透明基板和第二透明基板，第一光感触摸层设置于所述第一透明基板上形成第一光感触摸屏，第二光感触摸层设置于所述第二透明基板上形成第二光感触摸屏。

4.如权利要求2所述的3D显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括设置于所述3D显示屏之外的第三透明基板，所述第一光感触摸层和所述第二光感触摸层分别设置于所述第三透明基板的两个相对的表面上。

5.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述第二光感触摸层和第一光感触摸层内嵌于所述3D显示屏。

6.如权利要求5所述的3D显示装置，其特征在于，所述3D显示屏包括相对设置的彩膜基板和阵列基板，所述第二光感触摸层和第一光感触摸层设置于所述彩膜基板面向所述阵列基板的一侧。

7.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述第一光感触摸层设置于所述3D显示屏之外，所述第二光感触摸层内嵌于所述3D显示屏。

8.如权利要求7所述的3D显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括设置于所述3D显示屏之外的第四透明基板，第一光感触摸层设置于所述第四透明基板上形成第三光感触摸屏，所述3D显示屏包括相对设置的彩膜基板和阵列基板，所述第二光感触摸层设置于所述彩膜基板面向所述阵列基板的一侧。

9.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述第一光感触摸层和第二光感触摸层之间的距离为0.5mm-10mm。

10.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述3D显示屏为液晶显示屏或者OLED显示屏或者等离子显示屏。

11.如权利要求1所述的3D显示装置，其特征在于，所述入射光为单色光。

12.如权利要求1-11任一所述的3D显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括数据处理器，所述数据处理器与所述第一光感触摸层和第二光感触摸层电连接，用于根据所述第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向。

13.一种3D互动显示系统，其特征在于，包括发光装置、数据处理装置以及如权利要求1-11任一所述的显示装置；所述发光装置用于向所述显示装置发出入射光；所述数据处理装置与所述显示装置通信连接，用于根据所述显示装置感测的第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向。

14.一种3D互动显示系统，其特征在于，包括发光装置以及如权利要求12所述的显示装置；所述发光装置用于向所述显示装置发出入射光；所述显示装置用于感测所述入射光的第一入射点坐标、第二入射点坐标，并根据所述第一入射点坐标、所述第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离判定所述入射光的方向。

15.一种3D互动显示方法，其特征在于，该方法包括：

在3D显示屏的出光方向上依次设置第二光感触摸层和第一光感触摸层；

所述第一光感触摸层感测入射光的第一入射点坐标；

所述第二光感触摸层感测所述入射光的第二入射点坐标；

根据所述第一入射点坐标、第二入射点坐标和所述第一光感触摸层与第二光感触摸层之间的距离，判定入射光的方向，确定入射光指向的3D显示物体。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一光感触摸层和第二光感触摸层外挂于所述3D显示屏；

或者所述第一光感触摸层和第二光感触摸层同时内嵌于所述3D显示屏；

或者所述第一光感触摸层外挂于所述3D显示屏，所述第二光感触摸层内嵌于所述3D显示屏。