CN104752445B - 交互式电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交互式电子装置，实现成像功能和显示功能的集成。所述像素单元包括基板、设于基板上的感光器件与发光器件、滤色器件以及设于发光器件外侧的光学透镜，所述发光器件用来将电信号转变为光信号，然后透过滤色器件形成相应颜色的光，所述感光器件用来将透镜调试后透过滤色器件的光信号变为电信号，所述发光器件和感光器件共用同一滤色器件，像素单元可以用于奇特的显示效果，也可以用于交互式电子装置的关键器件。

Description

交互式电子装置

技术领域

本发明涉及一种像素单元与交互式电子装置，尤其涉及一种具有成像和显示功能的像素单元与应用了该像素单元的交互式电子装置。

背景技术

目前，很多流行电子装置，都会有一个摄像头和一块显示器来配合采集图像和显示图像，甚至实现交互式功能。当前的交互式设备主要是依靠摄像头对手势的影像分析来进行指令跟踪，目前市面上主要有微软公司推出的Kinect和Leap公司推出的交互设备LeapMotion，这两种操控装置对周围环境空间的依赖性比较强，Kinect在阳光直射玩家时识别率很低，需要的识别距离至少1.8米，即使微软新加入的Near Mode近距离模式高精度识别距离也要500毫米。而Leap Motion可以侦测的范围大概在传感器上方的25毫米到600毫米之间，整个空间大概是一个四棱椎体，活动空间有限，它们的图像处理方式均为基于2D图像重建3D模型的方式来捕捉动作变化。

感光器件的核心是COMS传感器或CCD传感器等，是用来将光信号转变为电信号的半导体器件，而显示器件的核心是TFT-LCD或者OLED等，是将电信号转变为光信号的半导体器件，两者之间的半导体工艺是相近甚至是相通的，因此如果可以把二者在制造工艺过程中同时制作出来，将是一个既可以采集图像，又可以显示图像的器件，可以用于奇特的显示效果，也可以用于交互式装置的关键器件。

所以，有必要对上述技术问题进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种具有成像功能和显示功能集成于一体的像素单元。

本发明的另一目的在于提供了一种应用了前述像素单元的交互式电子装置。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案：一种像素单元，其包括基板、设于基板上的感光器件与发光器件、滤色器件以及设于发光器件外侧的光学透镜，所述发光器件用来将电信号转变为光信号，然后透过滤色器件形成相应颜色的光，所述感光器件用来将透镜调试后透过滤色器件的光信号变为电信号，所述发光器件和感光器件共用同一滤色器件。

本发明还可以采用如下技术方案：一种交互式电子装置，其包含图像采集与显示面板，所述图像采集与显示面板具有前述像素单元。

本发明像素单元正是借由发光器件与感光器件之间的半导体工艺是相近甚至是相通的，把二者在制造工艺过程中同时制作出来，使得发光器件和感光器件共用同一滤色器件，将成像功能和显示功能集成于一体，可以用于奇特的显示效果，也可以用于交互式电子装置的关键器件。本发明交互式电子装置具有如下有益效果：人机交互操作的空间大，灵活性强，精度高；能够替代鼠标；能够自定义动作；能够和其他显示/投影设备连接，控制显示内容等等。

附图说明

图1为本发明第一实施方式像素单元的结构示意图。

图2为本发明第二实施方式像素单元的结构示意图。

图3为本发明第三实施方式像素单元的结构示意图。

图4为本发明交互式电子装置的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明第一实施方式像素单元10包含基板11、并排设置在基板11上的发光器件12和感光器件13、绝缘层14、滤色器件15及设置在滤色器件15外侧的光学透镜16，在其他实施方式中，发光器件12与感光器件13可以为上下堆叠式排布。发光器件12为白光OLED，用来将电信号转变为光信号，然后透过滤色器件15形成相应颜色的光。感光器件13为CMOS感光器或CCD感光器，用来将透镜16调试后透过滤色器件15的光信号变为电信号。透镜16是可调式透镜或液晶微透镜(LC Micro-lens)，液晶微透镜能够通过透明电极(如ITO，铟锡氧化物)控制电场的变化而控制液晶的扭转角度实现光信号的汇聚、对焦，从而实现采集远近不同物像的信号，绝缘层14形成在滤色器件15与发光器件12之间。所以，一定数量的本发明像素单元10排列后，可以形成显示成像部件的有效视图区。本发明像素单元10正是借由发光器件12与感光器件13之间的半导体工艺是相近甚至是相通的，把二者在制造工艺过程中同时制作出来，使得发光器件12和感光器件13共用同一滤色器件15，将成像功能和显示功能集成于一体，可以用于奇特的显示效果，也可以用于交互式电子装置100的关键器件。

请参阅图2所示，本发明第二实施方式像素单元20包括基板21、设置于基板21上的薄膜晶体管器件27(英文全称为Thin Film Transistor，简称为TFT)和感光器件23、发光器件22、绝缘层24、滤色器件25及设置在滤色器件25外侧的光学透镜26，薄膜晶体管器件27和感光器件23与薄膜晶体管器件27并列排布，薄膜晶体管器件27和感光器件23与发光器件22被绝缘层24所隔开，发光器件22为RGB三基色的其中一种，用来将电信号转变为光信号，感光器件23则是将透镜26调试后透过滤色器件25的光信号变为电信号、透镜26同样是可调式透镜或液晶微透镜(LC Micro-lens)，液晶微透镜能够通过透明电极(ITO，铟锡氧化物)控制电场的变化而控制液晶的扭转角度实现光信号的汇聚、对焦，从而实现采集远近不同物像的信号，所以，一定数量的本发明像素单元20排列后，可以形成显示成像部件的有效视图区。本发明像素单元200的发光器件22和感光器件23同样共用同一滤色器件25，也将成像功能和显示功能集成于一体，同样可以用于奇特的显示效果，也可以用于交互式电子装置100的关键器件。

请参阅图3所示，本发明第三实施方式像素单元30同样具有基板31，透镜36设置在滤色器件35的外侧，该像素单元30与上述第二实施方式中的像素单元20的主要区别在于，该像素单元30是由薄膜晶体管器件321和液晶322构成发光器件32，液晶322与感光器件33并列设置在基板31上，发光器件32与感光器件33通过绝缘隔离柱38隔离开，防止液晶322渗透到感光器件33区域内，发光器件32与感光器件33同样是共用同一滤色器件35，也是将集成成像功能和显示功能集成于一体，同样也可以用于奇特的显示效果，也可以用于交互式电子装置100的关键器件。

请参阅图4所示，本发明交互式电子装置40包含图像采集与显示面板41、计算单元42、控制单元43、存储单元44以及输入/输出单元45，图像采集与显示面板41是由上述像素单元10、20、30的排列制造而成，图像采集与显示面板41、控制单元43、输入/输出单元45及存储单元44各自与计算单元42连接在一起，同时，输入/输出单元45及存储单元44各自与控制单元43连接在一起。

交互式电子装置40工作时，通过其感光器件13、23、33，将光信号变为电信号，把信号传送至计算单元42进行处理，并将处理后的电信号传回发光器件12、22、32，并由发光器件12、22、32以图像的方式呈现出来。输入/输出单元45可以手动输入命令符号或者输出信号符号，控制单元43是执行指令，指令可以是输入/输出单元45发出的，也可以是感光器件13、23、33发出的；存储单元44是将图像采集、显示及命令等信号和指令执行历史存储在本地，从而可以查看以往的该交互式电子装置40所有的图像、指令记录。

交互式电子装置40算法及工作原理如下：以图像采集与显示面板的中心为原点(算法的坐标系可以不限于1个原点，这里仅以一个原点为例说明)，坐标的原点是传感器的中心，坐标的X轴平行于传感器，指向面板右方。Y轴指向上方，Z轴指向背离面板的方向，单位为毫米，在使用过程中，面板会定期的收集关于操纵者的运动信息，每份这样的信息称为帧，每一帧包含检测到的:操纵者身体各部位的列表及信息；操纵者所持工具的列表及信息；以及所有可指向对象，即身体各部位和工具的列表及信息。图像处理器会给所有这些分配一个唯一标识(ID)，在全身、肢体、工具保持在视野范围内时是不会改变的。可以根据每帧和前帧检测到的数据，生成运动信息，数据包含：旋转的轴向向量、旋转的角度、描述旋转的矩阵、缩放因子、以及平移向量。

以手为例：对于每只手，面板能够检测的信息有：手掌中心位置、手掌移动速度、手掌法向量、手掌朝向、以及手掌弯曲的弧度确定虚拟球的中心位置和半径等，对于手指和所持工具，可以统一称为指向对象，每个指向对象包含了：长度、宽度、方向、指尖位置及指尖方向等。根据全局的信息，运动变换，身体各部分的信息和变换，可以采用相应的软件程序，操作精度跟面板刷新率和图像处理算法有关。

本发明交互式电子装置40具有如下有益效果：人机交互操作的空间大，灵活性强，精度高；能够替代鼠标；能够自定义动作；能够和其他显示/投影设备连接，控制显示内容等等。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (9)

1.一种交互式电子装置(40)，其包含图像采集与显示面板(41)，所述图像采集与显示面板(41)包括一种像素单元(10,20,30)，其包括基板(11,21,31)、设于基板(11,21,31)上的感光器件(13,23,33)与发光器件(12,22,32)、滤色器件(15,25,35)以及设于发光器件(12,22,32)外侧的可调式透镜或液晶微透镜(16,26,36)，其特征在于：所述发光器件(12,22,32)用来将电信号转变为光信号，然后透过滤色器件(15,25,35)形成相应颜色的光，所述感光器件(13,23,33)用来将透镜(16,26,36)调试后透过滤色器件(15,25,35)的光信号变为电信号，所述发光器件(12,22,32)和感光器件(13,23,33)共用同一滤色器件(15,25,35)，所述交互式电子装置(40)包括一种算法：在使用过程中，图像采集与显示面板(41)会定期的收集关于操纵者的运动信息，每份这样的信息称为帧，每一帧包含检测到的:操纵者身体各部位的列表及信息；操纵者所持工具的列表及信息；以及所有可指向对象；图像处理器给所有这些分配一个唯一标识，在全身、肢体、工具保持在视野范围内时不会改变。

2.根据权利要求1所述的交互式电子装置，其特征在于：所述发光器件(12,22,32)和感光器件(13,23,33)相邻并列排布或上下堆叠式排布。

3.根据权利要求1所述的交互式电子装置，其特征在于：所述透镜(16,26,36)是可调式透镜(16,26,36)或液晶微透镜(16,26,36)，所述液晶微透镜(16,26,36)通过透明电极控制电场的变化而控制液晶的扭转角度实现光信号的汇聚、对焦以实现采集远近不同物像的信号。

4.根据权利要求1所述的交互式电子装置，其特征在于：所述像素单元(10,20)包括绝缘层(14,24)，所述绝缘层(14,24)设置在滤色器件(15,25)与发光器件(12,22)或感光器件(13,23)之间。

5.根据权利要求1所述的交互式电子装置，其特征在于：所述像素单元(20)还包括与感光器件(23)并列设置的薄膜晶体管器件(321)，所述薄膜晶体管器件(27)、感光器件(23)与发光器件(22)被绝缘层(24)所隔离开。

6.根据权利要求1所述的交互式电子装置，其特征在于：所述发光器件(32)由薄膜晶体管器件(321)和液晶(322)所构成，所述发光器件与感光器件(33)之间设有绝缘隔离柱，该绝缘隔离柱(38)用以隔离防止液晶(322)渗透到感光器件(33)区域内。

7.根据权利要求1所述的交互式电子装置，其特征在于：所述交互式电子装置(200)包括计算单元(42)、控制单元(43)及输入/输出单元(45)，所述计算单元(42)连接在图像采集与显示面板(41)与控制单元(43)或输入/输出单元(45)之间，所述像素单元(10,20,30)和感光器件(13,23,33)用于将外部的光信号变为电信号，把电信号传送至计算单元(42)进行处理，并将处理后的电信号传回发光器件(12,22,32)，最后由发光器件(12,22,32)以图像的方式呈现出来，所述控制单元(43)用于执行由输入/输出单元(45)或感光器件(13,23,33)所发出的指令。

8.根据权利要求7所述的交互式电子装置，其特征在于：所述交互式电子装置(200)还包括存储单元(44)，所述计算单元(42)与控制单元(43)分别与存储单元(44)连接在一起，所述存储单元(44)用于将图像采集、显示及命令信号和指令执行历史存储在本地。

9.根据权利要求1所述的交互式电子装置，其特征在于：所述发光器件(12,22,32)为R/G/B三基色的其中一种。