TW201122941A - Method of determining pointing object position for three dimensional interaction display - Google Patents

Description

201122941 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於顯示技術領域，且特別是有關於一種三維 互動立體顯示器之指示物位置判斷方法。 【先前技術】 近年來’各顯不器廢商及研究單位都在積 器’期望能祕供給人們-個更接近真實生活的視覺享

:’在既有社麵示祕之下，如何達成人機的互動，也成 為各家廠商與研究單位爭相開發的技術。 # μ 2的二維互動立體顯7^11人機互動介面Α多採用外加 元件以達成互動機制，這種外加光學感測元件使得整 體:增加。同時’若是採用電荷耦合裝置(CCD)作為 2 = ，則會因為收光角度的影響，使得在靠近顯示面 板附近的區域無法接收像㈣致無法互動。因此， 且Γ又不增加整體系統的體積將會是開發三維 互動立體顯不器必須要克服的議題。 【發明内容】 本ί明的目的就是在提供—種三維互動立體顯示器之指 不物位置觸方法，以克服絲技_在之問題。 具體地，本發明一實施例提出的 之指示物位置觸方法，應胁指示物與三維互動立 j栅’光感測器陣列包括多個第—光感測器列以及多 各個第—光感測器列與第二光感測器列沿第-維 替排佈’每—第―光感測器列及第二光感測器列包括 =維度方向排列之域測器；細與光感測器 隔言又置且位於光感測器陣列之感光側，光柵包括多個沿第^ 201122941 度方向排列且沿第二維度方向延伸之光栅攔；而指示物位置判 斷方法包括步驟：獲取各個第一光感測器列的各個光感測器之 第一感測光強度分佈與各個第二光感測器列的各個光感測器 之第二感測光強度分佈；分別依據第一感測光強度分佈與第二 感測光強度分佈找出第一光遮蔽強度極大值與第二光遮蔽強 度極大值；以及利用第一光遮蔽強度極大值與第二光遮蔽強度 極大值於第一維度方向上之位置距離得出指示物在不同於第 一維度方向和第二維度方向之第三維度方向上之位置訊息。 在本發明的-實施例中’上述之分別依據第_感測光強度 分佈與第二感測光強度分佈找出第一光遮蔽強度極大值與第 二光遮蔽強度極大值之步魏括：對L贱強度分佈及第 二感測光強度分佈進行歸一化處理；變換歸 光強度分佈與歸-化後的第二制光分佈分=第= 遮蔽強度分佈及第二光遮蔽強度分佈；以及從第-光遮蔽強度 遮蔽強度分料分職出第—光遮蔽強度極大 值與第一光遮蔽強度極大值。 之位二，％例中’上述之指示物在第三維度方向上 之位从示物在第三維度方向上與光栅之距離。 括步月的;中’上述之指示物位置判斷方法更包 卜敝強度極大值與第二光遮蔽強度極大值於 位置訊之位置中點作為指示物在第一維度方向上之 步包明"的Γ實施例中，上述之指示物位置判斷方法進一 疋先戍'】器列的各個光感測器之感測丼強庠八欲士 #, ^ 201122941 置作為指示物在第二維度方向上的位置訊息；其中，特定光感 測器列在第一維度方向上之位置訊息與指示物在第一維度方 向上之位置訊息相一致。 在本發明的一實施例中，上述之指示物位置判斷方法進一 步包括步驟：從第一感測光強度分佈與第二感測光強度分佈中 找出光接收強度極大值’並將光接收強度極大值於第二維度方 向上的位置作為指示物在第二維度方向上的位置訊息。 在本發明的一實施例中，上述之指示物位置判斷方法更包 括步驟：從第一感測光強度分佈與第二感測光強度分佈中找出 光接收強度極大值’並將光接收強度極大值於第一及第二維度 方向上的位置訊息分別作為指示物在第一及第二維度方向上 的位置訊息。 本發明再一實施例提出的一種三維互動立體顯示器之指 示物位置判斷方法，適用於指示物與三維互動立體顯示器之互 動過程中；其中，三維互動立體顯示器包括顯示面板以及設置 於顯示面板之觀察側的光柵，顯示面板包括内嵌式光感測器陣 列，而内嵌式光感測器陣列包括多個第一光感測器列以及多個 • 與各個第一光感測器列交替排佈之第二光感測器列，每—第— 及第二光感測器列包括多個光感測器；而指示物位置判斷方法 包括步驟：獲取各個第一光感測器列中之每一光感測器的光遮 蔽強度而得第一光遮蔽強度集合以及各個第二光感測器列中 之母一光感測器的光遮蔽強度而得第二光遮蔽強度集合；從第 一光遮蔽強度集合及第二光遮蔽強度集合中分別找出第一光 遮蔽強度極大值及第二光遮蔽強度極大值；以及利用第一光遮 蔽強度極大值與第二光遮蔽強度極大值之位置距離得出指示 物之垂直顯示面板方向上的一維位置訊息。 201122941 本發明又一實施例提出的一種三維互動立體顯示器之指 示物位置判斷方法，執行於指示物與具有内嵌式光感測器之^ 維互動立體顯示器的互動過程中，而指示物位置判斷方法包括 步驟：獲取因指示物作用於三維互動立體顯示器而造成的二維 感測光強度分佈；找出二維感測光強度分佈中之二光遮蔽強度 極大值，以及利用此二光遮蔽強度極大值間之位置距離得出指 示物在其與三維互動立體顯示器之距離方向上的一維位置^ 息。 。 本發明實施例藉由在具有内嵌式光感測器的顯示面板上 設置光柵作為視差遮罩，可達到立體顯示同時又具有互動的功 能，由於光感測器是内嵌入在顯示面板裡面，因此，可增加三 維互動立體顯示器在近距離的工作範圍且同時不増加顯示器 的體積。於本發明實施例中，藉由對光感測器列進行分組'，'再 依據各組的感測光強度分佈做適當的運算，即可得到與顯示器 進行互動之指示物的第三個維度之位置訊息及/或另外兩個^ 度之位置訊息。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 一參見圖1及圖2,本發明實施例提出的一種三維互動立體 顯不器之指示物位置判斷方法，適用於指示物10與三維互動 立體顯示器30之互動過程中。本實施例中，指示物1〇係一自 發光指示物’可發出光線。三維互動立體顯示器30包括顯示 面板31以及設置於顯示面板31之觀察側的光柵％。 如圖1所示，顯示面板31包括下基板311、液晶層312、 上基板313、下偏光片315以及上偏光片316。其中，液晶層 201122941 312夾設於下基板311與上基板313之間，下偏光片315設置 於下基板311之外侧，上偏光片316設置於上基板313之外 側；下基板311之内侧設置有薄膜電晶體3112 (圖丨中僅示 出一個作為舉例，但並非用來限制本發明）以及光感測器 (圖1中僅示出一個作為舉例，但並非用來限制本發明），而 光感測器3114可為光電電晶體、光電二極體或其他光學感測 元件’在此，由於光感測器3114係整合於顯示面板31之内部， 故亦稱之為内嵌式光感測器。 光柵33係可貼附於顯示面板31之觀察側，其包括多個間 隔設置且沿X軸向排列的光柵欄332，每一光栅攔322係沿γ 軸向延伸。 圖2為指示物10與三維互動立體顯示器3〇之互動狀態示 意圖。如圖2所示，三維互動立體顯示器3〇之顯示面板31包 括由多個内喪式光感測3114構成之内嵌式光感測器陣列， 而此内嵌式光感測器陣列包括多個奇數光感測器列RJ, R3,... R2n-1以及多個偶數光感測器列R2, R4,…，R2n。這些奇數光 感測器列R1，R3, ...，R2n-l與偶數光感測器列R2，R4, ...，R2n • 沿X軸向交替排佈，且每一奇數光感測器列R1，R3, 與偶數光感測器列R2, R4,…，R2n之多個光感測器3114沿γ 轴向排列。光柵33位於内嵌式感測器陣列之感光侧且與此内 嵌式感測器陣列間隔設置。指示物10與三維互動立體顯示器 30之光棚 33的距離為d ’此時其在顯示面板31上造成一影塑 區域310’當指示物1〇在互動過程中沿垂直於顯示面板31的 方向（亦即Z方向）上下移動（亦即改變距離d)時，影響區 域310的大小會相應的改變，進而會造成三維互動立體顯示器 30具有不同的二維感測光強度分佈。 ί S] 201122941 下面將結合圖3至圖6具體描述相關於本發明實施例之三 維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，此指示物位置判斷 方法之各個步驟詳述如下。 參見圖3及圖4,圖3示出指示物10作用於三維互動立 體顯示器30而造成的且與影響區域31〇相對應之二維光接收 強度分佈模擬圖，圖4示出與圖3相對應的二維光遮蔽強度分 佈模擬圖，在此，二維光接收強度分佈及二維光遮蔽強度皆稱 之為二維感測光強度分佈。具體地，圖3中示出的二維光接收 φ 強度分佈包括對應至少部分奇數光感測器列Rl，R3，...，R2n-i 之二維的第一光接收強度分佈（圖中未標示）以及對應至少部 分偶數光感測器列R2，R4，…，R2n之二維的第二光接收強 度匀佈（圖中未b示），同樣地，圖4中示出的二維光遮蔽強 度分佈包括對應至少部分奇數光感測器列R1 , R3，...， 之二維的第一光遮蔽強度分佈2〇a以及對應至少部分偶數光 感測器列R2’R4，...’R2n之二維的第二光遮蔽強度分佈2〇b<) 其中，將圖3甲的二維光接收強度分佈變換成圖4所示的二維 光遮蔽強度分佈20a及20b可藉由下列方法實現：對圖3所示 • 的二維光接收強度分佈（亦即，光接收強度集合）中之第一光 接收強度分佈與第二光接收強度分佈中的各個光接收強度進 行歸一化處理，使其最大光接收強度為1，然後再用1減掉歸 一化處理後的各個光接收強度，則可獲得二維的第一光遮蔽強 度分佈20a及二維的第二光遮蔽強度分佈20b，進而可得圖4 所示的二維光遮蔽強度分佈（亦即，光遮蔽強度集合）。 承上述，圖3中示出的二維光接收強度分佈具有一個光接 收強度極大值，圖4中示出的二維光遮蔽強度分佈具有兩個光 遮蔽強度極大值，此二光遮蔽強度極大值分屬於第一光遮蔽強 i S] 201122941 度分佈20a與第二光遮蔽強度2〇b。 參見圖5’其示出圖4所示的二維光遮蔽強度分佈在χ軸 向上的二維士佈情況。在找出分屬於第一光遮蔽強度分佈2〇a 與第二光遮蔽強度分佈20b的兩個光遮蔽強度極大值後，獲取 此二光遮蔽強度極大值在χ軸向上的位置座標Xa及xb ;然 後根據位置座標Xa與Xb的距離即可計算出指示物丨〇在z軸 向上之位置訊息例如本實施例中的距離d。在此，依據位置座 標Xa與Xb的距離計算距離（！的原理為：自指示物1〇發出的 φ光線經過三維互動立體顯示器30的光柵33後，由顯示面板 31的各個内嵌光感測器3114進行感測；由於光柵％與光感 測器3114之間存在預設的距離，所以藉由幾何關係，可知在 特定角度的光感測器3114會被光栅攔332完全擋住；因此不 同距離d的指示物1〇發出的光線會被不同角度的光感測器 3114所感測，藉此可以找到光遮蔽強度分佈與指示物1〇的距 離d之間的關係，進而可得出指示物1〇在2軸向上之位置訊 息。 進一步地，可將分屬於第一光遮蔽強度分佈2〇a與第二光 鲁遮蔽強度分佈2〇b的兩個光遮蔽強度極大值之位置座標Xa與 Xb相加再除以二之商作為指示物1〇在χ軸向上之位置訊息， 亦即位置座標Xc。在此，位置座標Xc為上述二光遮蔽強度極 大值之位置座標Xa與Xb的中點。 然後，在得出指示物10在χ軸向上的位置座標後，找出 X軸向上之位置座標為Xc的特定光感測器列之各個光感測器 在Y轴向上的一維分佈情況（如圖6所示）^從圖6可以得 知，在Y軸向上的一維光接收強度分佈存在一個光接收強度 極大值，將此光接收強度極大值在Y軸向上的位置座標Yc作 201122941 為指示物10在Y軸向上的位置座標。至此，完成指示物10 之三個維度的位置座標判斷。 於另一實施例中，在判斷指示物ίο在γ軸向上的位置座 標時，並不僅限於執行在獲取指示物ίο之X轴向上的位置座 標Xc之後，也可對圖3中的二維光接收強度分佈中的各個光 接收強度進行逐一分析，找出光接收強度極大值在γ轴向上 的位置座標’同樣可得到指示物1〇在γ轴向上的位置座標。 於其他實施例中’也可將圖3所示之二維光接收強度分佈

的光接收強度極大值在X軸向與γ軸向上的位置座標分別作 為指示物10在X軸向與γ軸向上的位置座標。 綜上所述’本發明實施例藉由在具有内嵌式光感測器的顯 不面板上設置光柵作為視差遮罩，可達到立體顯示同時又具有 互動的功能’由於光感測器是内嵌入在顯示面板裡面，因此， 可增加二維互動立體顯示器在近距離的工作範圍且同時不增 加顯不=的體積。於指示物位置判斷方法中，藉由對光感測器 列^行77組，-再依據各組的感測光強度分佈做適當的運算，即 可得到與顯示n進行互動之指示物的第三個維度之位置訊息 及/或另外兩個維度之位置訊息。 雖然本發明已以較佳實關揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何孰習1 内，告可作此:、、> 此技藝者’在不脫離本發明之精神和範圍 叫夕許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附之申Ϊ糊範_界定者為準。 【圖式簡單說明】 -突Γ 會不出相關於本發明實施例的一種三維互動立體顯 不器之結構剖面示意圖。 圖2 !會示出圓]_ 国1所示三維互動立體顯示器與指示物之互動 201122941 狀態示意圖。 圖3示出圖2所示指示物作用於三維互動立體顯示器而造 成的二維光接收強度分佈模擬圖。 圖4示出與圖3相對應的二維光遮蔽強度分佈模擬圖。 圖5示出圖4所示的二維光遮蔽強度分佈在X軸向上的 一維分佈情況。 圖6示出圖3所示的二維光接收強度分佈在γ軸向上的 一維分佈情況。 【主要元件符號說明】 ® 10:指示物 30 :三維互動立體顯示器 31 :顯示面板 311 :下基板 3112 :薄膜電晶體 3114 :光感測器 312 ·液晶層 313 :上基板 • 315:下偏光片 316 :上偏光片 33 :光拇 332 :光栅攔 d :距離 310 :影響區域 R1，R3, ...，R2n-l :奇數光感測器列 R2，R4, ...，R2n :偶數光感測器列 2〇a :第一光遮蔽強度分佈 C S1 201122941 20b :第二光遮蔽強度分佈 Xa，Xb，Xc :位置座標 Yc :位置座標

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Claims (1)

1. 201122941 七、申請專利範圍： 1. 一種二維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，應用於一 指示物與一三維互動立體顯示器之互動過程中，該三^互動立 體顯不器包括-光感測器陣列以及一光柵，該光感測器陣列包 括多個第-光感測器列以及多個第二光感測器列，該些第—= 感測器列與該些第二光感測器列沿一第一維度方^交替排 佈，每一該些第一及第二光感測器列包括多個沿一第二維度方 向排列之光感測器；該光栅與該光感測器陣列間隔設置且位於 該光感測器陣列之感光侧，該光柵包括多個沿該第一維度方向 排佈且沿該第二維度方向延伸之光栅攔；該指示物位置判斷方 法包括步驟： 獲取該些第一光感測器列的該些光感測器之一第一感測 光強度分佈與該些第二光感測器列的該些光感測器之一第二 感測光強度分佈； 分別依據該第一感測光強度分佈與該第二感測光強度分 佈找出一第一光遮蔽強度極大值與一第二光遮蔽強度極大 值；以及 • 利用該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大 值於該第一維度方向上之位置距離得出該指示物在不同於該 第一維度方向與該第二維度方向之一第三維度方向上之位置 訊息。 2. 如申請專利範圍第1項所述之三維互動立體顯示器之指示物 位置判斷方法，其中分別依據該第一感測光強度分佈與該第二 感測光強度分佈找出該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮 蔽強度極大值之步驟包括： 對該第一感測光強度分佈及該第二感測光強度分佈進行 歸一化處理； f S3 13 201122941 變換該歸一化後的第一感測光強度分佈與該歸一化後的 第二感測光強度分佈分別為一第一光遮蔽強度分佈及一第二 光遮蔽強度分佈；以及 從该第一光遮蔽強度分佈與該第二光遮蔽強度分佈中分 別找出5亥第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值。 3·如申請專利範圍第1項所述之三維互動立體顯示器之指示物 位置判斷方法’其中該指示物在該第三維度方向上之位置訊息 為該指示物在該第三維度方向上與該光柵之距離。 4. 如中請專利範圍第丨項所述之三維互動立體顯示器之指示物 位置判斷方法，更包括步驟： 將δ亥第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值 於該第一維度方向上之位置中點作為該指示物在該第一維度 方向上之位置訊息。 5. 如申請專利範圍第4項所述之三維互動立體顯示器之指示物 位置判斷方法，更包括步驟： —從該些第一光感測器列與該些第二光感測器列中之一特 ，光感測器列的該些光感測器之一感測光強度分佈中找出一 籲光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值於該第二維度方 向上的位置作為該指示物在該第二維度方向上的位置訊息其 中β亥特S光感·列在該第—維度方向上之位置訊息與該指 示物在該第一維度方向上之該位置訊息相一致。 6. 如申明專利範圍第4項所述之三維互動立體顯示器之指示物 位置判斷方法’更包括步驟： 從該第一感測光強度分佈與該第二感測光強度分佈中找 出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值於該第二維 度方向上的位置作為該指示物在該第二維度方向上的位置訊 201122941 息。 7·如申請專利範圍第1項所述之三維互動立體顯示器之指示物 位置判斷方法，更包括步驟： 從該第一感測光強度分佈與該第二感測光強度分佈中找 出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值於該第一及 第二維度方向上的位置訊息分別作為該指示物在該第一及第 二維度方向上的位置訊息。 8. —種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，適用於一 φ ^曰示物與一二維互動立體顯示器之互動過程中，該三維互動立 體顯示器包括一顯示面板以及一設置於該顯示面板之觀察側 的光柵，該顯示面板包括一内嵌式光感測器陣列，該内嵌式光 感測器陣列包括多個第一光感測器列以及多個與該些第一光 感測器列交替排佈之第二光感測器列，每一該些第一及第二光 感測器列包括多個光感測器；該指示物位置判斷方法包括步 驟： 獲取該些第一光感測器列中之每一該些光感測器的一光 遮蔽強度而得一第一光遮蔽強度集合以及該些第二光感測器 • 列中之每一該些光感測器的一光遮蔽強度而得一第二光遮蔽 強度集合； 從該第一光遮蔽強度集合及該第二光遮蔽強度集合中分 別找出一第一光遮蔽強度極大值及一第二光遮蔽強度極大 值；以及 利用該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大 值之位置距離得出該指示物之垂直該顯示面板方向上的一第 一維度位置訊息。 9. 如申請專利範圍第8項所述之三維互動立體顯示器之指示物 m 15 201122941 位置判斷方法，其中該第一維度位置訊息為該指示物與該光栅 之距離。 10.如申請專利範圍第8項所述之三維互動立體顯示器之指示 物位置判斷方法，更包括步驟： 將該第一光遮蔽強度極大值與該第二光遮蔽強度極大值 在該些第一光感測器列與該些第二光感測器列交替排佈方向 上之位置座標相加再除以二之商作為該指示物的一第二維度 位置訊息。 u·如申請專利範圍10項所述之三維互動立體顯示器之指示物 位置判斷方法，更包括步驟： 從该些第一及第二光感測器列中之一特定光感測器列之 S亥些光感測器的光接收強度中找出一光接收強度極大值，並將 該光接收強度極大值在該些第一光感測器列與該些第二光感 測器列之延伸方向上的位置座標作為該指示物之一第三維度 位置訊息’其巾該較錢卿列在該些第—光制器列與該 些第一光感測器列交替排佈方向上的位置座標與該指示物之 該第一維度位置訊息相一致。 Φ 12.如申請專利範圍第10項所述之三維互動立體顯示器之指示 物位置判斷方法，更包括步驟： 從該些第一及第二光感測器列中之該些光感測器的光接 收強度中找出-光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值 在該些第一光感測器列與該些第二光感測器列之延伸方向上 的位置座標作為該指示物之一第三維度位置訊息。 13.如申請專利範圍第8項所述之三維互動立顏示器之指示 物位置判斷方法，更包括步驟： 從該些第一及第二光感測器列中之該些光感測器的光接 201122941 收強度中找出一光接收強度極大值，並將該光接收強度極大值 之二維位置座標分別作為該指示物的一第二維度位置訊息及 一第三維度位置訊息。 14. 一種三維互動立體顯示器之指示物位置判斷方法，執行於 一指示物與一具有内鼓式光感測器的三維互動立體顯示器之 互動過程中，該指示物位置判斷方法包括步驟： 獲取因該指示物作用於該三維互動立體顯示器而造成的 一二維感測光強度分佈； 找出該二維感測光強度分佈中之二光遮蔽強度極大值；以 及 利用該二光遮蔽強度極大值間之位置距離得出該指示物 在該指示物與該三維互動立體顯示器之距離方向上的一第一 維度位置訊息。 15. 如申請專利範圍第14項所述之三維互動立體顯示器之指示 物位置判斷方法，其中該第一維度位置訊息為該指示物與該三 維互動立體顯示器之一距離。 16. 如申請專利範圍第14項所述之三維互動立體顯示器之指示 Φ 物位置判斷方法，更包括步驟： 將該二光遮蔽強度極大值的位置中點之--維座標作為 該指示物的一第二維度位置訊息。 Π.如申請專利範圍16項所述之三維互動立體顯示器之指示物 位置判斷方法，更包括步驟： 從該二維感測光強度分佈中找出一光接收強度極大值，並 將該光接收強度極大值之--維位置座標作為該指示物之— 第三維度位置訊息。 18,如申請專利範圍帛14項所述之三維互動立體顯示器之指示 17 201122941 物位置判斷方法，更包括步驟： 從該二維感測光強度分佈中找出一光接收強度極大值，並 將該光接收強度極大值之二維位置座標分別作為該指示物的 一第二維度位置訊息及一第三維度位置訊息。