专利名称：显示器和三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法
显示器和三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法技术领域
本发明有关于一种显示器和三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法，尤指一种利用背光源和至少一第一光源以定位出对象在空间中的位置的显示器和三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法。
背景技术：
请参照图1和图2，图1和图2为现有技术说明互动显示器的示意图。如图1所示，互动显示器100包含液晶面板102、光发射器104、光接收器106及光传感器108，其中光发射器104、光接收器106及光传感器108置于液晶面板102之下。当对象110触碰液晶面板102时，光接收器106会接收到经由对象110所反射的来自光发射器104的检测光。而光传感器108根据光接收器106所接收到的反射光，计算出对象110在液晶面板102上的坐标。
如图2所示，互动显示器200包含液晶面板202、光发射器204、206及影像传感器 208。光发射器204、206具有三种开启与关闭的情况(光发射器204、206皆关闭；光发射器204开启和光发射器206关闭；光发射器206开启和光发射器204关闭)。而影像传感器208重复同步地配合光发射器204、206的三种开启与关闭的情况，撷取对象210在液晶面板202上所造成的影像。因此，互动显示器200即可根据影像传感器208所撷取的二影像之间的差异，计算出对象210相对于液晶面板202的三维坐标。
综上所述，互动显示器100仅能提供对象110相对于液晶面板102的二维坐标；互动显示器200虽能提供对象210相对于液晶面板202的三维坐标，但互动显示器200的光发射器204、206和影像传感器208装设在液晶面板202之外。因此，互动显示器200具有较大的体积且工作范围有所限制。发明内容
本发明的一实施例提供一种显示器。该显示器包含背光源、显示面板、一第一光源及控制器。该显示面板设置于该背光源之上，该显示面板包含一感测阵列，其中该感测阵列嵌设于该显示面板中。该感测阵列用以感测第一反射光，其中该第一反射光根据该背光源入射第一检测光至对象所产生，该第一反射光用来定位该对象在该显示面板上的投影点的坐标；该第一光源邻近设置于该显示面板的一第一边，用以朝该显示面板的上方发射一第二检测光至该对象产生一第二反射光，以使该感测阵列检测该第二反射光在该显示面板上所产生的一最强反射光；该控制器用以于该最强反射光产生时，根据该第一光源的一出光角度及该投影点的坐标，执行一相对应的动作。
本发明的一实施例提供一种三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法。该方法包含背光源在第一时段朝上发射第一检测光；感测阵列根据对象反射该第一检测光所产生的第一反射光，定位该对象在显示面板上的投影点的坐标；至少一第一光源在该第一时段之后的第二时段朝该显示面板的上方发射至少一第二检测光至该对象产生至少一第二反射光，其中该至少一第一光源设置于该显示面板的至少一侧；在该第二时段，该感测阵列 检测该至少一第二反射光在该显示面板上所产生的一最强反射光；在该第二时段，利用该 最强反射光产生时，根据该至少一第一光源的至少一出光角度及该投影点的坐标，执行一 相对应的动作。
〔0007〕 本发明提供一种显示器和三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法。该显示 器和该方法利用背光源在第一时段发射第一检测光去检测对象，以定位出该对象在显示面 板上的投影点的坐标，以及利用第一光源在第二时段内的不同时间点从该显示面板侧发出 不同出光角度的第二检测光去检测该对象，以使感测阵列检测最强反射光。距离运算单元 根据该第一光源对应于该最强反射光的一出光角度、该对象在该显示面板上的投影点的坐 标及三角函数，计算该对象相对于该显示面板的距离。控制器即可根据该对象在该显示面 板上的投影点的坐标及该对象相对于显示面板的距离，执行相对应的动作。因此，本发明能 在靠近该显示面板处互动且缩小该显示器的体积〈亦即使用者不需配戴外加感应装置〉。 另外，本发明只需在该显示面板的侧边装上能改变该第一光源的出光角度的装置〈绕射光 栅、微机电系统或液晶透镜〉，即可在不增加该显示器体积的情况下得到不同出光角度的第 二检测光，经由改变该第一光源的出光角度的装置，可增加2方向距离的分辨率。
〔0008〕图1和图2为现有技术说明互动显示器的示意〔0009〕图3八为本发明的一实施例说明一种显示器的示意〔0010〕图38为本发明的另一实施例说明一种显示器的示意〔0011〕图3〔为本发明的另一实施例说明一种显示器的示意〔0012〕图30为本发明的另一实施例说明一种显示器的示意〔0013〕图4八为说明周期性绕射光栅的示意〔0014〕图48为说明微机电系统的示意〔0015〕图犹为说明液晶透镜装置的示意〔0016〕图5八为本发明的另一实施例说明一种三维互动立体显示器的指示物位置判断的 方法的流程〔0017〕图58为说明图5八的时序的示意〔0018〕图5〔为本发明的另一实施例的时序的示意图。
^001其中，附图标记
〔0〇20〕100、200互动显示器
〔0021〕102,202液晶面板
〔0〇22〕104、204、206 光发射器
〔0023〕106光接收器
〔0024〕108光传感器
〔0025〕110、210、312 对象
〔0026〕208影像传感器
〔0027〕300、400显示器
〔0028〕302背光源
304显示面板
306第一光源
308第二光源
310控制器
314,316 光学调变装:
3042感测阵列
3102距离运算单元
FDL第一检测光
FRL第一反射光
PP坐标
SDL第二检测光
SRL第二反射光
Tl第一时段
Τ2第二时段
Τ3第三时段
θ 1、θ 2出光角度
Z距离
500至510步骤具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
请参照图3A，图3A为本发明的一实施例说明一种显示器300的示意图。显示器 300包含背光源302、显示面板304、一第一光源306及控制器310。背光源302为红外线光源或可见光光源。显示面板304设置于背光源302之上，包含感测阵列3042。背光源302 发射第一检测光FDL至对象312，然后对象312反射第一检测光FDL，产生第一反射光FRL。 感测阵列3042嵌设于显示面板304中，用以感测第一反射光FRL，并利用第一反射光FRL， 定位对象312在显示面板304上的投影点的坐标PP。第一光源306、邻近设置于显示面板 304的一第一边，用以在不同时间点反复朝显示面板304的上方发射不同出光角度(例如 5° -70°，但不以此为限)的一第二检测光SDL至对象312产生一第二反射光SRL，其中较佳的预定出光角度为50°，以使感测阵列3042检测经由对象312产生的一第二反射光SRL 在显示面板304上所产生的最强反射光，其中最强反射光为感测阵列3042对对象312反射第二反射光SRL至显示面板304的亮度积分后，所得到的最大亮度值，且第一光源306为红外线光源或可见光光源。但本发明的出光角度并不受限于5° -70°。另外，感测阵列3042 的检测频率和第一光源306发射第二检测光SDL的发射频率相同。控制器310包含距离运算单元3102。距离运算单元3102用以当感测阵列3042检测到最强反射光产生时，根据第一光源306的一出光角度θ 1、投影点的坐标PP及三角函数定理，计算出对象312相对于显示面板304的距离Ζ，亦即，根据三角函数定理，距离Z为投影点的坐标PP的水平分量χ与 tan θ 1的乘积。因此，控制器310可根据对象312在显示面板304上的投影点的坐标ΡΡ、 对象312相对于显示面板304的距离Ζ，执行相对应的动作。另外，第一检测光FDL开启时，第二检测光SDL为关闭，以及当第二检测光SDL开启时，第一检测光FDL为关闭，亦即第一检测光FDL和第二检测光SDL不会同时开启以及不会同时关闭。
请参照图3B，图;3B为本发明的另一实施例说明一种显示器400的示意图。显示器 400和显示器300的差别在于显示器400另包含光学调变装置314，光学调变装置314置于第一光源306的上方，用以改变第一光源306所发射的一第二检测光SDL的出光角度，其中光学调变装置314为周期性绕射光栅、微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)或液晶透镜装置。另外，显示器400的其余操作原理皆和显示器300相同，在此不再赘述。
请参照图3C，图3C为本发明的另一实施例说明一种显示器500的示意图。显示器 500和显示器300的差别在于显示器500另包含一第二光源308，其中第二光源308的操作原理和第一光源306相同，在此不再赘述。但本发明并不受限于显示器500仅具有第一光源306和第二光源308，亦即显示器500可具有至少二光源，其中至至少二光源的操作原理皆和第一光源306相同在此不再赘述。而当感测阵列3042检测到最强反射光产生时，距离运算单元3102根据第一光源306的出光角度θ 1、第二光源308的出光角度θ 2、投影点的坐标PP及三角函数定理，计算出对象312相对于显示面板304的距离Ζ，其中Θ1= θ 2。 另外，显示器500的其余操作原理皆和显示器300相同，在此不再赘述。
请参照图3D，图3D为本发明的另一实施例说明一种显示器600的示意图。显示器600和显示器500的差别在于显示器600另包含二光学调变装置314、316，光学调变装置314、316分别设置于第一光源306和第二光源308的上方，用以改变第一光源306和第二光源308所发射的第二检测光SDL的出光角度，其中光学调变装置314、316为周期性绕射光栅、微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)或液晶透镜装置。另外， 显示器600的其余操作原理皆和显示器500相同，在此不再赘述。
请参照图4A、图4B和图4C，图4A为说明周期性绕射光栅的示意图，图4B为说明微机电系统的示意图，及图4C为说明液晶透镜装置的示意图。如图4A所示，在周期性绕射光栅中，改变绕射光栅的周期即可改变绕射光栅的绕射角度。因此，藉由排列不同周期的光栅，即可产生不同出光角度的第二检测光SDL。如图4B所示，改变微机电系统(反射镜)的出光角度，微机电系统即可反射来自第一光源306、第二光源308的光，产生不同出光角度的第二检测光。如图4C所示，改变液晶透镜装置的液晶透镜的位置，液晶透镜装置即可根据来自第一光源306、第二光源308的光，产生不同出光角度的第二检测光SDL。
请参照图5A和图5B，图5A为本发明的另一实施例说明一种三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法的流程图，图5B为说明图5A的时序的示意图。图5A的方法利用图3A的显示器300说明，详细步骤如下
步骤500:开始；
步骤502 背光源302在第一时段Tl朝上发射第一检测光FDL ；
步骤504 感测阵列3042根据对象312反射第一检测光FDL所产生的第一反射光 FRL,定位对象312在显示面板304上的投影点的坐标PP ；
步骤506 第一光源306在第一时段Tl之后的第二时段T2朝显示面板304的上方发射第二检测光SDL至对象312产生第二反射光SRL ；
步骤508 在第二时段T2，感测阵列3042检测第二反射光SRL在显示面板3042上所产生的最强反射光；
步骤510 在第二时段T2，当最强反射光产生时，控制器310根据第一光源306的出光角度θ 1及投影点的坐标pp，执行一相对应的动作，跳回步骤502。
各步骤的详细说明如下
在步骤504中，在第一时段Tl (详见图5Β)，第一光源306关闭第二检测光SDL， 以及感测阵列3042根据对象312反射第一检测光FDL所产生的第一反射光FRL，定位对象 312在显示面板304上的投影点的坐标ΡΡ。在步骤506中，在第二时段Τ2 (详见图5Β)，背光源302关闭第一检测光FDL，以及第一光源306在第二时段Τ2内的不同时间点反复朝显示面板304的上方发射不同出光角度(例如5° -70° )的第二检测光SDL至对象312。然后对象312反射第二检测光SDL以产生第二反射光SRL。另外，第一光源306邻近设置于显示面板304的一第一边。在步骤508中，在第二时段Τ2内，最强反射光为感测阵列3042对第二反射光SRL被反射至显示面板304的亮度积分后，所得的最大亮度值。在步骤510中， 当感测阵列3042检测到最强反射光产生时，控制器310包含的距离运算单元3102根据第一光源306的出光角θ 1及投影点的坐标ΡΡ，计算出对象312相对于显示面板304的距离 Ζ，亦即，根据三角函数定理，距离Z为投影点的坐标PP的水平分量χ与tane 1的乘积。因此，控制器310可根据对象312在显示面板304上的投影点的坐标PP及对象312相对于显示面板304的距离Z，执行相对应的动作。
另外，请参照图5C，图5C为本发明的另一实施例的时序的示意图。如图5C所示， 本发明的另一实施例在第一时段Tl与第二时段T2之间另包含第三时段T3，其中第三时段 T3用以重置显示器300。此外，图5C的实施例的其余操作原理皆和图5A的实施例相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明所提供的显示器和三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法，利用背光源在第一时段发射第一检测光去检测对象，以定位出对象在显示面板上的投影点的坐标，以及利用第一光源在第二时段内的不同时间点从显示面板侧发出不同出光角度的第二检测光去检测对象，以使感测阵列检测最强反射光。距离运算单元根据第一光源对应于最强反射光的出光角度、对象在显示面板上的投影点的坐标及三角函数，计算对象相对于显示面板的距离。控制器即可根据对象在显示面板上的投影点的坐标及对象相对于显示面板的距离，执行相对应的动作。因此，本发明能在靠近显示面板处互动且缩小显示器的体积(亦即使用者不需配戴外加感应装置)。另外，本发明只需在显示面板的侧边装上能改变第一光源的出光角度的装置(绕射光栅、微机电系统或液晶透镜)，即可在不增加显示器体积的情况下得到不同出光角度的第二检测光，经由能改变第一光源的出光角度的装置，可增加Z方向距离的分辨率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种显示器，其特征在于，包含 一背光源；一显示面板，设置于该背光源之上，该显示面板包含 一感测阵列，用以感测一第一反射光，其中该第一反射光根据该背光源入射一第一检测光至一对象所产生，该第一反射光用来定位该对象在该显示面板上的一投影点的坐标；一第一光源，邻近设置于该显示面板的一第一边，用以朝该显示面板的上方发射一第二检测光至该对象产生一第二反射光，以使该感测阵列检测该第二反射光在该显示面板上所产生的一最强反射光；及一控制器，用以于该最强反射光产生时，根据该第一光源的一出光角度及该投影点的坐标，执行一相对应的动作。
2.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，该控制器包含一距离运算单元，用以根据该出光角度及该投影点的坐标，计算该对象与该显示面板之间的距离，且该控制器根据该对象与该显示面板之间的距离，执行该相对应的动作。
3.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，更包含一第二光源，设置邻近于该显示面板的该第一边的一相邻边或一相对应边。
4.根据权利要求3所述的显示器，其特征在于，该背光源、该第一光源与该第二光源分别为一红外线光源或一可见光光源。
5.根据权利要求3所述的显示器，其特征在于，另包含一第一光学调变装置与一第二光学调变装置，分别设置邻近于该第一光源与该第二光源。
6.根据权利要求5所述的显示器，其特征在于，该第一光学调变装置与该第二光学调变装置分别为一周期性绕射光栅、一微机电系统或一液晶透镜装置。
7.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，该感测阵列嵌设于该显示面板中。
8.—种三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法，其特征在于，包含 一背光源在一第一时段朝上发射一第一检测光；一感测阵列根据一对象反射该第一检测光所产生的第一反射光，定位该对象在一显示面板上的投影点的坐标；至少一第一光源在该第一时段之后的一第二时段朝该显示面板的上方发射至少一第二检测光至该对象产生至少一第二反射光，其中该至少一第一光源设置于该显示面板的至少一侧；在该第二时段，该感测阵列检测该至少一第二反射光在该显示面板上所产生的一最强反射光；及在该第二时段，利用该最强反射光产生时，根据该至少一第一光源的至少一出光角度及该投影点的坐标，执行一相对应的动作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在该第二时段，执行该相对应的动作包含在该第二时段，根据该至少一出光角度及该投影点的坐标，计算该对象与该显示面板之间的距离。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，另包含于该第一时段与该第二时段之间的一第三时段，重置该显示器。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，另包含 该背光源在该第二时段之后，再次朝上发射一第一检测光。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该最强反射光为在该第二时段利用该感测阵列对该至少一第二反射光在该显示面板的亮度积分后，所得的最大亮度值。
全文摘要
本发明有关于一种显示器和三维互动立体显示器的指示物位置判断的方法，该显示器包含一背光源、一显示面板、一第一光源及一控制器。该显示面板包含一感测阵列，该感测阵列用以感测一对象反射该背光源的第一检测光所产生的第一反射光，以定位该对象在该显示面板上的一投影点的坐标；该第一光源邻近设置于该显示面板的一第一边，用以朝该显示面板的上方发射一第二检测光至该对象产生至少一第二反射光，以使该感测阵列检测该第二反射光在该显示面板上所产生的一最强反射光；该控制器用以于该最强反射光产生时，根据该第一光源的一出光角度及该投影点的坐标，执行一相对应的动作。本发明能在靠近显示面板处互动且缩小显示器的体积。
文档编号G06F3/042GK102520826SQ20111033011
公开日2012年6月27日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年8月18日
发明者卓恩宗, 廖唯伦, 张钧杰, 江明峯, 王国振, 董轩宇, 马明青, 黄乙白 申请人:友达光电股份有限公司