状态指示器灯的亮度控制的制作方法

专利名称：状态指示器灯的亮度控制的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及照明控制领域，尤其涉及灯的发光度
(luminance )控制。
背景技术：
诸如计算机、个人数字助理、监视器、便携式DVD播放器和诸 如MP3之类的便携式音乐播放器等的电子设备通常具有多种功率状 态。两种示例性的功率状态是当设备以全功率(full power )工作时的 "开启，，和当设备被关闭并且使用非常少的功率或不使用功率时的"关 闭"。另一种示例性功率状态是当设备开启但使用比"开启"状态少的 功率时的"睡眠(sleep)"，这通常是由于设备的一个或多个特征被禁 用或挂起(suspend)。再一种示例性功率状态是当设备的状态被保 存到非易失性存储器(通常是系统的硬盘)然后设备被关闭时的"休 眠(hibernate)"。睡眠或休眠状态通常被用来减少能量消耗、节省 电池寿命和使设备能够比从"关闭，，状态更迅速地回到"开启，，状态。
图l是一种根据现有技术的计算机系统的透视图。用户可以利用 诸如键盘110或鼠标115之类的输入设备与计算机100和/或显示器105 交互。按钮120可用于开启计算机100或显示器105。发光二极管 ("LED") 125可用作状态指示器，用于向用户提供关于计算机100或 显示器105的当前功率状态的信息和可选的其他运行信息，诸如诊断 代码。当计算才几100或显示器105开启时，LED 125发出^f皮用户看见的 光。当计算机100进入睡眠状态时，LED 125闪动(pulse)以警告用 户该计算机处于睡眠状态。其他的现有技术系统可包括更复杂的LED 行为。例如，某些具有内置显示器的现有技术系统只有在计算机开启 而显示器关闭时才激活LED。而其他没有集成显示器的现有技术系统可能只要开启计算机就开启LED。应当理解，前面的描述仅仅是一般 性的概述，而不是对现有技术的严格或限制性的陈述。
可替换地，LED可与由透明材料制成的、覆盖该LED或重叠在该 LED上的按钮120相结合。LED发出的光透过按钮并被用户看见。
由于人眼的工作方式，所感知的LED 125的亮度(brightness) 取决于以下二者之间的反差(contrast) : (1)围绕LED的区域所反 射的环境光(ambienUight)和(2)直接从LED发出的光。人眼记录 相对的差而不是绝对的值。从而，例如，具有不变的绝对亮度的灯在 黑暗的房间里比在晴天的户外显得明亮得多。因此，眼睛感知LED亮 度的途径是通过其相对于围绕LED的区域所反射的环境光的反差。在 某些环境中，诸如黑暗的房间，LED所发出的光对于用户而言可能是 刺眼的或破坏性的。现有技术已经开发出感测环境光水平并调整LED 发光度以便随环境光变化而保持恒定的感知亮度(即恒定的反差)的 方法。现有技术还在控制LED发光度变化率方面取得了部分成功，使 得无论环境光的水平如何，用户都感知到大致线性的亮度变化率。所 需要的是这样的改进方法，即，该方法在LED的亮度变化时控制其亮 度以使得用户感知更平滑的LED亮度变化，从而在各种环境照明情况 下都提供更舒适的视觉效果。

发明内容
通常，本发明的一个实施例采取用于控制LED的亮度和发光度的 设备的形式。该实施例可以以多种方式改变LED的亮度和发光度来实 现各种效果。例如，该示例性实施例可以改变LED发光度变化的速率， 使得无论环境光的水平如何，观察者感知的LED亮度变化是平滑的并 且作为时间函数是线性的。
如这里所使用的，术语"发光度(luminance)"通常指设备的实 际的、客观的光输出(light output)，而术语"亮度(brightness)" 通常指设备的被感知的、主观的光输出。从而，用户将响应于LED的 发光度而感知亮度。此外，应当注意，所感知的LED瞬时亮度受到许多因素的影响，诸如周围区域的亮度、发光度随时间的变化率等，而
这许多因素不一定影响LED的瞬时发光度。
本发明的另 一示例性实施例可以改变LED的发光度以避免亮度 的突变(sudden discontinuity)。例如，所述实施例可以这样改变LED 的发光度以使得避免LED的效果突然从照明状态变成关状态。这种感 知现象在这里被称为"悬崖(cliff)"。即使当LED的发光度使得LED 在技术上仍是开启的时，也可能感知到悬崖。而且，悬崖可以在反方 向上发生，即，当LED正在变亮时。在这样的操作中，LED可能看起 来是稳定地变亮然后突然地闪耀(snap)或跳至更高的亮度，而不是 继续稳定变亮。本发明的另一实施例可以调节LED的发光度以避免或 最小化这种悬崖的产生。
本发明的另一示例性实施例采取用于改变灯的发光度的方法的 形式，该方法包括以下操作改变所述灯的输入，所述输入影响所述
发光度；设置所述灯的发光度的阈值;以及在所述发光度低于所述阈 值时调节所述输入的变化率。该示例性实施例还可包括以下操作确
定所述灯的发光度所要达到的目标发光度；确定可达到所述目标发光 度的最小时间；设置为了使所述发光度从初始发光度变到所述目标发 光度所必需的最小增量数；以及在至少等于所述最小增量数的增量数 内将所述灯的发光度从所述初始发光度变成所述目标发光度。
本发明的又一示例性实施例采取用于改变灯的发光度的方法的 形式，该方法包括以下操作确定信号的目标变化，所述信号设置所 述灯的发光度；确定所述目标变化和最大允许变化中的较小者；以及 将信号变化限制到所述目标变化和所述最大允许变化中的所述较小 者，从而限制所述灯的发光度的变化率。
本发明的再一示例性实施例采取用于改变灯的发光度的方法的 形式，该方法包括以下操作设置所述灯的目标发光度；以及将所述 灯的发光度从当前发光度变成所述目标发光度；其中所述将所述灯的 发光度从当前发光度变成目标发光度的操作在预定的时间内发生。
本发明的又一实施例采取用于改变灯的发光度的方法的形式，该
8方法包括以下操作确定所述灯的发光度所要达到的目标发光度；确 定可达到所述目标发光度的最小时间；设置为了将所述发光度从初始 发光度变到所述目标发光度所必需的最小增量数；以及在至少等于所 述最小增量数的增量数内将所述灯的发光度从所述初始发光度变成 所述目标发光度。
本发明的另外的实施例可采取装置的形式，该装置包括被配置成 执行任何这里所公开的方法的计算设备或计算机程序。
应当注意，这里所有对LED的引用都同样可适用于任何发光元 件，包括阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、荧光灯、电视， 等等。相应地，这里描述的一般操作可由多种不同设备采用。而且， 虽然这里描述的部分实施例所具体讨论的是数字实施方式，但是模拟 实施例也包括在本发明中。例如，取代改变脉宽调制占空比，模拟实 施例可改变对光源的电压。可替换地，数字或模拟控制的电流源可用 于控制发光元件。


图1是根据现有技术的计算机系统的透视图。
图2是根据本发明的 一个示例性实施例的示例性LED发光度控制 电路的框图。
图3A描绘随时间变化的试图感知的LED亮度。
图3B描绘随时间变化的实际LED发光度。
图3C描绘随时间变化的实际感知的LED亮度。
图4描绘用于说明 一个实施例的操作的流程图，该实施例利用拉 平上限(flare ceiling )实现可变的转换速率(slew rate )控制，以便 在LED状态指示器衰减到可包括关闭状态的低发光度值时或者从可 包括关闭状态的低发光度值上升时抑制所感知亮度的悬崖(cliff)。
图5描绘 一 个实施例所使用来控制图2的脉宽调制器发生器以使 LED状态指示器闪动的波形图。
图6描绘根据一个实施例的、图5的波形图可怎样在停顿时间(dwell time)期间改变以反映新的环境光情况。
图7描绘一个实施例所采用来平滑所感知的LED亮度变化的3级 分段线性曲线。
图8描绘说明 一 个实施例的操作的流程图，该实施例用于实施离 目标发光度的最少滴答(minimum ticks )的控制。
具体实施例方式
许多电子设备，包括计算机(台式机、膝上型计算机、手持式计 算机、服务器或任何其他计算设备)、监视器、个人数字助理、便携 式视频播放器以及便携式音乐播放器，都具有诸如发光二极管 ("LED")之类的状态指示器灯，用于指示设备是否处于其关闭状态 (例如LED关闭)、其开启状态(例如LED开启)、或诸如其睡眠状 态之类的其他功率状态(例如LED闪动)。为了向用户提供更舒适的 视觉外观，LED的发光度可以从一个发光度水平斜坡变化(ramp)至 另一发光度水平，以避免可能对用户刺眼的太快的亮度变化。如这里 所使用的，术语"亮度"指的是LED对于眼睛显得多明亮，而术语"发 光度"指的是LED光输出的绝对强度。由于人类对发光度变化的感知 的非线性，发光度随时间的线性变化对于用户可能不表现为亮度的线 性变化，其中人类感知部分是基于反差。
要感知点光源，人眼需要所述点源与其背景之间的反差。这就是 为什么亮星在暗夜天空中清晰可见，而在白昼，由于大气散射的阳光， 对于眼睛完全看不见。类似地，眼睛只有在LED和周围边框所反射的 环境光之间存在足够的反差时，才能感知诸如LED之类的系统状态灯 的亮度。如这里所使用的，术语"边框"指的是围绕LED的区域。
所感知的LED亮度通常是以下各项的函数(1) LED的类型， (2)流过LED的电流，(3)LED和用户之间的光传输路径的透过率， (4 )视角，以及(5 )从LED发出的光和诸如所述边框之类的周围区 域所反射的光之间的反差。其中，所述边框所反射的入射光的量是以 下各项的函数环境照明情况(包括所有环境光源的位置、类型和发光度)、视角、边框的颜色、以及边框是否具有无光泽的或有光泽的 涂层。环境光传感器可用于测量照在所述边框上的入射光。边框的反 射率可在产品的设计阶段被确定。从而，通过监控环境照明情况以及
知道边框的反射率，LED的亮度可以通过操纵其发光度来控制，以便 在LED开启、关闭、变亮、变暗或闪动时，无论环境照明情况如何， 都产生感知的平滑的(可能是线性的)亮度变化。这向用户提供在各 种环境照明情况下都具有舒适的视觉效果的系统状态指示器灯。
LED响应于流过LED的电流而产生光。所产生的光量通常与流过 LED的电流量成比例。从而，可通过改变电流来调节LED的发光度。 一种用于在电子设备中产生可变LED输出的方法和系统在2005年4月 6曰提交的名为"Method and System for Variable LED Output in an Electronic Device"的美国专利申请公开No. US2006/0226790中被描 述，该专利申请的发明人是CraigProuse,受让人是Apple Computer, Inc.,其7>开的全文通过引用结合在此(以下称作"Prouse，，)。
LED发出的光的颜色是流过LED的瞬时电流的函数，而LED的平 均发光度是流过LED的平均电流的函数。为了避免在LED的发光度变 化时改变LED的颜色，当电流的占空比(duty cycle)变化时，经过 LED的"开电流(on current)"应当维持在恒定值。脉宽调制器 ("PWM")控制电路可用于本发明的某些实施例，以控制LED状态 指示器灯在给定颜色的发光度。在这些实施例中，LED的发光度由 PWM发生器的占空比确定，其确定平均LED电流。当PWM发生器的 占空比从较高的占空比变为较低的占空比时，LED中的平均电流下 降，使得LED的发光度降低而在发光度变化期间没有感知的闪烁。一 个示例性实施例实现一种可变转换速率控制，其将LED发光度的变化 率减小到低于一可调的阈值发光度值，以最小化悬崖效应。
如图2所示，PWM控制电路200可包括具有16位控制寄存器215 的PWM发生器210、晶体管开关220、电源225、和控制LED 205开启 时的瞬时发光度的限流电阻器230。 PWM发生器210产生脉冲波输出， 其占空比由控制寄存器215确定。输出电压驱动晶体管开关220的控制
ii输入。如果控制寄存器值为O,则使得PWM发生器210产生具有零占 空比的输出信号。这使得LED关闭，因为没有电流流过LED。如果控 制寄存器值为65535，则从PWM发生器产生具有100%占空比的输出 信号。这产生最大的流过LED的电流，以产生最大的可能发光度。所 述最大电流I由电源电压Vs、 LED两端的正向压降Vf、和限流电阻器 230的阻抗R确定，并且用下式表示(假定晶体管开关220两端的压降 可以忽略)
剩下的中间的控制寄存器215值可用于通过控制PWM发生器210 的占空比来改变LED 205的平均发光度，即，中间的寄存器值产生中 间的平均发光度。其他实施例可使用具有更多或更少位的PWM控制 寄存器。此外，应当理解图2描绘的是基本电路。本发明的某些实施 例可以采用比所描绘的电路更复杂的LED驱动电路。例如，可使用恒 流源而不是限流电阻器来设置电流大小。
通常，为了在LED从开到关(或从关到开)时提供更舒适的视觉 效果，PWM控制电路可以从开到关(或从关到开)斜坡变化(ramp) LED的平均发光度，而不是使LED的平均发光度从开到关(或从关到 开)瞬间阶跃，即，可以通过在一指定时间段上从开启值到关闭值向 下(或从关闭值到开启值向上)斜坡变化PWM值。例如，在本发明 的一个实施例中，所述斜坡变化持续时间可为大约半秒。斜坡变化持 续时间可以对应于指定数目的PWM更新周期(update cycle )(这里 称为滴答)，例如在一个实施例中为76个滴答，而所述滴答以每秒152 个滴答的速率发生。在每个滴答，PWM控制寄存器值设置PWM发生 器的输出信号波形的占空比，而该占空比随后设置流过LED的平均电 流。随时间改变信号波形的占空比可用于激发LED的发光度和调节用 户感知的亮度波形。"亮度波形"指的是观察者看到的随时间变化的所 感知的LED亮度。其他实施例可使用比半秒更长或更短的斜坡变化持 续时间，并且可使用更长或更短的PWM更新周期。
由于在至少 一 个示例性实施例中，平均L E D发光度与流过L E D的平均电流成比例，并且平均LED电流与PWM占空比成比例，所以 可以直观地假定感知的LED亮度将与PWM占空比成比例。然而，情 况通常不是这样。图3A示出随着PWM发生器通过利用图3B所示的线 性反差曲线(linear contrast curve ) 305减少PWM值来使平均LED发 光度从"开"状态斜坡变化到"关"状态，所期望感知的LED状态指示器 的亮度300的例子。术语"线性反差曲线"指的是一发光度曲线，其表 明平均发光度可随时间以如下方式非线性变化，即，使得人类观察者 可感知到反差随时间的线性变化(从而亮度随时间线性变化)。由于 与LED明亮时相比，LED暗淡时眼睛对LED亮度的变化更为敏感，因 此即使当PWM值按照线性反差曲线变化时(因而当其接近O时变化率 减緩)，可能也会看到如图3C所示的实际感知亮度315的"悬崖"310。 图3C还示出，由于线性反差曲线305在LED明亮时的陡斜率，还可能 观察到实际感知亮度315的悬崖320。如这里所使用的，术语"悬崖"指 的是实际感知亮度曲线的接近竖直的部份，即，即使LED的实际发光 度平滑地变化，眼睛仍会感知到亮度突然变化的那些部分。
当LED暗淡时，可通过设置"拉平上限"或发光度阈值而将LED 关闭(或开启)时所感知的亮度的悬崖效应(诸如图3C中的310)减 到最小，从而当LED的发光度降到低于"拉平上限"时，发光度的变化 率逐渐并越发地减緩，以使得眼睛继续感知平滑的LED亮度变化。在 某些实施例中，在LED发光度与进入PWM控制电路的PWM值成正比 的范围内，所述阈值可被设置为PWM值而不是具有相同效果的LED 发光度值。这种类型的控制类似于飞行员即将在跑道上接地时拉平飞 机以减緩其下降速率，故而得名。即，在着陆期间，飞行员最初以恒 定速率下降。当飞机降到低于某一高度时，飞行员通过拉起飞机的鼻 子来减緩下降速率。以类似的方式，当LED关闭时，其发光度可最初 按照线性反差曲线向下斜坡变化。当达到发光度阈值或拉平上限时， 发光度的变化率逐渐并且越发地减緩到更进一步低于线性反差曲线 所指定的变化率。
图4描绘的流程图说明与 一种根据本发明各方面的方法相关联的操作，用于当LED在低发光度斜坡变化时减小发光度的变化率，即， 一种可变转换速率(slew rate)控制系统，其使用可配置的拉平上限 以便基于最近的PWM值低于拉平上限多少来确定何时应当将PWM 值(对应于LED的发光度)从根据之前通过诸如线性反差曲线之类的 另一方法所确定的变化率——这里称为"初始速率，，——修改为更緩 慢并且更加逐渐减小的变化率。虽然该实施例说明特定的发光度控制 方法可如何修改以减小悬崖，但是该实施例可用于修改其他发光度控 制方法以减少这些方法所产生的感知的悬崖，无论发光度工作范围和 允许的发光度变化如何。
该实施例从开始模式400开始。当LED从开到关(或从关到开) 斜坡变化时，执行操作405以确定最近的PWM值是否低于拉平上限。 如果不，则执行操作410，其不需要调节初始速率(每一滴答测得的 PWM计数)。因此，在操作410，允许的变化械^殳置为初始速率。初 始速率可利用线性反差曲线或某些其它转换速率控制方法来计算。然 后执行操作440并且过程停止。但是，如果操作405确定最近的PWM 值低于拉平上限，则执行操作415。
在操作415期间，通过从拉平上限减去当前PWM值来计算以 PWM计数表示的低于拉平上限的距离，即"低于上限的距离(below ceiling)，，。还通过将低于上限的距离除以可配置的拉平调节因子来计 算与低于拉平上限的距离成正比的斜率调节(即，越低于上限，斜率
调节越大，从而得到的变化率越緩)。注意，较小的拉平调节因子比 较大的拉平调节因子更迅速地减緩变化率。
在操作415之后，执行操作420以确定初始速率是否小于所述斜率 调节。如果是，则执行操作425。操作425将允许的变化设置为可配置 的每一滴答的最小变化。然后执行操作440并且过程停止。
如果操作420确定初始速率不小于斜率调节，则执行操作430以确 定初始速率减去斜率调节是否小于所述每一滴答最小变化(minimum change per tick)(使用大于零的每一滴答最小变化以保证达到最终 的PWM值)。如果操作430确定初始速率减去斜率调节不小于每一滴
14答最小变化，则执行操作435。操作435将允许的变化设置为初始速率 减去斜率调节。然后执行操作440并且过程停止。如果操作430确定初 始速率减去斜率调节小于每一滴答最小变化，则执行操作425以将允 许的变化设置为该每一滴答最小变化。然后执行操作440并且过程停 止。
如图4的流程图所示的，当PWM计数低于拉平上限时，允许的 PWM计数的变化率变成等于通过斜率调节而减小的初始速率，但是 决不会小于每一滴答最小PWM变化的值。在一个实施例中，拉平上 限对于向下斜坡变化和向上斜坡变化都被设置为PWM值IOOOO，拉平 调节因子对于向下斜坡变化和向上斜坡变化分别设置为28和32,并且 每一滴答最小变化对于向下斜坡变化和向上斜坡变化都设置为22，而 在其他实施例中，所述可配置的参数在设计期间被设置为其他值或者 是用户可选的。
当LED的发光度斜坡变化接近其最大发光度时，由于线性反差曲 线在该区域的陡斜率，根据线性反差曲线开启或关闭LED也可能引入 LED亮度的感知悬崖。例如，当LED从关到开斜坡变化时， 一旦达到 给定的亮度水平，用户可能感知LED"跳"到其全开亮度(即所述"悬 崖"效应)。悬崖发生的点随着用户对这类效应的敏感度和周围区域 所反射的光而变化，但是典型地在LED的16位PWM值超过50000时发 生。
本发明的另 一 实施例通过在LED发光度斜坡变化以使LED变亮 或变暗或者使LED开启或关闭时引入允许的每一滴答最大PWM变 化，来最小化该感知亮度的上部悬崖。 一开始，可使用基于线性反差 曲线的转换速率控制方法，基于目标PWM值、先前PWM值、和/或在 要发生发光度变化期间PWM更新滴答的数量，来计算目标的每一滴 答PWM变化。
然后将目标的每一滴答PWM变化与允许的每一滴答最大PWM 变化相比较。在某些实施例中，每一滴答最大PWM变化可以是用户 可选的，或由设计者在配置实施例的时候选择(即设计者可选的)，而在其他实施例中，其可能由硬件或软件设置为400或另一定值。两 个值中较低的值用于限制每一滴答PWM发生器的输出的占空比变化 以提供较小的感知亮度的突变。从而，在线性反差曲线会允许每一滴 答PWM值的太大变化的情况中，该实施例将PWM值的变化限制到预 定值，以最小化当状态指示器灯开启或关闭时任何被感知的亮度悬 崖。
如前面提到的，状态指示器灯还可闪动以指示电子设备处于特定 功率状态，诸如睡眠状态。当利用PWM发生器来控制LED亮度时， 可利用图5所示的"呼吸曲线(breathing curve) "500来实现在睡眠模 式期间LED开和关的闪动。呼吸曲线通常具有类似于脉冲的形状，其 具有最小呼吸发光度(也称作"停顿发光度")505、开启发光度510、 上升时间515、开启时间520、下降时间525和停顿时间530。在一种实 施方式中，对于整个为5秒的周期，呼吸曲线具有1.7秒的上升时间、 0.2秒的开启时间、2.6秒的下降时间和0.5秒的^l亭顿时间。其他实施方 式的呼吸曲线可具有更快或更慢的上升和下降时间，以及更短或更长 的开启和停顿时间。在某些实施例中，呼吸曲线可指示设备处于特定 功率状态，诸如睡眠状态，或可传递关于与LED相关联的计算装置或 其他设备的操作的其他信息。
可采用包络函数来缩放呼吸曲线500或这里描述的任何其他发光 度缩放或调节，诸如LED发光度的向下斜坡变化或向上斜坡变化。通 常，所述包络函数的瞬时输出是范围从0到1的分数或小数，其是呼吸 曲线或这里描述的任何其他发光度缩放或调节的值的倍数。某些实施 例可将包络函数应用于呼吸曲线500或其任何部分，以缩放该曲线来 解决房间或周围区域的明亮(或暗淡)所带来的问题，或解决一天中 的时间(the time of day )带来的问题，从而提供更舒适的视觉外观， 例如，使得L E D在光照暗淡的房间里不显得太明亮或者在光照明亮的 房间里不显得太暗淡。如下所述的，通常光传感器可感测环境光情况。 某些实施例可使用光传感器来确定环境照明并相应地选择包络函数 的值，而其他实施例可基于一天中的时间选择包络函数的值。从而，包络函数的实际值可随环境光或一天中的时间而变，呼吸曲线500也 是如此。
只要环境照明情况表明呼吸曲线的相对亮度应当按比例增大或 减小，则可通过在给定时间间隔期间使LED亮度从旧的停顿发光度斜 坡变化到新的停顿发光度来实现该变化，所述给定时间间隔可以是图 6所描绘的停顿时间600。如同之前所讨论的，与LED明亮时相比，当 LED暗淡时，人眼对于LED亮度的变化更加敏感。因此，为了在使LED 发光度斜坡变化到新的停顿发光度水平时提供更平滑的视觉外观，本 发明的另 一实施例采用3级分段线性曲线来使LED发光度从当前停顿 发光度斜坡变化到新的停顿发光度。在停顿时间期间，当LED发光度 从当前停顿发光度斜坡变化到新的停顿发光度时，该实施例对LED发 光度进行转换速率限制。使用3级分段线性曲线的整体效果是，在眼 睛对发光度变化更敏感的范围内减小LED发光度的变化率，以及在感 知上平滑斜坡变化的开始和结束区域。
图7描绘一个实施例所实现的3级分段线性曲线700。曲线700具有 开始段705、中间段710和结尾段715。它还具有第一转折点720和第二 转折点725。注意，中间段具有较高的转换速率限制，即，该段的斜 率大于开始段或结尾段的斜率，以使得所感知的亮度变化显得不那么 突兀。所要求的停顿发光度变化在停顿时间期间发生，其可以是任意 大。所谓"任意大"，意味着所要求的幅度变化可具有几乎任何大小。 因此，所呈现的实施例所产生的斜坡变化可能(并且通常)在时间和 幅度上受到约束。
停顿时间可被分成三段(开始、中间和结尾)。在某些实施例中， 用户(或设计者)可调节每一段的持续时间(通过指定转折点)以及 开始段和结尾段(相对于中间段的步长(step size))的步长比。即， 用户/设计者可调节每一段的斜率(PWM转换速率)以提供对用户/ 设计者显得最舒适的呼吸曲线。其他实施方式可固定开始段的持续时 间、结尾段的持续时间、中间段与开始段的步长比Qs、以及中间段与
结尾段的步长比QE。在一个特定实施例中，可采用每秒生成152个滴答的系统计时器， 而停顿时间可以是0.5秒或76个计时器滴答(T)。从而， T-TS + TM+TB，其中
Ts表示在开始段中计时器滴答的数量，TM表示在中间段中计时
器滴答的数量，并且TE表示在结尾段中计时器滴答的数量。
在一个特定实施例中，Ts、 TE、 Qs和Qe可以是固定的。为了改 变停顿发光度，该实施例如下计算A，其表示应当在停顿时间上发生 的以PWM计数表示的(in PWM counts )发光度总变化
A-l新的停顿发光度-旧的停顿发光度l，其中| l表示幅度。
该实施例然后确定VM,中间段中的PWM步长。假定
Vs = VM/Qs-开始段中的PWM步长；以及
VE = VM/QE，结尾段中的PWM步长；贝'j A-Ts,VM/ii + TMn^ + T,VM/Ci;或 VM ■ A / (Tm + Ts/Qs +Te/Q《
在一个实施例中，VM可以利用整数除法来计算，其截去Vm的任
何分数部分。从而，为了保证中间步长足够大以使得发光度的全部斜
坡变化都在停顿间隔内发生，将Vm加1。在可替换的实施例中，发光 度的全部斜坡变化可以不完全在停顿间隔内发生。
一旦已经计算出VM，就可通过如下实施例计算Vs和VE (其中l
再次被加到每一等式以补偿由整数除法所引起的截尾(truncation )): VS = VM/QS+1;和 VE = VM/QE+1。
在一个特定实施例中，对于向下斜坡变化，Ts-3， TE = 25, Qs =2， QE-3，而对于向上斜坡变化，Ts = 20， TE = 3， Qs = 3, QE = 2。 应当注意，这些值中的每一个都可以单独调整。而且，如上面所暗示 的，在单个实施例中，这些值也可在向上斜坡变化操作和向下斜坡变 化操作之间变化。因此，本发明的各个实施例可包含双向的调整(即， 对于向上斜坡变化和向下斜坡变化分别调整)。
上面所描述的示例性实施例使用3级分段线性曲线方法来在呼吸曲线的停顿时间段的情况下产生在时间和幅度上都受约束的斜坡变
化。包括这里所公开的任何实施例的可替换实施例可使用相同的3级 分段线性曲线方法来产生在时间和幅度上都受约束的斜坡变化，并且 该斜坡变化被用于这里讨论的或需要这样的斜坡变化的任何其他情 况。
通常，所述实施例可使用环境光传感器来监控环境光情况。各种 固态器件都可用于所述对照明的测量。在某些实施例中，Texas Advanced Optoelectronic Solutions of Piano, Texas制造的TAOS TSL2561器件可用于测量环境照明。可替换的实施例可使用其他光传 感器。光传感器测量诸如房间之类的周围环境中的环境光，并生成表 示测得的光量的信号。光传感器通常将所收集的光在一个积分时间上 积分并在积分时间结束时输出测量值。积分时间可设置为多个预先确 定值之一，在本发明的一个实施例中被设置为402毫秒。其他实施例 可使用利用其他技术输出光测量值的光传感器。仅仅作为例子，光传 感器可基于用户或设计者的动作——诸如在控制面板中按压按钮或 设置采样间隔——而输出光测量值。可替换地，光传感器可在周围环 境中的光或亮度变化超过预定阈值时输出光测量值。
当LED亮度响应于环境照明情况而自动变化时，人类用户可感知 LED亮度变化率的不连续性，这是由于系统的环境光传感器报告新的 环境光水平而发生的。当房间的光照在逐渐增加或减小以使得LED达 到其目标亮度并保持在那里的时间比其荻得下一环境光读数所花的 时间要少时，该不连续性特别容易被察觉(从而是不希望的)。
通过采用在允许LED达到目标亮度之前所应流逝的最小时间，可 平滑这些不连续性。在一个实施例中，这可通过将最小计时器滴答数 变成获得下一环境光传感器读数所需要的大于该最小计时器滴答数 的目标来实现。那么，在LED发光度变化期间，在新的光读数可用之 前，LED不会稳定在其目标发光度。可替换地，可采用用于LED亮度 改变的最大步长(用每一计时器滴答的PWM计数来表示)。通过采 用这样的条件，LED的发光度变化在转换速率上被适当限制，使得人
19类观察者在各种变化光照情况下都通常感知平滑的LED亮度变化。
图8描绘一个特定实施例的操作的流程图，该实施例用于实施离 目标最少滴答的转换速率控制方法，该方法用于在LED状态指示器的 目标发光度响应于环境照明的变化或出于任何其他理由而变化时控 制LED状态指示器的发光度。该方法限制用于更新PWM发生器的允 许的每一计时器滴答的PWM变化。离目标的最少滴答在某些实施例 中可以是用户利用控制面板而可选择的(或设计者可选择的)，或者 在其他实施例中可以由硬件或软件设置为70或其它值。为得到最佳结 果，该离目标的最少滴答应当被设置为使得获得新的环境光读数所需 要的时间小于以下时间离目标的最少滴答乘以每一滴答的时间。
图8的流程图可以在环境光传感器读数(或任何其他适当的控制 方法)指示LED的发光度应当变化时执行。该实施例在开始模式800 开始，并假定已经建立了对PWM变化率的预先初始限制。该初始限 制是一个无约束值(即，它还没有被该方法所约束)，其可能允许LED 发光度在下一环境光传感器读数可用之前到达稳定。该初始限制可通 过这里描述的操作或实施例、Prouse的任何操作或实施例、任何其他 适当的控制方法、或其任意组合来设置。
接下来，执行操作805。在操作805,执行检查以确定该离目标的 最少滴答是否大于一。如果不大于一，则执行操作835。在操作835， 该实施例将允许的每一滴答PWM变化设置为所述初始限制。 一旦完 成这个操作，就执行操作845并且所述过程停止。
但是，如果操作805确定离目标的最少滴答大于l，则执行操作 810。在操作810，所述实施例通过取目标PWM值和当前PWM值之差 的绝对值来计算要进行的发光度变化的幅度(离目标的增量)。数学 上表示为离目标的增量-l目标PWM值-当前PWM值卜其中ll表示 绝对值。
执行下一操作815。在操作815，执行检查以确定离目标的增量是 否小于所述离目标的最少滴答的两倍。如果是，则执行操作820，其 中最大变化被设置为l。否则执行操作825。操作825通过利用整数除法将离目标的增量除以离目标的最少滴 答，来确定最大变化。数学上表示为最大变化=离目标的增量/离目 标的最少滴答。
在执行操作820或操作825之后，所述实施例执行操作830。在操 作830,执行检查以确定所述初始限制是否小于所述最大变化。如果 是，则执行操作835。操作835将允许的每一滴答PWM变化设置为所 述初始限制。
如果操作830确定所述初始限制不小于所述最大变化，则执行操 作840。操作840将允许的每一滴答PWM变化设置为最大变化。在操 作835或操作840之后，所述实施例执行操作845并且所述过程停止。
从而，在这个实施例中，通过将离目标的最少滴答选择为使得所 述离目标的最少滴答乘以每一滴答的时间大于获得下一环境光读数 所需要的时间，来确定允许的每一滴答最大变化，从而在下一环境光 传感器读数以前不实现目标LED PWM值。如果所述离目标的增量小 于所述离目标的最少滴答的两倍，则最大变化被设置为l (不是零) 以保证最后可实现目标PWM值。
本发明的其他实施例可包括对时间的意识，从而可在重复变化亮 度模式内的不同时间段期间应用不同的LED发光度转换速率方法。例 如，回过来看图5，可仅仅在停顿时间530期间应用一种转换速率方法 (诸如图6所示的方法)，而可在上升和下降时间515、 525期间分别 应用其他转换速率方法。作为另一个例子，这里的任何实施例可仅仅 在某些时间段期间发生，而在其他时间段期间无效。继续该例子，图 4和/或图8的方法可仅仅在某些时间之间——诸如下午8点和上午7点 之间——发生，或者有任何其它方式的时间限制。
虽然已经参照特定实施例和操作方法描述了所提供的实施例，但 是应当理解，可对所描述的实施例和/或方法进行变化而仍由本发明的 可替换实施例所涵盖。例如，某些实施例可与LCD屏幕、等离子屏幕、 和CRT显示器等一起工作。而其他实施例可对这里公开的方法和过程 进行操作的省去或增加。还有其它的实施例可改变亮度和/或发光度的 变化率。因此，本发明的正确范围由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种用于改变灯的发光度的方法，包括改变所述灯的输入，所述输入影响所述发光度；设置所述灯的发光度的阈值；以及在所述发光度低于所述阈值时调节所述输入的变化率。
2. 如权利要求l所述的方法，其中所述灯从包括以下项的组中选 择发光二极管；和液晶显示器。
3. 如权利要求l所述的方法，其中所述阈值是脉宽调制值。
4. 如权利要求l所述的方法，其中所述输入是由脉宽调制控制电 路生成的脉宽调制输出。
5. 如权利要求4所述的方法，其中 所述发光度正在增加；并且所述调节所述输入的变化率的操作包括增加所述脉宽调制输出 的占空比的变化率。
6. 如权利要求4所述的方法，其中 所述发光度正在减小；并且所述调节所述输入的变化率的操作包括相对于先前确定的变化 率，降低所述脉宽调制输出的占空比的变化率。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述设置所述灯的发光度的阔 值的操作包括设置所述脉宽调制输出的阈值。
8. 如权利要求7所述的方法，还包括如果所述脉宽调制输出高于所述阈值，则允许所述脉宽调制输出 以先前确定的在每一时间增量中的变化而改变。
9. 如权利要求7所述的方法，其中在所述发光度低于所述阈值时 调节所述输入的变化率的操作包括如果所述脉宽调制输出低于所述阈值，则从所述阈值中减去当前 的脉宽调制输出以得到阈值距离； 确定斜率调节；确定初始变化率是否小于所述斜率调节；以及 如果所述初始变化率小于所述斜率调节，则允许所述脉宽调制输 出以最小增量而改变。
10. 如权利要求9所述的方法，其中所述斜率调节与所述阈值距 离成正比。
11. 如权利要求9所述的方法，还包括如果所述初始变化率超过所述斜率调节，则确定所述初始变化率 减去所述斜率调节是否小于所述最小增量；如果所述初始变化率减去所述斜率调节小于所述最小增量，则将 所述脉宽调制输出以所述最小增量而改变；否则，将所述脉宽调制输出以所述初始变化率减去所述斜率调节 而改变。
12. —种操作来执行权利要求l的方法的装置。
13. —种操作来执行权利要求9的方法的装置。
14. —种用于改变灯的发光度的方法，包括 确定信号的目标变化，所述信号设置所述灯的发光度；确定所述目标变化和最大允许变化中的较小者；以及 将信号的变化限制到所述目标变化和所述最大允许变化中的所 述较小者，从而限制所述灯的发光度的变化率。
15. 如权利要求14所述的方法，其中所述灯是发光二极管。
16. 如权利要求14所述的方法，其中所述最大允许变化是用户可 选择的。
17. 如权利要求15所述的方法，其中 所述信号是具有占空比的脉宽调制信号；以及 所述信号的变化是所述信号的占空比的变化。
18. —种用于改变灯的发光度的方法，包括 设置所述灯的目标发光度；以及将所述灯的发光度从当前发光度改变成所述目标发光度；其中所述将所述灯的发光度从当前发光度改变成目标发光度的 操作在预定时间内进行。
19. 如斥又利要求18所述的方法，还包括 确定环境光水平；其中所述设置所述灯的目标发光度的操作基于所述环境光水平。
20. 如权利要求18所述的方法，其中所述光是从包括以下项的组 中选择的发光二极管；液晶显示器；阴极射线管设备；以及等离子 显示器。
21. 如权利要求18所述的方法，其中所述预定的时间是呼吸曲线 的停顿时间。
22. 如权利要求21所述的方法，还包括 将所述灯的发光度从所述目标发光度变成高发光度； 将所述高发光度维持一段时间；以及在所述一段时间之后，将所述灯的发光度从所述高发光度变成所 述目标发光度。
23. 如权利要求21所述的方法，其中 所述停顿时间包括第一段、第二段和第三段； 所述发光度从所述当前发光度改变成所述目标发光度，其中在所述第一段期间以第一速率变化，在所述第二段期间以第二速率变化， 而在所述第三段期间以第三速率变化。
24. 如权利要求23所述的方法，其中所述第二速率超过所述第一 速率和所述第三速率。
25. —种被配置为执行权利要求24所述的方法的装置。
26. 如权利要求24所述的方法，其中至少所述将所述灯的发光度 从所述当前发光度改变成所述目标发光度的操作仅在一天中的特定 时间期间发生。
27. —种用于改变灯的发光度的方法，包括 确定所述灯的发光度所要达到的目标发光度； 确定可达到所述目标发光度的最小时间；设置将所述发光度从初始发光度改变到所述目标发光度所必需 的最小增量数；以及在至少等于所述最小增量数的增量数内将所述灯的发光度从所 述初始发光度改变成所述目标发光度。
全文摘要
一种用于控制诸如LED之类的灯的亮度和发光度的装置和方法。实施例可以以多种方式改变LED的亮度和发光度来实现各种效果。示例性实施例可以改变LED发光度变化的速率，使得无论环境光的水平如何，观察者感知的LED亮度变化是平滑的并且作为时间函数是线性的。对LED发光度的改变可以是时间约束的和/或由最大或最小变化率来约束。
文档编号H05B33/08GK101578917SQ200780049521
公开日2009年11月11日 申请日期2007年10月29日 优先权日2006年11月9日
发明者B·胡佛 申请人:苹果公司