用于感测入射在电子设备上的光的方法与流程

诸如环境光传感器(als)的光传感器广泛用于移动设备中，例如移动电话、智能电话、计算机和平板电脑。als传感器提供关于环境光等级的信息，所述信息能够用于支持显示控制，例如背光led电源电路。例如，智能电话中lcd面板的背光占设备总功耗的40％左右。因此，响应于环境光等级的变化对亮度进行调节能获得很大的益处。在相对暗的环境中，能够降低显示器的亮度以节省电力。这对于用户的眼睛也更舒适，并且因此同时改善了用户体验。

然而，由于设计约束，als传感器可以安装在显示屏后面，以便节省空间并且将传感器和电子电路隐藏在视线之外。此外，als传感器通常具有附加功能，例如接近检测，因此应该靠近显示器设置以便正常运行。这些和其他约束限制了设计工程师优化als传感器设计的自由。

在本领域中已经尝试将光传感器集成到显示器中但不完全在显示器后面。wo2014/077950a1示出了这样的显示器，例如具有背光照明的lcd或由环境光传感器控制的发光显示器。在als传感器的控制下重复地关闭显示器，并随后在不包括任何显示器光的情况下进行als测量。换句话说，以仅在显示器关闭期间使als对环境光进行测量的方式一起控制显示器和环境光传感器。这种方法可能导致不准确的环境光感测。

例如，通过仅在显示器关闭时测量光，需要更长的显示器关闭时间，例如100ms，以覆盖50hz或60hz调制的或pwm控制的显示器发射。这经常为不可行的。另一方面，如奈奎斯特准则所要求的，由于太慢的测量采样率，在例如60hz的显示图像刷新率下仅对缓慢重复关闭的时间帧进行测量将导致错误的als结果。图4示出了这种效果。上部的图示出了als传感器的信号int，该als传感器在最大值为60hz的调制光下每16.7ms积分500μs(参见箭头)。得到的传感器信号int导致高数量的计数。然而，在下部的图中，als传感器在最小值为60hz的调制光下每16.7ms积分500μs(参见箭头)。得到的传感器信号int仅导致低数量的计数。换句话说，仅在50hz/60hz(关闭时间)范围内的显示器刷新率下测量50hz/60hz的调制光将导致错误的als测量结果。

本发明的目的是提供一种用于感测光的方法，其允许改进对光源的检测，例如环境光。

该目的通过独立权利要求的主题实现。从属权利要求中描述了其他的扩展和实施例。

应当理解的是，除非明确地描述为可替代的方案，下文中关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与下文描述的其他特征组合使用，并且还可以与任何其他实施例的、或者任何其他实施例的任何组合的一个或更多个特征组合使用。此外，在不脱离所附权利要求限定的光感测方法的范围的情况下，也可以采用下面未描述的等同物和修改。

在至少一个实施例中，用于感测光的方法采用了电子设备。电子设备包括显示器和安装在显示器后面的光传感器装置。入射在显示器上的光可以穿透显示器并且能够被光传感器装置接收。

术语“后面”表示光传感器装置设置在电子设备的主体上或主体内，并被显示器覆盖。在该配置中，入射在电子设备上的光横穿过显示器并最终到达光传感器装置。由光传感器装置检测到的光基本上包括来自至少两个源的贡献。首先，来自设备环境的环境光(例如太阳光、室内照明、其他设备发出的光等)可以撞击显示器并入射至光传感器装置。其次，显示器例如通过有源像素或通过背光等发射的光，该光可以被引导或反射回光传感器装置。

所提出的方法可以与不同类型的显示器一起使用，例如包括液晶显示器(lcds)的平板显示器、具有发光二极管(led)背光的液晶显示器、等离子面板、电致发光面板或基于有机发光二极管(oleds)的显示器。光传感器装置能够由各种类型光传感器实现，包括环境光传感器和/或颜色传感器。通常，术语“装置”表示具有用于信号采集或甚至(预)处理的各种芯片上组件的集成电路。光传感器装置可以具有单个或多个封装到通用集成电路或分布在电子设备的不同位置上的光传感器。

用于感测入射在电子设备上的光的方法包括以下步骤。

根据控制信号周期性地开启和关闭显示器。周期由显示器的连续开启状态和关闭状态所限定。例如，控制信号可以由电子设备的电源电路提供，例如背光led电源电路。控制信号在它包括连续的高电平和低电平的意义上可以为脉冲的。因此，显示器根据控制信号是处于高电平还是低电平而开启或关闭。控制信号是独立的，即不受显示器或显示器驱动器的控制。

通过光传感器装置对入射光进行积分来产生传感器信号。积分持续包括若干周期的总积分时间。例如，光传感器装置包括对由光传感器产生的信号进行积分来收集入射光的装置，例如各种类型的积分器、光-频率或光-电压转换器。

根据传感器信号确定第一信号计数，并且所述第一信号计数表示在开启状态期间积分的入射光的量。例如，在一定时间段内收集或积分的传感器信号能够被转换成作为强度的测量值的信号计数。类似地，根据传感器信号确定第二信号计数，并且所述第二信号计数表示在关闭状态期间积分的入射光的量。并且，根据传感器信号确定第三信号计数，并且所述第三信号计数表示在总积分时间期间积分的入射光的量。最后，根据第一、第二和第三信号计数确定环境光等级。

能够确定并说明环境光等级而无需如现有技术解决方案那样控制显示器。随时间进行各种信号计数的测量，并且包括在激活的显示器(开启状态)以及停用的显示器(关闭状态)上的采样。以这种方式，第一信号计数表示来自显示器和环境光的环境光采样，而第二计数仅表示环境光。第三信号计数表示在总积分时间的持续时间内来自显示器和环境光的光采样。结合三个信号计数能够获得仅在激活的显示器上的显示器光等级，并且最终能够确定环境光等级的信息。

在至少一个实施例中，通过在总积分时间的持续时间内连续积分入射光来产生传感器信号。总积分时间设置为传感器信号在其期间积分的多个周期的值，优选地至少为两个。因此，在显示器的若干开启和关闭状态下积分传感器信号。例如，总积分时间可以设置为100ms。周期可以具有16.7ms的持续时间。然后一个总积分时间包括大约六个连续的开启和关闭状态周期。

在至少一个实施例中，在积分入射光期间通过在预定时间内抽取传感器信号来确定第一和第二信号计数。预定时间可以持续一个完整的开启或关闭状态或周期的任何部分。例如，预定时间为1ms。

第三信号计数是根据在总积分时间内积分的传感器信号得出的。第一和第二信号计数能够与第三信号计数的积分并行地确定。例如，在开启状态期间确定第一信号计数。因此，第一信号计数能够确定为在开启状态期间积分的传感器信号的量。类似地，在关闭状态期间确定第二信号计数。因此，第二信号计数能够确定为在关闭状态期间积分的传感器信号的量。抽取允许对所有三个测量使用同一光传感器装置。能够通过允许根据相同的传感器信号导出相应的信号计数的专用积分器实现抽取，例如光-频率或光-电压转换器。

在至少一个实施例中，第一和第二信号计数根据在至少一个周期期间积分的传感器信号确定。实际上，在一些实施例中，仅确定一个第一信号计数和一个第二信号计数。例如，基于需要确定的环境光等级的期望精度，能够选择确定的信号计数的数量。在总积分时间内照明条件(例如显示器发射的光和入射环境光的量)恒定的情况下，仅确定单个第一和第二信号计数或少量的第一和第二信号计数是足够的。

在至少一个实施例中，对于连续开启和关闭状态的每个周期分别确定一组第一信号计数和第二信号计数。例如，总积分时间可以设置为100ms，并且周期可以具有16.7ms的持续时间。然后，一个总积分时间包括大约六个连续的开启和关闭状态的周期。在该示例性情况下，确定六组第一信号计数和第二信号计数。能够考虑到改变的环境光条件和/或改变的显示内容(由于图像刷新)并且能够以更高的准确度确定环境光等级。

在至少一个实施例中，根据至少一个第一计数和至少一个第二计数确定至少一个显示器等级。显示器等级表示在至少一个周期期间积分的由显示器发射的入射光的量。根据在总积分期间确定的第一和第二信号计数的数量能够确定一个或更多个显示器等级。例如在积分期间，显示器可以示出具有不同亮度等级分布的不同图像。因此，根据测量时间第一计数可以具有不同的值。在这种情况下，每当图像的内容改变时就能够确定第一计数以便考虑所述变化，例如在显示器刷新之前或之后。

根据第三信号计数确定积分等级。积分等级表示在总积分时间期间积分的由显示器发射的入射光和在总积分时间期间接收的入射环境光的组合量。通常，积分等级在数值上等于第三信号计数。最后，根据积分等级和至少一个显示器等级确定环境光等级。

在至少一个实施例中，根据多个第一计数和多个第二计数确定单个显示器等级。显示器等级表示在总积分时间期间积分的由显示器发射的入射光的量。根据积分等级和显示器等级确定环境光等级。单个显示器等级可以包括各显示器等级的总和或显示器等级的平均数或算数平均值。

在至少一个实施例中，周期的持续时间由显示器的图像刷新信号确定。图像刷新信号可以由显示器的刷新率确定，刷新率是一秒内显示器硬件更新图像的次数。刷新率通常根据显示器的规格得知或者能够由用户设置。

在至少一个实施例中，第一和第二信号计数的确定与图像刷新信号同步。例如，能够分别在图像刷新信号的峰值之前和之后立即确定第一和第二信号计数。

在至少一个实施例中，相对于关闭状态的持续时间的开启状态的持续时间由显示器的占空比确定。占空比是一个周期中信号或系统活跃的部分。占空比通常表示为百分比或比率。上面所介绍的周期对应于显示器或控制信号完成开启与关闭循环所花费的时间。占空比通常是已知的或能够由用户设定。

在至少一个实施例中，占空比在总积分时间的持续时间内是恒定的。

在至少一个实施例中，根据加权的第一、第二和第三信号计数确定环境光等级。由于显示器所示的图像或环境光可以在总积分期间改变，加权因子允许考虑这种变化。

在至少一个实施例中，第一、第二和第三信号计数通过由占空比和/或图像刷新信号确定的加权因子进行加权。

在至少一个实施例中，第一和第二信号计数在紧密的连续时间内被确定。特别地，在周期的持续时间的15％、10％、5％或1％的时间段内确定第一和第二信号计数。

在至少一个实施例中，光传感器装置包括单个光传感器。根据单个光传感器确定第一、第二和第三信号计数。

所提出的概念提出了使用位于显示器后面的光传感器测量光(诸如环境光)的方法，而无需控制显示器本身。例如，通过将als传感器设置在显示器后面，传感器不仅感测穿过显示器的环境光，还能感测辐射和/或反射到显示器背面的显示器光本身。

所提出的概念提供了将环境光从全部所感测的光(即显示器和环境)中分离的装置。基本上，在所提出的概念中，进行三种不同类型的光测量：在显示器开启的时间帧期间测量第一信号计数，在显示器关闭的时间帧期间测量第二信号计数。此外，在总积分时间期间，例如随时间持续地测量第三信号计数。这允许在显示器每次开启和关闭状态时收集光。该方法允许在相对高的图像刷新率下精确测量环境光等级。例如能够在不受到奈奎斯特准则定义的欠采样效应的情况下使用50hz到60hz的调制光或pwm调制光。

在下文中，参考附图更详细地描述了上面给出的原理，附图中示出了示例性实施例。

在下面的示例性实施例和附图中，对各个相似或相同的元件可以提供相同的附图标记。然而，附图中示出的元件及其他们彼此之间的尺寸关系不应被视为真实比例。相反可夸大个别元素，例如层、部件和区域以能够更好地说明或增进理解。

图1示出了用于感测光的示例性方法，

图2示出了用于感测光的另一示例性方法，

图3示出了具有显示器和光传感器装置的电子设备的示例性实施例，以及

图4示出了根据现有技术的用于光感测的常用方法。

图1示出了用于感测光的示例性方法。该附图描绘了作为时间t的函数的信号。上部的图示出了在光传感器装置12位置处的作为时间的函数的光强度i(t)。光传感器装置安装在电子设备的显示器11后面(参见图3)。

显示器11能够根据控制信号cs周期性地开和关，例如由显示器驱动电路(未示出)的控制电子电路提供的pwm信号。光强度图i(t)示出了显示器11的连续开启和关闭状态on、off的四个周期pd。周期pd由图像刷新信号pr或由显示器11的刷新率确定，其中刷新率是一秒内显示硬件更新图像的次数。下部的图示出了作为时间的函数的图像刷新信号pr。图像刷新信号pr表示显示器11的刷新率。刷新率可以根据显示器的规格得知或者能够由用户设置。此外，关闭状态off和开启状态的持续时间由显示器11的占空比dc确定。占空比dc是一个周期pd中信号或系统活跃的部分。因此，周期pd对应于显示器11或控制信号cs完成开启与关闭循环(即一个连续的开启和关闭状态on、off)所花费的时间。占空比dc通常为用户已知或能够由用户设定。

光传感器装置设置为产生传感器信号int。传感器信号int通过对穿过显示器到达光传感器装置的入射光进行积分而产生。传感器信号在总积分时间t_int内对这种光进行积分。总积分时间t_int包括多个周期pd。例如，总积分时间设置为100ms并且周期具有16.7ms的持续时间。然后在一个总积分时间t_int中包括大约六个连续的开启和关闭状态on、off的周期。

传感器信号int也是时间t的函数。在某些时间标记处根据传感器信号int确定信号计数。实际上，在与图像刷新信号pr同步的时间标记处确定第一和第二信号计数。例如，能够就在图像刷新信号pr中的峰值之前和之后分别确定第一和第二信号计数。

第一信号计数dn+an对应于在显示器11的开启状态期间积分的传感器信号int的部分。因此，第一信号计数是在完全开启状态on期间或在预定时间t_dn+an或时间窗口期间由光传感器装置12(位于显示器后面)测量的光强度的测量值。例如，在该示例性实施例中，预定时间t_dn+an设置为1ms。在开启状态on期间，光传感器装置收集由显示器11发射的光dn和源自显示器外部光源的环境光an，例如阳光、室内照明等。

第二信号计数an对应于在显示器11的关闭状态期间积分的传感器信号int的部分。因此，第二信号计数an是由光传感器装置12(位于显示器后面)在完全关闭状态off期间或在预定时间t_an或时间窗口期间测量的光强度的测量值。例如，在该示例性实施例中，预定时间t_an设置为1ms。在关闭状态off期间，光传感器装置收集环境光an。

最后，第三信号计数aint+dint对应于在显示器11的多个连续开启和关闭状态on、off周期期间积分的传感器信号int的部分。当在总积分时间t_int上积分传感器信号int时，第三信号计数aint+dint为在整个积分期间(即包括多个周期pd)由光传感器装置12(位于显示器后面)测量的光强度的测量值。

为了导出环境光等级al，能够利用第一和第二计数dn+an、an校正第三信号计数aint+dint。假设显示器亮度和环境光两者在总积分时间t_int期间具有恒定的强度，对于1ms内测量的第一信号计数表示为(d+a)_1ms，第二信号计数表示为a_1ms。假设总积分时间t_int包含六个周期pd，显示器等级d_100ms如下给出

d_100ms＝[6·(d+a)_1ms-6·a_1ms]·pd·dc，

dc表示显示器的占空比。例如，在该示例中，信号计数仅能够测量一次或六次。通过加权因子，例如刷新率pd和/或占空比dc对得到的显示器等级(d)_100ms进行加权。环境光等级a_100ms能够根据以下等式推导出

a_100ms＝(a+d)_100ms-d_100ms，

其中(a+d)_100ms表示第三信号计数。

图2示出了用于感测光的示例性方法。该示例类似于图1中讨论的示例。然而，在总积分时间t_int期间，显示器亮度和环境光均改变了强度。为了考虑这些变化，记录了许多信号计数。例如，根据传感器信号int确定的六个表示为(d1+a1)_1ms、(d2+a2)_1ms、(d3+a3)_1ms、(d4+a4)_1ms、(d5+a5)_1ms和(d6+a6)_1ms的第一信号计数，以及六个表示为a1_1ms、a2_1ms、a3_1ms、a4_1ms、a5_1ms、a6_1ms的第二信号计数。这些不同的1ms长的积分信号计数(在约100ms的总积分时间内，并且刷新率约16.7ms)能够转换为一组六个显示器等级d1_1ms、d2_1ms、d3_1ms、d4_1ms、d5_1ms和d6_1ms：

(d1+a1)_1ms-a1_1ms＝d1_1ms

(d2+a2)_1ms-a2_1ms＝d2_1ms

(d3+a3)_1ms-a3_1ms＝d3_1ms

(d4+a4)_1ms-a4_1ms＝d4_1ms

(d5+a5)_1ms-a5_1ms＝d5_1ms

(d6+a6)_1ms-a6_1ms＝d6_1ms.

这些显示器等级能够通过占空比dc和刷新率进行加权。假设占空比dc为65％，并且刷新率pd为16.7ms，产生的加权的显示器等级d1、...、d6

d1＝16.7·0.65·d1_1ms

d2＝16.7·0.65·d2_1ms

d3＝16.7·0.65·d3_1ms

d4＝16.7·0.65·d4_1ms

d5＝16.7·0.65·d5_1ms

d6＝16.7·0.65·d6_1ms.

产生了将占空比考虑在内的整个100ms的积分的显示器等级

d_100ms＝d1+d2+d3+d4+d5+d6

＝16.7·0.65·d1_1ms+16.7·0.65·d2_1ms+

16.7·0.65·d3_1ms+16.7·0.65·d4_1ms+

16.7·0.65·d5_1ms+16.7·0.65·d6_1ms

＝(d1_1ms+d2_1ms+d3_1ms+d4_1ms+d5_1ms+

d61ms)·16.7·0.65

＝[(d1+a1)_1ms+(d2+a2)_1ms+(d3+a3)_1ms+

(d4+a4)_1ms+(d5+a5)_1ms+(d6+a6)_1ms-

(a1_1ms+a2_1ms+a3_1ms+a4_1ms+a5_1ms+

a6_1ms)]·16.7·0.65.

因此，类似于图1，不同的第一和第二信号计数相加了六次。最后，环境光等级能够确定为a_100ms＝(a+d)_100ms-d_100ms.

在实施例(未示出)中，能够根据第三信号计数aint+dint确定积分等级a+d。积分等级a+d表示在总积分时间t_int期间由显示器11发射的积分的入射光和在总积分时间t_int期间接收的入射环境光的组合量。通常，积分等级与第三信号计数aint+dint相同。然而，由于总积分时间t_int通常能够比整数个周期pd短或长，可以通过使第三信号计数aint+dint乘以乘法因子来考虑所产生的时间差以产生积分等级a+d。

图3示出了具有显示器和光传感器装置的电子设备的示例性实施例。电子设备具有表面13，并且显示器11设置在该表面上。显示器11包括像素面板14、背光面板15和反射器16。光传感器装置12设置在显示器11的后面(相对于主发射方向)。

在显示器的运行期间，若干光源可以对由光传感器装置产生的传感器信号作出贡献。如附图中箭头所示，由显示器发射的发射光el的一部分可以反射回光传感器装置。发射光可以部分地来自设置在面板14中的像素和/或来自用于对显示器进行背光照明的led。此外，来自不同源的环境光可以撞击显示器并且朝向光传感器装置移动，这对传感器信号作出了贡献。图3中描绘的电子设备示出了一个可能的实施例。在不限制所提出概念的范围的情况下，其他类型的显示器和装置是可能的。

附图标记

11显示器

12光传感器装置

13表面

14像素面板

15背光面板

16反射器

a环境光等级

al环境光

aint+dint第三信号计数

cs控制信号

dc占空比

dn第二信号计数

dn+an第一信号计数

el发射光

int传感器信号

off关闭状态

on开启状态

pd周期

pr图像刷新信号

rl反射光

t_dn(抽取)时间

t_dn+an(抽取)时间

t_pd时间周期

t_int总积分时间