CN101783890A - 具有整合光度计的显示器及调整显示亮度的方法 - Google Patents

Abstract

一种具有整合光度计的影像传感器，可根据周边光线来自动调整显示亮度。根据本发明实施例，当影像传感器进行影像数据的撷取及输出时，自动曝光(AE)控制回路估算出周边光线，且当影像传感器未进行影像数据的撷取及输出时，影像传感器则测量周边光线。

Description

具有整合光度计的显示器及调整显示亮度的方法

技术领域

本发明涉及一种影像传感器(image sensor)，特别是一种整合有周边光度计(integrated ambient light meter)的影像传感器，用于控制显示器的亮度。

背景技术

电子装置通常会使用显示器以有效地传达信息。根据不同的应用会选择不同技术的显示器，例如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、场发射(field emission)显示器和等离子体显示器。

液晶显示器和有机发光二极管属于平面显示器技术，其较传统显示器(例如阴极射线管显示器)来得薄、轻，因此普遍应用于现代的电子装置中。

液晶显示器根据其光源与液晶分子之间的相对位置不同，而有透射式(transmissive)液晶显示器、反射式(reflective)液晶显示器和透射反射式(transreflective)液晶显示器。透射式液晶显示器的液晶分子阵列置于背光模块(简称背光)之前且受其照射。反射式液晶显示器通过反射器来反射周边光线，用于照射液晶分子。透射反射式液晶显示器则是同时使用背光及反射方法来照射液晶分子。

上述背光的光源可以使用各种发光元件，例如发光二极管(LED)、冷阴极管(CCFL)或电致发光板(electroluminescence panel)。在这些发光元件当中，发光二极管由于其具有高使用寿命、低成本、高振动承受度、低压及可精确控制亮度等优点，因此逐渐受到重视。

有机发光二极管由有机发光材料所构成。此种材料在受到电流激励时会发射光线，因此也就不需要使用任何背光。由于电流可以主动地控制于有机发光二极管内，因此，由其所组成的显示器的亮度就得以得到控制。

为了节省功率消耗，特别是对于手提或可携式电子装置，显示器的亮度可根据显示器周边光线而作适应性(adaptively)的调整。例如，当位于暗室时，将显示器的亮度调暗；而当处于光线充足时，则增高显示器亮度。再者，液晶显示器亮度的可控制性还能降低使用者眼睛的疲劳以及增加显示的可见度(visibility)。传统显示亮度的控制使用分离的光传感器(photosensor)以测量周边光线；根据所测量的周边光线，使用控制回路来调整显示器的亮度。

影像传感器是现代电子装置中重要的电子元件之一。半导体相关的影像传感器，例如电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器(通常简称为CIS)，普遍使用于照相机或摄影机中用于将可见光影像转换为电子信号，并后续加以存储、传送或显示。由于影像传感器的功率消耗远高于分离的光传感器，因此很少使用影像传感器来控制背光，特别是对于可携式电子装置或电池式装置。

对于含有影像传感器的电子装置，仍然需要使用分离的周边光传感器来调整显示亮度。如此增加了成本、使用空间及装置设计的复杂度。鉴于这些原因，亟需提出一种新颖方法及装置，其使用影像传感器并根据周边光线来自动调整显示亮度。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的之一在于提出一种方法及装置，其影像传感器根据周边光线来自动调整显示亮度。由此，得以降低系统成本与使用空间，并能节省功率消耗。

根据本发明实施例，本发明提供一种具有整合光度计以控制显示亮度的影像传感器。当影像传感器未进行影像数据的撷取及输出时，由于影像传感器的光二极管持续曝光及收集光信号，因而可以通过整合周边光度计来直接测量光信号。当影像传感器进行影像数据的撷取及输出时，使用自功曝光(AE)控制回路估算所需的曝光增益积(EGP)，用于近似光强度。对于不具有片上(on-chip)自动曝光(AE)控制回路的影像传感器，可使用片外(off-chip)自动曝光(AE)控制回路来计算并设定影像传感器的曝光及增益，用于近似光强度。影像感测芯片包含专属光强度测量电路，当曝光及增益无法调整时，可对光强度进行量化(quantify)。通过专属电路测量或由EGP近似的光强度，和整合光度计之间进行关联(correlated)，并用于控制显示亮度。

附图说明

图1A显示本发明实施例的装置，其影像传感器整合有周边光度计，可根据周边光线以自动调整液晶显示器的显示亮度；

图1B示例典型曝光增益积(EGP)曲线，其显示EPG和照度的关系；

图1C显示图1A的框19的详细框图；

图2A显示本发明另一实施例的装置，其自动曝光(AE)控制回路和影像传感器位于不同芯片上；

图2B示例曝光增益积(EGP)曲线，其显示EPG和照度的关系；

图3A显示当影像传感器未进行影像数据的撷取及输出时，来整合周边光度计控制显示的亮度；

图3B显示当未进行影像数据的撷取及输出时，影像传感器的重置及积分；

图3C示例强度曲线，其显示光信号(电压值)与照度的关系；

图3D显示图3C的强度曲线和图1A/B的EGP曲线之间的差异。

具体实施方式

图1A显示本发明实施例的装置，其影像传感器(image sensor)12整合有周边光度计(integrated ambient light meter)，可根据周边光线来自动调整液晶显示器(LCD)11(或其它形式的显示器)的显示亮度。在本实施例中，影像传感器12和附图中的其它一些框共同达到光度计的功能。在本实施例中，影像传感器12为互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器(通常简称为CIS)，然而，也可以使用其它形式的传感器，例如电荷耦合装置(CCD)。上述的整合周边光度计主要有二模式：于模式I，影像传感器12撷取及输出影像数据(亦即，imaging)；于模式II，影像传感器12未用于撷取及输出影像数据(亦即，非imaging)。

模式I

在图1A所示的实施例中，片上(on-chip)自动曝光(AE)控制回路18A与影像传感器120制作于同一芯片120上。自动曝光(AE)控制回路18A包含专用电路及/或算法，用于测量照射在影像传感器12上的光线强度。该测量所得则用于控制影像传感器12的曝光时间及感测信号的增益，使得影像传感器12所产生的影像可以适当地曝光。自动曝光(AE)18A的算法及影像信号处理器(ISP)14皆为现有技术，因此，除了与本实施例相关者外，其余细节则予以省略。

当影像传感器12正进行影像数据的撷取及输出时，照射于影像传感器12上的光检测器(photodetector)的光线所产生的信号被放大并读出，而该信号的数字等效值则经由模拟信号链电路(chain)13进行输出。该输出的数字信号通常会再由影像信号处理器(ISP)作进一步处理后，再送至视讯端口(port)或视讯总线15。接着，显示控制器16(其为一种主要的视讯信号产生器)侦测该数字信号并馈至液晶显示器驱动器(driver)17，进行驱动以显示影像于显示器11上。

当影像传感器12正进行影像数据的撷取及输出时，周边景象的光线强度可以直接从影像数据加以测得。在本实施例中，自动曝光(AE)控制回路18A使用模拟增益、数字增益、积分时间(integration time)来控制曝光时间(亦即，影像传感器12的曝光时间)，以及控制影像传感器12输出信号的(模拟/数字)增益大小。自动曝光(AE)控制回路18A将测量所得的光亮度和可编程的目标光亮度(programmable target light intensity)作比较，据以得到曝光时间、模拟/数字增益，使得测量光亮度趋向可编程的目标光亮度。将曝光时间乘以(模拟及数字)总增益可得到自动曝光(AE)的曝光增益积(exposure gain product，EGP)。图1B示例典型曝光增益积(EGP)曲线，其显示EPG和照度(或光强度)的关系。根据此曲线，EGP与照度具有大致线性的关系，因此EGP可用于决定周边光线的光强度。接着，针对图1B的EGP曲线进行量化及数字化并加以存储(框19)。当图1A的系统进行操作时，框19决定出周边光线的光强度，并接着于框20中将其与预设临界值作比较，用于控制背光模块10。然而在一些实施例中，显示器11的亮度可通过光源的调整而得到控制；又在另一些实施例中，可通过显示器像素亮度的调整而得到控制。

图1C显示图1A的框19的详细框图。EGP曲线的数据首先输入模拟至数字转换器(ADC)190。经转换后的数字信号受到闩锁器(latch)192的锁住，并在计数器196的控制下依序将其存储于一个使用者可存取的缓存器194内。

图2A显示本发明另一实施例的装置，其自动曝光(AE)控制回路18B和ISP芯片140位于同一芯片上，但是和影像传感器12则位于不同芯片上。此自动曝光(AE)控制回路18B决定并提供适当的曝光时间、模拟增益、数字增益给传感器。

在此实施例中，EGP曲线如图2B所示，其与图1B的曲线类似。根据此EGP曲线(图2B)，EGP与照度具有大致线性的关系，因此EGP可用于决定周边光线的光强度。于自动曝光(AE)控制回路内，曝光时间及增益必须予以限制，才能让影像质量最佳化。当曝光及增益乘积无法调整时，则传感器所撷取的光强度与周边光的情形具有直接的关系。于此情形下，影像传感器可通过分离的测量电路而对光强度进行量化(quantify)。EGP曲线(图1B)及测量的光强度接着进行量化/数字化并加以存储(框19)。

继续参阅图1A的实施例，其自动曝光(AE)控制回路18A根据场景中的目标物体来控制曝光增益积(EGP)。此场景可分割为多个窗口，其中自动曝光(AE)的算法对每一窗口给予适当的权重系数。权重系数可决定出每一窗口对于目标场景的常态化(normalized)测量亮度的影响程度。由此，根据场景的目标物体，EGP因而提供整合光度计，用于测量周边光线强度。由于每一窗口的权重系数是可调整的，因此显示亮度即可根据不同状态及应用而作弹性的控制。

模式II

当影像传感器12未进行影像数据的撷取及输出时，模拟信号链电路(chain)13、影像信号处理器(ISP)14、视讯端口(port)15及自动曝光(AE)控制回路18A/B变为闲置，如图3A所示，其中的虚线框表示该框处于闲置状态。在此模式中，影像传感器12在未起动输出路径的情形下而连续撷取光线，因而得以进行低功率的操作。由于影像传感器12的光二极管(photodiode)持续收集光线，因而可以使用上述的整合周边光度计来直接测量光信号。

图3B显示当未进行影像数据的撷取及输出时，影像传感器12的重置(resetting)及积分(integrating)。在此模式中，影像传感器12的所有光二极管126通过导通的重置门(reset gate)121及传输门(transfer gate)122来得到周边光强度。控制门124首先重置(导通于A位置)一段时间，用于连接至电源电压。接着，控制门124形成开路(位于B位置)，使得该重置电压可根据光二极管126的电荷而变动。

在此模式中，可得到图3C所示的强度曲线，其显示光信号(电压值)与照度(或周边光强度)的关系。图3D显示图3C的强度曲线和图1A/B的EGP曲线之间的差异。图1A/B的EGP曲线可通过可编程增益系数(programmable gain factor)而关联(correlated)或近似(approximated)于图3C的强度曲线。

对于上述的各个实施例，框20的输出信号可连接至背光10的控制装置的中断端脚(INTERRUPT pin)。由此，每当符合框20的预设临界值时，则可从框19读取周边光线的测量光强度，并据以产生中断信号来调整背光10。在另一实施例中，则是使用传统的脉宽调制(PWM)电路。亦即，每当符合框20的预设临界值时，可从框19读取周边光线的测量光强度，并据以产生PWM信号来调整背光10。

上述的各个实施例也可用于测量影像传感器12的个别颜色通道(colorchannel)，以提供整合颜色光度计来执行颜色光线的感测功能。经测量的个别颜色通道可用于分别控制背光10内的个别颜色发光元件。

根据上述的模式I及模式II，整合有低功率光度计的影像传感器12可于两个模式中根据周边光线来自动调整显示亮度。由此，本发明的影像传感器12不但可整合低功率的周边光度计；且相较于传统使用分离的周边光传感器(photo sensor)的系统，本发明的系统还能大量地降低使用空间及成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用于限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种具有整合光度计的显示器，包含：

影像传感器；及

自动曝光控制回路，当所述影像传感器撷取影像时，所述自动曝光控制回路测量周边光强度，用于调整所述显示器的亮度；

其中上述影像传感器未撷取影像时，所述影像传感器继续曝光并收集光信号，用于测量所述周边光强度。

2.如权利要求1所述的具有整合光度计的显示器，其中上述自动曝光控制回路和所述影像传感器位于同一芯片上。

3.如权利要求1所述的具有整合光度计的显示器，其中上述自动曝光控制回路和所述影像传感器位于不同芯片上。

4.如权利要求1所述的具有整合光度计的显示器，当所述影像传感器正撷取影像时，上述自动曝光控制回路获得曝光增益积。

5.如权利要求4所述的具有整合光度计的显示器，当所述影像传感器未撷取影像时，获得强度曲线，其表示所述影像传感器的光信号与所述周边光强度的关系。

6.如权利要求5所述的具有整合光度计的显示器，还包含将所述曝光增益积关联于所述强度曲线。

7.如权利要求6所述的具有整合光度计的显示器，还包含数字化装置，用于数字化并存储所述强度曲线或所述关联的曝光增益积。

8.如权利要求7所述的具有整合光度计的显示器，还包含临界值装置，用于将所述数字化装置所读取的数据和预设临界值作比较。

9.如权利要求8所述的具有整合光度计的显示器，还包含背光模块，其受控于所述临界值装置的输出。

10.如权利要求9所述的具有整合光度计的显示器，所述背光模块还包含中断端脚，每当符合所述临界值装置的比较标准时，则使用所述数字化装置所读取的数据来产生中断信号，以调整所述背光模块。

11.如权利要求9所述的具有整合光度计的显示器，还包含脉宽调制电路，每当符合所述临界值装置的比较标准时，则使用所述数字化装置所读取的数据来产生脉宽调制信号，以调整所述背光模块。

12.如权利要求1所述的具有整合光度计的显示器，其中上述光传感器包含多个光二极管，每一所述光二极管对应一传输门及一重置门；

其中上述影像传感器未撷取影像时，所述光二极管的传输门及重置门导通，用于输出所述光信号。

13.一种调整显示亮度的方法，包含：

提供影像传感器；

当所述影像传感器撷取影像时，使用自动曝光(AE)控制回路来测量周边光强度；

当所述影像传感器未撷取影像时，所述影像传感器收集光信号以测量所述周边光强度；及

根据所述周边光强度来调整所述显示亮度。

14.如权利要求13所述的调整显示亮度的方法，其中上述自动曝光控制回路和所述影像传感器位于同一芯片上。

15.如权利要求13所述的调整显示亮度的方法，其中上述自动曝光控制回路和所述影像传感器位于不同芯片上。

16.如权利要求13所述的调整显示亮度的方法，当所述影像传感器正撷取影像时，上述自动曝光控制回路获得曝光增益积。

17.如权利要求16所述的调整显示亮度的方法，当所述影像传感器未撷取影像时，获得强度曲线，其表示所述影像传感器的光信号与所述周边光强度的关系。

18.如权利要求17所述的调整显示亮度的方法，还包含将所述曝光增益积关联于所述强度曲线。

19.如权利要求18所述的调整显示亮度的方法，还包含用于数字化并存储所述强度曲线或所述关联的曝光增益积的步骤。

20.如权利要求19所述的调整显示亮度的方法，还包含用于将所述数字化的强度曲线的输出和预设临界值作比较的步骤。

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