CN107250744A - 具有颜色感测环境光传感器的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子设备，其可设置有安装在外壳中的显示器。颜色感测环境光传感器可测量环境光的颜色。颜色感测环境光传感器可对准形成在显示器的无效区域中的环境光传感器窗口来安装。颜色感测环境光传感器可由半导体衬底上的检测器形成。检测器可包括具有与颜色匹配函数的谱敏感度曲线匹配的谱敏感度曲线的检测器。颜色感测环境光传感器可包括红外光检测器。在将光定向到环境光传感器中时可使用光重定向结构诸如漫射器、棱镜膜、负透镜膜、或私密膜。可通过将颜色感测环境光传感器暴露于不同类型的光源来对所述传感器进行校准。

Description

具有颜色感测环境光传感器的电子设备
本专利申请要求于2015年9月30日提交的美国专利申请14,/870,924以及于2015年2月11日提交的美国临时专利申请62/114,918的优先权，所述专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本文整体涉及电子设备，并且更具体地涉及用于电子设备的光传感器。
电子设备诸如膝上型计算机、蜂窝电话和其他设备有时设置有光传感器。例如，环境光传感器可结合到设备中为设备提供关于当前光照条件的信息。环境光读数可用于控制该设备。如果例如检测到明亮的日光条件，则电子设备可增加显示器亮度以进行补偿。
环境光条件有时包括明显的颜色变化。例如，可在冷色温环境中诸如室外阴凉处使用电子设备，也可在暖色温环境中诸如由白炽光照明的室内环境中使用电子设备。在这些环境中的一种环境中看起来在显示器上正确显示的内容在另一环境中可能具有不舒服的色偏。例如，在室外环境中正确调节的显示器可能在白炽光照下看起来过冷。
因此会希望能够基于环境光照属性诸如环境光颜色信息来改善彩色图像的呈现或者采取其他合适的动作。
发明内容
电子设备可设置有安装在外壳中的显示器。颜色感测环境光传感器可测量环境光的颜色。颜色感测环境光传感器可对准形成在显示器的无效区域中或外壳内其他地方的环境光传感器窗口来安装。
颜色感测环境光传感器可由半导体衬底上的光检测器阵列形成。这些检测器中的一些检测器可具有与颜色匹配函数的谱敏感度曲线完全或部分匹配的谱敏感度曲线。颜色感测环境光传感器还可包括红外光检测器。
在将光定向到环境光传感器中时可使用光重定向结构诸如漫射器、棱镜膜、负透镜膜、或私密膜。传感器壳体可包围环境光传感器，并且可具有允许具有受限视角的环境光到达环境光传感器的孔隙。
在设备操作期间，颜色感测环境光传感器可进行测量以识别在设备附近当前正在使用的光源的类型。例如，颜色感测环境光传感器可确定设备正暴露于红外还是非红外光源，并且可区分不同类型的具有各自不同相关色温的光源。可通过将颜色感测环境光传感器暴露于不同类型的光源来对所述传感器进行校准。在操作期间，在对传感器进行校准时可检索并使用校准数据，这是基于当前所识别的光源类型。
附图说明
图1是根据实施方案的具有环境光传感器的示例性电子设备的示意图。
图2是根据实施方案的其内已安装有环境光传感器的电子设备显示器的一部分的透视图。
图3是根据实施方案的正被暴露于环境光的示例性光传感器的横截面侧视图。
图4是根据实施方案的用于环境光传感器的示例性光漫射器的横截面侧视图。
图5是根据实施方案的具有允许一定范围的期望角取向的光穿过而到达环境光传感器的孔隙的示例性内部壳体的横截面侧视图。
图6是根据实施方案的用于将光定向到环境光传感器中的示例性棱镜膜的横截面侧视图。
图7是根据实施方案的可置于环境光传感器上方的示例性微百叶窗式私密膜的横截面侧视图。
图8是根据实施方案的具有用于将光朝向环境光传感器定向的负透镜图案的示例性光学膜的横截面侧视图。
图9是根据实施方案的在其中根据波长绘制示例性环境光传感器窗口墨透射特性的图。
图10是根据实施方案的示例性多通道环境光传感器的俯视图。
图11是根据实施方案的在其中绘制了示例性颜色感测环境光传感器中每个光电检测器的谱敏感度的图。
图12是根据实施方案表示一组光源的颜色坐标与颜色转换矩阵和这组光源的所测得的颜色感测环境光传感器信号之间的关系的矩阵方程式。
图13是根据实施方案的在对颜色感测环境光传感器进行校准时的示例性步骤的流程图。
图14是根据实施方案的在电子设备操作期间以颜色感测环境光传感器进行颜色测量中所涉及的示例性步骤的流程图。
图15和图16是根据实施方案的光电检测器布置成圆形形状以提高环境光传感器的角性能的示例性多通道环境光传感器的俯视图。
具体实施方式
图1示出了可设置有一个或多个光传感器的类型的示例性电子设备。电子设备10可为计算设备诸如膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器、或其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如腕表设备)、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户的头部上的其他设备，或其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子设备被安装在信息亭或汽车中的系统)、实现这些设备的功能中的两种或更多种功能的设备、或其他电子设备。
如图1所示，电子设备10可具有控制电路16。控制电路16可包括用于支持设备10的操作的存储和处理电路。存储和处理电路可包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等等。控制电路16中的处理电路可用于控制设备10的操作。处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、专用集成电路等。
设备10中的输入-输出电路诸如输入-输出设备12可用于允许将数据供应至设备10并允许将数据从设备10提供至外部设备。输入-输出设备12可包括按钮、操纵杆、滚轮、触控板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音频发生器、振动器、相机、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等。用户可通过经由输入-输出设备12提供命令来控制设备10的操作并且可使用输入-输出设备12的输出资源从设备10接收状态信息和其他输出。
输入-输出设备12可包括一个或多个显示器，诸如显示器14。显示器14可以是包括用于采集来自用户的触摸输入的触摸传感器的触摸屏显示器，或者显示器14可以对触摸不敏感。用于显示器14的触摸传感器可以基于电容性触摸传感器电极、声学触摸传感器结构、电阻性触摸部件、基于力的触摸传感器结构、基于光的触摸传感器的阵列或其他适当的触摸传感器布置。
输入-输出设备12也可包括传感器18。传感器18可包括环境光传感器和其他传感器(例如电容式接近传感器、基于光的接近传感器、磁性传感器、加速度计、力传感器、触摸传感器、温度传感器、压力传感器、罗盘仪、麦克风或其他声音传感器、或其他传感器)。
设备10的环境光传感器可具有检测器阵列，每个检测器设置有各自不同的滤色器。来自检测器的信息可用于测量在设备10附近存在的环境光的总量。例如，环境光传感器可用于确定设备10是处于黑暗环境还是明亮环境中。基于这个信息，控制电路16可调节显示器14的显示器亮度，或者可采取其他适当的动作。
有色检测器阵列还可用于进行颜色测量(即，环境光传感器可以是颜色感测环境光传感器)。颜色测量可被采集成颜色坐标、色温、或相关色温。如果需要，处理电路可用于将这些不同类型的颜色信息转换成其他格式(例如，一组颜色坐标可被处理以生成相关联的相关色温等等)。在本文中有时将其中环境光传感器采集的颜色信息是一组颜色坐标的配置作为示例进行描述。然而，这仅仅是例示性的。颜色感测环境光传感器可采集关于环境光的任何适当的颜色信息。还可测量总亮度(环境光强度)。
来自颜色感测环境光传感器的颜色信息(和/或亮度信息)可用于调节设备10的操作。例如，可根据环境光照条件的颜色来调节显示器14的色偏。例如，如果用户将设备10从冷光照环境移动到暖光照环境(例如白炽光环境)，则可相应增大显示器14的暖度，使得设备10的用户不会感觉显示器14过冷。如果需要，环境光传感器可包括红外光传感器。一般来讲，可基于颜色测量和/或总光强测量来采取任何适当的动作(例如调节显示器亮度、调节显示器内容、改变音频和/或视频设置、调节来自其他传感器的传感器测量、调节向设备10的用户展示什么屏上选项、调节无线电路设置等等)。
图2示出了示例性电子设备的一部分的透视图。在图2的示例中，设备10包括显示器诸如安装在外壳22中的显示器14。有时可被称为壳体或壳的外壳22可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料中任意两种或更多种的组合形成。外壳22可使用一体式构造形成，在该一体式构造中，外壳22的一些或全部被加工或模制成单一结构，或者外壳22可使用多个结构(例如，内框架结构、形成外部外壳表面的一个或多个结构等)形成。
可使用显示器覆盖层诸如一层透明玻璃、透光塑料、蓝宝石、或其他透光层来保护显示器14。可在显示器覆盖层中形成开口。例如，可在显示器覆盖层中形成开口，以容纳按钮、扬声器端口或其他部件。可在外壳22中形成开口以形成通信端口(例如，音频插孔端口、数字数据端口等)，以形成用于按钮的开口等。
显示器14可包括由液晶显示器(LCD)部件形成的显示器像素阵列、电泳像素阵列、等离子体像素阵列、有机发光二极管像素阵列或其他发光二极管、电润湿像素阵列、或者基于其他显示器技术的像素。显示器14的像素阵列形成有效区域AA。有效区域AA用于为设备10的用户显示图像。有效区域AA可以是矩形的或者可具有其他合适的形状。无效边界区域IA可沿着有效区域AA的一个或多个边缘延伸。无效边界区域IA可容纳电路、信号线和不发射光用于形成图像的其他结构。为了隐藏边界区域IA中的无效电路和其他部件使其不被设备10的用户看到，显示器14的最外层(例如显示器覆盖层或其他显示器层)的下侧可涂敷有不透明遮蔽材料诸如黑色墨水层。光学元件(例如相机、基于光的接近传感器、环境光传感器、状态指示器发光二极管、相机闪光灯发光二极管等)可安装在无效边界区域IA下方。一个或多个开口(有时称为窗口)可形成在IA的不透明遮蔽层中以容纳光学部件。例如，光部件窗口诸如环境光传感器窗口可形成在显示器14的周边部分诸如无效边界区域IA中的区域20中。可在穿过区域20和显示器覆盖层之后通过设备10中的环境光传感器来测量来自设备10外部的环境光。
图3是沿着图2的线24截取并在方向25上观察到的图2的显示器14的横截面侧视图。如图3所示，可对准窗口20来安装光传感器26。窗口20可具有圆形形状、方形形状、具有弯曲和/或笔直边缘的形状、具有中心不透明区域的圆环形状、或任何其他合适的形状。光传感器26可以是在测量设备10附近的环境光中使用的颜色感测环境光传感器。如图3所示，显示器14可具有最外层诸如显示器覆盖层30。显示器覆盖层30具有外表面诸如表面34。表面法线n垂直于表面34。环境光线28通过各种入射角A(相对于表面法线n测量)来表征。
窗口20可由无效区域IA中的显示器覆盖层30的内表面32上的不透明遮蔽层28中的开口形成。层30可由玻璃、塑料、陶瓷、蓝宝石或其他透明材料制成，并且可以是显示器14的显示模块的一部分或者可以是覆盖有效显示结构的独立保护层。与窗口20相关联的开口可填充有光学结构诸如环境光传感器墨54和光重定向结构56。
环境光传感器墨54对于可见波长和红外波长可具有足够的透射性以允许传感器26工作，同时改善窗口20的外观(例如通过使窗口20具有与包括层28的层30的部分不是太过不同的视觉外观来部分地向设备10的用户遮掩窗口20的存在)。如果需要，可略去环境光传感器墨54。
传感器26可具有多个光检测器60(例如光电二极管、光电晶体管、或其它半导体光电检测器结构)。光检测器60可形成在公共半导体衬底诸如衬底62上的阵列中，或者可利用两个或更多个衬底形成。光检测器60中每一者可设置有相应的滤色器58。为了为传感器26提供准确测量颜色的能力，传感器26可包括两个或更多个检测器60(例如，2-10个检测器、3-8个检测器、4-7个检测器、5-7个检测器、仅4个检测器或不止4个检测器、仅5个检测器或不止5个检测器、仅6个检测器或不止6个检测器、仅7个检测器或不止7个检测器、仅8个检测器或不止8个检测器、少于8个检测器、或者任何其它合适数量的检测器)。滤色器58可以是薄膜干涉滤光器和/或可以是聚合物或其他滤色器元件(例如由染料和/或颜料制成的有色滤光器)的有色层。
光重定向结构56可用于采集来自多个入射角A的光52以及有效地将该光传递到传感器26。光重定向结构56可包括结构诸如漫射器和/或图案化透镜，用于帮助将离轴环境光线以接近垂直于衬底62的表面的方向重定向到传感器26中，由此降低环境光读数对设备10与环境光源之间的相对取向的依赖性。
图4示出了光重定向结构56可如何由一层漫射膜形成。利用这种类型的布置，进入的光线诸如光线52可在漫射膜内散射以生成被传感器26测量的散射光线52’。使用漫射器结构诸如图4的漫射器就通过将进入的离轴光朝传感器26重定向回而帮助收集光。(例如)漫射膜可以是具有朗伯散射曲线(穿过散射器的辐射率与入射光角度无关)的或者具有的散射曲线在散射器上任何光入射角度都与该光入射角度的朗伯散射曲线差别少于20％的散射器。
可能期望利用内部孔隙传感器壳体在传感器26上方提供孔隙。例如，传感器26可安装在内部壳体诸如外壳22内侧的壳体64中。壳体64可由塑料、金属、陶瓷、和/或其他材料、或者这些材料的组合形成。开口(孔隙66)可形成在壳体64的上表面中，以为外壳22内的传感器26产生受限的视角。这种类型的布置可帮助降低传感器26的敏感度对其相对于环境光源的取向的依赖性，同时保持大的视场用于采集穿过光重定向结构56的进入的环境光。
如图6所示，光重定向结构56可由棱镜膜形成。棱镜膜使用三角形脊、锥形结构、或其他突出部来将进入的离轴光52朝下定向到传感器26(例如参见图6的示例中经重定向的光线52’)。棱镜膜帮助弯曲和准直在宽范围的入射角上接收的光线。棱镜膜可包括透明衬底的一侧或两侧上的突出部。
如果需要，光重定向结构56可包括私密膜。如图7所示，私密膜可包括限定窄视角光通路通道诸如通道72的结构诸如微百叶窗70。微百叶窗70可由不透明聚合物、金属、多层聚合物和/或金属(例如具有对准的开口的双层金属)或其他不透明结构形成。离轴光线诸如光线52B将入射到微百叶窗70，并且将被阻止到达传感器26。轴向光线诸如光线52A将穿过通道72之一，并且将被传感器26检测。私密滤光器结构帮助消除入射角大的光线。
在图8的示例中，光重定向结构56由负透镜74(例如，透明膜的内表面上的负透镜结构)的一维或二维阵列的膜形成。透镜74可帮助将进入的离轴光线诸如光线52重定向到传感器26，如示例性的经重定向光线52’所示。这种类型的结构中的负透镜效应帮助将光朝向传感器26弯曲，由此减小光线在到达传感器26时的入射角。
如果需要，可使用其他类型的光重定向结构。此外，两种或更多种不同类型的光重定向结构可组合形成光重定向结构56。例如，漫射器可形成为负透镜膜的表面上的涂层，漫射膜可与棱镜膜和/或微百叶窗膜堆叠，等等。
图9是对于示例性环境光传感器墨诸如图3的墨54根据波长绘制墨透光率Tink的图。如示例性透射曲线76所示，墨54可展现出对于可见光(VIS)波长非零的透射率，并且如果需要，可展现出朝着红外(IR)波长增大的透射率。墨54的透射率优选地足以允许传感器26在明亮和昏暗的光中采集环境光读数。
为了允许传感器26进行颜色测量，传感器26可具有光检测器60的阵列，其中每个光检测器可具有不同的谱曲线用于采集光。在传感器26中可以有任何合适数量的可见光检测器(例如两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个、三个或更少、四个或更少、五个或更少、六个或更少、少于10个、不止5个、2-10个、2-15个、4-9个等)。在图10的示例中有六个可见光检测器60(PD1、PD2、PD3、PD4、PD5和PD6)和一个红外光检测器PD7。这仅是例示性的。例如，可以有少于6个(例如5个、4个或3个或更少)或不止6个(例如7个、8个、或不止8个)可见光检测器。红外光检测器PD7可被略去，或者红外光检测能力可通过扩展红色检测器的长波长敏感度使得红色检测器具有重叠近红外波长的谱敏感度曲线来提供。例如，PD7可被略去，并且PD6可以是具有在红外波长敏感的扩展谱曲线的红光检测器。在这种类型的构型中，PD6的IR响应可用于帮助区分不同类型的光源(例如IR或非IR等等)，并且可为传感器26提供可见谱曲线贡献(例如红色敏感度)来帮助传感器26测量环境光的颜色。
图10的检测器60的示例性谱响应在图11中示出。如图11所示，PD1可具有蓝色谱响应，检测器PD6可具有红色谱响应，检测器PD2、PD3、PD4和PD5的谱响应可覆盖可见谱的蓝色端与红色端之间的相应波长范围。检测器PD7可覆盖红外波长(例如，包括高于700nm的波长、介于800-900nm之间的波长等等的波长)。
为了提高颜色感测精度，可期望配置检测器60的谱响应使得检测器60中的一者或多者具有与颜色匹配函数(例如，三个CIE标准观察者颜色匹配函数和之一)匹配的谱响应。颜色匹配函数代表标准观察者的谱响应。在图11的示例性构型中，检测器PD1的谱响应与颜色匹配函数的谱形状匹配，检测器PD3的谱响应与颜色匹配函数的谱形状匹配，检测器PD4的谱响应与颜色匹配函数的上半部匹配(即，的两个驼峰响应的上驼峰，其介于500nm和700nm之间)。如果需要，检测器60中的一个检测器可完全匹配的谱。图11的示例仅仅是例示性的，其中PD4的谱敏感度曲线部分匹配颜色匹配函数
如果需要，检测器中一者或多者的谱敏感度曲线可与标准观察者颜色匹配函数相似，而非准确地匹配标准观察者颜色匹配函数。例如，谱敏感度曲线可与标准观察者颜色匹配函数的相同，但是是在不同波长处(即，谱敏感度曲线的曲线形状可匹配颜色匹配函数的曲线形状，但曲线的波长位置可相差正负15nm或其他合适的量)。又如，谱敏感度曲线的曲线形状可(在相同波长组或偏移的波长组)在一定程度上与颜色匹配函数不同。使用相对于标准观察者颜色匹配函数处于20％均方根偏差内的一个或多个谱敏感度曲线可为可取的(忽略谱敏感度曲线与标准观察者颜色匹配函数之间的波长差)。
具有在可见范围(380nm-780nm)内响应性的滤光器的光学传感器可具有重叠的谱响应。通道中一些的形状和位置可(在相同波长或者不管波长处)与标准观察者颜色匹配函数相似(例如在20％均方根偏差内)。谱响应可被配置为使得这多个通道的谱的线性组合可与标准观察者颜色匹配函数相似(例如在20％误差或其他合适的偏差内)，或者可与标准观察者颜色匹配函数匹配。
除了与颜色匹配函数匹配(或者对于PD4和颜色匹配函数的情况，由于与颜色匹配函数的上半部匹配而部分地匹配颜色匹配函数)的检测器60的谱响应之外，检测器60可覆盖其他谱范围(例如部分重叠其他检测器的覆盖范围且帮助提供整个可见谱上的覆盖的范围)，由此提高颜色测量精度。同时，可避免使用过多的不同检测器，以避免过度的成本、复杂性和功率消耗。来自红外检测器PD7的读数可用于提高可见光检测的精度(例如通过移除对可见光检测器的红外贡献)和/或可用于帮助允许传感器26区分不同类型的光源。例如，具有很少或不具有红外光的光源可被表征为非IR源，而包含大量被检测器PD7检测的光的光源可被表征为IR源。
通过类型对光源分类的能力可在为所测量的光源计算颜色坐标时提高精确度。在校准操作期间，可利用不同类型的光源来校准颜色传感器26。例如，可通过利用多个红外光源和多个非红外光源来训练传感器26以进行校准测量。当在用户正使用设备10期间以传感器26进行颜色测量时，设备10可使用关于存在哪种类型的环境光源(在这个示例中是IR还是非IR)的信息来确定在处理传感器测量中应该使用IR还是非IR传感器校准数据。如果需要，可使用其他类型的传感器校准方案(例如通过在以传感器26中的每个检测器进行测量期间将单个基准窄带光源扫过所有感兴趣的波长等等)。在本文中有时将其中利用依赖于光源类型的校准技术处理传感器数据的配置作为示例进行描述。
如图12所示，矩阵方程式P＝A Q中的颜色转换矩阵A可在将颜色坐标(矩阵P)相关到传感器输出(传感器谱响应矩阵Q)中使用。在图12的公式中，矩阵Q的每列涉及传感器26在暴露于相应不同光源时的输出。在图12的示例中，传感器26具有6个可见光传感器，从而矩阵Q的每列包含6个检测器输出PD1…PD6。矩阵Q的第一列包含在将传感器26暴露于来自第一光源的光时获得的输出PD11…PD61，矩阵Q的第二列包含在将传感器26暴露于第二光源时获得的输出PD12…PD62，以此类推。传感器26的输出是在传感器26被m个不同光源照明时测量的，因此矩阵Q包含m列。矩阵P包含颜色坐标X、Y和Z的列。矩阵P的每列对应于所测得的不同颜色的颜色坐标。例如，矩阵P的第一列包含对应于在将传感器26暴露于来自光源编号1(其使传感器26生成输出PD11…PD61)的光时测得的颜色的颜色坐标X1、Y1、Z1，矩阵P的第二列包含对应于在将传感器26暴露于来自光源编号2(其使传感器26生成输出PD12…PD62)的光时测得的颜色的颜色坐标X2、Y2、Z2，以此类推。
在图12的示例中，矩阵P是3×m矩阵，矩阵Q是6×m矩阵，矩阵A是3×6矩阵。在校准期间，可为不同类型的光源计算相应的不同A矩阵。不同光源类型的示例包括红外(IR)和非IR。如果需要，非IR类型可被划分为高相关色温类型和低相关色温类型(高CCT和低CCT)。利用一种合适的布置，高CCT光照条件通过CCT值高于4500K来表征，并且低CCT光照条件通过CCT值低于4500K来表征。这些光照类型(或任何其他合适的光照类型)可各自与相应的不同版本的颜色转换矩阵A相关联(即，可为每种光照类型生成不同的颜色转换矩阵A以提高颜色测量精度)。白炽光照和卤素光照可属于IR光照类型。阳光是高CCT非IR光照类型的光源的一个示例。一些荧光光照和发光二极管(LED)光照可以是高CCT非IR光照类型。其他荧光光照和LED光照可以是低CCT非IR光照类型。校准不同类型的光照以生成相应的不同版本的颜色转换矩阵A的过程有时被称为分段校准。
利用分段校准方法对传感器26进行校准中所涉及的示例性步骤在图13中示出。
在步骤110，选择特定类型的光源组的光源。例如，当期望执行校准操作以生成涉及IR光源的颜色转换矩阵A的版本时可选择白炽灯或卤素灯。
在选择期望对其进行校准测量的光源之后，可使用基准光谱仪对所选光源进行颜色测量。例如，光谱仪可测量光源的颜色坐标X、Y和Z(步骤102)。这个信息可用于确定对应于所选光源的矩阵P的列的值。
一旦采集并存储了当前所选光源的颜色坐标，就可将传感器26暴露于来自当前所选光源的光(或者暴露于由可调发光二极管、基于可调液晶滤光器的可调源等所产生的这个光源的受激版本)。特别地，传感器26可在步骤104对当前光源进行测量并且可生成相应检测器信号(即，检测器PD1…PD6中每一者可生成输出信号)。这个信息可被存储以生成图11的矩阵Q的列之一。
如线106所示，处理可在期望获取来自同一光源组中一个或多个附加光源(即，在其中正利用一组IR光源校准传感器26的示例性情景中是附加的IR光源)的数据的情况下可返回步骤100。
一旦已经收集了对应于当前组中光源的代表性选择的传感器数据(即，在本示例中，一旦来自所有m个IR光源的数据已被用于填充矩阵P和Q的列)，就可在步骤108由矩阵Q和P计算矩阵A。在计算颜色转换矩阵A中，可使用矩阵求逆技术诸如伪逆技术来对传感器谱响应矩阵Q求逆。然后可通过按照公式1将矩阵P和伪逆矩阵Q-1相乘来计算颜色转换矩阵A。
A＝PQ-1 (1)
如果期望执行附加校准操作(例如，校准一组非IR高CCT类型的光源或一组非IR低CCT类型的光源)，则可选择新的光照类型并且处理可返回到步骤100，如线110所示。在已经为每种所期望光照类型采集了数据之后，为所有所期望光照类型生成的矩阵A的值可被存储在设备10中以用于校准传感器26和设备10(步骤112)。
已利用这种类型的分段校准方案对其传感器进行了校准的设备可根据图14的流程图进行操作。在步骤114，可将设备10暴露于具有谱xo的环境光。当暴露于输入光xo时，传感器26将生成可被设备10采集和(例如利用控制电路16)存储的输出xoQ。
在步骤114采集来自传感器26的检测器输出信号之后，设备10可在步骤116识别哪种类型的光源当前正被用于对设备10照明。例如，如果IR检测器PD7检测到相对于总环境光读数存在多于预定量的红外光，则可将当前光照条件表征为落入IR光照类型内。如果不存在IR光(即如果IR信号相对于其他类型的光少于预定量)，则可将光源表征为是非IR类型之一。然后可使用相关色温测量来确定正在对设备10照明的非IR光源是高相关色温光源还是低相关色温光源。
在识别当前正用于在设备10和环境光传感器26附近生成环境光52的光源的类型之后，控制电路16可从存储装置检索用于那种光源类型的适当的颜色转换矩阵A(步骤118)。例如，控制电路16可响应于将当前光照条件识别为是IR类型而检索IR光源版本的矩阵A。
在步骤120，可通过将所测得的传感器输出乘以所检索版本的A来确定所测量环境光的颜色(即颜色坐标)。如果需要，除了颜色坐标之外或者代替颜色坐标，来自传感器26的环境光传感器颜色信息可被采集或转换以生成色温数据、相关色温数据、或其他颜色信息。使用传感器26进行被存储为颜色坐标的颜色测量仅仅是例示性的。如果需要，设备10可采集和使用任何颜色环境光信息(和强度信息)。
在步骤120，设备10可使用控制电路16基于所测量的环境光颜色(并且如果需要，还基于光强度)采取合适的动作。例如，设备10可调节显示在显示器14上的图像的颜色，可对显示器14进行其他调节等等。
如果需要，可通过将可调光源扫过用于校准的感兴趣波长范围(例如可见谱)来校准环境光传感器26。可调光源可以是单色的，可以是可调发光二极管，可以是具有可调滤光器诸如液晶可调滤光器的宽带光源，或者可以是任何其他可调光源。当可调光源扫过所述感兴趣波长范围时，传感器26的响应可被监测，并且传感器响应数据可被处理并存储在设备10中以用于在对传感器26进行校准中使用。如果需要，可调传感器可模拟不同类型的一个或多个光源的谱。
在图10的示例中，光电二极管以行和列来布置。如果需要，光电二极管可以圆形图案或其他中心对称图案(即，呈现公共中心结构的形状，其中光电二极管对围绕公共点并且跨中心点彼此相对)布置。这些公共中心结构可具有二重对称性(光电二极管对彼此相对)或者可具有四重对称性(第一、第二、第三和第四光电二极管布置在公共点周围使得第一和第二光电二极管跨中心点彼此相对并且第三和第四光电二极管跨中心点彼此相对)。为光电二极管使用公共中心布置有助于减小进入的环境光的角取向对传感器26的输出的影响。在图15的示例性配置中，例如，传感器26具有六个不同谱敏感度的光电二极管60(PD1、PD2、PD3、PD4、PD5和PD6)。这些光电二极管可以是可见光光电二极管和/或谱响应延伸到红外波长中的光电二极管。例如，这六个光电二极管中每一者可与图11中的可见光谱或其他适当的谱中相应一者相关联。
光电二极管可各自被分成中心点150的相反侧上的一对第一光电二极管部分和第二光电二极管部分，从而为传感器36的光电二极管提供中心对称性。例如，光电二极管PD1被分成点150的相反侧上的第一光电二极管部分PD1-1和对应的第二光电二极管部分PD1-2。这个相同的图案可用于光电二极管60中每一者，使得每个光电二极管都在点150的一侧上以及在点150的另一侧上具有一部分。
通过这样布置光电二极管区域，光电二极管展现出中心对称性并且展现出降低的角敏感度。由于进入的环境光在穿过光重定向结构时的散射轮廓，所以离轴环境光(例如不平行于传感器26的表面法线的光)往往将增大每个光电二极管的一半的输入，而减小那个光电二极管的另一半的输出。例如，离轴光可能增大光电二极管PD1的第一光电二极管部分PD1-1的输出，但往往会将光电二极管PD1的第二光电二极管部分PD1-2的输出减小相应量，使得来自每个光电二极管的总输出保持为相对不依赖于进入光角度。也可使用非圆形图案来降低具有分开的光电二极管的配置(例如方形公共中心布局等等)中的角敏感度。在图15的示例中使用中心对称(公共中心)圆形成形的光电二极管布局仅仅是例示性的。公共中心光电二极管布局可展现出(例如)二重对称性或四重对称性。
在图15的布置中，光传感器处理电路26’在相对于光电二极管60偏移的位置处与光电二极管60实施在同一裸片上。图16是展示光电二极管60的圆环形光电二极管区域可如何围绕处理电路26’或其他控制电路16(例如以提高布局效率)的示意图。如果需要，可使用其他布局。
根据一实施方案，提供了一种暴露于具有环境光颜色的环境光的电子设备，其包括接收来自用户的输入的输入-输出设备、为该用户显示图像的显示器、将输入-输出设备和显示器安装在其中的外壳、和外壳中的控制电路、以及外壳中的颜色感测环境光传感器，控制电路利用所述颜色感测环境光传感器来测量环境光颜色，控制电路至少部分地基于所测量的环境光颜色来调节显示器。
根据另一实施方案，颜色感测环境光传感器具有至少五个光检测器，其中每个光检测器具有相应的谱敏感度曲线。
根据另一实施方案，颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在衬底中具有至少五个光检测器，每个光检测器具有相应的谱敏感度曲线。
根据另一实施方案，谱敏感度曲线中的至少一者是标准观察者颜色匹配函数，并且谱敏感度曲线中至少一者是可见光谱敏感度曲线，所述可见光谱敏感度曲线不是标准观察者颜色匹配函数的。
根据另一实施方案，忽略谱敏感度曲线中的至少一者与标准观察者颜色匹配函数之间的波长差，所述谱敏感度曲线中的所述至少一者与标准观察者颜色匹配函数偏差在20％均方根内。
根据另一实施方案，谱敏感度曲线中的一者与标准观察者颜色匹配函数匹配。
根据另一实施方案，谱敏感度曲线中的一者与CIE标准观察者颜色匹配函数匹配，谱敏感度曲线中的一者与CIE标准观察者颜色匹配函数匹配。
根据另一实施方案，谱敏感度曲线中的一者与CIE标准观察者颜色匹配函数的上半部匹配。
根据另一实施方案，颜色感测环境光传感器具有少于七个可见光检测器。
根据另一实施方案，谱敏感度曲线中两者或更多者的线性组合与标准观察者颜色匹配函数匹配。
根据另一实施方案，颜色感测环境光传感器具有少于七个可见光检测器。
根据另一实施方案，电子设备包括显示器中的环境光传感器窗口和环境光传感器窗口中的光重定向结构，颜色感测环境光传感器接收穿过环境光传感器窗口和光重定向结构的环境光。
根据另一个实施方案，电子设备包括环境光传感器窗口中的墨。
根据另一实施方案，光重定向结构包括选自漫射膜、棱镜膜、私密膜和负透镜膜的结构。
根据另一实施方案，光重定向结构包括具有朗伯散射曲线的漫射器。
根据另一实施方案，光重定向结构包括具有散射曲线的漫射器，所述散射曲线在所述漫射器上的任何光入射角处与该光入射角处的朗伯散射曲线相差少于20％。
根据另一实施方案，控制电路被配置为使用来自颜色感测环境光传感器的传感器数据来识别与环境光相关联的光源类型。
根据另一实施方案，控制电路被配置为利用基于所识别的光照类型而选择的颜色转换矩阵来处理来自颜色感测环境光传感器的传感器数据，并且其中电子设备选自便携式计算机、平板电脑、蜂窝电话和腕表设备。
根据另一实施方案，颜色感测环境光传感器具有各自具有相应谱敏感度曲线的光检测器。
根据另一实施方案，光检测器以公共中心布局来布置。
根据另一实施方案，公共中心布局展现出四重对称性。
根据另一实施方案，公共中心布局展现出二重对称性。
根据另一实施方案，光检测器中每一者至少包括位于中心点的相反侧上的第一部分和第二部分。
根据另一实施方案，光检测器中每一者具有第一部分和第二部分，以减小颜色感测环境光传感器的角敏感度。
根据一实施方案，提供了一种用于校准颜色感测环境光传感器的方法，包括：对于多个环境光源光照类型中的每一者，以基准光谱仪测量多个环境光源中每一者的颜色坐标并在颜色感测环境光传感器暴露于该环境光源光照类型的来自所述多个环境光源中每一者的环境光时采集来自颜色感测光传感器的传感器数据，并且处理所采集的传感器数据和所测得的颜色坐标以生成多个颜色转换矩阵，其中每个颜色转换矩阵对应于所述多个环境光源光照类型中相应一者。
根据另一实施方案，处理所采集的传感器数据和所测得的颜色坐标包括将包含所测得的颜色坐标的颜色坐标矩阵与跟颜色感测环境光传感器相关联的传感器谱响应矩阵的伪逆相乘。
根据一实施方案，提供了一种用于具有显示器的便携式电子设备的颜色感测环境光传感器，所述显示器具有的颜色是基于来自颜色感测环境光传感器的颜色测量来进行调节，颜色感测环境光传感器包括半导体衬底、和半导体衬底中的至少五个可见光检测器，其中每个可见光检测器具有不同的谱敏感度曲线，这五个可见光检测器中至少一者具有与标准观察者颜色匹配函数匹配的谱敏感度曲线，以及这五个可见光检测器中至少一者具有不与标准观察者颜色匹配函数匹配的谱敏感度曲线。
根据另一实施方案，颜色感测环境光传感器包括半导体衬底中的红外光传感器。
根据另一实施方案，可见光检测器包括测量红外光的红光检测器。
根据另一实施方案，可见光检测器中的每一者由位于共享的中心点的相反侧上的第一部分和第二部分形成。
以上内容仅是示例性的，本领域的技术人员可在不脱离所述实施方案的范围和实质的情况下作出各种修改。上述实施方案可单独实施或可以任意组合实施。

Claims (30)

1.一种暴露于具有环境光颜色的环境光的电子设备，包括：
输入-输出设备，所述输入-输出设备接收来自用户的输入；
显示器，所述显示器为所述用户显示图像；
外壳，在所述外壳中安装所述输入-输出设备和所述显示器；和
控制电路，所述控制电路位于所述外壳中；和
颜色感测环境光传感器，所述颜色感测环境光传感器位于所述外壳中，所述控制电路利用所述颜色感测环境光传感器来测量环境光颜色，其中所述控制电路至少部分地基于所测得的环境光颜色来调节所述显示器。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述颜色感测环境光传感器具有至少五个光检测器，每个所述光检测器具有相应的谱敏感度曲线。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并具有位于所述衬底中的至少五个光检测器，每个所述光检测器具有相应的谱敏感度曲线。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述谱敏感度曲线中的至少一者是标准观察者颜色匹配函数，并且所述谱敏感度曲线中的至少一者是可见光谱敏感度曲线，所述可见光谱敏感度曲线不是标准观察者颜色匹配函数。
5.根据权利要求3所述的电子设备，其中忽略所述谱敏感度曲线中的至少一者与所述标准观察者颜色匹配函数之间的波长差，所述谱敏感度曲线中的所述至少一者与标准观察者颜色匹配函数偏差在20％均方根内。
6.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述谱敏感度曲线中的一者与标准观察者颜色匹配函数匹配。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述谱敏感度曲线中的一者与标准观察者颜色匹配函数匹配，并且其中所述谱敏感度曲线中的一者与标准观察者颜色匹配函数匹配。
8.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述谱敏感度曲线中的一者与标准观察者颜色匹配函数的上半部匹配。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述颜色感测环境光传感器具有少于七个可见光检测器。
10.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述谱敏感度曲线中的两者或更多者的线性组合与标准观察者颜色匹配函数匹配。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述颜色感测环境光传感器具有少于七个可见光检测器。
12.根据权利要求11所述的电子设备，还包括：
环境光传感器窗口，所述环境光传感器窗口位于所述显示器中；和
光重定向结构，所述光重定向结构位于所述环境光传感器窗口中，其中所述颜色感测环境光传感器接收穿过所述环境光传感器窗口和所述光重定向结构的环境光。
13.根据权利要求12所述的电子设备，还包括所述环境光传感器窗口中的墨。
14.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述光重定向结构包括选自以下的结构：漫射膜、棱镜膜、私密膜和负透镜膜。
15.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述光重定向结构包括具有朗伯散射曲线的漫射器。
16.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述光重定向结构包括具有散射曲线的漫射器，所述散射曲线在所述漫射器上的任何光入射角处与在该光入射角处的朗伯散射曲线相差少于20％。
17.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为使用来自所述颜色感测环境光传感器的传感器数据来识别与所述环境光相关联的光源类型。
18.根据权利要求17所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为利用基于所识别的光照类型而选择的颜色转换矩阵来处理来自所述颜色感测环境光传感器的传感器数据，并且其中所述电子设备选自便携式计算机、平板电脑、蜂窝电话和腕表设备。
19.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述颜色感测环境光传感器具有光检测器，每个所述光检测器具有相应的谱敏感度曲线。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述光检测器以公共中心布局来布置。
21.根据权利要求20所述的电子设备，其中所述公共中心布局展现出四重对称性。
22.根据权利要求20所述的电子设备，其中所述公共中心布局展现出二重对称性。
23.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述光检测器中的每个光检测器至少包括位于中心点的相反侧上的第一部分和第二部分。
24.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述光检测器中的每个光检测器具有第一部分和第二部分以减小所述颜色感测环境光传感器的角敏感度。
25.一种用于校准颜色感测环境光传感器的方法，包括：
对于多个环境光源光照类型中的每一者，利用基准光谱仪来测量多个环境光源中的每个环境光源的颜色坐标，并在所述颜色感测环境光传感器暴露于来自该环境光源光照类型的所述多个环境光源中的每个环境光源的环境光时采集来自所述颜色感测环境光传感器的传感器数据；以及
处理所采集的传感器数据和所测得的颜色坐标以生成多个颜色转换矩阵，每个颜色转换矩阵对应于所述多个环境光源光照类型中的相应一个环境光源光照类型。
26.根据权利要求25所述的方法，其中处理所采集的传感器数据和所测得的颜色坐标包括将包含所测得的颜色坐标的颜色坐标矩阵与跟所述颜色感测环境光传感器相关联的传感器谱响应矩阵的伪逆相乘。
27.一种用于具有显示器的便携式电子设备的颜色感测环境光传感器，所述显示器具有基于来自所述颜色感测环境光传感器的颜色测量而进行调节的颜色，所述颜色感测环境光传感器包括：
半导体衬底；和
至少五个可见光检测器，所述至少五个可见光检测器位于所述半导体衬底中，每个所述可见光检测器具有不同的谱敏感度曲线，其中所述至少五个可见光检测器中的至少一个可见光检测器具有与标准观察者颜色匹配函数匹配的谱敏感度曲线，并且其中所述至少五个可见光检测器中的至少一个可见光检测器具有不与标准观察者颜色匹配函数匹配的谱敏感度曲线。
28.根据权利要求27所述的颜色感测环境光传感器，还包括位于所述半导体衬底中的红外光传感器。
29.根据权利要求27所述的颜色感测环境光传感器，其中所述可见光检测器包括测量红外光的红光检测器。
30.根据权利要求27所述的颜色感测环境光传感器，其中所述可见光检测器中的每个可见光检测器由位于共享的中心点的相反侧上的第一部分和第二部分形成。
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