CN112840393A - 环境光传感器 - Google Patents
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Abstract
描述了用于包括环境光传感器的便携式计算设备和其他装置的技术。该技术对于环境光传感器设置在主机设备的显示屏后面以使得由传感器检测到的环境光在被传感器检测到之前穿过发光显示器的情况特别有利。
Description
技术领域
本公开涉及环境光传感器。
背景技术
在智能手机工业设计中的新近趋势是通过减小边框宽度并通过去除光学传感器的孔以及麦克风、扬声器和/或指纹读取设备的其他孔来清理剩余的边框区域来最大化屏幕面积。另一方面，也有增加光学传感器的数量以用于增加的功能的趋势。例如，可以提供环境光传感器(ambient light sensor，ALS)以便于调整显示屏亮度以适应周围的照明环境，从而使显示器看起来清晰和可读，同时还减小了显示器的整体能耗。
智能手机市场的进一步趋势是采用有机发光显示器(organic light emittingdisplay，OLED)。这种趋势创造了将ALS从智能手机的边框移到OLED下面的位置的机会。OLED通常是不透明的，主要是因为其背面有保护膜。可以在很小的区域内去除该膜，以允许环境光穿过OLED的剩余层到达ALS。然而，即使去除该膜，OLED也不是很透光的，因此需要非常敏感的传感器才能进行环境光检测。还有进一步复杂化，其使得通过OLED进行环境光检测在技术上具有挑战性。ALS传感器不仅可以检测穿过显示器的环境光(例如背景光、日光等)，还会检测显示器本身生成的光。因此，在ALS的驱动下，显示亮度将随着传感器正上方像素亮度的变化而波动。这种波动是不希望的。
发明内容
本公开描述了包括环境光传感器的便携式计算设备和其他装置。在本公开中描述的技术对环境光传感器被设置在主机设备的显示屏后面以使得由传感器检测到的环境光在被传感器检测之前穿过发光显示器的情况是特别有利的。
例如，在一个方面，一种装置包括发光显示屏、设置在显示屏后面的环境光传感器以及能够操作以接收、处理和分析来自环境光传感器的信号以及控制显示屏的亮度的处理器。处理器还能够操作以估计由环境光传感器检测到的能够归因于显示屏生成的光的光信号的第一量，以及从第二量中减去第一量以获得环境光值，其中第二量表示由环境光传感器检测到的光的组合量，组合量包括环境光和显示屏生成的光。处理器能够操作以至少部分地基于环境光值来控制显示屏的亮度。
一些实施方式包括以下一个或多个特征。例如，显示屏可以是OLED型显示屏。装置还可以包括盖板玻璃(cover glass)，其中发光显示屏设置在盖板玻璃的后面。
在一些情况下，处理器能够操作以基于由环境光传感器检测到的信号的特征来估计由环境光传感器检测到的光信号的第一量，其中该特征与由显示屏生成的光信号的幅度相关。环境光传感器检测到的与由显示屏生成的光信号的幅度相关的信号的特征可以对应于例如显示屏的刷新周期。在一些实施方式中，处理器能够操作以从接收自环境光传感器的数据提取周期性信号，其中提取的周期性信号的幅度与由显示屏生成的光的幅度相关。处理器还能够操作以访问查找表，以基于提取的周期性信号的幅度来估计由显示屏生成的光的幅度。在一些情况下，周期性信号的周期与显示屏的刷新信号的周期相同。
在一些情况下，环境光传感器包括多个光通道，并且处理器能够操作以至少部分地基于通道的相应的环境光值的加权平均值来控制显示屏的亮度。在一些情况下，处理器能够操作以向显示屏报告勒克斯(lux)值，其中勒克斯值至少部分地基于环境光值。显示屏能够操作以基于报告的勒克斯值以预定方式做出响应。例如，在一些实施方式中，显示屏能够操作以响应于所报告的勒克斯值来调整其显示光水平。
另一方面，本公开描述了一种控制显示屏亮度的方法。该方法包括在设置在发光显示器后面的环境光传感器中检测包括环境光和由显示屏生成的光的光的组合量。该方法包括在处理器中接收来自环境光传感器的信号，其中所接收的信号表示光的组合量。该方法还包括用处理器估计由环境光传感器检测到的能够归因于由显示屏生成的光的光信号的第一量，以及从第二量中减去第一量以获得环境光值，其中第二量表示光的组合量。显示屏的亮度可以至少部分地基于环境光值来调整。
在一些情况下，可以通过结合本公开中描述的技术来改进显示屏(或其操作基于环境光水平来调整的其他子系统)的操作。这种改进继而可以改进主机设备的整体操作。
从下面的详细说明、附图和权利要求书中可以很容易地看出其他方面、特征和优点。
附图说明
图1示出了包括显示屏后面的环境光传感器的主机设备的各种特征。
图2示出了用于有机发光显示器的驱动电路的示例。
图3是示出根据本公开的方法的示例的流程图。
图4A示出了模拟显示消隐波形的示例。
图4B示出了由图4A的波形的频率分析产生的幅度。
具体实施方式
如图1所示，诸如便携式计算设备(例如，智能手机、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机或可穿戴的)的主机设备10包括OLED型或其他显示屏12，其可以直接设置在前玻璃20的下面。环境光传感器(ALS)14直接设置在显示屏12的一部分下面，并且能够操作以感测环境光(例如，日光或其他背景光)。ALS 14还可以感测由显示屏12本身生成的光。ALS 14可以包括一个或多个光电二极管或其他光感测元件，每个光电二极管或其他光感测元件对可能彼此不同的对应波长或波长范围敏感。诸如电路和/或软件的处理器16能够操作以接收、处理和分析来自ALS 14的信号，并控制显示屏12的亮度。例如，处理器16可以是用于传感器集线器的处理器或便携式计算设备10中的一些其他处理器。
可以例如通过利用与每个像素串联的晶体管对该像素应用PWM调制，或者通过调整可以驱动每个像素的电流的总体范围来控制OLED的整体亮度。图2示出了用于单个OLED像素的OLED驱动电路的示例。取决于存储在电容器C1上的电荷，由第一晶体管TFT1控制驱动每个像素的电流，从而控制每个像素的亮度。在每个像素导通前，通过将电压SCAN1设置为低，将电容器C1充电到适当的电平VDATA。一旦电压SCAN2变为高，第二晶体管TFT2导通，并允许电流流过由第一晶体管TFT1调制的OLED像素。电压SCAN2还用于通过以周期性显示器帧速率的倍数(例如，60Hz的倍数)应用方波来应用PWM调制以减小总体显示亮度。方波的占空比设置显示亮度。
本申请的发明人确定，在由ALS 14感测的信号中出现的伪像的幅度通常与由OLED12自身生成的光信号的幅度相关。伪像由显示器的刷新周期(有时称为显示消隐周期)产生，并可用于估计来自OLED 12的光信号的幅度。然后，可以从由ALS14感测的对应信号中减去估计的OLED光信号，以获得环境光信号的更准确估计。
图3是示出根据一些实施方式的进一步细节的流程图。如100所示，显示器12由周期性(例如，60Hz)驱动信号驱动。传感器14在显示器工作时检测光信号，并基于检测到的信号生成原始数据。如102所示，处理器16从传感器14获得原始数据。如104所示，处理器16使用从传感器14获得的原始数据来计算指定持续时间(例如，100毫秒)内传感器数据的平均值(例如，算数平均值)。平均值基于由传感器14检测到的环境光信号，以及由传感器14检测到的由显示器12生成的任何光信号。因此，由处理器16计算的平均值表示组合的环境光信号和显示器光信号的平均。
如106所示，处理器16还从原始传感器数据中提取周期性显示信号。此外，如108所示，处理器16计算提取的周期性信号的一个或多个信号特征(例如，幅度)。图4A示出了具有60Hz频率并且每1/60秒显示负峰值的显示消隐波形的示例。图4B示出了从0Hz到大约1000Hz范围的频率分析产生的幅度。图4B中的垂直虚线201标识60Hz信号。因此，可以确定60Hz信号的幅度(即，对应于显示器刷新周期的传感器信号部分的幅度)，并假设其与显示器光信号的幅度相关。
如110所示，处理器16基于先前在操作108中标识的60Hz信号的幅度来估计平均(例如，算数平均)感测显示亮度。为此，处理器16可以访问存储在存储器中或以软件实现的查找表(look-up table,LUT)18(见图1)。LUT18存储在60Hz信号的幅度(即，对应于显示器刷新周期的传感器信号部分的幅度)和显示亮度值(即，在没有其他环境光的情况下)之间的相关性。例如，在工厂校准期间，可以获得并存储LUT 18中的数据。在一些情况下，通过在黑暗环境中操作显示器12和ALS 14来获得LUT数据，以便确定由ALS14检测到的信号中的60Hz伪像的幅度和由显示器12生成的光信号之间的相关性。
在112，处理器16然后计算在操作104获得的传感器数据的平均(例如，算数平均)值和在操作110确定的平均(例如，算数平均)感测显示亮度之间的差值。该差值表示环境光信号的估计。所得到的环境光信号的估计可以存储在与处理器16相关联的存储器中。
如上所述，在一些实施方式中，ALS 14包括多个通道(例如，多个光电二极管，每个光电二极管对不同的相应波长或波长范围敏感)。在这种情况下，处理器16可以分别对每个通道执行虚线框120内的操作(即，操作102至114)。如116所示，处理器16然后基于在114存储的(多个)环境光水平计算环境勒克斯(即，照度)。在ALS 14具有多个通道的情况下，处理器16可以基于例如各种通道的估计环境光值的加权平均值来计算勒克斯。例如，在一些实施方式中(例如，4通道实施方式)，勒克斯计算是通道的线性组合，例如勒克斯＝(通道_0*a)+(通道_1*b)+(通道_2*c)+(通道_3*d)，其中a、b、c和d的值取决于OLED玻璃透射率、通道的光谱响应，并且在一些情况下取决于被测量的光类型。例如，a、b、c和d的值可以根据经验确定。
如118所示，然后，处理器16可以将所得到的环境勒克斯值报告给例如便携式计算设备10的子系统，该子系统基于报告信息以某种预定方式做出响应。例如，在一些实施方式中，所得到的环境勒克斯值用于控制显示光水平。具体而言，显示屏12能够操作以响应于从处理器16接收到报告的勒克斯值来调整其显示光水平。
这里描述的技术可以用于补偿显示亮度，使得环境光传感器14，即使当其设置在显示器12后面时，也可以用于测量环境光水平。
虽然在上述特定示例中使用了60Hz信号，但是其他频率也可以用于其他实施方式。
本说明书中描述的主题和功能操作的各个方面可以在数字电子电路中或者在计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构和它们的结构等价物)中实现，或在它们的一个或多个的组合中实现。因此，本说明书中描述的主题的各方面可以实现为一个或多个计算机程序产品，即实现为在计算机可读介质上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储器设备、影响机器可读传播信号的物质组合、或它们中的一个或多个的组合。除了硬件之外，该装置可包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件的代码。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用包括编译或解释语言的任何形式的编程语言编写，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为适合在计算环境中使用的模块、组件、子例程或其他单元。计算机程序不一定对应于在文件系统中的文件。程序可以存储在保持其他程序或数据的文件的部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、在所讨论的程序专用的单个文件中、或者在多个协调文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。计算机程序可以被部署为在一台计算机或位于一个站点或分布在多个站点并通过通信网络互连的多台计算机上执行。
本说明书中描述的处理和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。处理和逻辑流程还可以由专用逻辑电路来执行，并且装置也可以实现为专用逻辑电路，专用逻辑电路例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
例如，适合于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储设备。适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储设备，包括例如半导体存储设备，例如EPROM、EEPROM、和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM磁盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或合并到专用逻辑电路中。
尽管本说明书包含许多细节，但这些不应被解释为对本发明的范围或可能要求保护的范围的限制，而应被解释为对本发明的特定实施例的特定的特征的描述。在本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实现或在任何合适的子组合中实现。此外，尽管特征可以在上面被描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在某些情况下可以从组合中去除来自要求保护的组合的一个或多个特征，并且可以将要求保护的组合指向子组合或子组合的变体。
类似地，尽管在附图中以特定顺序描述了操作，但这不应理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这些的操作，或者要求执行所有所示的操作，以获得期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。
已经描述了许多实施方式。然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施方式也在本发明的范围内。
Claims (19)
1.一种装置，包括：
发光显示屏；
环境光传感器，设置在所述显示屏后面；
处理器，能够操作以接收、处理和分析来自环境光传感器的信号以及控制所述显示屏的亮度，
其中所述处理器能够操作以估计由所述环境光传感器检测到的能够归因于所述显示屏生成的光的光信号的第一量、从第二量中减去所述第一量以获得环境光值，其中所述第二量表示由所述环境光传感器检测到的光的组合量，所述组合量包括环境光和由所述显示屏生成的光，并且其中所述处理器能够操作以至少部分地基于所述环境光值来控制所述显示屏的亮度。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述显示屏包括OLED型显示屏。
3.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述处理器能够操作以基于由所述环境光传感器检测到的信号的特征来估计由所述环境光传感器检测到的所述光信号的所述第一量，其中所述特征与由所述显示屏生成的光信号的幅度相关。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述环境光传感器检测到的与由所述显示屏生成的所述光信号的所述幅度相关的所述信号的所述特征对应于所述显示屏的刷新周期。
5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述处理器能够操作以从接收自所述环境光传感器的数据提取周期性信号，其中提取的周期性信号的幅度与由所述显示屏生成的光的幅度相关，所述处理器还能够操作以访问查找表，以基于所述提取的周期性信号的所述幅度来估计由所述显示屏生成的所述光的所述幅度。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述周期性信号的周期与所述显示屏的刷新信号的周期相同。
7.如前述权利要求中任一项所述的装置，还包括盖板玻璃，其中所述发光显示屏设置在所述盖板玻璃的后面。
8.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述环境光传感器包括多个光通道，所述处理器能够操作以通过以下方式为每个特定通道分别估计相应的环境光值：
估计由所述特定通道检测到的能够归因于由所述显示屏生成的光的光信号的第一相应量，以及
从第二相应量中减去第一相应量以获得所述相应的环境光值，其中所述第二量表示由所述特定通道检测到的光的组合量，所述组合量包括环境光和由所述显示屏生成的光，以及
其中所述处理器能够操作以至少部分地基于所述通道的所述相应的环境光值的加权平均值来控制所述显示屏的亮度。
9.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述处理器能够操作以向显示屏报告勒克斯值，其中所述勒克斯值至少部分地基于所述环境光值，所述显示屏能够操作以基于报告的勒克斯值以预定方式做出响应。
10.如权利要求9所述的装置，所述显示屏能够操作以响应于所述报告的勒克斯值来调整其显示光水平。
11.一种控制显示屏的亮度的方法，所述方法包括：
在设置在发光显示器后面的环境光传感器中检测包括环境光和由所述显示屏生成的光的光的组合量；
在处理器中接收来自所述环境光传感器的信号，所接收的信号表示光的所述组合量；
由所述处理器估计由所述环境光传感器检测到的能够归因于由所述显示屏生成的光的光信号的第一量；
从第二量中减去所述第一量以获得环境光值，其中所述第二量表示光的所述组合量；以及
至少部分地基于所述环境光值来调整所述显示屏的所述亮度。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述显示屏包括OLED型显示屏。
13.如权利要求11或12所述的方法，包括基于由所述环境光传感器检测到的信号的特征来估计由所述环境光传感器检测到的所述光信号的所述第一量，其中所述特征与由所述显示屏生成的光信号的幅度相关。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述环境光传感器检测到的与所述显示屏生成的所述光信号的所述幅度相关的所述信号的所述特征对应于所述显示屏的刷新周期。
15.如权利要求11-14中任一项所述的方法，包括从接收自所述环境光传感器的数据提取周期性信号，其中提取的周期性信号的幅度与所述显示屏生成的光的幅度相关，所述方法还包括访问查找表，以基于所述提取的周期性信号的所述幅度来估计由所述显示屏生成的所述光的所述幅度。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述周期性信号的周期与所述显示屏的刷新信号的周期相同。
17.如权利要求11-16中任一项所述的方法，其中所述环境光传感器包括多个光通道，所述方法包括通过以下方式为每个特定通道分别估计相应的环境光值：
估计由所述特定通道检测到的能够归因于由所述显示屏生成的光的光信号的第一相应量，以及
从第二相应量中减去所述第一相应量，以获得所述相应的环境光值，其中所述第二量表示由所述特定通道检测到的光的组合量，所述组合量包括环境光和由所述显示屏生成的光，以及
至少部分地基于所述通道的所述相应的环境光值的加权平均值来控制所述显示屏的所述亮度。
18.如权利要求11-17中任一项所述的方法，包括：
报告至少部分地基于所述环境光值的勒克斯值；以及
响应于所报告的勒克斯值来调整所述显示屏的光水平。
19.如权利要求11-18中任一项所述的方法，其中所述环境光在被所述环境光传感器检测之前穿过所述发光显示器。
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