CN113178179A - 用于环境光测量的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及用于环境光测量的方法和设备。测量环境光的一个实施例方法包括：由与屏幕相关联的环境光传感器生成第一信号，屏幕在第一阶段和第二阶段之间交替，在第一阶段中光被发射，在第二阶段中没有光被屏幕发射，第一信号表示由环境光传感器接收的光在第一阶段和第二阶段期间的强度；将第一信号与阈值强度值进行比较；以及基于比较，控制由光传感器进行的环境光测量的定时。

Description

用于环境光测量的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年1月24日提交的欧洲申请号20153603.4的权益，该申请在此通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及电子系统和方法，并且更具体地涉及包括环境光传感器的电子系统以及利用这样的系统来测量环境光的方法。
背景技术
已知诸如移动电话或平板电脑的电子系统包括显示指定给系统用户的信息和/或图像的屏幕。
在这样的系统中，由屏幕发射的光功率可以至少部分地根据环境光水平来进行适配，该环境光水平借助环境光传感器(ALS)进行测量。例如，该环境光测量被用于根据环境光水平来调整由屏幕发射的光功率，以由人眼更好地感知在屏幕上显示的图像，并且节省能源；并且从而延长了为屏幕供电的电池的寿命。
在包括屏幕和用于测量周围或环境光强度的环境光传感器的已知电子系统中，传感器被设置在屏幕中的专用开口下方，在覆盖屏幕的保护玻璃下方。期望的是，在屏幕中没有专用开口的情况下，将传感器定位在屏幕下方，传感器捕获穿过屏幕的光的微弱透射。但是，对于传感器而言，很难将由屏幕沿传感器方向发射的光与从外部穿过屏幕到达传感器的环境光区分开。
发明内容
需要解决已知电子系统的所有或一些缺点，已知电子系统包括屏幕和用于测量围绕系统的环境光的水平的光传感器。
因此，一个实施例解决了已知电子系统的全部或一些缺点，电子系统包括屏幕和用于测量围绕系统的环境光的水平的光传感器。
具体地，一个实施例使得可以避免由光传感器测量的环境光水平被由屏幕发射的光失真。
一个实施例提供了测量环境光的方法，该方法包括：由与屏幕相关联的环境光传感器生成第一信号，屏幕在第一阶段和第二阶段之间交替，在第一阶段中由屏幕发射光，该光的一部分被环境光传感器接收，在第二阶段中不由屏幕发射光，第一信号表示在第一阶段和第二阶段期间由环境光传感器接收的光的强度；将第一信号与阈值强度值进行比较；以及基于比较来控制光传感器进行的环境光测量的定时。
根据一个实施例，将第一信号与阈值强度值进行比较包括：生成第二信号，第二信号在由环境光传感器接收的光的强度低于阈值强度值时具有第一状态，并且在由环境光传感器接收的光的强度高于阈值强度值时具有第二状态，并且其中测量的开始由第二信号到第一状态的至少一个转变而触发，使得当第二信号处于第一状态时，测量开始，并且测量的持续时间基于第二信号的第一状态的至少一个持续时间来控制。
根据一个实施例，测量在第二信号到第一状态的第一转变之后开始。
根据一个实施例，在第一转变之后的0.1μs至100μs之间的时间延迟，测量开始。
根据一个实施例，第一转变触发测量的开始，并且在第一转变之后，第二信号到第二状态的下一转变结束测量。
根据一个实施例，测量的持续时间基于第二信号的第一状态的至少一个先前持续时间来控制。
根据一个实施例，测量的持续时间被控制为短于第二信号的第一状态的至少一个先前持续时间。
根据一个实施例，测量的持续时间基于第二信号的第一状态的至少两个连续的先前持续时间的平均值来控制。
根据一个实施例，第二信号的第一状态的至少一个先前持续时间包括：紧接在测量开始的第二信号的第一状态之前的第二信号的第一状态的先前持续时间。
根据一个实施例，方法包括：在第二信号的第一状态的至少一个先前持续时间期间，使用计数器对时钟周期数进行计数，测量的持续时间基于经计数的时钟周期数来控制。
根据一个实施例，测量的持续时间等于第一数目的连续时钟周期的持续时间，第一数目低于经计数的时钟周期数。
根据一个实施例，第一信号基于环境光传感器的多个像素中的至少一个像素的输出信号来生成。
根据一个实施例，阈值强度值被确定为使得第二信号在每个第二阶段期间处于第一状态，并且在每个第一阶段期间处于第二状态。
一个实施例提供了被配置为执行所述方法的环境光传感器。
一个实施例提供了电子设备，该电子设备包括：屏幕；屏幕驱动器，被配置为将屏幕控制为在光被屏幕发射的第一阶段和没有光被屏幕发射的第二阶段之间交替；以及以上限定的环境光传感器，被设置为使得由屏幕发射的光的一部分被环境光传感器接收。
根据一个实施例，环境光传感器被设置在屏幕的第一侧处，第一侧与屏幕的第二侧相对，光从第二侧被发射，并且其中，优选地，在没有光被屏幕发射时，环境光通过屏幕的透射率在0.5％到5％的范围内。
附图说明
将在以下通过示例而非限制的方式给出的对特定实施例的描述中详细描述上述特征和优点以及其他特征和优点，其中：
图1以前视图和截面图图示了电子设备的一个实施例；
图2以前视图和截面图图示了电子设备的另一实施例；
图3以框的形式示意性地图示了图1或图2的设备的光传感器；
图4是图示了根据一个实施例的图3的传感器的操作模式的时序图；
图5是图示了根据另一实施例的图3的传感器的操作模式的时序图；
图6是图示了根据又一实施例的图3的传感器的操作模式的时序图；
图7以框的形式示意性地图示了根据一个示例实施例的电路；以及
图8是图示了图7的电路的操作模式的时序图。
具体实施方式
在各个附图中，相同的特征已由相同附图标记来表示。具体地，在各个实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以设置相同的结构、尺寸和材料性质。
为了清楚起见，仅详细图示和描述了对于理解本文所述实施例有用的操作和元件。
除非另有说明，否则当提及连接在一起的两个元件时，表示没有导体以外的任何中间元件的直接连接，并且当提及耦合在一起的两个元件时，表示这两个元件可以被连接或者它们可以经由一个或多个其他元件来耦合。
在以下公开中，除非另有说明，否则当提及诸如术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等的绝对位置限定词或诸如术语“之上”、“之下”、“较高”、“较低”等的相对位置限定词或诸如“水平”、“竖直”等的取向限定词时，参考图中所示的取向。
除非另有说明，否则措辞“约”、“大约”、“基本上”和“以…的量级”表示在10％以内，优选在5％以内。
在以下公开中，考虑电子系统，其中屏幕通过在屏幕发射光的阶段和屏幕关断(即，屏幕不发射光)的阶段之间交替来进行操作。在这样的系统中，由屏幕发射并且由用户感知的平均光功率通过修改屏幕激活的占空比和/或频率(例如，通过调整光发射阶段的持续时间和/或没有光被发射的阶段的持续时间)来进行适配。在屏幕发射光的阶段和屏幕被关断的阶段之间具有足够的切换频率的情况下，由于人眼的视觉持久性，屏幕的用户无法感知这些阶段之间的转变。例如，切换频率为至少25Hz。
例如，屏幕由二进制控制信号来控制，二进制控制信号的第一状态引起屏幕的光发射的阶段，并且其第二状态引起没有光被屏幕发射的阶段。该控制信号通常经历脉宽调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)。这样的控制模式适用的屏幕类型(例如，LCD(液晶显示器)或OLED(有机发光二极管))以及这些控制模式的实现方式未进行详细描述。所描述的实施例与这些已知控制模式以及这些控制模式适用的已知屏幕兼容。
图1图示了电子设备2000的一个实施例的两个视图A和B，电子设备2000在该示例中是移动电话2000，视图A是电话2000的前视图，并且视图B是沿视图A中指示的BB平面的截面视图。
设备2000包括电子系统或电路1000。电子电路1000包括屏幕100，屏幕100被配置为显示指定给用户的图像和/或信息。显示屏或面板100包括发光像素矩阵(未图示)。
系统1000进一步包括具有环境光传感器104的各种电子电路。在图1所示的示例中，在视图B中，图示了另外两个电子电路，即，处理单元106和屏幕100的驱动器或控制电路108。
系统1000的各种电子电路例如被安装在印刷电路板(PCB)110上，优选被安装在柔性印刷电路板上，以经由板110而彼此电耦合。尽管在图1所示的视图B中图示了单个板110，但是系统1000可以包括多个板110，该多个板110可能经由带状电缆彼此电耦合。
例如，显示屏100可以是OLED(有机发光二极管)类型。屏幕100因此例如由二进制控制信号来控制，二进制控制信号例如由驱动器108生成。该控制信号例如被选择性地提供给屏幕的每个二极管，从而引起在其中屏幕100的至少某些二极管发射光的阶段以及其中屏幕100的二极管没有发射光的阶段之间交替。屏幕100的二极管接收或不接收控制信号的选择例如由驱动器108来实现。在某些情况下，针对每个二极管，驱动器108可以对与光发射阶段相对应的二进制信号的电压电平进行适配，以对由二极管发射的光功率进行适配。屏幕的每个像素可以由一个或多个二极管组成，一个或多个二极管可以被RGB(红色、绿色、蓝色)彩色滤光片覆盖。
例如，显示屏100还可以是LCD(液晶显示器)类型。屏幕100因此包括例如像素矩阵以及设置在像素矩阵下方的照明板或照明面板，像素各自包括偏振液晶滤光片。例如，板由二进制控制信号来控制，二进制控制信号例如由驱动器108生成，使得板通过在光发射阶段和板不发射任何光的阶段之间交替来进行操作。在某些情况下，驱动器108可以进一步对与光发射阶段相对应的二进制信号的电压电平进行适配，以对由板发射的光功率进行适配。每个像素的偏振滤光片例如由屏幕100的驱动器108来控制，以允许或防止由板发射的光朝向用户，传递通过偏振滤光片。屏幕的每个像素可以被一个或多个RGB彩色滤光片覆盖。
在所示的示例中，系统1000在显示屏100之上还包括触摸屏或触摸板112。触摸屏112完全覆盖显示屏100，屏幕100和112具有基本相同的表面积，优选具有相同的表面积。
通常，设备2000包括保护性玻璃窗格114，保护性玻璃窗格114覆盖屏幕100，并且更具体地，在该示例中，覆盖包括两个屏幕100和112的组件。玻璃窗格114完全覆盖屏幕100，玻璃窗格114的表面积基本上等于屏幕100的表面积，优选等于屏幕100的表面积。
设备2000包括外壳或壳体116，系统1000被设置在外壳或壳体116中，即，电子电路104、106和108以及一个或多个板110被设置在外壳或壳体116中。屏幕100、可选的触摸屏112和玻璃窗格114的组件在系统表面(图1的视图B中的上表面)以及在图1的视图A中可见的表面的一侧上将外壳116闭合。
在该实施例中，电话2000被称为“无边界”，即，屏幕100，(并且更具体地，屏幕100、可选的触摸屏112和玻璃窗格114的组件)基本上占据旨在由系统的用户观看的设备的整个表面，优选地占据整个表面，即，在图1的视图B中的设备2000的上表面。环境光传感器104因此被设置在屏幕100的下方，即，屏幕100的与屏幕100的由屏幕发射光的表面相对的一侧上。显示屏100，可选的触摸屏112和玻璃窗格114因此对于环境光是至少部分透明的，环境光例如在此处对应于可见光并且可能对应于红外线和/或紫外线。因此，环境光可以传递通过玻璃窗格114、可选的触摸屏112和显示屏100的组件，并到达传感器104。
图2图示了电子设备3000的另一实施例的两个视图A和B，电子设备3000在该示例中是移动电话3000，视图A是电话的前视图，而视图B是沿视图A中指示的BB平面的截面图。
图2的设备3000与图1的设备2000的不同之处在于，显示屏100和可选的触摸屏112在传感器104之上被中断，以允许环境光到达传感器104。更具体地，窗口或凹口118被设置为穿过屏幕100和可选的触摸屏112，在传感器104之上。玻璃窗格114覆盖窗口118，以保护在外壳116中设置的电子电路，并且特别是保护传感器104。
例如，在设备2000和3000中，在屏幕被关断且因此没有光被屏幕发射的阶段期间，光通过玻璃窗格114的组件、可选的触摸屏114和显示屏112的透射率在0.5％至5％的范围内。
应当注意，设备2000和3000以非常示意性的方式被图示，并且未图示这些设备的所有细节。以下将描述的实施例不限于图1和图2所示的示例设备，而是适用于包括电子系统1000的所有电子设备，例如，平板计算机、连接的手表、计算机屏幕、移动电话、装备有例如柔性或可折叠屏幕的多媒体装置等。更具体地，所描述的实施例适用于电子系统1000，电子系统1000包括显示屏100和环境光传感器104，环境光传感器104被设置在如图1所示的屏幕100下方或如图2所示的屏幕100的窗口或开口118下方，其中屏幕100通过将光发射阶段和没有光被发射的阶段进行交替来操作。
图3以框的形式示意性地图示了图1或图2的设备的光传感器104。
环境光传感器104例如包括光敏区域1041，光敏区域1041包括接收光的至少一个像素(未示出)。优选地，区域1041包括多于一个的像素。区域1041的每个像素提供输出信号1045。
例如，像素的输出信号1045是模拟信号，模拟信号的值例如表示由像素的光电二极管生成的光电流的值。尽管未示出，但是像素的输出信号例如由跨阻放大器、源极跟随器晶体管或电荷积分器来提供；源极跟随器晶体管的栅极被耦合到缓冲电容器，表示光电二极管中光生电荷的电压被存储在缓冲电容器中，电荷积分器将光电二极管中的光生电荷转换为上升电压。例如在申请US 9,927,291中描述的，输出信号也可以由像素的读出电路提供，该申请的内容通过引用整体结合于此。
像素的输出信号1045也可以是二进制信号或电压，每当由像素的单光子雪崩二极管(SPAD)接收的光子触发雪崩现象时该二进制信号具有脉冲，电压具有表示在给定时间段内生成的脉冲数的值。
光传感器104包括读取电路1043。读取电路1043被配置为接收区域1041的像素的输出信号1045。在该实施例中，读取电路1043还被配置为：基于信号1045，提供或生成传感器104的输出信号OUT。信号OUT(例如是包括多个位的数字信号)表示在给定的测量阶段期间由区域1041接收的光量，并且因此表示在该给定的测量阶段期间由传感器104接收的光量。
例如，传感器104的所有像素被配置为接收相同且单个波长范围内的光，并且信号OUT表示在测量阶段期间所接收的在该单个波长范围内的光量。
传感器104的像素还可以被划分为多个像素集合，使得在每个像素集合中，集合的像素被配置为：例如通过将每个像素集合中的每个像素与适于该像素的集合波长范围的对应滤光片相关联，仅接收给定对应波长范围内的光，该给定对应波长范围不同于其他像素集合的波长范围。信号OUT因此可以表示在测量阶段期间接收的、在与多个像素集合相对应的多个波长范围中的每个波长范围内的光量。利用这样的信号OUT，系统1000(图1或图2)可以被配置为：基于光在多个波长范围中的每个波长范围之间的光谱重新分配，确定环境光的类型，例如，光是否是自然的、来自灯丝灯泡、来自荧光灯，光是否是冷光或暖光等。此外，在屏幕100是OLED类型的彩色屏幕的情况下，处理单元106和/或驱动器108(图1或图2)因此可以被配置为控制屏幕100，使得对于屏幕100可以发射的每个波长范围，屏幕100接收屏幕100需要针对该波长范围而发射的平均目标功率的指示。实际上，在OLED彩色屏幕的情况下，电路108通常被配置为单独控制屏幕的每个像素。结果，系统1000因此可以将由其屏幕100发射的光的类型适配为围绕系统1000的环境光的类型。
读取电路1043还被配置为基于来自区域1041的至少某些像素的信号1045来提供或生成信号L_int，信号L_int优选是模拟信号。信号L_int表示：在传感器104操作期间，由传感器104(并且更精确地由传感器104的区域1041)接收的光的强度。换言之，当由传感器104接收的光的强度改变时，信号L_int的值改变。例如，信号L_int的值被更新，使得信号L_int的每两个连续值之间的时间段比没有光被屏幕100发射的阶段的最小持续时间短至少10倍、优选地短100倍。
例如，在每个信号1045是由区域1041的像素的光电二极管之一生成的光电流的情况下，信号L_int的值可以对应于信号1045的值的平均值。
例如，在每个信号1045呈现针对在与信号1045相对应的像素的SPAD中发生的每个雪崩现象的脉冲的情况下，信号L_int的值可以表示由读取电路1043在连续的周期性持续时间中的给定持续时间内接收的脉冲数。在这样的情况下，信号1045的值以及因此信号L_int的值在这些连续周期性持续时间中的每一个的结束时被更新。
读取电路1043在二进制控制信号MES的控制下，使得对于每个环境光测量阶段，测量阶段的开始和结束及其持续时间基于信号MES来确定。电路1043包括被配置为接收信号MES的输入。每当信号MES处于第一状态(例如，高状态)时，环境光测量阶段由传感器104来执行。每个环境光测量的开始由信号MES转变为其第一状态来触发，并且环境光测量的结束由信号MES到其第二状态(例如，低状态)的下一转变来触发。
传感器104还包括控制电路1047。控制电路1047包括：被配置为接收信号L_int的输入、以及被配置为提供信号MES的输出。控制电路1047被配置为基于信号L_int而生成或提供信号MES。因此，电路1047借助信号MES来控制每个环境光测量阶段的定时，即，环境光测量阶段的开始和结束。电路1047被配置为使得环境光测量发生在没有光被屏幕100发射的阶段期间。
例如，电路1047被配置为将信号L_int的值与阈值强度值th进行比较。电路1047例如还被配置为生成二进制信号COMP，二进制信号COMP表示信号L_int与阈值强度值th的比较结果。阈值强度值th被选择为使得信号COMP的状态指示屏幕100是否发射光。
信号COMP的第一状态(例如，高状态)指示由传感器104接收的光的强度值低于基于阈值强度值th确定的阈值，当例如信号L_int低于阈值th时，信号COMP处于其第一状态。信号COMP的第二状态(例如，低状态)指示由传感器104接收的光的强度值高于基于阈值强度值th确定的阈值，当例如信号L_int高于阈值th时，信号COMP处于其第二状态。阈值强度值th被选择为使得信号COMP的第一状态指示没有光被屏幕100发射，并且信号COMP的第二状态指示屏幕100正在发射光并且该发射的光的一部分由传感器104接收。
例如，电路1047包括电路或比较器1049，电路或比较器1049被配置为将信号L_int与阈值强度值th进行比较并相应地生成COMP信号。例如，比较器1049包括：被配置为接收信号L_int的第一输入，例如，负输入(-)；被配置为接收阈值强度值th的第二输入，例如，正输入(+)；以及被配置为生成COMP信号的输出。
电路1047然后被配置为基于信号COMP来生成信号MES，使得在没有光被屏幕100发射的对应阶段期间，执行环境光测量。通过这样做，在光被屏幕100发射的阶段期间，所测量的环境光的值没有被由屏幕100向传感器104发射的光失真。
图4是图示了根据一个实施例的图3的传感器104的操作模式的时序图。在图4的实施例中，信号MES与信号COMP相同。
在时刻t0，屏幕100被控制为处于光由屏幕100发射的阶段ON中。由于所发射的光的一部分被传感器104接收，信号L_int的值大于阈值强度值th。因此，此处彼此相同的信号COMP和信号MES处于其第二状态中，第二状态在该示例中为低状态。
屏幕100处于ON阶段，直到时刻t0之前的时刻t1。在时刻t1处，屏幕100被切换到阶段OFF，在阶段OFF中，没有光被屏幕100发射。由于传感器104没有接收到由屏幕发射的光，信号L_int的值减小并且变为低于阈值强度值th。因此，信号COMP和MES转变为其第一状态，第一状态在该示例中为高状态。
屏幕100处于OFF阶段，直到时刻t1之后的时刻t2。在时刻t2处，屏幕被切换到ON阶段。信号L_int的值增加并且变得高于阈值强度值th。因此，信号COMP和MES转变为其第二状态。
屏幕100处于ON阶段，直到时刻t2之后的时刻t3。在时刻t3处，屏幕被切换到OFF阶段，信号L_int下降到阈值强度值th以下，并且信号COMP和MES转变到其第一状态。
屏幕100处于OFF阶段，直到时刻t3之后的时刻t4。在时刻t4处，屏幕被切换到ON阶段，信号L_int超过阈值强度值th，并且信号COMP和MES转变到其第二状态。
屏幕100处于ON阶段，直到时刻t4之后的时刻t5。在时刻t5处，屏幕被切换到OFF阶段，信号L_int下降到阈值强度值th以下，并且信号COMP和MES转变到其第一状态。
在图4的实施例中，信号MES到其第一状态的每个转变都触发了对应环境光测量阶段的开始(时刻t1、t3和t5)，并且信号MES到其第二状态的每个转变都结束了对应环境光测量阶段(时刻t2和t4)。换言之，每个环境光测量从信号COMP到其第一状态的转变开始执行，直到信号COMP紧接着到其第二状态的转变或下一转变。
因此，在图4的实施例中，由信号MES到其第一状态的给定转变触发的环境光测量阶段的持续时间由信号MES的第一状态的对应持续时间(即，信号MES的第一状态在该给定转变之后的持续时间)来确定。这样，每个环境光测量阶段在对应的OFF阶段执行。
尽管在图4中表示了与三个连续的OFF阶段交替的三个连续的ON阶段，但是无论交替的ON阶段和OFF阶段的数目如何，传感器104均被配置为以上述方式操作。
图5是图示了根据另一实施例的图3的传感器104的操作模式的时序图。
更具体地，在该实施例中，考虑到当屏幕100从ON阶段切换到OFF阶段时，由于屏幕100的余辉，由屏幕发射的光的强度在ON阶段结束时的高值和OFF阶段期间达到的零值之间逐渐减小。因此，即使当由屏幕发射的光的强度还没有为零时，信号COMP的转变也可能发生。
在该实施例中，环境光测量阶段在信号COMP转变到其第一状态之后的给定时间延迟Ts开始，时间延迟Ts被选择为使得在环境光测量开始时，由屏幕100发射的光的强度为零。因此，时间延迟基于屏幕的余辉的持续时间来确定。例如，时间延迟Ts在0.1μs至100μs的范围内。
在图5中，如图4所述，在时刻t0处，屏幕100处于ON阶段，信号L_int因此高于阈值强度值th，并且信号COMP和MES处于其第二状态中。
在图5中，如图4所述，在时刻t1处，屏幕100被切换到OFF阶段。由屏幕100发射的光的强度然后在时刻t1之后的时刻t1_2处逐渐减小而达到零值。结果，信号L_int从时刻t1减小到时刻t1_2，并且在时刻t1和t1_2之间的时刻t1_1处下降到阈值强度值th以下。结果，信号COMP在时刻t1_1处转变到其第一状态，而由屏幕100发射的光的强度还没有为零。然而，在时刻t1_1之后的时间延迟Ts，时刻t1_2之后的且等于t1_1+Ts的时刻t1_3处，信号MES由电路1047转变到其第一状态。因此，当环境光测量阶段由于信号MES向其第一状态的转变而在时刻t1_3处开始时，由屏幕发射的光的强度为零。
在时刻t1_3之后的时刻t2处，屏幕100被切换到ON阶段，信号L_int超过阈值强度值th，并且信号COMP和MES转变为其第二状态。
在时刻t2之前的时刻t3处，屏幕100被切换到OFF阶段。传感器104然后以与关于相应时刻t1_1、t1_2和t1_3所描述的方式相同的方式在连续时刻t3_1、t3_2和t3_3处操作，时刻t3_3因此等于t3_1+Ts。
在时刻t3_3之后的时刻t4处，屏幕100被切换到ON阶段，信号L_int超过阈值强度值th，并且信号COMP和MES转变为其第二状态。
在时刻t4之后的时刻t5处，屏幕100被切换到OFF阶段。传感器104然后以与关于相应时刻t1_1、t1_2和t1_3所描述的方式相同的方式在连续时刻t5_1、t5_2和t5_3操作，时刻t5_3因此等于t5_1+Ts。
尽管在图5中表示了与三个连续的OFF阶段交替的三个连续的ON阶段，但是无论交替的ON阶段和OFF阶段的数目如何，传感器104均被配置为以上述方式操作。
在图4和图5的实施例中，信号COMP到其第一状态的每个转变(可能在时间延迟Ts之后)触发对应的环境光测量，并且信号COMP到其第二状态的下一转变使测量阶段结束。因此，在信号COMP触发测量阶段的转变之后，测量阶段的持续时间由信号COMP的第一状态的持续时间来确定。
在备选实施例中，信号COMP到其第一状态的每个转变触发对应环境光测量阶段的开始，但是该测量阶段的持续时间基于在此测量阶段之前发生的信号COMP的第一状态的至少一个持续时间来控制。换言之，该测量阶段的持续时间基于信号COMP在触发该测量阶段的转变之前发生的信号COMP的第一状态的至少一个持续时间来控制。
图6是图示了根据另一实施例的图3的传感器104的操作模式的时序图，其中环境光测量阶段的持续时间基于信号COMP的第一状态的至少一个先前持续时间来确定，在该示例中，通过信号COMP的第一状态的紧接在前的持续时间来确定。
在图6中，如图4和图5所示，在时刻t0处，屏幕100处于ON阶段，信号L_int因此高于阈值强度值th，并且信号COMP和MES处于其第二状态。此外，表示信号COMP在时刻t0之前的最后第一状态的持续时间T0(图6中未示出)的信息已由电路1047存储在例如电路1047的存储器中。
在时刻t1处，屏幕100被切换到OFF阶段，并且信号L_int在时刻t1_2处逐渐减小而达到零值，信号L_int在时刻t1和t1_2之间的时刻t1_1处下降到阈值强度值th以下。
因为信号L_int在时刻t1_1处下降到阈值th以下，所以信号COMP在时刻t1_1处转变到其第一状态。在该示例中，在与时刻t1_1相隔时间延迟Ts的时刻t1_3处，信号COMP到其第一状态的转变导致信号MES转变到其第一状态。此外，信号MES保持在其第一状态达低于持续时间T0的持续时间T0'，使得信号MES转变到其第二状态，而屏幕100仍处于OFF阶段。因此，在时刻t1和t2之间的OFF阶段期间，所执行的测量阶段的持续时间因此为T0'。
在该示例中，持续时间T0'等于T0–Ts–Te，Te是给定的持续时间。持续时间Te被选择为使得在持续时间T0'结束时，当信号MES在等于t1_3+T0'的时刻t1_4处转变为其第二状态时，屏幕100仍处于OFF阶段。
从前一持续时间T0中减去持续时间Te允许确保即使信号COMP在与信号L_int超过阈值强度值th的时刻相比，具有延迟的情况下转变到其第二状态，环境光测量阶段也可以在光由屏幕发射的下一ON阶段之前结束。
此外，在时刻t1和t2之间，电路1047获取或生成表示在这些时刻之间的信号COMP的第一状态的持续时间T1的信息，并存储该信息。
在时刻t3处，屏幕100被切换到OFF阶段，并且信号L_int在时刻t3_2处逐渐减小而达到零值，信号L_int在时刻t3和t3_2之间的时刻t3_1处下降到阈值强度值th以下。因此，信号COMP在时刻t3_1处转变到其第一状态，并且信号MES在该示例中在等于t3_1+Ts的时刻t3_3处转变到其第一状态。信号MES然后至少在持续时间Te之前，在持续时间T1以后的持续时间T1'内保持在其第一状态，并且更准确地，在该示例中，持续时间T1'等于T1-Ts-Te。信号MES在等于t3_3+T1'的时刻t3_4处转变到其第二状态，而屏幕100仍处于OFF阶段，OFF阶段在时刻t3_4之后的时刻t4处结束。因此，在时刻t3和t4之间的OFF阶段期间，所执行的测量阶段的持续时间为T1'。
此外，表示在时刻t3_1和t4之间的信号COMP的第一状态的持续时间T2的信息由电路1047存储。
在时刻t5处，屏幕100被切换到OFF阶段，并且信号L_int在时刻t5_2处逐渐减小而达到零值，信号L_int在时刻t5和t5_2之间的时刻t5_1处下降到阈值强度值th以下。因此，信号COMP在时刻t5_1处转变到其第一状态，并且信号MES在该示例中在等于t5_1+Ts的时刻t5_3处转变到其第一状态。信号MES然后至少在持续时间Te之前，在持续时间T2以后的持续时间T2'内保持在其第一状态，并且更准确地，在该示例中，持续时间T2'等于T2-Ts-Te。信号MES在等于t5_3+T2'的时刻(未示出)处转变到其第二状态，而屏幕100仍处于OFF阶段。因此，在时刻t5处开始的OFF阶段期间执行的测量阶段的持续时间为T2'。
此外，表示从时刻t5_1处开始的信号COMP的第一状态的持续时间T3的信息由电路1047存储。
尽管在图6中表示了与三个连续的OFF阶段交替的三个连续的ON阶段，但是无论交替的ON阶段和OFF阶段的数目是多少，传感器104均被配置为以上述方式操作。
在一个备选实施例中，在信号COMP向其第一状态的给定转变之后，环境光测量阶段的持续时间基于信号COMP的第一状态的若干先前持续时间来确定。例如，在信号COMP在时刻t5处转变到其第一状态之后，环境光测量阶段的持续时间T2'基于持续时间T0、T1和T2来确定，持续时间T2'例如等于Tmean-Te-Ts，其中Tmean为持续时间T0、T1和T2的平均值。
在图6的实施例中，表示信号COMP的第一状态的持续时间的信息例如由计数器输出，计数器被配置为对周期性信号(例如，时钟信号)的周期数进行计数，而信号COMP处于其第一状态。周期性信号的周期例如比OFF阶段的最小持续时间短至少10倍，优选比OFF阶段的最小持续时间短至少100倍。测量阶段的持续时间然后可以对应于周期性信号的给定数目的连续周期的持续时间，例如，与在信号COMP的先前第一状态期间被计数的周期数相等的连续周期数，从中已减去与持续时间Te相对应的周期数，以及可能的与持续时间Ts相对应的周期数。因此，当信号COMP切换到其第一状态时，在与持续时间Te相对应的多个周期之后，信号MES被切换到其第一状态，信号MES然后在测量阶段的持续时间结束时被切换到其第二状态，测量阶段的持续时间如上所述来确定。
在图6的实施例中，信号MES例如通过使用电路1047的至少一个锁相环来生成。
例如，一个锁相环在信号COMP转变到其第一状态时被锁定，而一个锁相环在COMP信号转变到其第二状态时被锁定，两个锁相环的输出信号被用于生成对应的信号MES。在这种情况下，表示信号COMP的第一状态的持续时间的信息对应于锁相环的两个输出之间的相位差，并且由锁相环自身而存储在电路1047内部。
作为另一示例，单个锁相环在信号COMP转变到其第二状态时被锁定。例如，锁相环包括：压控振荡器，压控振荡器的输出信号被延迟了持续时间Te；以及相位检测器，其输出表示延迟信号到其第二状态的转变与COMP信号到其第二状态的转变之间的相位差的信号。相位检测器的输出信号可以在被低通滤波器滤波之后，被用于控制压控振荡器，从而控制压控振荡器的输出信号的相位和/或频率。信号COMP到其第一状态的转变优选地在被延迟了持续时间Ts之后被用于将信号MES切换到其第一状态，并且压控振荡器的输出信号到其第二状态的转变被用于将信号MES切换到其第二状态。例如，延迟信号COMP被提供给RS型锁存器的置位输入，压控振荡器的输出信号被提供给锁存器的复位输入，并且信号MES由锁存器的输出来提供。
图7以框的形式图示了根据上述类型的示例性实施例的被配置为使用单个锁相环，基于COMP信号来生成信号MES的电路。
锁相环PLL包括压控振荡器VCO、延迟电路eD、相移检测器电路PSD以及在该示例中的低通滤波器LPF。
振荡器VCO将MESe信号提供给延迟电路eD。
延迟电路eD将与持续时间Te相等的延迟施加到信号MESe，所产生的延迟信号MESed由电路eD提供。
电路PSD接收MESed信号和COMP信号，并提供表示信号MESed和COMP之间的相移的信号PSDo。
电路VCO基于信号PSDo来进行控制，使得在静止操作中，将信号MESed切换至其第二状态与将COMP信号切换至其第二状态同步。更具体地，在该示例中，信号PSDo被提供给滤波器LPF，并且所产生的滤波信号fPSDo是电路VCO的控制信号。
此外，COMP信号通过提供延迟信号MESs的延迟电路sD而被延迟持续时间Ts。
信号MES然后基于MESe和MESs信号来生成。在该示例中，这使用RS型锁存器RS来完成，锁存器的输出提供MESe信号。锁存器RS的复位输入接收由反相器电路INV反相的信号MESe，锁存器RS的置位输入接收信号MESs。
图8是图示了图7的电路的操作模式的时序图。图8示出了信号COMP、MESs、MESe、MESed和MES的演进。
可以看出，当信号MESs以及因此延迟了持续时间Ts的信号COMP切换到其第一状态时，信号MES切换到其第一状态，并且当信号MESe切换到其第二状态时，信号MES切换到其第二状态。因此，信号MES在COMP信号对应地切换到其第一状态之后，以等于持续时间Te的延迟切换到其第一状态，并且在信号COMP对应切换到其第二状态之前，以等于持续时间Te的时间提前量来切换到其第二状态。
在另一备选实施例中，滤波函数被应用于信号COMP的第一状态的每个持续时间的值，以去除与先前值相对较远的值，例如，以去除与至少一个先前值相差超出10％的值。该备选实施例与关于图6描述的所有实施例兼容。
在另一备选实施例中，在信号MES对应转变到其第一状态之后，信号COMP到其第一状态的每个转变没有延迟持续时间Ts。因此，在该情况下，不从信号COMP的第一状态的先前持续时间中减去持续时间Ts。该备选实施例与关于图6描述的所有实施例兼容。
在另一备选实施例中，例如，通过将该值除以测量阶段的持续时间或表示该持续时间的周期性信号的周期数，表示传感器104在给定环境光测量阶段期间接收的光量的值由该测量阶段的持续时间加权。在测量结束时提供的信号OUT然后表示加权值。这允许环境光在无需对不同环境光测量阶段可能具有不同持续时间这一事实不敏感的情况下被测量。该备选实施例与关于图4、图5和图6描述的所有实施例兼容。
在另一备选实施例中，电路1047还被配置为例如通过比较信号COMP和MES的状态并检测信号MES何时处于其第一状态，而信号COMP何时处于其第二状态来检测当前环境光测量阶段在屏幕100的ON阶段期间何时结束。该检测的结果可以由传感器104输出，例如以使得信号OUT的输出值有效或无效。信号OUT的输出值的生成还可以通过该检测的结果来调节，以确保仅与对应OFF阶段期间整体地执行的环境光测量相对应的信号OUT的值被输出。该备选实施例与关于图6描述的所有实施例兼容。
作为一个示例，在上述实施例中，每个ON阶段的持续时间在1ms至10ms之间，并且每个OFF阶段的持续时间在50μs至500μs之间。
以上关于图3、图4、图5、图6、图7和图8所描述的实施例允许将环境光测量阶段与屏幕的对应OFF阶段同步，屏幕在OFF阶段和ON阶段之间交替。该同步在不使用控制屏幕在OFF阶段和ON阶段之间切换的信号或从该控制信号中导出的信号的情况下完成。与上述实施例相比，使用这样的信号将需要针对传感器104的附加输入引脚，并且由于在这些信号中发生未知且不受控制的时间延迟而将导致问题。
在包括环境光传感器104的电子设备中实现上述实施例特别有意义，环境光传感器104被设置在屏幕100下方，并且在光传感器104上方没有凹口或窗口。但是，此处描述的实施例也可以在屏幕100在传感器104上方包括这样的凹口或窗口的情况下实现。确实，即使具有这样的凹口或窗口，在屏幕的ON阶段期间至少部分地执行的环境光测量也将由于屏幕100发射的光而失真。
已描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些实施例的某些特征可以被组合并且本领域技术人员将容易想到其他变型。具体地，当已指示二进制信号的第一状态或第二状态分别对应于该信号的高状态或低状态时，本领域技术人员能够将所描述的实施例适配用于该信号的第一状态或第二状态分别对应于该信号的低状态或高状态的情况。此外，尽管当由传感器104接收的光的强度分别增大或减小时，上述信号L_int的值分别增大或减小，但是当由传感器104接收的光的强度分别减小或增大时，本领域技术人员能够使得所描述的实施例适配用于上述信号L_int的值分别增大或减小的情况，
最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变型的实际实现在本领域技术人员的能力之内。具体地，基于以上提供的功能描述，读取电路1043的实现方式和/或控制电路1047的实现方式和/或值Ts的选择和/或值Te的选择在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (21)

1.一种测量环境光的方法，包括：
通过与屏幕相关联的环境光传感器，生成第一信号，所述屏幕在第一阶段和第二阶段之间交替，在所述第一阶段中由所述屏幕发射光，由所述屏幕发射的所述光的一部分被所述环境光传感器接收，在所述第二阶段中没有光被所述屏幕发射，所述第一信号表示由所述环境光传感器接收的光在所述第一阶段和所述第二阶段期间的强度；
将所述第一信号与阈值强度值进行比较；以及
基于所述比较，控制由所述环境光传感器进行的环境光测量的定时。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
将所述第一信号与所述阈值强度值进行比较包括：响应于由所述环境光传感器接收的所述光的所述强度低于所述阈值强度值，生成具有第一状态的第二信号；以及响应于由所述环境光传感器接收的所述光的所述强度高于所述阈值强度值，生成具有第二状态的所述第二信号；并且
所述测量的开始通过所述第二信号到所述第一状态的至少一个转变来触发，使得所述测量在所述第二信号处于所述第一状态时开始，并且所述测量的持续时间基于所述第二信号的所述第一状态的至少一个持续时间而被控制。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述测量在所述第二信号到所述第一状态的第一转变之后开始。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述测量在所述第一转变之后的0.1μs与100μs之间的时间延迟处开始。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一转变触发所述测量的所述开始，并且在所述第一转变之后的所述第二信号到所述第二状态的下一转变使所述测量结束。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述测量的所述持续时间基于所述第二信号的所述第一状态的至少一个先前持续时间而被控制。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述测量的所述持续时间被控制为短于所述第二信号的所述第一状态的所述至少一个先前持续时间。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述测量的所述持续时间基于所述第二信号的所述第一状态的至少两个连续先前持续时间的平均值而被控制。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二信号的所述第一状态的所述至少一个先前持续时间包括：紧接在所述测量开始的所述第二信号的所述第一状态之前的、所述第二信号的所述第一状态的先前持续时间。
10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：在所述第二信号的所述第一状态的所述至少一个先前持续时间期间，使用计数器对时钟周期数进行计数，所述测量的所述持续时间基于所计数的时钟周期数而被控制。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述测量的所述持续时间等于第一数目的连续时钟周期的持续时间，所述第一数目小于所计数的时钟周期数。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号基于所述环境光传感器的多个像素中的至少一个像素的输出信号来生成。
13.根据权利要求2所述的方法，还包括：确定所述阈值强度值，使得所述第二信号在每个第二阶段期间处于所述第一状态，并且在每个第一阶段期间处于所述第二状态。
14.一种与屏幕相关联的环境光传感器，所述屏幕在第一阶段和第二阶段之间交替，在所述第一阶段中由所述屏幕发射光，由所述屏幕发射的所述光的一部分被所述环境光传感器接收，在所述第二阶段中没有光被所述屏幕发射，所述环境光传感器包括：
电子电路装置，被配置为：
生成第一信号，所述第一信号表示由所述环境光传感器接收的光在所述第一阶段和所述第二阶段期间的强度；
将所述第一信号与阈值强度值进行比较；以及
基于所述比较，控制由所述环境光传感器进行的环境光测量的定时。
15.根据权利要求14所述的环境光传感器，还包括：所述电子电路装置被配置为将所述第一信号与所述阈值强度值进行比较包括：响应于由所述环境光传感器接收的所述光的所述强度低于所述阈值强度值，生成具有第一状态的第二信号；以及响应于由所述环境光传感器接收的所述光的所述强度高于所述阈值强度值，生成具有第二状态的所述第二信号；
其中所述测量的开始通过所述第二信号到所述第一状态的至少一个转变来触发，使得所述测量在所述第二信号处于所述第一状态时开始，并且所述测量的持续时间基于所述第二信号的所述第一状态的至少一个持续时间而被控制。
16.根据权利要求15所述的环境光传感器，其中所述电子电路装置被配置为：在所述第二信号到所述第一状态的第一转变之后开始所述测量。
17.一种电子设备，包括：
屏幕；
屏幕驱动器，被配置为将所述屏幕控制为在第一阶段和第二阶段之间交替，在所述第一阶段中由所述屏幕发射光，在所述第二阶段中没有光被所述屏幕发射；以及
环境光传感器，被设置为使得由所述屏幕发射的所述光的一部分被所述环境光传感器接收，所述环境光传感器包括：
电子电路装置，被配置为：
生成第一信号，所述第一信号表示由所述环境光传感器接收的光在所述第一阶段和所述第二阶段期间的强度；
将所述第一信号与阈值强度值进行比较；以及
基于所述比较，控制由所述环境光传感器进行的环境光测量的定时。
18.根据权利要求17所述的电子设备，其中所述环境光传感器被设置在所述屏幕的第一侧处，所述第一侧与所述屏幕的第二侧相对，所述光从所述第二侧被发射。
19.根据权利要求18所述的电子设备，其中当没有光被所述屏幕发射时，环境光穿过所述屏幕的透射率在从0.5％至5％的范围内。
20.根据权利要求17所述的电子设备，还包括：所述电子电路装置被配置为将所述第一信号与所述阈值强度值进行比较包括：响应于由所述环境光传感器接收的所述光的所述强度低于所述阈值强度值，生成具有第一状态的第二信号；以及响应于由所述环境光传感器接收的所述光的所述强度高于所述阈值强度值，生成具有第二状态的所述第二信号；
其中所述测量的开始通过所述第二信号到所述第一状态的至少一个转变来触发，使得所述测量在所述第二信号处于所述第一状态时开始，并且所述测量的持续时间基于所述第二信号的所述第一状态的至少一个持续时间而被控制。
21.根据权利要求20所述的电子设备，其中所述电子电路装置被配置为：在所述第二信号到所述第一状态的第一转变之后开始所述测量。
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