CN116265871A - 光传感器的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种光传感器的控制方法，包含由一感光元件接收一环境光，并以一运算单元纪录该感光元件接收该环境光后所产生的讯号。以该运算单元判断该环境光中的一闪烁频率。根据该闪烁频率设定讯号运算参数，所述讯号运算参数包含一取样时间差，该取样时间差是数个积分时间段中，相对应的两个积分时间段的起始时间间隔。并且，以该感光元件及该运算单元开始进行环境光的强度计算，进而能够抵销掉光感测结果中所含环境光源的闪烁成分，以产生稳定的感测结果。

Description

光传感器的控制方法
技术领域
本发明是有关一种光传感器的控制方法，尤其是一种光传感器的的讯号运算控制方法。
背景技术
透过光感应技术所实现的光传感器广泛使用于许多应用之中，举例来说，环境光传感器(ambient light sensor，ALS)可应用于电子产品中以感测环境光的强度，所产生的感测结果可被电子产品运用来实现调整屏幕亮度或设定摄影参数等重要功能。
如图1所示，现有技术中，环境光传感器在每一个感测周期T中，会有一段积分时间IT及一段等待时间Idle，其中在积分时间IT内，环境光传感器会执行模拟/数字转换，将感光元件(例如：光电二极管，photodiode，PD)接收光线后所产生的模拟讯号通过积分、译码等运算转换为数字形式的环境光感测结果讯号。然而，如图2所示，倘若一环境光源A是日光灯等交流电源AC供电的光源时，会存在照度强弱起伏，以下称之为环境光源A的闪烁(Flicker)，可将此环境光源A的闪烁概略表示为一弦波，并将其平均照度标示为Mean。其中为了方便说明，先假设环境光主要由此环境光源A贡献，而暂不考虑其他的光线来源，如此可以聚焦说明此环境光源A的闪烁带来的影响，本发明说明书其他部分亦同。如果在一个感测周期中，积分时间IT的开始时间t1与结束时间t2都落在环境光源A高于其平均照度Mean的时间区间，那么经过积分后所得到的环境光感测结果会包含较高的环境光源A成分；反之，如果积分时间IT都落在环境光源A低于其平均照度Mean的时间区间，那么经过积分后所得到的环境光感测结果就会包含较低的环境光源A成分。这就导致环境光感测结果实际上会受到环境光源A闪烁的干扰，而无法产生稳定的感测结果。
虽然实务上可通过将多个感测周期的感测结果进行平均运算等处理来淡化环境光源A闪烁的影响，然而相关的作法不仅需要对环境光感测结果进行二次运算，而会延长环境光感测的反应时间，更不能保证感测的结果足够精确。举例来说，即便将图2中所示例的两段积分时间IT、IT’所得到的感测结果进行平均，对于减少环境光源A闪烁的影响显然效果不彰。
基于上述问题，本发明提供一种光传感器的控制方法，以进一步减少环境光闪烁所造成的量化误差，以改善环境光传感器精确度不佳的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种光传感器的控制方法，其藉由拆分偶数个积分时间段，并且根据闪烁频率设定积分时间段之间的时间间隔，能够抵销掉光感测结果中所含环境光源的闪烁成分，以产生稳定的感测结果，达到够提升光传感器的精确度的技术效果。
本发明一实施例揭露了一种光传感器的控制方法，其包含：由一感光元件接收一环境光，并以一运算单元纪录该感光元件接收该环境光后所产生的讯号。以该运算单元判断该环境光中的一闪烁频率。根据该闪烁频率设定讯号运算参数，所述讯号运算参数包含一取样时间差，该取样时间差是偶数个积分时间段中，相对应的两个积分时间段的起始时间间隔。并且，以该感光元件及该运算单元开始进行环境光的强度计算。
附图说明
图1：现有技术光传感器的运作时序图；
图2：现有技术的光传感器积分时间与环境光源的闪烁对照示意图；
图3：本发明一实施例的光传感器的控制方法流程图；
图4：本发明实施例所控制的光传感器架构示意图；
图5：本发明实施例的光传感器的控制方法运作时序图；
图6：环境光源的闪烁与本发明实施例的取样时间差关系示意图；
图7：本发明第一实施例的积分时间段与环境光源的闪烁对照示意图；
图8：本发明第二实施例的积分时间段与环境光源的闪烁对照示意图；
图9：本发明第三实施例的积分时间段与环境光源的闪烁对照示意图。
【图号对照说明】
1 电子装置11 控制单元2 光传感器21 感光元件22 运算单元23 记忆单元T 感测周期IT 积分时间IT’ 积分时间IT1 第一积分时间段IT2 第二积分时间段IT3 第三积分时间段IT4 第四积分时间段Idle 等待时间st 取样时间差A 环境光源Mean 平均照度T1、T2、T3、T4、t1、t2 时间
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
首先，请参阅图3，其为本发明的传感器的控制方法一实施例的流程图。本发明的光传感器的控制方法实施例可用于控制图4所示的光传感器2架构，该光传感器2一般由集成电路芯片构成，且该光传感器2可供设置于一电子装置1中。
本发明的光传感器的控制方法实施例包含：
由光传感器2的一感光元件21接收环境光，并以一运算单元22纪录该感光元件21接收光线后所产生的讯号。
以该运算单元22判断环境光中的闪烁频率。详细来说，假若环境光中存在先前技术所描述的日光灯等交流电源AC供电的环境光源A，则受该环境光源A的闪烁影响，该感光元件21连续接收一段时间的环境光，会存在具有特定频率的强弱起伏。该运算单元22可以通过对该感光元件21所产生的讯号进行运算来判断该环境光源A的闪烁频率。
关于判断该环境光源A的闪烁频率所需进行的运算，实务上有多种作法，例如可直接对感光元件21所产生的模拟讯号进行比较运算来计算闪烁频率；又或者可以将所述模拟讯号转换为数字形式的读值后再计算闪烁频率，由于相关运算并非本发明的技术重点，故不加以赘述。然而值得一提的是，在本领域其他的应用中，前述电子装置1可能具备环境光中的闪烁频率的信息，例如该电子装置1可能也接收了市电电源，或者该电子装置1储存有其所在地区的市电电源频率等情形。在此情况下，该运算单元22可能仅需侦测该感光元件21所接收的环境光是否受闪烁的影响，再由该电子装置1的控制单元11接收相对应的信息，即可判断出环境光中的闪烁频率，而无须实际进行运算来判断闪烁频率。
接着，根据闪烁频率设定讯号运算参数，所述讯号运算参数包含一取样时间差，详细说明如后。
完成讯号运算参数设定后，即可启动该光传感器2，以开始进行环境光的强度计算。
请参照图5所示，以下开始说明本发明第一实施例如何根据闪烁频率设定讯号运算参数。相较于现有技术中每一个感测周期T中只有一段积分时间IT，在本发明第一实施例中可将现有的一段积分时间IT拆分为偶数个积分时间段，例如图中所示的第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2。而第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2的起始时间会存在一取样时间差st，该取样时间差st即是根据环境光中的闪烁频率来设定的。
请参照图6所示，如果将一环境光源A的闪烁概略表示为一弦波，在弦波上相位相差180度的两个数据点(如图所示的任一组数据点1、2)相较于环境光源A的平均照度Mean的差值是接近的，或可理解为将这两个数据点相加，就可以抵销掉环境光源A的闪烁。而且，只要知道此弦波的频率，即可推算前述相位相差180度的两个数据点的时间间隔为何，并将其设定为取样时间差st。举例来说，假设在市电频率为60Hz的地区，一般而言市电会经过全波整流才被供应给环境光源A，因此环境光源A的闪烁频率可能为120Hz，也就表示环境光源A的一个闪烁周期为1/120＝8.33ms，进而可得知在此弦波上相位相差180度的两个数据点时间间隔约为
Figure BDA0004004424550000051
同理在市电频率为50Hz的地区，此等时间间隔则约为(1/100)/2＝5ms。然而以上仅为简单的范例，实际上视环境光源A的种类及电源条件不同还会有其他的变化。
请参照图7所示，若根据环境光中的闪烁频率120Hz设定取样时间差st为约4.17ms，则第一积分时间段IT1的起始时间T1及第二积分时间段IT2的起始时间T3会存在约4.17ms的时间间隔。另外第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2的长度可以相同，这会使得第一积分时间段IT1的结束时间T2及第二积分时间段IT2的结束时间T4也存在约4.17ms的时间间隔。换言之，在第一积分时间段IT1中的每个数据点及与其对应相差约4.17ms的第二积分时间段IT2中的每个数据点，相较于环境光源A的平均照度Mean的差值都是接近的。
据此，一旦完成根据闪烁频率设定讯号运算参数后，即可实际开始进行环境光的强度计算。释例而言，在本发明第一实施例中进行了第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2两次积分运算，两次积分运算的结果加总如下式(1)所示：
Figure BDA0004004424550000061
其中code为环境光的强度感测结果读值，Vm为环境光源A的最大照度。
由于第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2存在该取样时间差st，使得上式中两次积分运算的结果加总后可抵销掉环境光源A的闪烁，而读取到接近环境光源A的平均照度Mean，以产生稳定的感测结果。相较之下，如果是图2所示现有技术的做法，在前述积分时间IT内进行积分运算的结果如下式(2)所示：
Figure BDA0004004424550000062
由于图2所示的积分时间IT落在环境光源A高于其平均照度Mean的时间区间，那么经过积分后所得到的环境光感测结果会必然包含较高的环境光源A成分，也就是式(2)所产生的感测结果读值会大于式(1)所产生的感测结果读值。反之如果是在积分时间IT都落在环境光源A低于其平均照度Mean的时间区间的情况下，式(2)所产生的感测结果读值又会小于式(1)所产生的感测结果读值，这就显见采用本发明实施例的控制方法能够大幅提升环境光感测结果的稳定性，有效降低其受环境光源A闪烁的影响。
更重要的是，若要实施本发明实施例的传感器的控制方法，并不会额外耗费系统资源或改变感测条件。详言之，本发明实施例将数个积分时间段的积分运算结果加总后即可产生感测结果，并不需要对环境光感测结果进行二次运算，故不会延长环境光感测的反应时间。再者，在将现有的一段积分时间IT拆分为第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2时，可以控制使积分时间IT的长度等于第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2的长度总和，也就是(t2-t1)/2＝T2-T1＝T4-T3。也就是说，若现有技术积分时间IT的长度为2ms时，本发明实施例的传感器的控制方法可以设定第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2的长度各为1ms。这样一来，本发明实施例的传感器的控制方法相较于现有技术并没有额外增加积分运算的时间，而且上式(1)与上式(2)所得的感测结果是可以直接比较的，并不需要再经过任何换算，这也代表本发明实施例的传感器的控制方法可以做为独立的功能与现有技术的方法并存于光传感器2架构中，让使用者自行依状况决定是否要启用本发明实施例的传感器的控制方法，例如该运算单元22可以仅在侦测到该感光元件21所接收的环境光确实受闪烁的影响时，才启用本发明实施例的传感器的控制方法。
当然，光传感器2架构也可以常时采用本发明实施例的传感器的控制方法，因为即使该感光元件21所接收的环境光并未受闪烁的影响，采用本发明实施例的传感器的控制方法进行讯号运算所产生的感测结果应和现有技术的感测结果接近，甚至因为拆分为第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT2的缘故，受到噪声影响的幅度还可能更小。
另一方面，如图4所示，光传感器2的运算单元22可以再耦接一记忆单元23，该记忆单元23可以包含静态随机存取内存(Static Random Access Memory，SRAM)或其他种类的缓存器，用来储存执行本发明实施例的传感器的控制方法所需的各项参数，例如闪烁频率或样时间差等等。
在前述第一实施例中，偶数个积分时间段仅以两个(第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT)为例进行说明，然而实际上虽然通常会将环境光源A的闪烁概略表示为弦波，但其照度强弱起伏未必是理想的弦波而可能会造成些许误差。在此情况下可通过将积分时间IT拆分为更多的积分时间段(例如4、6、8、10、12…等)，以降低此些非理想条件所衍生的误差成分。以图8为例来说，在本发明第二实施例中可将现有的一段积分时间IT拆分为所示的第一积分时间段IT1、第二积分时间段IT2、第三积分时间段IT3及第四积分时间段IT4，其中第一积分时间段IT1的起始时间T1及第三积分时间段IT3的起始时间T3会存在取样时间差st，且第二积分时间段IT2的起始时间T2及第四积分时间段IT4的起始时间T4也会存在取样时间差st。因此将第一积分时间段IT1、第二积分时间段IT2、第三积分时间段IT3及第四积分时间段IT4的积分运算结果加总后仍可抵销掉环境光源A的闪烁，且增加积分时间段的数量能够使感测结果中的环境光源A成分更逼近该平均照度Mean。与前述说明类似，若现有技术积分时间IT的长度为2ms时，本发明第二实施例的传感器的控制方法可以设定第一积分时间段IT1、第二积分时间段IT2、第三积分时间段IT3及第四积分时间段IT4的长度各为0.5ms。
较佳地，偶数个积分时间段较佳平均分布于环境光源A的闪烁周期内，例如假若第一积分时间段IT1、第二积分时间段IT2、第三积分时间段IT3及第四积分时间段IT4会在环境光源A的一个闪烁周期(也就是360度的相位)内完成，则第一积分时间段IT1与第二积分时间段IT2较佳相差180/2＝90度的相位。如此一来因为第一积分时间段IT1与第三积分时间段IT3相差180度的相位，而第二积分时间段IT2与第四积分时间段IT4也相差180度的相位，则第二积分时间段IT2也会与第三积分时间段IT3相差180/2＝90度的相位，且第三积分时间段IT3也会与四积分时间段IT4也相差180/2＝90度的相位，这会使得第一积分时间段IT1、第二积分时间段IT2、第三积分时间段IT3及第四积分时间段IT4平均分布于一个闪烁周期内，以使感测结果更精确反映环境光的实际照度变化，并可简化光传感器2电路的控制。同理，倘若在本发明其他实施例中有6个积分时间段要在环境光源A的一个闪烁周期内完成，则较佳控制使任两相邻的积分时间段相差180/3＝60度的相位，此等积分时间的配置方式可简化为下式(3)所示：
Figure BDA0004004424550000081
其中n为环境光源A的一个闪烁周期内需完成的积分时间段数目。
除此之外，虽然在前述各实施例中，第一积分时间段IT1及第二积分时间段IT(或者连同第三积分时间段IT3及第四积分时间段IT4)会在环境光源A的一个闪烁周期内被依序执行，但实际上本发明的传感器的控制方法还可以有其他变化设计。例如在本发明第三实施例中，当一个感测周期T的长度实际上含括数个环境光源A的一闪烁周期时，请参照图9所示，假设环境光源A在短时间内没有显著的改变，则在弦波上相位相差180+360＝540度的两个数据点1、2相较于环境光源A的平均照度Mean的差值也是接近的。因此，通过推算出相位相差540度的两个数据点的时间间隔为何，也可将其设定为取样时间差st。举例来说，若如前述环境光源A的闪烁频率为120Hz，也就表示环境光源A的一个闪烁周期为1/120＝8.33ms，进而可得知在此弦波上相位相差540度的两个数据点时间间隔约为
Figure BDA0004004424550000092
故而设定取样时间差st为约12.5ms。总结来说，在本发明不同实施例中根据闪烁频率设定一取样时间差st时，可以表示如下式(4)所示：
Figure BDA0004004424550000091
其中f为环境光源A的闪烁频率，其倒数即为一个闪烁周期的长度，N为自然数(Natural numbers)。
综上所述，本发明的光传感器的控制方法透过拆分偶数个积分时间段，并且根据闪烁频率设定积分时间段之间的时间间隔，能够抵销掉光感测结果中所含环境光源的闪烁成分，以产生稳定的感测结果，故本发明各实施例无疑能够提升光传感器的精确度。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种光传感器的控制方法，其特征在于，其包含：
由一感光元件接收一环境光，并以一运算单元纪录该感光元件接收该环境光后所产生的讯号；
以该运算单元判断该环境光中的一闪烁频率；
根据该闪烁频率设定讯号运算参数，所述讯号运算参数包含一取样时间差，该取样时间差是偶数个积分时间段中，相对应的两个积分时间段的起始时间间隔；及以该感光元件及该运算单元开始进行环境光的强度计算。
2.如权利要求1所述的光传感器的控制方法，其特征在于，其中所述偶数个积分时间段包含一第一积分时间段及一第二积分时间段，该第一积分时间段的起始时间及该第二积分时间段的起始时间间隔为该取样时间差，且该第一积分时间段的结束时间及该第二积分时间段的结束时间间隔为该取样时间差。
3.如权利要求1所述的光传感器的控制方法，其特征在于，其中所述偶数个积分时间段包含一第一积分时间段、一第二积分时间段、一第三积分时间段及一第四积分时间段，其中该第一积分时间段的起始时间及该第三积分时间段的起始时间间隔为该取样时间差，且该第二积分时间段的起始时间及该第四积分时间段的起始时间间隔为该取样时间差。
4.如权利要求1所述的光传感器的控制方法，其特征在于，其中，该环境光受到一环境光源的闪烁影响，前述运算单元所判断的闪烁频率对应于该环境光源的闪烁。
5.如权利要求4所述的光传感器的控制方法，其特征在于，其中，根据闪烁频率设定该取样时间差，如下式所示：
Figure 324551DEST_PATH_IMAGE001
其中，st为取样时间差，f为闪烁频率，N为自然数。
6.如权利要求4所述的光传感器的控制方法，其特征在于，其中所述偶数个积分时间段 中若有n个需在该环境光源的一个闪烁周期内完成，则此n个积分时间段中任两相邻的积分 时间段的相位相差
Figure 976112DEST_PATH_IMAGE002
。
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