CN205508354U - 电子设备和用于电子设备的颜色感测环境光传感器 - Google Patents

电子设备和用于电子设备的颜色感测环境光传感器 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电子设备和用于电子设备的颜色感测环境光传感器。所述电子设备包括：接收来自用户的输入的输入‑输出设备；为用户显示图像的显示器；输入‑输出设备和显示器被安放在其中的外罩；外罩中的控制电路；以及外罩中的颜色感测环境光传感器，控制电路利用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量的环境光颜色来调节显示器。颜色感测环境光传感器可与形成在显示器的非使用区域中的环境光传感器窗口对准安放。例如漫射器、棱镜膜、负透镜膜或隐私膜的光重定向结构可被用于把光引导到环境光传感器中。可通过把传感器暴露于不同类型的光源对颜色感测环境光传感器进行校准。

Description

电子设备和用于电子设备的颜色感测环境光传感器
技术领域
本实用新型总体上涉及电子设备，更具体来说涉及用于电子设备的光传感器。
背景技术
例如膝上型计算机、蜂窝电话和其他装备之类的电子设备有时配备有光传感器。举例来说，环境光传感器可以被合并到设备中，以便为设备提供关于当前的照明条件的信息。环境光读数可以被用于控制设备。举例来说，如果检测到明亮的日光条件，则电子设备可以提高显示器亮度以进行补偿。
环境光条件有时包括显著的颜色改变。举例来说，电子设备可以被使用在例如户外阴影处之类的冷色温环境中，或者例如由白炽照明照亮的室内环境之类的暖色温环境中。在这些环境当中的其中一种环境中看起来被正确地显示在显示器上的内容在另一种环境中可能具有不合意的偏色(color cast)。举例来说，在户外环境中被适当地调节的显示器在白炽照明下可能看起来过冷。
因此希望能够基于例如环境光颜色信息之类的周围环境照明属性来改进彩色图像的呈现或者采取其他适当的动作。
实用新型内容
根据本申请的一个方面，提供了一种电子设备，包括：接收来自用户的输入的输入-输出设备；为用户显示图像的显示器；输入-输出设备和显示器被安放在其中的外罩；外罩中的控制电路；以及外罩中的颜色感测环境光传感器，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量的环境光颜色来调节显示器。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在所述衬底中具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且至少其中一项光谱敏感性分布是标准观察者颜色匹配函数，并且至少其中一项光谱敏感性分布是非标准观察者颜色匹配函数的可见光光谱敏感性分布。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在所述衬底中具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且至少其中一项光谱敏感性分布处于标准观察者颜色匹配函数的20％均方根偏差之内，而不管所述至少其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数之间的波长差如何。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在所述衬底中具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数匹配，其中一项光谱敏感性分布与CIE标准观察者颜色匹配函数匹配，并且其中一项光谱敏感性分布与CIE标准观察者颜色匹配函数匹配。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在所述衬底中具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且其中一项光谱敏感性分布与CIE标准观察者颜色匹配函数的上半部分匹配。
根据一个实施例，两项或更多项光谱敏感性分布的线性组合与标准观察者颜色匹配函数匹配，并且其中颜色感测环境光传感器具有少于七个可见光检测器，所述电子设备还包括：显示器中的环境光传感器窗口；以及环境光传感器窗口中的光重定向结构，其中，所述颜色感测环境光传感器通过环境光传感器窗口和光重定向结构接收环境光。
根据一个实施例，所述电子设备还包括环境光传感器窗口中的墨水。
根据一个实施例，所述光重定向结构包括从由以下各项构成的组当中选择的结构：漫射器膜、棱镜膜、隐私膜以及负透镜膜。
根据一个实施例，所述光重定向结构包括具有Lambertian散射分布的漫射器。
根据一个实施例，所述光重定向结构包括漫射器，所述漫射器的散射分布在漫射器上的任何光入射角度处与该光入射角度处的Lambertian散射分布的差小于20％。
根据一个实施例，所述控制电路被配置成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环境光相关联的光源类型，并且其中所述控制电路被配置成利用基于所识别出的照明类型而选择的颜色转换矩阵处理来自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是从包括以下各项的组当中选择的：便携式计算机、平板计算机、蜂窝电话以及腕表设备。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有多个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，其中所述光检测器被安排在同心布局中，并且其中所述同心布局表现出四重对称性。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有多个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，其中所述光检测器被安排在同心布局中，并且其中所述同心布局表现出两重对称性。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有多个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且其中每一个光检测器至少包括处于中心点的相对侧的第一部分和第二部分。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有多个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且其中每一个光检测器具有第一部分和第二部分以便降低所述颜色感测环境光传感器的角度敏感性。
根据本申请的另一方面，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，所述显示器具有基于来自颜色感测环境光传感器的颜色测量而调节的颜色，所述颜色感测环境光传感器包括：半导体衬底；以及半导体衬底中的各自具有不同的光谱敏感性分布的至少五个可见光检测器，其中所述五个可见光检测器当中的至少一个具有与标准观察者颜色匹配函数匹配的光谱敏感性分布，并且其中所述五个可见光检测器当中的至少一个具有与标准观察者颜色匹配函数不匹配的光谱敏感性分布。
根据一个实施例，所述颜色感测环境光传感器还包括半导体衬底中的红外光传感器。
根据一个实施例，所述可见光检测器包括测量红外光的红色光检测器。
根据一个实施例，每一个可见光检测器由处于共享中心点的相对侧的第一和第二部分形成。
电子设备可以配备安放在外罩中的显示器。颜色感测环境光传感器可以测量环境光的颜色。颜色感测环境光传感器可以与形成在显示器的非活动区域中或者外罩内的别处的环境光传感器窗口对准安放。
颜色感测环境光传感器可以由半导体衬底上的光检测器的阵列形成。其中一些检测器可以具有与颜色匹配函数的光谱敏感性分布完全或部分匹配的光谱敏感性分布。颜色感测环境光传感器还可以包括红外光检测器。
例如漫射器、棱镜膜、负透镜膜或隐私膜之类的光重定向结构可以被用于把光引导到环境光传感器中。传感器封装可以围绕环境光传感器并且可以具有孔径，所述孔径允许具有受到限制的视角的环境光到达环境光传感器。
在所述设备的操作期间，颜色感测环境光传感器可以进行测量，以便识别出当前正在设备的附近使用的光源的类型。举例来说，颜色感测环境光传感器可以确定设备正被暴露于红外还是非红外光源，并且可以在具有不同对应的相关色温的不同类型的光源之间进行区分。可以通过把传感器暴露于不同类型的光源对颜色感测环境光传感器进行校准。在操作期间，校准数据可以被取回并且被用于校准基于当前识别出的光源类型的传感器。
附图说明
图1是根据一个实施例的具有环境光传感器的说明性电子设备的示意图。
图2是根据一个实施例已经把环境光传感器安放在其内的电子设备显示器的一部分的透视图。
图3是根据一个实施例的被暴露于环境光的说明性光传感器的剖面侧视图。
图4是根据一个实施例的用于环境光传感器的说明性光漫射器的剖面侧视图。
图5是根据一个实施例的具有孔径的说明性内部封装的剖面侧视图，所述孔径允许具有所期望的角度指向范围的光传递到环境光传感器。
图6是根据一个实施例的用于把光引导到环境光传感器中的说明性棱镜膜的剖面侧视图。
图7是根据一个实施例的可以被放置在环境光传感器之上的说明性微百叶窗(microlouvered)隐私膜的剖面侧视图。
图8是根据一个实施例的用于把光朝向环境光传感器引导的具有负透镜式样的说明性光学膜的剖面侧视图。
图9是根据一个实施例的其中已经作为波长的函数绘制出说明环境光传感器窗口墨水透射特性的曲线图。
图10是根据一个实施例的说明性多通道环境光传感器的顶视图。
图11是根据一个实施例的其中已经绘制出说明性颜色感测环境光传感器中的每一个光电检测器的光谱敏感性的曲线图。
图12是根据一个实施例的矩阵等式，其中示出了对应于一个光源集合的颜色坐标与颜色转换矩阵以及对应于所述光源集合的所测量的颜色感测环境光传感器信号之间的关系。
图13是根据一个实施例的校准颜色感测环境光传感器中的说明性步骤的流程图。
图14是根据一个实施例的在电子设备的操作期间利用颜色感测环境光传感器进行颜色测量中所涉及的说明性步骤的流程图。
图15和16是根据一个实施例的说明性多通道环境光传感器的顶视图，其具有设置在圆形形状中的光电检测器以便增强环境光传感器的角度性能。
具体实施方式
在图1中示出了属于可以配备有一个或多个光传感器的类型的说明性电子设备。电子设备10可以是计算设备，比如膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板计算机、蜂窝电话、媒体播放器或者其他手持式或便携式电子设备；更小型的设备，比如腕表设备、挂件设备、头戴式耳机或入耳式耳机设备、嵌入在眼镜或者佩戴在用户头部上的其他装备中的设备或者其他可穿戴或小型设备；电视；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，比如其中具有显示器的电子装备被安放在信息亭或汽车中的系统；实施这些设备当中的两项或更多项的功能的装备；或者其他电子装备。
如图1中所示，电子设备10可以具有控制电路16。控制电路16可以包括用于支持设备10的操作的存储和处理电路。所述存储和处理电路可以包括存储装置，比如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如闪存或者被配置成形成固态驱动器的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中的处理电路可以被用来控制设备10的操作。所述处理电路可以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、电力管理单元、音频芯片、专用集成电路等等。
设备10中的输入-输出电路(比如输入-输出设备12)可以被用来允许向设备10提供数据，并且允许把数据从设备10提供到外部设备。输入-输出设备12可以包括按钮、操纵杆、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音调生成器、振动器、摄影机、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等等。用户可以通过经由输入-输出设备12提供命令来控制设备10的操作，并且可以利用输入-输出设备12的输出资源接收来自设备10的状态信息和其他输出。
输入-输出设备12可以包括一个或多个显示器，比如显示器14。显示器14可以是包括用于收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可以对于触摸不敏感。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的阵列、声学触摸传感器结构、电阻性触摸组件、基于力的触摸传感器结构、基于光的触摸传感器或者其他适当的触摸传感器设置。
输入-输出设备12还可以包括传感器18。传感器18可以包括环境光传感器和其他传感器(例如电容性邻近传感器、基于光的邻近传感器、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、麦克风或其他声音传感器或者其他传感器)。
用于设备10的环境光传感器可以具有检测器的阵列，其中每一个检测器配备有不同的对应的彩色滤光器。来自检测器的信息可以被用来测量存在于设备10的附近的环境光的总数量。举例来说，环境光传感器可以被用来确定设备10是处在黑暗还是明亮环境中。基于该信息，控制电路16可以对于显示器14调节显示器亮度或者可以采取其他适当的动作。
所述有色检测器的阵列还可以被用来进行颜色测量(也就是说，环境光传感器可以是颜色感测环境光传感器)。颜色测量可以被收集作为颜色坐标、色温或者相关色温。如果希望的话，处理电路可以被用来把这些不同类型的颜色信息转换成其他格式(例如可以对一个颜色坐标集合进行处理以便产生相关联的相关色温等等)。在这里有时作为一个实例描述其中由环境光传感器收集的颜色信息是一个颜色坐标集合的配置。但是这仅仅是说明性的。颜色感测环境光传感器可以收集关于环境光的任何适当的颜色信息。还可以测量总亮度(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)可以被用来调节设备10的操作。举例来说，可以根据周围环境照明条件的颜色来调节显示器14的偏色。举例来说，如果用户把设备10从冷照明环境移动到暖照明环境(例如白炽灯环境)，则可以相应地提高显示器14的暖度，从而使得设备10的用户不会把显示器14感知成过冷。如果希望的话，环境光传感器可以包括红外光传感器。一般来说，基于颜色测量和/或总光强度测量可以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/或视频设定、调节来自其他传感器的传感器测量、调节向设备10的用户呈现哪些屏幕上选项、调节无线电路设定等等)。
在图2中示出了说明性电子设备的一部分的透视图。在图2的实例中，设备10包括安放在外罩22中的显示器，比如显示器14。外罩22有时可以被称作封装或外壳，其可以由塑料、玻璃、陶瓷、复合纤维、金属(例如不锈钢、铝等等)、其他适当的材料或者这些材料当中的任何两种或更多种的组合。外罩22可以利用单体配置形成，其中外罩22的一部分或全部作为单个结构被机械加工或模塑，或者可以利用多个结构形成(例如内部框架结构、形成外部外罩表面的一个或多个结构等等)。
显示器14可以利用显示器覆盖层来保护，比如一层透明玻璃、透明塑料、蓝宝石或者其他透明层。可以在显示器覆盖层中形成开口。举例来说，可以在显示器覆盖层中形成开口以便容纳按钮、扬声器端口或者其他组件。可以在外罩22中形成开口以便形成通信端口(例如音频插孔端口、数字数据端口等等)、形成用于按钮的开口等等。
显示器14可以包括由液晶显示器(LCD)组件形成的显示器像素的阵列，电泳像素的阵列，等离子像素的阵列，有机发光二极管像素或其他发光二极管的阵列，电湿润像素的阵列，或者基于其他显示器技术的像素。显示器14的像素阵列形成活动区域AA。活动区域AA被用来为设备10的用户显示图像。活动区域AA可以是矩形的或者可以具有其他适当的形状。非活动边界区域IA可以沿着活动区域AA的一个或多个边缘延伸。非活动边界区域IA可以包含电路、信号线以及不发光以形成图像的其他结构。为了隐藏边界区域IA中的非活动电路和其他组件以免被设备10的用户看到，可以利用例如黑墨水层之类的不透明掩蔽材料来涂覆显示器的最外层(例如显示器覆盖层或其他显示器层)的底面。可以把光学组件(例如摄影机、基于光的邻近传感器、环境光传感器、状态指示器发光二极管、摄影机闪光灯发光二极管等等)安放在非活动边界区域IA的下方。可以在IA的不透明掩蔽层中形成一个或多个开口(其有时被称作窗口)以便容纳所述光学组件。举例来说，可以在显示器14的外围部分中形成例如环境光传感器窗口之类的光组件窗口，所述外围部分比如是非活动边界区域IA中的区段20。在经过区段20和显示器覆盖层之后，可以通过设备10中的环境光传感器测量来自设备10外部的环境光。
图3是沿着图2的线24取得并且在方向25上看去的图2的显示器14的剖面侧视图。如图3中所示，光传感器26可以与窗口20对准安放。窗口20可以具有圆形形状、正方形形状、带有弯曲的和/或笔直的边缘的形状、带有中心不透明区段的圆环形状或者任何其他适当的形状。光传感器26可以是被用于测量设备10的附近的环境光的颜色感测环境光传感器。如图3中所示，显示器14可以具有最外层，比如显示器覆盖层30。显示器覆盖层30具有外表面，比如表面34。表面法线n垂直于表面34。环境光射线28由(关于表面法线n测量的)各种入射角度A表征。
窗口20可以由非活动区域IA中的显示器覆盖层30的内表面32上的不透明掩蔽层28中的开口形成。层30可以由玻璃、塑料、陶瓷、蓝宝石或者其他透明材料形成，并且可以是用于显示器14的显示器模块的一部分，或者可以是覆盖活动显示器结构的单独的保护层。与窗口20相关联的开口可以利用光学结构来填充，比如环境光传感器墨水54和光重定向结构56。
环境光传感器墨水54可以在可见和红外波长下具有足够的透明度以便允许传感器26操作，并且与此同时增强窗口20的外观(例如通过对于设备10的用户部分地遮掩窗口20的存在，这是通过使得窗口20具有与包括层28的层30的部分没有太大不同的视觉外观实现的)。如果希望的话，环境光传感器墨水54可以被省略。
传感器26可以具有多个光检测器60(例如光电二极管、光电晶体管或者其他半导体光电检测器结构)。光检测器60可以被形成在共同的半导体衬底(比如衬底62)上的阵列中，或者可以利用两个或更多衬底形成。每一个光检测器60可以配备有相应的彩色滤光器58。为了给传感器26提供准确地测量颜色的能力，传感器26可以包括两个或更多检测器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，仅有4个检测器或者多于4个检测器，仅有5个检测器或者多于5个检测器，仅有6个检测器或者多于6个检测器，仅有7个检测器或者多于7个检测器，仅有8个检测器或者多于8个检测器，少于8个检测器，或者任何其他适当数目的检测器)。滤光器58可以是薄膜干涉滤光器，并且/或者可以是有色聚合物层或者其他彩色滤光器元件(例如由染料和/或颜料形成的有色滤光器)。
光重定向结构56可以被用来收集来自多种入射角度A的光52，并且高效地将所述光传递到传感器26。光重定向结构56可以包括例如漫射器和/或模制透镜之类的结构，以便帮助把轴外(off-axis)环境光射线以接近垂直于衬底62的表面的角度重定向到传感器26中，从而降低环境光读数对于设备10与环境光的来源之间的相对指向的相关性。
图4示出了如何可以从一层漫射器膜形成光重定向结构56。利用这种类型的设置，进入的射线(比如射线52)可以在漫射器膜内被散射，从而产生由传感器26测量的散射射线52’。使用比如图4的漫射器之类的漫射器结构，通过把进入的轴外光重定向回到传感器26而帮助收集光。所述漫射器膜可以是具有Lambertian散射分布(独立于入射光角度的穿过漫射器的辐射)的漫射器，或者其具有在漫射器上的任何光入射角度处与该光入射角度处的Lambertian散射分布的差异小于20％的散射分布(作为实例)。
可能希望利用内部孔径传感器封装提供传感器26上方的孔径。举例来说，传感器26可以被安放在内部封装中，比如外罩22内部的封装64。封装64可以由塑料、金属、陶瓷和/或其他材料或者这些材料的组合形成。可以在封装64的上表面中形成开口(孔径66)，从而对于外罩22内的传感器26产生受到限制的视角。这种类型的设置可以帮助降低传感器26的敏感性对于其关于环境光源的指向的相关性，同时保留较大的视场以用于通过光重定向结构56收集进入的环境光。
如图6中所示，光重定向结构56可以由棱镜膜形成。棱镜膜使用三角脊(triangular ridge)、金字塔架构或者其他突起来把进入的轴外光52向下引导到传感器26(例如参见图6的实例中的重定向光射线52’)。棱镜膜帮助弯曲和准直在广大的入射角度范围内接收到的光射线。棱镜膜可以在透明衬底的一侧或全部两侧包括突起。
如果希望的话，光重定向结构56可以包括隐私膜。如图7中所示，隐私膜可以包括例如微百叶窗70之类的结构，其定义例如通道72之类的狭窄视角光通过通道。微百叶窗70可以由不透明聚合物、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)或者其他不透明结构形成。轴外光射线(比如光射线52B)将击中微百叶窗70，并且将被阻止到达传感器26。轴上射线(比如射线52A)将穿过其中一个通道72，并且将被传感器26检测到。隐私滤光器结构帮助消除具有较大入射角度的光射线。
在图8的实例中，光重定向结构56由负透镜74的一维或二维阵列的膜形成(例如透明膜的内表面上的负透镜结构)。如说明性重定向光射线52’所示，透镜74可以帮助把进入的轴外光射线(比如射线52)重定向到传感器26。这种类型的结构中的负透镜效应帮助朝向传感器26弯曲光，从而减小光射线到达传感器26时的入射角度。
如果希望的话，可以使用其他类型的光重定向结构。此外，可以组合两种或更多种不同类型的光重定向结构以形成光重定向结构56。举例来说，可以把漫射器形成为负透镜膜的表面上的涂层，可以把漫射器膜与棱镜膜和/或微百叶窗膜层叠等等。
图9是其中对于例如图3的墨水54之类的说明性环境光传感器墨水作为波长的函数绘制的墨水光透射Tink的曲线图。如说明性透射曲线76所示，墨水54可以在可见光(VIS)波长下表现出非零透射，并且如果希望的话可以朝向红外(IR)波长表现出递增的透射。墨水54的透射优选地足以允许传感器26在明亮和昏暗光中收集环境光读数。
为了允许传感器26进行颜色测量，传感器26可以具有光检测器60的阵列，其中每一个光检测器60可以具有不同的光谱分布以用于收集光。在传感器26中可以有任何适当数目的可见光检测器，例如两个或更多，三个或更多，四个或更多，五个或更多，六个或更多，三个或更少，四个或更少，五个或更少，六个或更少，少于10个，多于5个，2-10个，2-15个，4-9个等等。在图10的实例中有六个可见光检测器60(PD1、PD2、PD3、PD4、PD5和PD6)以及一个红外光检测器PD7。这仅仅是说明性的。举例来说，可以有少于六个(例如五个、四个或者三个或更少)或者多于六个(例如七个、八个或者多于八个)可见光检测器。红外光检测器PD7可以被省略，或者可以通过扩展红色检测器的长波长敏感性来提供红外光检测能力，从而使得红色检测器具有与近红外波长重叠的光谱敏感性分布。作为一个实例，PD7可以被省略，并且PD6可以是具有在红外波长下敏感的扩展光谱分布的红色光检测器。在这种类型的配置中，PD6的IR响应可以被用来帮助在不同类型的光源之间进行区分(例如IR或非IR等等)，并且可以向传感器26提供可见光谱分布贡献(例如红色敏感性)，从而帮助传感器26测量环境光的颜色。
在图11中示出了图10的检测器60的说明性光谱响应。如图11中所示，PD1可以具有蓝色光谱响应，检测器PD6可以具有红色光谱响应，并且检测器PD2、PD3、PD4和PD5的光谱响应可以覆盖可见光谱的蓝色与红色末端之间的对应的波长范围。检测器PD7可以覆盖红外波长(例如包括高于700nm、800-900nm之间的波长等等的波长)。
为了增强颜色感测准确性，可能希望对检测器60的光谱响应进行配置，从而使得其中一个检测器60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的其中之一)匹配的光谱响应。所述颜色匹配函数代表标准观察者的光谱响应。在图11的说明性配置中，检测器PD1的光谱响应与颜色匹配函数的光谱形状匹配，检测器PD3的光谱响应与颜色匹配函数的光谱形状匹配，并且检测器PD4的光谱响应与颜色匹配函数的上半部分(也就是对应于的两驼峰响应当中的上方驼峰，其处在500到700nm之间)匹配。如果希望的话，其中一个检测器60可以完全匹配的光谱。图11的实例仅仅是说明性的，其中对应于PD4的光谱敏感性分布与颜色匹配函数部分地匹配。
如果希望的话，其中一个或多个检测器的光谱敏感性分布可以类似于标准观察者颜色匹配函数，而并不与标准观察者颜色匹配函数实际匹配。作为一个实例，光谱敏感性分布可以与对应于标准观察者颜色匹配函数的光谱敏感性分布相同，但是处于不同的波长下(也就是说光谱敏感性分布的曲线形状可以与颜色匹配函数的曲线形状匹配，但是所述曲线的波长位置可以有正、负15nm或者其他适当数量的差异)。作为另一个实例，光谱敏感性分布的曲线形状可以与颜色匹配函数有某种程度的差异(在相同的波长集合或偏移的波长集合处)。可能希望使用与标准观察者颜色匹配函数处于20％均方根偏差之内的一项或多项光谱敏感性分布(不管光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数之间的波长差异)。
具有在可见范围(380-780nm)内有响应性的滤光器的光学传感器可以具有重叠的光谱响应。其中一些通道的形状和位置(在相同的波长下或者不管波长)可以类似于标准观察者颜色匹配函数(例如处在20％均方根偏差之内)。光谱响应可以被配置成使得这些多个通道的光谱的线性组合可以类似于标准观察者颜色匹配函数(例如处在20％误差或其他适当的偏差之内)或者可以与之匹配。
除了与颜色匹配函数匹配的检测器60的光谱响应之外(或者对于PD4和颜色匹配函数的情况，其由于与颜色匹配函数的上半部分匹配而与颜色匹配函数部分地匹配)，检测器60可以覆盖其他光谱范围(例如与其他检测器的其他覆盖范围部分地重叠的范围，从而帮助提供整个可见光谱上的覆盖)，从而增强颜色测量准确性。与此同时，可以避免使用数目过多的不同检测器，从而避免过高的成本、复杂度和电力消耗。来自红外检测器PD7的读数可以被用来增强可见光检测的准确性(例如通过去除对于可见光检测器的红外贡献)，并且/或者可以被用来帮助传感器26在不同类型的光源之间进行区分。作为一个实例，只有很少或者没有红外光的光源可以被表征为非IR源，而包含由检测器PD7检测到的大量光的光源则可以被表征为IR源。
通过类型对光源进行分类的能力可以在计算所测量的光源的颜色坐标时增强准确性。在校准操作期间，可以利用不同类型的光源来校准颜色传感器26。举例来说，可以通过利用多个红外光源和多个非红外光源对传感器26进行训练来进行校准测量。在用户使用设备10的同时利用传感器26进行颜色测量时，设备10可以使用关于存在哪种类型的环境光源(在该例中是IR或非IR)的信息来确定在处理传感器测量时应当使用IR还是非IR传感器校准数据。如果希望的话，可以使用其他类型的传感器校准方案(例如通过将单个参考窄带光源扫过所有感兴趣的波长并且同时利用传感器26中的每一个检测器进行测量等等)。在这里有时描述了其中利用光源类型相关的校准技术来处理传感器数据的配置以作为一个实例。
如图12中所示，矩阵等式P＝AQ中的颜色转换矩阵A可以被用于把颜色坐标(矩阵P)关联到传感器输出(传感器光谱响应矩阵Q)。在图12的等式中，矩阵Q的每一列与传感器26被暴露于不同对应的光源时的输出有关。在图12的实例中，传感器26具有六个可见光传感器，因此矩阵Q的每一列包含六个检测器输出PD1...PD6。矩阵Q的第一列包含在把传感器26暴露于来自第一光源的光时所获得的输出PD11...PD61，矩阵Q的第二列包含在把传感器26暴露于第二光源时所获得的输出PD12...PD62等等。传感器26的输出是在传感器26由m个不同的光源照明时测量的，因此矩阵Q包含m列。矩阵P包含颜色坐标X、Y和Z的各列。矩阵P的每一列对应于不同的所测量的颜色的颜色坐标。举例来说，矩阵P的第一列包含颜色坐标X1、Y1、Z1，其对应于在把传感器26暴露于来自光源编号1的光时所测量的颜色(其使得传感器26产生输出PD11...PD61)，矩阵P的第二列包含颜色坐标X2、Y2、Z2，其对应于在把传感器26暴露于来自光源编号2的光时所测量的颜色(其使得传感器26产生输出PD12...PD62)等等。
在图12的实例中，矩阵P是3×m矩阵，矩阵Q是6×m矩阵，并且矩阵A是3×6矩阵。在校准期间，可以对于不同类型的光源计算不同的对应的A矩阵。不同光源类型的实例包括红外(IR)和非IR。如果希望的话，可以把非IR类型细分成高和低相关色温类型(高CCT和低CCT)。对于一种适当的设置，高CCT照明条件由高于4500K的CCT数值表征，并且低CCT照明条件由低于4500K的CCT数值表征。这些照明类型(或者任何其他适当的照明类型)可以分别与颜色转换矩阵A的不同对应版本相关联(也就是说可以对于每一种照明类型产生不同的颜色转换矩阵A，以便增强颜色测量准确性)。白炽照明和卤素照明可以属于IR照明类型。阳光是高CCT非IR照明类型的光源的一个实例。一些白炽照明和发光二极管(LED)照明可以是属于高CCT非IR照明类型。其他白炽照明和LED照明可以是属于低CCT非IR照明类型。对不同类型的照明进行校准以便产生颜色转换矩阵A的相应的不同版本的处理有时被称作分割校准。
在图13中示出了在使用分割校准方法来校准传感器26中所涉及的说明性步骤。
在步骤110处，选择对应于特定类型的光源群组的光源。举例来说，在希望实施校准操作以便产生与IR光源有关的颜色转换矩阵A的版本时，可以选择白炽灯或卤素灯。
在选择了希望为之进行校准测量的光源之后，可以使用参考光谱仪在所选择的光源上进行颜色测量。举例来说，光谱仪可以测量对应于所述光源的颜色坐标X、Y和Z(步骤102)。该信息可以被用来确定对应于所选择的光源的矩阵P的列的数值。
一旦收集并且存储了当前选择的光源的颜色坐标，就可以把传感器26暴露于来自当前选择的光源的光(或者暴露于通过可调谐发光二极管、基于可调谐液晶滤光器的可调谐源等等所产生的该光源的模拟版本)。具体来说，在步骤104处，传感器26可以在当前的光源上进行测量，并且可以产生相应的检测器信号(也就是每一个检测器PD1...PD6可以产生一个输出信号)。该信息可以被存储以便产生图11的矩阵Q的其中一列。
如线条106所示，在希望采集来自相同的光源群组当中的一个或多个附加光源的数据的情况下(在其中正利用IR光源群组对传感器26进行校准的说明性情形中是附加的IR光源)，处理可以循环回到步骤100。
一旦收集了对应于当前群组中的代表性光源选择的传感器数据(也就是说在本例中，一旦来自所有m个IR光源的数据都已被用来填充矩阵P和Q的各列)，则可以在步骤108处从矩阵Q和P计算矩阵A。在计算颜色转换矩阵A时，可以使用例如伪逆技术之类的矩阵求逆技术来对传感器光谱响应矩阵Q进行求逆。随后可以通过根据等式1把矩阵P与伪逆矩阵Q-1相乘来计算颜色转换矩阵A：
A＝PQ-1 (1)
如线条110所示，如果希望实施附加的校准操作(例如为了校准非IR高CCT类型的光源群组或者非IR低CCT类型的光源群组)，则可以选择新的照明类型，并且处理可以循环回到步骤100。在对于每一种所期望的照明类型收集了数据之后，对于所有所期望的照明类型产生的矩阵A的数值可以被存储在设备10中，以便校准传感器26和设备10(步骤112)。
可以根据图14的流程图来操作具有已经利用这种类型的分割校准方案经过校准的传感器的设备。在步骤114处，设备10可以被暴露于具有光谱xo的环境光。当被暴露于输入光xo时，传感器26将产生输出xoQ，其可以被设备10收集并且存储(例如利用控制电路16)。
在步骤114处收集了来自传感器26的检测器输出信号之后，设备10可以在步骤116处识别当前哪种类型的光源正被用来照明设备10。举例来说，如果IR检测器PD7检测到相对于总的环境光读数存在多于预定数量的红外光，则当前照明条件可以被表征为落在IR照明类型内。如果不存在IR光(也就是说如果IR信号相对于其他类型的光少于预定数量)，则照明源可以被表征为是其中一种非IR类型。随后可以使用相关色温测量来确定正在照明设备10的非IR光源是高相关色温光源还是低相关色温光源。
在识别出当前正被用来产生设备10和环境光传感器26附近的环境光52的光源的类型之后，控制电路16可以从存储装置中取回对应于该光源类型的适当的颜色转换矩阵A(步骤118)。举例来说，响应于把当前照明条件识别成是IR类型，控制电路16可以取回矩阵A的IR光源版本。
在步骤120处，可以通过把所测量的传感器输出乘以A的所取回的版本来确定所测量的环境光的颜色(即颜色坐标)。如果希望的话，作为针对颜色坐标的补充或替换，可以收集或者转换来自传感器26的环境光传感器颜色信息，以便产生色温数据、相关色温数据或者其他颜色信息。使用传感器26来进行被存储为颜色坐标的颜色测量仅仅是说明性的。如果希望的话，可以由设备10收集和使用任何颜色环境光信息(和强度信息)。
在步骤120处，设备10可以使用控制电路16基于所测量的环境光的颜色(并且如果希望的话基于光强度)采取适当的动作。举例来说，设备10可以调节正在显示器14上显示的图像的颜色，可以对显示器14进行其他调节等等。
如果希望的话，可以通过将可调谐光源扫过用于校准的感兴趣的波长范围(例如可见光谱)来对环境光传感器26进行校准。所述可调谐光源可以是单色仪，可以是可调谐发光二极管，可以是具有例如液晶可调谐滤光器之类的可调谐滤光器的宽带光源，或者可以是任何其他可调谐光源。随着使可调谐光源扫过感兴趣的波长范围，可以监测传感器26的响应，并且可以在设备10中处理和存储传感器响应数据以用于校准传感器26。如果希望的话，所述可调谐传感器可以模拟不同类型的一个或多个光源的光谱。
在图10的实例中，可以把光电二极管设置在各行和各列中。如果希望的话，可以把光电二极管设置在圆形式样或者其他中心对称式样中(也就是表现出同心结构的形状，其中各对光电二极管围绕一个共同点并且跨过中心点彼此相对)。这些同心结构可以具有两重对称性(各对光电二极管彼此相对)，或者可以具有四重对称性(第一、第二、第三和第四光电二极管被围绕一个共同点设置，从而使得第一和第二光电二极管跨过中心点彼此相对，并且使得第三和第四光电二极管跨过中心点彼此相对)。对于光电二极管使用同心设置有助于减少进入的环境光的角度指向对于传感器26的输出的影响。例如在图15的说明性配置中，传感器26具有六种不同光谱敏感性的光电二极管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/或具有扩展到红外波长中的光谱响应的光电二极管。举例来说，所述六个光电二极管当中的每一个可以与图11中的对应的其中一个可见光谱或者其他适当的光谱相关联。
所述光电二极管可以分别被分离成处于中心点150的相对侧的一对第一和第二光电二极管部分，从而为传感器26的光电二极管提供中心对称性。举例来说，光电二极管PD1被分离成处于点150的相对侧的第一光电二极管部分PD1-1和相应的第二光电二极管部分PD1-2。这一相同的式样可以被用于每一个光电二极管60，从而使得每一个光电二极管具有处于点150的一侧以及处于点150的相对侧的部分。
通过以这种方式设置光电二极管区域，光电二极管表现出中心对称性并且表现出降低的角度敏感性。由于进入的环境光在穿过光重定向结构时的散射分布，角度外环境光(例如不与传感器26的表面法线平行的光)往往将增大每一个光电二极管的一半的输出，并且同时减小该光电二极管的另一半的输出。举例来说，轴外光可以增大光电二极管PD1的第一光电二极管部分PD1-1的输出，但是往往将会把光电二极管PD1的第二光电二极管部分PD1-2的输出减小相应的数量，从而使得来自每一个光电二极管的总的输出保持相对独立于进入的光角度。非圆形式样也可以被用来在具有分离的光电二极管的配置中降低角度敏感性(例如正方形同心布局等等)。使用图15的实例中的中心对称(同心)的圆形形状的光电二极管布局仅仅是说明性的。所述同心光电二极管布局可以表现出两重对称性或四重对称性(作为实例)。
在图15的设置中，光传感器处理电路26’已被实施在与光电二极管60相同的管芯上并且处于偏离光电二极管60的位置。图16是示出了对应于光电二极管60的圆环形状的光电二极管区段如何可以围绕处理电路26’或其他控制电路16(以便例如增强布局效率)的图示。如果希望的话可以使用其他布局。
根据一个实施例，提供一种被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；为用户显示图像的显示器；输入-输出设备和显示器被安放在其中的外罩；外罩中的控制电路；以及外罩中的颜色感测环境光传感器，控制电路利用其来测量环境光颜色，其中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。
根据另一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布。
根据另一个实施例，所述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，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布。
根据另一个实施例，至少其中一项光谱敏感性分布是标准观察者颜色匹配函数，并且至少其中一项光谱敏感性分布是非标准观察者颜色匹配函数的可见光光谱敏感性分布。
根据另一个实施例，至少其中一项光谱敏感性分布处于标准观察者颜色匹配函数的20％均方根偏差之内，而不管所述至少其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数之间的波长差异如何。
根据另一个实施例，其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数匹配。
根据另一个实施例，其中一项光谱敏感性分布与CIE标准观察者颜色匹配函数匹配，并且其中一项光谱敏感性分布与CIE标准观察者颜色匹配函数匹配。
根据另一个实施例，其中一项光谱敏感性分布与CIE标准观察者颜色匹配函数的上半部分匹配。
根据另一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有少于七个可见光检测器。
根据另一个实施例，其中两项或更多项光谱敏感性分布的线性组合与标准观察者颜色匹配函数匹配。
根据另一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有少于七个可见光检测器。
根据另一个实施例，所述电子设备包括显示器中的环境光传感器窗口以及环境光传感器窗口中的光重定向结构，并且所述颜色感测环境光传感器通过环境光传感器窗口和光重定向结构接收环境光。
根据另一个实施例，所述电子设备包括环境光传感器窗口中的墨水。
根据另一个实施例，所述光重定向结构包括从由以下各项构成的一组当中选择的结构：漫射器膜、棱镜膜、隐私膜以及负透镜膜。
根据另一个实施例，所述光重定向结构包括具有Lambertian散射分布的漫射器。
根据另一个实施例，所述光重定向结构包括漫射器，所述漫射器的散射分布在漫射器上的任何光入射角度处与该光入射角度处的Lambertian散射分布的差异小于20％。
根据另一个实施例，所述控制电路被配置成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。
根据另一个实施例，所述控制电路被配置成利用基于所识别出的照明类型而选择的颜色转换矩阵处理来自颜色感测环境光传感器的传感器数据，并且所述电子设备是从包括以下各项的一组当中选择的：便携式计算机、平板计算机、蜂窝电话以及腕表设备。
根据另一个实施例，所述颜色感测环境光传感器具有光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布。
根据另一个实施例，所述光检测器被安排在同心布局中。
根据另一个实施例，所述同心布局表现出四重对称性。
根据另一个实施例，所述同心布局表现出两重对称性。
根据另一个实施例，每一个光检测器至少包括处于中心点的相对侧的第一部分和第二部分。
根据另一个实施例，每一个光检测器具有第一部分和第二部分以便对于颜色感测环境光传感器降低角度敏感性。
根据一个实施例，提供一种用于校准颜色感测环境光传感器的方法，其对于多种环境光源照明类型当中的每一种包括：利用参考光谱仪对于多个环境光源当中的每一个测量颜色坐标，并且在颜色感测环境光传感器被暴露于来自该环境光源照明类型的多个环境光源当中的每一个的环境光时收集来自颜色感测光传感器的传感器数据；以及对所收集的传感器数据和所测量的颜色坐标进行处理以便产生多个颜色转换矩阵，其中每一个颜色转换矩阵对应于所述多种环境光源照明类型当中的对应的一种。
根据另一个实施例，对所收集的传感器数据和所测量的颜色坐标进行处理包括：把包含所测量的颜色坐标的颜色坐标矩阵和与颜色感测环境光传感器相关联的传感器光谱响应矩阵的伪逆相乘。
根据一个实施例，提供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颜色感测环境光传感器的颜色测量而被调节的颜色，其包括：半导体衬底；以及半导体衬底中的各自具有不同的光谱敏感性分布的至少五个可见光检测器，其中所述五个可见光检测器当中的至少一个具有与标准观察者颜色匹配函数匹配的光谱敏感性分布，并且所述五个可见光检测器当中的至少一个具有与标准观察者颜色匹配函数不匹配的光谱敏感性分布。
根据另一个实施例，所述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。
根据另一个实施例，所述可见光检测器包括测量红外光的红色光检测器。
根据另一个实施例，每一个可见光检测器由处于共享中心点的相对侧的第一和第二部分形成。
前面的描述仅仅是说明性的，并且在不背离所描述的实施例的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以做出多种修改。前面的实施例可以被单独实施或者通过任意组合来实施。

Claims (20)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
接收来自用户的输入的输入-输出设备；
为用户显示图像的显示器；
输入-输出设备和显示器被安放在其中的外罩；
外罩中的控制电路；以及
外罩中的颜色感测环境光传感器，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量的环境光颜色来调节显示器。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在所述衬底中具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且至少其中一项光谱敏感性分布是标准观察者颜色匹配函数，并且至少其中一项光谱敏感性分布是作为非标准观察者颜色匹配函数的可见光光谱敏感性分布。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在所述衬底中具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且至少其中一项光谱敏感性分布处于标准观察者颜色匹配函数的20％均方根偏差之内，而不管所述至少其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数之间的波长差如何。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在所述衬底中具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数匹配，其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数匹配，并且其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数匹配。
6.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有半导体衬底并且在所述衬底中具有至少五个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且其中一项光谱敏感性分布与标准观察者颜色匹配函数的上半部分匹配。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，两项或更多项光谱敏感性分布的线性组合与标准观察者颜色匹配函数匹配，并且其中颜色感测环境光传感器具有少于七个可见光检测器，所述电子设备还包括：
显示器中的环境光传感器窗口；以及
环境光传感器窗口中的光重定向结构，其中，所述颜色感测环境光传感器通过环境光传感器窗口和光重定向结构接收环境光。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，还包括环境光传感器窗口中的墨水。
9.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述光重定向结构包括从由以下各项构成的组当中选择的结构：漫射器膜、棱镜膜、隐私膜以及负透镜膜。
10.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述光重定向结构包括具有Lambertian散射分布的漫射器。
11.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述光重定向结构包括漫射器，所述漫射器的散射分布在漫射器上的任何光入射角度处与该光入射角度处的Lambertian散射分布的差小于20％。
12.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述控制电路被配置成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环境光相关联的光源类型，并且其中所述控制电路被配置成利用基于所识别出的照明类型而选择的颜色转换矩阵处理来自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是从包括以下各项的组当中选择的：便携式计算机、蜂窝电话以及腕表设备。
13.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有多个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，其中所述光检测器被安排在同心布局中，并且其中所述同心布局表现出四重对称性。
14.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有多个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，其中所述光检测器被安排在同心布局中，并且其中所述同心布局表现出两重对称性。
15.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有多个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光谱敏感性分布，并且其中每一个光检测器至少包括处于中心点的相对侧的第一部分和第二部分。
16.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器具有多个光检测器，所述光检测器各自具有对应的光 谱敏感性分布，并且其中每一个光检测器具有第一部分和第二部分以便降低所述颜色感测环境光传感器的角度敏感性。
17.一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颜色感测环境光传感器的颜色测量而调节的颜色，其特征在于，所述颜色感测环境光传感器包括：
半导体衬底；以及
半导体衬底中的各自具有不同的光谱敏感性分布的至少五个可见光检测器，其中所述五个可见光检测器当中的至少一个具有与标准观察者颜色匹配函数匹配的光谱敏感性分布，并且其中所述五个可见光检测器当中的至少一个具有与标准观察者颜色匹配函数不匹配的光谱敏感性分布。
18.根据权利要求17所述的颜色感测环境光传感器，其特征在于，还包括半导体衬底中的红外光传感器。
19.根据权利要求17所述的颜色感测环境光传感器，其特征在于，所述可见光检测器包括测量红外光的红色光检测器。
20.根据权利要求17所述的颜色感测环境光传感器，其特征在于，每一个可见光检测器由处于共享中心点的相对侧的第一和第二部分形成。
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