DE10140531A1

DE10140531A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Beleuchtungssteuerung

Info

Publication number: DE10140531A1
Application number: DE2001140531
Authority: DE
Inventors: Udo Reichert; Stephan Windisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2003-02-27
Also published as: WO2003019513A1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungseinrichtung eines Endgeräts in Abhängigkeit von einer Umgebungslichtstärke, bei dem mittels einer Lichtmesseinrichtung eine Umgebungslichtstärke ermittelt und auf Basis dieser Umgebungslichtstärke eine Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung eingestellt wird. Hierbei wird als Abgleichmessung mittels der Lichtmesseinrichtung eine von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Beleuchtungsstärke ermittelt. Der dabei ermittelte Beleuchtungsstärkenwert wird für einen Abgleich bei der Steuerung der Beleuchtungseinrichtung mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungseinrichtung eines Endgeräts, vorzugsweise eines mobilen Hand-Held-Geräts wie ein Mobilfunkgerät oder PDA, in Abhängigkeit von einer Umgebungslichtstärke, bei dem mittels einer Lichtmesseinrichtung die aktuelle Umgebungslichtstärke ermittelt und auf Basis dieser Umgebungslichtstärke eine Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung eingestellt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinrichtung für eine Beleuchtungseinrichtung eines solchen Endgeräts.

Bei vielen Endgeräten wird eine Beleuchtungseinrichtung von Funktionselementen wie beispielsweise die Beleuchtung der Benutzerschnittstelle, d. h. die Displayhintergrundbeleuchtung und die Beleuchtung der Tastatur, derart gesteuert, dass die Beleuchtung mit einem Tastendruck eingeschaltet und nach einer fest vordefinierten Zeit nach der letzten Tastatureingabe wieder ausgeschaltet wird. Dies geschieht unabhängig davon, ob ausreichend Umgebungslicht zur Bedienung des Geräts zur Verfügung steht. Ungünstigerweise verbraucht jedoch eine solche Beleuchtungseinrichtung relativ viel Energie. Aufgrund dieses hohen Energieverbrauchs reduziert die Beleuchtungseinrichtung vor allem bei Applikationen mit intensiver Tastatureingabe wie Spiele, WAP, SMS usw. die Betriebszeit von mobilen Endgeräten, welche mittels Batterie oder Akku betrieben werden, erheblich. Im Gegensatz dazu ist aber gerade bei mobilen Geräten eine der Grundanforderungen, eine möglichst lange Betriebszeit ohne einen Austausch der Batterien oder ein Wiederaufladen der Akkus zu gewährleisten.

Eine Möglichkeit, die Betriebszeit zu verlängern, besteht folglich darin, die Beleuchtung gezielt in Abhängigkeit von der Lichtstärke des Umgebungslichts zu steuern. Mit einer solchen Steuerung ist es beispielsweise möglich, die Beleuchtung nur dann einzustellen, wenn diese auch tatsächlich benötigt wird. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Beleuchtungsleistung an die Umgebungslichtstärke anzupassen und dadurch neben einer Energieeinsparung auch eine ergonomische Verbesserung bei verschiedenen Betriebszuständen und unterschiedlichen Umgebungslichtstärken zu erreichen.

Das Endgerät muss hierzu eine geeignete Lichtmesseinrichtung, d. h. eine Einrichtung zum Messen der Umgebungslichtstärke, aufweisen. Als Lichtmesseinrichtung werden beispielsweise geeignete Schaltungen mit photosensitiven Elementen wie Phototransistoren als Sensoren verwendet. Ein Nachteil ist, dass derartige Lichtmesseinrichtungen, insbesondere der Sensor, oft eine erhebliche Bauteiltoleranz aufweisen, was zu Fehlern bei der Steuerung führen kann. Um diese Toleranz zumindest teilweise auszugleichen und die Möglichkeit einer fehlerhaften Steuerungen zu vermindern, wäre es daher erforderlich, jedes einzelne Gerät in der Fertigungslinie zuvor in einem speziellen Messaufbau abzugleichen. Dies ist relativ aufwendig und kostenintensiv.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen auf einfache und kostengünstige Weise ein Abgleich zur Berücksichtigung dieser Toleranzen durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Die Unteransprüche enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die grundlegende Idee ist hierbei, dass als Abgleichmessung mittels der Lichtmesseinrichtung eine von der Beleuchtungseinrichtung des Geräts selbst erzeugte Beleuchtungsstärke ermittelt wird und der dabei ermittelte Beleuchtungsstärkenwert für einen Abgleich bei der Steuerung der Beleuchtungseinrichtung mit einem vorgegebenen Referenzwert, d. h. einer Referenzhelligkeit, verglichen wird. Die zu steuernde Beleuchtung selbst wird also durch Vergleich mit einer Referenz für einen automatischen Abgleich der Lichtmesseinrichtung genutzt.

Die Messung der von der Beleuchtungseinrichtung selbst erzeugten Beleuchtungsstärke stellt in der Regel kein Problem dar. Vorzugsweise wird nämlich der Sensor ohnehin so positioniert, dass er sich unmittelbar am Display befindet, beispielsweise bei Verwendung eines Lichtleiters zur gleichmäßigen Beleuchtung des Displays am Rand dieses Lichtleiters. Im Gegensatz zu einer Plazierung des Sensors an einer separaten Stelle im Gerät ist bei einem solchen Aufbau keine - aus Design- und Kostengründen in der Regel unerwünschte - separate Gehäuseöffnung für den Sensor notwendig. Außerdem ist so gewährleistet, dass die Lichtstärke am Display direkt gemessen wird. Bei einer derartigen Konstruktion wird folglich zwangsläufig das Licht der eigenen Beleuchtungseinrichtung von der Lichtmesseinrichtung erfasst.

So wird beispielsweise bei einer Positionierung des Sensors am Rande eines zur Beleuchtung des Displays verwendeten Lichtleiters dieser Sensor sowohl durch das Umgebungslicht, das durch das Display und den Lichtleiter eingekoppelt wird, als auch durch das Licht der Beleuchtungseinrichtung, welches ebenfalls in den Lichtleiter eingekoppelt wird, beeinflusst.

Bei einer solchen Abgleichmessung bzw. Eichmessung muss gewährleistet sein, dass die Lichtmesseinrichtung nur allein das von der Beleuchtungseinrichtung selbst erzeugte Licht erfasst, damit ein Vergleich mit einem vorgegebenen Referenzwert möglich ist.

Eine Möglichkeit dies zu gewährleisten besteht darin, dass genau dann die Abgleichmessung durchgeführt wird, wenn sichergestellt ist, dass die Lichtmesseinrichtung vollständig vom Umgebungslicht abgeschirmt ist und lediglich die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung misst. Bei Verwendung einer Lichtmesseinrichtung mit einem Sensor an einem Lichtleiter eines Displays muss dabei sichergestellt sein, dass das gesamte Display vom Umgebungslicht abgeschirmt wird. Dies ist z. B. bei solchen Geräten möglich, die eine verschiebbare Displayabdeckung aufweisen oder die in einem ausgeschalteten Zustand zusammengeklappt werden, so dass das Display abgedeckt ist. Das Gerät muß dann derart ausgestattet sein, dass es auch mit abgedecktem Display Messungen durchführen kann.

Bei anderen Geräten, welche keine Displayabdeckung besitzen, werden vorzugsweise für eine Abgleichmessung zwei Messwerte aufgenommen. Einer der Messwerte wird dabei bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung und ein weiterer Messwert bei ausgeschalteter Beleuchtungseinrichtung aufgenommen. Der erste Wert entspricht dann der Lichtstärke, die sich als Summe aus der Umgebungslichtstärke, d. h. der von der Lichtmesseinrichtung erfassten externen Beleuchtung des Endgeräts, und der Beleuchtungslichtstärke, d. h. der von der Lichtmessung erfassten internen Beleuchtung des Endgeräts, ergibt. Der zweite Wert entspricht der gemessenen Umgebungslichtstärke. Um den gewünschten Beleuchtungsstärkenwert, welcher allein die interne Beleuchtung des Endgeräts repräsentiert, zu erhalten, wird dann die Differenz aus den beiden Messwerten ermittelt.

Um eine möglichst genaue, unverfälschte Messung zu gewährleisten, ist darauf zu achten, dass die Umgebungslichtstärke bei der Abgleichmessung während der aufeinanderfolgenden Ermittlung der beiden Messwerte im Wesentlichen konstant gehalten wird. Vorzugsweise wird daher dafür gesorgt, dass die beiden Messwerte bei der Abgleichmessung in kurzem zeitlichen Abstand zueinander ermittelt werden. Der kurze zeitliche Abstand muss hierbei derart schnell sein, dass auch Änderungen der Umgebungshelligkeit, welche mit dem bloßen Auge nicht erkennbar sind, die Messung nicht signifikant ändern, wie beispielsweise das 100-Hz-Flackern von künstlichen Beleuchtungen, der Lattenzauneffekt, wenn der Benutzer mit einem Auto eine Allee entlang fährt o. Ä.

Eine weitere Möglichkeit, das Verfahren sicherer zu machen, besteht darin, bereits einige Male vor und/oder nach der Abgleichmessung die Umgebungslichtstärke bei ausgeschalteter Beleuchtungseinrichtung zu messen und anhand dieser Messwerte festzustellen, ob die Umgebungslichtstärke in diesem Zeitraum konstant war.

Zusätzlich kann dem Benutzer angezeigt werden, wenn eine solche Abgleichmessung durchgeführt wird, damit er sich dementsprechend verhält und das Endgerät beispielsweise in diesem Moment nicht bewegt bzw. sich bemüht, die Umgebungslichtstärke nicht zu ändern.

Vorzugsweise wird der Beleuchtungsstärkenwert bei einer Einstellung der Beleuchtungseinrichtung auf eine bestimmte momentane Beleuchtungsleistung, z. B. auf 100% Beleuchtungsleistung, ermittelt. Wenn eine Abgleichmessung mit zwei aufeinanderfolgenden Messungen mit eingeschalteter und ausgeschalteter Beleuchtungseinrichtung erfolgt, wird dementsprechend der Messwert bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung auf einer definierten Beleuchtungsleistung gemessen. Bei Verwendung einer Pulsweitenmodulation zur Steuerung der Beleuchtungsleistung kann eine der Messungen während eines Pulses und eine Messung in einer Pulspause erfolgen. Die Messung während des Pulses entspricht dann einer Beleuchtungsleistung von 100%.

Der Referenzwert wird ebenfalls bei dieser bestimmten Beleuchtungsleistung unter definierten Bedingungen einmal für alle Geräte dieses Typs werkseitig ermittelt und dann in den Geräten in einem Speicher hinterlegt. Durch die definierten Bedingungen wird dabei sichergestellt, dass der Referenzwert genau der Helligkeit entspricht, die die Lichtmesseinrichtung bei der bestimmten Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung bei einer Abgleichmessung eigentlich messen müsste.

Der Quotient aus dieser in der Entwicklungsphase des Geräts ermittelten Referenzhelligkeit eines typischen Displaymoduls und dem in der Abgleichmessung ermittelten Beleuchtungsstärkenwert ist dann ein Skalierungsfaktor, welcher als Multiplikator für alle folgenden Helligkeitsmessungen der Lichtmesseinrichtung verwendet werden kann.

Dieser Skalierungsfaktor wird vorzugsweise solange in einem Speicher des Geräts hinterlegt, bis er in einer weiteren Abgleichmessung neu ermittelt und dementsprechend überschrieben wird. Bei der Steuerung der Beleuchtungseinrichtung kann dann ein gemessener Umgebungslichtstärken-Messwert zur Normierung einfach mit dem aktuellen Skalierungsfaktor multipliziert werden. Die Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung wird schließlich in Abhängigkeit von diesem normierten Messwert eingestellt.

Bei einer besonders genauen, dafür aber aufwendigeren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für unterschiedliche Umgebungslichtstärkenmesswerte unterschiedliche Skalierungsfaktoren ermittelt. Dies ist möglich, indem mehrere Abgleichmessungen bei unterschiedlichen Beleuchtungsleistungen der Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise bei 10%, bei 50% und bei 100% erzeugt werden. Bei Verwendung einer Pulsweitenmodulation zur Steuerung der Beleuchtungsleistung, bei der die Abgleichmessungen während eines Pulses und in einer Pulspause durchgeführt werden sollen, ist dann dafür zu sorgen, dass während der Messung die Pulshöhe entsprechend auf die gewünschten Werte, z. B. 10%, 50% und 100%, reduziert wird, indem beispielsweise die Spannung vorübergehend vermindert wird.

Bei dieser Variante müssen natürlich auch in der Entwicklungsphase des Geräts entsprechend mehrere Referenzwerte aufgenommen werden. Durch Vergleich der bei den verschiedenen Beleuchtungsleistungen erfassten Beleuchtungsstärkenwerte mit den jeweils zugehörigen Referenzwerten können dann zu verschiedenen Lichtstärken unterschiedliche Skalierungsfaktoren ermittelt werden. Die Werte für die Skalierungsfaktoren zwischen diesen Lichtstärken können dann beispielsweise durch ein geeignetes Interpolationsverfahren o. Ä. ermittelt werden.

Die Steuerung der Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von der Umgebungslichtstärke kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise gemäß einer beliebigen, vorgegebenen Beleuchtungsfunktion erfolgen. Diese Beleuchtungsfunktion kann im einfachsten Fall so aussehen, dass oberhalb einer Einschaltschwelle der Umgebungslichtstärken die Beleuchtungseinrichtung nicht eingeschaltet wird und unterhalb dieser Einschaltschwelle die Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet wird.

Vorzugsweise handelt es sich hierbei aber um eine Funktion, die auch unterhalb der Einschaltschwelle nicht sofort die Beleuchtungseinrichtung mit voller Beleuchtungsleistung einschaltet, sondern die Beleuchtungseinrichtungsleistung erhöht, je weniger Umgebungslicht vorhanden ist, um so zusätzlich Energie einzusparen. Dies kann beispielsweise stufenweise erfolgen.

Bei einer besonders bevorzugten ergonomischen Variante wird die Beleuchtungsleistung nur bis zu einem bestimmten Minimalwert der Umgebungslichtstärke erhöht; unterhalb dieses Minimalwerts sinkt dann die Beleuchtungsleistung, ggf. stufenweise, wieder ab. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil das menschliche Auge sich an eine dunkle Umgebung adaptiert und daher in der Lage ist, beispielsweise ein Display auch bei geringerer Hintergrundbeleuchtung abzulesen. Zudem wird verhindert, dass die Beleuchtung des Endgeräts zu sehr abstrahlt und den Benutzer blendet. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Gerät im Auto oder in anderen Situationen, in denen der Benutzer möglichst wenig gestört werden soll, verwendet wird.

Das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung kann im Übrigen wie bei den bisher bekannten Geräten erfolgen, indem beispielsweise bei Betätigen einer Taste - sofern die Umgebungslichtstärke unterhalb der Einschaltschwelle liegt - eingeschaltet wird und nach einer bestimmten Zeit nach der letzten Tastenbetätigung wieder ausgeschaltet wird.

Eine geeignete Steuereinrichtung für eine Beleuchtungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muss Mittel aufweisen, um mittels der Lichtmesseinrichtung die von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Beleuchtungsstärke zu ermitteln. Darüber hinaus werden Mittel benötigt, um einen Abgleich der gemessenen Umgebungslichtstärke bzw. von Steuerungsparametern der Steuereinrichtung auf Basis eines dabei ermittelten Beleuchtungsstärkenwerts durch Vergleich mit einem vorgegebenen Referenzwert durchzuführen.

Bei der Steuereinrichtung kann es sich dabei um eine separate Steuereinrichtung handeln. Vorzugsweise wird diese Steuereinrichtung jedoch mit Hilfe von geeigneter Software in der CPU des Geräts realisiert, d. h. die CPU einschließlich der A/D- Wandler und das Bussystem des Geräts werden mitbenutzt.

Die Steuereinrichtung benötigt, sofern die Abgleichmessung durch Ermittlung eines Messwertes bei eingeschalteter und ausgeschalteter Beleuchtungseinrichtung geschieht, außerdem auch entsprechende Mittel, um diese Einzelmessungen durchzuführen, beispielsweise Mittel zur Synchronisierung der Messung mit der Beleuchtungseinrichtung. Außerdem werden entsprechende Mittel zur Bildung der Differenzwerte aus den beiden Messwerten benötigt.

Die Steuereinrichtung weist außerdem vorzugsweise einen Speicher mit einem darin hinterlegten Referenzwert sowie entsprechende Mittel auf, um den bei der Abgleichmessung ermittelten Beleuchtungsstärkenwert mit Hilfe des Referenzwerts in den Skalierungsfaktor umzurechnen und dann diesen Skalierungsfaktor geeignet mit den gemessenen Umgebungslichtstärkenmesswerten zu multiplizieren und anhand dieser normierten Messwerte dann die Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung einzustellen. Der Speicher kann dabei auch Teil eines allgemeinen Gerätespeichers sein, auf den jeweils zugegriffen wird. Ebenso kann in diesem Speicher auch direkt der Skalierungsfaktor hinterlegt werden.

Sofern für unterschiedliche Umgebungslichtstärkenmesswerte unterschiedliche Skalierungsfaktoren ermittelt werden sollen, müssen natürlich dementsprechend auch im Speicher mehrere Referenzwerte hinterlegt werden und die Steuereinrichtung muss so eingerichtet sein, dass nacheinander mehrere Abgleichmessungen bei unterschiedlichen Beleuchtungsleistungen der Beleuchtungseinrichtung durchgeführt werden können und entsprechende Vergleiche mit den jeweils zugehörigen Referenzwerten durchgeführt werden.

Zur Ansteuerung der Beleuchtungseinrichtung nach einer vorgegebenen Beleuchtungsfunktion muss diese Funktion ebenfalls in einem Speicher des Geräts hinterlegt sein. Vorzugsweise handelt es sich hier um eine Helligkeitswertetabelle, in welcher verschiedenen Umgebungslichtstärkenmesswerten jeweils eine gewünschte einzustellende Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung zugeordnet ist.

Die Abgleichmessungen können zu unterschiedlichen Zeitpunkten und beliebig oft durchgeführt werden.

Eine erste Möglichkeit ist ein nur einmaliger Abgleich in der Fertigung bzw. nach der Fertigung des jeweiligen Geräts. Hier kann ein Abgleich automatisch beim letzten Gerätetest in der Produktionslinie durchgeführt werden. Das Gerät kann dabei beispielsweise in eine lichtdichte Kammer mit einer stabilen Beleuchtung ohne kurzfristige Helligkeitsschwankung gebracht werden. Dann kann ein Abgleich mittels der Differenzmessung durchgeführt werden. Ebenso kann auch eine einfache Messung in einer vollständig abgedunkelten Kammer durchgeführt werden. Sofern ein Gerät verwendet wird, dessen Display abdeckbar ist, ist keine lichtdichte Kammer erforderlich.

Bei dieser Methode kann sofort der ermittelte Skalierungsfaktor in einem Speicher hinterlegt werden und steht bei künftigen Helligkeitsmessungen als Multiplikator zur Verfügung. Ein Vorteil dieser einmaligen Messung ist die geringere Belastung des Geräts im späteren Betrieb, da keine weiteren zusätzlichen Messungen notwendig sind. Außerdem kann der Softwareaufwand für die Auswertung und Berechnungen der Abgleichmessungen aufgrund des vereinfachten Messablaufs unter kontrollierten Bedingungen geringer gehalten werden.

Nachteilig an einer solchen einmaligen Abgleichmessung ist jedoch zum einen, dass Änderungen der Toleranzen durch Alterung des photosensitiven Bauteils nicht berücksichtigt werden. Zum anderen werden Beeinflussungen der Messschaltung durch Temperatur, durch Schwankungen der Versorgungsspannung etc. nicht berücksichtigt. Sie müssen entweder toleriert werden oder durch einen geeigneten Algorithmus herausgerechnet werden.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Abgleich während oder unmittelbar nach einer Initialisierungsroutine beim Einschalten des Geräts. Auch bei diesem Verfahren werden die Bauteile des Geräts im eigentlichen Betrieb nur geringfügig durch zusätzliche Messungen belastet, und es ist nur ein geringer Softwareaufwand zur Einrichtung des Messablaufs notwendig. Das Verfahren ermöglicht aber die Berücksichtigung der Toleranzänderungen aufgrund der Alterung des Sensors. Da ja vorzugsweise die Steuereinheiten wie die CPU des Geräts für diese Zwecke mitverwendet werden sollen und insbesondere die CPU und der Bus während der Initialisierungsroutine ohnehin stark belastet sind, wird vorzugsweise die Messung zeitlich mit den übrigen in der Initialisierungsphase ablaufenden Vorgängen synchronisiert.

Eine dritte Variante sieht vor, während der Messungen zur Ermittlung der Umgebungshelligkeit gleichzeitig ständig auch eine Abgleichmessung durchzuführen. Der Abgleich des Messsystems erfolgt dabei mit jeder Messung neu. D. h., es wird beispielsweise bei jeder Messung eines Helligkeitswerts des Umgebungslichts - welcher ja für die Steuerung ohnehin benötigt wird - gleichzeitig ein weiterer Wert mit eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung ermittelt und mittels des Differenzwertes der Abgleich durchgeführt. Dieses Verfahren bietet sich insbesondere bei Verwendung einer pulsweitenmodulierten Beleuchtungseinrichtung an, bei der diese Messungen immer während der Pulspause und dem darauffolgenden Puls erfolgen können. Mit diesem Verfahren ist es möglich, auch die Beeinflussung der Messschaltung durch Temperaturschwankungen und Schwankungen der Versorgungsspannung etc. zu berücksichtigen. Zudem wird die Initialisierungsroutine selbst nicht beeinflusst.

Ein Problem bei dieser Methode eines ständigen Abgleichs während der Messung besteht darin, dass im A/D-Wandler besonders kurze Wandlungszeiten notwendig sind, um z. B. bei einer pulsweitenmodulierten Beleuchtung verschiedene Messwerte während der Pulspause und dem Puls zu verarbeiten. Eine Pulsweitenmodulation arbeitet beispielsweise mit 5 kHz, damit die einzelnen Pulse für den Benutzer nicht sichtbar sind. Bei einer Messung innerhalb einer Initialisierungsroutine könnte für den Zweck der Abgleichmessung die Pulsweitenmodulation kurzzeitig, beispielsweise eine oder mehrere Pulslängen, in der Frequenz z. B. auf 1 kHz reduziert werden, um zeitunkritisch die Abgleichmessung durchführen zu können. Dies kann in der Initialisierungsphase zusätzlich als Signalisierung für den Nutzer verwendet werden, damit dieser sieht, dass eine Abgleichmessung durchgeführt wird. Während eines Betriebs würde diese Reduzierung der Frequenz der Pulsweitenmodulation aber als störendes Flackern empfunden werden und ist daher nicht möglich.

Vorzugsweise wird bei dieser dritten Variante die Messung mit den übrigen während der Messung innerhalb der A/D-Wandler bzw. des Systembusses und der CPU des Geräts laufenden Prozessen synchronisiert, sofern diese Komponenten mitbenutzt werden.

Bei Verwendung eines Endgeräts, bei dem das Display beispielsweise durch Zuklappen oder Verschieben einer Abdeckung im ausgeschalteten Zustand vom Umgebungslicht abgeschirmt ist, ist ein viertes Verfahren möglich. Dabei wird beispielsweise jedes Mal, wenn das Endgerät in den zusammengeklappten bzw. zusammengeschobenen Zustand gebracht wird, vor einem Ausschalten der gesamten Funktionen oder vor einem Zurückschalten in einen Standby-Zustand zunächst eine Abgleichmessung mit abgedecktem Display durchgeführt. Der dabei ermittelte Beleuchtungsstärkenwert oder der daraus berechnete Skalierungsfaktor wird dann im Gerät gespeichert.

Weiterhin sind auch verschiedenste Kombinationen der einzelnen oben genannten Methoden zur Durchführung der Abgleichmessungen möglich.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltungsbeispiel für eine mittels eines Phototransistors aufgebaute Lichtmesseinrichtung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 zwei Beispiele für eine mögliche Steuerung der Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von der Umgebungslichtstärke.
Fig. 1 zeigt ein typisches Schaltungsbeispiel für den Aufbau einer Lichtmesseinrichtung mit einem Phototransistor FT als Sensor. Der Phototransistor FT arbeitet in dieser Anordnung zusammen mit dem Widerstand R_L als Spannungsteiler. Bei steigender Lichtstärke auf der Sensorfläche des Phototransistors FT steigt der Emitter-Kollektor-Strom und somit die Spannung V_out am Ausgang der Anordnung. Diese Ausgangsspannung V_out ist ein Maß für die Lichtstärke, d. h. es handelt sich hierbei um den zu ermittelnden Parameter LS. Parallel zum Widerstand R_L ist ein Kondensator C1 geschaltet, um das Ausgangssignal zu glätten. Kollektorseitig ist der Phototransistor FT mit einem Feldeffekttransistor FET beschaltet. Dieser Feldeffekttransistor FET schaltet eine Versorgungsspannung +V_cc der Anordnung nur während der Messung durch, um einen überflüssigen Stromverbrauch der gesamten Schaltung in den Messpausen zu verhindern. Der Feldeffekttransistor FET wird zur Messung durch Anlegen der Spannung V_mess an den Basis-Eingang freigeschaltet.
Das Ausgangssignal LS (d. h. die am Ausgang anliegende Spannung V_out) wird einem Analog/Digital-Wandler 6 zugeführt. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Der Analog/Digital-Wandler 6 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Teil der CPU 5 des Endgeräts. Bei diesem Beispiel werden die in der CPU 5 vorhandenen A/D-Wandler und sonstigen Komponenten für die Steuereinrichtung mitverwendet, d. h. die Steuereinrichtung als solche ist an sich Teil der CPU 5 und kann beispielsweise im Wesentlichen in Form von Software, d. h. durch geeignete Programmierung der CPU 5 des Geräts realisiert sein.
Im A/D-Wandler 6 wird der Messwert LS in einen digitalen Wert 7 im Spannungsbereich des A/D-Wandlers 6 umgewandelt. Dieser digitale Wert 7 wird an eine Recheneinheit 8 übergeben, in der der digitale Wert verarbeitet wird. Ausgangsprodukt ist ein digitaler Steuerwert 9, welcher über einen Eingang 11 an einen Pulsweitenmodulator 10 übergeben wird.
Durch den digitalen Steuerwert 9 wird unter anderem das Puls- Pausen-Verhältnis des Pulsweitenmodulators 10 bestimmt und so die effektive Beleuchtungsleistung eingestellt. Weitere Parameter, die der Pulsweitenmodulator bei der Einstellung der Beleuchtungsleistung berücksichtigt, sind die Batteriespannung, welche am Eingang 12 anliegt, die vom Benutzer eingestellte gewünschte Helligkeit, die über den Eingang 13 angelegt wird, und der über den Eingang 14 übergebene Zeitpunkt der letzten Tasteneingabe. In Abhängigkeit von all diesen Werten gibt der Pulsweitenmodulator 10 vor, mit welchem Puls- Pausen-Verhältnis die Beleuchtungseinrichtung 1, hier eine Reihe von Leuchtdioden, welche in der Fig. 2 durch einen einzelnen Leuchtdiodenblock 1 dargestellt ist, angesteuert wird.
Die Berücksichtigung der aktuellen Batteriespannung über Eingang 12 ist deswegen notwendig, weil in Abhängigkeit von der Batteriespannung auch die Helligkeit der Leuchtdioden 1 unterschiedlich ist. Die Ansteuerung der Leuchtdioden 1 erfolgt über einen weiteren Feldeffekttransistor 4, welcher hier als ein einfacher Block dargestellt ist, oder ein ähnliches Schalter-Bauelement. Dieser Feldeffekttransistor 4 ist natürlich auch an eine Spannungsversorgung angeschlossen.
Alternativ zu dem im Blockschaltbild dargestellten Aufbau ist es auch möglich, dass die Batteriespannung, die vom Benutzer eingestellte Helligkeit und der Zeitpunkt der letzten Tasteneingabe direkt in der Recheneinheit 8 bereits berücksichtigt werden und entsprechend ein veränderter, digitaler Steuerwert an den Pulsweitenmodulator 10 übermittelt wird.
Der mechanische Aufbau der Beleuchtungseinrichtung und der Lichtmesseinrichtung ist wie folgt: Hinter dem Display (Backlight-Beleuchtung) oder zwischen dem eigentlichen Display und der Displayabdeckung (Frontlight-Beleuchtung) befindet sich im Gerät, bzw. in einem Displaymodul des Geräts, ein flächiger Lichtleiter. An den Stirnseiten des Lichtleiters sind in üblicher Weise die Leuchtdioden 1 zur Beleuchtung des Displays angeordnet. An einer beliebigen Stelle an den Stirnseiten des Lichtleiters ist der Phototransistor 2 positioniert. Die genaue Anordnung ist im Einzelfall vom Aufbaukonzept des Geräts bzw. Displaymoduls und den Platzverhältnissen im Gerät abhängig. Dabei ist sicherzustellen, dass ein Teil des auf das Display einfallenden Lichts mit möglichst geringer Dämpfung auf den Phototransistor 2 ausgekoppelt wird.
Aus Fig. 2 ist leicht ersichtlich, dass der digitale Messwert 7 nach der Analog-Digital-Wandlung von vielen Toleranzen beeinflusst wird. Hierzu zählen die mechanische Toleranz des Lichtleiters, die mechanischen Toleranzen bei der Anordnung des Lichtleiters zum Photosensor und zu den Leuchtdioden, die Toleranzen im Transmissionsgrad des Displays, die elektrischen Toleranzen des Sensors sowie die elektrischen Toleranzen der Beleuchtungseinrichtung wie Leuchtdioden, Vorwiderstände, Versorgungsspannung etc.
Ein Großteil dieser Toleranzen hat keinen signifikanten Einfluss auf die Qualität der Displaybeleuchtung und kann daher akzeptiert werden. Dazu zählen vor allem die mechanischen Toleranzen des Lichtleiters und der Transmissionsgrad des Displays. Durch geeignete Auswahl von Leuchtdioden, welche beispielsweise keinen größeren Schwankungsbereich der Helligkeit über den Faktor 2 aufweisen sollten, kann die Toleranz der Beleuchtungseinrichtung ebenfalls innerhalb eines Rahmens gehalten werden, in dem ein Betrachter diese Toleranzen nicht als wesentliche Helligkeitsunterschiede wahrnimmt.
Erheblich ist jedoch die relativ große Toleranz der Empfindlichkeit der Phototransistoren aufgrund der elektrischen Eigenschaften dieser Bauelemente. Diese Toleranz wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeglichen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Messablauf dabei aus folgenden Schritten:
Zunächst wird die Helligkeit am Phototransistor 2 bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung ermittelt. Hierbei wird genau eine definierte Beleuchtungsleistung eingestellt. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Beleuchtungsansteuerung um eine Pulsweitenmodulation, d. h. es reicht aus, wenn eine kurze Messung während eines Pulses erfolgt. Diese entspricht einer Leistung von 100%. Anschließend wird die Helligkeit am Phototransistor 2 mit ausgeschalteter Beleuchtung ermittelt, beispielsweise in einer Pulspause. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, misst der Phototransistor 2 bei der ersten Messung die Summe aus dem auf den Phototransistor 2 auftreffenden Umgebungslicht UL und dem von den Leuchtdioden 1 abgestrahlten Beleuchtungslicht BL. Im zweiten Fall wird lediglich das Umgebungslicht UL gemessen.
Die Messwerte LS werden jeweils über den A/D-Wandler 6 in einen digitalen Messwert 7 umgewandelt und an die Recheneinheit 8 übermittelt. Diese speichert die Werte kurzzeitig ab und ermittelt die Differenz der beiden Messwerte. Diese Differenz der Messwerte entspricht genau der Helligkeit des Maximalwertes der Hintergrundbeleuchtung BL. Voraussetzung ist, dass sich zwischen beiden Messungen die Umgebungshelligkeit nicht verändert hat, was aber bei dem kurzen zeitlichen Abstand zwischen den beiden Messungen in der Regel gegeben ist.
Die Recheneinheit 8 ermittelt außerdem den Quotienten des ermittelten Differenzwertes mit einem Referenzwert, welcher in einem Speicher 3 hinterlegt ist. Bei diesem Referenzwert handelt es sich um eine Referenzhelligkeit eines typischen Displaymoduls, welche in der Entwicklungsphase des Geräts bzw. des Displaymoduls ermittelt wurde. Dieser Quotient ist ein Skalierungsfaktor, der dann als Multiplikator für alle folgenden Helligkeitsmessungen verwendet werden kann. Er wird ebenfalls in dem Speicher 3 hinterlegt.
Der Speicher 3 kann ein spezieller für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung vorgesehener Speicher 3 sein. Vorzugsweise handelt es sich aber einfach um einen entsprechend definierten Speicherbereich in einem ohnehin im Gerät zur Verfügung stehenden Speicher.
Durch Multiplikation mit dem Skalierungsfaktor wird dann jeder Messwert der Umgebungslichtstärke, welcher vom Phototransistor 2 kommt und zur Einstellung der Beleuchtungsleistung herangezogen werden soll, normiert.
Im Speicher 3 ist außerdem eine Helligkeitswertetabelle hinterlegt, anhand der aufgrund des normierten Messwerts für die Umgebungslichtstärke eine gewünschte Beleuchtungsleistung herausgesucht wird. Dieses ist der digitale Steuerwert 9, der dann an den Pulsweitenmodulator 10 weitergeleitet wird.
Der mögliche Inhalt einer solchen Tabelle ist als Funktion in Fig. 3 dargestellt. Als Beispiel werden in Fig. 3 zwei verschiedene Kurven A, B gezeigt, bei denen jeweils davon ausgegangen wird, dass mit zunehmendem Umgebungslicht die Leistung der Beleuchtungseinrichtung reduziert werden kann und oberhalb einer Einschaltschwelle E, hier beispielsweise 300 lx, das Display und die Tastatur einwandfrei ohne zusätzliche Beleuchtung abgelesen werden können. Bei der Steuerung nach Funktion B ist außerdem vorgesehen, dass z. B. bei sehr geringer Umgebungsbeleuchtung die Hintergrundbeleuchtung wieder etwas abgeschwächt wird, um eine Blendung des Betrachters, dessen Augen sich auf die dunkle Umgebung adaptiert haben, zu verhindern.
Im vorliegenden Beispiel enthält die Helligkeitswertetabelle Puls-Pausen-Verhältnisse, um die Helligkeitssteuerung der Displaybeleuchtung durch die Pulsweitenmodulation durchzuführen. Ebenso können auch andere, zur Helligkeit der Beleuchtung proportionale Werte verwendet werden. So kann beispielsweise bei einer Einstellung der Beleuchtungsstärke über die Spannung dementsprechend ein geeigneter Spannungswert ausgegeben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Steuerung ist also nicht auf die Verwendung einer Pulsweitenmodulation beschränkt.
Mit der Erfindung wird eine einfache Helligkeitssteuerung realisiert, die mit einer geringen Anzahl von Bauelementen auskommt und daher nur niedrige Kosten verursacht. Die Regelung wird ohne eine große Beeinflussung des Fertigungsablaufs abgeglichen.
Die erfindungsgemäßen Abgleichmessungen können - wie bereits oben beschrieben - einmalig in der Fertigung, jedes Mal beim Ein- oder Ausschalten des Geräts und/oder jederzeit während der Messung durchgeführt werden.
Bei geeignetem Aufbau bzw. bei Auswahl eines geeigneten photosensitiven Bauteils, welches eine spektrale Empfindlichkeit aufweist, die dem menschlichen Auge angepasst ist, oder bei Verwendung eines breitbandigen Sensors mit einem geeigneten Tageslichtfilter kann eine solche Einrichtung bei den verschiedensten externen Lichtquellen wie Sonnenlicht, Halogenlicht, Neonlicht, Gasentladungslampen mit den unterschiedlichen Spektren und Modulationen, z. B. 50 Hz Netzfrequenz, betrieben werden. Bezugszeichenliste 1 Beleuchtungseinrichtung
2 Lichtmesseinrichtung
3 Speicher
4 Feldeffekttransistor
5 CPU
6 Analog/Digital-Wandler
7 digitaler Messwert
8 Recheneinheit
9 digitaler Steuerwert
10 Pulsweitenmodulator
11 Eingang
12 Eingang
13 Eingang
14 Eingang
UL Umgebungslicht
BL Beleuchtungslicht
FT Phototransistor
LS Ausgangssignal
C1 Kondensator
R_L Widerstand
FET Feldeffekttransistor
V_out Ausgangsspannung
V_mess Spannung am Basiseingang
+V_cc Versorgungsspannung
E Einschaltschwelle
A Beleuchtungsfunktion
B Beleuchtungsfunktion

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungseinrichtung (1) eines Endgeräts in Abhängigkeit von einer Umgebungslichtstärke, bei dem mittels einer Lichtmesseinrichtung (2) eine Umgebungslichtstärke ermittelt und auf Basis dieser Umgebungslichtstärke eine Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung (1) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass als Abgleichmessung mittels der Lichtmesseinrichtung (2) eine von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Beleuchtungsstärke ermittelt wird
und der dabei ermittelte Beleuchtungsstärkenwert für einen Abgleich bei der Steuerung der Beleuchtungseinrichtung (1) mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abgleichmessung mittels der Lichtmesseinrichtung (2) ein erster Messwert bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung (1) und ein zweiter Messwert bei ausgeschalteter Beleuchtungseinrichtung (1) gemessen wird und zum Erhalt des Beleuchtungsstärkenwerts ein Differenzwert aus den beiden Messwerten ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsstärkenwert bei einer Einstellung der Beleuchtungseinrichtung (1) auf eine bestimmte momentane Beleuchtungsleistung ermittelt wird und zur Ermittlung eines Skalierungsfaktors für den Abgleich der Quotient aus dem Referenzwert und dem Beleuchtungsstärkenwert gebildet wird, wobei der Referenzwert ebenfalls bei der bestimmten Beleuchtungsleistung ermittelt wurde.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtung (1) gemessener Umgebungslichtstärken-Messwert zur Normierung mit dem ermittelten Skalierungsfaktor multipliziert wird und eine Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung (1) in Abhängigkeit von diesem normierten Messwert eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert und/oder der Skalierungsfaktor in einem Speicher (3) des Geräts hinterlegt sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Umgebungslichtstärken-Messwerte unterschiedliche Skalierungsfaktoren ermittelt werden, welche mit Hilfe von Abgleichmessungen und entsprechenden Messungen von Referenzwerten bei unterschiedlichen Beleuchtungsleistungen der Beleuchtungseinrichtung erzeugt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungslichtstärke bei der Abgleichmessung während der aufeinanderfolgenden Ermittlung der beiden Messwerte im Wesentlichen konstant gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messwerte bei der Abgleichmessung in kurzem zeitlichem Abstand zueinander ermittelt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgleichmessung in einem Zustand des Geräts durchgeführt wird, in dem die Lichtmesseinrichtung gegenüber dem Umgebungslicht abgeschirmt ist, so dass es nur das von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Licht misst.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgleichmessung bei einer Ersteinstellung des Geräts unter definierten Umgebungslichtbedingungen durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgleichmessung innerhalb einer Initialisierungsroutine bei einem Einschalten des Geräts durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgleichmessung bei jeder Messung der Umgebungslichtstärke des Geräts durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Beleuchtungseinrichtung (1) in Abhängigkeit von der Umgebungslichtstärke gemäß einer vorgegebenen Beleuchtungsfunktion (A, B) erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsfunktion (A, B) in Form einer Helligkeitswertetabelle in einer Speichereinheit (3) des Geräts hinterlegt ist.

15. Steuereinrichtung für eine Beleuchtungseinrichtung (1) eines Endgeräts, welche die Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung (1) in Abhängigkeit von einer mittels einer Lichtmesseinrichtung (2) gemessenen Umgebungslichtstärke steuert, gekennzeichnet durch
Mittel (6, 7, 8, 16), um mittels der Lichtmesseinrichtung (2) eine von der Beleuchtungseinrichtung (1) erzeugte Beleuchtungsstärke zu ermitteln,
und Mittel (8) zur Durchführung eines Abgleichs auf Basis eines mittels der Lichtmesseinrichtung (2) ermittelten Beleuchtungsstärkenwerts durch Vergleich mit einem vorgegebenen Referenzwert.

16. Steuereinrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet
durch Mittel, um mittels der Lichtmesseinrichtung (2) einen ersten Messwert bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung (1) und einen zweiten Messwert bei ausgeschalteter Beleuchtungseinrichtung (1) zu ermitteln, und
Mittel (8) zur Bildung eines Differenzwerts aus den beiden Messwerten als Beleuchtungsstärkenwert.

17. Steuereinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch
einen Speicher (3) mit einem darin hinterlegten Referenzwert, welcher bei einer Einstellung der Beleuchtungseinrichtung (1) auf eine bestimmte Beleuchtungsleistung ermittelt wurde,
Mittel, um bei der Abgleichmessung den Beleuchtungsstärkenwert bei dieser bestimmten Beleuchtungsleistung zu ermitteln, und Mittel, um als Skalierungsfaktor für den Abgleich einen Quotienten aus dem Referenzwert und dem Beleuchtungsstärkenwert zu bilden.

18. Steuereinrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet
durch Mittel(8), um einen gemessenen Umgebungslichtstärken- Messwert zur Normierung mit dem ermittelten Skalierungsfaktor zu multiplizieren
und Mittel (4, 10, 11) zur Einstellung der Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung (1) in Abhängigkeit von diesem normierten Messwert.

19. Steuereinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch
Mittel zum Durchführen von Abgleichmessungen bei unterschiedlichen Beleuchtungsleistungen der Beleuchtungseinrichtung, einen Speicher mit mehreren darin hinterlegten Referenzwerten für die entsprechenden Beleuchtungsleistungen
und Mittel zum Erzeugen von unterschiedlichen Skalierungsfaktoren für unterschiedliche Umgebungslichtstärken-Messwerte aus den bei den Abgleichmessungen ermittelten Beleuchtungsstärkenwerten und den zugehörigen Referenzwerten.

20. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, gekennzeichnet durch einen Speicher (3) mit einer Helligkeitswertetabelle, in welcher verschiedenen Umgebungslichtstärken-Messwerten eine gewünschte einzustellende Beleuchtungsleistung der Beleuchtungseinrichtung (1) zugeordnet ist.

21. Endgerät mit einer Beleuchtungseinrichtung und einer Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20.