KR101159979B1 - 적외선 차단용 컬러 센서 및 클리어 센서를 구비한 광 감지 장치 - Google Patents

적외선 차단용 컬러 센서 및 클리어 센서를 구비한 광 감지 장치 Download PDF

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Abstract

광 감지 장치가 광 경로에서 가시광을 차단(block)하는 제1 필터를 갖는다. 광 감지 장치는 제1 필터 이후의 광 경로에서 광을 검출하는 제1 컬러 센서 및 클리어(clear) 센서를 또한 갖는다. 광 세기 계산기는 (a) 제1 컬러 센서의 출력 신호 및 (b) 클리어 센서의 출력 신호 간의 차이에 기초하여 광 경로에서의 가시광 세기의 측도(measure)를 계산한다. 다른 실시예들도 설명되고 청구되었다.

Description

적외선 차단용 컬러 센서 및 클리어 센서를 구비한 광 감지 장치{LIGHT SENSING DEVICE HAVING A COLOR SENSOR AND A CLEAR SENSOR FOR INFRARED REJECTION}
본 발명의 일 실시예는, 통합된 주변 광 센서(ambient light sensor : ALS)를 구비한 휴대용 전자 장치들에 관한 것이다. 또한, 다른 실시예들도 기술된다.
휴대용 전자 장치들, 가령, 다중-기능 스마트 폰들(multi-function smart phones), 디지털 미디어 플레이어들, 및 전용 디지털 카메라들 및 내비게이션 장치들은, 다양한 광 환경(lighting environments) 하에서 사용될 수 있는 디스플레이 스크린들을 갖는다. 그러한 장치들은 장치 외부의 바로 근접한 환경(immediate environment)에서의 가시광의 현재 레벨의 표시를 (실시간으로) 제공할 수 있는 기능을 그 내부에 통합하고 있다. 이는 주변 광 센서 기능(또는 ALS)이라 지칭된다. ALS는, 더 읽기 쉽도록 하기 위해 또는 (현재의 주변 광 레벨에 따라) 배터리 에너지를 보전하기 위해 , 디스플레이 스크린의 밝기를 자동으로 관리한다.
최근에는, 빌트-인(built-in)된 고체 상태 광 센서를, 연관 아날로그 및 디지털 회로와 함께 구비한, 향상된 소비자 등급의 ALS 집적 회로(integrated circuit : IC) 장치들이 개발되었는데, 여기서 연관 아날로그 및 디지털 회로는 IC 장치 상에 입사되는 주변 가시광에 대한 매우 정확한 측정을 실시간으로 제공한다. 이 IC 장치들은 대부분 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 제조 프로세스 기술에 따라 제조된다.
많은 전형적인 CMOS 광 센서 구조들(가령, CMOS 포토다이오드들)의 응답(response)은, 가시(visible) 콘텐츠보다는 오히려 IR(infrared) 콘텐츠에 의해 지배된다. 이는 몇몇 인공적 광 환경에서 문제를 일으킨다. 예를 들어, CMOS-기반 ALS 장치는, 형광등보다는 백열등에 의해 비추어졌을 때, 그 주변 환경이 "더 밝다"고 나타낼 것이다. 이는 백열등 광이, 여컨대, 형광등 광에 비해 매우 높은 IR 콘텐츠를 가지며, 또한 센서가 IR이 지배하는 광 조건과 가시(visible)가 지배하는 광 조건 사이를 구분할 수 없기 때문이다. 이 문제의 완화를 돕기 위해, IR 차단 필터(IR 컷 필터(IR cut filter))가 센서 전면에 위치되어, IR 콘텐츠에 대한 센서 출력의 감도를 줄일 수 있다.
물론 실제로, IR 컷 필터는, 필터를 통과해서 센서에 의해 검출될 IR 콘텐츠의 상당량이 여전히 존재한다는 점에서 이상적이지 못하다. 비교적 적을지라도, 그러한 IR 누설은 이하의 상황에 있는 ALS에게는 여전히 너무 많을 것이다. 휴대용 전자 장치의 광 투명 커버(light transparent cover)가, 그 내부에 어떠한 물리적 개구도 없이, 비교적 스무드(smooth)하거나 균일한 전면(front surface)을 가져야 하는 경우를 고려해 보자. ALS 칩은 커버 아래에 배치되어, 장치 외부의 주변 광 레벨을 감지할 것이다. 몇몇 경우에는, (가령, 미학적 이유로) 전면이 외부로부터 볼 때 어둡게 나타나게 하는 것도 바람직하다. 이를 달성하기 위해, IR 투과 잉크(IR transmission ink)의 층이 커버의 배면(backside)에 도포될 수 있는데, 이는 커버의 전면에게 균일한 어두운 컬러(가령, 흑색)를 제공한다.
그러나, IR 잉크 층은 매우 적은 가시 콘텐츠만이 통과하게 하여, 그 아래의 센서에게 도달하게 한다(가령, 약 5% 투과 이하의 양). 이는 (IR 컷 필터를 이용하여 달성되는 IR 콘텐츠의 감소에도 불구하고) 센서의 출력 신호에서 가시와 IR을 구별하는 능력을 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예는, 휴대용 전자 장치 내에서 ALS(ambient light sensor)의 기능을 수행할 수 있는 광 감지 장치이다. 이 장치의 구성요소들은 광 경로 내의 가시광을 차단하는 제1 필터, 및 제1 필터 이후에서 광 경로 내의 광을 검출하는 센서들의 세트를 포함한다. 이들은, 적어도 제1 컬러 센서 및 클리어 센서를 포함한다. 이 장치는 또한, 광 경로 내의 가시광의 세기의 측정치를 계산하는 광 세기 계산기(light intensity calculator)를 포함한다. 이 계산은, 제1 컬러 센서의 출력 신호와 클리어 센서의 출력 신호 간의 차에 근거한다. 즉, 주변 광 레벨의 측정치는 적어도 하나의 컬러 채널 및 클리어 채널의 차에 근거하여 계산된다. 이러한 방식에서는, (컬러 센서 및 클리어 센서의 출력 신호들 간의 차를 취할 때) 광 경로 내의 IR 콘텐츠가 소거되어 유리하다.
다른 실시예에서, (주변 광 레벨을 나타내는) 광 세기의 계산은, 하나의 컬러 채널 및 클리어 채널 사이의 차를 이용할 뿐만 아니라, 추가적인 차이의 양, 즉 다른 컬러 채널과 클리어 채널 사이의 차도 이용한다. 그러한 기술은, 제1 센서 및 제2 컬러 센서가 각각 적색 센서 및 청색 센서일 경우에 유용할 수 있는데, 이들은 예를 들면 통상의 RGB 광 센서들의 일부로서 쉽게 입수가능하다. 이 시나리오에서, 세기 계산기는, 시안(cyan) 및 옐로우(yellow) 값들을 각각 나타내는 적어도 2개의 클리어-컬러 차를 녹색(green) 값으로 변환한다. 그런 다음, 후자는 광 세기의 직접적인 측정치인 럭스(lux) 값을 계산하는데 사용될 수 있다.
상기 내용은 본 발명의 모든 양태의 포괄적 목록을 포함하는 것은 아니다. 본 발명은, 후속하는 발명의 상세한 설명에 개시된 시스템들 및 방법들과 본 출원과 함께 제출된 특허청구범위에서 특별히 지적된 시스템들 및 방법들뿐만 아니라, 모든 적절한 조합으로부터 실시될 수 있는 모든 시스템 및 방법을 포함한다. 그러한 조합들은 위에서 특별히 언급되지 않은 특별한 이점들 가진다.
본 발명의 실시예는, 동일 참조번호가 유사 구성요소들을 나타내는 첨부 도면들의 도면들 내에 예로서 도시되어 있는 것이지, 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서 내에서 발명의 "일" 또는 "하나의" 실시예에 대한 참조들은 반드시 "일" 또는 "하나의" 실시예에 국한되는 것이 아니며, 그들은 적어도 하나를 의미한다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 주변 광 센서의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 주변 광 센서의 블록도이다.
도 3은 휴대용 전자 장치 내의 전면 커버의 ALS부를 구현한 예를 나타낸다.
도 4는 휴대용 전자 장치 내의 계산 기능 블록들의 세트의 예시적 블록도이다.
지금부터, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예를 설명한다. 본 실시예들에서 기술되는 부분들의 형상들, 상대적 위치들 및 다른 양태들이 명확히 정의되지 않을 경우, 본 발명의 범위는 도시된 부분들에만 한정되는 것은 아니며, 이는 단지 설명을 위한 것임을 의미한다. 또한, 다수의 세부사항들이 기술되어 있지만, 본 발명의 몇몇 실시예는 이 세부사항들 없이도 실시될 수 있음이 이해되어야 한다. 다른 예들에서, 공지의 회로들, 구조들 및 기술들은, 본 설명의 이해를 모호하게 하지 않도록 하기 위해 상세하게 도시되지는 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 주변 광 센서(ambient light sensor : ALS)가 도시되어 있다. 내부의 가시 콘텐츠의 레벨을 결정하도록 감지될 입사 광은, 광 경로를 통해, 이하의 광 센서들(106, 108, 110)의 세트에 이르기 전에 가시 콘텐츠를 차단하는 제1 필터(104)로 향한다. 제1 필터(104)는, 그 아래 위치하는 센서 전자장치를 본질적으로 보이지 않게 은폐하지만, 이와 달리 필터(104) 위에서는 육안으로 볼 수 있도록 되어 있다. 이는, 가령, 필터(104) 위에서 균일하거나 또는 스무드(smooth)하고 어둡게 보여질 필요가 있을 때 심미적 기능을 제공할 수 있다. 이는, 가시광을 또한 차단할 수 있는 IR 투과 잉크의 층이 그 위에 존재하는 기판의 일부로서 필터(104)를 구성함으로써 달성될 수 있다.
물론, 필터(104)는 가시광을 차단하지만, 실제로는, 모든 가시광을 "완전히" 차단하는 것은 아니다. 예를 들어, 일 실시예에서, 필터(104)는 가시 스펙트럼의 약 2%-5%의 투과율과, IR 스펙트럼의 90% 이상의 투과율을 갖는다. 만약 가시 콘텐츠에 대한 투과율이 그보다 훨씬 더 높았다면, 필터(104)는 위의 경우에 비해서 충분히 어두운 외형을 제공하지 못하여 이하의 센서 전자장치가 매우 가시적이 되게 하였을 것이다. 한편, 가시 콘텐츠에 대한 투과율이 너무(가령, 2% 이하로 상당히) 낮았다면, 불충분한 양의 가시광이 광 센서들(106-110)에 도달했을 것이다. 필터(104)의 투과율은, (입사 광에서 또한 존재하는) IR 콘텐츠에 대한 그들의 감도와 관련하여, 가시 콘텐츠에 대한 광 센서들(106-110)의 감도에 기초하여 선택되어야 한다.
컬러 광 센서(106, 108)의 출력은, 무엇보다도 특별한 가시 컬러 광의 감지된 세기를 나타내는 신호를 제공한다. 다른 식으로 보면, 컬러 광 센서는 특별한 가시 컬러를 검출하도록 튜닝되는(tuned) 광 감지 수단이다. 대조적으로, 클리어 센서(110)는 몇몇 가시 컬러 광의 감지된 세기를 나타내는 신호를 출력한다. 특히, 클리어 센서는 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐서 광의 감지된 세기를 제공하는 신호를 출력할 수 있다.
광 센서(106-110)는 고체 상태의 CMOS 센서이거나 가시광에 충분한 민감성을 갖는 다른 적절한 센서일 수 있다. 이들은 CMOS 제작 프로세스 또는 다른 적절한 반도체나 집적 회로 제작 프로세스에 의해 제작된 광다이오드 및 광트랜지스터를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예는 하나의 추가 컬러 센서(108)를 구비하고 있지만, 적어도 하나의 컬러 센서(106) 및 적어도 하나의 클리어 센서(110)가 존재한다. 하나의 구현에서, 컬러 센서(106, 108) 각각은 각각의 광검출기 소자를 커버하는 상이한 컬러 필터 소자를 구비한다. 다시 말해, 컬러 센서(106, 108) 각각은 상이한 컬러의 가시광을 감지하도록 조정된다. 컬러 센서(106, 108)와는 달리, 클리어 센서(110)는, 단일 컬러에 대한 것과는 대조적으로, 광범위한 범위의 상이한 가시 컬러들의 광의 감지된 세기를 나타내는 신호를 출력한다.
또한, 컬러 센서(106, 108)의 광검출기 소자는 클리어 센서(110)의 광검출기 소자와 전기적으로 매칭된다. 다시 말해, 컬러 센서(106)가 적색 센서라면, 입사광이 적색 콘텐츠만 포함하는 경우, 컬러 센서(106)의 출력 신호는 클리어 센서(110)로부터의 출력 신호에 매우 가까울 것이다. 유사하게, 컬러 센서(108)가 청색 센서이고 입사광이 청색 콘텐츠만을 포함한다면, 컬러 센서(108) 및 클리어 센서(110)로부터의 출력 신호들은 매우 가까울 것이다. 또한, 센서(106-110) 각각의 IR 응답 역시 전기적으로 매칭되어야 한다(이는 아래 수학식에서 IR 콘텐츠의 보다 정확한 소거를 가능하게 할 것이다). 광검출기 소자들의 전기적 매칭은, 가능한 서로 가깝게 광검출 소자들을 위치시키는 것, 동일한 제조 프로세스 동작들을 사용하여 동일한 기판에 그들을 제조하는 것, 및 동일한 물리적 치수 및 회로 토폴로지를 갖도록 그들을 설계하는 것과 같은 상이한 제작 기술들을 사용하여 달성될 수 있다.
도 1에서 주변 광 센서는 센서들(106-110)이 놓여 있는 광 경로에서 가시광의 세기의 측도(measure)를 계산하는 광 세기 계산기(112)도 포함한다. 도 1에서의 실시예에 대해, 계산은 적어도 2개의 차이, 즉, 클리어 센서의 출력 신호와 제1 컬러 센서(106)의 출력 신호 간의 차, 및 클리어 센서의 출력과 제2 컬러 센서(108)의 출력 간의 차에 기초한다. 이는 다음 관계식과 같은 수식(mathematical form)으로 기술된다.
(수학식 1)
세기 ∝ (클리어 - k1*C1) 및 (클리어 - k2*C2)
k1 및 k2는 상기 수학식의 괄호 안에 있는 각 항이 광 경로에서 IR 콘텐츠의 영향을 충분히 양호하게 소거하는 결과를 낳도록 교정 절차(calibration procedure) 동안 선택되어야 하는 비례 상수(proportionality constants) 또는 불일치 상수(mismatch constants)이다. 예를 들어, 상수 k1 및 k2는 (필터(104) 후의) 입사광에서 동일한 IR 콘텐츠로의 그들 각각의 응답을 기준으로 컬러 센서(106, 108) 및 클리어 센서(110) 사이의 불일치의 영향을 제거하는 것을 도울 수 있다.
아래 더 설명하는 바와 같이, 광 세기 계산기(112)의 구현은, 예를 들어 센서(106-110)로부터의 아날로그 출력 신호들을 디지털 형태로 각각 변환하는 아날로그 대 디지털 변환기의 형태일 수 있는데, 이는 상술한 수식을 수행하는 하드와이어드 로직 또는 프로그래밍된 프로세서가 뒤따라온다. 이는, ALS가, 도 1에 도시된 소자들이 통합될 수 있는 휴대용 전자 장치 외부의 주변 광 레벨의 세기의 측도를 실시간 산출하는 것을 허용한다. 주변 광 세기의 측도 결과는, 예를 들어, 가독성(legibility) 및 배터리 에너지 절약을 위해 디스플레이 스크린의 휘도를 제어하는 것을 포함하여 휴대용 전자 장치에서 실행하는 다양한 애플리케이션에 의해 사용될 수 있다.
위에서 제안된 바와 같이, 광 세기 계산은 대안적으로 단일 클리어-컬러 차이(single clear-color differential)에 기초할 수 있다. 예를 들어, 단일 마젠타 컬러 센서(106)는, 다음의 차(differences)를 취함으로써, 클리어 센서(110)와 함께 사용될 수 있다.
(수학식 2)
세기 ∝ 클리어 - k*마젠타
여기서, k는 이전과 같이 비례 상수 또는 불일치 상수이다.
이제, 도 2를 참조하면, 본원의 또 다른 실시예의 블록도가 도시된다. 이 실시예에서, ALS는 4개의 광검출기 - 그 중 3개는 클리어 센서(110)와 전기적으로 매칭(match)하는, 적색 센서(106), 녹색 센서(107), 및 청색 센서(108)를 각각 구성함 - 로 이루어지는 RGB 광 센서를 구비한다. 또한, 센서들(106-110)의 앞에 있는 공통 광 필터(광 경로에 있는 모든 센서들(106-110)에 공통임)는 가시광을 차단하는 제1 필터(104)만이 아니라 IR 콘텐츠를 차단하는 제2 필터(105)도 포함한다. 예를 들어, 제2 필터(105)는 가시 콘텐츠를 통과시키지만, 예컨대, 그의 가시 투과율은 95%보다 큰 반면 그의 IR 투과율은 5%보다 적은, IR을 거절 또는 차단하는 IR 컷 필터일 수 있다. IR 콘텐츠를 차단하기 위한 제2 필터(105)의 추가는 가시 콘텐츠에 대한 ALS의 전체 감도를 향상시키는 것을 도울 수 있다. 가시광 세기의 측정은, 이번에는 다음의 수학적 관계에 따라 광 세기 계산기(112)에 의해 다시 계산된다.
(수학식 3)
클리어 - k1*적색 = 시안 녹색' = 시안 + 옐로우
클리어 - k2*청색 = 옐로우 ⇒ 적색' = 마젠타 + 옐로우
클리어 - k3*녹색 = 마젠타 청색' = 마젠타 + 시안
시안, 옐로우 및 마젠타 값들에서, 컬러 센서들의 IR 응답의 영향은 차이들로 인해 소거되었다. R', G', B'의 럭스 값으로의 변환은, 다음 수학식과 같은, 공지된 기술에 따를 수 있다.
(수학식 3b)
Lux = (k4*적색') + (k5*녹색') + (k6*청색')
k4, k5 및 k6은 가시광에 대한 주어진 스펙트럼 형태에 맞추어 가중되거나 스케일링하도록 선택될 수 있는 비례 상수 또는 불일치 상수이다.
또 다른 실시예에서, 가시광 세기의 측정은, (RGB 센서 대신에) 시안 마젠타 및 옐로우 컬러 센서를 사용하여, 컬러 휠 상에서 반대 컬러들로 시작하여 계산될 수 있다. 이 실시예는 상기 수학식 3b를 사용하여 럭스로의 변환에 후속하여, 다음 수학식
(수학식 4)
클리어 - k1*시안 = 적색
클리어 - k2*마젠타 = 녹색
클리어 - k3*옐로우 = 청색
을 사용할 수 있다.
상술한 ALS의 다양한 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 휴대용 전자 장치(200)에 포함 또는 집적될 수 있다. 장치(200)를 이루는 전자적 컴퓨팅 함수 블록(electronic computing function blocks)들은 아래 더 설명된 도 4에서 예시적 형태로 도시된다. 도 3에서 시작하면, 장치(200)는, 예를 들어, 데스크탑 개인용 컴퓨터, 랩탑 노트북 개인용 컴퓨터, 스마트 폰, 셀룰러 폰, 휴대용 내비게이션 장치, 또는 디지털 스틸 카메라 혹은 비디오 카메라와 같은 임의의 휴대용 컴퓨팅 장치일 수 있다. 장치(200)는, 장치(200)가 예를 들어 테이블 위에 놓일 때, 또는 그의 정상적인 사용을 위해 위치될 때 노출되거나 눈에 보이는 전면 페이스를 갖는다. 이는 장치(200)의 백 커버(back cover) 또는 백 페이스와는 달리, 사용자에게 보통은 노출되지 않는다. 도 3에 휴대용 장치가 도시되지만, 도 3에 도시된 바와 같은 전면 커버의 ALS 영역은 데스크탑 개인용 컴퓨터(예컨대, 데스크탑 개인용 컴퓨터의 전면 페이스 상의 디스플레이 패널 다음에서)와 같은 비-휴대용 전자 장치에 구현될 수도 있다는 것을 주목해야 한다.
장치(200)는 사용자-대화식 영역 다음의 ALS 부를 갖는 전면 커버를 그 내에 통합한 외부 하우징(outer housing)을 구비한다. 이 예에서, 전면 커버의 ALS 영역은 장치의 맨 위 근처에 있고, 수신기(이어폰 스피커)에 대한 음향 개구(opening)로서 사용될 수 있는 커버를 통한 물리적 개구를 둘러싼다(encompass). 인쇄 배선판(printed wiring board) 상에 설치되고, 근접 센서는 물론 도 2의 광 센서(106-110)를 포함하는 광 및 근접 센서 칩(310)은, 전면 커버 아래(below) 또는 밑(underneath)에 놓인 것으로 도시된다. 이에 비해, 사용자-대화식 영역 아래, 디스플레이 패널(314)과 겹쳐진 터치 센서 패널(312)이 존재하여, 그 쌍은 가시광 투과 구조층(visible light transmissive structural layer; 302) 밑에서 터치 감지 스크린으로서 작동한다. 예로서, 구조층(302)은 글래스 패널, 또는 (사용자가 디스플레이 패널(314)에 의해 생성된 광범위한 컬러의 가시광을 보도록 허용하기 위한) 또 다른 가시광 전달 물질로 구성되고, 또한 전면 커버에 구조적 지지를 제공하기에 충분히 강한 패널을 포함할 수 있다.
전면 커버의 ALS부는, 하우징 내의 광 경로로 통과하는 장치(200) 외부의 가시광은 차단하지만 적외선 광은 차단하지 않는 제1 필터를 포함한다. 도 3의 예에서, 제1 필터는, 또한 가시광을 차단하는 적외선 광 투과 잉크(IR 잉크(303))의 코팅이 그 위에 존재하는 구조층(302)(예컨대, 유리 기판)의 부분을 포함한다. 요구되지는 않지만, 도 3의 실시예에서, 적외선광은 차단하고 가시광은 차단하지 않는 제2 필터가 존재한다. 이것은 구조층(302)에 대해 IR 잉크(303)를 샌드위칭하는 IR 컷 필터(304)의 형태로 구현될 수 있다. 컬러 및 클리어 센서들(106-110)을 포함하는 광 및 근접 센서 칩(310)은, 필터들 이후의 광 경로에서 광을 검출할 수 있도록, 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 필터들 아래에 위치한다. IR 컷 필터(304)는 그 내부에 노치(notch)를 갖고, 이에 따라 (근접 검출 기능을 수행할 때) 근접 센서에 의해 송신 및 수신되는 IR 콘텐츠를 통과시킨다.
도시되지는 않았지만, 장치(200)는 또한 인쇄 배선판을 통해 광 센서 칩(310)에 연결되는 프로세서를 포함하고, 이 프로세서는 또한 디스플레이 패널(314)(전면 커버의 사용자 대화식 영역내에 위치함)의 휘도 제어에 연결된다. 디스플레이 패널의 휘도는, (a) 광 센서 칩(310)내의 적어도 하나의 컬러 센서의 출력 신호, 및 (b) 클리어 센서의 출력 신호 간의 차이에 기초하여, 장치(200) 외부의 주변 가시광의 세기의 계산된 측도에 기초하여 제어된다. 대안적으로, 광 센서 칩(310)은 도 2에 도시된 바와 같은 모든 4개의 광 센서들(106-110)을 포함할 수 있고, 프로세서는, 주변 광 세기 레벨의 적절한 측도를 도출하기 위해, 광 세기 계산기(112)에 대해 전술한 수학식 3 또는 수학식 4에 기술된 기능들을 수행한다.
이제 도 4로 돌아가면, 휴대용 전자 장치(200)내의 컴퓨팅 기능 블록들의 세트의 예에 대한 블록도가 도시된다. 대부분의 경우, 이들 내부 회로 콤포넌트들은, 장치(200)의 하우징내에 통합된다. 특히, 장치(200)의 이러한 버전은, 마이크로폰(216), 수신기 및 이어폰 스피커(220), 및 라우드스피커 또는 스피커폰(218)을 포함하는 몇몇 빌트인 전자-어쿠스틱 변환기(electro-acoustic transducer)들을 갖는 스마트폰이다. 마이크로폰(216)은 출력 아날로그 또는 디지털 오디오 신호를 제공할 수 있고, 이에 대해 이어폰 및 스피커폰 스피커(220, 218)들은 입력 아날로그 오디오 신호를 수신한다. 집합적으로, 이들은 어쿠스틱 변환기 신호로 명칭될 수 있다. 오디오 코더-디코더(코덱)(214)는, 예컨대, 모든 아날로그 증폭기, 및 아날로그 어쿠스틱 변환기 신호들을 컨디셔닝할 뿐만 아니라 오디오 신호들에 대한 임의의 A/D 및 D/A 변환을 하는데에 필요한 아날로그 신호 컨디셔닝 회로 모두를 제공함으로써, 마이크로폰의 출력 및 스피커의 입력에 대한 인터페이스가 된다. 코덱(214)은 별개의 집적 회로(IC) 패키지가 될 수 있다.
일 실시예에서, 코덱(214)은 2개의 모드에서 동작하고, 낮은 오버헤드 컴포넌트 버스를 통해 애플리케이션 프로세서(150)에 의해 공급되는 제어 신호 또는 프로그래밍을 통해 각각의 모드 중 하나로 구성될 수 있다. "미디어 플레이어 모드"로 명칭되는, 하나의 모드에서, 장치(200)는 디지털 미디어 플레이어(예컨대, 장치(200)내에 저장된 음악 파일을 재생하는 MP3 플레이어)로서 동작한다. 그 모드에서, 코덱(214)은 아날로그 대 디지털 및 디지털 대 아날로그 변환을 어쿠스틱 변환기 신호에 적용하고, 대응하는 디지털 신호를 생성한다. 디지털화된 마이크로폰 신호가 애플리케이션 프로세서에 공급되고, 애플리케이션 프로세서로부터의 디지털 오디오 신호는 아날로그 형태로 변환되고, 재생을 위해 스피커(220, 218) 중 하나에 가해진다.
"호출 모드"로서 명칭되는, 다른 모드에서, 장치(200)는 이동 전화 장치(예컨대, 그 사용자가 셀룰러 전화 호출 동안 다른 원격 사용자와 실시간 음성 대화를 하도록 허용함)로서 동작한다. 그 모드에서, 코덱(214)은 디지털 변환없이 아날로그 통과로서 동작할 수 있고, 이에 따라 어쿠스틱 변환기의 신호는 모두 아날로그가 되고, 베이스밴드 프로세서(52)와 어쿠스틱 변환 기간에서의, 몇몇의 아마도 아날로그 증폭 또는 버퍼링을 통해 단순하게 통과된다.
베이스밴드 프로세서(52)는 안테나(62)를 통해, 신호를 셀룰러 네트워크로부터 수신하고, 신호를 셀룰러 네트워크로 송신하기 위한 인터페이스를 갖는다. 베이스밴드 프로세서는, 안테나(62)로부터 다운링크 신호를 수신하기 위한 입력 포트, 및 안테나(62)로 업링크 신호를 송신하기 위한 출력 포트를 갖는 별개의 IC 패키지가 될 수 있다. 이들 신호들은 예컨대, 26MHz 근방의 밴드가 될 수 있고, 그러나 대안적으로, 이들은 중간(안테나 입력에서 베이스밴드 및 RF 사이)으로 간주되는 다른 주파수 밴드가 될 수 있다. 업링크 신호는, 예컨대, 3G 또는, 예컨대, 850MHz, 900MHz, 18MHz 및 19MHz 밴드와 같은 UMTS(universal mobile telecommunications system)에서의 셀룰러 전화 네트워크 기지국으로 향하는 긴 범위의 무선 통신 신호와 같은 셀룰러 네트워크 RF 신호로 업컨버팅 준비가 될 수 있다. 유사하게, 베이스밴드 프로세서(52)로 입력되는 다운링크 신호는, RF 밴드와 같은 것으로부터 다운 컨버팅되어 예컨대, 26MHz 밴드와 같은 중간 주파수로 다운될 수 있다.
베이스밴드 프로세서(52)로부터의 업링크 신호는 셀룰러 네트워크 RF 회로(54)의 일부인 주파수 업 컨버터에 의해 업 변환될 수 있다. 후자는 별개의 RF 송수신기 IC 패키지의 일부가 될 수 있다. 다운링크 측면에 대해, 셀룰러 네트워크 RF 회로(54)는, 안테나(62)의 방사 밴드로부터의 다운링크 신호를 베이스밴드 프로세서(52)로의 입력에 적합한 더 낮은 주파수로 트랜슬레이팅하는 RF 다운 컨버터를 포함한다. 따라서, 베이스밴드 프로세서(52)의 입력 또는 출력 포트에서의 신호는 베이스밴드보다 위에 있지만, RF 주파수 아래인 중간 주파수 신호가 될 수 있고, 또는 대안적으로, RF 업 변환 및 다운 변환은, 중간 주파수를 거치기보다는, 베이스밴드로부터 및 베이스밴드로 직접 될 수 있다.
베이스밴드 프로세서(52)는 셀룰러 프로토콜 시그널링, 코딩 및 디코딩, 및 외부 RF 송수신기 회로들과의 시그널링을 포함하는 공지된 셀룰러 베이스밴드 프로세싱 작업들을 수행할 수 있다. 외부 RF 회로(54)에서의 RF 프로세싱과 함께, 이들은 장치(200)의 무선 섹션으로서 지칭될 수 있다. 베이스밴드 프로세서(52)는 관계된 불휘발성 메모리(154)에 인코딩되어 저장된 소프트웨어에 따라 프로그래밍이 가능할 수 있다. 셀룰러 네트워크를 액세스하기 위한 허가(permission)는 가입자 식별 모듈(subscriber identify module : SIM) 커넥터(258)와 접속하도록 장치(200)에 설치된 SIM 카드에 따라 장치(200)의 니어-엔드(near-end) 사용자에게 부여될 수 있다.
장치(200)와 셀룰러 네트워크는 마이크로폰(216)으로부터의 원시(raw) 디지털 오디오 신호(업링크 신호)에 적용될 특정 보이스 코딩 기법과 관련하여 일치할 수 있다. 유사하게, 다운링크 신호에 적용되어야 할 특정 보이스 디코드 기법에 대해서도 일치가 필요하다. 임의의 무선 통신 프로토콜들에 적합한 임의의 공지된 보이스 코딩 및 디코딩 기법들이 적용될 수 있다. 베이스밴드 프로세서(52)의 보이스 코딩 및 디코딩 섹션들은 또한 장치(200)의 무선 섹션의 일부인 것으로 고려될 수 있다.
장치(200)는 또한, 예를 들면, GPS(global positioning system) 서비스, 블루투스 링크, 및 무선 LAN으로의 TCP/IP 링크를 구현하기 위한 무선 통신 능력을 가질 수 있다. 이러한 목적을 위해, 블루투스 송수신기(160)가 장치(200)에게 추가의 무선 통신 채널들을 제공하는 WLAN(wireless local area network) 송수신기(164)와 함께 포함된다. 이들 두 채널들은 (예를 들면, 블루투스 프로토콜 및/또는 WLAN 프로토콜에 따라) 단거리(short range) 무선 통신을 위한 또 다른 통합된 안테나(63)를 공유할 수 있다. RF 디플렉서(diplexer : 188)는 안테나(63)에 접속되는 한 쌍의 RF 포트들을 구비한다. 이 포트들 중 하나는, 장치(200)가 자기의 사용자에게 자신의 위치를 알려주도록 하는 GPS 데이터를 얻기 위해 GPS 수신기 IC(156)가 사용하는 GPS 서비스들용으로 사용된다. 디플렉서(188)의 다른 RF 포트는 블루투스와 WLAN RF 신호들을 결합하는 RF 프론트-엔드(172)에 접속된다.
셀룰러 네트워크, GPS, 블루투스, 및 WLAN 서비스들은 개별 컴포넌트 버스들을 통해 베이스밴드 프로세서(52), 블루투스 송수신기(160), 및 무선 송수신기(164)와 통신하도록 애플리케이션 프로세서(150)를 프로그래밍함으로써 관리될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 베이스밴드 프로세서(52)를 블루투스 송수신기(16) 및 WLAN 송수신기(164)에 연결하여 WLAN 송수신기(164)로 하여금, 예를 들면, (WLAN 송수신기(164)를 사용하여) 무선 보이스 오버 IP 콜(a wireless voice over IP call)을 실행하도록, 베이스밴드 프로세서(52)에서 이용가능한 오디오 프로세싱 엔진를 이용할 수 있게 하고, 니어 엔드 유저로 하여금 (블루투스 송수신기(160)를 이용하여) 무선 헤드셋을 통해 호출을 실행하도록 하는 개별 컴포넌트 버스들이 있을 수 있다.
모바일 장치(200)의 소위 전력을 많이 소모하는 컴포넌트들(power hungry components)은 베이스밴드 프로세서(52), 애플리케이션 프로세서(150), 터치 스크린(252) 및 RF 회로(54)의 일부인 송신 RF 전력 증폭기들을 포함할 수 있다. 이들은 전력 관리 유닛(248)에 의해 모니터링되도록 연결되어 있다. 전력 관리 유닛(248)은 장치(200)의 각각의 컴포넌트들에 의한 전력 소모를 모니터링할 수 있고, 배터리 에너지를 유지하고 배터리 온도를 제어하는데 필요한 대로 하나 또는 그 이상의 컴포넌트들에게 전력 관리 커맨드들을 시그널링할 수 있다.
모바일 장치(200)의 다른 하위 레벨 하드웨어 및 기능은 온/오프 또는 리셋 버튼(250), 입력 호출의 울림 신호(ringing signal)를 나타내는데 사용되는 진동자(274), 오디오 링어(ringer), 물리적 메뉴 버튼, 및 볼륨 업/다운 버튼(도시된 바와 같이 프로세서(150)의 출력 핀들에 접속될 수 있는 회로 소자들(272)로서 집합적으로 지칭됨)을 포함한다. 모바일 장치(200)는 또한 프로세서(150)의 USB 포트와 통신하는 도크(dock) 커넥터(230)를 구비하는데, 이 커넥터는 장치(200)로 하여금, 예를 들면, 사용자의 임의의 파일들을 동일 사용자의 데스크톱 또는 노트북 개인용 컴퓨터에 저장된 그에 대응하는 파일들과 동기시킬 수 있도록 한다. 도크 커넥터(230)는 또한 전력 어댑터 또는 (배터리 커넥터(108)를 경유하여) 배터리를 충전하기 위한 다른 전기 소스와 접속하는데 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 모바일 장치(200)는 프로세서(250)에 접속되어 모바일 장치로 하여금 디지털 스틸(still) 또는 비디오 카메라로서 사용되도록 할 수 있는 디지털 카메라 회로 및 옵틱스(optics; 264)를 구비할 수 있다.
전술한 바와 같이, 장치(200)는 터치 센서 패널(312)과 디스플레이 패널(314)의 조합의 위에 오버레이하는(overlay) 사용자 대화 영역을 갖는 전면 커버를 구비할 수 있고, 터치 센서 패널과 디스플레이 패널의 쌍이 결합되어, 터치 스크린(252)을 형성한다. 부가하여, 도 3을 다시 참조하면, 전면 커버는 광 센서 칩(310) 및 관련 광 세기 계산기(112)(도 1 또는 도 2 참조)와 함께 장치(200)에서 ALS 기능을 수행할 수 있는 ALS 부분을 구비한다. 장치(200)는, 예를 들면, 이어폰 스피커용 음향 개구인 물리적 개구에 인접하거나 그 개구를 둘러싸는 전면 커버의 영역에 위치되는 IR 송신기 및 수신기(도시 생략)를 포함하는 분리된 근접 센서 칩(254)을 포함한다. 근접 센서(254)는 IR 에너지를 전면 커버를 통해 외부로 송신하고 산란되거나 반사된 IR 에너지를 전면 커버를 통해 다시 수신하고, 이 센서는, 예를 들면, 장치(200)의 전면 커버의 상부가 (예를 들면, 전화 호출 동안 발생하는 바와 같이) 사용자의 귀에 매우 밀접하게 위치되는 것을 표시한다. ASL 광 센서 칩(310) 및 근접 센서 칩(254)의 디지털 입력 및 출력 신호들은 아래에 설명되는 바와 같이 장치(200)에서 실행될 수 있는 다양한 애플리케이션들에 의해 사용되는 ALS 및 근접 센서 기능들을 제공하기 위해 필요한 대로 애플리케이션 프로세서(150)에 의해 사용된다.
모바일 장치(200)의 하위 레벨 컴포넌트들을 설명하였지만, 장치의 상위 레벨 소프트웨어 기능이 순서대로 간략히 설명된다. 상기에 제안한 바와 같이, 장치(200)는 메모리(262)에 저장된 부팅 코드 및 오퍼레이팅 시스템(OS)을 실행하는 애플리케이션 프로세서(150)를 구비할 수 있다. 프로세서(150)에 의해 실행될 때, 상위 레벨에서 다음 예의 기능들을 관리하는 몇몇 애플리케이션 프로그램들 또는 모듈들이 오퍼레이팅 시스템(OS) 상에서 돌아간다: 호출을 위치시키거나 수신하는 기능(폰 모듈); 이메일 메시지들을 검색하고 디스플레이하는 기능(메일 모듈); 웹을 브라우징하는 기능(브라우저 모듈); 및 디지털 미디어 재생 기능(iPod™ 플레이어 모듈). 프로세서(150)에 의해, 클록 기능, SMS 또는 텍스트 메시징 서비스 애플리케이션, 날씨 위젯, 캘린더 애플리케이션, 거리 지도 내비게이션 애플리케이션, 및 음악 다운로드 서비스 애플리케이션(iTunes™ 서비스)을 포함하는 추가의 애플리케이션들 또는 위젯들이 실행될 수 있다.
앞서 설명한 대로, ALS의 실시예는 기계 판독 가능 매체를 가질 수 있는데, 이 기계 판독 가능 매체에는 장치의 프로세서를 프로그램하여 디지털화된 컬러 센서 및 클리어 센서 값들에 기초하여 앞서 설명한 연산들의 몇몇을 수행하도록 하는 저장된 또는 인코딩된 명령어들이 있다. 다른 실시예들에서는, 이런 ALS 기능 모듈의 연산들의 몇몇은 하드와이어드 로직(hardwired logic)을 포함하는 특정 하드웨어 컴포넌트들에 의해 수행될 수 있다. 이런 연산들은 대안적으로는 프로그래밍된 데이터 처리 컴포넌트들 및 고정된 하드웨어 회로 컴포넌트들의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다. 기계 판독 가능 매체는, 기계(예로 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태, 예를 들어 CD-ROM, ROM, RAM, 및 EPROM 등의 형태로 정보를 저장하거나 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다.
특정 실시예들이 첨부 도면들에서 설명되고 도시되었는데, 이런 실시예들은 예시적인 것일 뿐이고 본 발명의 범위에 제한을 가하는 것은 아니고, 또한 본 발명은 도시되고 설명된 특정 구성들 및 배열들에 국한되지 않으며, 여러 가지의 다른 변형들이 본 분야의 당업자에 의해 이뤄질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어 (전면 커버의 ALS 영역에 대한) 도 3에 도시된 스택 업에 대한 대안 배열은 IR 잉크 층(303)을 가하기 전에 IR 컷 필터(304)를 구조적 층(302)에 가하는 것일 수 있다. 따라서 본 설명은 제한적인 의미로서가 아니라 예시적인 의미로 주어진 것으로 간주하여야 한다.

Claims (19)

  1. 전자 장치로서,
    광 경로에서 가시광을 차단(block)하고 적외선 광은 차단하지 않는 제1 필터(104);
    제1 필터(104) 이후의 상기 광 경로에서 광을 검출하는 제1 컬러 센서(106) 및 클리어(clear) 센서(110); 및
    (a) 상기 제1 컬러 센서(106)의 출력 신호 및 (b) 상기 클리어 센서(110)의 출력 신호 간의 차이에 기초하여 상기 광 경로에서의 가시광 세기의 측도(measure)를 계산하는 광 세기 계산기(112)를 포함하고,
    상기 클리어 센서(110)는 가시광 영역에서 감지된 광 세기를 나타내는 신호를 출력하도록 구성되고, 상기 제1 컬러 센서(106)는 하나의 가시광 컬러를 감지하기 위해 튜닝되는, 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필터(104)는 기판을 포함하고, 상기 기판 위에는 가시광을 또한 차단하는 적외선 광 투과 잉크 코팅(coating of infrared light transmitting ink)가 있는, 전자 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 컬러 센서(108)를 더 포함하고,
    상기 광 세기 계산기(112)는 (a) 상기 제2 컬러 센서(108)의 출력 신호 및 (b) 상기 클리어 센서(110)의 출력 신호 간의 차이에 또한 기초하여 광 세기의 측도를 계산하는, 전자 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 컬러 센서(106) 및 상기 제2 컬러 센서(108)는 각각 적색 센서 및 청색 센서인, 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 클리어 센서(110)는 가시 스펙트럼 전체에 걸쳐 상기 감지된 광 세기를 나타내는 신호를 출력하고, 상기 광 세기의 측도를 계산하기 위해서, 상기 광 세기 계산기는 시안(cyan) 및 옐로우(yellow) 값들을 나타내는 두 개의 출력 신호 차이를 녹색 값으로 변환하는, 전자 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 컬러 센서(106) 및 상기 제2 컬러 센서(108) 각각은 각각의 광 검출 소자를 커버하는 상이한 컬러 필터 소자를 포함하고,
    상기 제1 컬러 센서(106) 및 상기 제2 컬러 센서(108)의 상기 각각의 광 검출 소자와 상기 클리어 센서(110)의 광 검출 소자는 전기적으로 매칭되는, 전자 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    제1 필터 이후에, 상기 광 경로에서 광을 검출하는 제3 컬러 센서(107)를 더 포함하고,
    상기 광 세기 계산기(112)는 (a) 제3 컬러 센서(107)의 출력 신호 및 (b) 상기 클리어 센서(110)의 출력 신호 간의 차이에 또한 기초하여 광 세기의 측도를 계산하고,
    상기 클리어 센서(110)는 가시 스펙트럼 전체에 걸쳐 상기 감지된 광 세기를 나타내는 신호를 출력하고,
    상기 제1, 제2, 및 제3 컬러 센서들(106, 108, 107)은 각각 적색, 청색, 및 녹색 센서들이고,
    상기 광 세기의 측도를 계산하기 위해서, 상기 광 세기 계산기(112)는 시안(cyan), 마젠타(magenta), 및 옐로우(yellow) 값들을 나타내는 세 개의 출력 신호 차이를 적색, 녹색, 청색 값들로 변환하고,
    상기 광 세기 계산기(112)는 상기 적색, 녹색, 및 청색 값들에 기초해서 상기 광 세기의 측도를 럭스(lux) 값으로 계산하는, 전자 장치.
  8. 제1항에 있어서, 하우징을 더 포함하고,
    상기 하우징은,
    광 투명 구조층(302)을 갖는 전면 커버 - 상기 광 투명 구조층(302)은 사용자 대화식(user-interactive) 디스플레이 스크린 부분과 주변 광 센서 부분을 가지고, 상기 주변 광 센서 부분은 상기 장치 외부의 적외선 광이 아닌 가시광이 상기 하우징 내의 광 경로 안을 통과하는 것을 차단하는 상기 제1 필터(104)를 포함함 -; 및
    계산된 상기 가시광 세기의 측도에 기초해서 상기 디스플레이 스크린 부분의 밝기를 제어하기 위해 결합된 프로세서(150)를,
    상기 하우징 안에 통합시키는, 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 광 경로에서 가시광은 차단하지 않지만 5% 보다 적은 적외선 투과율을 가지는 제2 필터를 상기 하우징 안에 더욱 통합시키고, 상기 제1 컬러 센서, 상기 제2 컬러 센서(108) 및 상기 클리어 센서(110)는 상기 제1 및 제2 필터들 이후의 상기 광 경로에서 광을 검출하는, 전자 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 차이는 (a) 상기 제1 컬러 센서(106)의 출력 신호 및 (b) 상기 클리어 센서(110)의 출력 신호 중의 하나 또는 둘 모두를 스케일링하는 것에 기초하는, 전자 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 필터(104)는 가시광을 또한 차단하는 적외선 광 투과 잉크 코팅이 그 위에 있는 유리 기판을 포함하는 전자 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 필터 이후의 상기 광 경로에서 광을 검출하는 제2 컬러 센서(108)를 더 포함하고,
    상기 계산기는 (a) 상기 제2 컬러 센서(108)의 출력 신호 및 (b) 상기 클리어 센서(110)의 출력 신호 간의 차이에 또한 기초하여 광 세기의 측도를 계산하는, 전자 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 컬러 센서(106) 및 제2 컬러 센서(108)는 각각 적색 센서 및 청색 센서이고,
    상기 광 세기의 측도를 계산하기 위해, 상기 계산기는 시안 및 옐로우 값들을 나타내는 두 개의 출력 신호 차이를 녹색 값으로 변환하는, 전자 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 컬러 센서들(106, 108)의 각각은 각각의 광 검출 소자를 커버하는 다른 컬러 필터 소자를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 컬러 센서들(106, 108)의 상기 각각의 광 검출 소자들 및 상기 클리어 센서(110)의 광 검출 소자는 전기적으로 매칭되는, 전자 장치.
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