TW201325319A - 狀態指示燈的亮度控制 - Google Patents

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Control Of El Displays (AREA)

Abstract

本發明揭示一種用於控制一燈，例如一LED之亮度與光度的裝置與方法。具體實施例可以各種方式改變該LED之該亮度與光度以實現各種效果。該示範性具體實施例可改變該LED之光度變化之速率，以使一觀察者感知該LED亮度之該變化為平滑的且與時間為函數關係而呈線性，而與環境光位準無關。該LED之光度之變化可受時間限制及/或受最大或最小之變化速率限制。

Description

狀態指示燈的亮度控制
本發明一般係關於照明控制領域，且更特定言之係涉及燈之光度控制。
電子器件，例如電腦、個人數位助理、監視器、可攜式DVD播放器，以及可攜式音樂播放器(例如MP3播放器)通常具有多個功率狀態。兩個示範性功率狀態為：器件以全功率操作時之"開啟"狀態，以及器件被關閉並使用很小或無功率時之"關閉"狀態。另一示範性功率狀態為"睡眠"狀態，此時該器件雖然已開啟，但使用小於"開啟"狀態時之功率，此通常係由於該器件之一或多個功能被停用或暫停。另一示範性功率狀態為"休眠"狀態，此時將該器件之狀態儲存至非揮發性儲存器(通常為該系統之硬體驅動器)，然後關閉該器件。睡眠或休眠狀態通常用於減少能量消耗、節省電池壽命並致動該器件相較於自該"關閉"狀態更快返回至該"開啟"狀態。
圖1係根據先前技術之一電腦系統之透視圖。使用者可使用一輸入器件(例如)鍵盤110或滑鼠115與電腦100及/或顯示器105互動。一按鈕120可用於開啟該電腦100或該顯示器105。一發光二極體("LED")125可用作一狀態指示器以為使用者提供關於電腦100或顯示器105之目前功率狀態的資訊，以及視需要地提供其他操作資訊，例如診斷碼。當電腦100或顯示器105開啟時，該LED 125發射使用者可 看見之光。當該電腦100進入睡眠狀態，該LED 125脈衝以提醒該使用者該電腦正處於睡眠狀態。其他先前技術系統可包括更複雜之LED行為。例如，具有一內建顯示器之某些先前技術系統僅在該電腦開啟且該顯示器關閉之情況下啟動該LED。缺乏一整合顯示器之其他先前技術系統可開啟該LED，只要該電腦已開啟。應瞭解，前述說明係僅對於該先前技術之一實際或限制狀態之一概覽。
或者，該LED可與覆蓋或重疊該LED之由一透明材料製成的按鈕120組合。藉由該LED發射之光透射過該按鈕並可被使用者看見。
歸因於人眼作用方式，該LED 125之所感知亮度取決於(1)從該LED周圍區域反射之環境光與(2)自該LED直接發射之光之間的對比度。人眼暫存相對差異而非絕對差異。因此例如在晴天，具有一未變化之絕對亮度的燈在一暗室中顯得要比室外亮。因此，眼睛感知LED亮度之方式係藉由相對於從該LED周圍區域反射的環境光的對比度。在某些環境中，例如暗室中，該LED所發射之光可能困擾使用者或對其有破壞性。先前技術已發展了感知環境光位準與調整LED光度之方法，以在環境光變化時保持一恆定感知亮度(亦即恆定對比度)。先前技術亦在控制LED光度變化之速率方面實現部分成功，其使得使用者能感知光度變化之一近似線性之速率，而不論該環境光位準。所需的是當LED亮度變化時控制該LED亮度之改良方法，以使使用者能感知該LED亮度更平滑之改變，從而提供在各種環境光照條件下之一更舒適的視覺效果。
本發明之一項具體實施例一般採取用於控制一LED亮度與光度之一裝置的形式。該具體實施例可以各種方式改變該LED之亮度及光度以實現各種效果。例如，該示範性具體實施例可改變該LED光度變化之速率，以使一觀察者感知該LED亮度之變化為平滑的且與時間為函 數關係而呈線性，而與環境光位準無關。
本文所用術語"光度"一般係指一器件之實際目標光輸出，而術語"亮度"一般係指一器件被感知之主觀光輸出。因此，使用者將回應一LED光度而感知一亮度。此外，應注意所感知的一LED之瞬間亮度受很多因素影響，例如周圍區域之亮度、隨時間變化光度之速率，等等，其不一定影響該LED之瞬間光度。
本發明之另一示範性具體實施例可改變一LED之光度以避免亮度突然不連續。例如，該具體實施例可以如避免LED自一照明狀態突然變成一關閉狀態之印象的方式變化該LED之光度。此知覺現象在本文中稱作一"突降(cliff)"。即使當該LED之光度使得該LED仍在技術上為開啟時，突降仍可被感知。此外，突降可出現在相反方向，亦即當LED增亮時。在此一操作下，該LED可顯現穩定變亮隨後突然中斷或跳至一更高亮度，而非持續穩定增亮。本發明之另一項具體實施例可調整該LED之光度以避免或最小化此一突降之產生。
本發明之另一示範性具體實施例採取用於改變燈之光度之一方法的形式，其包括以下操作：變化對該燈之一輸入，該輸入影響該光度，為該燈之光度設定一臨界值，以及當該光度低於該臨界值時調整該輸入之變化速率。此示範性具體實施例亦可包括以下操作：決定該燈之光度欲達到之一目標光度，決定其中可達到該目標光度之一最小時間，設定需要用於使該光度自一初始光度改變為目標光度的一最小遞增數，以及以至少等於該最小遞增數之一遞增數使該燈之光度自該初始光度變化為該目標光度。
本發明之另一示範性具體實施例採取用於改變燈之光度之一方法的形式，其包括以下操作：決定一信號中之一目標變化，該信號設定該燈之該光度，決定該目標變化與一最大允許變化中之較少者，以及限制該信號中之變化為該目標變化與最大允許變化中之較少者，從 而限制該燈之光度的變化速率。
本發明之另一項具體實施例採取用於改變燈之光度之一方法的形式，其包括以下操作：設定該燈之一目標光度，以及使該燈之光度自目前光度變化為該目標光度，其中使該燈之光度自目前光度變化為該目標光度之一操作在一預定時間內發生。
本發明之另一項具體實施例採取用於變化燈之光度之一方法的形式，其包括以下操作：決定該燈之光度欲達到之一目標光度，決定其中可達到該目標光度之一最小時間，設定需要用於使該光度自一初始光度改變為目標光度的最小遞增數，以及以至少等於該最小遞增數之一遞增數使該燈之光度自該初始光度變化為該目標光度。
本發明之其他具體實施例可採取一裝置之形式，其包括一電腦器件或電腦程式，其經組態用以執行本文所揭示之任何方法。
應注意，本文中對一LED之所有參考同樣適用用於任何發光元件，包括陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、螢光燈、電視，等等。因此，本文所述之一般操作可用於許多不同器件。此外，儘管本文描述的若干具體實施例特定討論一數位實施方案，但類似具體實施例亦可包含在本發明內。作為一範例，一類似具體實施例可對一光源變化電壓，而不是變化一脈衝寬度調變之負載循環。或者，一數位或類比控制之電流源可用於控制該發光元件。
100‧‧‧電腦
105‧‧‧顯示器
110‧‧‧鍵盤
115‧‧‧滑鼠
120‧‧‧按鈕
125‧‧‧發光二極體
200‧‧‧PWM控制電路
205‧‧‧LED
210‧‧‧PWM產生器
215‧‧‧控制暫存器
220‧‧‧電晶體開關
225‧‧‧電源供應
230‧‧‧電流限制電阻器
圖1係根據先前技術之電腦系統的透視圖。
圖2係根據本發明之一示範性具體實施例之一示範性LED光度控制電路的方塊圖。
圖3A描述隨時間變化之嘗試感知的LED亮度。
圖3B描述隨時間變化之一實際LED光度。
圖3C描述隨時間變化之一實際所感知的LED亮度。
圖4描述說明一項具體實施例操作之一流程圖，當該LED狀態指示器衰減至可包括一關閉狀態之一低光度值或自該低光度值上升時，其用於採用一閃光最高限度來實施一可變轉換率控制從而抑制所感知亮度中一突降。
圖5描述一項具體實施例使用之一波形圖，其用於控制圖2之脈衝寬度調變器產生器以致使一LED狀態指示器產生脈衝。
圖6描述一項具體實施例在停留時間期間如何改變圖5之波形圖以反映新的環境光條件。
圖7描述一3段差分段式線性曲線，其被一項具體實施例用於平滑所感知LED亮度之變化。
圖8描述說明一項具體實施例之操作的流程圖，其用於實施達到目標光度控制之一最小滴答聲。
許多電子器件，包括電腦(無論桌上型、膝上型、手持型、伺服器或任何其他電腦器件)、監視器、個人數位助理、可攜式視訊播放器及可攜式音樂播放器，皆具有一狀態指示燈，例如一發光二極體("LED")，其用於指示該器件是否在其關閉狀態(例如LED關閉)、其開啟狀態(例如LED開啟)或其他功率狀態，例如睡眠狀態(例如LED脈衝)。為提供給使用者一更舒適之視覺外觀，可使該LED之光度自一光度位準調節至另一光度位準以避免亮度過快之變化，其可能干擾使用者。本文所用術語"亮度"係指LED對於眼睛顯示之亮度，且術語"光度"係指該LED之光輸出之絕對強度。由於人感知光度變化之非線性化，其部分基於對比度，因此光度隨時間之一線性變化未作為對使用者亮度之一線性變化顯示。
為感知光之點來源，人眼需要在該點來源與其背景之間進行對比。此係為何在夜空中耀眼的星星清晰可見，而在白天光照時間內， 眼睛透過經大氣散射之陽光完全看不見之原因。同樣，當在該LED與從周圍聚光圈反射之環境光之間存在足夠對比度時，眼睛僅可感知一系統狀態光(例如一LED)之亮度。本文所用術語"聚光圈"係指圍繞LED之區域。
所感知之一LED之亮度通常與以下各項成函數關係：(1)LED之類型，(2)流經該LED之電流，(3)在該LED與使用者之間光透射路徑之透射率，(4)視角，及(5)自該LED發射之光與周圍區域(例如聚光圈)反射之光之間的對比度。該聚光圈反射之入射光之量與以下各項成函數關係：除其他方面外，周圍光照條件(包括所有環境光源之位置、類型及光度)、視角、聚光圈顏色，以及該聚光圈是否具有一暗淡面或光亮面。一周圍光感測器可用於測量落在該聚光圈上之入射光。可在一產品設計階段決定該聚光圈之反射率。因此，藉由監視周圍光照條件並已知該聚光圈之反射率，可藉由操縱LED光度來控制其亮度，使得當LED開啟、關閉、增亮、變暗或供以脈衝時，產生感知平滑(或者線性)之亮度變化，而與周圍光照條件無關。此提供使用者在各種環境光照條件下具有一舒適視覺效果之一系統狀態指示燈。
一LED回應流經該LED之一電流而產生光。所產生光量通常與流經該LED之電流量成正比。因此可藉由改變該電流來調整該LED之光度。用於在一電子器件中形成可變LED輸出之一方法及系統描述於2005年4月6日提出的美國專利申請公開案第US 2006/0226790號中，其標題為"Method and System for Variable LED Output in an Electronic Device,"，指明Craig Prouse為發明者且其授權與Apple Computer,Inc.，該揭示案以引用方式併入本文中，如同在本文中完整載述(下文簡稱為"Prouse")。
一LED發射之光之顏色取決於流經該LED之瞬間電流，而該LED之平均光度取決於流經該LED之平均電流。為避免當LED光度變化時 改變該LED之顏色，因此在該電流之負載循環變化時，應將通過該LED之"開啟電流"保持在一恆定值。本發明之某些具體實施例可使用一脈衝寬度調變器("PWM")控制電路用以控制一LED狀態指示燈在一給定顏色時之光度。在此等具體實施例中，該LED之光度由決定平均LED電流之一PWM產生器的負載循環來決定。當該PWN產生器負載循環自一較高負載循環變化為一較低負載循環時，該LED中之平均電流降低，導致該LED之光度降低，而在該光度變化期間，不會產生可感知之閃爍。一示範性具體實施例實施一可變轉換率控制，其將該LED光度之變化速率降低至低於一可調諧臨界光度值以最小化該突降效應。
如圖2所示，該PWM控制電路200可包括具有一16位元控制暫存器215之一PWM產生器210、一電晶體開關220、一電源供應225與一電流限制電阻器230，該電阻器控制當LED 205開啟時之該LED的瞬間光度。該PWN產生器210產生具有由該控制暫存器215控制決定之一負載循環的一脈波輸出。該輸出電壓驅動該電晶體開關220之控制輸入。一控制暫存器值為0導致該PWM產生器210產生具有一零負載循環之一輸出信號。此關閉該LED，因為無電流流經該LED。控制暫存器值為65535，其自該PWM產生器產生具有一100%負載循環之一輸出信號。此產生流經該LED之最大電流以產生最大可能之光度。最大電流I由電源供應電壓VS、橫跨該LED之正向電壓下降Vf，，以及該電流限制電阻器230之電阻R來決定，並由以下公式給出(假設橫跨該電晶體開關220之電壓下降可忽略)：I=(VS-Vf)/R。
剩餘中間控制暫存器215值可藉由控制該PWM產生器210之負載循環用於改變該LED 205之平均光度，亦即中間暫存器值產生中間平均光度。其他具體實施例可使用具有更多或更少位元之一PWM控制 暫存器。此外，應瞭解圖2描述一示範性電路。本發明之某些具體實施例可使用比所描述更複雜之LED驅動電路。例如，可使用一恆定電流源而非一電流限制電阻器來設定該電流量值。
一般而言，為在LED自開啟至關閉(或自關閉至開啟)時提供一更舒適之視覺效果，該PWM控制電路可調節自開啟至關閉(或自關閉至開啟)之LED的平均光度，而非瞬間步進自開啟至關閉(或自關閉至開啟)之LED的平均光度，亦即藉由在一規定時間週期內使該PWM值自開啟值調降至關閉值(或自該關閉值調升至該開啟值)。例如在本發明之一項具體實施例中，該斜坡持續時間可大約為半秒。該斜坡持續時間可對應於PWM更新循環之一指定數目(本文稱作滴答聲數)，例如在一項具體實施例中為76聲滴答聲，其中該等滴答聲以每秒152聲滴答之速率出現。在每一滴答聲，該PWM控制暫存器值設定該PWM產生器之負載循環的輸出信號波形，其依次設定流經該LED之平均電流。隨時間改變該信號波形之負載循環可用於啟動該LED之光度並調整使用者所感知的一亮度波形。該"亮度波形"係指觀察者觀察時隨時間該LED之所感知亮度。其他具體實施例可使用比半秒更長或更短之斜坡持續時間，並可使用更長或更短之PWM更新循環。
由於至少在一示範性具體實施例中，平均LED光度正比於流經該LED之平均電流，且該平均LED電流正比於PWM負載循環，故可直觀地假設該LED所感知亮度將正比於PWM負載循環。然而，通常情況並非如此。圖3A顯示，當該PWM產生器藉由使用圖3B所示一線性對比曲線305降低該PWM值來將該平均LED光度自"開啟"狀態調節至"關閉"狀態時，LED狀態指示器之期望的感知亮度300之一範例。術語"線性對比曲線"係指一光度曲線，其顯示可以觀察者可感知隨時間一線性對比度變化(及因此之一線性亮度變化)之方式，使該平均光度隨時間呈非線性變化。即使當該PWM值遵循該線性對比曲線(且因此當 其接近0時減緩其變化速率)時，仍可看到在實際所感知亮度315中一"突降"310，如圖3C所示，此係由於相較於該LED較亮時，眼睛對該LED較暗時之該LED之亮度變化更敏感。同樣如圖3C所示，亦可在該實際所感知亮度315中觀察到一突降320，此歸因於當該LED較亮時之該線性對比曲線305之傾斜斜率。本文所用術語"突降"係指該實際所感知亮度曲線之接近垂直的部分，亦即即使該LED之實際光度變化平滑，眼睛仍感知該亮度變化突然之此等部分。
當該LED較暗時，可藉由為光度設定一"閃光最高限度"或臨界值使在該LED關閉(或開啟)時所感知亮度中之突降效應(例如圖3C中310)最小化，從而使得當該LED之光度降至該"閃光最高限度"以下時，光度之變化速率逐漸並不斷變慢以便眼睛持續感知到該LED亮度之一平滑變化。在某些具體實施例中，該臨界值可設定為一PWM值而非具有相同效果的該LED之一光度值，只要該LED光度直接正比於進入該PWM控制電路中之該PWM值。此種控制類似於一飛行員使一飛機閃光以在向下接觸到跑道之前減緩其下降速率，因此如此命名。亦即，在著陸期間，該飛行員初始以一恆定速率下降。當該飛機降落至一特定高度以下時，該飛行員藉由向上牽引該飛機前端來減緩降落速率。以一類似方式，當該LED關閉時，其光度可初始藉由遵循該線性對比曲線來調降。當達到該光度臨界值或閃光最高限度時，逐漸並不斷減慢亮度變化之速率，甚至比該線性對比曲線指定之速率更慢。
圖4描述說明與一方法相關聯之操作的流程圖，該方法符合本發明之各種態樣以減少當該LED在低光度下調節時光度的變化速率，亦即一可變轉換率控制系統，其使用一可組態之閃光最高限度來決定應何時將該等PWM值(對應於該LED之光度)自先前由另一方法(例如藉由線性對比曲線，且此處稱作"初始速率")決定之變化速率修改成一更慢且甚至更緩和之變化之降低速率，此基於最新PWM值低於該閃 光最高限度之距離。雖然此具體實施例說明可如何修改一特定光度控制方法以減少突降，該具體實施例亦可用於修改其他光度控制方法，此與光度操作區域以及用以減少由此等方法產生之所感知突降的允許光度變化無關。
該具體實施例開始於開始模式400。當該LED自開啟狀態調節至關閉狀態(或自關閉狀態調至開啟狀態)時，執行操作405以決定該最新PWM值是否低於該閃光最高限度。若否，則執行操作410，其中不需要調整該初始速率(以每次滴答聲PWM計數測量)。因此，在操作410中，將該允許變化設定為初始速率。可使用該線性對比曲線或一些其他轉換率控制方法來計算該初始速率。隨後執行操作440且程序終止。然而，若操作405決定該最新PWM值低於該閃光最高限度，則執行操作415。
在操作415期間，低於該閃光最高限度之距離(即"低於最高限度值")係根據PWM計數藉由自該閃光最高限度減去當前PWM值來計算。直接正比於低於該閃光最高限度之距離的一斜率調整(亦即，在該最高限度以下越遠，該斜率調整越大且因此所得變化速率越慢)亦藉由將低於最高限度值除以一可組態之閃光調節因數來計算。請注意，一較小閃光調節因數較一更大閃光調節因數更快減緩該變化速率。
在操作415後，執行操作420以決定該初始速率是否小於該斜率調整。若是，則執行操作425。操作425設定該允許變化為每次滴答聲一可組態之最小變化。隨後執行操作440且該程序終止。
若操作420決定該初始速率不小於該斜率調整，則執行操作430以決定該初始速率乘以該斜率調整是否小於每次滴答聲時最小變化(使用每次滴答聲時一遠大於零之最小變化確保達到最終PWM值)。若操作430決定該初始速率乘以該斜率調整不小於每次滴答聲時最小變 化，則執行操作435。操作435設定該允許變化為該初始速率乘以該斜率調整。隨後執行操作440且該程序終止。若操作430決定該初始速率乘以該斜率調整小於每次滴答聲時該最小變化，則執行操作425以設定該允許變化為每次滴答聲時該最小變化。隨後執行操作440且該程序終止。
如圖4之流程圖所示，當該PWM計數低於閃光最高限度時，在PWM計數中允許之變化速率將與減去該斜率調整之該初始速率相等，但永遠不會小於每次滴答聲時最小PWM變化。在一項具體實施例中，對於調降與調升兩者，該閃光最高限度皆設定為一PWM值10,000，將調降之閃光調整因數設定為28且將調升之閃光調整因數設定為32，且對於調降與調升兩者將每次滴答聲時最小變化設為22，而在其他具體實施例中，在設計期間將該可組態之參數設定為其他值或可被使用者選擇使用。
藉由遵循該線性對比曲線來開啟或關閉一LED亦可在該LED光度調節至其最大光度附近時，在該LED亮度中引入一可感知之突降，此歸因於在該區域中該線性對比曲線之傾斜斜率。例如，當該LED自關閉調節至開啟時，一旦達到一給定亮度位準，則使用者可感知該LED"跳"至其全亮(此即"突降"效應)。出現此突降之點隨使用者對此等效應之敏感度以及從該周圍區域反射之光而變化，但通常在該LED之16位元PWM值超過50,000時出現。
當調節該LED亮度使該LED更亮或更暗或開啟或關閉該LED時，本發明之另一項具體實施例藉由引入每次滴答聲時一允許之最大PWM變化來最小化在所感知亮度中的此頂部突降。最初，基於該線性對比曲線之一轉換率控制方法可用於計算每次滴答聲時一目標PWM變化，此基於一目標PWM值、一先前PWM值及/或隨該光度變化將發生之PWM更新滴答聲數。
隨後比較每次滴答聲時該目標PWM變化與每次滴答聲時所允許之最大PWM變化。在某些具體實施例中，使用者可選擇每次滴答聲時該最大PWM變化或可由一設計者在組態一項具體實施例時選擇(亦即設計者可選擇)，而在其他具體實施例中，可由硬體或軟體設定為400或其他固定值。兩值中較低者係用於限制在每一滴答聲時該PWM產生器輸出之負載循環之變化以提供在所感知亮度中一較少突變。因此，在該線性對比曲線可允許在每次滴答聲時PWM值一過大變化的此等情形下，此具體實施例限制PWM值變化為一預定值，以最小化該狀態指示燈在開啟或關閉時之亮度中任何所感知之突降。
如前所述，亦可脈衝該狀態指示燈以指示該電子器件在一特定功率狀態，例如一睡眠狀態。當使用一PWM產生器控制LED亮度時，可以圖5所示一"脹縮曲線(breathing curve)"500實施在睡眠模式期間脈衝該LED開啟及關閉。該脹縮曲線一般具有一脈衝狀形狀，其中具有一最小脹縮光度(亦稱作"停留光度")505、一開啟光度510、一上升時間515、一開啟時間520、一降落時間525以及一停留時間530。在一項實施方案中，該脹縮曲線具有一上升時間1.7秒，一開啟時間0.2秒、一降落時間2.6秒及一停留時間0.5秒，一個整週期共5秒。其他實施方案可具有具更快或更慢之上升與降落時間以及更短或更長之開啟及停留時間的脹縮曲線。在某些具體實施例中，該脹縮曲線可指示該器件在一特定功率狀態(例如一睡眠狀態)或可傳達與一電腦器件或與該LED相關聯之其他器件的操作有關之其他資訊。
一包絡函數可應用於縮放該脹縮曲線500或本文所述的任何其他光度縮放或調整，例如調降或調升LED之光度。一般而言，為該脹縮曲線或本文所述任何其他光度縮放或調整之值多倍的該包絡函數之瞬間輸出係零至一範圍內一分數或小數。某些具體實施例可應用該包絡函數於該脹縮曲線500或其任何部分，以縮放該曲線用於計算一房間 或周圍區域之亮度(或暗度)或計算一天之時間，並因此提供一更舒適之視覺外觀，(例如)以使該LED在燈暗的房間中不會顯得太亮或在燈亮的房間中不會顯得太暗。通常如下文所述一光感測器可感測該等環境光條件。某些具體實施例可使用該光感測器來決定環境光照並選擇相應的包絡函數值，而其他具體實施例可基於一天中之時間來選擇該包絡函數值。因此，該包絡函數之實際值可隨環境光或一天中之時間而變化，且該脹縮曲線500亦如此。
每當環境光照條件指示該脹縮曲線之相對亮度應放大或縮小，可藉由在可為圖6所示之停留時間600之一特定時間間隔期間，將該LED亮度自該舊的停留光度調節至新的停留光度來實施該變化。如前述討論，相較於LED較亮時，人眼對LED暗時之該LED亮度之變化更敏感。因此，為在將該LED光度調節至新的停留光度位準時提供一更平滑之視覺外觀，本發明之另一項具體實施例應用一3段差分段式線性曲線來將該LED光度自當前停留光度調節至新的停留光度。當在該停留時間期間將該LED光度自當前停留光度調節至新的停留光度時，該具體實施例轉換率限制該LED光度。使用該3段差分段式線性曲線之總的效果係減少在眼睛對光度變化較敏感之區域中該LED光度之變化速率，以及從知覺上平滑該斜坡之起始與結束區域。
圖7描述一項具體實施例實施之一3段差分段式線性曲線700。該曲線700具有一起始分段705、一中間分段710以及一結束分段715。其亦具有一第一轉折點720及一第二轉折點725。請注意該中間分段具有一更高轉換率限制，亦即該分段之斜率大於起始與結束分段以使所感知之亮度變化出現較少突變。在停留光度中所要求之可為任意大之變化出現在該停留時間期間。"任意大"意味一所要求之量值變化可實質為任何大小。因此，藉由本具體實施例所產生之該斜坡可以(且通常係)在時間與量值兩者上予以限制。
該停留時間可分成三分段(起始分段、中間分段與結束分段)。在某些具體實施例中，使用者(或設計者)可調整每一分段之持續時間(藉由指定轉折點)以及起始與結束分段之步長之速比率(相對於中間分段步長)。亦即，使用者/設計者可調整每一分段之斜率(PWM轉換率)以提供使用者/設計者覺得最舒適之一脹縮曲線。其他實施方案可固定該起始分段之持續時間、該結束分段之持續時間、該中間分段與起始分段步長之比率QS，以及該中間分段與結束分段步長之比率QE。
在一項特定具體實施例中，可應用一系統計時器，其每秒產生152聲滴答聲，且該停留時間可為0.5秒或76聲計時器滴答聲(T)。因此，T=TS+TM+TE，其中：TS表示在該起始分段中計時器滴答聲之聲數，TM表示在該中間分段中計時器滴答聲之聲數且TE表示在該結束分段中計時器滴答聲之聲數。
在一項特定具體實施例中，可固定TS、TE、QS與QE。為改變停留光度，該具體實施例計算△，其表示應在整個停留時間出現之在PWM計數中光度之總變化，如下所示：△=|新停留光度-舊停留光度|，其中∥表示量值。
隨後該具體實施例決定在中間分段中之PWM步長VM。假定VS=VM/QS=在起始分段中PWM步長；且VE=VM/QE，在結束分段中PWM步長；則△=TS*VM/QS+TM*VM+TE*VM/QE；或VM=△/(TM+TS/QS+TE/QE)。
在一項具體實施例中，可使用截去VM之任何分數部分之整數除法來計算VM。因此，為確保該中間步長足夠大以使光度之全部斜坡出現在該停留間隔內，將VM加1。在替代性具體實施例中，光度之總 斜坡可不完全出現在該停留間隔內。
一旦已計算出VM，可藉由以下具體實施例計算VS與VE(其中每一等式都再次加1以補償由整數除法引起之截去)：VS=VM/QS+1；以及VE=VM/QE+1。
在一項特定具體實施例中，TS=3、TE=25、QS=2且QE=3用於調降，而TS=20、TE=3、QS=3且QE=2用於調升。應注意，可分離地調諧每一該等值。此外，如上所指，在一單一項具體實施例中，該等值可在一調升操作與一調降操作中間變化。因此，本發明之各種具體實施例可包括雙向調諧(例如針對調升及調降分離地調諧)。
上述示範性具體實施例使用3段差分段式線性曲線方法來產生一斜坡，其在一脹縮曲線之一停留週期期間之背景中在時間與量值上皆受限制。包括本文揭示之任何具體實施例之替代性具體實施例可使用該3段差分段式線性曲線方法以產生一斜坡，其在時間與量值上皆受限制並將其應用於本文所討論或需要此一斜坡之任何其他背景。
一般而言，該具體實施例可使用一環境光感測器來監視環境光條件。各種固態器件可用於照明測量。在某些具體實施例中，可使用一TAOS TSL2561器件(由Texas Advanced Optoelectronic Solutions of Plano，Texas製造)來測量環境照明。替代性具體實施例可使用其他光感測器。該光感測器測量在周圍環境(例如一房間)中之環境光，並產生表示所測量光量的一信號。該光感測器通常在一積分時間內整合所收集之光，並在超過該積分時間時輸出一測量值。該積分時間可設定為若干預定值之一，且在本發明之一項具體實施例中被設定為402毫秒。其他具體實施例可使用採用其他技術輸出光測量值之光感測器。僅作為範例而言，該光感測器可基於使用者或設計者之動作，(例如)在一控制面板上按一按鈕或設定一樣本間隔來輸出光測量值。該光感 測器另可在周圍環境中之光或亮度變化超過一預定臨界值時輸出一光測量值。
當LED亮度回應環境光照條件自動變化時，人眼可感知該LED亮度變化速率出現不連續，此歸因於藉由該系統之環境光感測器所報告之一新的環境光位準。當房間中之光照逐漸增強或減弱以使該LED達到其目標亮度並在此時保持小於用於獲得下一環境光讀數之時間時，不連續性尤其明顯(且因此為不期望的)。
此等不連續性可藉由施加在允許該LED達到一目標亮度之前應經過的一最小時間來平滑化。在一項具體實施例中，此可藉由施加達到目標之計時器滴答聲之最小聲數來實現，其遠大於需要獲得下一環境光感測器讀數之計時器滴答聲之最小聲數。因此，在LED光度之一變化期間，在一新的光讀數可用之前，該LED不會在其目標光度處保持穩定。或者，對LED亮度之一變化可施加一最大步長(根據每次計時器滴答聲PWM之計數)。藉由施加此等條件，該LED光度之變化係適當受限之轉換率，以使在各種變化光條件下，觀察者通常感知LED亮度之一平滑變化。
圖8描述一項特定具體實施例之操作的流程圖，以實施一達到目標之最小滴答聲轉換率控制方法，其用於當LED目標光度回應周圍光照中一變化或因其他任何原因而變化時，控制該LED狀態指示器之光度。該方法限制每次計時器滴答聲時允許之PWM變化，其用於更新一PWM產生器。在某些具體實施例中，達到目標之最小滴答聲可由使用者藉由使用一控制面板來選擇(或由設計者選擇)，或在其他具體實施例中可藉由硬體或軟體將其設定為70或某一其他值。為獲得最好效果，達到目標之最小滴答聲應設定使需要獲得一新的環境光讀數之時間小於以下時間：達到目標之最小滴答聲乘以每次滴答聲之時間。
當該環境光感測器讀數(或任何其他適合的控制方法)指示該LED 光度應改變時，可以執行圖8之流程圖。該具體實施例以開始模式800開始，並假設對於該PWM變化速率已建立一先前初始限制。該初始限制係一不受限制之值(亦即其還未受限於此方法)，其可以允許該LED光度在下一環境光感測器讀數可用之前保持穩定。該初始限制可藉由本文所述一操作或具體實施例、Prouse之任何操作或具體實施例、任何其他適合的控制方法或其任何組合來設定。
接著，執行操作805。在操作805中，執行一檢查以決定達到目標之最小滴答聲是否大於1。若否，則執行操作835。在操作835中，該具體實施例將每次滴答聲允許之PWM變化設定為該初始限制。一旦此完成，則執行操作845且該程序終止。
然而，若操作805決定達到目標之最小滴答聲遠大於1，則執行操作810。在操作810中，該具體實施例藉由取該目標PWM值與當前PWM值之差的絕對值來計算欲形成之光度變化的量值(達到目標之一△)。以數學方式表達，此係：達到目標之△=|目標PWM值-當前PWM值|，其中| |表示絕對值。
接著執行操作815。在操作815中，執行一檢查以決定該達到目標之△是否小於達到目標之最小滴答聲之兩倍。若是，則執行操作820，其中設定最大變化為1。否則執行操作825。
操作825藉由採用整數除法將達到目標之△除以達到目標之最小滴答聲來決定該最大變化。以數學方式表達，此係：最大變化=達到目標之△/達到目標之最小滴答聲。
在執行操作820或操作825之後，該具體實施例執行操作830。在操作830中，執行一檢查以決定該初始限制是否小於該最大變化。若是，則執行操作835。操作835設定每次滴答聲允許之PWM變化為該初始限制。
若操作830決定該初始限制不小於該最大變化，則執行操作 840。操作840設定每次滴答聲允許之PWM變化為該最大變化。在操作835或操作840之後，該具體實施例執行操作845且該程序終止。
因此，在此具體實施例中，決定每次滴答聲允許之最大變化以使在下一環境光感測器讀數之前藉由選擇達到目標之最小滴答聲而未獲得目標LED PWM值，從而使達到目標之最小滴答聲乘以每次滴答聲之時間大於需要用於獲得下一次環境光讀數之時間。若該達到目標之△小於兩倍的達到目標之最小滴答聲，則設定該最大變化為1(非零)以確保最終獲得該目標PWM值。
本發明之其他具體實施例可併入通知時間以使在不同時間週期期間在一重複變化亮度模式內可應用不同LED亮度轉換率方法。例如，再參考圖5，可僅在停留時間530期間採用一轉換率方法(例如圖6所示之方法)，而在上升或降落時間515、525期間可分別應用其他轉換率方法。作為另一項具體實施例，本文中任何具體實施例僅可在特定時間週期期間發生且在其他時間週期期間內都不活動。繼續該範例，圖4及/或8之方法可僅在特定小時之間(例如8 p.m.與7 a.m)發生，或以任何其他方式受時間限制。
儘管已參考特定具體實施例及操作方法來描述本具體實施例，但應瞭解，可對該等所述具體實施例及/或方法進行改變但仍包含在本發明之替代性具體實施例中。例如，某些具體實施例可結合一LCD螢幕、電漿螢幕、CRT顯示器等來操作。而其他具體實施例可省略或添加操作至本文所述之方法與程序中。其他具體實施例可改變亮度及/或光度之變化速率。因此，本發明適合的範疇應由本文中的申請專利範圍來定義。

Claims (15)

  1. 一種用於改變一燈之一光度之方法，其包括：判定一信號內之一目標變化，該信號設定該光之該光度，該光之該光度具有一最小光度位準及一最大光度位準；判定該目標變化是否小於該信號之一最大允許變化；及若該目標變化小於該信號之該最大允許變化，則將該信號內之變化限制為該目標變化；或若該信號之該最大允許變化小於該目標變化，則將該信號內之變化限制為該信號之該最大允許變化，從而限制該光之該光度之一變化速率。
  2. 如請求項1之方法，其中該燈為一發光二極體。
  3. 如請求項1之方法，其中使用者可選擇該最大允許變化。
  4. 如請求項2之方法，其中：該信號係為一具有一負載循環之脈衝寬度調變信號；及該信號之變化係為該信號之負載循環之變化。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包含：決定欲達到該光之該光度之一目標光度，其中該目標光度係至少部分基於周圍光位準之變化而決定；決定達到該目標光度之一最小時間；設定必須將該光度自一初始光度改變至該目標光度之一最小數量之計時器滴答聲；及使將該光之該光度自該初始光度改變至該目標光度之計時器滴答聲之數量至少等於該最小數量之計時器滴答聲。
  6. 一種光度控制電路，其包括：與一光通信之一開關，該光具有一最小光度位準及一最大光 度位準；一脈衝寬度調變產生器，其經組態以產生一脈衝寬度調變信號來控制該開關之操作；及與該脈衝寬度調變產生器通信之一控制暫存器，其經組態以藉由將該脈衝寬度調變之一最大允許變化或該脈衝寬度調變信號之一已決定目標值之其中一者提供至該該脈衝寬度調變產生器來決定該脈衝寬度調變信號之一負載循環；其中該電路經組態以判定該脈衝寬度調變信號之該已決定目標值是否小於該脈衝寬度調變信號之該最大允許變化；及若該脈衝寬度調變信號之該已決定目標值小於該脈衝寬度調變信號之該最大允許變化，則提供該已決定目標值至該脈衝寬度調變產生器；且若該脈衝寬度調變信號之該已決定目標值大於該脈衝寬度調變信號之該最大允許變化，則提供該最大允許變化至該脈衝寬度調變產生器。
  7. 如請求項6之電路，其中該開關包含一電晶體。
  8. 如請求項6之電路，其進一步包含一電源供應器。
  9. 如請求項8之電路，其中該電源供應器包含一電流源。
  10. 如請求項8之電路，其進一步包含一電流限制電路，其以電性串聯方式與該光耦合。
  11. 如請求項6之電路，其中該控制暫存器包含一16位元控制暫存器。
  12. 一種用於改變一燈之一光度之方法，其包括：判定該光之一初始光度；使用一周圍光感測器來判定周圍光位準之變化；決定欲達到該光之該光度之一目標光度，其中該目標光度係 至少部分基於周圍光位準之變化而決定；決定達到該目標光度之一最小時間；設定將該光度自該初始光度改變至該目標光度之一最小數量之計時器滴答聲；及使將該光之該光度自該初始光度改變至該目標光度之計時器滴答聲之數量至少等於該最小數量之計時器滴答聲。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包含：判定該最小數量之計時器滴答聲是否大於1；且若該最小數量之計時器滴答聲大於1，則計算達成該目標光度之變化之大小；判定該變化之大小是否小於欲達到該目標光度之該最小數量之計時器滴答聲之兩倍；若該變化之振幅小於欲達到該目標光度之該最小數量之計時器滴答聲之兩倍，則將一最大變化設定為1；若該變化之振幅未小於欲達到該目標光度之該最小數量之計時器滴答聲之兩倍，則決定一最大變化；檢查一初始限制是否小於該最大變化；且若該初始限制小於該最大變化，則將該最大變化設定為該初始限制；若該初始限制未小於該最大變化，則將每滴答聲之一允許脈衝寬度調變化設定為該最大變化。
  14. 如請求項13之方法，其中決定該最大變化包含使用整除法將該目標之變化除以該計時器滴答聲之該最小數量。
  15. 如請求項13之方法，其中該初始限制係為一不受約束之值。
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