светочувствительное устройство, имеющее датчик цвета и бесцветный датчик для инфракрасного отражения

Формула изобретения

1. Устройство датчика окружающего света, содержащее:

- первый фильтр, который блокирует окружающий видимый свет, но не блокирует инфракрасный свет на его оптическом пути, при этом окружающий видимый свет блокируется не полностью так, что бы обеспечить темный внешний вид снаружи устройства, скрыв тем самым электронику внутри устройства, но все еще позволяя обнаруживать окружающий видимый свет;

- первый цветовой датчик и бесцветный датчик, предназначенный для обнаружения окружающего видимого света на вышеуказанном оптическом пути после первого фильтра, причем первый цветовой датчик настроен, чтобы воспринимать цвета видимого света; и

- вычислитель интенсивности света, предназначенный для расчета степени интенсивности окружающего видимого света на вышеуказанном пути света, основываясь на разнице между (а) выходным сигналом первого цветового датчика и (б) выходным сигналом бесцветного датчика.

2. Устройство по п.1, в котором первый фильтр содержит подложку, на которой существует покрытие из проводящих инфракрасное излучение чернил, которое также блокирует окружающий видимый свет.

3. Устройство по п.1, дополнительно содержащее второй цветовой датчик, в котором вычислитель интенсивности света дополнительно рассчитывает степень интенсивности света, основываясь на разнице между (а) выходным сигналом второго цветового датчика и (б) выходным сигналом бесцветного датчика.

4. Устройство по п.3, в котором первый и второй цветовые датчики являются соответственно красным и голубым датчиками.

5. Устройство по п.4, в котором для того, чтобы рассчитать степень интенсивности света, вычислитель интенсивности света преобразовывает вышеуказанные две разницы выходных сигналов, которые представляют голубое и желтое значения, в зеленое значение.

6. Устройство по п.3, в котором и первый, и второй цветовые датчики содержат различный цветовой фильтрующий элемент, который покрывает соответствующий фотоприемный элемент, и в котором соответствующие фотоприемные элементы первого и второго цветовых датчиков и фотоприемный элемент бесцветного датчика электрически согласованы.

7. Устройство по п.3, дополнительно содержащее третий цветовой датчик, предназначенный для определения света в вышеуказанном пути света после первого блокирующего фильтра, в котором вычислитель интенсивности света рассчитывает степень интенсивности света, основываясь дополнительно на разнице между (а) выходным сигналом третьего цветового датчика и (б) выходным сигналом бесцветного датчика.

8. Устройство по п.7, в котором первый, второй и третий цветовые датчики являются соответственно красным, синим и зеленым датчиками.

9. Устройство по п.8, в котором для того, чтобы рассчитать степень интенсивности света, вычислитель интенсивности света преобразовывает вышеуказанные три разницы выходных сигналов, которые представляют голубое, пурпурное и желтое значения, в красное, зеленое и синее значения.

10. Устройство по п.9, в котором вычислитель интенсивности света рассчитывает степень интенсивности света в единицах измерения люкс, основываясь на красном, зеленом и синем значениях.

11. Электронное устройство, содержащее:

- корпус, имеющий интегрированное в него устройство датчика окружающего света, которое имеет переднее покрытие, имеющее прозрачный для света структурный слой, при этом прозрачный для света структурный слой имеет интерактивный для пользователя участок экрана дисплея и участок датчика окружающего света, при этом участок датчика окружающего света содержит первый фильтр, который блокирует окружающий видимый свет, но не блокирует инфракрасный свет, проходящий снаружи устройства в световой путь внутри корпуса, при этом окружающий видимый свет блокируется не полностью так, чтобы обеспечить темный внешний вид снаружи устройства, скрыв тем самым электронику внутри устройства, но все еще позволяя обнаруживать окружающий видимый свет;

- присоединенный процессор для управления яркостью участка экрана дисплея, основываясь на вычисленной степени интенсивности окружающего света снаружи устройства; и

- первый цветовой датчик и бесцветный датчик, предназначенный для обнаружения света в вышеуказанном пути света после первого фильтра, причем первый цветовой датчик настроен, чтобы воспринимать цвета видимого света;

при этом процессор выполнен с возможностью вычисления вышеуказанной степени интенсивности окружающего света, основываясь на разнице между (а) выходным сигналом первого цветового датчика и (б) выходным сигналом бесцветного датчика.

12. Электронное устройство по п.11, в котором корпус устройства имеет дополнительный, встроенный в него второй фильтр, выполненный с возможностью блокирования инфракрасного света, но не блокирования окружающего видимого света в вышеуказанном пути света, при этом первый цветовой датчик, второй цветовой датчик и бесцветный датчик обнаруживают свет в вышеуказанном пути света после первого и второго цветовых фильтров.

13. Электронное устройство по п.11, в котором вышеуказанная разница основывается на масштабировании одного или обоих (а) выходного сигнала первого цветового датчика и (б) выходного сигнала бесцветного датчика.

14. Электронное устройство по п.11, в котором первый фильтр содержит стеклянную подложку, на которой обеспечивается покрытие из проводящих инфракрасное излучение чернил, которые также блокируют окружающий видимый свет.

15. Электронное устройство по п.11, дополнительно содержащее второй цветовой датчик, предназначенный для обнаружения света на пути света после первого фильтра, в котором процессор дополнительно рассчитывает степень интенсивности света, основываясь на разнице между (а) выходным сигналом второго цветового датчика и (б) выходным сигналом бесцветного датчика.

16. Электронное устройство по п.15, в котором первый и второй цветовые датчики являются соответственно красным и синим датчиками.

17. Электронное устройство по п.16, в котором для того, чтобы рассчитать степень интенсивности света, процессор преобразовывает вышеуказанные две разницы выходных сигналов, которые представляют голубое и желтое значения, в зеленое значение.

18. Электронное устройство по п.15, в котором и первый и второй цветовые датчики содержат различный цветовой фильтрующий элемент, который покрывает соответствующий фотоприемный элемент, и в котором соответствующие фотоприемные элементы первого и второго цветовых датчиков и фотоприемный элемент бесцветного датчика электрически согласованы.

19. Устройство датчика окружающего света, содержащее:

- блокирующие средства для блокирования окружающего видимого света, но не блокирования инфракрасного света на пути света, при этом окружающий видимый свет блокируется не полностью так, чтобы обеспечить темный внешний вид снаружи устройства, скрыв тем самым электронику внутри устройства;

- первые средства для генерирования сигнала, который является индикационным для воспринятой интенсивности света единственного видимого цвета, находящегося в окружающем видимом свете после прохождения блокирующих средств;

- вторые средства для генерирования сигнала, который является индикационным для воспринятой интенсивности света множества видимых цветов, включая вышеуказанный единственный видимый цвет, находящихся в окружающем видимом свете после прохождения блокирующих средств; и

- средства для вычисления степени интенсивности окружающего видимого света на пути света, основываясь на разнице между (а) сигналом из первых средств для генерирования и (б) сигналом из вторых средств для генерирования.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Вариант осуществления изобретения относится к портативным электронным устройствам, которые имеют встроенный датчик окружающего света (ALS). Также описываются другие варианты осуществления изобретения.

Уровень техники

Портативные электронные устройства, такие как многофункциональные смартфоны, цифровые медиаплееры, и специализированные цифровые камеры, а также навигационные устройства, имеют экраны дисплея, которые могут использоваться при различных условиях освещения окружающего пространства. Такие устройства имеют встроенную в них функцию, которая может обеспечить (в режиме реального времени) отображение текущего уровня видимого света в непосредственном окружении снаружи устройства. Это называется функцией датчика окружающего света (ALS). Эта функция ALS может использоваться для таких прикладных программ, как автоматическое управление яркостью экрана дисплея для лучшей четкости или для сохранения энергии аккумуляторной батареи (в зависимости от текущего уровня окружающего света).

Совсем недавно были разработаны усовершенствованные устройства ALS потребительского класса в виде интегральной схемы (IC), которые имеют встроенный полупроводниковый датчик света, вместе с соответствующей аналоговой и цифровой схемотехникой, которая в реальном времени обеспечивает довольно точное измерение видимого света окружающей среды, который падает на интегральную схему. Эти интегральные схемы, главным образом, изготавливаются в соответствии с технологическим процессом для производства комплементарных металло-оксидных полупроводников (КМОП).

Преобладающая чувствительность многих типичных структур датчиков света типа КМОП (например, фотодиодов КМОП) составляет инфракрасное содержимое света, в большей степени, чем видимое содержимое света. Это создает проблему при окружающих условиях с некоторыми типами искусственного освещения. Например, устройство ALS на основе технологии КМОП будет, вероятно, отображать, что условия окружающей среды «более яркие», когда оно освещается лампой накаливания, по сравнению с флуоресцентной лампой. Это происходит потому, что освещение лампы накаливания имеет довольно высокое содержание инфракрасного света по сравнению, например, с освещением от флуоресцентной лампы, при этом датчик не может произвести различия между условиями освещения, где доминирует инфракрасный свет, и условиями, в которых преобладает видимый спектр. Чтобы помочь смягчить эту проблему, перед датчиком может быть размещен фильтр для блокировки инфракрасного света (фильтр удаления инфракрасного света), чтобы таким образом уменьшить чувствительность выходного сигнала датчика к инфракрасному содержимому света.

Конечно, при практическом применении, фильтр для удаления инфракрасного света не является идеальным по той причине, что, тем не менее, существенное количество инфракрасного содержимого света будет проходить через фильтр и определяться датчиком. Хотя проходит относительно небольшое количество, тем не менее, такая утечка инфракрасного света может быть слишком большой для ALS в следующей ситуации. Предположим случай, когда прозрачное для света покрытие портативного электронного устройства должно иметь относительно гладкую или однородную переднюю поверхность, не имеющую каких-либо физических отверстий. Микросхема ALS располагается ниже покрытия, чтобы воспринимать уровень окружающего света, имеющегося снаружи устройства. В некоторых случаях желательно также изготавливать переднюю поверхность таким образом, чтобы она снаружи выглядела темной (например, по эстетическим соображениям). Чтобы достигнуть этой цели, на заднюю сторону покрытия может быть наложен слой чернил, проводящих инфракрасный свет, который придает передней части покрытия однородный темный цвет (например, черный). Однако слой инфракрасных чернил позволяет пропускать через себя очень малое количество видимого содержимого света, и таким образом, достигать расположенного ниже датчика (например, не более чем около 5% передачи света). Это преуменьшает способность отличать инфракрасный свет от видимого света в выходном сигнале датчика (несмотря на уменьшение инфракрасного содержимого света, достигаемого за счет использования фильтра для удаления инфракрасного света).

Сущность изобретения

Вариантом осуществления изобретения является светочувствительное устройство, которое может выполнять функцию датчика окружающего света (ALS) в портативном электронном устройстве. Элементы устройства включают в себя первый фильтр, который блокирует видимый свет на его световом пути, и набор датчиков для определения света на световом пути после первого фильтра. Эти датчики включают в себя, по меньшей мере, первый датчик цветности и бесцветный датчик. Устройство также имеет вычислитель интенсивности света, который рассчитывает степень интенсивности видимого света на пути света. Вычисление основывается на разнице между выходным сигналом первого цветового датчика и выходным сигналом бесцветного датчика. Другими словами, измерение уровня окружающего света рассчитывается на основе разницы, по меньшей мере, одного цветного канала и бесцветного канала. Таким образом, инфракрасное содержимое света на пути света, что является благоприятным фактором, аннулируется (когда берется разница между выходными сигналами цветного и бесцветного датчиков).

В другом варианте осуществления изобретения вычисление интенсивности света (представляющей уровень окружающего света) использует не только разницу между одним цветным каналом и бесцветным каналом, но также дополнительное количество значений этих разниц, а именно разницу между другим цветным каналом и бесцветным каналом. Такая технология может быть полезна, например, в том случае, когда первый и второй цветовые датчики являются, соответственно, красным и голубым датчиками, которые являются легкодоступными, как часть традиционных датчиков света в системе цветопередачи RGB (зеленый, красный, синий). В этом случае вычислитель интенсивности преобразует, по меньшей мере, две разницы бесцветного-цветного сигналов, которые представляют, соответственно, голубое и желтое значения, в зеленое значение. Это последнее значение затем может использоваться для вычисления значения в люксах, которое является прямым измерением интенсивности света.

Приведенное выше описание сущности изобретения не включает в себя исчерпывающий список всех аспектов настоящего изобретения. Предполагается, что изобретение включает в себя все системы и способы, которые могут быть применены во всех подходящих комбинациях различных аспектов, резюмированных выше, так же как и те системы и способы, которые раскрыты в приведенном ниже подробном описании, и, в частности, точно определены в пунктах формулы изобретения, заполненных вместе с заявкой. Такие комбинации имеют частные преимущества, которые специально не перечислены в приведенном выше описании сущности изобретения.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления изобретения проиллюстрированы в качестве примера, а не с целью ограничения, на фигурах сопроводительных чертежей, на которых аналогичные ссылки обозначают подобные элементы.

Фиг.1 является блок-схемой датчика окружающего света, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.2 является блок-схемой датчика окружающего света, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3 показывает пример применения участка ALS покрытия передней части в портативном электронном устройстве.

Фиг.4 является блок-схемой примера множества вычислительных функциональных блоков в портативном электронном устройстве.

Подробное описание

Далее будет приведено объяснение нескольких вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Поскольку формы, относительные положения и другие аспекты составных частей, описанных в вариантах осуществления изобретения, четко не определены, то объем изобретения не ограничивается только показанными частями, которые предназначаются только для иллюстративных целей. Кроме того, в то время как формулируются многочисленные подробности, понятно, что некоторые варианты осуществления изобретения могут применяться без использования этих подробностей. В других примерах хорошо известные схемы, структуры и технологии не были показаны в больших подробностях, с тем чтобы не затруднять понимание этого описания.

Фиг.1 показывает блок-схему датчика (ALS) окружающего света, в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Падающий свет, который должен восприниматься, для определения уровня содержания в нем видимого света, следует по световому пути через первый фильтр 104, который блокирует содержимое видимого света, перед тем, как он достигает расположенный ниже набор датчиков 106, 108, 110 света. Первый фильтр 104 используется, главным образом, для того чтобы скрыть из виду электронику датчика, которая находится ниже фильтра, и которая в противном случае будет видимой невооруженным глазом при просмотре из точки, находящейся выше фильтра 104. Это может использоваться в эстетических целях, например, когда желательно получить однородный или гладкий и темный внешний вид выше фильтра 104. Это может быть достигнуто за счет проектирования фильтра 104 как части подложки, на которой существует слой проводящих инфракрасное излучение чернил, который также блокирует видимый свет.

Конечно, в то время как вышеуказанный фильтр 104 должен блокировать видимый свет, в практическом смысле он не полностью блокирует весь видимый свет. Например, в одном из вариантов использования фильтр 104 имеет проводимость около 2%-5% в видимой части спектра и более 90% в инфракрасной области спектра. Если коэффициент передачи для видимого содержимого был бы намного выше, чем этот коэффициент, тогда фильтр 104 не мог бы дать, по существу, темный внешний вид при виде сверху (позволяя расположенной ниже электронике датчика быть в достаточной степени видимой). С другой стороны, если коэффициент передачи для видимого содержимого света был бы слишком низким (например, значительно ниже 2%), то в этом случае недостаточное количество видимого света достигло бы датчиков 106-110 света. Коэффициент передачи фильтра 104 следует выбирать, основываясь на чувствительности датчиков 106-110 света к видимому содержимому света по отношению к их чувствительности для инфракрасного содержимого (которое также присутствует в падающем свете).

Выход цветовых датчиков 106, 108 света обеспечивает сигнал, который показывает воспринимаемую интенсивность света для отдельного видимого цвета, а не для других цветов. Если выразить это другими словами, то цветовой датчик света является средством для восприятия света, который настраивается для выявления определенного видимого цвета. И наоборот, бесцветный датчик 110 выводит сигнал, который показывает воспринимаемую интенсивность света для нескольких видимых цветов. В частности, бесцветный датчик может выводить сигнал, который дает воспринимаемую интенсивность света по всему видимому спектру.

Датчики 106-110 света могут быть полупроводниковыми датчиками света типа КМОП, или другими подходящими датчиками, которые имеют достаточную чувствительность в видимому свету. Эти датчики включают в себя фотодиоды и фототранзисторы, встроенные в производственный процесс КМОП, или другой подходящий полупроводник, или производственный процесс интегральной микросхемы. Существует, по меньшей мере, один цветовой датчик 106 и, по меньшей мере, один бесцветный датчик 110, хотя вариант осуществления изобретения, изображенный на фиг.1, имеет дополнительный цветовой датчик 108. В одном варианте применения каждый из цветовых датчиков 106, 108 имеет фильтрующий элемент различного цвета, который покрывает соответствующий фотоприемный элемент. Другими словами, каждый из цветовых датчиков 106, 108 настраивается таким образом, чтобы воспринимать различные цвета видимого света. В отличие от цветовых датчиков 106, 108, бесцветный датчик 110 выводит сигнал, который обозначает воспринимаемую интенсивность света широкого диапазона различных видимых цветов, в отличие от восприятия только единственного цвета.

Кроме того, фотоприемные элементы цветовых датчиков 106, 108 электрически согласованы с фотоприемным элементом бесцветного датчика 110. Другими словами, если бы цветовой датчик 106 был красным датчиком, то выходной сигнал цветового датчика 106 был бы очень близким к выходному сигналу из бесцветного датчика 110 если бы падающий свет содержал только красную составляющую. Аналогичным образом, если бы цветовой датчик 108 был голубым датчиком, а падающий свет содержал только голубую составляющую, то выходные сигналы из цветового датчика 108 и бесцветного датчика 110 были бы очень близки. Кроме того, чувствительность к инфракрасному излучению каждого из датчиков 106-110 также должна быть электрически согласованной (которая будет давать возможность более точной нейтрализации инфракрасного содержимого в приведенном ниже уравнении). Электрическое согласование фотоприемных элементов может быть достигнуто при использовании различных производственных технологий, таких как позиционирование фотоприемных элементов настолько близко друг к другу, насколько это возможно, встраивая их в ту же самую подложку и используя те же самые операции производственного процесса, а также проектируя их таким образом, чтобы иметь те же самые физические размеры и схемную топологию.

Датчик окружающего света, показанный на фиг.1, также включает в себя вычислительное устройство 112 интенсивности света, которое рассчитывает степень интенсивности видимого света на пути света, на котором находятся датчики 106-110. Для показанного на фиг.1 варианта осуществления изобретения, вычисление основывается на, по меньшей мере, двух разницах, а именно - на разнице между выходным сигналом бесцветного датчика и выходным сигналом первого цветового датчика 106, и разнице между выходным сигналом бесцветного датчика и выходным сигналом второго цветового датчика 108. Это отражается в математической форме в виде следующего соотношения:

Где k₁ и k₂ являются постоянными пропорциональности или несоответствия, которые должны быть выбраны во время процедуры калибровки таким образом, чтобы каждое из выражений в скобках приведенного выше уравнения приводило в результате к достаточно хорошей нейтрализации эффекта инфракрасного содержимого на пути света. Например, постоянные k₁ и k₂ могут помочь удалить эффект несоответствия между цветовыми датчиками 106, 108 и бесцветным датчиком 110, исходя из их соответствующих чувствительностей к тому же самому инфракрасному содержимому в падающем свете (после фильтра 104).

Как дополнительно объясняется ниже, вариант применения вычислительного устройства 112 интенсивности света может быть выполнен в форме, например, аналогово-цифрового преобразователя, который преобразует соответствующие аналоговые выходные сигналы от датчиков 106-110 в цифровую форму, действуя в соответствии с логическими схемами с постоянными соединениями или с помощью программируемого процессора, выполняющего описанное выше математическое уравнение. Это позволяет устройству ALS рассчитать в реальном времени степень интенсивности уровня окружающего света снаружи портативного электронного устройства, в которое могут быть встроены элементы, изображенные на фиг.1. Результирующая степень интенсивности окружающего света затем может быть использована с помощью различных приложений, работающих в портативном электронном устройстве, включая, например, контроль яркости экрана дисплея с целью получения четкости и для экономии мощности аккумуляторной батареи.

Как предполагалось выше, вычисление интенсивности света может альтернативно основываться на одной разнице "clear-color" (бесцветный - цветной). Например, единственный датчик 106 пурпурного цвета может использоваться вместе с бесцветным датчиком 110, с применением следующей разницы:

Где k является постоянной пропорциональности или несоответствия, как и в первом случае.

На фиг.2 показана блок-схема другого варианта осуществления изобретения. В этом варианте осуществления изобретения устройство ALS имеет датчик света RGB, который составлен из четырех фотодетекторов, три из которых составляют, соответственно, красный датчик 106, зеленый датчик 107, и голубой датчик 108, которые электрически согласованы с бесцветным датчиком 110. Кроме того, общий световой фильтр (общий для всех датчиков 106-110 на пути света), который находится перед датчиками 106-110, сейчас включает в себя не только первый фильтр 104, который блокирует видимый свет, но также и второй фильтр 105, который блокирует инфракрасную составляющую. Например, второй фильтр 105 может быть фильтром удаления инфракрасного света, который пропускает видимую составляющую, но отбрасывает или блокирует инфракрасную составляющую, например, передача инфракрасного света составляет менее 5%, в то время как передача видимого света составляет более чем 95%. Добавление второго фильтра 105 для блокировки инфракрасной составляющей может помочь улучшить общую чувствительность устройства ALS по отношению к видимой составляющей. Степень интенсивности видимого света снова рассчитывается с помощью вычислительного устройства 112 интенсивности света, на этот раз в соответствии со следующими математическими соотношениями:

[уравнения 3]

Бесцветный - k₁ *Красный = Голубой Зеленый' = Голубой + Желтый

Бесцветный - k₂*Синий = Желтый Красный' = Пурпурный + Желтый

Бесцветный - k₃*3еленый = Пурпурный Синий'= Пурпурный + Голубой,

где в значениях Голубой, Желтый и Пурпурный эффект инфракрасной чувствительности цветовых датчиков' был нейтрализован вследствие разницы между двумя величинами. Преобразование R', G', В' в значениях единиц освещенности люкс может быть выполнено в соответствии с известными технологиями, например такими, как следующее уравнение:

Люкс = (k ₄*Красный')+(k₅*3еленый')+(k₆ *Синий') [уравнение 3b]

Где k₄, k₅ и k₆ снова являются постоянными пропорциональности или несоответствия, которые могут быть выбраны по весу или масштабу для установки внутри заданной спектральной формы для видимого света.

В другом варианте осуществления изобретения степень интенсивности видимого света может рассчитываться, начиная с противоположных цветов на цветовом круге, используя Голубой, Пурпурный и Желтый цветовые датчики (вместо датчиков света RGB). Этот вариант осуществления изобретения может быть использован в соответствии со следующим уравнением:

[уравнения 4]

Бесцветный - k₁*Голубой = Красный

Бесцветный - k₂*Пурпурный = Зеленый

Бесцветный - k₃*Желтый = Синий,

за которым следует преобразование для получения освещенности в люксах с использованием приведенного выше уравнения 3b.

Различные варианты осуществления изобретения устройств ALS, описанные выше, могут быть встроены или интегрированы в портативное электронное устройство 200, как изображено на фиг.3. Электронные блоки для функции вычисления, которые составляют устройство 200, показаны в форме примера на фиг.4, и дополнительно описываются ниже. Начиная с фиг.3, устройство 200 может быть любым портативным вычислительным устройством, например таким, как настольный персональный компьютер, дорожный вариант персонального компьютера блокнотного типа, смартфон, сотовый телефон, портативное навигационное устройство, или цифровая камера для неподвижных изображений или видеокамера. Устройство 200 имеет переднюю поверхность, которая подвергается воздействию или является видимой, когда устройство 200 было, например, положено на стол или позиционируется для его нормального использования. В отличие от этой поверхности, покрытие задней стороны или задняя поверхность устройства 200 обычно не подвергается воздействию со стороны пользователя. Следует также отметить, что хотя на фиг.3 показано портативное устройство, область ALS переднего покрытия, как показано на фиг.3, могла бы также применяться в непортативном электронном устройстве, таком как настольный персональный компьютер (например, рядом с панелью дисплея на передней поверхности настольного персонального компьютера).

Устройство 200 имеет внешний корпус с интегрированным в него передним покрытием, которое имеет участок ALS, рядом с интерактивной областью для пользователя. В этом примере область ALS переднего покрытия находится рядом с верхней частью устройства 200 и окружает физическое отверстие в покрытии, которое может использоваться как акустическое отверстие для приемного устройства (акустическая система телефонной трубки). Микросхема 310 датчика света и датчика приближения, которая установлена на печатной плате, и которая включает в себя датчики 106-110 света, показанные на фиг.2, также как и датчик приближения, показаны лежащими ниже или под передним покрытием. И наоборот, ниже интерактивной области для пользователя находится сенсорная панель 312, наложенная на панель 314 дисплея. Таким образом, эта пара действует как сенсорный экран, расположенный ниже проходного структурного слоя 302 для видимого света. Например, структурный слой 302 может включать в себя стеклянную панель или панель, выполненную из другого проходимого для видимого света материала (чтобы позволить пользователю видеть видимый свет с широким диапазоном цветов, который вырабатывается расположенной ниже панелью 314 дисплея) и которая также обладает достаточной прочностью, чтобы обеспечить структурную поддержку для переднего покрытия.

Участок ALS переднего покрытия содержит первый фильтр, который блокирует видимый свет, но пропускает инфракрасный свет, находящийся снаружи устройства 200, и проходящий в световой путь через корпус. В показанном на фиг.3 примере первый фильтр включает в себя часть структурного слоя 302 (например, стеклянную подложку), на которой обеспечивается покрытие из чернил, пропускающих инфракрасный свет (инфракрасные чернила 303), которые также блокируют видимый свет. Хотя это не требуется, в показанном на фиг.3 варианте осуществления изобретения также обеспечивается второй фильтр, который блокирует инфракрасный свет, но пропускает видимый свет. Это может быть применено в форме фильтра 304 удаления инфракрасного света, вставленного вместе с инфракрасными чернилами 303 в структурный слой 302. Микросхема 310 датчика света и датчика приближения, которая содержит цветовой и бесцветный датчики 106-110 располагается ниже первого и второго фильтров, как показано на фигуре, таким образом, чтобы обнаруживать свет на пути света после фильтров. Фильтр 304 удаления инфракрасного света имеет такую выемку, которая позволяет проходить инфракрасному содержимому, передаваемому и принимаемому с помощью датчика приближения (когда он выполняет свою функцию обнаружения приближения).

Хотя это не показано, устройство 200 также содержит процессор, который присоединяется к микросхеме 310 датчика света через печатную плату, при этом процессор также присоединяется к системе управления яркостью панели 314 дисплея (которая располагается в интерактивной области для пользователя переднего покрытия). Яркость панели дисплея управляется на основе вычисленной степени интенсивности окружающего видимого света снаружи устройства 200, основываясь на разнице между (а) выходным сигналом, по меньшей мере, одного цветового датчика в микросхеме 310 датчика света, и (б) выходным сигналом бесцветного датчика. Альтернативно, микросхема 310 датчика света может включать в себя все четыре датчика 106-110 света, которые изображены на фиг.2, при этом процессор должен выполнять функции, описанные выше в уравнениях 3 или в уравнениях 4 для вычислительного устройства 112 интенсивности света, чтобы вывести подходящую степень уровня интенсивности окружающего света.

На фиг.4 показана блок-схема примера множества вычислительных функциональных блоков в портативном электронном устройстве 200. Эти внутренние компоненты цепи, по большей части, будут интегрированы внутри корпуса устройства 200. В частности, эта версия устройства 200 является смартфоном, который имеет несколько встроенных электроакустических преобразователей, которые включают в себя микрофон 216, приемник или акустическую систему 220 телефонной трубки, а также громкоговоритель или устройство 218 громкоговорящей связи. Микрофон 216 может обеспечить выходной аналоговый или цифровой звуковой сигнал, при этом акустическая система и устройство громкоговорящей связи 220, 218 должны принимать входные аналоговые звуковые сигналы. В целом, они могут рассматриваться как акустические сигналы преобразователя. Звуковой шифратор-дешифратор (codec) 214 является интерфейсом для выхода микрофона и для входов громкоговорителей с помощью, например, обеспечения всех аналоговых усилителей и аналоговых цепей защиты от электрических помех, которые необходимы для обработки любых аналоговых сигналов звукового преобразователя, также как и для любого необходимого аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразования звуковых сигналов. Шифратор-дешифратор 214 может быть интегральной микросхемой в отдельном корпусе.

В одном примере шифратор-дешифратор 214 работает в двух режимах и может конфигурироваться в любом из этих режимов через сигналы управления или программирования, подаваемыми с помощью процессора 150 для прикладных программ через шину малообъемных компонентов («low overhead component bus»). В одном режиме, рассматриваемом как режим медиаплеера, устройство 200 работает как цифровой медиаплеер (например, плеер МР3, который воспроизводит музыкальные файлы, сохраняемые в устройстве 200). В этом режиме шифратор-дешифратор 214 применяет аналогово-цифровое и цифро-аналоговое преобразования для сигналов звукового преобразователя, чтобы генерировать соответствующие цифровые сигналы. Оцифрованные сигналы микрофона подаются к процессору для прикладных программ, в то время как цифровой звуковой сигнал из процессора для прикладных программ преобразуется в аналоговую форму и применяется для воспроизведения с помощью любого из громкоговорителей 220, 218.

В другом режиме, рассматриваемом как «режим вызова» (call mode) устройство 200 работает как мобильное телефонное устройство (например, позволяющее пользователю производить аудио-переговоры в реальном времени с другим удаленным пользователем во время звонка по сотовому телефону). В этом режиме шифратор-дешифратор 214 может действовать как аналоговое проводящее устройство без цифрового преобразования, при этом все сигналы звукового преобразователя являются аналоговыми и просто проводятся через устройство, возможно с некоторым аналоговым усилением или буферизацией, между монополосным процессором 52 и звуковыми преобразователями.

Монополосный процессор 52 имеет интерфейс для приема сигналов и для передачи сигналов в сотовую сеть через антенну 62. Монополосный процессор 52, который может быть интегральной микросхемой в отдельном корпусе, имеет входной порт, чтобы принимать нисходящий сигнал от антенны 62, и выходной порт, чтобы передавать восходящий сигнал к антенне 62. Эти сигналы могут быть в полосе частот, например, около 26 МГц, но альтернативно, они могут быть на других полосах частот, которые рассматриваются как промежуточные (между монополосной передачей и радиочастотой на антенном входе). Восходящий сигнал может быть готовым для преобразования с повышением частоты в радиочастотный сигнал сотовой сети, такой как сигнал беспроводной связи длинного диапазона, например, в полосе частот третьего поколения (3G) беспроводной связи или универсальной системы мобильной связи (UMTS - Universal Mobile Telecommunications System), например, полосы частот 850 МГц, 900 МГц, 18 МГц и 19 МГц. Аналогичным образом, нисходящий сигнал, который является входным для монополосного процессора 52, может быть преобразован с понижением частоты из такой радиочастотной полосы частот до промежуточных частот, например, до полосы частот 26 МГц.

Восходящий сигнал из монополосного процессора 52 может быть преобразован с повышением частоты с помощью преобразователя для повышения частоты, который является частью цепи 54 сотовой радиочастотной сети. Эта цепь может быть частью интегральной схемы радиочастотного приемопередатчика в отдельном корпусе. Для стороны нисходящего сигнала цепь 54 сотовой радиочастотной сети содержит радиочастотный преобразователь с понижением частоты, который переводит нисходящий сигнал из полосы частот радиоизлучения антенны 62 в более низкую частоту, подходящую для ввода в монополосный процессор 52. Сигнал на входном или выходном порте монополосного процессора 52 может быть, таким образом, сигналом промежуточной частоты, которая является более высокой, чем основная модулирующая полоса частот, но ниже, чем радиочастотная полоса частот, или как альтернатива, радиочастотное преобразование с повышением частоты и преобразование с понижением частоты могут быть прямыми, то есть непосредственными из и в основную модулирующую полосу частот, являющиеся более предпочтительными, чем прохождение через промежуточную частоту.

Монополосный процессор 52 может выполнять известные задачи обработки сотовой основной модулирующей полосы частот, включая передачу сигналов протокола сотовой связи, кодирование и декодирование, и передачу сигналов для внешних цепей радиочастотного приемопередатчика. Эти компоненты, вместе с радиочастотной обработкой в цепи 54 внешней радиочастотной сети, могут быть определены как радиосекция устройства 200. Монополосный процессор 52 может быть программируемым в соответствии с программным обеспечением, которое было закодировано и сохраняется в соответствующей энергонезависимой памяти 154. Разрешение на доступ к сотовой сети может быть осуществлено при условии, что пользователь на вызывающей стороне устройства 200, в соответствии с модулем идентификации абонента (SIM-картой), которая установлена в устройство 200, соединяется с соединителем 258 модуля идентификации абонента.

Устройство 200 и сотовая сеть могут согласовываться с учетом специфической схемы кодирования голоса, которая должна быть применена к необработанному цифровому звуковому сигналу, поступающему из микрофона 216 (восходящий сигнал), который передается с помощью устройства 200. Аналогичным образом согласование необходимо для специфической схемы декодирования голоса, которая должна быть применена к нисходящему сигналу. Могут быть применены любые известные схемы кодирования и декодирования голоса, которые подходят для определенных протоколов беспроводной связи. Секции кодирования и декодирования голоса монополосного процессора 52 также могут рассматриваться как часть радиосекции устройства 200.

Устройство 200 также может иметь дополнительную возможность беспроводной связи для применения, например, сервиса глобальной системы навигации и определения положения (GPS), линии связи по технологии Bluetooth, а также линии связи по протоколу TCP/IP (протокол управления передачей/межсетевой протокол) для беспроводной локальной сети. Для этой цели приемопередатчик 160 Bluetooth вместе с беспроводной локальной сетью (WLAN) включается в состав приемопередатчика 164, который обеспечивает дополнительные каналы беспроводной связи для устройства 200. Эти два канала могут использоваться совместно другой интегрированной антенной 63 для беспроводной связи на короткие расстояния (например, в соответствии с протоколом Bluetooth и/или протоколом WLAN). Радиочастотный диплексор 188 имеет пару радиочастотных портов, которые присоединяются к антенне 63. Один из этих портов используется для сервисов глобальной системы навигации и определения положения (GPS), которые приемник 156 GPS в виде интегральной микросхемы использует для получения данных GPS и позволяет устройству 200 обнаружить для пользователя свое местоположение. Другой радиочастотный порт диплексора 188 присоединяется к радиочастотному внешнему пользовательскому интерфейсу 172, который комбинирует радиочастотные сигналы Bluetooth и WLAN.

Сервисы сотовой сети, GPS, Bluetooth и WLAN могут управляться с помощью программирования процессора 150 для прикладных программ, чтобы осуществлять связь с монополосным процессором 52, приемопередатчиком 160 Bluetooth и беспроводным приемопередатчиком 164 через отдельные компонентные шины. Хотя это не показано, также могут быть отдельные компонентные шины, присоединяющие монополосный процессор 52 к приемопередатчику 160 Bluetooth и приемопередатчику 164 WLAN, чтобы позволить последним приемопередатчикам получить преимущество инструмента для звуковой обработки, доступного в монополосном процессоре 52, например, чтобы проводить голос беспроводным способом через вызов межсетевого протокола IP (используя приемопередатчик 164 WLAN) и позволить пользователю на передающей стороне линии связи проводить вызов через беспроводной головной телефон (используя приемопередатчик 160 Bluetooth).

Так называемые компоненты с большим расходом энергии мобильного устройства 200 могут включать в себя монополосный процессор 52, процессор 150 для прикладных программ, сенсорный экран 252, и передающие радиочастотные усилители мощности, которые являются частью радиочастотной цепи 54. Эти компоненты соединяются таким образом, чтобы они отслеживались с помощью модуля 248 управления мощностью. Модуль 248 управления мощностью может отслеживать потребление мощности с помощью отдельных компонентов устройства 200 и может передавать сигналы с командами управления мощностью к одному или более компонентам таким образом, как это необходимо для сохранения энергии аккумуляторной батареи и для контроля температуры батареи.

Другой, более низкий уровень аппаратной части и функциональности мобильного устройства 200 включает в себя кнопку 250 включения/выключения или перезапуска, вибратор 274, используемый для обозначения звукового сигнала вызова во время входящего звонка, звуковой вызывной звонок, физическая кнопка меню, и кнопка увеличения/уменьшения громкости (в целом определяемые как элементы 272 цепи, которые могут быть присоединены к выводным контактам процессора 150, как показано на фиг.). Мобильное устройство 200 также может иметь стыковочный разъем 230, который осуществляет связь с портом USB процессора 150, позволяя устройству 200, например, синхронизировать определенные файлы пользователя с соответствующими файлами, которые сохраняются в настольном или блокнотном персональном компьютере того же самого пользователя. Стыковочный разъем 230 также может использоваться для соединения с адаптером источника питания или другим источником электрической энергии для зарядки аккумуляторной батареи (через разъем 108 батареи).

В дополнительном варианте осуществления изобретения мобильное устройство 200 может иметь схематику 264 цифровой камеры и оптики, которая присоединяется к процессору 250, позволяя мобильному устройству использоваться в качестве цифровой камеры для неподвижных изображений и видеокамеры.

Как объяснялось выше, устройство 200 может иметь переднее покрытие, которое имеет интерактивную область для пользователя, и которая покрывает комбинированное устройство из сенсорной панели 312 и панели 314 отображения, при этом панели комбинируются таким образом, чтобы образовывать сенсорный экран 252. Кроме того, возвращаясь снова к фиг.3, можно увидеть, что передняя поверхность покрытия имеет участок ALS, который вместе с микросхемой 310 датчика света и связанным с ней вычислительным устройством 112 интенсивности света (см. фиг.1 или фиг.2) могут также предполагаться для выполнения функции ALS в устройстве 200. Устройство 200 также может включать в себя отдельную микросхему 254 датчика приближения, которая включает в себя, например, инфракрасное передающее и приемное устройства (не показаны), которые располагаются в области переднего покрытия, которое находится рядом с физическим отверстием или окружает его, и которое является акустическим отверстием для акустической системы головного телефона (см. фиг.3). Датчик 254 приближения может быть спроектирован таким образом, чтобы передавать энергию инфракрасного излучения наружу через переднее покрытие и принимать назад рассеянную или отраженную энергию инфракрасного излучения через переднее покрытие. При этом датчик будет показывать, например, что верхний участок переднего покрытия устройства 200 располагается очень близко к уху пользователя (например так, как происходит во время телефонного разговора). Цифровые входные и выходные сигналы ALS микросхемы 310 датчика света и микросхемы 254 датчика приближения используются процессором 150 для прикладных программ необходимым образом, чтобы обеспечить функции ALS и датчика приближения, используемые для различных прикладных программ, которые могут быть запущены в устройстве 200, как объясняется ниже.

После описания компонентов низшего уровня мобильного устройства 200 порядок описания продолжится кратким обсуждением функциональности программного обеспечения более высокого уровня для устройства 200. Как предполагалось выше, устройство 200 может иметь процессор 150 для прикладных программ, который выполняет загрузку системы кодирования и операционной системы (OS), хранящейся в памяти 262. Запустив верхнюю часть операционной системы и несколько прикладных программ или модулей, которые после выполнения процессором 150 управляют на высоком уровне следующими приведенными для примера функциями: звонок по телефону и прием звонка по телефону (телефонный модуль), извлечение и отображение сообщений по электронной почте (email, модуль электронной почты), свободный просмотр и редактирование сети Интернет (модуль браузера), и программа воспроизведения цифровых мультимедийных данных (модуль проигрывателя iPod ). С помощью процессора 150 могут быть выполнены дополнительные приложения и элементы управления окном, включая функцию часов, сервисное приложение для службы коротких сообщений (SMS) или работы с текстовыми сообщениями, интерфейсный элемент окна о погоде, приложение с календарем, приложение по навигации карты улиц, и приложение сервиса скачивания и загрузки музыки (сервис iTunes ).

Как объяснялось выше, вариант осуществления изобретения ALS может иметь машинно-считываемую среду, в которой существуют сохраняемые или закодированные инструкции, в соответствии с которыми программно-управляемый процессор устройства должен выполнить некоторые из операций, описанных выше, для оцифрованных значений цветового и бесцветного датчиков. В других вариантах осуществления изобретения некоторые из операций этого функционального модуля ALS могли бы быть выполненными с помощью специфических компонентов аппаратных средств, которые содержат логические схемы с постоянными соединениями. Эти операции могут быть альтернативно выполненными с помощью любой комбинации программируемых компонентов для обработки данных и компонентов с фиксированной, жестко смонтированной схемой. Машинно-считываемая среда может включать в себя любой механизм для хранения и передачи информации в такой форме, которая может считываться машиной (например компьютером), например такой, как постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CDROM), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM), запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ, RAM) и стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ, EPROM).

В то время как определенные варианты осуществления изобретения были описаны и показаны в сопроводительных чертежах, должно быть понятно, что такие варианты осуществления изобретения являются только иллюстративными и не являются ограничивающими по отношению к объему изобретения, а также то, что изобретение не ограничивается специфическими конструкциями и компоновками, которые показаны и описаны, поскольку для обычного специалиста в данной области техники понятно, что могут иметь место различные другие модификации. Например, альтернативная компоновка для варианта наложения, показанного на фиг.3 (для области ALS переднего покрытия) может быть применена для фильтра 304 удаления инфракрасного света на структурном слое 302, перед нанесением слоя 303 инфракрасных чернил. Таким образом описание должно рассматриваться как иллюстративное, а не как ограничивающее.