專利名稱：自動(dòng)背光和用于控制自動(dòng)背光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及發(fā)光二極管，更具體地說，涉及采用發(fā)光二極管既作為光傳感器又作為光發(fā)射器。
背景技術(shù)：
遙控器、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、尋呼機(jī)、蜂窩電話以及其它手持裝置往往包括用于顯示器、按鍵和控制按鈕的背光，以便可在黑暗的環(huán)境中使用該裝置。一般來說，用戶必須按下按鈕、打開蓋子或者采取一些其它類型的動(dòng)作來打開背光。但是，在黑暗中可能難以找到背光啟動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置。在無源顯示板中也廣泛地使用背光，這些顯示板處于各種各樣等級(jí)的環(huán)境光下，例如車輛和平面儀表面板。
一些常規(guī)機(jī)構(gòu)通過任何用戶動(dòng)作都可打開背光。這提供了多種方式來激活背光，但是用戶必須小心，以免在黑暗中錯(cuò)誤地碰到不想用的功能鍵。更糟糕的是，這種機(jī)構(gòu)甚至在不需要背光的明亮環(huán)境中也打開背光。由于電池使用壽命對(duì)于手持裝置是至關(guān)重要的，所以一些設(shè)計(jì)者增加了光傳感器來防止在明亮光照條件下啟動(dòng)背光，但是這增加了復(fù)雜性和成本。
另一先有技術(shù)機(jī)構(gòu)采用加速計(jì)、電容性接觸傳感器以及紅外近程傳感器的組合來確定移動(dòng)電話的操作狀態(tài)，以便打開背光，參見Hinckley等人的“趨向于更敏感的移動(dòng)電話”(Proceeding of ACM UIST，2001)。這些部件不僅昂貴，而且還耗費(fèi)了大量電力，需要對(duì)裝置機(jī)殼的設(shè)計(jì)進(jìn)行大量的加工更改。較簡單的機(jī)構(gòu)采用簡單的電容性近程傳感器，如2001年5月24日由Dietz等人提交的題為“用于電話手持機(jī)的實(shí)時(shí)緩沖”、序列號(hào)為09/864812的美國專利申請(qǐng)中所述，但是其中稍經(jīng)修改以檢測運(yùn)動(dòng)而不是僅僅超過閾值。
發(fā)明公開與傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，自動(dòng)背光在用戶擊鍵之前、但僅在黑暗光照條件下打開。它成本低并且用電很少。電容性近程傳感器檢測裝置的有效操作，并且背光本身還用作光傳感器。電路僅需要單個(gè)附加的電容器和典型的基于微處理器的系統(tǒng)(如遙控器)的三個(gè)I/O引腳。因?yàn)橄到y(tǒng)還使用背光LED作為傳感器，所以裝置常?？山?jīng)過升級(jí)以包括此特征，不需要改變現(xiàn)有的封裝。
附圖簡介

圖1是電容測量電路的原理圖；圖2是先有技術(shù)的光發(fā)射器電路的原理圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的LED發(fā)射器/檢測器電路的原理圖；圖4a-c表示分別在發(fā)光、反向偏置和放電模式下工作的圖3的電路。
圖5是根據(jù)本發(fā)明控制自動(dòng)背光的過程的流程圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式電容測量電路圖1表示本發(fā)明采用的基本電容測量電路100。該電路使用標(biāo)準(zhǔn)微處理器(例如Microchip Technology Inc.的PIC16C系列微芯片)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字I/O引腳101-102加上積分電容器CI103，用于測量與操作包含電路100的裝置的用戶105的電容耦合C用戶104。
測量過程為了進(jìn)行測量，引腳I/O1和I/O2101-102最初設(shè)置成輸出低電平，讓電容器放電。接著，CI103被設(shè)置成輸入，C用戶104被設(shè)置成輸出高電平。這讓C用戶充電到電源電壓。然后，I/O1101設(shè)置成輸入，I/O2102設(shè)置成輸出低電平。這使CI101和C用戶104分享電荷。如果CI＞C用戶+，則這使CI103上的電荷有少量增加。重復(fù)讓C用戶充電并與CI分享的這種循環(huán)將緩慢地使CI101充電，步長按指數(shù)規(guī)律減小并且與C用戶/CI成比例。當(dāng)C用戶充電時(shí)，I/O2是輸入，并且可用來確定CI上的電荷水平何時(shí)使輸入超過輸入閾值T。通過計(jì)算需要多少充電-分享循環(huán)才會(huì)超過輸入閾值T，獲得對(duì)電容耦合C用戶的高分辨率的測量。
給定這種基本電容測量電路100，現(xiàn)在甚至在帶有少量噪聲和緩慢的元件漂移時(shí)，也可能以健壯的方式檢測電容變化。在每次測量后，與先前測量結(jié)果的絕對(duì)差經(jīng)由單極點(diǎn)濾波器進(jìn)行低通濾波，檢查這種濾波器的輸出，以查看它是否超過閾值T。
通過在印刷電路板上設(shè)置檢測電極以形成隨操作而改變的C用戶電容，以及使用上述電路和過程，構(gòu)造出敏感操作傳感器。為了節(jié)省電力，讓微處理器在大多數(shù)時(shí)間處于睡眠模式，定期喚醒以執(zhí)行這種快速測量來確定操作狀態(tài)。對(duì)于典型的遙控器微處理器，這種操作耗費(fèi)幾微瓦的電力，因而適合于連續(xù)操作取樣。這個(gè)過程稍后會(huì)參照?qǐng)D5更詳細(xì)地描述。
光的檢測用于裝置的自動(dòng)背光的另一種檢測技術(shù)是使用光傳感器。可以使用硫化鎘(CdS)光敏元件或者一些其它獨(dú)立的光檢測器。但是，獨(dú)立的檢測器通常需要修改裝置的外殼以及以不會(huì)被普通操作遮擋的方式引導(dǎo)光到達(dá)傳感器的機(jī)構(gòu)。
反而有可能采用背光LED本身作為光傳感器。這只要求使用微處理器上的另外的I/O引腳，而不需要其它額外元件。作為一個(gè)優(yōu)勢，背光LED已經(jīng)理想地光耦合到器件中要照明的區(qū)域。
LED是光電二極管，眾所周知LED能夠用作檢測器，參見“SilicormectionsComing of Age in the Electronic Era”(ForrestMimms，1985)。但是，由于未知的原因，在先有技術(shù)的裝置中很少開發(fā)用LED作為光檢測器的這種能力。在先有技術(shù)中，LED幾乎普遍僅用作光發(fā)射器?？赡軉栴}在于，缺少能夠在發(fā)光和檢測之間容易地切換的簡單電路。
圖2表示典型的先有技術(shù)的LED發(fā)射器電路200。微處理器控制器200的I/O引腳201用于通過LED 202與電阻203來吸收電流，從而限制電流。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的LED發(fā)射器/檢測器電路。這里，LED 302和電阻303以串聯(lián)方式連接在微處理器300的兩個(gè)I/O引腳301之間?，F(xiàn)在LED/電阻電路的兩端都由微處理器來驅(qū)動(dòng)。
圖4a-c說明這種電路如何分別在“發(fā)光”、“反向偏置”和“放電”這三種模式中工作。在發(fā)光模式中，LED以傳統(tǒng)方式工作并且發(fā)光。在反向偏置模式中，把常規(guī)的發(fā)光極性切換到使二極管結(jié)反向偏置。通過把一端釋放到放電模式，即把該端設(shè)置成輸入，可以讓光產(chǎn)生的光電流以與接收光量成比例的速率對(duì)結(jié)放電?？梢匀缟纤鰷y量電容性放電。在某個(gè)點(diǎn)，輸入引腳上的電壓超過輸入閾值T。通過對(duì)此發(fā)生的時(shí)間計(jì)時(shí)，可以進(jìn)行光級(jí)的高分辨率測量。
根據(jù)本發(fā)明的電路不需要附加的元件，在檢測期間只耗費(fèi)極少量電力。通過在發(fā)光和檢測模式之間快速切換，即使按照周期性間隔把LED短暫地切換到檢測模式，LED可以看上去象是連續(xù)地發(fā)光。
自動(dòng)背光如圖5所示，圖4的光傳感器電路可單獨(dú)使用或者與圖1的操作傳感器電路組合使用，從而構(gòu)成用于手持裝置的自動(dòng)背光。
基本過程重復(fù)對(duì)操作傳感器抽樣510。如果檢測到操作，則對(duì)光傳感器抽樣520。如果檢測的環(huán)境光的等級(jí)低于預(yù)定閾值，則相應(yīng)地調(diào)整背光的等級(jí)。在簡單情況下，或者開燈或者關(guān)燈?；蛘?，所發(fā)出的背光的等級(jí)是測量的環(huán)境光等級(jí)的某個(gè)函數(shù)。如果在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)未操作裝置，則關(guān)掉背光并且返回到常規(guī)的抽樣狀態(tài)。
此過程具有令人感興趣的優(yōu)點(diǎn)。如果裝置未被有效地操作，則與用戶的電容耦合未充電，背光自動(dòng)關(guān)掉。這在用戶僅僅手持該裝置的情況下是有用的，例如該裝置是遙控器，而且在穩(wěn)定狀態(tài)中，用戶手拿遙控器在看電視。只要用戶不相對(duì)于遙控器移動(dòng)其手，則檢測不到“操作”，背光關(guān)掉。只有在環(huán)境光低于預(yù)定閾值時(shí)，用戶一移動(dòng)來使用遙控器，背光就會(huì)再次打開。
裝運(yùn)對(duì)于裝運(yùn)該裝置，可能出現(xiàn)這樣的情況裝置常常與導(dǎo)電包裝材料碰撞。這可能激活背光。因此，專門查看這種擴(kuò)大范圍的“操作”情況并且有目的地提高操作時(shí)間間隔閾值對(duì)于保持電池使用壽命是有用的。
備用應(yīng)當(dāng)指出，操作傳感器和光傳感器還可用于其它目的。在遙控器的情況中，操作傳感器可用來立即發(fā)送“備用”信號(hào)給受控裝置，使受控裝置能夠?yàn)橛脩舭l(fā)出的請(qǐng)求作準(zhǔn)備。例如，投影電視和一些其它類型的設(shè)備具有相當(dāng)長的預(yù)熱時(shí)間。預(yù)期用戶有可能打開電源，可以允許這些設(shè)備搶先開始啟動(dòng)過程，由此從用戶的角度來看，減少了設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間。
光傳感器還可用來測量環(huán)境光的相對(duì)量，并且自動(dòng)調(diào)整背光的亮度級(jí)以匹配環(huán)境光的等級(jí)。
雖然已經(jīng)通過最佳實(shí)施例的各示例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)可以進(jìn)行各種其它的調(diào)整和修改。因此，所附權(quán)利要求書的目的在于，涵蓋在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)的所有這種變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)背光，它包括以串聯(lián)方式與電阻相連的LED；微處理器，具有連接到所述LED的第一I/O引腳和連接到所述電阻的第二I/O引腳；用于以正向偏置周期性地驅(qū)動(dòng)所述LED發(fā)光的裝置；用于以反向偏置周期性地驅(qū)動(dòng)所述LED的裝置；用于在以反向偏置驅(qū)動(dòng)所述LED之后使所述LED放電、以便測量環(huán)境光的等級(jí)的裝置；以及用于根據(jù)所測量的環(huán)境光的等級(jí)來調(diào)整所述發(fā)出的光的等級(jí)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)背光，其特征在于，所述發(fā)出的光的等級(jí)是打開或關(guān)掉。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)背光，其特征在于還包括用于測量與用戶的電容耦合，并且僅當(dāng)存在與所述用戶的電容耦合時(shí)才驅(qū)動(dòng)所述LED。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)背光，其特征在于還包括用于測量與用戶的電容耦合的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)背光，其特征在于，所述LED僅在與所述用戶的所述電容耦合超過預(yù)定閾值時(shí)才被驅(qū)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)背光，其特征在于，當(dāng)與所述用戶的所述電容耦合超過閾值時(shí)向受控裝置發(fā)送備用信號(hào)。
7.一種用于控制自動(dòng)背光的方法，它包括把LED以串聯(lián)方式與電阻相連；把微處理器的第一I/O引腳連接到所述LED，第二I/O引腳連接到所述電阻；以正向偏置周期性地驅(qū)動(dòng)所述LED發(fā)光；以反向偏置周期性地驅(qū)動(dòng)所述LED；在以反向偏置驅(qū)動(dòng)所述LED之后使所述LED放電、以便測量環(huán)境光的等級(jí)；以及根據(jù)所測量的環(huán)境光的等級(jí)來調(diào)整所述發(fā)出的光的等級(jí)。
全文摘要
自動(dòng)背光僅在黑暗照明條件下在用戶擊鍵之前打開。電容性近程傳感器檢測裝置的有效操作并且背光本身用作光傳感器。該電路只需要單個(gè)附加電容器和三個(gè)自由I/O引腳在典型的基于微處理器的系統(tǒng)(如遙控器)上實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)采用當(dāng)前的背光LED作為傳感器，裝置常?？山?jīng)過升級(jí)而包含此特征，不用改變現(xiàn)有封裝。
文檔編號(hào)G09G3/32GK1514992SQ038003
公開日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月3日
發(fā)明者P·H·迪茨, P H 迪茨 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社