CN101819898A - 移动手持电子设备上的自动键区背光调节 - Google Patents

移动手持电子设备上的自动键区背光调节 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自动调节移动电子设备上的键区亮度的方法，所述移动电子设备具有光传感器、键区以及针对所述键区的背光，所述方法包括：从光传感器获得光级采样；在当前光级采样小于阈值的情况下，将背光从关闭转向开启，其中，在所述阈值以下背光照明变得必要以便阅读键区，并且在当前光级采样大于阈值的情况下，在预定的时间段之后将背光从开启转向关闭。

Description

移动手持电子设备上的自动键区背光调节
技术领域
本申请总体涉及电子设备，更具体地，涉及控制移动电子设备上的背光以在引起对比度反转的环境照明条件下提高键区可读性的方法。
背景技术
可以针对不同的操作环境来调节手持电子设备上的键区亮度，以便提高键标记(例如，字母字符、数字)的可见度。诸如Logitech炫光键盘件号920-000914或MacBook Air件号MC233LL/A等传统背光键区或键盘是利用单色光源来照亮的。背光控制器基于环境光强度的测量来改变单色光源的强度。备选地，如果没有提供光传感器，则习惯于在设备上电时点亮背光，以确保键区在黑暗中是可读的。
典型地，传统背光键区的键是不透明的，例如是黑色的，在该键上具有键标记或字符，这些键标记或字符是透明的以允许光透过，以便在黑暗环境下背光照明，并且这些键标记或字符是白色或其他颜色的，以创建清晰度的合适对比度。背光控制器在键区暴露在昏暗或中等强度环境光下时激活键区背光，并在键盘暴露在明亮环境光下(例如，在户外或阳光条件下)时去激活键区背光。
Cathey(US 7,129,930)描述了一种背光键盘，其中，每个键包括打印在透明浅色键表面上的深色键标记。Farage(US 6,797,902)描述了一种键盘，其中，每个键耦合至照亮透明键表面的大灯以及照亮深色键标记的小灯。Knox(US 6,950,087)描述了一种背光键盘，其中通过允许用户手动调节背光的颜色的可变位置棱镜来照亮键。Stokic(US 2006/0061542)描述了一种耦合至显示控制器的键盘。显示控制器向键发送键标记，并基于环境光级(ambient light level)来调节键标记的强度以及背景与键标记之间的对比度。Kreek(US2007/0097065)阐述了一种方法，自动调节非对比度反转键区的屏幕和键区亮度，以提高移动通信设备上的键区的清晰度，从而在环境光级超过50勒克斯30秒的情况下，键区背光从开启切换至关闭，以及在环境光级降低至16勒克斯以下的情况下，键区背光从关闭切换至开启。Sellers(US 2007/0068784)阐述了一种键盘，具有将光导向键的下侧的光导管。
对于发生对比度反转(即，当字符从高环境光条件的暗元件变成低环境光条件下的亮元件时)的特定范围的环境照明条件，出现键区或键盘(或其他输入设备，如仪表板)上的字符的可读性的问题。当存在“昏暗”照明(即，在日光与黑暗之间)使得键区上的字符的对比值(contrast ratio)下降到这些字符不再清晰的值以下时，出现该范围的环境照明条件。
发明内容
根据本说明书的一方面，阐述了一种自动调节移动电子设备上的键区亮度的方法，所述移动电子设备具有光传感器、键区以及所述键区的背光，所述方法包括：从光传感器获得光级采样；在当前光级采样小于阈值的情况下，将背光从关闭转向开启，其中，在所述阈值以下背光照明变得必要以便阅读在其键标记的亮区与暗区之间具有最优对比值的键区，以及在当前光级采样小于所述阈值、但在键标记的所述亮区与暗区之间的最小对比值之上的情况下，在预定时间段之后将背光从开启转向关闭。
如以下将更详细描述的，前述方面通过开启背光使得在照亮的字符与从周围材料反射的光之间的对比度保持适合于清晰度的比值(典型地，在大约3∶1的最优值以下，但在最小值2∶1以上)，来使对“昏暗”照明条件下键区上的字符的对比值的影响最小化。
附图说明
参考以下描述和附图将更好地理解自动控制背光的示例性方法，附图中：
图1是移动手持电子设备的表示，根据一个实施例结合所述移动手持电子设备阐述了自动地控制背光的方法；
图2是在图1的电子设备内的特定内部组件的框图；
图3是示出了对比值对环境光的曲线图；以及
图4是示出了在图1的电子设备中自动控制背光的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
参考图1，以数字10一般性地指示移动手持电子设备。在本实施例中，电子设备10基于移动或智能电话的计算环境和功能。然而，将理解，电子设备10不限于移动电话和智能电话。其他电子设备也是可能的，如无线个人数字助理、台式计算机、GPS接收机以及膝上型计算机。同样参考本实施例，电子设备10包括外壳12，所述外壳12容纳LCD显示器31、扬声器33、消息通知指示器18、诸如轨迹球25之类的多方向装置、按钮29以及键盘或键区24。优选地，如在编号为7,352,930题为SHARED LIGHT PIPE FOR A MESSAGE INDICATOR ANDLIGHT SENSOR的美国专利中阐述的，消息通知指示器18采用具有分别在发光二极管(LED)和环境光传感器中终止的两个内部分支的光导管的形式，其内容一并在此作为参考。外壳12由本领域普通技术人员公知的合适材料制成，并且可以被容纳在例如包括用于附着到用户腰带的附件在内的机架(未示出)中。
图2是示出了便携式电子设备10的示例实施例内的特定组件的框图。便携式电子设备10包括与只读存储器(ROM)21连接的处理器20，所述只读存储器(ROM)21包括多个应用程序，所述多个应用程序可由处理器20执行，以使得便携式电子设备10能够执行特定功能，包括例如个人识别号(PIN)消息功能、短消息服务(SMS)消息功能、地址簿和日历功能、摄像机功能、以及蜂窝电话功能。更具体地，处理器20可以执行ROM 21内的应用，以向用户通知诸如来电呼叫和/或电子邮件、约会、任务等事件。处理器20还可以连接至随机存取存储器单元(RAM)22以及永久性存储装置23，以便于便携式电子设备20的各种非易失性存储功能。处理器20从一个或更多个输入装置接收输入，所述一个或更多个输入装置包括键区24、轨迹球25、环境光传感器36(优选地，位于外壳12内并接收来自在指示器18处终止的光导管的光)以及用户按钮29。
处理器20向一个或更多个输出装置输出，所述一个或更多个输出装置包括液晶显示器(LCD)31、背光控制器26以及消息通知指示器18。麦克风32和电话扬声器33连接至处理器20以进行蜂窝电话功能。处理器20还连接至调制解调器和无线电装置34。调制器和无线电装置34还用于连接至无线网络并通过天线35来发送和接收语音和数据通信。
典型的背光***包括：背光照明源37，如，位于键区24后面的一系列LED或灯；以及背光控制器26，用于控制背光37的激活。照明源可以是荧光的、白炽的、电致发光的、或任何其他合适的照明源。在示出了背光37的情况下，光透过键区24向键区24上的键标记提供背光。控制器26可以以多种方式中的任何方式来控制背光级的强度，如，通过调节施加到照明源的电流或电压、通过选择性地激活所选数目的照明源(例如，一个、若干个、或所有LED)、或通过选择性地控制所激活的照明源的激活占空比(例如，可以使用在0％到100％之间任何大小的占空比)。
为了辅助一种调节背光级的方法，在设备10内提供了光传感器36。优选地，传感器36是将检测到的光级转换成电信号(如，电压)的光敏装置。考虑传感器36的美观和操作特性，传感器36可以位于设备10上或设备10内的任何位置。然而如上所述，在一个实施例中，用于要由传感器36接收光的开口位于设备10的外壳的前盖上(以降低开口阻塞的可能性)，这提供了Y形的光导(light guide)，所述光导一端终止于消息指示器18处，并且在外壳12内部分支，以便终止于消息LED和光传感器36中。可以提供多个传感器36，并且软件可以提供对于从不同传感器36提供的信号的不同强调。如以下更详细讨论的，设备10中的电路可以使用由传感器36提供的信号来确定设备10何时处于良好照明环境、昏暗照明环境、或中等照明环境下。该信息然后可以用于控制键区24的背光级。
现在参考图3，图3示出了对比值对环境光的曲线图。为了确保黑暗中的可读性，背光37必须在环境光级小于阈值(在本示例实施例中与最优对比值(最优CR)3∶1相对应)时开启。在图3中，阈值大约为18勒克斯。通常，可以根据以下等式来确定阈值：
Ethreshold＝pi*Lbacklight/(3*Rkey-Rcharacter)，其中，
Ethreshold是最优环境光阈值(以勒克斯为单位)，
Lbacklight是以cd/m2为单位的背光字符的平均照度，
Rkey是键表面的反射率，以及
Rcharacter是键标记的反射率。
上述等式是根据将以cd/m2来度量的照度转换成以勒克斯来度量的照度的公知方法推导出的：E＝pi*L/R。
然而，如上所述，当在发生对比度反转的环境光级以下和以上的“昏暗”照明条件范围(即，在垂直对比度反转线以下和以上、以及在标记不再清晰的最小对比值(最小CR)以下的环境光级范围)内开启背光37时，出现键区24上的字符(或键标记)的可读性问题。尽管清晰度在某种程度上是主观的，然而已发现对于本示例实施例，大约3∶1的最优CR值表示在其以下清晰度可能开始成为问题的阈值，大约2∶1的值表示针对清晰度的最小阈值(最小CR)。通常，可以通过对以下方程进行求解来计算发生对比度反转的环境光级：
Einversion＝pi*Lbacklight/(Rkey-Rcharacter)。
曲线CR背光描绘了照亮背光37的同时在环境光级范围上键区24的对比值。反射CR线描绘了在背光37熄灭时键区24的对比值。本领域普通技术人员将认识到，图3中描绘的值、线和曲线与示例性的键区24和背光37有关，然而这些值、线和曲线可以根据诸如用于键区24的键上的标记的涂料的反射率、背光37的颜色和强度等变量而变化。
根据上述内容将认识到，在关闭背光之前，可读性可能由于在对比度反转区域中操作背光而受到影响(例如，50勒克斯的阈值环境光级导致小于最小CR的对比值)。本公开阐述了这种可读性问题的解决方案。
参考图4，阐述了一种使针对在对比度反转附近的环境照明条件的降低的对比值的影响最小的方法。在开启设备10时开始算法(步骤50)，通常使用此时由光传感器36感测的环境光将背光模式初始化为适当的模式。接下来，以设置的间隔来进行光传感器采样(步骤52)。每个光传感器采样之间的时间量确定采样率。尽管在一些情况下采样率可以临时增加到400ms 5个采样，以便于快速调节键区背光37，但典型的采样率是每1.2秒一个采样。在步骤56，确定背光37是否关闭(当设备10初始上电时或者当设备在明亮环境照明条件下操作时，背光将关闭)。
在背光关闭的情况下(步骤56处为“是”)，将光采样与阈值T进行比较(步骤58)。如上所述，在本示例实施例中，阈值T优选地大约为18勒克斯，18勒克斯是阈值，在该阈值以下背光照明变得必要以便阅读键标记。如果光采样小于T，则背光控制器26在处理器20的控制下开启背光37(步骤60)。然后方法回到步骤52。如果光采样不小于T，则背光37保持关闭并且方法回到步骤52。
在背光开启的情况下(例如，由于在黑暗条件下操作)，再次将光采样与阈值T进行比较(步骤62)。如果光采样仍小于T，则方法返回步骤52。然而，如果光采样不小于T，则关闭背光37(步骤64)以免由于在对比度反转区域中环境光条件范围下的背光操作而导致的清晰度问题。然而，为了避免背光37的破坏和涣散闪烁，当环境光在阈值T的区域中时，在关闭背光之前引入时延。尽管对于滤除任何瞬时光采样值而言更长的延迟是必要的，但根据本示例实施例，提供2秒的时延。同样，并非突然关闭背光37，优选的是，背光控制器26平滑且快速地将背光37关闭，例如通过调节施加到照明源的电流或电压、通过选择性地激活所选数目的照明源(例如，一个、若干个或所有LED)或通过选择性地控制所激活的照明源的激活占空比(例如，可以使用在0％到100％之间任何大小的占空比)。此外，优选地不关闭背光37，直到在步骤62光采样值略微高于阈值T(例如，在本示例实施例中光采样值为24勒克斯)，然而并不高到使得对比值下降到在键标记的亮区与暗区之间的最小对比值(最小CR)以下(例如，2∶1的最小CR，在本示例实施例中与大约30勒克斯相对应)。背光开关阈值的差异导致包括步骤62和63在内的滞后环(hysteresis loop)，所述滞后环在关闭背光37之前将对比度反转点有效地移至更安全的(即，更高的)级，从而避免背光闪烁(即，在光采样接近步骤62的阈值T时持续地在开启和关闭状态之间转换)。具体地，根据图3的示例实施例，24勒克斯的光采样值大于阈值T＝18勒克斯(步骤62)但是小于与最小对比值相对应的值(步骤63)。在示例实施例中，最小CR＝2∶1，这与大约30勒克斯相对应。
通过根据图4的示例方法来操作背光37，在照亮字符(键标记)与从键24的周围材料反射的光之间的对比度保持适合于清晰度的比值(即，根据图3中的曲线最优CR)。本领域普通技术人员将认识到，光传感器36必须足够灵敏以解决光级的细微变化，尤其在1到100勒克斯范围内。
尽管这里所描述的实施例针对自动调节移动手持电子设备上的键盘亮度的方法的具体实现方式，但是将理解，对这些实施例的修改和变型在本发明的范围之内。例如，这里所阐述的背光亮度调节方法并不限于应用于手持电子设备，而是可以有利地应用于其他电子设备，如，台式计算机、蜂窝电话、GPS接收机、智能电话、以及膝上型计算机。同样，如上所述，针对阈值T的特定值可以根据诸如用于键标记的涂料的反射率等因素而变化。本领域普通技术人员可以想到许多其他修改和变型。相信所有这样的修改和变型都将在本申请的范畴和范围之内。

Claims (14)

1.一种自动调节移动电子设备(10)上的键区亮度的方法，所述移动电子设备(10)具有光传感器(36)、键区(24)和针对所述键区的背光(37)，所述方法包括：
从所述光传感器获得(52)光级采样；以及
在当前光级采样小于阈值(58)的情况下，将背光从关闭转向开启(60)，其中，在所述阈值以下背光照明变得必要以便阅读在其键标记的亮区与暗区之间具有最优对比值的键区，并且在当前光级采样小于所述阈值(62)、但在键标记的所述亮区与暗区之间的最小对比值以上(63)的情况下，将背光从开启转向关闭(64)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值是pi*Lbacklight/(3*Rkey-Rcharacter)，其中，Lbacklight是以cd/m2为单位的所述键标记的平均照度，Rkey是所述键区的反射率，并且Rcharacter是所述键标记的反射率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述阈值大约为18勒克斯。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在预定的时间段之后将所述背光从开启转向关闭。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述时间段大约为2秒。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述最优对比值大约为3∶1。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述最小对比值大约为2∶1。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光级采样是在预定采样率下获得的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述预定采样率是每大约1.2秒一个采样。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述预定采样率临时增加到每大约400ms一个采样，以便于快速调节所述背光。
11.一种移动设备(10)，包括：
光传感器(36)；
键区(24)；
针对所述键区的背光(37)；
处理器(20)，用于从所述光传感器获得光级采样，并将所述光级采样与阈值和最小对比值进行比较；以及
背光控制器(26)，用于在当前光级采样小于所述阈值的情况下，将背光从关闭转向开启，其中在所述阈值以下背光照明变得必要以便阅读在其亮区与暗区之间具有最优对比值的键区，并且用于在当前光级采样小于所述阈值、但在键标记的所述亮区与暗区之间的所述最小对比值以上的情况下，将背光从开启转向关闭。
12.根据权利要求11所述的移动设备，其中，所述阈值大约为18勒克斯。
13.根据权利要求11所述的移动设备，其中，所述最优对比值大约为3∶1。
14.根据权利要求11所述的移动设备，其中，所述最小对比值大约为2∶1。
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