TWI745187B - 光感測模組方法及其光感測模組 - Google Patents

光感測模組方法及其光感測模組 Download PDF

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Abstract

一種光感測方法及其光感測模組，其中該光感測方法包含分別以一第一感光元件及一第二感光元件感測取得一光學訊號值，且該第一感光元件及該第二感光元件的有效感光波長範圍不同。並且，由一色溫判定單元接收該第一感光元件及該第二感光元件的光學訊號值，並代入一方程式計算一色溫值。藉此，本發明的光感測方法及其光感測模組可獲得準確性較高的色溫計算值，還能夠有效降低系統運算複雜度。

Description

光感測模組方法及其光感測模組
本發明關於一種光感測方法及其光感測模組，尤其是供感測色溫的光感測方法及其模組。
透過光感應技術(light sensing technology)所實現的光感測器廣泛使用於許多應用之中，舉例來說，環境光感測器(ambient light sensor，ALS)可應用於電子產品中以感測環境光的強度，以供調整顯示螢幕的亮度，以提升使用便利性並延長電池使用時間。除了單純偵測環境光的強度外，在特定應用中，光感測器也可以用來感測環境光的色溫(Correlated Color Temperature；CCT)，以供調整顯示面板的背光、顯示畫面的色彩、或是影像拍攝的白平衡等參數。
在現有技術中，是透過設置三組可見光帶通濾波感光元件(例如：紅光、綠光與藍光)，再依據三組感光元件所感測到的訊號計算出色彩空間座標(例如：對應CIE 1931 XYZ系統的色彩座標)，進而計算出色溫值。然而請參照第1圖所示，其係光線穿透不透明的蓋板(例如手機的黑色玻璃蓋板)的比例示意圖。實際應用於電子產品時，倘若光感測器是設置在不透明的蓋板之下，由於不同波長的光線穿過不透明蓋板的比例是不同的，如圖所示一般而言波長越 接近紅光或紅外光的光線(例如波長大於700nm的光線)穿過不透明蓋板的比例較高，這會導致依據三組感光元件感測計算出的色溫值誤差相當大。即使可以透過後端軟體依據光線穿過不透明蓋板的比例校正色溫運算結果，然而經過校正的光感測器卻又不適用在透明蓋板之下。
有鑑於光感測器對於成本的要求非常嚴格，若能提供一種進一步改良的光感測方法及其光感測模組，使得無論將光感測器無論設置在透明蓋板還是不透明蓋板之下均能夠準確量測色溫，將可大幅提升利用光感測器量測色溫的市場價值。
本發明之目的，在於提供一種光感測方法及其光感測模組，其僅利用兩組感光元件感測的光學訊號值之比值來計算色溫值，使得本發明所使用的光感測模組設置於不透明的蓋板之下時，可獲得準確性較高的色溫計算值，有效降低整體產品開發成本。另一方面，本發明藉由導出兩組感光元件的光學訊號值之比值與色度計色溫值之間的多項式方程式，使得光感測模組得以直接利用該比值來計算色溫值，能夠有效降低系統運算複雜度，進而簡化電路及其設計成本。
本發明關於一種光感測方法，其包含分別以一第一感光元件及一第二感光元件感測取得一光學訊號值，且該第一感光元件及該第二感光元件的有效感光波長範圍不同。並且，由一色溫判定單元接收該第一感光元件及該第二感光元件的光學訊號值，並代入一方程式計算一色溫值。
本發明關於一種光感測模組，其包含一光感測器及一色溫判定單元。該光感測器包含一第一感光元件及一第二感光元件，該第一感光元件及該第二感光元件分別供感測取得一光學訊號值，且該第一感光元件及該第二感光元件的有效感光波長範圍不同。該色溫判定單元分別耦接該第一感光元件及該第二感光元件，以供接收該第一感光元件及該第二感光元件的光學訊號值，並代入一方程式計算一色溫值。
1:電子裝置
11:控制單元
2:光感測模組
21:光感測器
211:第一感光元件
212:第二感光元件
213:第三感光元件
22:色溫判定單元
23:記憶單元
第1圖：其為光線穿透不透明的蓋板的比例示意圖；第2圖：其為本發明之光感測方法一實施例使用之光感測模組的架構示意圖；第3圖：其為本發明之光感測模組第一感光元件及第二感光元件的感光波長範圍和光線穿透不透明的蓋板的比例合併示意圖；第4圖：其為本發明之光感測方法一實施例的方程式產生流程示意圖；第5圖：其為本發明之光感測方法另一實施例使用之光感測模組的架構示意圖。
在說明書及請求項當中使用了某些詞彙指稱特定的元件，然，所屬本發明技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞稱呼同一個元件，而且，本說明書及請求項並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在整體技術上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及請求項當 中所提及的「包含」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。再者，「耦接」一詞在此包含直接及間接的連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接一第二裝置，則代表第一裝置可直接連接第二裝置，或可透過其他裝置或其他連接手段間接地連接至第二裝置。
請參閱第2圖，為了便於說明本發明之光感測方法實施例，以下舉一電子裝置1為例，該電子裝置1可以設置一光感測模組2。該光感測模組2包含一光感測器21及一色溫判定單元22，該光感測器21包含一第一感光元件211及一第二感光元件212，該第一感光元件211及該第二感光元件212分別耦接該色溫判定單元22，以分別將感測訊號傳輸至該色溫判定單元22。
第一感光元件211及第二感光元件212可以包含光電二極體或其他感光構造，且該第一感光元件211及該第二感光元件212的感光波長範圍不同。詳言之，可以透過在第一感光元件211及第二感光元件212加上不同的濾光塗層(coating)來使其成為帶通濾波感光元件；或者，也可以利用帶通濾波器電路對第一感光元件211及第二感光元件212的感測訊號進行濾波處理，使其成為帶通濾波感光元件。該第一感光元件211及該第二感光元件212的有效感光波長範圍不同，且分別可以為300nm~600nm與400nm~700nm，較佳分別可以為320nm~580nm與420nm~680nm，且更佳分別可以為340nm~560nm與440nm~660nm。
請一併參閱第3圖所示，係該第一感光元件211及該第二感光元件212的感光波長範圍S211、S212和光線穿透不透明的蓋板的比例合併示意圖。在本發明實施例中，該第一感光元件211可以選擇為一藍光感光元件，例如其感度最大的光波長可以選擇為460nm；相對地，該第二感光元件212可以選擇為一綠 光感光元件，例如其感度最大的光波長可以選擇為570nm。藉此，該第一感光元件211及該第二感光元件212分別可以在340nm~560nm與440nm~660nm的兩組感光波長範圍內有效感測光線。如前所述，波長越接近紅光或紅外光的光線(例如波長大於700nm的光線)穿過不透明蓋板的比例較高，然而如第3圖所示，由於此波長範圍內的光線幾乎不會被該第一感光元件211及該第二感光元件212所感測到，使得本發明之光感測方法實施例得以有效施行。
詳言之，請參閱第4圖所示，係本發明之光感測方法一實施例的方程式產生流程示意圖。首先在N個標準光源環境下，可以利用標準色度計量測取得N個色溫值。同時，利用該光感測模組2的第一感光元件211及第二感光元件212也可以量測取得N組光學訊號值A、B，其中A為該第一感光元件211感測的光學訊號值，B為該第二感光元件212感測的光學訊號值。接著將該N組光學訊號值A、B分別做相除運算得到一比值α，利用N個比值α和標準色度計測得的N個色溫值進行線性迴歸分析，即可得到比值α和色溫值的一多項式方程式L1。其中標準光源可以為白熾光「A」、水平日光「HZ」、模擬日光「D50或D65」或各種熒光「CWF、U30、U35、TL83或TL84」，以提供各種不同的色溫環境條件。
據此，本發明之光感測方法實施例利用前述步驟產生方程式L1後，即可利用該第一感光元件211和第二感光元件212感測的光學訊號值A、B之比值α計算出色溫值。產生該方程式L1時的判定係數即可用以判斷該方程式L1的準確程度，然而在本實施例中，更可以將N個比值α代入該方程式L1，以得到色溫計算值與色度計色溫值的比較誤差，進而確認該方程式L1是否已經滿足需求。前述比值α、色度計色溫值、色溫計算值與誤差的範例如下表一所示。
Figure 109142407-A0305-02-0008-1
本發明之光感測方法實施例利用前述步驟產生方程式L1後，可以將該方程式L1寫入該光感測模組2的色溫判定單元22。據此，當該光感測模組2應用於該電子裝置1時，只需要該第一感光元件211及該第二感光元件212分別將感測訊號傳輸至該色溫判定單元22，即可依據該方程式L1計算色溫值。該色溫判定單元22可以耦接該電子裝置1之一控制單元11，藉此，該控制單元11可以依據該色溫計算值對該電子裝置1之顯示面板的背光、顯示畫面的色彩、或是影像拍攝的白平衡等參數進行調整。值得注意的是，在本發明部分實施例中，該色溫判定單元22也可由電子裝置1中具運算功能的電路取代，換言之，該光感測模組2可以僅進行光線感測，再將感測訊號傳輸給電子裝置1進行後續運算，並不影響本發明之光感測方法實施例的執行。
實際上，因應不同的製程條件、元件規格或使用需求，可能會需要形成多組方程式儲存於該光感測模組2，再視情況選用適當的方程式。因此在本發明實施例中，該光感測模組2還可設有一記憶單元23，該記憶單元23包含非揮發性記憶體供儲存前述方程式L1，且該記憶單元23耦接於該色溫判定單元22，使其得以視情況選用該記憶單元23中適當的方程式來計算色溫值。
綜上，本發明之光感測方法實施例及其使用的光感測模組僅利用兩組感光元件感測的光學訊號值之比值來計算色溫值，相較於現有技術必須依據三組感光元件所感測到的訊號計算色溫值，本發明實施例所使用的光感測模組設置於不透明的蓋板之下時，可獲得準確性較高的色溫計算值。換言之，本發明之光感測方法實施例可適用於將光感測器模組設置不透明的蓋板或透明蓋板之下，能夠有效降低整體產品開發成本。再者，本發明實施例藉由導出兩組感光元件的光學訊號值之比值與色度計色溫值之間的多項式方程式，使得光感測模組得以直接利用該比值來計算色溫值，相較於現有技術是依據三組感光元件所感測到的訊號計算出色彩空間座標，才能進一步計算色溫值，本發明實施例能夠有效降低系統運算複雜度，進而簡化電路及其設計成本。
為了進一步降低所產出的色溫計算值誤差，在本發明之光感測方法另一實施例中，可以透過將標準光源環境分群並分別產生對應的多項式方程式。詳言之，請參閱第5圖所示，本實施例所使用之光感測模組2的光感測器21另包含一第三感光元件213，該第三感光元件213可以為一紅外光感光元件，或者為一廣域頻譜、全頻譜感光元件，且其感光範圍較佳包含700nm~1100nm這個光波段。該第三感光元件213亦耦接該色溫判定單元22，以將感測訊號傳輸至該色溫判定單元22。
藉此，該第三感光元件213感測的光學訊號值C可以用以評估標準光源環境中波長接近紅光或紅外光的光線成分比重。據此，本發明之光感測方法另一實施例可以利用該光學訊號值C來將標準光源環境分群。舉例而言，利用光學訊號值C與該第一感光元件211感測的光學訊號值A之比值β來對標準光源環境分群，若以該比值β是否高於10作為一判斷基準，則前述N組標準光源環境的量測結果可以分為兩群，再分別列如下表二及下表三所式。
Figure 109142407-A0305-02-0010-2
其中，利用比值β低於10的標準光源環境感測結果，將比值α和標準色度計測得的色溫值進行迴歸分析，即可得到比值α(x)和色溫值(y)的一多項式方程式，其範例如下式(1)所示：y=9535.3x+1055.8 (1)
Figure 109142407-A0305-02-0010-3
Figure 109142407-A0305-02-0011-4
利用比值β高於10的標準光源環境結果，將比值α和標準色度計測得的色溫值進行迴歸分析，即可得到比值α(x)和色溫值(y)的另一多項式方程式，其範例如下式(2)所示：y=-1091x+2948.8 (2)
雖然在前述實施例中，第二感光元件212舉例選擇為一綠光感光元件而係在440nm~660nm的感光波長範圍內感測光線，然而該第二感光元件212仍可感測到微量的紅光，因此波長接近紅光或紅外光的光線成分較高時，仍可能會影響該第一感光元件211和第二感光元件212感測的光學訊號值A、B之比值α和色溫之間的關係。本發明之光感測方法另一實施例利用該第三感光元件213感測的光學訊號值C來對標準光源環境進行分群，並且在不同的標準光源環境群組中分別計算出對應的多項式方程式(1)、(2)來儲存在記憶單元23中，色溫判定單元22即得以視情況選用該記憶單元23中適當的方程式來計算色溫值，將可獲得準確性更高的色溫計算值。
綜上所述，本發明提供一種光感測方法及其光感測模組，其僅利用兩組感光元件感測的光學訊號值之比值來計算色溫值，使得本發明實施例所使用的光感測模組設置於不透明的蓋板之下時，可獲得準確性較高的色溫計算值，有效降低整體產品開發成本。另一方面，本發明實施例藉由導出兩組感光元件的光學訊號值之比值與色度計色溫值之間的多項式方程式，使得光感測模組得以直接利用該比值來計算色溫值，能夠有效降低系統運算複雜度，進而簡化電路及其設計成本。此外，在本發明部分實施例中，還可額外利用另一組感光元件的光學訊號值來將標準光源環境分群，該另一組感光元件的光學訊號值雖然沒有用來計算色溫值，卻可作為評估標準光源環境中特定波段(例如波長接近紅光或紅外光)的光線成分比重，以進一步降低所產出的色溫計算值誤差。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1:電子裝置
11:控制單元
2:光感測模組
21:光感測器
211:第一感光元件
212:第二感光元件
22:色溫判定單元
23:記憶單元

Claims (15)

  1. 一種光感測方法，其包含：分別以一第一感光元件及一第二感光元件感測取得一光學訊號值，且該第一感光元件及該第二感光元件的有效感光波長範圍不同；及由一色溫判定單元接收該第一感光元件及該第二感光元件的光學訊號值，並代入一方程式計算一色溫值，該色溫判定單元係將該第一感光元件的光學訊號值除以該第二感光元件的光學訊號值得到一比值，並將該比值代入該方程式以得到該色溫值。
  2. 如請求項1所述之光感測方法，其中，另包含在數個標準光源環境下，利用一標準色度計量測取得數個色溫值，並利用該第一感光元件及該第二感光元件分別量測取得數組光學訊號值，接著將該數組光學訊號值分別做相除運算得到一比值，利用該數個比值和該標準色度計測得的數個色溫值進行分析運算以到比值和色溫值的該方程式。
  3. 如請求項2所述之光感測方法，其中，所述分析運算為線性迴歸分析，該方程式為一多項式方程式。
  4. 如請求項2所述之光感測方法，其中，另包含以一第三感光元件感測取得一光學訊號值，利用該第三感光元件的光學訊號值來將標準光源環境分群，並且在不同的標準光源環境群組中分別計算出對應的方程式。
  5. 如請求項4所述之光感測方法，其中，該第三感光元件為一紅外光感光元件，或者該第三感光元件的感光範圍包含700nm~1100nm波段。
  6. 如請求項5所述之光感測方法，其中，所述分群包含利用該第三感光元件的光學訊號值與該第一感光元件感測的光學訊號值之比值是否大於一閾值作為一判斷基準。
  7. 如請求項1、2、3、4、5或6所述之光感測方法，其中，第一感光元件的有效感光波長範圍為300nm~600nm，該第二感光元件的有效感光波長範圍為400nm~700nm。
  8. 如請求項7所述之光感測方法，其中，第一感光元件的有效感光波長範圍為340nm~560nm，該第二感光元件的有效感光波長範圍為440nm~660nm。
  9. 一種光感測模組，其包含：一光感測器，包含一第一感光元件及一第二感光元件，該第一感光元件及該第二感光元件分別供感測取得一光學訊號值，且該第一感光元件及該第二感光元件的有效感光波長範圍不同；及一色溫判定單元，分別耦接該第一感光元件及該第二感光元件，以供接收該第一感光元件及該第二感光元件的光學訊號值，並代入一方程式計算一色溫值，該色溫判定單元係將該第一感光元件的光學訊號值除以該第二感光元件的光學訊號值得到一比值，並將該比值代入該方程式以得到該色溫值。
  10. 如請求項9所述之光感測模組，其中，該方程式為該比值與該色溫值的一多項式方程式。
  11. 如請求項9所述之光感測模組，其中，該光感測器另包含以一第三感光元件感測取得一光學訊號值，利用該第三感光元件，該第三感光元 件供感測取得一光學訊號值，該色溫判定單元耦接該第三感光元件以供接收該第三感光元件的光學訊號值。
  12. 如請求項11所述之光感測模組，其中，該第三感光元件為一紅外光感光元件，或者該第三感光元件的感光範圍包含700nm~1100nm波段。
  13. 如請求項11所述之光感測模組，其中，另包含一記憶單元，該記憶單元儲存數個多項式方程式，且該記憶單元耦接於該色溫判定單元，該色溫判定單元依據該第三感光元件的光學訊號值由該記憶單元選擇的其中一個多項式方程式作為該方程式。
  14. 如請求項9、10、11、12或13所述之光感測模組，其中，第一感光元件的有效感光波長範圍為300nm~600nm，該第二感光元件的有效感光波長範圍為400nm~700nm。
  15. 如請求項14所述之光感測模組，其中，第一感光元件的有效感光波長範圍為340nm~560nm，該第二感光元件的有效感光波長範圍為440nm~660nm。
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