狀態指示器燈的亮度控制的制作方法

專利名稱：狀態指示器燈的亮度控制的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及照明控制領域，尤其涉及燈的發光度
(luminance )控制。
背景技術：
諸如計算機、個人數字助理、監視器、便攜式DVD播放器和諸 如MP3之類的便攜式音樂播放器等的電子設備通常具有多種功率狀 態。兩種示例性的功率狀態是當設備以全功率(full power )工作時的 "開啟，，和當設備被關閉并且使用非常少的功率或不使用功率時的"關 閉"。另一種示例性功率狀態是當設備開啟但使用比"開啟"狀態少的 功率時的"睡眠(sleep)"，這通常是由于設備的一個或多個特征被禁 用或掛起(suspend)。再一種示例性功率狀態是當設備的狀態被保 存到非易失性存儲器(通常是系統的硬盤)然后設備被關閉時的"休 眠(hibernate)"。睡眠或休眠狀態通常被用來減少能量消耗、節省 電池壽命和使設備能夠比從"關閉，，狀態更迅速地回到"開啟，，狀態。
圖l是一種根據現有技術的計算機系統的透視圖。用戶可以利用 諸如鍵盤110或鼠標115之類的輸入設備與計算機100和/或顯示器105 交互。按鈕120可用于開啟計算機100或顯示器105。發光二極管 ("LED") 125可用作狀態指示器，用于向用戶提供關于計算機100或 顯示器105的當前功率狀態的信息和可選的其他運行信息，諸如診斷 代碼。當計算才幾100或顯示器105開啟時，LED 125發出^f皮用戶看見的 光。當計算機100進入睡眠狀態時，LED 125閃動(pulse)以警告用 戶該計算機處于睡眠狀態。其他的現有技術系統可包括更復雜的LED 行為。例如，某些具有內置顯示器的現有技術系統只有在計算機開啟 而顯示器關閉時才激活LED。而其他沒有集成顯示器的現有技術系統可能只要開啟計算機就開啟LED。應當理解，前面的描述僅僅是一般 性的概述，而不是對現有技術的嚴格或限制性的陳述。
可替換地，LED可與由透明材料制成的、覆蓋該LED或重疊在該 LED上的按鈕120相結合。LED發出的光透過按鈕并被用戶看見。
由于人眼的工作方式，所感知的LED 125的亮度(brightness) 取決于以下二者之間的反差(contrast) : (1)圍繞LED的區域所反 射的環境光(ambienUight)和(2)直接從LED發出的光。人眼記錄 相對的差而不是絕對的值。從而，例如，具有不變的絕對亮度的燈在 黑暗的房間里比在晴天的戶外顯得明亮得多。因此，眼睛感知LED亮 度的途徑是通過其相對于圍繞LED的區域所反射的環境光的反差。在 某些環境中，諸如黑暗的房間，LED所發出的光對于用戶而言可能是 刺眼的或破壞性的。現有技術已經開發出感測環境光水平并調整LED 發光度以便隨環境光變化而保持恒定的感知亮度(即恒定的反差)的 方法。現有技術還在控制LED發光度變化率方面取得了部分成功，使 得無論環境光的水平如何，用戶都感知到大致線性的亮度變化率。所 需要的是這樣的改進方法，即，該方法在LED的亮度變化時控制其亮 度以使得用戶感知更平滑的LED亮度變化，從而在各種環境照明情況 下都提供更舒適的視覺效果。

發明內容
通常，本發明的一個實施例采取用于控制LED的亮度和發光度的 設備的形式。該實施例可以以多種方式改變LED的亮度和發光度來實 現各種效果。例如，該示例性實施例可以改變LED發光度變化的速率， 使得無論環境光的水平如何，觀察者感知的LED亮度變化是平滑的并 且作為時間函數是線性的。
如這里所使用的，術語"發光度(luminance)"通常指設備的實 際的、客觀的光輸出(light output)，而術語"亮度(brightness)" 通常指設備的被感知的、主觀的光輸出。從而，用戶將響應于LED的 發光度而感知亮度。此外，應當注意，所感知的LED瞬時亮度受到許多因素的影響，諸如周圍區域的亮度、發光度隨時間的變化率等，而
這許多因素不一定影響LED的瞬時發光度。
本發明的另 一示例性實施例可以改變LED的發光度以避免亮度 的突變(sudden discontinuity)。例如，所述實施例可以這樣改變LED 的發光度以使得避免LED的效果突然從照明狀態變成關狀態。這種感 知現象在這里被稱為"懸崖(cliff)"。即使當LED的發光度使得LED 在技術上仍是開啟的時，也可能感知到懸崖。而且，懸崖可以在反方 向上發生，即，當LED正在變亮時。在這樣的操作中，LED可能看起 來是穩定地變亮然后突然地閃耀(snap)或跳至更高的亮度，而不是 繼續穩定變亮。本發明的另一實施例可以調節LED的發光度以避免或 最小化這種懸崖的產生。
本發明的另一示例性實施例采取用于改變燈的發光度的方法的 形式，該方法包括以下操作改變所述燈的輸入，所述輸入影響所述
發光度；設置所述燈的發光度的閾值;以及在所述發光度低于所述閾 值時調節所述輸入的變化率。該示例性實施例還可包括以下操作確
定所述燈的發光度所要達到的目標發光度；確定可達到所述目標發光 度的最小時間；設置為了使所述發光度從初始發光度變到所述目標發 光度所必需的最小增量數；以及在至少等于所述最小增量數的增量數 內將所述燈的發光度從所述初始發光度變成所述目標發光度。
本發明的又一示例性實施例采取用于改變燈的發光度的方法的 形式，該方法包括以下操作確定信號的目標變化，所述信號設置所 述燈的發光度；確定所述目標變化和最大允許變化中的較小者；以及 將信號變化限制到所述目標變化和所述最大允許變化中的所述較小 者，從而限制所述燈的發光度的變化率。
本發明的再一示例性實施例采取用于改變燈的發光度的方法的 形式，該方法包括以下操作設置所述燈的目標發光度；以及將所述 燈的發光度從當前發光度變成所述目標發光度；其中所述將所述燈的 發光度從當前發光度變成目標發光度的操作在預定的時間內發生。
本發明的又一實施例采取用于改變燈的發光度的方法的形式，該
8方法包括以下操作確定所述燈的發光度所要達到的目標發光度；確 定可達到所述目標發光度的最小時間；設置為了將所述發光度從初始 發光度變到所述目標發光度所必需的最小增量數；以及在至少等于所 述最小增量數的增量數內將所述燈的發光度從所述初始發光度變成 所述目標發光度。
本發明的另外的實施例可采取裝置的形式，該裝置包括被配置成 執行任何這里所公開的方法的計算設備或計算機程序。
應當注意，這里所有對LED的引用都同樣可適用于任何發光元 件，包括陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、熒光燈、電視， 等等。相應地，這里描述的一般操作可由多種不同設備采用。而且， 雖然這里描述的部分實施例所具體討論的是數字實施方式，但是模擬 實施例也包括在本發明中。例如，取代改變脈寬調制占空比，模擬實 施例可改變對光源的電壓。可替換地，數字或模擬控制的電流源可用 于控制發光元件。


圖1是根據現有技術的計算機系統的透視圖。
圖2是根據本發明的 一個示例性實施例的示例性LED發光度控制 電路的框圖。
圖3A描繪隨時間變化的試圖感知的LED亮度。
圖3B描繪隨時間變化的實際LED發光度。
圖3C描繪隨時間變化的實際感知的LED亮度。
圖4描繪用于說明 一個實施例的操作的流程圖，該實施例利用拉 平上限(flare ceiling )實現可變的轉換速率(slew rate )控制，以便 在LED狀態指示器衰減到可包括關閉狀態的低發光度值時或者從可 包括關閉狀態的低發光度值上升時抑制所感知亮度的懸崖(cliff)。
圖5描繪 一 個實施例所使用來控制圖2的脈寬調制器發生器以使 LED狀態指示器閃動的波形圖。
圖6描繪根據一個實施例的、圖5的波形圖可怎樣在停頓時間(dwell time)期間改變以反映新的環境光情況。
圖7描繪一個實施例所采用來平滑所感知的LED亮度變化的3級 分段線性曲線。
圖8描繪說明 一 個實施例的操作的流程圖，該實施例用于實施離 目標發光度的最少滴答(minimum ticks )的控制。
具體實施例方式
許多電子設備，包括計算機(臺式機、膝上型計算機、手持式計 算機、服務器或任何其他計算設備)、監視器、個人數字助理、便攜 式視頻播放器以及便攜式音樂播放器，都具有諸如發光二極管 ("LED")之類的狀態指示器燈，用于指示設備是否處于其關閉狀態 (例如LED關閉)、其開啟狀態(例如LED開啟)、或諸如其睡眠狀 態之類的其他功率狀態(例如LED閃動)。為了向用戶提供更舒適的 視覺外觀，LED的發光度可以從一個發光度水平斜坡變化(ramp)至 另一發光度水平，以避免可能對用戶刺眼的太快的亮度變化。如這里 所使用的，術語"亮度"指的是LED對于眼睛顯得多明亮，而術語"發 光度"指的是LED光輸出的絕對強度。由于人類對發光度變化的感知 的非線性，發光度隨時間的線性變化對于用戶可能不表現為亮度的線 性變化，其中人類感知部分是基于反差。
要感知點光源，人眼需要所述點源與其背景之間的反差。這就是 為什么亮星在暗夜天空中清晰可見，而在白晝，由于大氣散射的陽光， 對于眼睛完全看不見。類似地，眼睛只有在LED和周圍邊框所反射的 環境光之間存在足夠的反差時，才能感知諸如LED之類的系統狀態燈 的亮度。如這里所使用的，術語"邊框"指的是圍繞LED的區域。
所感知的LED亮度通常是以下各項的函數(1) LED的類型， (2)流過LED的電流，(3)LED和用戶之間的光傳輸路徑的透過率， (4 )視角，以及(5 )從LED發出的光和諸如所述邊框之類的周圍區 域所反射的光之間的反差。其中，所述邊框所反射的入射光的量是以 下各項的函數環境照明情況(包括所有環境光源的位置、類型和發光度)、視角、邊框的顏色、以及邊框是否具有無光澤的或有光澤的 涂層。環境光傳感器可用于測量照在所述邊框上的入射光。邊框的反 射率可在產品的設計階段被確定。從而，通過監控環境照明情況以及
知道邊框的反射率，LED的亮度可以通過操縱其發光度來控制，以便 在LED開啟、關閉、變亮、變暗或閃動時，無論環境照明情況如何， 都產生感知的平滑的(可能是線性的)亮度變化。這向用戶提供在各 種環境照明情況下都具有舒適的視覺效果的系統狀態指示器燈。
LED響應于流過LED的電流而產生光。所產生的光量通常與流過 LED的電流量成比例。從而，可通過改變電流來調節LED的發光度。 一種用于在電子設備中產生可變LED輸出的方法和系統在2005年4月 6曰提交的名為"Method and System for Variable LED Output in an Electronic Device"的美國專利申請公開No. US2006/0226790中被描 述，該專利申請的發明人是CraigProuse,受讓人是Apple Computer, Inc.,其7>開的全文通過引用結合在此(以下稱作"Prouse，，)。
LED發出的光的顏色是流過LED的瞬時電流的函數，而LED的平 均發光度是流過LED的平均電流的函數。為了避免在LED的發光度變 化時改變LED的顏色，當電流的占空比(duty cycle)變化時，經過 LED的"開電流(on current)"應當維持在恒定值。脈寬調制器 ("PWM")控制電路可用于本發明的某些實施例，以控制LED狀態 指示器燈在給定顏色的發光度。在這些實施例中，LED的發光度由 PWM發生器的占空比確定，其確定平均LED電流。當PWM發生器的 占空比從較高的占空比變為較低的占空比時，LED中的平均電流下 降，使得LED的發光度降低而在發光度變化期間沒有感知的閃爍。一 個示例性實施例實現一種可變轉換速率控制，其將LED發光度的變化 率減小到低于一可調的閾值發光度值，以最小化懸崖效應。
如圖2所示，PWM控制電路200可包括具有16位控制寄存器215 的PWM發生器210、晶體管開關220、電源225、和控制LED 205開啟 時的瞬時發光度的限流電阻器230。 PWM發生器210產生脈沖波輸出， 其占空比由控制寄存器215確定。輸出電壓驅動晶體管開關220的控制
ii輸入。如果控制寄存器值為O,則使得PWM發生器210產生具有零占 空比的輸出信號。這使得LED關閉，因為沒有電流流過LED。如果控 制寄存器值為65535，則從PWM發生器產生具有100%占空比的輸出 信號。這產生最大的流過LED的電流，以產生最大的可能發光度。所 述最大電流I由電源電壓Vs、 LED兩端的正向壓降Vf、和限流電阻器 230的阻抗R確定，并且用下式表示(假定晶體管開關220兩端的壓降 可以忽略)
剩下的中間的控制寄存器215值可用于通過控制PWM發生器210 的占空比來改變LED 205的平均發光度，即，中間的寄存器值產生中 間的平均發光度。其他實施例可使用具有更多或更少位的PWM控制 寄存器。此外，應當理解圖2描繪的是基本電路。本發明的某些實施 例可以采用比所描繪的電路更復雜的LED驅動電路。例如，可使用恒 流源而不是限流電阻器來設置電流大小。
通常，為了在LED從開到關(或從關到開)時提供更舒適的視覺 效果，PWM控制電路可以從開到關(或從關到開)斜坡變化(ramp) LED的平均發光度，而不是使LED的平均發光度從開到關(或從關到 開)瞬間階躍，即，可以通過在一指定時間段上從開啟值到關閉值向 下(或從關閉值到開啟值向上)斜坡變化PWM值。例如，在本發明 的一個實施例中，所述斜坡變化持續時間可為大約半秒。斜坡變化持 續時間可以對應于指定數目的PWM更新周期(update cycle )(這里 稱為滴答)，例如在一個實施例中為76個滴答，而所述滴答以每秒152 個滴答的速率發生。在每個滴答，PWM控制寄存器值設置PWM發生 器的輸出信號波形的占空比，而該占空比隨后設置流過LED的平均電 流。隨時間改變信號波形的占空比可用于激發LED的發光度和調節用 戶感知的亮度波形。"亮度波形"指的是觀察者看到的隨時間變化的所 感知的LED亮度。其他實施例可使用比半秒更長或更短的斜坡變化持 續時間，并且可使用更長或更短的PWM更新周期。
由于在至少 一 個示例性實施例中，平均L E D發光度與流過L E D的平均電流成比例，并且平均LED電流與PWM占空比成比例，所以 可以直觀地假定感知的LED亮度將與PWM占空比成比例。然而，情 況通常不是這樣。圖3A示出隨著PWM發生器通過利用圖3B所示的線 性反差曲線(linear contrast curve ) 305減少PWM值來使平均LED發 光度從"開"狀態斜坡變化到"關"狀態，所期望感知的LED狀態指示器 的亮度300的例子。術語"線性反差曲線"指的是一發光度曲線，其表 明平均發光度可隨時間以如下方式非線性變化，即，使得人類觀察者 可感知到反差隨時間的線性變化(從而亮度隨時間線性變化)。由于 與LED明亮時相比，LED暗淡時眼睛對LED亮度的變化更為敏感，因 此即使當PWM值按照線性反差曲線變化時(因而當其接近O時變化率 減緩)，可能也會看到如圖3C所示的實際感知亮度315的"懸崖"310。 圖3C還示出，由于線性反差曲線305在LED明亮時的陡斜率，還可能 觀察到實際感知亮度315的懸崖320。如這里所使用的，術語"懸崖"指 的是實際感知亮度曲線的接近豎直的部份，即，即使LED的實際發光 度平滑地變化，眼睛仍會感知到亮度突然變化的那些部分。
當LED暗淡時，可通過設置"拉平上限"或發光度閾值而將LED 關閉(或開啟)時所感知的亮度的懸崖效應(諸如圖3C中的310)減 到最小，從而當LED的發光度降到低于"拉平上限"時，發光度的變化 率逐漸并越發地減緩，以使得眼睛繼續感知平滑的LED亮度變化。在 某些實施例中，在LED發光度與進入PWM控制電路的PWM值成正比 的范圍內，所述閾值可被設置為PWM值而不是具有相同效果的LED 發光度值。這種類型的控制類似于飛行員即將在跑道上接地時拉平飛 機以減緩其下降速率，故而得名。即，在著陸期間，飛行員最初以恒 定速率下降。當飛機降到低于某一高度時，飛行員通過拉起飛機的鼻 子來減緩下降速率。以類似的方式，當LED關閉時，其發光度可最初 按照線性反差曲線向下斜坡變化。當達到發光度閾值或拉平上限時， 發光度的變化率逐漸并且越發地減緩到更進一步低于線性反差曲線 所指定的變化率。
圖4描繪的流程圖說明與 一種根據本發明各方面的方法相關聯的操作，用于當LED在低發光度斜坡變化時減小發光度的變化率，即， 一種可變轉換速率(slew rate)控制系統，其使用可配置的拉平上限 以便基于最近的PWM值低于拉平上限多少來確定何時應當將PWM 值(對應于LED的發光度)從根據之前通過諸如線性反差曲線之類的 另一方法所確定的變化率——這里稱為"初始速率，，——修改為更緩 慢并且更加逐漸減小的變化率。雖然該實施例說明特定的發光度控制 方法可如何修改以減小懸崖，但是該實施例可用于修改其他發光度控 制方法以減少這些方法所產生的感知的懸崖，無論發光度工作范圍和 允許的發光度變化如何。
該實施例從開始模式400開始。當LED從開到關(或從關到開) 斜坡變化時，執行操作405以確定最近的PWM值是否低于拉平上限。 如果不，則執行操作410，其不需要調節初始速率(每一滴答測得的 PWM計數)。因此，在操作410，允許的變化械^殳置為初始速率。初 始速率可利用線性反差曲線或某些其它轉換速率控制方法來計算。然 后執行操作440并且過程停止。但是，如果操作405確定最近的PWM 值低于拉平上限，則執行操作415。
在操作415期間，通過從拉平上限減去當前PWM值來計算以 PWM計數表示的低于拉平上限的距離，即"低于上限的距離(below ceiling)，，。還通過將低于上限的距離除以可配置的拉平調節因子來計 算與低于拉平上限的距離成正比的斜率調節(即，越低于上限，斜率
調節越大，從而得到的變化率越緩)。注意，較小的拉平調節因子比 較大的拉平調節因子更迅速地減緩變化率。
在操作415之后，執行操作420以確定初始速率是否小于所述斜率 調節。如果是，則執行操作425。操作425將允許的變化設置為可配置 的每一滴答的最小變化。然后執行操作440并且過程停止。
如果操作420確定初始速率不小于斜率調節，則執行操作430以確 定初始速率減去斜率調節是否小于所述每一滴答最小變化(minimum change per tick)(使用大于零的每一滴答最小變化以保證達到最終 的PWM值)。如果操作430確定初始速率減去斜率調節不小于每一滴
14答最小變化，則執行操作435。操作435將允許的變化設置為初始速率 減去斜率調節。然后執行操作440并且過程停止。如果操作430確定初 始速率減去斜率調節小于每一滴答最小變化，則執行操作425以將允 許的變化設置為該每一滴答最小變化。然后執行操作440并且過程停 止。
如圖4的流程圖所示的，當PWM計數低于拉平上限時，允許的 PWM計數的變化率變成等于通過斜率調節而減小的初始速率，但是 決不會小于每一滴答最小PWM變化的值。在一個實施例中，拉平上 限對于向下斜坡變化和向上斜坡變化都被設置為PWM值IOOOO，拉平 調節因子對于向下斜坡變化和向上斜坡變化分別設置為28和32,并且 每一滴答最小變化對于向下斜坡變化和向上斜坡變化都設置為22，而 在其他實施例中，所述可配置的參數在設計期間被設置為其他值或者 是用戶可選的。
當LED的發光度斜坡變化接近其最大發光度時，由于線性反差曲 線在該區域的陡斜率，根據線性反差曲線開啟或關閉LED也可能引入 LED亮度的感知懸崖。例如，當LED從關到開斜坡變化時， 一旦達到 給定的亮度水平，用戶可能感知LED"跳"到其全開亮度(即所述"懸 崖"效應)。懸崖發生的點隨著用戶對這類效應的敏感度和周圍區域 所反射的光而變化，但是典型地在LED的16位PWM值超過50000時發 生。
本發明的另 一 實施例通過在LED發光度斜坡變化以使LED變亮 或變暗或者使LED開啟或關閉時引入允許的每一滴答最大PWM變 化，來最小化該感知亮度的上部懸崖。 一開始，可使用基于線性反差 曲線的轉換速率控制方法，基于目標PWM值、先前PWM值、和/或在 要發生發光度變化期間PWM更新滴答的數量，來計算目標的每一滴 答PWM變化。
然后將目標的每一滴答PWM變化與允許的每一滴答最大PWM 變化相比較。在某些實施例中，每一滴答最大PWM變化可以是用戶 可選的，或由設計者在配置實施例的時候選擇(即設計者可選的)，而在其他實施例中，其可能由硬件或軟件設置為400或另一定值。兩 個值中較低的值用于限制每一滴答PWM發生器的輸出的占空比變化 以提供較小的感知亮度的突變。從而，在線性反差曲線會允許每一滴 答PWM值的太大變化的情況中，該實施例將PWM值的變化限制到預 定值，以最小化當狀態指示器燈開啟或關閉時任何被感知的亮度懸 崖。
如前面提到的，狀態指示器燈還可閃動以指示電子設備處于特定 功率狀態，諸如睡眠狀態。當利用PWM發生器來控制LED亮度時， 可利用圖5所示的"呼吸曲線(breathing curve) "500來實現在睡眠模 式期間LED開和關的閃動。呼吸曲線通常具有類似于脈沖的形狀，其 具有最小呼吸發光度(也稱作"停頓發光度")505、開啟發光度510、 上升時間515、開啟時間520、下降時間525和停頓時間530。在一種實 施方式中，對于整個為5秒的周期，呼吸曲線具有1.7秒的上升時間、 0.2秒的開啟時間、2.6秒的下降時間和0.5秒的^l亭頓時間。其他實施方 式的呼吸曲線可具有更快或更慢的上升和下降時間，以及更短或更長 的開啟和停頓時間。在某些實施例中，呼吸曲線可指示設備處于特定 功率狀態，諸如睡眠狀態，或可傳遞關于與LED相關聯的計算裝置或 其他設備的操作的其他信息。
可采用包絡函數來縮放呼吸曲線500或這里描述的任何其他發光 度縮放或調節，諸如LED發光度的向下斜坡變化或向上斜坡變化。通 常，所述包絡函數的瞬時輸出是范圍從0到1的分數或小數，其是呼吸 曲線或這里描述的任何其他發光度縮放或調節的值的倍數。某些實施 例可將包絡函數應用于呼吸曲線500或其任何部分，以縮放該曲線來 解決房間或周圍區域的明亮(或暗淡)所帶來的問題，或解決一天中 的時間(the time of day )帶來的問題，從而提供更舒適的視覺外觀， 例如，使得L E D在光照暗淡的房間里不顯得太明亮或者在光照明亮的 房間里不顯得太暗淡。如下所述的，通常光傳感器可感測環境光情況。 某些實施例可使用光傳感器來確定環境照明并相應地選擇包絡函數 的值，而其他實施例可基于一天中的時間選擇包絡函數的值。從而，包絡函數的實際值可隨環境光或一天中的時間而變，呼吸曲線500也 是如此。
只要環境照明情況表明呼吸曲線的相對亮度應當按比例增大或 減小，則可通過在給定時間間隔期間使LED亮度從舊的停頓發光度斜 坡變化到新的停頓發光度來實現該變化，所述給定時間間隔可以是圖 6所描繪的停頓時間600。如同之前所討論的，與LED明亮時相比，當 LED暗淡時，人眼對于LED亮度的變化更加敏感。因此，為了在使LED 發光度斜坡變化到新的停頓發光度水平時提供更平滑的視覺外觀，本 發明的另 一實施例采用3級分段線性曲線來使LED發光度從當前停頓 發光度斜坡變化到新的停頓發光度。在停頓時間期間，當LED發光度 從當前停頓發光度斜坡變化到新的停頓發光度時，該實施例對LED發 光度進行轉換速率限制。使用3級分段線性曲線的整體效果是，在眼 睛對發光度變化更敏感的范圍內減小LED發光度的變化率，以及在感 知上平滑斜坡變化的開始和結束區域。
圖7描繪一個實施例所實現的3級分段線性曲線700。曲線700具有 開始段705、中間段710和結尾段715。它還具有第一轉折點720和第二 轉折點725。注意，中間段具有較高的轉換速率限制，即，該段的斜 率大于開始段或結尾段的斜率，以使得所感知的亮度變化顯得不那么 突兀。所要求的停頓發光度變化在停頓時間期間發生，其可以是任意 大。所謂"任意大"，意味著所要求的幅度變化可具有幾乎任何大小。 因此，所呈現的實施例所產生的斜坡變化可能(并且通常)在時間和 幅度上受到約束。
停頓時間可被分成三段(開始、中間和結尾)。在某些實施例中， 用戶(或設計者)可調節每一段的持續時間(通過指定轉折點)以及 開始段和結尾段(相對于中間段的步長(step size))的步長比。即， 用戶/設計者可調節每一段的斜率(PWM轉換速率)以提供對用戶/ 設計者顯得最舒適的呼吸曲線。其他實施方式可固定開始段的持續時 間、結尾段的持續時間、中間段與開始段的步長比Qs、以及中間段與
結尾段的步長比QE。在一個特定實施例中，可采用每秒生成152個滴答的系統計時器， 而停頓時間可以是0.5秒或76個計時器滴答(T)。從而， T-TS + TM+TB，其中
Ts表示在開始段中計時器滴答的數量，TM表示在中間段中計時
器滴答的數量，并且TE表示在結尾段中計時器滴答的數量。
在一個特定實施例中，Ts、 TE、 Qs和Qe可以是固定的。為了改 變停頓發光度，該實施例如下計算A，其表示應當在停頓時間上發生 的以PWM計數表示的(in PWM counts )發光度總變化
A-l新的停頓發光度-舊的停頓發光度l，其中| l表示幅度。
該實施例然后確定VM,中間段中的PWM步長。假定
Vs = VM/Qs-開始段中的PWM步長；以及
VE = VM/QE，結尾段中的PWM步長；貝'j A-Ts,VM/ii + TMn^ + T,VM/Ci;或 VM ■ A / (Tm + Ts/Qs +Te/Q《
在一個實施例中，VM可以利用整數除法來計算，其截去Vm的任
何分數部分。從而，為了保證中間步長足夠大以使得發光度的全部斜
坡變化都在停頓間隔內發生，將Vm加1。在可替換的實施例中，發光 度的全部斜坡變化可以不完全在停頓間隔內發生。
一旦已經計算出VM，就可通過如下實施例計算Vs和VE (其中l
再次被加到每一等式以補償由整數除法所引起的截尾(truncation )): VS = VM/QS+1;和 VE = VM/QE+1。
在一個特定實施例中，對于向下斜坡變化，Ts-3， TE = 25, Qs =2， QE-3，而對于向上斜坡變化，Ts = 20， TE = 3， Qs = 3, QE = 2。 應當注意，這些值中的每一個都可以單獨調整。而且，如上面所暗示 的，在單個實施例中，這些值也可在向上斜坡變化操作和向下斜坡變 化操作之間變化。因此，本發明的各個實施例可包含雙向的調整(即， 對于向上斜坡變化和向下斜坡變化分別調整)。
上面所描述的示例性實施例使用3級分段線性曲線方法來在呼吸曲線的停頓時間段的情況下產生在時間和幅度上都受約束的斜坡變
化。包括這里所公開的任何實施例的可替換實施例可使用相同的3級 分段線性曲線方法來產生在時間和幅度上都受約束的斜坡變化，并且 該斜坡變化被用于這里討論的或需要這樣的斜坡變化的任何其他情 況。
通常，所述實施例可使用環境光傳感器來監控環境光情況。各種 固態器件都可用于所述對照明的測量。在某些實施例中，Texas Advanced Optoelectronic Solutions of Piano, Texas制造的TAOS TSL2561器件可用于測量環境照明。可替換的實施例可使用其他光傳 感器。光傳感器測量諸如房間之類的周圍環境中的環境光，并生成表 示測得的光量的信號。光傳感器通常將所收集的光在一個積分時間上 積分并在積分時間結束時輸出測量值。積分時間可設置為多個預先確 定值之一，在本發明的一個實施例中被設置為402毫秒。其他實施例 可使用利用其他技術輸出光測量值的光傳感器。僅僅作為例子，光傳 感器可基于用戶或設計者的動作——諸如在控制面板中按壓按鈕或 設置采樣間隔——而輸出光測量值。可替換地，光傳感器可在周圍環 境中的光或亮度變化超過預定閾值時輸出光測量值。
當LED亮度響應于環境照明情況而自動變化時，人類用戶可感知 LED亮度變化率的不連續性，這是由于系統的環境光傳感器報告新的 環境光水平而發生的。當房間的光照在逐漸增加或減小以使得LED達 到其目標亮度并保持在那里的時間比其荻得下一環境光讀數所花的 時間要少時，該不連續性特別容易被察覺(從而是不希望的)。
通過采用在允許LED達到目標亮度之前所應流逝的最小時間，可 平滑這些不連續性。在一個實施例中，這可通過將最小計時器滴答數 變成獲得下一環境光傳感器讀數所需要的大于該最小計時器滴答數 的目標來實現。那么，在LED發光度變化期間，在新的光讀數可用之 前，LED不會穩定在其目標發光度。可替換地，可采用用于LED亮度 改變的最大步長(用每一計時器滴答的PWM計數來表示)。通過采 用這樣的條件，LED的發光度變化在轉換速率上被適當限制，使得人
19類觀察者在各種變化光照情況下都通常感知平滑的LED亮度變化。
圖8描繪一個特定實施例的操作的流程圖，該實施例用于實施離 目標最少滴答的轉換速率控制方法，該方法用于在LED狀態指示器的 目標發光度響應于環境照明的變化或出于任何其他理由而變化時控 制LED狀態指示器的發光度。該方法限制用于更新PWM發生器的允 許的每一計時器滴答的PWM變化。離目標的最少滴答在某些實施例 中可以是用戶利用控制面板而可選擇的(或設計者可選擇的)，或者 在其他實施例中可以由硬件或軟件設置為70或其它值。為得到最佳結 果，該離目標的最少滴答應當被設置為使得獲得新的環境光讀數所需 要的時間小于以下時間離目標的最少滴答乘以每一滴答的時間。
圖8的流程圖可以在環境光傳感器讀數(或任何其他適當的控制 方法)指示LED的發光度應當變化時執行。該實施例在開始模式800 開始，并假定已經建立了對PWM變化率的預先初始限制。該初始限 制是一個無約束值(即，它還沒有被該方法所約束)，其可能允許LED 發光度在下一環境光傳感器讀數可用之前到達穩定。該初始限制可通 過這里描述的操作或實施例、Prouse的任何操作或實施例、任何其他 適當的控制方法、或其任意組合來設置。
接下來，執行操作805。在操作805,執行檢查以確定該離目標的 最少滴答是否大于一。如果不大于一，則執行操作835。在操作835， 該實施例將允許的每一滴答PWM變化設置為所述初始限制。 一旦完 成這個操作，就執行操作845并且所述過程停止。
但是，如果操作805確定離目標的最少滴答大于l，則執行操作 810。在操作810，所述實施例通過取目標PWM值和當前PWM值之差 的絕對值來計算要進行的發光度變化的幅度(離目標的增量)。數學 上表示為離目標的增量-l目標PWM值-當前PWM值卜其中ll表示 絕對值。
執行下一操作815。在操作815，執行檢查以確定離目標的增量是 否小于所述離目標的最少滴答的兩倍。如果是，則執行操作820，其 中最大變化被設置為l。否則執行操作825。操作825通過利用整數除法將離目標的增量除以離目標的最少滴 答，來確定最大變化。數學上表示為最大變化=離目標的增量/離目 標的最少滴答。
在執行操作820或操作825之后，所述實施例執行操作830。在操 作830,執行檢查以確定所述初始限制是否小于所述最大變化。如果 是，則執行操作835。操作835將允許的每一滴答PWM變化設置為所 述初始限制。
如果操作830確定所述初始限制不小于所述最大變化，則執行操 作840。操作840將允許的每一滴答PWM變化設置為最大變化。在操 作835或操作840之后，所述實施例執行操作845并且所述過程停止。
從而，在這個實施例中，通過將離目標的最少滴答選擇為使得所 述離目標的最少滴答乘以每一滴答的時間大于獲得下一環境光讀數 所需要的時間，來確定允許的每一滴答最大變化，從而在下一環境光 傳感器讀數以前不實現目標LED PWM值。如果所述離目標的增量小 于所述離目標的最少滴答的兩倍，則最大變化被設置為l (不是零) 以保證最后可實現目標PWM值。
本發明的其他實施例可包括對時間的意識，從而可在重復變化亮 度模式內的不同時間段期間應用不同的LED發光度轉換速率方法。例 如，回過來看圖5，可僅僅在停頓時間530期間應用一種轉換速率方法 (諸如圖6所示的方法)，而可在上升和下降時間515、 525期間分別 應用其他轉換速率方法。作為另一個例子，這里的任何實施例可僅僅 在某些時間段期間發生，而在其他時間段期間無效。繼續該例子，圖 4和/或圖8的方法可僅僅在某些時間之間——諸如下午8點和上午7點 之間——發生，或者有任何其它方式的時間限制。
雖然已經參照特定實施例和操作方法描述了所提供的實施例，但 是應當理解，可對所描述的實施例和/或方法進行變化而仍由本發明的 可替換實施例所涵蓋。例如，某些實施例可與LCD屏幕、等離子屏幕、 和CRT顯示器等一起工作。而其他實施例可對這里公開的方法和過程 進行操作的省去或增加。還有其它的實施例可改變亮度和/或發光度的 變化率。因此，本發明的正確范圍由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種用于改變燈的發光度的方法，包括改變所述燈的輸入，所述輸入影響所述發光度；設置所述燈的發光度的閾值；以及在所述發光度低于所述閾值時調節所述輸入的變化率。
2. 如權利要求l所述的方法，其中所述燈從包括以下項的組中選 擇發光二極管；和液晶顯示器。
3. 如權利要求l所述的方法，其中所述閾值是脈寬調制值。
4. 如權利要求l所述的方法，其中所述輸入是由脈寬調制控制電 路生成的脈寬調制輸出。
5. 如權利要求4所述的方法，其中 所述發光度正在增加；并且所述調節所述輸入的變化率的操作包括增加所述脈寬調制輸出 的占空比的變化率。
6. 如權利要求4所述的方法，其中 所述發光度正在減小；并且所述調節所述輸入的變化率的操作包括相對于先前確定的變化 率，降低所述脈寬調制輸出的占空比的變化率。
7. 如權利要求6所述的方法，其中所述設置所述燈的發光度的闊 值的操作包括設置所述脈寬調制輸出的閾值。
8. 如權利要求7所述的方法，還包括如果所述脈寬調制輸出高于所述閾值，則允許所述脈寬調制輸出 以先前確定的在每一時間增量中的變化而改變。
9. 如權利要求7所述的方法，其中在所述發光度低于所述閾值時 調節所述輸入的變化率的操作包括如果所述脈寬調制輸出低于所述閾值，則從所述閾值中減去當前 的脈寬調制輸出以得到閾值距離； 確定斜率調節；確定初始變化率是否小于所述斜率調節；以及 如果所述初始變化率小于所述斜率調節，則允許所述脈寬調制輸 出以最小增量而改變。
10. 如權利要求9所述的方法，其中所述斜率調節與所述閾值距 離成正比。
11. 如權利要求9所述的方法，還包括如果所述初始變化率超過所述斜率調節，則確定所述初始變化率 減去所述斜率調節是否小于所述最小增量；如果所述初始變化率減去所述斜率調節小于所述最小增量，則將 所述脈寬調制輸出以所述最小增量而改變；否則，將所述脈寬調制輸出以所述初始變化率減去所述斜率調節 而改變。
12. —種操作來執行權利要求l的方法的裝置。
13. —種操作來執行權利要求9的方法的裝置。
14. —種用于改變燈的發光度的方法，包括 確定信號的目標變化，所述信號設置所述燈的發光度；確定所述目標變化和最大允許變化中的較小者；以及 將信號的變化限制到所述目標變化和所述最大允許變化中的所 述較小者，從而限制所述燈的發光度的變化率。
15. 如權利要求14所述的方法，其中所述燈是發光二極管。
16. 如權利要求14所述的方法，其中所述最大允許變化是用戶可 選擇的。
17. 如權利要求15所述的方法，其中 所述信號是具有占空比的脈寬調制信號；以及 所述信號的變化是所述信號的占空比的變化。
18. —種用于改變燈的發光度的方法，包括 設置所述燈的目標發光度；以及將所述燈的發光度從當前發光度改變成所述目標發光度；其中所述將所述燈的發光度從當前發光度改變成目標發光度的 操作在預定時間內進行。
19. 如斥又利要求18所述的方法，還包括 確定環境光水平；其中所述設置所述燈的目標發光度的操作基于所述環境光水平。
20. 如權利要求18所述的方法，其中所述光是從包括以下項的組 中選擇的發光二極管；液晶顯示器；陰極射線管設備；以及等離子 顯示器。
21. 如權利要求18所述的方法，其中所述預定的時間是呼吸曲線 的停頓時間。
22. 如權利要求21所述的方法，還包括 將所述燈的發光度從所述目標發光度變成高發光度； 將所述高發光度維持一段時間；以及在所述一段時間之后，將所述燈的發光度從所述高發光度變成所 述目標發光度。
23. 如權利要求21所述的方法，其中 所述停頓時間包括第一段、第二段和第三段； 所述發光度從所述當前發光度改變成所述目標發光度，其中在所述第一段期間以第一速率變化，在所述第二段期間以第二速率變化， 而在所述第三段期間以第三速率變化。
24. 如權利要求23所述的方法，其中所述第二速率超過所述第一 速率和所述第三速率。
25. —種被配置為執行權利要求24所述的方法的裝置。
26. 如權利要求24所述的方法，其中至少所述將所述燈的發光度 從所述當前發光度改變成所述目標發光度的操作僅在一天中的特定 時間期間發生。
27. —種用于改變燈的發光度的方法，包括 確定所述燈的發光度所要達到的目標發光度； 確定可達到所述目標發光度的最小時間；設置將所述發光度從初始發光度改變到所述目標發光度所必需 的最小增量數；以及在至少等于所述最小增量數的增量數內將所述燈的發光度從所 述初始發光度改變成所述目標發光度。
全文摘要
一種用于控制諸如LED之類的燈的亮度和發光度的裝置和方法。實施例可以以多種方式改變LED的亮度和發光度來實現各種效果。示例性實施例可以改變LED發光度變化的速率，使得無論環境光的水平如何，觀察者感知的LED亮度變化是平滑的并且作為時間函數是線性的。對LED發光度的改變可以是時間約束的和/或由最大或最小變化率來約束。
文檔編號H05B33/08GK101578917SQ200780049521
公開日2009年11月11日 申請日期2007年10月29日 優先權日2006年11月9日
發明者B·胡佛 申請人:蘋果公司