光学传感器、制造光学传感器的方法、电子设备和操作电子设备的方法与流程

本技术涉及一种光学传感器、一种制造光学传感器的方法、一种电子设备以及一种操作电子设备的方法。

背景技术：

1、对于智能显示器控制，显示器的白点能够适应环境光条件进行调整。然而，显示器后方的颜色和光谱环境光感测受到显示器的透射率以及来自显示器的显著的背向散射光的影响。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种改进环境光感测的能力的方式。

2、该目的通过根据独立权利要求所述的光学传感器、制造光学传感器的方法、电子设备和操作电子设备的方法来实现。进一步的构型和扩展方案是从属权利要求的主题。

3、本技术提供了一种包括多个检测通道的光学传感器。

4、根据光学传感器的至少一个实施方式，每个检测通道包括光电检测器和过滤器，用以限定相应检测通道的光谱灵敏度。例如，光电检测器是包括基于诸如硅的半导体材料的光敏区域的光电二极管。特别地，检测通道的所有光电检测器能够基于相同的半导体材料。

5、检测通道的光电检测器能够集成在共同的传感器芯片中。替代地，光电检测器能够是分离的器件。

6、单个检测通道能够包括一个光电检测器或多于一个光电检测器。

7、例如，过滤器被配置为带通过滤器。

8、例如，过滤器包括干涉过滤器、吸收过滤器、等离子体过滤器或其组合。

9、干涉过滤器能够由介电层堆叠形成，其中，堆叠中的每一层能够关于其层厚度和其折射率进行调整，使得各层之间的界面处的光学干涉效应产生预期的透射光谱。

10、在吸收过滤器中，波长在过滤器的预期透射光谱之外的电磁辐射能够被吸收。等离子体过滤器能够由表现出等离子体特性的结构化金属层形成。

11、根据光学传感器的至少一个实施方式，检测通道包括第一组检测通道。特别地，第一组检测通道包括具有在蓝色光谱范围内的最大灵敏度的波长的第一检测通道、具有在绿色光谱范围内的最大灵敏度的波长的第二检测通道和具有在红色光谱范围内的最大灵敏度的波长的第三检测通道。

12、例如，第一检测通道的最大灵敏度的波长为至少420nm或至少430nm或至少450nm，和/或最多480nm或最多470nm。

13、例如，第二检测通道的最大灵敏度的波长为至少500nm或至少510nm，和/或最多550nm或最多540nm或最多530nm。

14、例如，第三检测通道的最大灵敏度的波长为至少600nm或至少610nm，和/或最多700nm或最多680nm或最多650nm。

15、特别地，第一组检测通道的最大灵敏度的波长能够被选择为使得每个检测通道的光谱灵敏度与rgb显示器的发射器的峰值发射波长之一重叠。

16、根据光学传感器的至少一个实施方式，检测通道包括第二组检测通道，其中，第二组检测通道的最大灵敏度的波长布置在第一组检测通道的最大灵敏度的波长之间。换言之，第二组检测通道的最大灵敏度的波长大于第一检测通道的最大灵敏度的波长并且小于第三检测通道的最大灵敏度的波长。例如，第二组的每个检测通道的最大灵敏度的波长与第一组的所有最大灵敏度的波长相差至少10nm或至少20nm。

17、根据光学传感器的至少一个实施方式，检测通道的光谱灵敏度被配置为，使得能够从检测通道的光谱灵敏度的线性组合获得针对三个cie1931（国际照明委员会）颜色匹配函数中的每一个的最佳匹配拟合曲线。

18、颜色匹配函数在可见光谱范围内包括两个最大值。颜色匹配函数在绿色光谱范围内包括一个最大值。颜色匹配函数在蓝色光谱范围内包括一个峰。这三个颜色匹配函数共同描述了cie标准观察者。

19、这些颜色匹配函数表示三个线性光检测器的理想光谱灵敏度曲线，其提供ciexyz颜色空间中的三刺激值x、y和z，其中y是亮度。对于由人类观察者感知的每种颜色，能够确定三个三刺激值。

20、这些颜色匹配函数中的每一个能够通过将至少两个检测通道的光谱灵敏度相加来获得或至少近似，其中，所使用的检测通道的光谱灵敏度在相加之前乘以比例因子。理想地，最佳匹配拟合曲线与相应颜色匹配函数精确对应。然而，这对于以足够的精度获得三刺激值并非必然需要。

21、例如，颜色匹配函数下方的面积与相应最佳匹配拟合函数下方的面积重叠至至少80%或至少90%，和/或反之亦然。

22、例如，最佳匹配拟合曲线的半高全宽与相应颜色匹配函数的半高全宽相差最多20%或最多10%。

23、在光学传感器的至少一个实施方式中，光学传感器包括多个检测通道，其中，检测通道分别包括光电检测器和过滤器，用以限定相应检测通道的光谱灵敏度。检测通道包括第一组检测通道，第一组检测通道包括具有在蓝色光谱范围内的最大灵敏度的波长的第一检测通道、具有在绿色光谱范围内的最大灵敏度的波长的第二检测通道和具有在红色光谱范围内的最大灵敏度的波长的第三检测通道。检测通道还包括第二组检测通道，其中，第二组检测通道的最大灵敏度的波长布置在第一组检测通道的最大灵敏度的波长之间。检测通道的光谱灵敏度被配置为使得能够从检测通道的光谱灵敏度的线性组合获得针对三个cie1931颜色匹配函数中的每一个的最佳匹配拟合曲线。

24、当在显示器后方操作光学传感器时，来自第一组检测通道的信号能够用于补偿来自显示器的不期望的背向散射光。此外，检测通道的信号的线性组合能够用于以高精度确定三刺激值。换言之，在操作期间由光学传感器检测到的光的三刺激值x、y和z在每种情况下能够通过将来自至少两个相关联的检测通道的信号乘以比例因子并将这些缩放后的信号相加来获得。

25、特别地，即使来自环境光的信号与显示器的背向散射光相比较小，也能够获得关于环境光的光谱信息。

26、此外，光学传感器不必在帧刷新之间的显示器的短暂暗期内操作。因此，光学传感器也能够用于仅表现出非常短暂或甚至没有暗期的先进显示器。

27、根据光学传感器的至少一个实施方式，第二组检测通道包括恰好一个检测通道，其最大灵敏度的波长在第一检测通道的最大灵敏度的波长与第二检测通道的最大灵敏度的波长之间。例如，第二组的该检测通道的最大灵敏度的波长对应于第一检测通道的最大灵敏度的波长与第二检测通道的最大灵敏度的波长的平均值，公差为最多10nm或最多5nm。

28、根据光学传感器的至少一个实施方式，第二组检测通道包括恰好两个检测通道，其最大灵敏度的波长在第二检测通道的最大灵敏度的波长与第三检测通道的最大灵敏度的波长之间。例如，第二组检测通道之一的最大灵敏度的波长小于第二检测通道和第三检测通道的最大灵敏度的波长的平均值，并且第二组的两个检测通道中的另一个的最大灵敏度的波长大于第二检测通道的最大灵敏度的波长与第三检测通道的最大灵敏度的波长的平均值。

29、根据光学传感器的至少一个实施方式，第一组检测通道和第二组检测通道的最大灵敏度的波长合在一起以光谱等距的方式布置，公差为最多10%。换言之，第一组检测通道和第二组检测通道合在一起彼此具有基本相同的光谱间距。

30、根据光学传感器的至少一个实施方式，检测通道包括第三组检测通道，其中，第三组检测通道的至少一个检测通道的最大灵敏度的波长小于第一检测通道的最大灵敏度的波长，和/或第三组检测通道的至少一个检测通道的最大灵敏度的波长大于第三检测通道的最大灵敏度的波长。

31、换言之，第三组的所有通道的最大灵敏度的波长布置在从第一检测通道的最大灵敏度的波长延伸至第三检测通道的最大灵敏度的波长的光谱范围之外。因此，第三组检测通道能够提供靠近可见光谱范围的短波长边缘和/或靠近可见光谱范围的长波长边缘的光谱信息。

32、根据光学传感器的至少一个实施方式，检测通道的至少一个检测通道的光谱灵敏度的半高全宽为两个光谱相邻的检测通道之间的平均光谱间距的至少90%且最多150%。

33、已发现，具有相对较大半高全宽的光谱灵敏度分布有利于通过信号的适当线性组合来重建颜色匹配函数。另一方面，过大的半高全宽导致光谱相邻的检测通道之间过大的光谱重叠。

34、根据光学传感器的至少一个实施方式，第一组检测通道、第二组检测通道和第三组检测通道的最大灵敏度的波长合在一起以光谱等距的方式布置，公差为最多10%。特别地，整个可见光谱范围或至少其相关部分能够被光谱等距的检测通道覆盖。这有助于获得可靠的光谱信息和/或人眼感知的环境光的亮度。

35、此外，提供了一种制造光学传感器的方法，其中，光学传感器特别地被配置为显示器后方的环境光传感器。

36、在该方法的至少一个实施方式中，该方法包括以下步骤：提供关于显示器的发射器的光谱信息，以及制造多个检测通道，其中，检测通道分别包括光电检测器和过滤器。第一组检测通道的过滤器被配置为使得第一组检测通道的每个检测通道的光谱灵敏度与相关联的发射器的发射光谱重叠。第二组检测通道的过滤器被配置为，使得第二组检测通道的最大灵敏度的波长布置在第一组检测通道的最大灵敏度的波长之间。检测通道的过滤器被配置为使得能够从检测通道的光谱灵敏度的线性组合获得针对三个cie1931颜色匹配函数中的每一个的最佳匹配拟合曲线。

37、因此，第一组检测通道的光谱灵敏度能够适应显示器的发射器的相应光谱特性。因此，光学传感器能够在制造光学传感器期间针对不同类型的显示器进行定制。

38、此外，每个检测通道的光谱灵敏度的形状和宽度能够被优化，以通过适当检测通道的线性组合来获得对颜色匹配函数的最佳匹配。

39、该方法特别适合于制造如上所述的光学传感器。因此，结合光学传感器描述的特征也适用于该方法，反之亦然。

40、此外，提供了一种包括光学传感器的电子设备。光学传感器能够包括上文描述的一个或多个特征。

41、在电子设备的至少一个实施方式中，电子设备包括光学传感器和具有多个像素的显示器，其中，像素包括在蓝色、绿色和红色光谱范围内具有发射光谱的发射器，其中，第一组检测通道的检测通道的光谱灵敏度与发射器的相应发射光谱重叠。例如，第一组检测通道的检测通道的最大灵敏度的波长与相关联的发射器的峰值发射波长相差最多20nm或最多10nm。

42、例如，发射器是发光二极管。例如，发射器基于有机材料。有机发光二极管也称为oled。替代地，发射器能够基于诸如iii-v族化合物半导体材料的无机半导体材料。

43、根据电子设备的至少一个实施方式，光学传感器在俯视显示器的视图中布置在显示器后方。换言之，环境光在其去往光学传感器的路径上穿过显示器。

44、根据电子设备的至少一个实施方式，光学传感器被配置为在显示器的操作期间分析环境光。例如，关于环境光的相关色温和/或辐照度对其进行分析。

45、根据电子设备的至少一个实施方式，光学传感器被配置为借助第一组检测通道来补偿来自发射器的背向散射光。

46、根据电子设备的至少一个实施方式，电子设备被配置为基于来自光学传感器的信号来调整显示器的白点。例如，如果环境光为暖白色，则显示器的白点能够朝向暖白色偏移。

47、电子设备能够是包括显示器的任何设备。例如，电子设备能够是诸如智能手机、平板电脑或笔记本电脑的移动或手持设备，或者诸如智能手表的可穿戴设备，或者诸如计算机监视器或电视机套件的固定设备。

48、此外，提供了一种操作电子设备的方法，其中，电子设备能够如上文所述配置。

49、根据该方法的至少一个实施方式，基于至少一些检测通道的信号来分析环境光。

50、例如，用于分析的检测通道的数量能够取决于背向散射光对所有检测通道检测到的总信号的贡献。如果例如背向散射光的贡献与环境光相比较小，则大多数检测通道或所有检测通道能够用于分析环境光。

51、如果背向散射光的贡献相对较大，则能够借助第一组检测通道来补偿背向散射光。

52、根据该方法的至少一个实施方式，在环境光的检测期间，至少一些显示器的发射器被操作。特别地，环境光的检测不需要显示器的暗期。

53、根据该方法的至少一个实施方式，第一组检测通道的信号用于补偿来自发射器的背向散射光。这有助于改进环境光检测的可靠性。

54、根据该方法的至少一个实施方式，执行环境光的光谱重建。例如，环境光的光谱重建能够用于识别围绕电子设备的光源。基于该信息，诸如白点的显示器属性能够被调整以增加用户的舒适度。

55、例如，能够执行环境光计算。例如，能够使用采用经补偿的第二组检测通道的3×3矩阵来推导出类似于人眼感知的信号。通常，能够使用m×n矩阵来执行经补偿的光谱重建，其中，m是所使用的检测通道的数量，n是要考虑的光谱分量的数量。

56、借助所描述的检测通道组，能够获得环境光感测的高可靠性。特别地，与仅使用显示器的发射器的发射光谱之间的光谱范围的方法相比，可靠性增加，因为这些光谱范围单独仅提供关于环境光的光谱的有限信息。

57、上文结合光学传感器或电子设备或所述方法之一的至少一个实施方式描述的特征能够与结合光学传感器或电子设备或所述方法之一的至少一个实施方式描述的其他特征组合，除非它们相互矛盾。

58、另外的特征和便利性将从结合附图的示例性实施方式的后续描述中变得显而易见。