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JP7575406B2 - 画素歪みを低減した光学近接感知 - Google Patents

画素歪みを低減した光学近接感知 Download PDF

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JP7575406B2 JP2021568143A JP2021568143A JP7575406B2 JP 7575406 B2 JP7575406 B2 JP 7575406B2 JP 2021568143 A JP2021568143 A JP 2021568143A JP 2021568143 A JP2021568143 A JP 2021568143A JP 7575406 B2 JP7575406 B2 JP 7575406B2
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Description

本発明は、ディスプレイを有するデバイスにおける光学近接感知に関し、当該ディスプレイの裏側にまたはそうでなければ当該ディスプレイに近接して近接センサが位置している。
背景
多くのスマートフォンは、光学近接センサを用いてディスプレイをいつオンまたはオフにすべきかを判断する。これは典型的に、たとえばスマートフォンがユーザのポケットに入っているときにバッテリ電力を節約するため、または電話がかかってきたときに不要なスクリーン上の表示ボタンを選択しないようにするためである。これは、タブレットおよびラップトップコンピュータといったディスプレイを有する他のコンピュータデバイスの、当該デバイスが閉じられたまたはそうでなければ覆われたときにディスプレイをオフにすることが望ましい場合も同様であり得る。光学近接感知は典型的に、近赤外（ＮＩＲ）光を放出し、反射された任意の光エネルギを測定することに依存する。一定のしきい値を超える反射は、ディスプレイが覆われている可能性が高いことを示す。
従来は、このためのＮＩＲ光エミッタがスマートフォンまたは他のデバイスのベゼル内に位置していた。しかしながら、近年、高いスクリーン対ボディ比に対する需要のため、近接センサをホストするために従来使用されていたベゼルは多くのデバイスから除去されている。今日、多くのスマートフォンは有機発光ダイオード（Organic Light Emitting Diode）（ＯＬＥＤ）ディスプレイを使用している。ＯＬＥＤディスプレイは、ＮＩＲ光を含む一部の光を透過させる場合がある。したがって、ＯＬＥＤディスプレイの裏側に近接センサが位置している場合がある。
しかしながら、ディスプレイを通して放出されたＮＩＲ光のエネルギによって、たとえば近接センサの位置の上方のディスプレイに明るい点が現れるなど、ディスプレイ上に目に見える歪みが生じる場合がある。これらの歪みは、多くの条件下で、たとえばスクリーンが黒い画像を表示している場合でも、目に見える場合がある。
概要
本発明の第１の局面によれば、ディスプレイを有するコンピュータデバイスの光学近接センサを動作させる方法が提供され、上記光学近接センサは上記ディスプレイの下方にまたはそうでなければ上記ディスプレイに隣接して位置している。上記方法は、ディスプレイドライバから垂直同期信号を得ることと、上記光学近接センサの光エミッタの周期的な照射を上記垂直同期信号に同期させることとを備える。
上記ディスプレイは有機発光ダイオードディスプレイであってもよい。
上記光学近接センサは、赤外光学近接センサ、たとえば近赤外光学近接センサであってもよい。
上記同期させるステップは、上記垂直同期信号に遅延を導入することと、遅延した上記信号のパルスを用いて上記周期的な照射をトリガすることとを含んでもよい。上記遅延の結果として、上記光学近接センサの真上の表示領域のブランキングまたは減光の直前に上記エミッタの照射が生じてもよい。あるいは、上記遅延の結果として、上記光学近接センサの真上の表示領域のブランキングまたは減光と部分的に同時に上記エミッタの照射が生じてもよい。
上記方法は、上記垂直同期信号の各同期パルスの後に上記光エミッタを照射することを備えてもよい。あるいは、上記光エミッタは、上記垂直同期信号の複数の同期パルスの各シーケンスの後に照射されてもよい。
本発明の第２の局面によれば、ディスプレイと、上記ディスプレイの下方にまたはそうでなければ上記ディスプレイに隣接して位置しており光エミッタを含む光学近接センサとを備えるコンピュータデバイスが提供される。上記デバイスは、垂直同期信号を生成するためのディスプレイドライバをさらに備え、上記光エミッタの周期的な照射を上記垂直同期信号に同期させるように構成される。この同期は、たとえば上記光学近接センサの同期回路によって行われてもよく、またはプロセッサによって行われてもよい。
上記ディスプレイは有機発光ダイオードディスプレイであってもよい。
上記光学近接センサは、赤外光学近接センサ、たとえば近赤外光学近接センサであってもよい。
上記デバイスは、上記光学近接センサに統合されるまたは上記光学近接センサとは別個の構成要素として実装される、上記垂直同期信号を遅延させるための遅延回路を備えてもよく、上記遅延回路は上記光エミッタの照射をトリガするように上記光エミッタに結合される。上記遅延回路は、上記光学近接センサの真上の表示領域のブランキングまたは減光の直前に上記エミッタの照射を生じさせるように上記垂直同期信号を遅延させてもよい。あるいは、上記遅延回路は、上記光学近接センサの真上の表示領域のブランキングまたは減光と部分的に同時に上記エミッタの照射を生じさせるように上記垂直同期信号を遅延させてもよい。
上記デバイスは、スマートフォン、タブレット、またはラップトップコンピュータであってもよい。
本発明の実施形態は、光学近接感知のためにディスプレイの裏側に位置するＮＩＲ光源を使用することを引き続き可能にしながらディスプレイにおける画素歪みを低減するまたはなくすための手段を提供する。
近接センサを有するスマートフォンを概略的に示す図である。 光学近接感知方法を高レベルで示すフローチャートの図である。 図１のスマートフォンの構成要素の動作の相互作用を概略的に示す図である。 図１のスマートフォンのタイミングスキームを示す図である。 図４のタイミングスキームを用いて生成された例示的なトレースを示す図である。 いくつかの表示サイクルにわたる代替の例示的なトレースを示す図である。 スマートフォンの構成要素の代替の動作の相互作用を概略的に示す図である。 代替の光学近接感知方法を高レベルで示すフローチャートの図である。 図８の方法を用いて生成された例示的なトレースを示す図である。
詳細な説明
ＯＬＥＤディスプレイのようなディスプレイの下方にＮＩＲ近接センサを用いることによって引き起こされる問題については上述した。以下に論じるソリューションは、表示画素の動作状態に対して最適化された時点でのみ近接センサを照射することによって歪みを低減することができるという認識から生じている。
ディスプレイの動作時、ディスプレイはピクチャリフレッシュレートで周期的にリフレッシュされる。このレートはたとえば６０Ｈｚであってよく、すなわちディスプレイは１秒間に６０回更新される。新しいフレームの開始は、デバイスのディスプレイドライバによって生成される垂直同期（Vertical Synchronization）（ＶＳＹＮＣ）パルス信号によって示される。ＶＳＹＮＣ信号は、プロセッサのフレームレートとディスプレイのリフレッシュレートとを、１秒当たりのフレーム数（ＦＰＳ）が当該リフレッシュレートによって制限されてフレームがスキップされないように、同期させる。ＶＳＹＮＣパルスは、ディスプレイ上の新しいフレーム（画像）の開始を示す。本提案では、ＶＳＹＮＣパルスを用いて、近接センサからの発光をディスプレイリフレッシュレートに同期させる。具体的には、ＮＩＲ光放射を、結果として生じる画像の歪みが低減されるまたはなくなるディスプレイのリフレッシュサイクルにおける時点で開始するように同期させる。デバイス内に存在する特定のＯＬＥＤディスプレイによっては、最適の発光時間は、近接センサの上方の表示画素が非アクティブになる直前、または非アクティブである間であり得る。本提案は、ベゼルをより薄くするまたは完全になくすことを可能にしながら、かつ、遠赤外（ＦＩＲ）エミッタまたは超音波ソリューションの使用といったより高価なソリューションの必要性を回避しながら、ディスプレイの下のＮＩＲ近接センサを引き続き使用できるようにする。
図１は、ディスプレイの平面に垂直な平面を通る断面で示された例示的なスマートフォン１を概略的に示す。スマートフォン１は、ＯＬＥＤディスプレイ２と、スマートフォンの本体内のＯＬＥＤディスプレイの下にあるＯＬＥＤディスプレイドライバ３およびＮＩＲ光学近接センサモジュール４とを備える。ディスプレイドライバ３は典型的にハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実装され、ハードウェアはグラフィカルプロセッシングユニット（ＧＰＵ）および関連メモリを備えてもよい。近接センサモジュール４は、ディスプレイ２の下面への明確な見通し線が与えられるＮＩＲエミッタ５および隣接する検出器６を備える。図示していないが、センサモジュールはレンズなどの光学部品を備えてもよい。また、近接センサモジュール４は、集積遅延回路７が設けられており、表示画素歪みを低減するために発光のタイミングを最適化するようにレジスタを介して構成可能である。所定のディスプレイの正確な構成は、たとえば製品の試作段階において実験的に求められてもよい。
図２は、図１のスマートフォンにおける画素歪みを低減する光学近接感知のためのプロセスを高レベルで示すフロー図である。スマートフォンの動作時、ディスプレイをリフレッシュするためにＶＳＹＮＣ信号がＯＬＥＤディスプレイドライバ３によって周期的に生成される（Ｓ１．１）。ここで、ＶＳＹＮＣはさらに、光学近接センサモジュール４の集積遅延回路７に与えられる（Ｓ１．２）。遅延回路は、ＶＳＹＮＣ信号のタイミング（リフレッシュ）パルスを検出すると、遅延タイマを開始し（Ｓ１．３）、遅延タイマの満了後、エミッタ５によるＮＩＲ発光（Ｓ１．４）を予め定められた期間にわたってトリガする。放出された光はＯＬＥＤディスプレイ２を通過して、ディスプレイの真正面にあり得る任意の対象物と相互に作用する。ＯＬＥＤディスプレイを通して反射された任意の光は検出器６によって検出される。
図３は、図１のスマートフォン１の関連する機能部品を概略的に示す。これらは、ＯＬＥＤディスプレイドライバ３と、集積遅延回路７を備える光学近接センサモジュール４とを含む。ＶＳＹＮＣ信号は、ドライバ３からモジュール４の遅延回路７に送信されるとして示されている。
図４は、例示的なタイミングスキームを示す。上側トレース８はＯＬＥＤディスプレイドライバ３によって生成されるＶＳＹＮＣ信号を示し、中間トレース９は近接センサモジュール４の上方の位置におけるディスプレイ輝度を示し、下側トレース１０は近接センサモジュール４のエミッタ５からの発光を示す。ＶＳＹＮＣパルスの立ち上がり後の所定の時間ｔ１において、近接センサモジュール４の上方のディスプレイ輝度は、対応する画素ラインがリフレッシュされるまたは「ブランキング」されると一時的に低下する。この状態を利用するために、ＶＳＹＮＣパルスの立ち上がりから時間遅延ｔ２の後、遅延回路７はエミッタ駆動パルスを生成して近接センサモジュールのエミッタ５を駆動する。この駆動パルスの持続時間はｔ３である。期間ｔ２およびｔ３は、ディスプレイ２においてＮＩＲ光パルスによって生じる視覚的な歪みを最小化するように最適化される。たとえば、タイミングの結果として、ＮＩＲ光パルスが、上に重なる表示画素のブランキングの直前に生成される場合がある。
図５は、図２のステップによって生じる例示的なトレースを示す。ＶＳＹＮＣパルスは下側トレースのピーク１１によって示されている。ＶＳＹＮＣパルスの立ち上がりから約１．７６ｍｓ後に、ピーク１２によって示されるように近接センサが発光する（この光はディスプレイの上方に位置するＮＩＲセンサを用いてテスト条件下で検出される）。近接感知光の放出から約１．１５ｍｓ後に、谷１３によって示されるように画素がブランキングされる。
異なるディスプレイおよびＩＲエミッタ（複数可）は、最小の歪みを達成するための異なるタイミング要件を有し得る。たとえば、ＶＳＹＮＣパルスの立ち上がりから画素ラインリフレッシュまでの時間ｔ１は、特定のディスプレイに基づいて、およびディスプレイの下のセンサモジュールの位置に基づいて変化する可能性が高い。開始時間ｔ２および持続時間ｔ３はそれに応じて変化する。
発光の光パワーは画素歪みを可能な限り低減するように最適化されることが理解されるであろう。
タイミングスキームにさらなる変更を加えてもよいことが理解されるであろう。たとえば、いくつかのＶＳＹＮＣパルスをスキップするように、たとえば１０ｍｓ以上などの長い遅延ｔ２を導入してもよい。たとえば図６に示されるように、ＮＩＲ光パルス１２は１つおきのＶＳＹＮＣパルス１１ごとにのみトリガされてもよい。あるいは、カウンタを短い遅延と組み合わせて用いて、一定数のＶＳＹＮＣパルスが発生した後にのみ近接測定発光をトリガしてもよい。ディスプレイがＶＳＹＮＣ信号ごとに２回以上ブランキングされる場合（これは、たとえばディスプレイが１００％未満の輝度で動作している場合に起こり得る）、近接パルスをＶＳＹＮＣ信号の後の最初のブランキングの前に発生するように同期させることによって画素歪みを最適化してもよい。さらに、近接パルス１２はブランキング時間１３と重なり合ってもよい。
図１および図３の装置にも変更を加えてもよい。たとえば、図７に示されるように、遅延機能を近接センサに統合するのではなく、遅延機能を別の遅延回路、たとえばマイクロコントローラ１４によって実行してもよい。図７の装置によって実行されるプロセスは、図８のフロー図によって高レベルで示されている。ＶＳＹＮＣ信号がＯＬＥＤディスプレイドライバ３から送信され（Ｓ２．１）、マイクロコントローラ１４などの外部遅延回路によって受信される（Ｓ２．２）。マイクロコントローラはＶＳＹＮＣ信号に遅延を加え（Ｓ２．３）、この遅延ＶＳＹＮＣ信号をＧＰＩＯインターフェースを介して近接センサ１５に渡す（Ｓ２．４）。近接センサにＧＰＩＯパルスが到着する（Ｓ２．５）と、ＮＩＲ発光の開始がトリガされる（Ｓ２．６）。ＧＰＩＯパルスの受信時と発光時との間には、センサの動作に固有のさらなる遅延が存在する場合がある。
図７のアーキテクチャおよび図８のステップを実行することによって生じ得る例示的なトレースを図９に示す。ＶＳＹＮＣパルス１１の立ち上がりから０．６５０ｍｓ後にエミッタ駆動信号（ＧＰＩＯ）パルス１６が観察される。ＧＰＩＯパルスの立ち上がりからさらに１．１１ｍｓ遅延した後に、ピーク１２によって示されるように近接センサが発光する。再び、近接感知光の放出から１．１５ｍｓ後に、谷１３によって示されるように画素がブランキングされる。
光学エミッタは、ＮＩＲ ＬＥＤ（たとえば９４０ｎｍで発光する）、垂直共振器型面発光レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）（ＶＣＳＥＬ）エミッタ、または不要な画素歪みを生じさせる可能性があるその他の適切な光学エミッタであってよい。

Claims (13)

  1. ディスプレイを有するコンピュータデバイスの光学近接センサを動作させる方法であって、前記光学近接センサは前記ディスプレイの下方に位置しており、前記方法は、
    ディスプレイドライバから垂直同期信号を得ることと、
    前記光学近接センサの光エミッタの周期的な照射を前記垂直同期信号に同期させることとを備え、
    前記同期させるステップは、前記垂直同期信号に遅延を導入することと、遅延した前記垂直同期信号のパルスを用いて前記周期的な照射をトリガすることとを含み、
    前記周期的な照射をトリガすることは、前記光エミッタを駆動するための駆動パルスを、前記光エミッタの前記照射が重なる前記ディスプレイの表示領域のブランキングよりも前に生成することを含む、
    方法。
  2. 前記ディスプレイは有機発光ダイオードディスプレイである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記光学近接センサは、赤外光学近接センサ、たとえば近赤外光学近接センサである、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記光エミッタの前記周期的な照射を、前記ディスプレイ上の結果として生じる画像の歪みが低減されるまたはなくなる前記ディスプレイのリフレッシュサイクルにおける時点で開始するように同期させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記遅延の結果として、前記光学近接センサの真上の表示領域のブランキングの直前に前記光エミッタの照射が生じる、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記垂直同期信号の各同期パルスの後に前記光エミッタを照射することを備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記垂直同期信号の複数の同期パルスの各シーケンスの後に前記光エミッタを照射することを備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
  8. コンピュータデバイスであって、
    ディスプレイと、
    前記ディスプレイの下方に位置しており光エミッタを含む光学近接センサと、
    垂直同期信号を生成するためのディスプレイドライバとを備え、
    前記デバイスは、前記光エミッタの周期的な照射を前記垂直同期信号に同期させるように構成され、
    前記コンピュータデバイスは、前記光学近接センサに統合されるまたは前記光学近接センサとは別個の構成要素として実装される、前記垂直同期信号を遅延させるための遅延回路をさらに備え、前記遅延回路は前記光エミッタの照射をトリガするように前記光エミッタに結合され、
    前記遅延回路は、前記垂直同期信号を遅延させて、前記光エミッタの前記照射が重なる前記ディスプレイの表示領域のブランキングよりも前に、前記光エミッタを駆動するための駆動パルスを生成する、コンピュータデバイス。
  9. 前記ディスプレイは有機発光ダイオードディスプレイである、請求項８に記載のコンピュータデバイス。
  10. 前記光学近接センサは、赤外光学近接センサ、たとえば近赤外光学近接センサである、請求項９に記載のコンピュータデバイス。
  11. 前記遅延回路は、前記光エミッタの前記周期的な照射を、前記ディスプレイ上の結果として生じる画像の歪みが低減されるまたはなくなる前記ディスプレイのリフレッシュサイクルにおける時点で開始するように同期させるように構成される、請求項８～１０のいずれか１項に記載のコンピュータデバイス。
  12. 前記遅延回路は、前記光学近接センサの真上の表示領域のブランキングの直前に前記光エミッタの照射を生じさせるように前記垂直同期信号を遅延させる、請求項８～１１のいずれか１項に記載のコンピュータデバイス。
  13. 前記コンピュータデバイスは、スマートフォン、タブレット、またはラップトップコンピュータのうちの１つである、請求項８～１２のいずれか１項に記載のコンピュータデバイス。
JP2021568143A 2019-05-14 2020-05-07 画素歪みを低減した光学近接感知 Active JP7575406B2 (ja)

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