Prodotti più accattivanti con il rilevamento del colore

SENSORISTICA –

Attraverso l’integrazione e un design efficace dei circuiti integrati, una nuova generazione di sensori Rgb consentirà di avere interfacce utente più avanzate e accattivant

Lo sviluppo del mercato dei tablet e degli smartphone ha evidenziato le potenzialità della nuova progettazione industriale grazie alla quale gli Oem possono conquistare posizioni di mercato dominanti. Con l'estendersi dell'interesse verso prodotti indossabili come gli smartwatch, la necessità di design originali e di tendenza continuerà ad aumentare. Un ostacolo alla creazione di nuovi progetti risiede normalmente nella quantità di risorse che deve essere destinata alla componente principale su cui si focalizza l'interesse dell'utilizzatore: l'interfaccia utente. Viste le potenzialità della combinazione fra i display a cristalli liquidi con colori brillanti, o dei display a Led organici, con gli schermi touch capacitivi, è perfettamente naturale prevedere per questo mix verrà ampiamente utilizzato in fase di progettazione. Questo non significa affatto che tutti i prodotti devono utilizzare lo stesso design con vetro chiaro e colore argento. Il vetro colorato, infatti, offre molte opportunità per differenziare il “look and feel”. Sebbene la tinta del vetro modifichi l'aspetto dell'interfaccia utente, è possibile effettuare la compensazione tramite il display stesso, modificando il bilanciamento del colore dei pixel in modo che, quando attivato, il vetro sopra il display appaia schiarito. Non solo, il display può essere progettato in modo tale da compensare non soltanto la colorazione del vetro, ma anche i cambiamenti delle condizioni della luce ambientale, dalla luce blu di una giornata di sole alle tinte gialle o rosse delle illuminazioni degli interni.

Sensori Rgb di luce ambientale

Il requisito fondamentale per implementare questa funzionalità è poter disporre di un sensore Rgb (rosso, verde, blu) di luce ambientale accurato al posto del semplice sensore di luce bianca usato oggi sugli smartphone per determinare il livello di luminosità necessaria per il display. Tenendo conto del colore e della luminosità ambientale, visualizzazione e uso del display saranno sicuramente migliori.
Un secondo vantaggio del rilevamento ambientale Rgb in telefoni e tablet deriva dal suo utilizzo combinato con quello del sensore integrato nella fotocamera. Grazie al riscontro fornito circa l''illuminazione ambientale, il sensore fornisce informazioni essenziali agli algoritmi che effettuano il bilanciamento automatico del bianco al fine di garantire tonalità accurate della pelle e consistenza del colore che l'utente richiede nelle fotografie. Attraverso l'uso di un feedback preciso del colore, gli algoritmi possono anche determinare la probabile sorgente luminosa, come l'illuminazione a fluorescenza oppure un cielo nuvoloso, in modo da aiutare nel calcolo delle impostazioni di esposizione richieste per ottenere i risultati migliori. Inoltre, anche l'uscita flash e la corrente di pilotaggio possono essere ottimizzati conoscendo la sorgente luminosa e l'intensità della luce. Ciò contribuisce anche a migliorare la durata della batteria. Questa tecnologia può portare anche benefici ai cruscotti in applicazioni automobilistiche per migliorare la leggibilità e diventano interessanti quando le condizioni di illuminazione notturna delle strade cambiano rapidamente, quando le luci al sodio di colore giallo si mescolano con altre fonti luminose che scorrono in fretta. Ci sono altre applicazioni per un sensore Rgb di alta qualità. Integrato in un televisore, il sensore può essere utilizzato per informare l'elettronica del display su eventuali cambiamenti causati dall'invecchiamento del dispositivo. Per esempio, negli schermi Oled, i pixel blu tendono a cambiare colore più rapidamente degli elementi rossi e verdi man mano che invecchiano. Rilevando questa variazione del colore, il sensore Rgb consente di garantire una visualizzazione più costante per tutta la durata della vita televisore. Per il rilevamento della luce ambientale e degli effetti del filtraggio del colore attraverso un vetro colorato, il sensore sarà tipicamente montato sotto il pannello di vetro. Questo fornisce un preciso riferimento colore delle condizioni di illuminazione che influiscono sul display che può essere utilizzato dai driver per modificare il bilanciamento Rgb dei pixel attivi in modo da compensare l' effetto di filtraggio e le condizioni di luce ambientale, come un eccesso di rosso o di altre luci colorate. Per superare gli effetti di sfarfallio, l'uso di Adc integrati nel progetto del sensore permette di filtrare gli effetti di fonti di luce artificiale a 50 o 60 Hz o l'effetto di un lampo di flash di una fotocamera. I dati di campionamento possono essere trasferiti al controller del driver del display utilizzando un'interfaccia seriale come quella I2C.
Un sensore montato in modo che possa ricevere luce dal display stesso offre la capacità di reagire alle variazioni dell'output dei pixel nel loro complesso. Per esempio, il firmware può utilizzare un confronto tra la luce ricevuta per una data immagine in uscita rispetto alle letture delle calibrazioni di fabbrica per aumentare o ridurre gli elementi R, G o B in modo da mantenere un output del colore consistente per tutta la durata della vita del prodotto, supponendo che un pannello Oled, per esempio, sia caratterizzato da effetti di invecchiamento coerenti su tutta la sua superficie. Anche le stampanti a colori richiedono un sensore preciso per garantire che durante la calibrazione e la stampa sia depositata sulla carta la corretta quantità di inchiostro, un requisito essenziale quando l'obbiettivo è produrre fotografie a colori. Poiché la progettazione meccanica è così importante per molte di queste applicazioni, un sensore Rgb di luce ambientale per essere efficace deve essere compatto e preciso. Se un dispositivo è inferiore ai 2 mm di lato può essere facilmente inserito vicino a un sensore di immagine oppure essere collocato discretamente all'interno del bordo di un pannello di vetro senza limitare la visualizzazione. Il sensore deve avere anche la flessibilità necessaria per essere montato in diversi contesti, come dietro a un vetro scuro speciale utilizzato per il telecomando a infrarossi in televisori oppure, per i sensori di prossimità nei dispositivi mobili che per funzionare si basano sulla riflessione dei segnali IR dalla pelle dell'utente. Diversamente dal vetro standard, questo materiale consente la trasmissione degli IR in modo molto più efficace di molte altri tipi di vetro. Il filtraggio degli IR o la compensazione sono necessari per evitare che forti segnali IR interessino la misurazione della luce visibile. Una possibilità è quella di collocare un filtro IR sul sensore Rgb stesso, ma a fronte di un aumento dei costi e della complessità costruttiva. Un'alternativa è integrare sul dispositivo non solamente fotodiodi con luce visibile, ma anche sensori IR in modo da consentire all'elettronica di elaborazione di effettuare la compensazione digitale. Questo approccio offre un vantaggio chiave rispetto al filtraggio IR in quanto permette di applicare una maggiore intelligenza al rilevamento della luce. Diversi tipi di sorgente di luce visibile producono infatti quantità ampiamente variabili di IR. Per esempio, sorgenti a incandescenza generano una grande quantità di IR, mentre quelle fluorescenti ne producono molto poca e meno di quanto generalmente se ne incontra con la luce naturale. Interpretando questi dati, è possibile per il software di compensazione delle immagini tenere conto delle diverse condizioni di illuminazione.
Poiché vetro IR filtra un'alta percentuale della luce visibile, occorre un'elevata sensibilità nell'array di fotodiodi Rgb per garantire una risposta accurata per i colori quando il sensore è usato in queste condizioni. Il sensore deve essere in grado di misurare il colore con livelli di luce pari a 0,005 lux per gestire gli ambienti scuri, così come per il funzionamento sotto un vetro IR, ma deve poter anche affrontare intensità fino a 10.000 lux in applicazioni in cui la trasmittanza del vetro è molto più alta. Per semplificare l'uso, il sensore dovrebbe funzionare direttamente con il microprocessore del dispositivo in modo da regolare continuamente la gamma di luminosità e verificare che il display conservi un colore percepito coerente e il livello di luminosità ideale in base alle condizioni di illuminazione presenti nell'ambiente.

Accuratezza e ripetibilità

L'accuratezza e la ripetibilità sono di vitale importanza per assicurare un'esperienza utente coerente per ogni singolo prodotto senza dover ricorrere a lunghe procedure di calibrazione durante la produzione. Una variazione di meno del 10% è sufficiente a garantire che i livelli di colore ambientali coincidano in modo efficace. Dato che molte delle applicazioni di un sensore Rgb sono destinate ai dispositivi mobili, il funzionamento low power è di vitale importanza. Non solo il front-end analogico deve assorbire una corrente relativamente bassa, ma è importante anche che l'elettronica del sensore possa essere messa in modalità di standby a basso consumo energetico quando non è necessaria. Dato che è poco probabile che le condizioni di illuminazione cambino rapidamente, una strategia efficace per l'utilizzo di questo tipo di dispositivi è quello di prendere diverse letture in un breve periodo di tempo per valutare i lampeggi del fotodiodo Led del sensore di prossimità, per esempio. Una volta effettuate le letture necessarie, il sensore può essere spento per aspettare fino al ciclo successivo, dopo pochi secondi. Questa strategia può ridurre il consumo di energia nel sottosistema del sensore di parecchi ordini di grandezza.
La disponibilità di tool software per dimostrare le prestazioni del sensore è altrettanto importante. Mostrando allo sviluppatore come le letture della luce ambientale coincidono con la tabella di cromaticità standard CIE 1931 è molto più facile valutare come un particolare pezzo di vetro influenzerà le letture e modificherà il grado di compensazione del colore necessario nel prodotto finale. Può anche mostrare quanto un sensore IC possa avvicinarsi all'accuratezza di un misuratore di colore dedicato. Un esempio di un sensore Rgb che soddisfi i requisiti di questo mercato in rapida crescita è l'ISL29125 di Intersil. Offre un funzionamento low power con modalità power- down e trasferisce i dati all'host utilizzando un'interfaccia I2C standard. L'ISL29125 offre anche un'ampia gamma dinamica che va da 0,005 lux a 10.000 lux, consentendo ai progettisti di utilizzare il dispositivo in una vasta gamma di ambienti operativi e applicazioni. In modalità power-down, il sensore RGB Intersil consuma meno di 0,5 μA di corrente e in modalità attiva richiede una corrente pari a circa 85 μA. In aggiunta alla sua precisione e alle prestazioni in termini di consumi, l'ISL29125 è il più piccolo sensore RGB six -lead del settore e riduce al minimo le dimensioni del foro richiesto nei progetti dei dispositivi necessario per permettere un sufficiente passaggio di luce per la misurazione accurata dei colori, consentendo opzioni avanzate di progettazione industriale. Il software di supporto per la scheda di valutazione decodifica le letture per i display su un grafico di cromaticità CIE per favorire lo sviluppo. Attraverso l'integrazione e un design efficace degli IC, una nuova generazione di sensori Rgb consentirà di avere interfacce utente più avanzate e accattivanti che si estenderanno alle applicazioni consumer, automotive e industriali.

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