Что такое датчик освещенности в смартфоне. Датчик освещенности в смартфоне: принцип работы, функции и применение

Как работает датчик освещенности в смартфоне. Для чего нужен датчик света в телефоне. Какие функции выполняет датчик освещенности. Где расположен датчик света в смартфоне. Как откалибровать датчик освещенности.

Что такое датчик освещенности в смартфоне

Датчик освещенности (также называемый датчиком внешней освещенности или ALS — Ambient Light Sensor) — это специальный сенсор в смартфоне, который измеряет уровень яркости окружающего света. Он представляет собой небольшой фотоэлемент, расположенный обычно рядом с фронтальной камерой устройства.

Основная задача датчика освещенности — анализировать освещение вокруг смартфона и передавать эти данные программному обеспечению устройства. На основе этой информации автоматически регулируется яркость экрана.

Принцип работы датчика света в телефоне

Принцип работы датчика освещенности в смартфоне достаточно прост:

• Фотоэлемент датчика улавливает падающий на него свет
• Интенсивность света преобразуется в электрический сигнал
• Сигнал обрабатывается микропроцессором устройства
• На основе полученных данных регулируется яркость дисплея

Чем ярче окружающее освещение, тем более сильный сигнал генерирует датчик. И наоборот, в темноте сигнал слабее. Это позволяет автоматически подстраивать яркость экрана под текущие условия.

Основные функции датчика освещенности

Датчик освещенности в смартфоне выполняет несколько важных функций:

1. Автоматическая регулировка яркости экрана

Это основная задача датчика света. Он позволяет динамически менять яркость дисплея в зависимости от внешнего освещения. На ярком солнце экран автоматически становится ярче, а в темноте — тусклее.

2. Экономия заряда батареи

Автоматическая регулировка яркости помогает снизить энергопотребление дисплея, который является одним из самых «прожорливых» компонентов смартфона. В темноте яркость снижается, что позволяет сэкономить заряд аккумулятора.

3. Улучшение читаемости экрана

Адаптивная яркость обеспечивает оптимальную читаемость информации на экране при любом освещении. Пользователю не нужно постоянно вручную настраивать яркость.

Где находится датчик освещенности в смартфоне

Расположение датчика освещенности может немного различаться в зависимости от модели смартфона, но в большинстве случаев он находится:

• Рядом с фронтальной камерой
• На верхней рамке экрана
• Под дисплеем (в некоторых современных моделях)

Датчик света обычно имеет вид маленького темного кружка или овала. Его размер составляет всего несколько миллиметров.

Как откалибровать датчик освещенности

Иногда датчик освещенности может работать некорректно и требовать калибровки. Вот основные способы откалибровать датчик света в смартфоне:

1. Через настройки Android — в разделе «Экран» включите и выключите автояркость несколько раз
2. С помощью специальных приложений для калибровки датчиков (например, Sensor Calibration)
3. Полным сбросом настроек смартфона до заводских
4. Обновлением прошивки устройства

Если проблемы с датчиком сохраняются, возможно потребуется его замена в сервисном центре.

Преимущества наличия датчика освещенности

Использование датчика света в смартфоне дает ряд важных преимуществ:

• Автоматическая оптимизация яркости экрана под любые условия освещения
• Снижение нагрузки на зрение пользователя
• Экономия заряда аккумулятора за счет адаптивной яркости
• Повышение удобства использования смартфона
• Продление срока службы дисплея

Благодаря этим преимуществам датчик освещенности стал стандартным компонентом современных смартфонов.

Недостатки и ограничения датчика света

Несмотря на все плюсы, у датчика освещенности есть и некоторые недостатки:

• Возможны сбои и некорректная работа, требующая калибровки
• Не всегда точно определяет условия освещения
• Может реагировать на кратковременные изменения освещенности
• Занимает место на лицевой панели смартфона
• Незначительно увеличивает энергопотребление устройства

Однако преимущества датчика света значительно перевешивают эти небольшие недостатки.

Перспективы развития датчиков освещенности

Технологии датчиков освещенности продолжают совершенствоваться. Основные направления развития:

• Повышение точности измерений
• Уменьшение размеров датчиков
• Интеграция под экран смартфона
• Комбинирование с другими сенсорами
• Использование алгоритмов машинного обучения для анализа данных

В будущем датчики освещенности смогут еще лучше адаптировать работу смартфона под окружающие условия и предпочтения пользователя.

Зачем нужен датчик освещения в смартфоне

Современные смартфоны оборудованы большим количеством датчиков, чтобы процесс использования был максимально комфортным. Эти датчики делают устройство умнее, позволяя добавить большое количество новых функций, а также оптимизировать расход энергии. Один из таких — это датчик освещения. Вы могли не замечать его ранее: скорее всего, он встроен рядом с фронтальной камерой в смартфоне, а заметен лишь при ярком освещении. Его основные функции — это распознавание уровня окружающего освещения и автоматическая регулировка яркости. Также он принимает участие и в других полезных процессах в смартфоне. Сегодня расскажем вам о тех функциях датчика освещения, о которых вы могли не знать.

Рассказываем о том, что умеет датчик освещения в телефоне

Содержание

• 1 Защита глаз на телефоне
• 2 Как сделать экран ярче
• 3 Как сэкономить заряд на телефоне
• 4 Почему отключается экран при звонке
• 5 Чехол с подсветкой

Защита глаз на телефоне

Датчик освещения не принимает активного участия в защите ваших глаз при использовании смартфона, но делает это опосредованно, уменьшая яркость экрана в темное время суток. Мы уже не раз писали о том, насколько вредна для зрения и для самого экрана высокая яркость. Продолжительная работа при высокой яркости приводит к перенапряжению глаз и выцветанию экрана, а выручит в этой ситуации автояркость в смартфоне.

Яркий дисплей вредит при чтении в темноте

В ночное время датчик выставляет низкий уровень яркости, что делает использование смартфона комфортным и снижает уровень синего света. Кстати, у нас есть отдельная статья, посвященная этой функции. Если вы уверены, что она работает некорректно, то узнаете, как ее откалибровать.

Читайте также: Что делать, если на телефоне зависла игра

Как сделать экран ярче

Датчик освещения выручает в солнечную погоду или при ярком свете в комнате. В таких ситуациях экран телефона начинает бликовать, а текст на экране читать невероятно сложно. Хуже, когда не получается даже открыть Настройки, чтобы увеличить яркость.

Датчик освещения помогает подстроить яркость экрана на улице

Именно датчик освещения позволяет автоматически регулировать яркость дисплея, чтобы в солнечную погоду на дисплее было реально что-то увидеть. Кроме того, он вовремя отключает высокую яркость, помогая сберечь экран от выгорания, а аккумулятор от разрядки. Это намного полезнее для смартфона, чем ручная регулировка яркости дисплея.

Еще больше статей о железе в смартфоне ищите в нашем канале в Пульсе Mail.ru!

Как сэкономить заряд на телефоне

Энергосбережение в смартфоне зависит от датчика освещения, который регулирует автояркость

Датчик освещения играет важнейшую роль в экономии заряда батареи. Обратите внимание, что производители рекомендуют использовать автояркость на постоянной основе, чтобы расходовать батарею экономичнее. Дисплей — это самый энергозатратный модуль в смартфоне. За счет датчика освещения работа дисплея оптимизируется, что благотворно влияет на потребление заряда батареи. Кстати, в старых мобильниках датчик освещения работал не только с дисплеем, но и с клавиатурой: в дневное время суток в устройстве отключалась подсветка клавиатуры, чтобы сберечь заряд и без того скромного аккумулятора. Но смартфоны все равно лучше мобильников — об этом читайте в нашей статье.

6 причин, почему не стоит покупать фитнес-браслет

Почему отключается экран при звонке

Датчик освещения гасит экран при звонке

Вы прекрасно знаете, что во время звонка экран телефона гаснет. Датчик освещения в этом случае работает вместе с датчиком приближения: это делается путем определения того, что телефон находится рядом с вашим лицом. Экран отключается не только для того, чтобы избежать лишних нажатий, но и для предотвращения преждевременного разряда батареи. Когда вы убираете телефон, то датчики снова активируют экран. Кстати, по этой причине очень важно не повредить их: поломка грозит тем, что во время разговора экран не будет гаснуть.

5 полезных функций смартфонов Samsung, которыми вы зря не пользуетесь

Чехол с подсветкой

Чехлы с подсветкой работают за счет датчика освещения смартфона

Чехлов для смартфонов очень много. Большинство из них самые простые, но попадаются и аксессуары со светодиодами. Они подсвечивают телефон, когда приходит уведомление или поступает звонок. А еще с помощью такого чехла удобно добавлять вспышку для камеры, если встроенной в смартфон недостаточно. Производители сами выбирают функции, которые будут работать в таком аксессуаре, но все это происходит за счет датчика освещения. Если чехол загорается вечером, то датчик фиксирует этот период и отправляет сигнал в аксессуар, чтобы тот начал работу.

Не забудьте подписаться на наш Telegram-чат!

Кстати, стоит отметить, что датчик освещения постоянно улучшается. Не так давно была представлена система Xiaomi 360 — это несколько датчиков, интегрированных в смартфон, которые собирают информацию об условиях освещения. Один из них интегрирован на заднюю панель смартфона, за счет чего автоматическая яркость регулируется точнее и быстрее. Это позволит избежать дополнительной калибровки автояркости в смартфоне, которую многие пользователи не любят.

Вы когда-нибудь думали, почему люди до сих пор пользуются двумя телефонами? У нас есть интересный материал, посвященный этой теме: выбрали самые неочевидные варианты применения второго телефона. Некоторые вас и вправду удивят.

Датчик освещенности в смартфоне — настройка и калибровка

Главная » Обзоры » Обзор технологий

24.01.2023Eugene

Современные смартфоны наделены множеством функций и улучшений, которые позволяют сделать использование устройства наиболее комфортным.

Одной из особенностей умных аппаратов является наличие датчика освещенности. Производители устанавливают его на верхней части лицевой стороны, в районе разговорного динамика.

Работа сенсора света заключается в анализе внешнего освещения и выполнении необходимых действий. Что дает датчик света:

Автоматическая регулировка яркости в соответствии с окружающей средой. При использовании смартфона можно включить автоматическую регулировку яркости. Это делается из панели быстрого доступа или из меню настроек. 

Активировав данную функцию, пользователь разрешает смартфону изменять яркость экрана в соответствии с уровнем освещения. Аппарат должен сразу же отреагировать на включение автоматической настройки. При ярком свете экран становится ярче, в темноте – блекнет. Изменение интенсивности свечения дисплея позволяет экономить энергию при необходимости и комфортно использовать устройство в темное время суток.

Основными проблемами, возникающими в работе датчика освещенности, является долгое реагирование и плохая оценка освещенности. Настроить датчик можно путем применения специальных приложений. Сделать это можно через программу Proximity Sensor Calibration. Программа позволяет настроить датчик приближения и освещенности устройства. Приложение необходимо установить и запустить. После начала работы пользователю даются инструкции на каждом этапе.

Второй этап предполагает снятие показаний сенсора в затемненном состоянии.

Третий шаг снимает показания со свободного датчика.

После этого предлагается запустить калибровку.

Результаты необходимо сохранить и перезагрузить устройство.

Процедура позволит исправить положение, если экран не гаснет при приближении к уху во время разговора или работа сенсора вызывает нарекания. Но только при условии, что датчик реагирует на действия пользователя. Если реакция отсутствует, то в таком случае необходимо обратиться в сервисный центр.

Датчик приближения Сброс

Developer: Tech Tool

Price: Free

Чтобы датчик работал как можно лучше и дольше, нужно следить за состоянием части экрана, прикрывающей его сенсор. Жировые следы и царапины не позволяют частицам света проникать к сенсору в полной мере, что может сказаться на правильности работы функций.

Смартфоны эконом-сегмента и старые модели не оборудованы датчиком света, поэтому яркость экрана там регулируется пользователем вручную.

Все датчики в вашем смартфоне и принцип их работы

Ваш смартфон — выдающееся достижение инженерной мысли. Это полдюжины или более гаджетов, упакованных в одну плиту, и многие из его самых крутых подвигов достигаются с помощью широкого спектра датчиков, но что они собой представляют и что они все на самом деле делают?

Как ваш телефон считает шаги и заменяет фитнес-трекер? Использует ли GPS ваши данные? Какие датчики вы должны убедиться, что в вашем следующем телефоне?

Вот все, что вам нужно знать.

Акселерометр

Snapchat знает, двигаетесь ли вы, благодаря акселерометру вашего телефона. ваш смартфон может отслеживать ваши шаги, даже если вы не купили отдельное носимое устройство.

Они также сообщают программному обеспечению телефона, в какую сторону направлена ​​трубка, что становится все более важным с появлением приложений дополненной реальности.

Как следует из названия, акселерометры измеряют ускорение. Это означает, что карта внутри Snapchat может поставить симпатичную игрушечную машинку вокруг вашего битмоджи, когда вы за рулем, а также можно включить множество других действительно полезных приложений.

Сам датчик состоит из других датчиков, в том числе микроскопических кристаллических структур, которые испытывают напряжение из-за ускоряющих сил. Затем акселерометр интерпретирует напряжение, поступающее от кристаллов, чтобы выяснить, насколько быстро движется ваш телефон и в каком направлении он указывает.0003

Акселерометр — один из самых важных датчиков вашего телефона, от переключения приложений с книжной на альбомную до отображения вашей текущей скорости в приложении для вождения.

Гироскоп

Во многих играх используется гироскоп вашего телефона. впечатляет насколько это возможно.

Всякий раз, когда вы играете в гоночную игру на своем телефоне и наклоняете экран, чтобы управлять автомобилем, гироскоп, а не акселерометр, определяет, что вы делаете, потому что вы выполняете небольшие повороты телефона, а не перемещаетесь в пространстве.

Гироскопы используются не только в телефонах: они используются в высотомерах внутри самолетов, например, для определения высоты и положения, а также для обеспечения устойчивости камер в движении. Лучшие модели находятся в стадии разработки, хотя они не сразу станут дешевыми и достаточно практичными для потребительских мобильных устройств.

В гироскопах внутри смартфонов используются не колеса и шарниры, как в традиционных механических гироскопах, которые можно найти в старом самолете, а гироскопы MEMS (микроэлектромеханические системы).

Впервые МЭМС-гироскопы действительно добились больших успехов в iPhone 4 в 2010 году. В то время иметь телефон, который мог определять ориентацию с такой точностью, было невероятно новшеством — сегодня мы воспринимаем это как должное.

Магнитометр

Приложение компаса на вашем телефоне работает благодаря магнитометру. Скриншот: Gizmodo

Завершает триумвират датчиков, отвечающих за определение местоположения телефона в физическом пространстве, магнитометр. Опять же, название выдает его — он измеряет магнитные поля и, таким образом, может сказать вам, где север, изменяя выходное напряжение на телефоне.

Когда вы входите и выходите из режима компаса в Apple Maps или Google Maps, срабатывает магнитометр, чтобы определить, в каком направлении должна быть карта. Он также поддерживает автономные приложения компаса.

Магнитометры также можно найти в металлоискателях, поскольку они могут обнаруживать магнитные металлы, поэтому вы можете установить приложения металлоискателя для своего смартфона.

Тем не менее, датчик не работает в одиночку для своей основной цели, которая находится внутри картографических приложений — он работает в тандеме с данными, поступающими от акселерометра телефона и устройства GPS, чтобы выяснить, где вы находитесь в мире и в каком направлении вы указываете (очень удобно для этих подробных навигационных маршрутов).

GPS

GPS-спутники определяют местоположение вашего телефона. Скриншот: Gizmodo

Ах, GPS — технология глобальной системы позиционирования — где бы мы были без вас? Вероятно, в далеком грязном поле, проклиная тот день, когда мы отказались от бумажных карт в пользу электронных.

Устройства GPS в телефонах получают сигнал от спутника в космосе, чтобы выяснить, в какой части планеты вы находитесь (или через которую проезжаете). На самом деле они не используют никаких данных вашего телефона, поэтому вы все равно можете видеть свое местоположение, когда ваш телефон теряет сигнал, даже если сами фрагменты карты представляют собой размытое месиво с низким разрешением.

На самом деле, он соединяется с несколькими спутниками, а затем вычисляет, где вы находитесь, на основе углов пересечения. Если спутники не найдены — вы находитесь в помещении или облачность густая — вы не сможете получить блокировку.

И хотя GPS не расходует данные, все эти коммуникации и расчеты могут сильно разрядить аккумулятор, поэтому большинство руководств по экономии заряда аккумулятора рекомендуют отключать GPS. Меньшие гаджеты, такие как некоторые умные часы, не включают его по той же причине.

GPS — не единственный способ, с помощью которого ваш телефон может определить, где он находится — расстояние до вышек сотовой связи также можно использовать в качестве грубого приближения, как научил нас серийный номер , — но если у вас есть серьезная навигация, то тогда это важно. Современные устройства GPS внутри смартфонов фактически объединяют сигналы GPS с другими данными, такими как уровень сигнала сотовой связи, для получения более точных показаний местоположения.

Биометрические датчики

Датчики отпечатков пальцев переместились с кнопок на дисплеи. Изображение: Qualcomm

Почти каждый телефон на рынке будет поставляться либо с датчиком отпечатков пальцев, либо с системой распознавания лиц, которая поможет вам войти в свой телефон. Эти биометрические датчики можно обмануть определенным образом, но, как правило, они более безопасны и намного удобнее, чем использование только PIN-кода или графического ключа.

Датчики отпечатков пальцев перешли от аппаратных кнопок к экранным схемам. Существует три основных типа: оптический (сканирование светом), емкостной (сканирование электронными конденсаторами) и ультразвуковой (сканирование звуковыми волнами). Для достижения наилучших результатов вам нужен ультразвук, хотя два других варианта иногда используются на телефонах в более дешевом сегменте рынка.

Эти датчики не работают сами по себе: производители используют различные программные трюки и алгоритмы, чтобы сделать распознавание отпечатков пальцев максимально точным. Лучшие телефоны премиум-класса на Android теперь оснащены датчиками отпечатков пальцев на дисплее, которые почти так же хороши, как и те, которые используют физические аппаратные кнопки.

Вы, конечно, не найдете датчик отпечатков пальцев на топовых iPhone или Pixel 4: эти и подобные им телефоны используют распознавание лиц. Опять же, здесь используется множество технологий: более дешевые телефоны просто используют обычный объектив камеры и пытаются подтвердить вашу личность с помощью фотографии с высоким разрешением.

В высокотехнологичных устройствах инфракрасный датчик отображает ваше лицо в трех измерениях с помощью точек, которые затем интерпретируются программным обеспечением на телефоне: чем умнее программное обеспечение, тем быстрее разблокировка. Когда разблокировка лица работает хорошо, это может показаться волшебством, но за кулисами происходит много работы.

Лучший из остальных

В Pixel 4 есть собственный радар. уже упоминал. Pixel 4 и Pixel 4 XL уникальны тем, что имеют Датчик Soli , который по сути является радарным модулем: он может обнаруживать движение рядом с телефоном и прямо над ним, поэтому сигналы тревоги становятся тише, когда вы двигаетесь, чтобы отключить их, а разблокировка лица может срабатывать, как только вы берете телефон в руки .

Со стороны Apple мы видели LiDAR , добавленный в iPad Pro, и вполне возможно, что скоро он появится и в iPhone. Короче говоря, это технология сканирования лазерным светом, которая может очень точно оценивать глубину и наносить на карту комнату, и в ближайшие годы она будет наиболее полезной для приложений дополненной реальности.

Еще есть чип U1 в новейших телефонах Apple. Это скорее коммуникационная антенна, чем датчик, но она может помочь определить местоположение и направление, в котором вы указываете свой телефон. Многие телефоны, включая iPhone, также имеют барометр , который измеряет атмосферное давление: он полезен для всего. от обнаружения изменений погоды до расчета высоты, на которой вы находитесь.

Датчик приближения обычно располагается рядом с верхним динамиком и сочетает в себе инфракрасный светодиод и детектор света, чтобы работать, когда вы подносите телефон к уху, чтобы экран можно было отключить. Датчик испускает луч света, который отражается обратно, хотя он невидим для человеческого глаза.

Тем временем датчик внешней освещенности делает именно то, что вы ожидаете, измеряя освещенность в комнате и соответствующим образом регулируя яркость экрана (если он действительно настроен на автоматическую настройку).

Как и все остальные технологии, встроенные в ваш телефон, эти датчики постоянно становятся меньше, умнее и менее энергоемкими, поэтому тот факт, что телефоны с разницей в пять лет имеют GPS, не означает, что они оба будут быть таким же точным. Добавьте также программные настройки и оптимизации, и у вас будет больше причин регулярно обновлять свой телефон, даже если вы почти никогда не увидите эти датчики в списке спецификаций.

Первоначально это руководство было опубликовано 23 июля 2017 г. и обновлено 29 июня 2020 г., чтобы выделить дополнительные датчики, используемые в современных смартфонах.

(обновлено 04.03.22 с новыми подробностями)

Руководство по проектированию аппаратного обеспечения смартфона с датчиком окружающего света

Скачать эту статью в формате .PDF Этот тип файла включает в себя графику и схемы с высоким разрешением, когда это применимо.

Стивен Ли, менеджер по приложениям, ams

Поскольку на подсветку ЖК-панели смартфона приходится около 40 % общего энергопотребления устройства, можно получить большую выгоду, регулируя яркость в соответствии с изменениями уровня окружающего освещения. В относительно темных условиях яркость дисплея можно уменьшить для экономии энергии. Это также легче для глаз пользователя, что одновременно улучшает пользовательский опыт.

Датчики внешней освещенности (ALS) в настоящее время широко используются в смартфонах для предоставления информации об уровнях внешней освещенности для поддержки цепи питания светодиодов подсветки. Но хотя это приложение просто описать, на практике его трудно реализовать успешно, т. е. таким образом, чтобы добиться достойной экономии энергии, оставаясь при этом ненавязчивым для пользователя.

ALS должен быть установлен за экраном дисплея, в котором ценен каждый квадратный миллиметр площади. Кроме того, он должен уметь определять приближение (отключать дисплей, если поднести его к лицу пользователя), а также выполнять основную функцию измерения окружающего освещения. Эти и другие ограничения серьезно ограничивают свободу инженера-проектировщика в плане оптимизации конструкции.

В этой статье описаны основные проблемы, связанные с реализацией успешного отклика смартфона на окружающий свет. Он также предлагает способы преодоления этих проблем, чтобы добиться быстрой и точной регулировки яркости подсветки в зависимости от окружающего освещения.

Фотопический отклик

Первая трудность заключается в том, что фотодиоды реагируют на свет иначе, чем человеческий глаз. Человеческий глаз нечувствителен к инфракрасному (ИК) свету (с длиной волны более 780 нм) и ультрафиолетовому (УФ) свету (с длиной волны менее 380 нм). С другой стороны, стандартный кремниевый фотодиод обычно воспринимает свет с любой длиной волны от 300 до 1100 нм.

Это означает, что первой задачей проектировщика является удаление ИК- и УФ-компонентов из выходного сигнала датчика. Функция ALS заключается в измерении освещенности (единицей измерения которой являются люксы), падающей на дисплей смартфона. Если это измерение в люксах включает в себя ультрафиолетовый и инфракрасный свет, а также видимый свет, контроллер подсветки дисплея получит искаженное представление человеческого или «фотопического» отклика на условия окружающего освещения. Короче говоря, окружающий свет будет казаться сенсору ярче, чем человеческому глазу.

Это связано с тем, что и естественный, и искусственный свет содержат ИК-элемент. Это справедливо, например, как для солнечного света (рис. 1) , так и для света от лампы накаливания. Очевидный способ убрать ИК-излучение — наложить на датчик оптический ИК-фильтр. Но в смартфоне этот же датчик также обычно используется для обнаружения приближения (в тандеме с ИК-светодиодом), чтобы выключить дисплей и сенсорный контроллер, когда телефон поднесен к лицу пользователя.

1. Спектральное распределение мощности солнечного света показывает сильный ИК-элемент, невидимый человеческому глазу.

Конечно, разработчик смартфона может добавить отдельный ИК-фотодиод только для датчика приближения. Однако это неэстетичное решение — теперь конструкция должна включать в себя стоимость оптического фильтра на АЛС, а также дискретного ИК-фотодиода. Кроме того, дополнительное место будет занимать ИК-фотодиод, для которого требуется отверстие на лицевой стороне дисплея для прохождения ИК-света.

Более рациональным решением проблемы является двухдиодный модуль, разработанный компанией ams. Один фотодиод (показан как канал 0 на рисунке 2) воспринимает весь спектр, в то время как другой (показан как канал 1) воспринимает свет в основном в ИК-части спектра. Вычитание выходного сигнала ИК-фотодиода из выходного сигнала датчика полного спектра дает измерение видимого света.

Датчик довольно нечувствителен к ультрафиолетовому излучению, и в любом случае обычные источники света излучают мало ультрафиолетового излучения. В большинстве случаев упаковочного материала, который может поглощать УФ-свет, достаточно, чтобы удалить его с целью определения окружающего света.

Удалив инфракрасную составляющую света из выходного сигнала ALS, разработчик смартфона теперь должен решить вторую проблему: как ограничить угол обзора модуля ALS/датчика приближения без ухудшения его работы? Это вопрос компромисса между ALS и датчиком приближения.

Для определения окружающего света идеальным углом обзора является (практически невозможно) 180°, поскольку это угол обзора дисплея, на который падает окружающий свет. Но для обнаружения приближения применяется обратное — требуется узкий угол обзора, чтобы ограничить возможность перекрестных помех между ИК-светодиодом и ИК-датчиком. В идеале ИК-датчик должен воспринимать только ИК-свет, отраженный от лица пользователя, а светодиод не должен освещать датчик напрямую или отражать свет от верхней или нижней поверхности сенсорной панели.

2. Показана спектральная чувствительность TMD2772, семейства двухдиодных модулей, разработанных компанией ams, которое включает TMD27721 и TMD27723.

Таким образом, этот конфликт между требованиями ALS и ИК-датчика требует компромисса. Экспериментируя, разработчики смартфонов обнаружили, что угол обзора от 90° до 110° обеспечивает высокоэффективное обнаружение приближения, при этом обеспечивая относительно хорошую производительность в системе обнаружения окружающего освещения. Сужение угла ниже 90° резко ухудшает работу ALS. Кроме того, чтобы система работала с углом обзора 90°, между нижней частью сенсорного экрана и верхней частью сенсорного модуля должен существовать очень маленький воздушный зазор.

Угол обзора — не единственный вопрос механической конструкции, влияющий на ALS. Чтобы свет проходил через экран к сенсорному модулю, дизайнер должен оставить отверстие открытым. OEM-производители хотят, чтобы это отверстие было как можно меньше, чтобы не портить гладкий и гладкий внешний вид сенсорного экрана. Они также маскируют внешний вид апертуры с помощью чернил, нанесенных на стеклянную поверхность экрана, которые затемняют его и смешивают его цвет с цветом корпуса телефона. Чернила и маленькая апертура уменьшают интенсивность света, попадающего на сенсорный модуль.

Кроме того, на производственной линии OEM-производитель должен строго контролировать изменение светопроницаемости чернил. Если, например, используются чернила с коэффициентом пропускания 17 %, отклонение коэффициента пропускания чернил всего на ±1 % вызовет дополнительную ошибку 5,9 % (1/17 × 100) в выходных данных ALS.

Третьей важной задачей проектирования при реализации распознавания окружающего света в смартфоне является обработка очень широкого динамического диапазона входного света. Производители смартфонов хотят, чтобы яркость подсветки дисплея устанавливалась соответствующим образом, независимо от того, используется ли устройство практически в полной темноте (освещенность всего 0,1 люкс) или под прямыми солнечными лучами (освещенность до 220 клк). Это требует, чтобы датчик обладал высокой чувствительностью в очень широком динамическом диапазоне, сохраняя при этом очень низкий уровень шума. Кроме того, коэффициент усиления устройства должен регулироваться в зависимости от изменения яркости окружающего освещения.

Тонкая настройка реализации

В этой статье описаны компромиссы, связанные с реализацией распознавания окружающего света в смартфонах, преимущества решения с двумя диодами и характеристики модуля ALS, который должен учитывать OEM-производитель. указать. Но внешний вид, механическая конструкция и чернила каждого устройства разные, что требует индивидуальной характеристики для разработки индивидуального уравнения люкса. Это уравнение необходимо для точного удаления ИК-компонента окружающего света и для компенсации ограниченного угла обзора.

Для выполнения этой характеристики смартфон должен подвергаться воздействию различных типов источников света, которые излучают различные пропорции инфракрасного и ультрафиолетового света. Измерения уровня люкс эталонным сверхточным люксметром и модулем ALS при одинаковых условиях освещения затем сравниваются для калибровки выходного сигнала модуля. Люксметр должен быть закрыт блендой, чтобы он имитировал ограниченный угол обзора датчика освещенности.

Чтобы охарактеризовать сенсорный модуль, например, ams TMD27721 или TMD27723, можно использовать следующие уравнения:

CPL = (ATIME_ms × AGAINx) / 20

Люкс1 = (C0DATA – a0 × C1DATA) / CPL

Люкс2 = (b0 × C0DATA – b1 × C1DATA) / CPL

Люкс = MAX(Lux1, Lux2, 0 )

где CPL, a0, b0 и b1 — параметры, которые необходимо охарактеризовать. CPL = количество на люкс; C0DATA = данные, считанные с канала 0; C1DATA = данные, считанные с канала 1; C0DATA – a0 × C1DATA = взвешенный счет для источника света с высокой долей ИК-излучения b0x; C0DATA – b1 × C1DATA = взвешенный счет для источника света с низкой долей ИК-излучения; и MAX = максимальное значение Lux1, Lux2 и 0,

Как правило, чем больше наборов данных собрано при большем количестве источников света, тем точнее характеристика.

При соответствующей механической конструкции, строгом контроле светопропускания чернил при производстве и тщательной характеристике погрешность в системе измерения окружающего освещения может быть ограничена не более чем ±15%. В некоторых случаях можно достичь погрешности всего ±10%. Этого достаточно, чтобы регулировать яркость подсветки для экономии энергии и улучшения пользовательского опыта.

Конечно, OEM-производителю может потребоваться гораздо более высокая точность для функции, отличной от управления подсветкой дисплея. Для этого потребуется очень высокочувствительный датчик внешней освещенности (как отдельное устройство без обнаружения приближения). Одним из таких примеров является TSL25911 компании ams.

Краткая информация

Датчики внешней освещенности (ALS) широко используются в смартфонах для предоставления информации об уровнях внешней освещенности для поддержки цепи питания светодиодов задней подсветки. Но в то время как это приложение может быть просто описано, на практике его трудно успешно реализовать, т. е. таким образом, чтобы добиться достойной экономии энергии, оставаясь при этом ненавязчивым для пользователя.

ALS должен быть установлен за экраном дисплея, в котором ценен каждый квадратный миллиметр площади.