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    智能光學(xué)傳感器導(dǎo)入筆記本電腦
  • 智能光學(xué)傳感器導(dǎo)入筆記本電腦
  •   發(fā)布日期: 2020-03-11  瀏覽次數(shù): 1,619

    由于近年來(lái)智能設(shè)備的增長(zhǎng),傳統(tǒng)筆記本計(jì)算機(jī)需要進(jìn)行一些改革與進(jìn)行創(chuàng)新,以吸引消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)或更新他們的新筆記本或個(gè)人計(jì)算機(jī)。 筆記本計(jì)算機(jī)制造商需要在NB中加入各種新傳感器功能,其中關(guān)鍵的傳感器之一就是采用光學(xué)傳感器。 本文將介紹筆記本電腦中最新的光學(xué)傳感器開(kāi)發(fā),并說(shuō)明它們對(duì)筆記本電腦使用者的好處。

    環(huán)境光傳感器(ALS)現(xiàn)在幾乎新的NB市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)功能了。 如下圖一所示,通常將ALS放置在筆記本計(jì)算機(jī)顯示屏的頂部邊框上,以連續(xù)檢測(cè)和監(jiān)視用戶環(huán)境的光線狀況。 藉由ALS采用,筆記本會(huì)根據(jù)環(huán)境光的狀況將屏幕亮度向上調(diào)亮或向下調(diào)暗。 這樣做的主要好處是減少屏幕背光功耗并增強(qiáng)用戶的視覺(jué)體驗(yàn)。

    圖一, 環(huán)境光傳感器在筆記本電腦上的配置。

    在筆記本計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)ALS時(shí),需要考慮很多因素。 數(shù)字ALS解決方案在以下幾個(gè)方面優(yōu)于模擬解決方案

    (1)使用數(shù)字接口,可以連接多個(gè)器件在同一路I2C 線路上。

    (2)可以從極暗到明亮的日照流明情況下提供靈活性功能。

    (3)可以藉由可編輯式功能降低雜散光源與50 / 60Hz閃爍光抑制。

    (4)中斷功能可以節(jié)省電池電量,不需要像模擬方案需要持續(xù)性的輪詢。

    (5)通過(guò)ams專(zhuān)利雙二極管技術(shù)阻擋不需要的IR能量,如圖二所示。

    ams的TSL2540是上述所有產(chǎn)品中最常見(jiàn)的ALS芯片,具有2.0 mm x 2.0mm x 0.5mm的小尺寸。 該器件已在所有各種型號(hào)的世界品牌筆記本計(jì)算機(jī)中廣泛采用。

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    圖二, TSL2540內(nèi)部方塊圖。

    與單純使用ALS傳感器相較,色彩XYZ傳感器是種優(yōu)越的升級(jí)體驗(yàn)。 不僅提供環(huán)境流明Lux 信息,還提供筆記本計(jì)算機(jī)用戶的詳細(xì)環(huán)境光色溫。對(duì)人眼來(lái)說(shuō)XYZ傳感器是最自然的光譜,因?yàn)镽GB傳感器無(wú)法計(jì)算色度坐標(biāo)(xy)。 某些光源不在普朗克軌跡(黑色虛線), 僅使用RGB測(cè)量顏色會(huì)導(dǎo)致在測(cè)量這些光源的顏色時(shí)出現(xiàn)重大誤差。 XYZ顏色測(cè)量的精度是RGB的5倍。 人眼可以輕松檢測(cè)到XYZ傳感器的測(cè)量精度范圍內(nèi)的顏色變化。

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    圖三, CIE色彩圖中的普郎克軌跡。

    藉由接收XYZ信息,NB可以獲得準(zhǔn)確的環(huán)境光CCT信息和數(shù)據(jù),因此LCD顯示器可以動(dòng)態(tài)調(diào)整面板色溫以完全適合用戶環(huán)境的色溫稱之為白平衡,而不只是基于當(dāng)前LCD顯示器制造的固定CCT校準(zhǔn)點(diǎn)。(通常LCD顯示器 在6500k CCT下校準(zhǔn))。 下圖4中的圖片顯示了它的視覺(jué)性能,用戶可以在其環(huán)境光條件下更自然地觀看面板。 左邊是冷色溫,右邊是暖色溫。

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    圖四, 冷色溫與暖色溫下使用XYZ 傳感器的比較。

    ams的TCS3430是優(yōu)越的XYZ三色彩傳感器,色域與我們對(duì)光的感知相匹配。 除了準(zhǔn)確的XYZ信息外,它還受益于以下獨(dú)特技術(shù)。

    (1)最小化紅外光和紫外光譜成分的影響

    (2)降低功耗

    (3)藉由啟動(dòng)量測(cè)IR光的斜率以偵測(cè)IR光源。

    (4)在變化的光源照明條件下可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的色彩和ALS

    (5)最小化移動(dòng)與瞬時(shí)誤差

    藉由ams出色的校準(zhǔn)技術(shù),TCS3430在各種光源條件下均可達(dá)到≤0.01Δxy色度精度≤3%CCT誤差(CCTe)。

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    表一,TCS3430在各種光源下的Lux/CCT誤差。

    飛行時(shí)間(ToF)傳感器是一種用于手機(jī)和3D應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù),如圖5所示,用于喚醒接近目的。 它測(cè)量紅外光傳播到物體并反射到ToF傳感器以檢測(cè)物體距離的時(shí)間。 由于光速非常快,因此ToF SOC需要使用超短(ps)和精確的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)來(lái)非常精確地測(cè)量距離。

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    圖五。時(shí)間飛時(shí)ToF技術(shù)

    當(dāng)在NB平臺(tái)中使用ToF技術(shù),它可以用于檢測(cè)用戶是否坐在顯示器前。 如果是,則筆記本計(jì)算機(jī)的顯示屏將立即喚醒以供用戶登錄,而無(wú)需觸摸鍵盤(pán),鼠標(biāo)和指紋等。 相反,一旦用戶不坐在筆記本顯示器的前面,它將立即關(guān)閉屏幕或注銷(xiāo)PC,以保護(hù)個(gè)人隱私。 除了保護(hù)隱私,還延長(zhǎng)了NB或筆記本計(jì)算機(jī)的電池使用量。 尤其是在現(xiàn)代商用NB中,當(dāng)用戶不使用NB且顯示屏打開(kāi)或處于活動(dòng)模式時(shí),在NB待機(jī)模式下浪費(fèi)大量電池能量。 我們稱此技術(shù)為用戶存在檢測(cè),如下圖.6所示。

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    圖六,用戶使用檢測(cè)

    除了用戶檢測(cè)外,ToF還可以用于檢測(cè)用戶行為,例如接近或遠(yuǎn)離NB。 NB還可以動(dòng)態(tài)且連續(xù)地檢測(cè)用戶距離,以優(yōu)化NB配置,例如,在短距離時(shí), 調(diào)低麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器的音量,而在例如電影模式下檢測(cè)到長(zhǎng)距離時(shí)調(diào)高音量。

    ams的TMF8801是一維ToF傳感器,可支持長(zhǎng)達(dá)2.5m的距離,幾乎覆蓋了所有NB用戶的所有工作距離。它采用直接ToF技術(shù),具有高靈敏度單光子雪崩二極管SPAD檢測(cè)和超快的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)架構(gòu),其VCSEL輸出光脈沖小于500 sec。通過(guò)芯片上Cortex SOC和統(tǒng)計(jì)直方圖處理,TMF8801可以在很高的可信度下檢測(cè)2cm至2.5m。由于VCSEL是從NB的頂部邊框發(fā)射到用戶的人眼的事實(shí),因此TMF8801完全通過(guò)了19° FOI的第1級(jí) Class 1眼睛安全認(rèn)證。 TMF8801還是業(yè)界最小的2.2 x 3.6 x 1.0 mm模塊化封裝。圖七示出了其框圖。

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    圖七, TMF8801方塊圖。

    摘要

    筆記本計(jì)算機(jī)不再是純粹的被動(dòng)式個(gè)人計(jì)算機(jī),NB中增加了更多傳感器。 它將像頭腦清晰的人類(lèi)一樣變得更加活躍和聰明。 光學(xué)傳感器在這里起著非常重要的作用,因?yàn)樵谖覀兊纳瞽h(huán)境中,光是最直接的存在我們的周遭。 環(huán)境光傳感器提供準(zhǔn)確的流明照度,而XYZ顏色傳感器提供色溫信息。 此外,飛行時(shí)間傳感器可以檢測(cè)使用者距離或判斷是否為一個(gè)人。 我們期待看到更多的光學(xué)傳感器在NB中得到采用。 毫無(wú)疑問(wèn)的,ams是該領(lǐng)域的卓越領(lǐng)先專(zhuān)家。


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