光传感器在智能手机和可穿戴设备上的应用

在智能手机中，光传感器可利用光电效应和光电的变量，来实现对智能手机屏幕明暗度的有效控制。白天户外等光线充足的地方，手机屏幕会自动调高亮度，而在晚上或光线较弱的地方，又能自动调低屏幕亮度。如此不仅能节省手机的电量，还能在各种光线条件下让手机亮度适应人眼，起到护眼作用。 

多年来，智能手机屏幕与光传感器是一种协同演进的关系，随着屏幕形态的改变，光传感器模组的封装形式也在不断变化，来提高工业设计的灵活性。如下图所示，2016年手机普遍采用宽边框屏，留给光传感器的开孔较大，所以封装上往往采用大孔3in1；2017年屏幕封装技术进步让边框变窄了，随之开孔变小，光传感器模组的封装就变成了小孔3in1。

2018年后，刘海屏、水滴屏、打孔屏、折叠屏等各种异型屏幕的出现，让光传感器形态随着改变的同时，也从以往的纯光感技术进化到了屏下接近+光感/色温技术。

7月27日，在艾迈斯欧司朗（ams OSRAM）举办的2022“万物光感”光学技术在线研讨会上，资深市场经理郭海波 在题为《光传感器助力智能设备持续创新》的演讲中，介绍了在智能设备屏幕管理方案中光传感器的应用。此外他还讲解了新型的颜色传感器如何用于提升摄像头3A，以及新兴可穿戴设备中的光传感器应用。

用于手机的光传感器

艾迈斯与欧司朗合并后，进一步丰富了旗下的光传感器产品线。以智能手机应用而言主要包括以下几类：

1、用于屏幕管理：OLED屏幕用狭缝光感/色温+接近、屏下接近+光感方案；LCD屏幕用狭缝三合一和单光感方案。

2、用于影像增强：白平衡（AWB） + 闪烁（Flicker）及自动曝光（AE）+ Flicker 用光谱传感器、色温传感器、环境光传感器分别搭配Flicker； 自动对焦（AF） 则有单点激光对焦、3*3/4*4/8*8激光对焦。

我们来看看几种主要的光传感器在手机中是如何工作的。

首先是接近传感器，它主要用于屏幕背光及显示色温智能调节。手机来电话时接近传感器会启动检测物体或人是否存在，根据检测结果来打开/关闭显示器，以防手机贴近脸部接听时误触，并节约电能。在日常使用中，还能以较低的采样率来做口袋模式检测，以防频繁启动电容屏及指纹检测。

（图自：艾迈斯欧司朗）

郭海波介绍到，艾迈斯欧司朗接近传感器集成940nm发射灯与红外PD，能够在极低的功耗下实现准确的靠近感应检测，其光学滤波片能准确模拟人眼响应曲线并有效去除环境光的干扰。“产品组合多样化，使得灵活的工业设计以及多样的结构堆叠成为可能。”

再来看环境光传感器，它主要用于屏幕背光以及显示色温智能管理。由于屏幕是手机中最大的电能消耗部件，环境光传感器对屏幕点亮/关闭的操作，能够极大节约电能，同时其调节亮度和色温的属性也能保护视力和优化显示。

可以说环境光传感器系列的演进，推进了智能手机的显示优化。环境光传感器调节屏幕亮度；颜色传感器强化色域，例如基于它的“自适应显示”技术就能让屏幕自适应周围环境光的色温；光谱传感器则通过准确的环境光波普特性识别，确保摄像头即便在色彩反差极大的环境光下，或者在不太理想的/混合光源环境下，也都能获得高品质的图像。

颜色传感器提升摄像头3A

艾迈斯欧司朗资深市场经理郭海波详细介绍了颜色传感器在提升摄像头3A(即自动对焦（AF）、自动曝光（AE）和自动白平衡（AWB）)方面的作用。众所周知，环境光线对AWB的影响是显著的，当你在相机中使用自动白平衡时，效果会根据拍摄的光线条件而变化。

例如在日光下拍摄，照片的白平衡通常看起来是正确的。然而混合照明或反射光确实会给AWB带来麻烦，所以可能仍然需要在后期处理中调整白平衡。甚至日光也能骗过自动白平衡，例如下图中一组橘色狐狸站在棕色桌子上的照片，它证明了在没有中性颜色供相机参考的情况下，自动白平衡会有多么不一致

要解决这个问题，需要用光传感器辅助提升摄像头的白平衡和自动曝光（AE）。“艾迈斯欧司朗提供了RGBCWF 传感器+光谱传感器的搭配组合。” 郭海波介绍到，相对于传统的摄像头RGB传感器，艾迈斯欧司朗的RGBCWF传感器主要优点有响应速度更快、加上diffuser后传感器能有极大视场角、集成的flicker能帮助去除闪烁影响、提供摄像头所不具备的CW通道用于计算IR成份，准确的CCT值（灰色与白色）能提供参考。而光谱传感器则能够进一步提升CCT精度，准确还原环境光源光谱，去除反射光对CCT造成的误判，并且提供更多维度信息。Flicker传感器可以准确上报当前环境光闪烁的频率，助力AE提升。

获取更全面的光源信息有利于AWB算法，图为艾迈斯欧司朗多通道光谱传感器TCS3440对纯色背景中CCT的计算/预估

提升摄像头AF要靠激光传感器，艾迈斯欧司朗的全新环境光/接近传感器TCS3720具有更高的灵敏度和信噪比，在新型低透射率OLED屏下仍可保持出色的测量性能，实现高速高清OLED显示屏精确的色彩和亮度管理。通过多合一(激光发射器+ 高精度计时器+ SPAD 接收器+ 信号处理) 光飞行时间模组助力快速而准确的对焦。

可穿戴设备上的应用

在新兴的可穿戴设备上，艾迈斯欧司朗光传感器（如TSL25853P）能够实现超薄环境光集成UVA检测。主要功能包括自适应环境光调节屏幕背光、室内户外甄别以及UAA检测实现UVI 预估。

“通过光谱传感器、色温传感器、环境光传感器、接近传感器的多种组合，艾迈斯欧司朗可以实现更智能化、人性化的屏幕管理。” 郭海波说到。