By Peter Tang
汤治邦
Sr. Staff Field Application Engineer （Taiwan）， ams.
资深技能运用工程师， 艾迈斯半导体台湾分公司。
由于近年来智能设备的增加，传统笔记本核算机需求进行一些变革与进行立异，以招引顾客购买或更新他们的新笔记本或个人核算机。 笔记本核算机制作商需求在NB中参加各种新传感器功用，其间要害的传感器之一便是选用光学传感器。 本文将介绍笔记本电脑中最新的光学传感器开发，并阐明它们对笔记本电脑运用者的优点。
环境光传感器（ALS）现在简直新的NB商场的规范功用了。 如下图一所示，一般将ALS放置在笔记本核算机显现屏的顶部边框上，以接连检测和监督用户环境的光线情况。 藉由ALS选用，笔记本会依据环境光的情况将屏幕亮度向上调亮或向下调暗。 这样做的首要优点是削减屏幕背光功耗并增强用户的视觉体会。
图一， 环境光传感器在笔记本电脑上的装备。
在笔记本核算机中规划ALS时，需求考虑许多要素。 数字ALS解决计划在以下几个方面优于模仿解决计划
（1）运用数字接口，能够衔接多个器材在同一路I2C 线路上。
（2）能够从极暗到亮堂的日照流明情况下供给灵敏性功用。
（3）能够藉由可修改式功用下降杂散光源与50 / 60Hz闪耀光按捺。
（4）中止功用能够节约电池电量，不需求像模仿计划需求持续性的轮询。
（5）经过ams专利双二极管技能阻挠不需求的IR能量，如图二所示。
ams的TSL2540是上述一切产品中最常见的ALS芯片，具有2.0 mm x 2.0mm x 0.5mm的小尺度。 该器材已在一切各种类型的国际品牌笔记本核算机中广泛选用。
图二， TSL2540内部方块图。
与单纯运用ALS传感器相较，色彩XYZ传感器是种优胜的晋级体会。 不只供给环境流明Lux 信息，还供给笔记本核算机用户的具体环境光色温。对人眼来说XYZ传感器是最天然的光谱，由于RGB传感器无法核算色度坐标（xy）。 某些光源不在普朗克轨道（黑色虚线）， 仅运用RGB丈量色彩会导致在丈量这些光源的色彩时呈现严重差错。 XYZ色彩丈量的精度是RGB的5倍。 人眼能够轻松检测到XYZ传感器的丈量精度范围内的色彩改变。
图三， CIE色彩图中的普郎克轨道。
藉由接纳XYZ信息，NB能够获得精确的环境光CCT信息和数据，因而LCD显现器能够动态调整面板色温以彻底合适用户环境的色温称之为白平衡，而不只是根据当时LCD显现器制作的固定CCT校准点。（一般LCD显现器 在6500k CCT下校准）。 下图4中的图片显现了它的视觉功能，用户能够在其环境光条件下更天然地观看面板。 左面是冷色温，右边是暖色温。
图四， 冷色温与暖色温下运用XYZ 传感器的比较。
ams的TCS3430是优胜的XYZ三色彩传感器，色域与咱们对光的感知相匹配。 除了精确的XYZ信息外，它还获益于以下共同技能。
（1）最小化红外光和紫外光谱成分的影响
（2）下降功耗
（3）藉由启动量测IR光的斜率以侦测IR光源。
（4）在改变的光源照明条件下能够完成精确的色彩和ALS
（5）最小化移动与瞬时差错
藉由ams超卓的校准技能，TCS3430在各种光源条件下均可到达≤0.01Δxy色度精度≤3％CCT差错（CCTe）。
表一，TCS3430在各种光源下的Lux/CCT差错。
飞翔时刻（ToF）传感器是一种用于手机和3D运用的立异技能，如图5所示，用于唤醒挨近意图。 它丈量红外光传播到物体并反射到ToF传感器以检测物体间隔的时刻。 由于光速十分快，因而ToF SOC需求运用超短（ps）和精确的时刻数字转换器（TDC）来十分精确地丈量间隔。
图五。时刻飞时ToF技能
当在NB渠道中运用ToF技能，它能够用于检测用户是否坐在显现器前。 如果是，则笔记本核算机的显现屏将当即唤醒以供用户登录，而无需接触键盘，鼠标和指纹等。 相反，一旦用户不坐在笔记本显现器的前面，它将当即封闭屏幕或刊出PC，以维护个人隐私。 除了维护隐私，还延长了NB或笔记本核算机的电池运用量。 尤其是在现代商用NB中，当用户不运用NB且显现屏翻开或处于活动形式时，在NB待机形式下糟蹋很多电池能量。 咱们称此技能为用户存在检测，如下图.6所示。
图六，用户运用检测
除了用户检测外，ToF还能够用于检测用户行为，例如挨近或远离NB。 NB还能够动态且接连地检测用户间隔，以优化NB装备，例如，在短间隔时， 调低麦克风/扬声器的音量，而在例如电影形式下检测到长间隔时调高音量。
ams的TMF8801是一维ToF传感器，可支撑长达2.5m的间隔，简直覆盖了一切NB用户的一切作业间隔。它选用直接ToF技能，具有高灵敏度单光子雪崩二极管SPAD检测和超快的时刻数字转换器（TDC）架构，其VCSEL输出光脉冲小于500 psec。经过芯片上Cortex SOC和计算直方图处理，TMF8801能够在很高的可信度下检测2cm至2.5m。由于VCSEL是从NB的顶部边框发射到用户的人眼的现实，因而TMF8801彻底经过了19° FOI的第1级 Class 1眼睛安全认证。 TMF8801仍是业界最小的2.2 x 3.6 x 1.0 mm模块化封装。图七示出了其框图。
图七， TMF8801方块图。
摘要
笔记本核算机不再是朴实的被动式个人核算机，NB中增加了更多传感器。 它将像脑筋明晰的人类相同变得愈加活泼和聪明。 光学传感器在这里起着十分重要的效果，由于在咱们的生活环境中，光是最直接的存在咱们的周遭。 环境光传感器供给精确的流明照度，而XYZ色彩传感器供给色温信息。 此外，飞翔时刻传感器能够检测运用者间隔或判别是否为一个人。 咱们等待看到更多的光学传感器在NB中得到选用。 毫无疑问的，ams是该范畴的杰出抢先专家。
