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种草:数位环境光及接近感测器APM-16D24-310

2021-05-14 14:08

APM-16D24-310-DF8/TR8为数字I2C接口之传感器,其中整合了环境光感测组件(Ambient Light Sensor; ALS)、接近式感测(Proximity Sensor; PS)与红外线(IR)为一体之共同模块。

 

ALS 可以感测到和 人眼接收感觉类似的光源,并让相关的应用产品根据感测到的光源信息做相应的开、关及自动调整控制 (例如:暗环境下的补光或是降低屏幕背光亮度),以达到省电及安全的目的;PS 则是跟 IR 搭配用来侦 测物体距离的远或近,以此控制产品的开或关。

 

环境光感测部分:照度(Illuminance)转换方式:

 

地球上充满了各种波长的电磁波,依波长从短到长可分为紫外线(Ultraviolet; UV)、可见光(Visible Light)及红外线(Infrared; IR),而照度定义的可见光为人眼可见的电磁频谱,其波长为 380~770nm, 而 ALS 主要就是侦测此段波长的电磁波强度。

 

380~770nm 的可见光波段中,在较明亮环境中人眼对 555nm 波长的绿色光最为敏感,而假设其他可见光波长跟 555nm 的光产生同样亮暗感觉所需的光通量为 X(λ),则 555nm 的光通量和其他X(λ)的比值可描出所谓的视见函数(visual sensitivity function)。照度的定义是需参考视见函数的,因不同的光源在不同的波长会有不同的辐射强度,而 ALS 的镀膜并不会跟视见函数完全相同,故 ALS 到的 Count 值须经过转换才能得到照度值(Lux)。不同光谱的光源可能会得到不同的 Count 值,这样换算出的照度值也会有差异。

 

亿光的 APM-16D24-310-DF8/TR8 因内部封有三颗不同镀膜的光二极管(Photo Diode; PD),如下图三,不同的 PD 对不同光谱的光会有不同响应,利用此特性可区分出不同的光源,然后根据不同的光源给予不同的换算公式,如此可解决上述相同照度下,不同光谱的光源若用相同公式会得到不同照度值的问题

 

把 ALS channel 读到的 count 值转换成照度流程如下:

1. 准备不同的光源,例如:白光 LED、荧光灯、白炽灯及标准光源 D65…等,还有标准件(标准照度计)

2. 使用第一种光源同时照射ALS及照度计,接着纪录照度计的读值Ev,并适当调整寄存器(Register) ALS_GAIN(0x04)及 ALS_TIME(0x05)的设定,同时记录 ALS CH0(0x1C, 0x1D)及 CH1(0x1E, 0x1F)的读值。调整时,需考虑最大使用环境照度,设计当 ALS 的输出饱和时的处理。

3. 把 CH0/CH1 的比值当成 R(1)

4. 计算系数 K(1) = Ev/CH0

5. 此光源的照度 Lux = CH0 * K(1)

6. 换第二种光源并重复上述步骤 1~5,可得到不同的比值 R(n)及系数 K(n)

7. 把相对应的光源跟比值 R(n)及系数 K(n)搭配就可得到不同光源的 Lux 转换公式。

 

 

接近感测(PS)部分:

 

接近式传感器通常使用在判断物体与 APM 距离之远、近。其原理为利用 IR LED 发射红外线并靠APM内的PD侦测被物体反射回来的红外线强度,利用其所侦测到的强度来判断距离远近

因外部环境可能也会有 IR 成分的干扰存在,为避免干扰,APM 并不会持续不间断的发射 IR,而是利用脉冲(Pulse)的方式并侦测有发射及无发射时的变异量,判断是否为物体接近时反射的 IR。当物体越靠近传感器,则 APM 读到的的数值就会越高,把不同距离得到的读值记录下来可画出类似图六的距离跟 APM 读值关系图。

 

 

 不同的材料会有不同的反射率。颜色越深,表面越粗糙的物体反射率越差,得到的读值及画出的曲线也会不同。

 不同的寄存器(Register)设定会得到不同的特性曲线。

 

上图发现在侦测距离最远时的读值不为 0,原因是若 ID 设计不想让使用者直接看到 APM本体,通常会在 APM 上方加半透明的 cover lens,而此 lens 会造成 IR 在机构内反射,使得 APM 会有一背景噪声存在。

 

而APM 及 lens 间的间隙(gap)也会影响 PS 的性能

 

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