環境光傳感器的原理 環境光傳感器的測試內容

打開手機或平板的“屏幕亮度自動調節”功能后，當環境光變暗或變亮時，電子設備的屏幕亮度也會相應的變暗或變亮。要實現這種功能，環境光傳感器在其中起到了核心作用。

01 原理介紹

環境光傳感器(Ambient Light Sensor，縮寫為ALS，以下簡稱為光感)，是一種模擬人眼對可見光響應機制的光學器件。光感主要對400~700nm范圍內的可見光有感應，能夠匹配人眼的需求，當環境光出現變化時，光感可以實時檢測當前光照強度，處理器從而動態調整顯示器亮度，使人眼始終保持最舒適的狀態。

目前各家光感的的原理和構成基本一致，主要包括光學濾波模塊、光電二極管、放大電路、ADC電路和數字處理模塊。光學濾波模塊主要通過鏡片油墨等方式盡量濾除掉紅外光，只保留可見光的進入。光電二極管則是將可見光強度信息轉化為對應的電流/電壓信號并送入后級電路處理，最終輸出數字信號給SOC。

02 主要參數

在對光感進行選型和設計的時候，我們需要關注光感器件的一些重點參數。通常情況下，需要重點關注的參數有：FOV、分辨率、動態范圍、角度響應、線性度，以及對不同色溫光源的響應精度（在第3部分測試內容中介紹）。如下圖則是某一光感器件光學參數列表。

1）FOV

FOV（Field of View），即視場角。為了確保器件能夠有效檢測到光線，環境光必須在處在一定的入射角之內，整機設計中，結構組件需要參考光感的FOV來設計鏡片和開孔等，避免應外部遮擋而影響檢測范圍。

2）分辨率

主要用來表征光感器件的靈敏度特性，為了在暗光環境下，光感仍能保持較好的檢測靈敏度，通常需要光感的分辨率<0.5lux，一般的光感器件都能滿足這個需求。

3）動態范圍

在晴朗的室外環境下，光照強度通常達到10萬lux，而夜晚的光線照度則小于1lux。為了在這兩種極端光線情況下能準確調節顯示屏的亮度，需要光感能正常檢測對應的環境光照度。光感能檢測的環境光照度最大和最小值即為光感檢測的動態范圍。

4）角度響應

這是指光感對于不同角度的入射光的響應程度，其結果以類似如下的曲線來表示。通常要求整機情況下，45°測試照度值至少為0°時的一半。

5）線性度

隨著環境光強度的變化，光感通過其光電轉換器，會輸出相應幅度的電信號。線性度則是用來衡量輸入環境光強度和對應的電信號線性關系的參數，線性度越好，才能月準確地測得環境光強度。

03 測試內容

1）產線校準+測試

因為sensor、整機結構部件、透光部分部件的差異，每臺整機出廠前都需要對光感進行校準，以達到在均勻光照環境中，光感檢測到的數據和標準照度計讀出的數據盡量一致的目的。

校準的時候，通常需要準備一個功率可調的光源燈箱（比如U30）和一個標準照度計，然后按照如下步驟進行校準：

A、在某一位置上，先用標準照度計將光源照度調整至某一固定值，目前光感廠商推薦400lux。

B、在照度計相同位置上，待校準設備獲取此時的照度數據，記為X。

C、軟件將 K=標準照度數據 / X 的比值保存到相應節點中，即為光感的校準系數。

D、實際檢測時，光感最終反饋給上層的照度數據為：Y=K*光感的Raw Data（光感原始數據）。

按照上述步驟完成光感的校準之后，還需要對光感進行測試，驗證其準確性。設置燈箱達到某一照度，比如1000lux，此時光感反饋到上層的最終數據誤差必須達到設定的標準（根據各家廠商規范，通常需要滿足10%~20%的誤差要求）。

2）不同光源的測試

為了保證設備在不同光源下，能都具有較好的感光效果，因此需要對我們日常生活中可能碰到的各種環境光進行測試，比如太陽光、冷暖光燈等。通常需要測試的光源類型如下：

當然，依據各家的測試標準，還有其他的參數需要測試，比如色溫和照度半角測試等，比較簡單，這里就不詳述了。

審核編輯：劉清