Датчики окружающего света: функциональность, дизайн и ключевые применения

Единица освещенности, люкс, — международно принятая мера окружающего света. Типичные датчики окружающего света могут детектировать уровни ниже 50 лк — типичного тусклого интерьера — до более 10 000 лк, яркости полуденного солнца. Один люкс равен одному люмену на квадратный метр, позволяя фотометрическим измерениям соответствовать восприятию человеческим глазом интенсивности света.

В начале 2000-х датчики окружающего света начали появляться в растущей доле мобильных телефонов. К 2004 году примерно 30 % проданных телефонов включали датчик окружающего света; к 2016 году эта цифра выросла до 85 %, подчеркивая важность технологии для управления питанием и комфорта пользователя.

Что такое датчик окружающего света?

Датчик окружающего света (ALS) — это фотодетектор, измеряющий общий свет в окружении устройства и автоматически регулирующий яркость экрана или подсветку. Затемняя дисплеи в условиях низкой освещенности, датчик экономит заряд батареи и снижает напряжение глаз. ALS-модули находятся в смартфонах, планшетах, ноутбуках, автомобильных дисплеях, LCD-телевизорах и даже системах управления уличным освещением.

Распространенные архитектуры ALS включают фотодиоды, фотонные ИС и фототранзисторы — устройства, интегрирующие фотодетектор с усилителем на одном чипе.

Схемотехника датчика окружающего света

Многие схемы ALS используют фоторезистор (LDR) как светочувствительный элемент. Сопротивление LDR падает от нескольких мегаом в темноте до нескольких сотен ом под прямым солнцем, выдавая выходное напряжение, пропорциональное интенсивности света.

Выходное напряжение может считываться инструментальным усилителем вроде AD8226, который предлагает широкий диапазон питания (2,7–36 В), rail-to-rail выход и низкий ток покоя. Усиление усилителя задается фиксированным резистором (49,4 кОм) в серии с LDR:

V_OUT = G (V_IN+ – V_IN–) + V_REF

При заземлении V_IN– и V_REF усиление становится:

G = V_OUT / V_IN+ = 1 + 49,4 кОм / LDR

Решая для сопротивления LDR:

LDR = (49,4 кОм) / (V_OUT / V_IN+) – 1

Измеряя выход усилителя, система может выводить уровень окружающего света и соответствующим образом регулировать яркость дисплея.

Применение

Датчики окружающего света управляют широким спектром продуктов:

• Мобильные устройства — Динамический контроль подсветки экономит заряд и защищает глаза пользователей.
• Автомобильные — Регулировка интенсивности фар, затемнение приборной панели, дневной датчик для салонного освещения.
• Потребительская электроника — LCD-телевизоры, мониторы, портативные медиаплееры используют ALS для адаптации яркости.
• Умное освещение — Уличные фонари и вывески автоматически включаются или затемняются в зависимости от условий.

Примеры коммерческих датчиков:

• AMI AMIS74980x — Для автомобильных и потребительских дисплеев, низкий темновой ток и точная регулировка яркости.
• OSRAM ALS-SFH5711 — Имитирует чувствительность человеческого глаза, обеспечивая точную настройку подсветки в мобильном и авторынке.
• Avago APDS-9004 — В DVD-проигрывателях, LCD, ноутбуках, обеспечивает автоматическую регулировку яркости для продления срока службы дисплея.

Подводя итог, датчики окружающего света автономно оценивают освещение среды, регулируя яркость дисплея или освещения для экономии энергии, продления срока службы устройств и повышения комфорта пользователя.