北京时间01月07日消息，中国触摸屏网讯， 近接感测(proximity sensing)是以红外线讯号的撷取与处理为基础，一般需要两个部份来构成光学前端：一个红外线LED和一个光学感测器。红外线LED针对感测物体发射一束红外线讯号，部份讯号反射回来后，再经由红外线CMOS光感测器进行侦测。透过晶片上的讯号调节与类比数位转换后，数位化的红外线讯号可再经过微处理器或MCU进行后续处理，以便应用于各种不同的近接感测用途。

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    一个典型的红外线近接感测系统是由一个光学前端、类比混合讯号处理电路，以及一定的机械结构所组成。为了建置一款高效率的设计，最重要的必须瞭解近接感测的基本原理、电路构建模组、机械设计考量、近接感测演算法与典型近接特性。机械部份的设计通常必须根据不同应用平台权衡设计折衷，例如手机、PDA、笔记型电脑以及各种消费电子产品。设计折衷包括元件选择、配置尺寸、玻璃镜片特性、光学设计，以及应用程式演算法与软体建置等。

    整合环境光感测与近接感测系统不仅能测量出周围的光环境，还能侦测正在接近或远离的物体。这使得微处理器或MCU得以做出更複杂的控制与调整决定，进一步改善系统的能源效率，实现多种更为友善用户的应用。例如，如果手机能够知道你正把手机贴近耳朵来接听电话，MCU就可以关掉閒置的子系统，例如显示萤幕、键盘或触控萤幕，以节省电源并避免用户无意中误触其它按键。

    红外线近接感测的基本原理

    红外线近接感测可用以下的图例加以简单描述。图1的实例显示，当邻近的侦测路径内没有感测物体存在时，近接感测器无法撷取到反射回来的红外线讯号。

图1:在近接侦测区内没有任何感测物体存在。

    相反地，当感测物体处于可侦测的距离时，如图2所示，近接感测器便会撷取反射回来的红外线讯号。近接读数与撷取到的红外线光讯号的强度成线性比例，而与距离的平方成反比。

图2:在接近侦测区内存在感测物体。

    典型的数位近接感测器建构模组

    图3显示典型的数位环境光和近接感测器中的建构电路架构图。光二极体阵列是讯号调节与撷取光学前端的元件。整合的ADC可以把撷取到的光讯号转换成数位化的数据串流，然后再传送至微控制器进行后续处理，以实现不同应用需求。

图3:典型的近接感测器功能架构图。

    不同的配置指令可透过I2C介面写入。用户还可透过同一个数位介面读取环境光和近接距离内的数据串流。中断功能直接馈入MCU，以控制一个红外线LED驱动器，针对近接探测週期所进行的编程与控制时脉週期，提供在发射红外线讯号时所需的前向电流。

    机械设计的考量

    1)选择红外线LED

    光学前端的另一项重要元件是红外线LED。不同的红外线LED具有不同的峰值波长、发光强度与视角。典型峰值波长为850nm～950nm的高亮度红外线LED与ISL29011近接感测器的光谱可相互搭配。窄视角和更高的发光强度能够增加近接探测的距离。因此，选择一款视角、机械佔位面积、发光强度和功耗都比较均衡的红外线LED至关重要。

    2)元件配置尺寸

    元件的配置在机械设计中起著十分关键的作用，它决定了近接探测的距离远近。这其中包括许多决定性因素：如感测器和光障碍物之间的空间距离、光障碍物和红外线LED之间的距离、障碍物高度的变化，以及是否使用光导管。图4显示了一款採用典型元件配置尺寸的近接感测系统解决方案。

图4:典型的元件配置尺寸

    3)玻璃观景窗的尺寸与配置

    对于一个平面镜片而言，视角是塑胶或玻璃材料折射率的函数。更紧密的材料(折射率更高)有效视角更小，低密度介质的视角较宽。观景窗镜片的配置对于光感测器的视角存在一定的限制。观景窗镜片应直接配置于感测器的顶部，镜片的厚度应该尽量轻薄，以减少光学密度的损失。

    4)近接感测系统演算法

    完成元件选择与设计之后，一个稳定耐用的近接感测系统还需要光学感测器在各种环境光条件下针对不同的感测物体进行动态的自校准。採用一种优质的近接感测演算法至关重要，它能够协助近接感测硬体智慧化避开来自不同的机械设计限制和恶劣週边环境的重重障碍，从而持续且稳定地执行距离侦测作业。

    5)典型的近接量测

    在近接感测系统上採用了各种设计与建置方法后，即可实现一款适切的近接感测测试系统，如图5所示。根据特定用户的应用需求，环境光与近接感测系统均实现了最佳化。在均衡上述的设计折衷后，用户能够针对系统的各层面进行精确地调整，以满足其应用要求。

图5:4种不同LED驱动电流的近接感测系统。

    光学基本原理

    大多数光源发射出的光一般由可见光与红外线光谱所组成。以lux(照明度单位)的观点而言，不同的光源间存在著类似的可见光强度，但其红外线光谱反应则差异甚大。在测量光的强度时，必须考虑到光的频谱特性以及光学感测器的频谱感测能力之差异。採用CMOS製程的光学感测器能够探测到大多数红外线辐射(峰值敏感度为880nm)，因而可能导致误报真实环境(可见的)状况。

    对于像灯泡一类的光源，感测器讯号比人眼所看到的数量更多。由这类感测器控制的照明方案响应可能与环境光谱不符合，因而限制了最大的近接感测距离。为了建立更合适的调光或照明控制，使其作为近接感测系统解决方案的一部分，採用一颗能够模拟人眼针对最大红外线讯号加以反应的感测器是必不可少的。图6显示一个光学感测器的光谱响应，十分适合于环境光感测应用。该图还显示在近接感测时的红外线波长光谱。

图6:感测器的近接感测和感测器的环境光响应光谱