接近, 環境光與IR LED三合一光學感測器 (PS+ALS+IR LED) 原理介紹

前一陣子跟同事的對話如下:
A同事: 老闆剛開會時，要我們在目前的案子上多加一些感測器功能，以增加產品的差異性。
Ethan: 這個想法很好啊, 那你有想到什麼樣應用嗎?
A同事: 我想用一個環境光感測器來感應光線，然後讓我們的裝置藉由這些照度資料來反映LCD螢幕面板的亮度。
Ethan: OK.
A同事: 再者如果可以在我們裝置上加上接近感測器，當使用者操作時，就可以自動感知。不過這樣就要使用到兩個以上的感測器。
Ethan: 喔 其實以上這兩個應用，你只要使用一個Combo sensor就好了
A同事: 有這麼好用的感測器阿?
Ethan: 有喔, 而且很早就應用在智慧型手機上了，那就是接近與環境光二合一感測器。

最近公司在Run的一個案子需要用到接近與環境光二合一感測器 (Proximity Sensor and Ambient Light Sensor, 簡稱: PS + ALS)
事實上, 如果在接近與環境光感測器元件之外加上一個接近感測器所需的紅外線LED (IR LED)，業界稱之為三合一光學感測器: PS + ALS + IR LED。

圖1: 三合一光學感測器示意圖

(* Lamp Photo by Rodolfo Clix from Pexels)

這種三合一sensor 可以縮短客戶的開發時間，不用在線路上額外設計一顆IR LED。 目前有很多廠商都已推出這種三合一的light sensor，所以在感測器市場上是一個很成熟的技術。在目前萬物聯網的時代，就是在考驗各家公司如何結合一些成熟感測技術在自家產品上，創造出獨特的應用以及產品差異性。

三合一光學感測器原理介紹

有關環境光感測器的工作原理，先前已經專文介紹過了，請參考這一篇: 

環境光感測器 (Ambient Light Sensor) 工作原理介紹

這篇主要是針對接近感測器工作原理做個簡介:
接近感測器通常會有發射紅外線的Ir LED與接收紅外線的感測區域，當有物體接近感測器時，紅外線碰到物體會反射，紅外線感測器會因此接收到紅外線。這類的紅外線光都是屬於近紅外線光的波長範圍，一般感測器可以偵測波長為700nm～1050nm的近紅外線，所以IR LED 的發射波長通常為 850 nm 或 950 nm。

圖2: 三合一感測器IC實體俯視圖

圖2 秀出了三合一感測器 Sensor IC的實體照片，左邊的感測區域包含了 可見光與紅外線的感測元件，右側則是負責發出紅外線的紅外線LED元件。
在軟體的控制上，感測器通常會開放功能，讓使用者選擇是否開啟光感測器或近接感測器功能或是兩者同時開啟，應用上會更有彈性。

應用市場:

• 手持式裝置與穿戴式裝置
• 物聯網裝置
• 工廠自動化裝置

用途:

• 調整螢幕背光亮度，以最佳化使用者體驗
• 當使用者接近螢幕時，開關螢幕以減少誤觸，達到省電效果。
• 偵測水位，感測瓶子中是否存在液體。