ALS為當今全球筆電標配
環境光感測器(ALS)現在幾乎成為新NB市場的標準功能。如圖1所示，通常將ALS放置於筆記型電腦顯示螢幕的頂部邊框上，以連續檢測和監視使用者環境的光線狀況。藉由採用ALS，筆電會根據環境光的狀況將螢幕亮度向上調亮或向下調暗。這樣做的主要好處是減少螢幕背光功耗並增強使用者的視覺體驗。
在筆電中設計ALS時需考慮諸多因素。數位ALS解決方案有幾點優於類比方案：
．使用數位接口，可以連接多個元件在同一路I2C線路上。
．可從極暗到明亮的日照流明情況下提供靈活性功能。
．可藉由可編輯式功能降低雜散光源與50/60Hz閃爍光抑制。
．中斷功能可節省電池電量，不需像類比方案持續性的輪詢。
．透過專利雙二極管技術阻擋不需要的IR能量。
XYZ感測器精準掌握真實顏色
與單純使用ALS感測器相較，色彩XYZ感測器是種優良的升級體驗(圖2)。不僅提供環境流明Lux訊息，亦提供筆記型電腦使用者詳細環境光色溫。
對人眼來說XYZ感測器為最自然的光譜，因為RGB感測器無法計算色度坐標(xy)。某些光源不在普朗克軌跡(虛線處)，僅使用RGB測量顏色會導致測量光源顏色時出現重大誤差。
而XYZ顏色測量精度是RGB的5倍，人眼可以輕易檢測XYZ感測器測量精度範圍內的顏色變化。藉由接收XYZ訊息，NB可以獲得準確環境光CCT訊息及數據。
因此LCD顯示器可以動態調整面板色溫以適合使用者環境的色溫，稱之為白平衡，而不只是基於當前LCD顯示器製造的固定CCT校準點(通常LCD顯示器在6500k CCT下校準)。
而艾邁斯半導體(ams)的TCS3430為XYZ三色彩感測器之一，色域與人們對光的感知相匹配。除準確的XYZ訊息外，其還具備以下技術：
．最小化紅外光和紫外光譜成分影響
．降低功耗。
．藉由啟動量測IR光的斜率以偵測IR光源。
．在變化光源照明條件下可實現準確的色彩和ALS。
．最小化移動與暫態誤差。
藉由校準技術，其於各種光源條件均可達≤0.01Δxy色度精度≤3%CCT誤差(CCTe)(表1)。
飛時測距實現使用者存在偵測
飛行時間(ToF)感測器是用於手機和3D應用的創新技術，如圖3所示，用於喚醒接近目的，其測量紅外光傳播到物體並反射到ToF感測器以偵測物體距離的時間。由於光速非常快，因此ToF SoC需要使用超短(ps)及精確的時間數位轉換器(TDC)以精確測量距離。
當在NB平台中使用ToF技術，可偵測使用者是否坐在顯示器前。如果是，則筆記型電腦的顯示螢幕將立即喚醒以供使用者登錄，毋須觸摸鍵盤、滑鼠和指紋等；若使用者不坐在筆記型顯示器前，將立即關閉螢幕或登出PC，以保護個人隱私；此外，更延長NB或筆記型電腦電池使用量，尤其於現代商用NB中，當使用者不使用NB且顯示螢幕打開或處於活動模式時，在待機模式將浪費大量電池能量—此技術為使用者存在偵測，如下圖4所示。
除了使用者偵測外，ToF還可用於偵測使用者行為，如接近或遠離NB。NB還可動態連續偵測使用者距離以優化NB配置，如於短距離時調低麥克風/揚聲器的音量；於電影模式偵測長距離時調高音量。
以ams的TMF8801一維ToF感測器為例，其可支援達2.5m的距離，幾乎覆蓋使用者的工作距離；採直接ToF技術，具高靈敏度單光子雪崩二極管SPAD偵測和快速時間數位轉換器(TDC)架構，且垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)輸出光脈衝小於500psec。透過晶片上Cortex SoC和統計直方圖處理，感測器可在高可信度下偵測2cm至2.5m(圖5)。
筆記型電腦不再是純粹被動式個人電腦，NB中增加更多感測器，將如頭腦清晰的人類般變得更加活躍及聰明。光學感測器在此凝聚非常重要的作用，因為在人們的生活環境中，光最直接存在於人們周遭；環境光感測器提供準確流明照度，而XYZ顏色感測器提供色溫訊息；飛行時間感測器可偵測使用者距離或判斷其是否為一個人。未來期待看到更多光學感測器獲筆電採用。
(本文作者為艾邁斯半導體資深技術應用工程師)
