不同透光材料对红外接近传感器性能的影响

集成环境光检测（ALS）的Si1141/42/43红外接近传感器，在接近检测应用与环境光检测挑战中，它是灵活的、高性能的解决方案。传感器大都是安装在玻璃或者塑料遮挡物下面，它的光学特性改变了ALS响应与接近检测距离。通过开透光槽或其它的孔，接近传感器也可以正常工作。但这将会造成LED发射功率、接收距离与亮度的衰减。本篇文章给出了普通遮挡物材料不同的光谱特性，并讨论在ALS与接近检测中的影响。

遮挡物（开槽或不开槽）主要有以下影响：

●由于遮挡物材料的影响，在ALS与接近检测时会减少透过的光线。

●由于遮挡物的厚度的影响（除非遮挡物是球面的），会导致有效可视角度减少。

●减少LED发射功率。

●相比于没有遮挡物时，系统的光谱响应会改变

Silicon  Labs的集成环境光检测（ALS）的Si114x系列红外接近传感器，通常用来检测物体的接近，例如人的手，并且可以根据环境光的亮度来调节屏幕的背光。除了用作接近检测的光敏二极管之外，Si114x还使用了两个光谱响应特性不同的光敏二极管作为环境光检测。这种机制可以在白炽灯光源与太阳光的应用中，用来检测环境光并滤除红外光。

红外光在不同的波长影响ALS光敏二极管的响应。通过不同的系数对两个光敏二极管的输出求和，可以获得可见光的值。系数的选择考虑根据遮档物材料在可见光与红外光波段的光谱响应特性。

LED波长（典型850 到950 nm）遮挡材料的传输特性会影响接近检测。由于环境光影响接近检测的性能，接近检测可以通过尽可能多的滤除非LED光谱来增强接近性能。这是由于大量的环境光会使得Si114x的ADC工作在低灵敏度增益范围来避免饱和。然而，集成ALS与接近检测的功能要根据在接近检测中LED波长的IR光与ALS操作时允许足够的可见光中做一个折衷。这种折衷主要依靠遮档材料的选择。

遮挡物材料的选择

在大部分产品中，光遮挡物都采用压克力玻璃（有机玻璃、树指玻璃等）、聚碳酸酯（莱克桑Lexan、模克隆Markrolon）与钢化玻璃。压克力的优势就是便宜、容易形成薄片并容易切割或钻孔。聚碳酸酯比较硬、不容易切割、比较美观、它通常都是模压而成，而不是机械加工。在一些高端或高容量产品中聚碳酸酯会更好。它不能被着色。为了获得期望的色彩，油墨必须印刷在上面。

为了美观，产品的遮挡物通常要求遮挡电子元器件。完全不透明的材料是不必要的，深灰色的着色可以通过大约5%-10%的可见光，通常足够精确检测ALS。同时，在接近检测时IR透明度也要令人满意。

另一个可以选择的不透明颜色是在干净的聚碳酸酯或钢化玻璃上印刷不透明的油墨。在同时需要使用ALS与接近检测时，它们不能完美滤除环境光与红外光的特性是非常有利的。图1显示了在一层在干净的聚碳酸酯上印刷黑色的接近光谱响应。

表一：不同材料与颜色的选择

这里假设一个开放的视角。事实上，由于开，孔Si114x视角变小，一些额外的错误被增加，这主要和遮挡物材料的厚度有关。一旦产品装配完成，增益系数(gain correction)主要根据经验来调整。接近检测性能是假定LED与Si114x在同一个遮挡物下面。

上面公式中其它的假定主要有：

●ALS使用小的IR光敏二极管（ALS_IR_ADCMUX=0）

●两个ALS通道的增益为1（ALS_VIS_ADC_GAIN=ALS_IR_ADC_GAIN=0）

●两个ALS通道灵敏度范围（VIS_RANGE = IR_RANGE =0）

如果上面的参数有任何改动，各个通道的ALS系数也需要被相应地的修改。

事实上，在预期的最大环境光中，为了尽可能获得最好的分辨率，上面的设置必须改变。必须仔细考虑在不同的光源中大量的红外光。例如非常暗的白炽灯比日光灯容易使IR光敏二极管饱和。

如果遮挡物没有被考虑，那可能需要通过样机模型来决定ALS系数，根据每个ALS光敏二极管响应不同的光源。系数可以根据同样流明值的两个不同类型的灯来调节。最好的获得系数的方式是，使用防震、功率低、色温在2500K(Westinghouse 03952或同等设备)的白炽灯与宽光谱、色温6500K、CRI（演色性）96(Lwasaki M150P36SD 或同等设备)的金属卤素灯。这些灯必须用流明表来校准。白炽灯泡上电后至少要1分钟的时间才能稳定。金属卤素灯上电后需要15分钟预热时间。窄光谱灯，例如三频日光灯（包括简单的日光灯）不建议用来计算ALS系数。

系数可以根据不同的增益设置来确定。通常，最好的方法是设置红外与可见光ALS增益在最大的范围，这样在预期的亮度条件下不会出现光饱和。然而，如果对电源功耗有要求，低增益的设置可能会更合适，因为测量时间与增益是成正比的。另一方面，在一个应用中，既要求接近检测，又要求电源功耗低，通常控制LED驱动电流。

使用光敏二极管系数来计算流明可以使用Si114x控制面板来确定不同非标遮挡物的模型。更详细请参考“AN576：Si114x控制面板应用用户指南”7.1.4章节，“精确流明测量”。