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LIGHTING 8 - maggio 2015
XIII
AMBIENT LIGHT SENSORS
linea produttiva. Ad esempio, se viene utilizzato un inchiostro
trasmissivo al 17%, una variazione della trasmissività dell’in-
chiostro di appena ±1% causa un errore addizionale del
5,9% (1/17*100) presso l’uscita dell’ALS. La terza difficol-
tà riscontrabile nell’implementazione del rilevamento della
luce ambientale in uno smartphone è la capacità di gestire
una gamma dinamica di ingressi luminosi molto ampia. I co-
struttori di smartphone vogliono che sia sempre possibile im-
postare correttamente la luminosità della retroilluminazione
del display, sia quando il dispositivo è utilizzato nell’oscurità
quasi totale (illuminamento a partire da 0,1 lux), sia quan-
do esposto alla luce solare diretta (illuminamento fino a 220
klux). Pertanto, il sensore dovrà offrire un’elevata sensibilità
in una gamma dinamica molto ampia, mantenendo un livel-
lo di rumore di fondo molto basso. Inoltre il guadagno del
dispositivo deve poter essere controllato in risposta alle varia-
zioni nella luminosità della luce ambientale.
Ottimizzare l’implementazione
Il presente articolo, nelle sezioni precedenti, ha descritto i
compromessi necessari per l’implementazione del rileva-
mento della luce ambientale in uno smartphone, i vantaggi
di una soluzione a doppio diodo e le specifiche del modulo
ALS richieste dai costruttori. Tuttavia, dato che l’aspetto, la
progettazionemeccanica e gli inchiostri sono diversi per ogni
dispositivo, è necessaria una caratterizzazione specifica per
ciascuno al fine di sviluppare un’equazione di illuminamen-
to personalizzata. Questa equazione è indispensabile per la
rimozione accurata della componente IR della luce ambien-
te e per compensare la minor estensione dell’angolo di vista.
Per raggiungere tale caratterizzazione, lo smartphone deve
essere esposto a diversi tipi di sorgenti luminose che emet-
tono proporzioni variabili di luce IR e UV. I valori di lux di
riferimento sono ottenuti con un luxmetro ad altissima pre-
cisione e confrontati con quelli del modulo ALS nelle stesse
condizioni di illuminazione per calibrare l’uscita del modulo.
Il luxmetro deve essere coperto con un paraluce per ripro-
durre l’angolo di vista ristretto del sensore di luce.
Per caratterizzare un modulo sensore come il TMD27721 o
TMD27723 di ams, ad esempio, potrebbero essere utilizzate
le seguenti equazioni:
CPL = (ATIME_ms × AGAINx) / 20
Lux1 = (C0DATA – a0 × C1DATA) / CPL
Lux2 = (b0 × C0DATA – b1 × C1DATA) / CPL
Lux = MAX(Lux1, Lux2, 0)
dove CPL, a0, b0, b1 sono i parametri da caratterizzare.
CPL: Campionamenti per Lux
C0DATA: Dati letti dal canale 0
C1DATA: Dati letti dal canale 1
C0DATA-a0x C1DATA: Campionamento ponderato per
una sorgente luminosa con una percentuale elevata di IR
b0x C0DATA -B1X C1DATA: Campionamento ponderato
per una sorgente luminosa con una bassa percentuale di IR
MAX: Valore massimo di Lux1, Lux2 e 0
In generale, maggiore è il numero di set di dati raccolti in
presenza di più sorgenti luminose, maggiore sarà la precisio-
ne della caratterizzazione.
Attraverso una progettazione meccanica appropriata, un
controllo rigoroso della trasmissività dell’inchiostro nella pro-
duzione e una caratterizzazione accurata, l’errore nel sistema
di rilevamento della luce ambientale può essere limitato fino
a ± 15%. In alcuni casi, si può raggiungere un erroremassimo
del ± 10%. Si tratta di un valore accettabile per la regolazione
della luminosità della retroilluminazione che consente di ri-
sparmiare energia e migliorare l’esperienza dell’utente.
Ovviamente un costruttore potrebbe richiedere una precisio-
ne molto superiore per una funzione che non sia il controllo
della retroilluminazione del display. Ciò richiederebbe un
sensore di luce ambientale dalla sensibilità estremamente ele-
vata (come un dispositivo stand-alone senza rilevamento di
prossimità). Il TSL25911 di ams potrebbe essere la soluzione
ideale per un’applicazione del genere.
I sensori di luce ambientale (Ambient Light Sensors o ALS)
sono ampiamente utilizzati negli smartphone, allo scopo di
fornire informazioni sui livelli di luce ambientale atte a sup-
portare il circuito di alimentazione della retroilluminazio-
ne a LED. Descritta in questo modo, l’implementazione di
un’applicazione del genere sembrerebbe semplice. In realtà,
coniugare nella pratica il risparmio di energia con la necessi-
tà di una soluzione attraente per gli utenti non è così facile.
Un ALS deve essere montato dietro un display: su una su-
perficie del genere, ogni millimetro quadrato diventa molto
prezioso. Inoltre il telefono deve essere in grado di effettuare
il rilevamento di prossimità (per spegnere il display quando
il telefono è portato all’orecchio dell’utente), oltre alla misu-
razione della luce ambientale. Questi e altri vincoli limitano
in modo consistente la libertà del progettista nell’ottimizzare
il design. Il presente articolo descrive le principali difficoltà
che sussistono nell’implementazione della risposta alla luce
ambientale in uno smartphone, mostrando come superare
questi ostacoli e identificando le seguenti necessità:
•
rimuovere la componente IR dalla luce misurata dall’ALS
•
superare le limitazioni dovute alla restrizione dell’angolo
di vista e il loro impatto sull’ALS
•
fornire misurazioni accurate della luce ambientale in
un’ampia gamma dinamica.
L’articolo descrive inoltre le nuove funzionalità offerte dagli
ALS di ultima generazione per la misurazione dei livelli di
luce ambientale negli smartphone.