在手機演變的過程中,一個鮮為人知的事實是:近接感測功能的開發,目的是為了在手機實際用于通話時節省電源以及暫停觸控屏幕功能。基本上,這表示當你把手機貼近耳朵時,系統就會自動關閉屏幕(以及觸控功能等任務)。
古早時代
在很久以前的那個古早年代中,還沒有出現這樣的產品,當時只有簡單的光電二極管用于偵測光量的變化。它在大部份的環境中都適用,但在某些情況下卻起不了作用,例如遇到白胡子的老人時,這一點確實讓制造商傷透腦筋。當然,手機的屏幕開啟時,觸控功能仍持續運作,不經意地碰觸也可能讓手機通話中斷。顯然地,蘋果(Appple)智能手機iPhone 4就曾經因為出現這種特殊的錯誤而壞了名聲。
主動式系統
因此,業界不久就導入了主動式系統,它通常結合了發光二極管(LED)與光傳感器,以便在手機接近用戶的臉龐時偵測光的變化,并以來自LED的主動照明確認與臉部的鄰近性。如果近接傳感器接收到的反射光線超過預先定義的閾值位準,系統就會自動關閉屏幕。因此,必須先設定好閾值位準,才能使其幾乎在100%的情況下都能起作用,而不至于受到相鄰表面的反射率影響。
ToF測距傳感器
如今,從Apple智能手機iPhone 6s過渡到新一代的iPhone 7,我們看到了在這一時間序列中的另一步進展。iPhone 6s采用LED+傳感器的選擇,而iPhone 7則似乎已經進入下一個階段,并導入了飛行時間(time-of-flight;ToF)測距傳感器。ToF測距傳感器的優點在于它不必依靠反射的光量,而是實際測量光子從雷射二極管發射后的傳輸時間,而這一傳輸時間也與目標表面的反射率無關。
ToF傳感器首度現身
我們最先在Blackberry Passport看到ToF測距傳感器的采用,這支智能手機中讓我們首次認識了這項技術概念——這是意法半導體(STMicroelectronics;ST)的三合一智能光學模塊VL6180,整合了近接傳感器、環境光傳感器以及垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)光源。很快地,我們后來也在其他幾款LG手機中發現這款組件:近接傳感器實際上是一種單光子雪崩二極管(SPAD)數組,它很幸運地可以被整合于一般的互補式金屬氧化物半導體(CMOS)制程中。
VL6180實際上有兩個芯片上SPAD數組,以及環境光傳感器。 VCSEL與該芯片共同封裝,才能成就完整的單元。今年1月,意法半導體宣布推出其第二代傳感器——VL53L0,我們發現今年大約有6支手機都采用了這款傳感器芯片,全部都來自亞太地區的手機制造商——別忘了,摩托羅拉(Motorola)如今已隸屬于聯想(Lenovo)了。這兩款產品都用于手機中,作為主相機的測距裝置,而非近接傳感器用于手機操作。相較于VL6180,VL53L0省去了環境光傳感器,而其SPAD數組也加以改善了。
現在,我們取得了iPhone 7手機并為其進行拆解——當我們看著手機的自拍相機端,慢慢地拆下組裝組件后發現,包括環境光傳感器和LED/傳感器模塊都和先前拆解iPhone 6s機型時看到的不一樣。當我們把它們從模塊中取出后仔細端詳,它看起來真的很有ST的風格:看看這款芯片,它和前一代產品并不一樣,但風格和芯片編號(S2L012AC)方式絕對和搭配兩個SPAD數組的VL53L0/S3L012BA極其雷同。然而,這一次,ST改為將VCSEL接合在ToF芯片頂端,進一步實現更精巧的模塊。
根據這些發現,我們認為可以斷定這款近接傳感器如今已經成為ToF測距傳感器,也可以作為自拍相機的精確測距儀了。它同時還用于iPhone 7 Plus手機中,顯示意法半導體也是Apple最新款手機的最大贏家之一。截至目前為止,雖然Apple或意法半導體都未發布任何相關訊息,但它卻是我們在手機演進過程中看到的另一個微妙的進展。
在chipworks/teardown團隊的拆解過程中,我們還仔細觀察了環境光傳感器,事實上,它和iPhone 6s手機上所使用的是相同的,而且看起來十分傳統。我們還不知道是誰家制造的,但它登上了蘋果這個宇宙戰艦!