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於通話時節省電源以及暫停觸控螢幕功能。基本上,這表示當你把手機貼近耳朵時,系統就會自動關閉螢幕(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體用於偵測光量的變化。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,例如遇到白鬍子的老人時,這一點確實讓製造商傷透腦筋。當然,手機的螢幕開啟時,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)智慧型手機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體(LED)與光感測器,以便在手機接近用戶的臉龐時偵測光的變化,並以來自LED的主動照明確認與臉部的鄰近性。如果近接感測器接收到的反射光線超過預先定義的閾值位準,系統就會自動關閉螢幕。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,而不至於受到相鄰表面的反射率影響。

ToF測距感測器

如今,從Apple智慧型手機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採用LED +感測器的選擇,而iPhone 7則似乎已經進入下一個階段,並導入了飛行時間(time-of-flight;ToF)測距感測器。ToF測距感測器的優點在於它不必依靠反射的光量,而是實際測量光子從雷射二極體發射後的傳輸時間,而這一傳輸時間也與目標表面的反射率無關。

ToF首度現身

我們最先在Blackberry Passport看到ToF測距感測器的採用,這支智慧型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)的三合一智慧光學模組VL6180,整合了近接感測器、環境光感測器以及垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)光源。很快地,我們後來也在其他幾款LG手機中發現這款元件:

20170105 iPhone7 NT31P1

近接感測器實際上是一種單光子雪崩二極體(SPAD)陣列,它很幸運地可以被整合於一般的互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程中。

VL6180實際上有兩個晶片上SPAD陣列,以及環境光感測器。 VCSEL與該晶片共同封裝,才能成就完整的單元。

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今年1月,意法半導體宣佈推出其第二代感測器——VL53L0,我們發現今年大約有6支手機都採用了這款感測器晶片,全部都來自亞太地區的手機製造商——別忘了,摩托羅拉(Motorola)如今已隸屬於聯想(Lenovo)了。

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這兩款產品都用於手機中,作為主相機的測距裝置,而非近接感測器用於手機操作。相較於VL6180,VL53L0省去了環境光感測器,而其SPAD陣列也加以改善了。

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現在,我們取得了iPhone 7手機並為其進行拆解——當我們看著手機的自拍相機端,慢慢地拆下組裝元件後發現,包括環境光感測器和LED /感測器模組都和先前拆解iPhone 6s機型時看到的不一樣。

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當我們把它們從模組中取出後仔細端詳,它看起來真的很有ST的風格:看看這款晶片,它和前一代產品並不一樣,但風格和晶片編號(S2L012AC)方式絕對和搭配兩個SPAD陣列的VL53L0/S3L012BA極其雷同。然而,這一次,ST改為將VCSEL接合在ToF晶片頂端,進一步實現更精巧的模組。

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根據這些發現,我們認為可以斷定這款近接感測器如今已經成為ToF測距感測器,也可以作為自拍相機的精確測距儀了。它同時還用於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佈任何相關訊息,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感測器,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製造的,但仔細瞧瞧,它確實搭載了《星艦迷航記》(Star Trek)中的星艦企業號(Starship Enterprise)!

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編譯:Susan Hong

(參考原文:STMicroelectronics’ Time-of-Flight Sensors and the Starship Enterprise Show up in the iPhone 7 Series,by Dick James)