原创 中国高端智能手机破局背后的光传感器

高端智能手机更具象化的迭代，比如折叠屏，比如影像的持续创新，都离不开光传感器的支撑。

全球智能手机市场正处于一个整体迷茫的蛰伏期。

但在这样的逆境中，行业也发生着微妙的变化。根据权威机构Counterpoint最新报告显示，今年第二季度，中国高端智能手机（批发价400美元及以上）份额逆势扩张，从2021年第二季度的31%升至2022年第二季度的33%。同时，在整体市场疲软之时，中国高端智能手机销量的下降幅度（10%）低于整体市场的幅度（14%），高端机型在整体大盘中占比提高。

很多业界人士表示，中国高端手机在大盘占比中不断提高，正是产业成熟的标志，一方面，技术愈发成熟后带来更强的产品力；另一方面也是消费市场本身的愈发成熟，消费者对高端智能手机的接受度越来越高。

技术成熟是技术创新的结果，产品力的体现可以说方方面面，除了5G、操作系统、底层芯片等基座能力，就高端智能手机本身，我们也看到了更具象化的发力点，比如折叠屏，比如影像的持续创新，而这2点都离不开光传感器的支撑。

1、一段协同演进史

“就光传感器来说，我们在业界一直是引领创新，更是与我们的智能手机客户一起协同创新。在手机快速演变的过程中，以最大的科技助力去协助他们，使得客户的创新和灵活的工业设计成为可能。”艾迈斯欧司朗资深市场经理郭海波在采访中表示。

自2016年至今，智能手机屏幕一路演进，从起初的宽边框屏，到后来的窄边框屏、刘海屏、水滴屏，一直到当前的打孔屏、折叠屏，而这一路都离不开光传感器的协同演进。

由于光传感器要放置在开孔位置，因此伴随屏占比越来越高，开孔越来越小，一直到现在最新流行的手机已经把光传感器放在手机屏幕下面，光传感器也必须随之演变——从最初的大孔3in1设计，到现在的迷你型3in1，甚至是屏下方案，例如艾迈斯欧司朗最新的光接近传感器能够置于OLED屏下，同时不受OLED屏幕本身发光以及低透过率的影响等，帮助灵活的工业设计变成可能。

对艾迈斯欧司朗来说，应用于智能手机的光传感器主要可以分为2大类：其一是屏幕管理，其二是影像增强，而这都和高端智能手机的发力点契合。

2、接近传感器的妙用

以协助屏幕管理的接近传感器为例，它的主要作用就是在检测到靠近时熄屏以防误触发，同时节约电能（如下图所示）。

它的工作原理就是红外LED发射940nm的红外线，然后靠红外PD接收物体/人表面反射回来的能量判断距离的远近，并做出快速判断。作为光传感器，其很重要的一个点就是需要排除环境光红外的干扰，所以艾迈斯欧司朗在其接近传感器中集成了一个先进的光学滤光片滤除环境干扰。

而接近传感器还有一个妙用，比如消费者在日常使用时，经常将手机放进口袋，而由于口袋紧贴着人体皮肤，因此很容易误触点亮屏幕。这时就可以基于接近传感器，用很低的采样率来实现口袋模式检测。据悉，这也是当智能手机向着更人性化的方向演进时，终端客户协同上游厂商开发的创新应用之一。

3、推进显示优化的环境光传感器

若提到显示优化，环境光传感器必居其一。一般情况下，环境光传感器可以分为3类：传统只检测亮度的环境光传感器，检测红绿蓝的颜色传感器，以及光谱传感器。

在肉眼所见的整个可见光领域，艾迈斯欧司朗环境光传感器都能覆盖，甚至在非可见光领域，例如UV以及近红外波段，其也有相应的产品。

据郭海波介绍，环境光传感器在智能手机中一方面可以协助手机智能地调整屏幕亮度，特别由于类似智能手机、平板等智能硬件中，屏幕都是最大的电能消耗部件，因此这也是节能减耗的关键举措；

其次，就是视力保护，例如夜晚关灯状态下，如果手机屏幕亮度不能智能调整的话，人眼将会非常不舒服；

最后，即显示优化，随着环境色温的变化，智能调节显示使其更加柔和，更加贴合人眼的响应需求。

“以我们的XYZ颜色传感器为例，相比传统的RGB传感器能够更加精准地模拟人眼的响应曲线，这就是我们的自适应显示技术。”

以上图中左下角的Demo为例，左、右两边各1台手机，其中左边的手机搭载了艾迈斯欧司朗的XYZ颜色传感器，而右边的没有。当环境色温调整到2700K时，色温越低，人眼感受的光源就越暖越黄，左边的手机已经自适应调节了，但右边手机中的图片却明显偏蓝。

虽然没有传感器的调节，人眼也会被迫去适应，但这样会增加人眼的疲劳度，影响消费者的体验。更多时候，用户体验提升的每一小步，都是基于技术迭代创新的一大步。通过点滴用户体验提升的累积，才造就了高端手机在用户心智的真正占领。

4、赋能影像增强

如果谈到中国智能手机向高端市场的不断突破，摄像头是绝对的着力点。很显然，以摄像头性能为基础的智能手机“B（ack）面战争”早已开始。赋能影像增强，艾迈斯欧司朗基于光传感器夯实自动白平衡（AWB）、自动曝光（AE）以及自动对焦（AF）三方面。

“就助力提升AWB和AE来说，我们有2套方案，一个是RGBCWF传感器；一个是光谱传感器。”

相比传统只包含RGB的摄像头，RGBCWF传感器一方面响应速度更快；另一方面，叠加diffusor扩散片的传感器也将获得更大的视场角；此外，集成flicker还能更好检测环境光源的闪烁频率，帮助去除闪烁影响；最后，便是提供准确的CCT值（灰色和白色）供摄像头参考。

但RGBCWF传感器无法消除大面积纯色反射对整个CCT的误判影响，例如下图左下方所示，当手机放在一个颜色偏黄的皮沙发上时，尽管原始灯光是2536K色温，但若此时对着沙发拍照，RGBCWF传感器测量出来的光源色温却在1853K。如果要正确预估光源，就需要光谱重构，否则摄像头得到的就是环境光照射在皮沙发上反射回来的色温值。

此时就需要光谱传感器，相较RGBCWF传感器，它不仅对CCT精度做了进一步提升，还能通过光源重构准确还原环境光源的光谱，去除反射光对CCT造成的误判。例如，如果基于光谱传感器，上图中预估光源的CCT值就是2560K，非常接近真实光源(2536K)的情况。

当然，提到影像增强，还离不开自动对焦(AF)。艾迈斯欧司朗以一颗多合一的光飞行时间模组帮助客户打造快速而准确的对焦。

“它是目前业界最小封装的1D ToF传感器。”

单点对焦的激光传感器也非常适合智能手机等对结构紧凑有特殊需求的工业设计，除了高度集成化、符合人眼安全认证的优势外，这款产品还集成了ams OSRAM自产自研的高性能光学滤膜，可以极大抵御环境光红外线的干扰，在100K lux的环境光照明条件下，依然能够达到60cm以上的探测距离。

5、横向拓展：更广阔的IoT市场

智能手机的进化让光传感器在性能、尺寸等方面得到了飞速的演进以及充分的验证，而这种技术积累正在更广阔的IoT市场凸显作用。以可穿戴设备为例，除了智能手环、智能手表等之外，伴随元宇宙重燃热火的消费类AR眼镜也正在蓬勃起量。

而在这个“日新之谓盛德”的时代，光传感器同样不断突破自己，展开新的方向。

上图所示这颗集成UVA检测的传感器TSL25853P，尺寸仅为2x1x0.5mm3，绝对的超薄款。然而它除了可以智能、准确地监测环境光之外，还可以检测UVA实现UVI预估。

如此轻薄超小的产品，非常适用于智能手表、AR眼镜等，在满足产品轻便时尚感的同时，智能调节屏幕背光。此外，它能实现UVI预估，并将数值在例如AR眼镜的屏幕上显示，以提醒消费者合理防晒。

从某种程度来说，陪伴成长最快、竞争最激烈的市场成长，本身就是实力的象征。