Marc Kleckner

引言

光傳感器可以檢測是否存在光以及表面區(qū)域上的光強度（以 Lux 為單位）。光傳感器是一種低成本且節(jié)能的解決方案，可用于實現(xiàn)自動亮度調(diào)節(jié)和晝夜檢測。環(huán)境光傳感器在汽車顯示應(yīng)用中越來越普遍，最初作為單一光學(xué)傳感器安裝在儀表板前部。盡管這對舊車型來說已經(jīng)足夠，但在新車型中可能表現(xiàn)不佳。將光傳感器安裝在顯示器所在的主要受影響區(qū)域，例如儀表板、數(shù)字駕駛艙、后視鏡和側(cè)視鏡以及抬頭顯示，可以在環(huán)境變化時為乘客提供無縫過渡的奢華安全體驗。

市場趨勢

近年來，汽車行業(yè)中新車的顯示器數(shù)量和尺寸大幅增加，包括傳統(tǒng)顯示屏和更高級的增強現(xiàn)實抬頭顯示。對于這些顯示器，擁有局部傳感器對于用戶體驗至關(guān)重要，這使得德州儀器 (TI) OPT4003-Q1 和 OPT4001-Q1 汽車級光傳感器成為合適的解決方案，尤其是因為其具有低功耗和小尺寸。汽車應(yīng)用中顯示器的趨勢正在擴展到副駕駛座椅前方以及后座乘客的娛樂系統(tǒng)。這種趨勢對先進顯示系統(tǒng)產(chǎn)生了需求，通過光傳感器可以實現(xiàn)出色的系統(tǒng)功能。

圖 1 OPT4003-Q1

延遲

延遲是信號從 A 點傳輸?shù)?B 點所需的時間。在光傳感器中，延遲是指從光輸入到數(shù)字輸出可用所需的時間。在儀表板前面安裝傳統(tǒng)的中央光傳感器更容易在與多個顯示器通信時出現(xiàn)系統(tǒng)延遲，這在新生產(chǎn)的車輛尤為明顯，可能導(dǎo)致滯后和安全問題。此外，隨著系統(tǒng)中顯示器的復(fù)雜性和數(shù)量增加，延遲的可能性也會增加。德州儀器 (TI) 的光學(xué)傳感器具有低至 600μs 的快速轉(zhuǎn)換時間，可為駕駛員和乘客提供流暢的體驗。

數(shù)據(jù)表

為了展示一天內(nèi)車輛內(nèi)不同位置的光強度差異，我們使用 TI OPT4003-Q1 進行了一項實驗。該實驗的結(jié)果見上面的表 1。測試內(nèi)容包括將光傳感器固定在每個主要受影響區(qū)域旁，并記錄每個位置的數(shù)據(jù)。主要目標(biāo)位置是儀表板、數(shù)字駕駛艙、后視鏡和側(cè)視鏡、抬頭顯示以及用于實驗對照的傳統(tǒng)中央光傳感器放置位置。每個測試都在天窗打開和關(guān)閉的情況下重復(fù)進行，以便從新的角度展示光強度因這一因素而出現(xiàn)的變化情況。第一個測試在日出一小時后進行，以展示早晨低光照條件。第二個測試在中午進行，以展示太陽處于最高位置時一天中最亮的時刻。第三個測試在完全黑暗前一小時進行。從表中可以清楚地看出，無論一天中的哪個時間，每個主要受影響區(qū)域之間的光強度差異仍然顯著。

顯示屏和電致變色防眩目后視鏡

全顯示后視鏡等輔助視覺設(shè)備是汽車制造商的熱門選擇，它為駕駛員提供了更廣的視野并減少了駕駛員的盲點，而這要求光傳感器能夠根據(jù)全天光線變化準(zhǔn)確調(diào)節(jié)顯示屏的亮度。電致變色調(diào)光使后視鏡可根據(jù)需要改變反射率，從而減少眩光。未施加電壓時，電致變色涂層處于透明狀態(tài)，具有正常的反射率。光傳感器的任務(wù)是確定何時施加電壓來啟動防眩光功能，因此在該設(shè)計中扮演著重要角色。表 1 中的數(shù)據(jù)表明，后視鏡前后的照度讀數(shù)差異很大，前面低至 160Lux，后面則高達 28,000Lux。如果光傳感器安裝在儀表板前部的傳統(tǒng)位置，后視鏡會接收到過高的光照值，從而導(dǎo)致顯示屏變得過于暗淡，進而可能會對駕駛員和乘客造成安全隱患。為后視鏡系統(tǒng)配備局部光傳感器對于獲得更準(zhǔn)確的光照讀數(shù)和解決安全問題至關(guān)重要。此外，汽車制造商還在使用電致變色側(cè)后視鏡，這種后視鏡需要獨立的光傳感器，因為多數(shù)情況下太陽光會從不同角度反射到車輛上，需要一側(cè)比另一側(cè)更暗。

增強現(xiàn)實抬頭顯示 (HUD)

抬頭顯示最初于 20 世紀(jì) 90 年代引入汽車行業(yè)，當(dāng)時顯示面積很小，只能用于顯示單個速度監(jiān)控數(shù)字或小方向箭頭等。如今，抬頭顯示變得越來越大，能夠?qū)⑺嘘P(guān)鍵駕駛信息，例如速度、限速、導(dǎo)航提示以及車道偏離和碰撞警告等高級安全功能，直接投射到駕駛員的視野中，從而縮短駕駛員的反應(yīng)時間并強化駕駛員對周圍情況的態(tài)勢感知。這些系統(tǒng)越來越先進，對光照讀數(shù)的精度要求也更高。此外，由于 HUD 上顯示的信息對駕駛員至關(guān)重要，因此延遲可能會導(dǎo)致潛在的危險情況。通過使用局部光傳感器，系統(tǒng)便可以快速而準(zhǔn)確地獲取讀數(shù)，從而盡可能地減少潛在安全危險和后視鏡內(nèi)延遲。

信息娛樂系統(tǒng)顯示屏與儀表盤

汽車制造商已經(jīng)從傳統(tǒng)的速度計轉(zhuǎn)向儀表組顯示屏，這樣駕駛員便可以在一個地方看到安全駕駛所需的所有信息，同時還在副駕駛側(cè)添加了顯示器。儀表盤通常嵌入在方向盤柱中，因此照射到顯示屏的光線較少。測試結(jié)果表明情況確實如此，因為儀表盤內(nèi)部的傳感器測得的光照強度遠低于其他受影響區(qū)域，最低可達 220Lux，這使得該顯示屏比其他區(qū)域顯得更暗。

汽車行業(yè)已經(jīng)開始在車輛的后座上安裝信息娛樂顯示屏。數(shù)據(jù)表明，由于車窗的深色貼膜和天窗的存在等各種因素，車前到車后的光照強度差異很大。隨著顯示屏向車后部的發(fā)展，相比于顯示屏較少的傳統(tǒng)車輛，需要更多的關(guān)注。