Marc Kleckner

引言

光传感器可以检测是否存在光以及表面区域上的光强度（以 Lux 为单位）。光传感器是一种低成本且节能的解决方案，可用于实现自动亮度调节和昼夜检测。环境光传感器在汽车显示应用中越来越普遍，最初作为单一光学传感器安装在仪表板前部。尽管这对旧车型来说已经足够，但在新车型中可能表现不佳。将光传感器安装在显示器所在的主要受影响区域，例如仪表板、数字驾驶舱、后视镜和侧视镜以及抬头显示，可以在环境变化时为乘客提供无缝过渡的奢华安全体验。

市场趋势

近年来，汽车行业中新车的显示器数量和尺寸大幅增加，包括传统显示屏和更高级的增强现实抬头显示。对于这些显示器，拥有局部传感器对于用户体验至关重要，这使得德州仪器 (TI) OPT4003-Q1 和 OPT4001-Q1 汽车级光传感器成为合适的解决方案，尤其是因为其具有低功耗和小尺寸。汽车应用中显示器的趋势正在扩展到副驾驶座椅前方以及后座乘客的娱乐系统。这种趋势对先进显示系统产生了需求，通过光传感器可以实现出色的系统功能。

图 1 OPT4003-Q1

延迟

延迟是信号从 A 点传输到 B 点所需的时间。在光传感器中，延迟是指从光输入到数字输出可用所需的时间。在仪表板前面安装传统的中央光传感器更容易在与多个显示器通信时出现系统延迟，这在新生产的车辆尤为明显，可能导致滞后和安全问题。此外，随着系统中显示器的复杂性和数量增加，延迟的可能性也会增加。德州仪器 (TI) 的光学传感器具有低至 600µs 的快速转换时间，可为驾驶员和乘客提供流畅的体验。

数据表

为了展示一天内车辆内不同位置的光强度差异，我们使用 TI OPT4003-Q1 进行了一项实验。该实验的结果见上面的表 1。测试内容包括将光传感器固定在每个主要受影响区域旁，并记录每个位置的数据。主要目标位置是仪表板、数字驾驶舱、后视镜和侧视镜、抬头显示以及用于实验对照的传统中央光传感器放置位置。每个测试都在天窗打开和关闭的情况下重复进行，以便从新的角度展示光强度因这一因素而出现的变化情况。第一个测试在日出一小时后进行，以展示早晨低光照条件。第二个测试在中午进行，以展示太阳处于最高位置时一天中最亮的时刻。第三个测试在完全黑暗前一小时进行。从表中可以清楚地看出，无论一天中的哪个时间，每个主要受影响区域之间的光强度差异仍然显著。

显示屏和电致变色防眩目后视镜

全显示后视镜等辅助视觉设备是汽车制造商的热门选择，它为驾驶员提供了更广的视野并减少了驾驶员的盲点，而这要求光传感器能够根据全天光线变化准确调节显示屏的亮度。电致变色调光使后视镜可根据需要改变反射率，从而减少眩光。未施加电压时，电致变色涂层处于透明状态，具有正常的反射率。光传感器的任务是确定何时施加电压来启动防眩光功能，因此在该设计中扮演着重要角色。表 1 中的数据表明，后视镜前后的照度读数差异很大，前面低至 160Lux，后面则高达 28,000Lux。如果光传感器安装在仪表板前部的传统位置，后视镜会接收到过高的光照值，从而导致显示屏变得过于暗淡，进而可能会对驾驶员和乘客造成安全隐患。为后视镜系统配备局部光传感器对于获得更准确的光照读数和解决安全问题至关重要。此外，汽车制造商还在使用电致变色侧后视镜，这种后视镜需要独立的光传感器，因为多数情况下太阳光会从不同角度反射到车辆上，需要一侧比另一侧更暗。

增强现实抬头显示 (HUD)

抬头显示最初于 20 世纪 90 年代引入汽车行业，当时显示面积很小，只能用于显示单个速度监控数字或小方向箭头等。如今，抬头显示变得越来越大，能够将所有关键驾驶信息，例如速度、限速、导航提示以及车道偏离和碰撞警告等高级安全功能，直接投射到驾驶员的视野中，从而缩短驾驶员的反应时间并强化驾驶员对周围情况的态势感知。这些系统越来越先进，对光照读数的精度要求也更高。此外，由于 HUD 上显示的信息对驾驶员至关重要，因此延迟可能会导致潜在的危险情况。通过使用局部光传感器，系统便可以快速而准确地获取读数，从而尽可能地减少潜在安全危险和后视镜内延迟。

信息娱乐系统显示屏与仪表盘

汽车制造商已经从传统的速度计转向仪表组显示屏，这样驾驶员便可以在一个地方看到安全驾驶所需的所有信息，同时还在副驾驶侧添加了显示器。仪表盘通常嵌入在方向盘柱中，因此照射到显示屏的光线较少。测试结果表明情况确实如此，因为仪表盘内部的传感器测得的光照强度远低于其他受影响区域，最低可达 220Lux，这使得该显示屏比其他区域显得更暗。

汽车行业已经开始在车辆的后座上安装信息娱乐显示屏。数据表明，由于车窗的深色贴膜和天窗的存在等各种因素，车前到车后的光照强度差异很大。随着显示屏向车后部的发展，相比于显示屏较少的传统车辆，需要更多的关注。