Сензор за близост в мобилните устройства — какво е, видове и принцип на работа

Какво е сензор за близост в телефона

Сензорът за близост (proximity sensor) е безконтактен инфрачервен сензор, разположен в горната част на предния панел на смартфона, до говорителя за разговор. Състои се от инфрачервен светодиод (IR LED) и фотодетектор (фотодиод или фототранзистор). Първият масов смартфон със сензор за близост беше Apple iPhone (2007) — оттогава сенсорът стана задължителен компонент на всички модерни телефони.

Местоположение и конструкция

Сензорът обикновено е скрит под стъклото на екрана и се вижда само под определен ъгъл като малка точка. В съвременните модели се използва оптичен модул с тясна диаграма на насоченост (15–30 градуса), за да се изключат фалшиви показания от отражения в стъклото. Производители — Sharp, ams OSRAM (серия TMD), Silicon Labs и техните договорни партньори.

Два вида сензори

В мобилните устройства се използват дискретни сензори (отделен чип IR LED + фотодиод) и интегрирани модули (и двата елемента на един чип). Интегрираните решения (ams TMD2635, размер 1×1×0.5 mm) се използват в ултратънките корпуси на съвременните флагмани и заемат минимално място на платката.

Как работи инфрачервеният сензор

Принципът на действие на сензора за близост се основава на измерване на интензитета на отразеното IR лъчение. Инфрачервеният светодиод излъчва светлинен импулс (850–940 nm), а фотодиодът измерва количеството светлина, отразена от обекта. Ако отразеният сигнал надвиши прага — обектът се счита за близък (по-малко от 3–5 см).

Потискане на външна светлина

Основният технически проблем е слънчевата светлина и смущенията от други IR източници. Решението е модулация на лъчението: IR LED излъчва импулси с честота 10–100 kHz, а фотодетекторът синхронно открива сигнала, като филтрира постоянната компонента. Според ams Application Note AN000610 (2024), схемата за синхронно откриване потиска фоновата светлина с 40–60 dB.

Калибриране и прагове

Прагът на задействане се настройва от производителя на етапа на калибриране и зависи от прозрачността на стъклото на екрана. Типичен праг — отражението съответства на разстояние 2–4 см. Когато пръстът или ухото се намират на разстояние, по-малко от прага, сензорът връща стойност 0 (близо), в противен случай — максималната стойност на обхвата (8–10 см в зависимост от модела).

Разлика между сензор за близост и ToF сензор

Сензорът за близост (IR proximity) измерва интензитета на отражение — двоичен сензор с две състояния. Time-of-Flight (ToF) измерва времето за преминаване на светлината до обекта и обратно, което позволява точно определяне на разстояние до няколко метра. В мобилните устройства ToF сензорите (VL53L5 от STMicroelectronics) се използват за автофокус на камерата и AR приложения.

Кога да използваме IR proximity, кога ToF

За задачата изключване на екрана при обаждане е достатъчен прост двоичен IR сензор — цената му е 0.10–0.30 долара в сравнение с 1–3 долара за ToF модул. ToF сензорът добавя точна функция за измерване на разстояние, но е излишен за основната задача. В някои флагмани (Samsung Galaxy S23 Ultra) се използват комбинирани модули, които обединяват и двете технологии.

Програмен достъп до сензора в Android

Android предоставя достъп до сензора за близост чрез Sensor.TYPE_PROXIMITY. Характеристика на API е, че сензорът връща само две практически значими стойности: 0 (обект близо) и стойността на максималния обхват (обикновено 5–10 см) при липса на обект. Вътрешните алгоритми скриват аналоговата природа на сигнала.

Особености при работа със сензора

Двоичната природа на сензора означава, че приложението не може да получи точното разстояние до обекта — само факта на наличие или отсъствие на препятствие в зоната на чувствителност. Това е хардуерно ограничение. За по-точни измервания използвайте ToF сензора (ако е наличен) чрез стандартния API TYPE_PROXIMITY, но на устройства с ToF той връща аналогови стойности.

val proximitySensor = sensorManager
    .getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY)

sensorManager.registerListener(
    object : SensorEventListener {
        override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
            val distance = event.values[0]
            val maxRange = proximitySensor?.maximumRange ?: 10f

            when {
                distance < maxRange -> lockScreen()
                else -> unlockScreen()
            }
        }

        override fun onAccuracyChanged(
            sensor: Sensor, accuracy: Int
        ) {}
    },
    proximitySensor,
    SensorManager.SENSOR_DELAY_UI
)

Wake Lock и управление на енергията

При регистриране на сензора за близост е важно да използвате SCREEN_OFF_WAKE_LOCK, ако приложението трябва да продължи да работи с изключен екран (например запис на разговор). Без Wake Lock процесорът може да премине в режим на сън и данните от сензора спират да пристигат. Флагът SENSOR_DELAY_UI (200 ms) е достатъчен за повечето сценарии.

Използване на сензора за близост в приложения

Въпреки че основната функция на сензора е изключване на екрана при обаждане, разработчиците намират по-креативни приложения. Приложението Glimmer използва сензора за близост за превключване на песни чрез движение на ръката пред екрана — преместете дланта си, за да пропуснете песен. Зареждането на батерията не страда: консумацията на енергия на сензора е само 0.3–0.7 mA.

• Автоматичен отговор и запис на разговори — приложението установява кога телефонът е доближен до ухото и активира говорителя или записа.
• Джобен режим — заключване на екрана и изключване на вибрацията, когато телефонът е в джоба. Сензорът се проверява на всеки 1–2 секунди.
• Приближаване за преглед — в приложения за галерия, приближаването на ръката до екрана показва скрити контролни елементи.
• Игри с безконтактно управление — прости игри, в които движението на ръката пред сензора замества натискането на бутон.

Проблеми и ограничения

Основният проблем на сензорите за близост са фалшивите показания при използване на защитни стъкла и калъфи. Някои производители (Google Pixel 8, 2023) използват ултразвуков сензор за близост вместо IR — той работи през всякакви защитни стъкла и екрани с произволна дебелина, но има по-малка точност и по-голямо закъснение (до 100 ms). Дебелото стъкло (над 0.5 mm) разсейва IR лъчението, причинявайки постоянно задействане. Решението е да използвате калъфи с прецизен изрез за сензора. Вторият недостатък е невъзможността за работа чрез OLED екрани с променлива прозрачност (under-display sensor).

Under-display сензор за близост

През 2024–2025 г. производителите започнаха да внедряват сензори за близост под дисплея (under-display), което позволи намаляване на горната рамка на смартфона до 1–2 mm. Първото серийно устройство с under-display proximity беше Xiaomi 14 Ultra (2024), последвано от OnePlus 12 и Samsung Galaxy S25. Технологията използва IR лъчение с дължина на вълната 940 nm, което частично преминава през пикселите на OLED дисплея. Според Samsung Display Technical Paper (2024), прозрачността на OLED за IR лъчение е 15–25% — достатъчна за работа на сензора при яркост на екрана до 600 cd/m². При по-висока яркост матрицата става непрозрачна за IR и сензорът изисква изключване на подсветката за 1–2 кадъра за измерване.

Програмна емулация на сензора за близост

При разработка на приложения в Android емулаторът не поддържа сензор за близост — необходимо е да го емулирате програмно. На физическо устройство за отстраняване на грешки може да се използва adb команда: adb shell sendevent /dev/input/eventX със съответните кодове ABS_MT_TOUCH_MAJOR. За симулация на изключване на екрана при обаждане в тестове използвайте SensorManager с mock обект, връщащ стойност 0 при извикване на onSensorChanged.

Тестване на сензора за близост

За да проверите сензора за близост на Android устройство, отворете приложението Телефон, наберете *#0*# (на Samsung) и изберете опцията Sensor. При приближаване на пръста към горната част на екрана стойността на сензора трябва да се промени от «Far» на «Near». Ако сензорът не реагира — избършете горната част на екрана и проверете за защитно стъкло, покриващо сензора. На iPhone проверката се извършва чрез системна диагностика в настройките.