Senzor přiblížení v mobilních zařízeních — co to je, typy a princip fungování

Co je senzor přiblížení v telefonu

Senzor přiblížení (proximity sensor) je bezkontaktní infračervený senzor umístěný v horní části předního panelu smartphonu, vedle reproduktoru pro hovory. Skládá se z infračervené LED (IR LED) a fotodetektoru (fotodiody nebo fototranzistoru). Prvním masově vyráběným smartphonem se senzorem přiblížení byl Apple iPhone (2007) — od té doby se senzor stal povinnou součástí všech moderních telefonů.

Umístění a konstrukce

Senzor je obvykle skryt pod sklem obrazovky a je viditelný pouze pod určitým úhlem jako malá tečka. V moderních modelech se používá optický modul s úzkou směrovou charakteristikou (15–30 stupňů), aby se vyloučila falešná měření od odrazů ve skle. Výrobci — Sharp, ams OSRAM (řada TMD), Silicon Labs a jejich smluvní partneři.

Dva typy senzorů

V mobilních zařízeních se používají diskrétní senzory (samostatný čip IR LED + fotodioda) a integrované moduly (oba prvky na jednom čipu). Integrovaná řešení (ams TMD2635, rozměr 1×1×0.5 mm) se používají v ultratenkých tělech moderních vlajkových lodí a zabírají minimální místo na desce.

Jak funguje infračervený senzor

Princip fungování senzoru přiblížení je založen na měření intenzity odraženého IR záření. Infračervená LED vysílá světelný impuls (850–940 nm) a fotodioda měří množství světla odraženého od objektu. Pokud odražený signál překročí práh — je objekt považován za blízký (méně než 3–5 cm).

Potlačení vnějšího osvětlení

Hlavním technickým problémem je sluneční světlo a rušení z jiných IR zdrojů. Řešením je modulace záření: IR LED vysílá impulsy s frekvencí 10–100 kHz a fotodetektor synchronně detekuje signál, čímž odfiltrovává stejnosměrnou složku. Podle ams Application Note AN000610 (2024) potlačuje synchronní detekční schéma okolní světlo o 40–60 dB.

Kalibrace a prahy

Práh aktivace nastavuje výrobce ve fázi kalibrace a závisí na průhlednosti skla obrazovky. Typický práh — odraz odpovídá vzdálenosti 2–4 cm. Když je prst nebo ucho ve vzdálenosti menší než práh, senzor vrací hodnotu 0 (blízko), jinak — maximální hodnotu rozsahu (8–10 cm v závislosti na modelu).

Rozdíl mezi senzorem přiblížení a ToF

Senzor přiblížení (IR proximity) měří intenzitu odrazu — binární senzor se dvěma stavy. Time-of-Flight (ToF) měří dobu letu světla k objektu a zpět, což umožňuje přesné určení vzdálenosti až několik metrů. V mobilních zařízeních se ToF senzory (VL53L5 od STMicroelectronics) používají pro autofocus fotoaparátu a AR aplikace.

Kdy použít IR proximity, kdy ToF

Pro úkol vypnutí obrazovky během hovoru stačí jednoduchý binární IR senzor — jeho cena je 0.10–0.30 dolaru oproti 1–3 dolarům za ToF modul. ToF senzor přidává přesnou funkci dálkoměru, ale je nadbytečný pro základní úkol. V některých vlajkových lodích (Samsung Galaxy S23 Ultra) se používají kombinované moduly spojující obě technologie.

Programový přístup k senzoru v Androidu

Android poskytuje přístup k senzoru přiblížení prostřednictvím Sensor.TYPE_PROXIMITY. Charakteristikou API je, že senzor vrací pouze dvě prakticky významné hodnoty: 0 (objekt blízko) a hodnotu maximálního dosahu (obvykle 5–10 cm) při absenci objektu. Interní algoritmy skrývají analogovou povahu signálu.

Specifika práce se senzorem

Binární povaha senzoru znamená, že aplikace nemůže získat přesnou vzdálenost k objektu — pouze fakt přítomnosti nebo nepřítomnosti překážky v zóně citlivosti. Toto je hardwarové omezení. Pro přesnější měření použijte ToF senzor (je-li k dispozici) prostřednictvím standardního API TYPE_PROXIMITY, ale na zařízeních s ToF vrací analogové hodnoty.

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 a správa energie

Při registraci senzoru přiblížení je důležité použít SCREEN_OFF_WAKE_LOCK, pokud má aplikace pokračovat v činnosti s vypnutou obrazovkou (např. nahrávání hovoru). Bez Wake Lock může CPU přejít do režimu spánku a data senzoru přestanou přicházet. Příznak SENSOR_DELAY_UI (200 ms) je dostačující pro většinu scénářů.

Použití senzoru přiblížení v aplikacích

Ačkoli hlavní funkcí senzoru je vypnutí obrazovky během hovoru, vývojáři nacházejí kreativnější využití. Aplikace Glimmer používá senzor přiblížení k přepínání skladeb pohybem ruky před obrazovkou — pohybem dlaně přeskočíte skladbu. Nabíjení baterie tím netrpí: spotřeba energie senzoru je pouze 0.3–0.7 mA.

• Automatické přijetí a nahrávání hovorů — aplikace zjistí, kdy je telefon přiložen k uchu, a aktivuje reproduktor nebo nahrávání.
• Režim kapsa — uzamčení obrazovky a vypnutí vibrací, když je telefon v kapse. Senzor je dotazován každých 1–2 sekundy.
• Přiblížení pro náhled — v aplikacích galerie přiblížení ruky k obrazovce zobrazí skryté ovládací prvky.
• Hry s bezkontaktním ovládáním — jednoduché hry, kde pohyb ruky před senzorem nahrazuje stisknutí tlačítka.

Problémy a omezení

Hlavním problémem senzorů přiblížení jsou falešná měření při používání ochranných skel a pouzder. Někteří výrobci (Google Pixel 8, 2023) používají ultrazvukový senzor přiblížení místo IR — funguje přes všechna ochranná skla a displeje libovolné tloušťky, ale má nižší přesnost a větší zpoždění (až 100 ms). Silné sklo (více než 0.5 mm) rozptyluje IR záření, což způsobuje trvalou aktivaci. Řešením je použití pouzder s přesným výřezem pro senzor. Druhou nevýhodou je nemožnost práce přes OLED displeje s proměnnou průhledností (under-display sensor).

Under-display senzor přiblížení

V letech 2024–2025 začali výrobci zavádět senzory přiblížení pod displejem (under-display), což umožnilo zmenšit horní rámeček smartphonu na 1–2 mm. Prvním sériovým zařízením s under-display proximity byl Xiaomi 14 Ultra (2024), následovaný OnePlus 12 a Samsung Galaxy S25. Technologie využívá IR záření o vlnové délce 940 nm, které částečně prochází pixely OLED displeje. Podle Samsung Display Technical Paper (2024) je průhlednost OLED pro IR záření 15–25% — dostatečné pro činnost senzoru při jasu obrazovky do 600 cd/m². Při vyšším jasu se matrice stává neprůhlednou pro IR a senzor vyžaduje vypnutí podsvícení na 1–2 snímky pro měření.

Softwarová emulace senzoru přiblížení

Při vývoji aplikací v Androidu emulátor nepodporuje senzor přiblížení — je třeba jej emulovat softwarově. Na fyzickém zařízení lze pro ladění použít příkaz adb: adb shell sendevent /dev/input/eventX s odpovídajícími kódy ABS_MT_TOUCH_MAJOR. Pro simulaci vypnutí obrazovky během hovoru v testech použijte SensorManager s mock objektem vracejícím hodnotu 0 při volání onSensorChanged.

Testování senzoru přiblížení

Pro kontrolu senzoru přiblížení na zařízení Android otevřete aplikaci Telefon, vytočte *#0*# (na Samsungu) a vyberte položku Sensor. Při přiblížení prstu k horní části obrazovky by se hodnota senzoru měla změnit z «Far» na «Near». Pokud senzor nereaguje — otřete horní část obrazovky a zkontrolujte, zda ochranné sklo nezakrývá senzor. Na iPhonu se kontrola provádí prostřednictvím systémové diagnostiky v nastavení.