移动设备中的接近传感器 — 类型与工作原理

手机中的接近传感器是什么

接近传感器是一种非接触式红外传感器，位于智能手机前面板顶部，听筒扬声器旁边。它由红外 LED 和光电探测器（光电二极管或光电晶体管）组成。第一款配备接近传感器的大众智能手机是 Apple iPhone（2007 年）——从那时起，传感器成为所有现代手机的必备组件。

位置和结构

传感器通常隐藏在 屏幕玻璃 下方，仅在特定角度下可见为一个小点。在现代型号中，采用窄方向图（15-30 度）的光学模块，以排除玻璃反射的误读。制造商 — Sharp、ams OSRAM（TMD 系列）、Silicon Labs 及其代工合作伙伴。

两种传感器类型

移动设备中使用 分立传感器（独立的红外 LED + 光电二极管芯片）和 集成模块（两个元件在同一芯片上）。集成解决方案（ams TMD2635，尺寸 1×1×0.5 毫米）用于现代旗舰的超薄机身，在电路板上占用最小空间。

红外传感器如何工作

接近传感器的工作原理基于 测量反射红外辐射的强度。红外 LED 发出光脉冲（850-940 纳米），光电二极管测量从物体反射的光量。如果反射信号超过阈值 — 物体被视为靠近（小于 3-5 厘米）。

抑制外部光线

主要技术问题是 太阳光 和其他红外源的干扰。解决方案 — 辐射调制：红外 LED 以 10-100 千赫的频率发射脉冲，光电探测器同步检测信号，滤除直流分量。根据 ams Application Note AN000610 (2024)，同步检测方案可将背景光抑制 40-60 分贝。

校准和阈值

触发阈值 由制造商在校准阶段设置，取决于屏幕玻璃的透明度。典型阈值 — 反射对应 2-4 厘米的距离。当手指或耳朵距离小于阈值时，传感器返回值 0（靠近），否则返回最大范围值（取决于型号为 8-10 厘米）。

接近传感器与 ToF 传感器的区别

接近传感器（红外接近）测量反射强度 — 具有两种状态的二进制传感器。飞行时间 (ToF) 测量光到物体并返回的飞行时间，从而实现到几米的精确距离确定。在移动设备中，ToF 传感器（STMicroelectronics 的 VL53L5）用于相机自动对焦和增强现实应用。

何时使用红外接近传感器，何时使用 ToF

对于 通话时关闭屏幕 的任务，简单的二进制红外传感器就足够了 — 其成本为 0.10-0.30 美元，而 ToF 模块为 1-3 美元。ToF 传感器增加了精确的测距功能，但对于基本任务来说是多余的。在一些旗舰产品中（Samsung Galaxy S23 Ultra），使用结合两种技术的组合模块。

Android 中传感器的编程访问

Android 通过 Sensor.TYPE_PROXIMITY 提供对接近传感器的访问。API 的特点是传感器只返回两个实际有效的值：0（物体靠近）和没有物体时的最大范围值（通常为 5-10 厘米）。内部算法隐藏了信号的模拟特性。

使用传感器的特点

传感器的 二进制特性 意味着应用程序无法获得到物体的精确距离 — 只能获得敏感区域内是否存在障碍物的事实。这是硬件限制。要获得更精确的测量，请使用 ToF 传感器（如果可用）通过标准 TYPE_PROXIMITY API，但在具有 ToF 的设备上，它返回模拟值。

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
)

唤醒锁和电源管理

注册接近传感器时，如果应用程序需要在屏幕关闭时继续工作（例如通话录音），使用 SCREEN_OFF_WAKE_LOCK 很重要。没有唤醒锁，CPU 可能会进入休眠模式，传感器数据将停止传入。SENSOR_DELAY_UI（200 毫秒）标志对于大多数场景来说足够。

接近传感器在应用程序中的应用

虽然传感器的主要功能是 通话时关闭屏幕，但开发人员发现了更创造性的用途。Glimmer 应用程序使用接近传感器通过手在屏幕前的运动切换歌曲 — 挥动手掌跳过歌曲。电池充电不受影响：传感器的功耗仅为 0.3-0.7 毫安。

• 自动应答和通话录音 — 应用程序检测到手机靠近耳朵时激活扬声器或录音。
• 口袋模式 — 手机在口袋时锁定屏幕并关闭振动。传感器每 1-2 秒轮询一次。
• 靠近预览 — 在图库应用程序中，将手靠近屏幕会显示隐藏的控制元素。
• 非接触式控制游戏 — 简单游戏，手在传感器前的运动替代按钮按压。

问题和限制

接近传感器的主要问题是使用保护玻璃和外壳时的 误读。一些制造商（Google Pixel 8，2023 年）使用超声波接近传感器代替红外 — 它可以通过任何保护玻璃和任何厚度的屏幕工作，但精度较低且延迟较大（高达 100 毫秒）。厚玻璃（超过 0.5 毫米）会散射红外辐射，导致持续触发。解决方案 — 使用带有传感器精确切口的外壳。第二个缺点 — 无法通过具有可变透明度的 OLED 屏幕（屏下传感器）工作。

屏下接近传感器

2024-2025 年，制造商开始采用 屏下接近传感器，从而将智能手机的上边框缩小到 1-2 毫米。第一款采用屏下接近传感器的量产设备是 Xiaomi 14 Ultra（2024 年），随后是 OnePlus 12 和 Samsung Galaxy S25。该技术使用波长为 940 纳米的红外辐射，可部分穿过 OLED 屏幕的像素。根据 Samsung Display 技术白皮书（2024 年），OLED 对红外辐射的透明度为 15-25% — 足以在屏幕亮度高达 600 坎德拉/平方米时使传感器工作。在更高亮度下，矩阵对红外变得不透明，传感器需要关闭背光 1-2 帧进行测量。

接近传感器的软件模拟

在 Android 上开发应用程序时，模拟器不支持接近传感器 — 需要 通过软件模拟。在物理设备上进行调试时，可以使用 adb 命令：adb shell sendevent /dev/input/eventX 以及相应的 ABS_MT_TOUCH_MAJOR 代码。要在测试中模拟通话期间关闭屏幕，请使用 SensorManager 和 mock 对象，该对象在调用 onSensorChanged 时返回值 0。

测试接近传感器

要在 Android 设备上检查接近传感器，请打开电话应用程序，拨打 *#0*#（在 Samsung 上）并选择传感器选项。将手指靠近屏幕顶部时，传感器值应从 «Far» 变为 «Near»。如果传感器没有反应 — 擦拭屏幕顶部并检查是否有保护玻璃覆盖传感器。在 iPhone 上，通过设置中的系统诊断进行检查。