Antwort mit KI erzeugt
Aufgabe a) Welche Aufgabe hat der Sensor?
Der Näherungssensor auf der Frontseite des iPhone hat primär die Aufgabe, während eines Telefongesprächs zu erkennen, wenn sich das Telefon nahe am Gesicht des Benutzers befindet. Auf diese Weise kann das iPhone automatisch das Display und die virtuelle Tastatur deaktivieren, um versehentliche Eingaben durch die Berührung mit dem Gesicht oder den Ohren zu vermeiden. Dies hilft nicht nur, unnötigen Batterieverbrauch zu reduzieren, sondern verhindert auch, dass während des Gesprächs ungewollt Apps geöffnet oder Einstellungen geändert werden.
Aufgabe b) Welches Wirkprinzip wurde seither benutzt?
Vor der Einführung des TOF (Time-of-Flight) Sensors in der iPhone 7 Generation wurden vorrangig kapazitive oder optische Sensoren für die Näherungserkennung verwendet. Das Grundprinzip dieser Sensoren beruht darauf, das Vorhandensein eines Objekts (wie z.B. eines menschlichen Gesichts) in unmittelbarer Nähe des Sensors zu erkennen. Kapazitive Sensoren nutzen die Veränderung des elektrischen Feldes, während optische Sensoren einfallendes Licht (oft von einer eigenen LED) nutzen, das von Objekten reflektiert wird, um die Nähe zu detektieren.
Aufgabe c) Das im Herbst 2016 vorgestellte iPhone 7 verfügt erstmals über einen TOF-Sensor als Näherungssensor. Wie groß ist die Laufzeit (\("time of flight"\)) eines Impulses bei einem Abstand von 1 cm?
Die Laufzeit \(t\) eines Impulses kann mit Hilfe der Formel
\(t = \frac{2d}{c}\)
berechnet werden, wobei \(d\) der Abstand zum Objekt (in diesem Fall 1 cm oder 0,01 m) und \(c\) die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (ungefähr \(3 \times 10^8\) m/s) ist. Da Licht in Luft annähernd die gleiche Geschwindigkeit wie im Vakuum hat, können wir diese für unsere Berechnung nutzen.
Einsetzen der Werte liefert:
\(t = \frac{2 \cdot 0,01 \text{ m}}{3 \times 10^8 \text{ m/s}} = \frac{0,02}{3 \times 10^8} \text{ s} = 6,67 \times 10^{-11} \text{ s}\)
Die Laufzeit eines Impulses bei einem Abstand von 1 cm beträgt also etwa \(6,67 \times 10^{-11}\) Sekunden oder 66,7 Pikosekunden.
Aufgabe d) Welchen Vorteil bietet TOF gegenüber dem bisherigen Wirkprinzip?
TOF-Sensoren bieten im Vergleich zu kapazitiven oder optischen Näherungssensoren mehrere Vorteile:
1.
Genauigkeit: TOF-Sensoren können Entfernungen mit einer sehr hohen Genauigkeit messen, da die Zeitmessung von Lichtimpulsen sehr präzise erfolgen kann. Dies führt zu einer verbesserten Performance bei der Erkennung der Nähe des Gesichts zum Gerät.
2.
Unabhängigkeit von Umgebungslicht: Während optische Sensoren durch starke Lichtquellen in der Umgebung beeinflusst werden können, sind TOF-Sensoren gegen solche Schwankungen weitestgehend unempfindlich, da sie ihre eigenen Lichtimpulse nutzen und die Laufzeit messen.
3.
3D-Mapping: TOF-Sensoren können aufgrund ihrer Fähigkeit, exakte Entfernungen zu messen, auch genutzt werden, um detailreiche 3D-Karten der Umgebung zu erstellen. Dies kann für weitere Anwendungen wie verbesserte Augmented Reality (AR) Erlebnisse genutzt werden.
4.
Effizienz: Aufgrund der präzisen und schnellen Messung können TOF-Sensoren effizienter in Bezug auf Energieverbrauch und Rechenleistung sein, als traditionelle Näherungssensormethoden.
