光接近傳感器介紹總結

1、主要內容主要內容l ALS/PS原理介紹原理介紹l 光傳感器分類光傳感器分類l capella（凌耀）（凌耀） 簡介簡介l 2in1 分離方案分離方案 和和3in1 模組方案比較模組方案比較l capella 推薦結構堆疊建議推薦結構堆疊建議l 常見問題分析常見問題分析l 黑色黑色/白色白色TP差異問題分析解決差異問題分析解決l 黑頭發(fā)零距離問題現(xiàn)象與分析黑頭發(fā)零距離問題現(xiàn)象與分析l Q&AALS/PS原理介紹原理介紹 光傳感器基礎光電二極管,光電三極管： 在光的照射下，產生微小電流，電流大小隨光的強度大小而呈現(xiàn)線性的或非線性的變化 。根據(jù)光譜特性，光傳感器又可以ALS（ambient

2、 light sensor）, UVS（ultraviolet sensor ),RGB, PS（proximity sensor）等功能檢測，其中PS 又分為長距離以及短距離接近兩種。在手機,平板等消費類領域，主要為環(huán)境光ALS 以及短距離接近PS 光傳感器 ，下面我們重點討論這兩種原理以及應用。ALS/PS 原理介紹原理介紹 光譜光譜 ALS光譜光譜&PS 光譜特性光譜特性ALS 原理介紹原理介紹 ALS ALS 原理介紹原理介紹 ALS(ambient light sensor),又稱環(huán)境光傳感器，用來對環(huán)境光進行測量，對這種量級的光的測量是由光敏二極管進行的，通過放大，模數(shù)轉換

3、等處理，將光能量得到量化，通過BB，WLED dirver 控制調節(jié)，可使系統(tǒng)調整顯示屏亮度。如果所在區(qū)域光線較暗，就會減少背光，以節(jié)省電力，而且會給用戶舒適的體驗，反之如果在較亮區(qū)域，就會增加顯示屏背光亮度。環(huán)境光傳感器會仿照人眼對光感應的特性來設計，通常會選擇和人眼感應最接近的綠光頻譜波段作為參照，其中心波段為550nm。PS 原理介紹原理介紹PS 原理介紹原理介紹 接近傳感器可檢測紅外線信號。其主要檢測的是來自外部的紅外線LED 的信號。這個LED向上發(fā)出紅外光，當有物體接近傳感器的上方時，進入紅外 光的發(fā)射區(qū)域，有些紅外線會被反射回傳感器。接近傳感器中的光敏二極管會 接收該反射光。這使

4、系統(tǒng)能夠對正在接近的人或物做出反應，典型應用就是在 手機打電話過程中，當人臉靠近屏幕時，會自動滅屏，人臉離開時會自動亮起 ，這樣既可以節(jié)電又可以防止人臉觸碰而產生的誤操作。距離傳感器通常會采 取近紅外光譜波段來設計，如780nm，850nm.940nm 等。 光傳感器分類光傳感器分類1 按功能，按功能， 可分為可分為ALS,PS,UVS，RGB 等等2 按信號輸出類型，可分為模擬輸出，數(shù)字輸出按信號輸出類型，可分為模擬輸出，數(shù)字輸出3 按器件組合形式，一般可分為按器件組合形式，一般可分為 ALS，PS 2in1模組模組(PS+IRLED) ，2in1 分離分離 (ALS+PS) + IRLED

5、，3in1 模組模組(ALS+PS+IRLED)，4in1 模模組（組（ALS+PS+IRLED+GRB）等）等 capella（凌耀）（凌耀） 簡介簡介-1997年成立, 專注于光學產品及傳感器-公司位置 光學部分: U.S (Santa Clara, CA) 晶圓代工: 臺積電 TSMC 封裝廠: Lingsen 1973年成立,三菱電機技術/ Atmel,ST 封裝廠廠 特點: 對于以上ALS,PS，capella 品牌是通過COMS 工藝，將相應的光 敏二極管，放大器以及模數(shù)轉換等器件集成在芯片中, 晶元內部采用Filtron 專利以及測試端的O-trim專利，確保輸出一致性在+-10

6、之內并能確保芯 片大批量生產。 capella（凌耀）（凌耀） 簡介簡介2in1分離方案和分離方案和3in1 模組方案比較模組方案比較 在手機設計中，在手機設計中， 2in1 分離和分離和3in1模組是最常見的模組是最常見的2種形式種形式2in1分離方案和分離方案和3in1 模組方案比較模組方案比較1 3in1 體積小，可節(jié)約布板面積，擺放也會比較方便。 2IN1缺點是布板面 積大，不過在面積允許的情況下，研發(fā)可根據(jù)自身結構情況確定更加合理的 中心距以及擺放位置。2 3in1 正常建議是放在FPC 上，要求靠近TP lens 下表面，省掉中間擋墻 設計， 間隙正常要求控制在0.5以內。因每臺機

7、器的間隙差異性可能會不同 ，從而導致內部串光存在差異性，所以這種方式對整機結構以及組裝的一致 性要求更高，也會增加了FPC 和ZIF 連接器成本。 這種設計方式也有可能 需要做校準，對2in1形式，因無論什么結構情況都要求必須有擋墻設計， 所以如果客戶沒有明確要求，無需校準，只需要校驗功能即可。 3 擋墻設計防串光方面，2in1和3in1 如用rubber，如密封性得到保證， 效果沒有差異。 2in1除了rubber 之外，也可以使用成本低的黑色硬質泡 棉，因具有彈性，所以即便結構存在差異性，也仍然可以保證整個腔體的密 封性，從而可以有效控制串光的變化。 2in1分離方案和分離方案和3in1

8、模組方案比較模組方案比較4 2in1 主板上可以相對放置更深。以capella cm36283+cm36521 建議為例，在不加導光柱情況下, PCB到TP lens 下表面正?？梢缘?4.5mm ,3in1 在此情況下性能沒有保證5 數(shù)據(jù)輸出方面，capella的 PS 輸出值是在0-255 之間變化，針對結構的差異, 如間隙變化或者是黑色/白色TP等，數(shù)據(jù)變化沒有avago 3in1 那么大；閥值設置相對簡單. 6 ALS方面，由于3IN1 開孔較小，使得ALS 方向性很強，即ALS數(shù)據(jù)會 隨著方向的變化而改變很大，加大調試ALS 的難度。Capella 2in1形式 芯片cm36283表

9、面本身就是一塊玻璃面，可以增大ALS的接收面積,所以 ALS 的表現(xiàn)會優(yōu)于常用3IN1 形式。capella 推薦結構堆疊建議推薦結構堆疊建議 方案方案 1 ALS 推薦型號：推薦型號： CM3232A3OG 2 2in1 分離分離 (ALS+PS) + IRLED 推薦型號：推薦型號： CM36283A3OP+ CM36521M3OB 3 3in1 模組模組(ALS+PS+IRLED)/ PS 2in1模組模組(PS+IRLED) 推薦型號：推薦型號： CM36682M3OE/CM36671M3OE 備注：備注： cm36682/cm36671 HW,ME p2p cm36682/cm366

10、71/cm36283 SW p2p CM3232 結構堆疊建議結構堆疊建議CM3232 結構堆疊建議結構堆疊建議DIMA=Tan30*DIMB*2參數(shù)：參數(shù)： DIMA：開孔尺寸大小 DIMB：感光點到TP上表面距離其他補充其他補充: 1. 入射角度越大越好,客戶使用的方向性就沒有那么強,所以間隙盡可能 小，間隙建議不超過2.5mm, 如超過建議是加導光柱或架起. 2. 可見光傳感器的 周邊盡量不要放置其他發(fā)光體,如充電燈,信號燈，檢 查 LCD 側邊是否有漏光。 3. TP 透過率基本要求 550nm 透過率=15%，+-5% 一致性,越高 越好. 4. 由于CM36283 是一顆接近和可見

11、光二合一的傳感器, 在手機上的應用主要為了適應接近傳感器。但也有部分客戶也會只使用ALS 功能，只要能符合可見光傳感器的使用即可.CM36283CM36521結構堆疊建議結構堆疊建議參數(shù)說明：參數(shù)說明： C1 ：sensor ALS/PS PD 中心與IRLED 發(fā)射中心間距 H1 ：PCB至TP玻璃下表面距離（此處TP無ITO層） H2 ：sensor上表面至TP 玻璃下表面距離(sensor 高度為1.0mm，H1=H2+1) D1/D2: TP lens開孔直徑 W1： 中間擋墻寬度CM36283CM36521 結構堆疊建議結構堆疊建議Without LightpipeStructure

12、 reference， mm為單位C1=3.3-4.2mmH2=0-2.0mD1=D2=2.0-2.2mmW10.6mmH2=2-3.5mmD1=D2=2.2-2.4mmW10.6mmH23.5mmD1=D2=2.4-2.6mmW10.6mmCM36283CM36521 結構堆疊建議結構堆疊建議C1=2.4mmH2=0.5-2mmD1=D2=1.5-1.8mmW1=0.6mm特點：用特點：用FPC 或者小板上抬，可最大程度減小布板面積或者小板上抬，可最大程度減小布板面積,替代替代3in1CM36283CM36521結構堆疊建議結構堆疊建議 C1=3.3-4.2mmH2=3.5-4mD1=D2=

13、2.2-2.4mmW10.6mmH2=4-5.0mmD1=D2=2.4-2.6mmW10.6mmWith LightpipeCM36283CM36521 結構堆疊建議結構堆疊建議 偏心設計說明偏心設計說明 CM36283 ALS/PS PD 接收中心位置接收中心位置 X軸 Y軸軸CM36283CM36521 結構堆疊建議結構堆疊建議 CM36283 ALS/PS 接收中心與本體中心不在同一位置，中心接收點可設 于ALS PD 與PS PD 大致中間位置即可（紅色箭頭所標注).以芯片中心為原點 建立X,Y軸坐標，建議接收中心設于坐標在（0,0.4mm）的位置。以ALS/PS PD 中心設計，在接

14、收性能方面會有提升，特別是當PCB 距離TP下表面較深的情 況下,尤其需要注意。但性能的保證也是需要其他結構設計共同配合才可以完成, 如開孔大小,H2,油墨穿透率等。CM36283 3D偏心截圖CM36283+CM36521結構堆疊建議結構堆疊建議油墨穿透率建議油墨穿透率建議 ALS 550nm 油墨穿透率 =15%, +-5%一致性； PS 850nm 油墨穿透率 =75%, +-5%一致性； CM36283+CM36521結構堆疊建議結構堆疊建議 結構注意要點結構注意要點:1. 以上結構建議針對電容 TP2. 如果 TP 油墨Coating 位置有ITO 層,對兩個器件中間的ITO 做切除

15、處理. 擋墻必須與Coating 層緊密結合.擋墻材質使用不透紅外的材質.設計處理辦法有多種: a 中殼衍生到 PCB 表面,留空間隙使用泡棉填充.中殼與TP緊 密粘合,使用黑色雙面膠貼, 此種方式缺點是如前殼選擇白色 塑膠透光材質，TP與前殼之間容易串光，需做局部噴黑處理。 b. 中殼開長方形孔,放置”日”字形狀黑色高密度硬質泡棉或者 黑色Rubber套.Rubber上部與TP 接觸處的開孔大于lens 開孔直徑 0.1-0.2mm. 此方式最為常用且穩(wěn)定性高. 當間隙H2 大于3.5mm 時,通過將器件放置于FPC 上或小板或加導光柱是比 較好的解決辦法.CM36682 結構堆疊建議結構堆

16、疊建議參數(shù)備注：參數(shù)備注： C1 ：sensor ALS/PS PD 中心與IRLED發(fā)光中心間距 H1 ：PCB至TP玻璃下表面距離 H2 ：sensor上表面至TP 玻璃下表面距離(sensor 高度為1.1mm,H1=H2+1.1) D1/D2: TP lens開孔直徑 W1: rubber 中間擋墻 上表面寬度 W2： rubber 中間擋墻 下表面寬度CM36682 結構堆疊建議結構堆疊建議架起方式架起方式CM36682 結構堆疊建議結構堆疊建議 結構建議：結構建議： 1 當間隙大于0.3mm 時候，需要加裝rubber,以防內部串光過大 2 當間隙小于等于0.3mm時，信噪比能滿足

17、要求，可不加裝rubber, 但考慮實際組裝中存在公差，為確保內部串光一致性，仍建議加裝 rubber。 2 也可通過在FPC底部加泡棉的方式，使CM36682抬高，和TP 玻 璃下表面做到無間隙，這樣既不會因組裝公差碰壞，也可保證串 光一致性。 CM36682 結構堆疊建議結構堆疊建議放主板放主板Structure reference， mm為單位C1=2.6mmH1=H2+1.1H2=0-1mmD1=D2=1.6-2.0mmW1=0.4mm, W21.0mmH2=1-2mmD1=D2=2.0-2.2mmW1 =0.4mm, W21.0mmH2=2-3mmD1=D2=2.2-2.4mmW1

18、=0.4mm, W21.0mmCM36682 結構堆疊建議結構堆疊建議Rubber 設計建議：設計建議：器件放主板，間隙相對會偏大，rubber可建議做成圓錐形開孔，中間擋墻上表面寬度做成0.4mm,下表面寬度小于1.0mm，該設計可進一步增大開孔區(qū) 域并有利于減少光學死區(qū)面積 .2 當間隙2mm時，建議左邊 ALS+PS接收上方rubber開孔略大于右邊IRLED 發(fā)射上方rubber 開孔，建議大0.3-0.4mm，有利于性能接收，特別是ALS性能, 例如發(fā)射孔如開2.0mm，接收孔可開到2.3-2.4mm .CM36682 結構堆疊建議結構堆疊建議 油墨穿透率建議油墨穿透率建議 ALS

19、550nm 油墨穿透率 =15%, +-5%一致性； PS 940nm 油墨穿透率 =75%, +-5%一致性； 說明：說明： 經和萊寶，信利以及其他TP 廠商確認，油墨穿透率都為截止型，即從 800nm波段以上的穿透率數(shù)據(jù)都是平滑且緩慢變大的（見下圖藍色標記部分 ）。如TP廠家測試設備的檢測波段無法達到940nm, 建議仍是按照之前要求 850nm來管控油墨一致性即可。 CM36682 結構堆疊建議結構堆疊建議 油墨穿透率曲線油墨穿透率曲線CM36682 結構堆疊建議結構堆疊建議 油墨穿透率曲線油墨穿透率曲線常見問題分析常見問題分析打電話未靠近，直接滅屏打電話未靠近，直接滅屏 原因：說明模組

20、正常工作，但串光值大于軟件設定閾值分析：客戶手模組裝，導致串光 客戶TP未和機殼貼住或者未組裝rubber擋墻就做測試，導致串光 客戶擋墻部分使用機殼，機殼材質透紅外，如白殼，導致串光 客戶黑/白色兩種TP，黑色可以使用, 白色反射大，容易串光，打電話直接滅屏。2. 接近傳感器無功能接近傳感器無功能原因： 接近導致的反射能量沒有或低于軟件設定閾值分析： Sensor或LED損壞,虛焊（在FPC廠經常出現(xiàn))-在工作時,可使用數(shù)碼相機觀看 LED是否發(fā)光，發(fā)光表示正常。 Sensor離TP過遠&開孔不符合設計要求&不加導光柱 TP開孔油墨850nm/940nm穿透率過低常見問題分析

21、常見問題分析光感無功能光感無功能原因： 外界亮度變化，背光變化很小或不變分析：開孔處550nm油墨穿透率太低開孔過小光感太靈敏光感太靈敏原因：手機稍微變個方向，屏的亮度就變化分析 開孔過小&Sensor在內部較深處&無導光柱 導致指向性強 軟件無濾波或延時 黑色黑色/白色白色TP差異問題分析解決差異問題分析解決通道通道 1通道通道 2通道通道 3黑色黑色/白色白色TP差異問題分析解決差異問題分析解決紅外光的傳播途徑主要有三條，三條不同粗細的紅線按由粗到細設為通道1,2,3 通道1 為主途徑，依靠sensor 偵測IRLED 發(fā)射紅外，通過外界反射得到能量的高低來判斷物體接近或者

22、遠離. 通道2 為串光途徑，IRLED 發(fā)射的紅外通過TP 玻璃下表面和在ITO層或者空氣層下表面多次反射，會有紅外能量串入到sensor. 通道3 也為串光途徑，IRLED 發(fā)射的紅外會通過TP 玻璃上表面和TP coating 上表面多次反射后，串入sensor。這個串光是有必要的，當外界阻擋物十分靠近屏幕時，通道1主途徑會出現(xiàn)反射死區(qū)且逐步變大，從而導致反射能量變小，通道3途徑這個時候會變成解決此問題的輔助途徑。 從以上分析可見,比較基本的設計原則就是將2的途徑消除,保證1和3的途徑通暢. 基本原理分析基本原理分析黑色黑色/白色白色TP差異問題分析解決差異問題分析解決1 校準：產線校準閥

23、值或者根據(jù)初始串光值，校準閥值區(qū)間.開橢圓形跑道孔，打開中間絲印區(qū)域，必要時仍需校準。一般建議跑道孔方 式，相對簡單。3 在白色/黑色TP的 PS 數(shù)據(jù)差異性不大的前提下，選取適中閥值，放寬亮滅 屏距離標準，保證基本功能得以實現(xiàn)，當然這取決于終端客戶的接受度.TP 背面貼黑色麥拉，覆蓋白色TP 開孔的部分孔徑面積，減少PS能量發(fā)射 以及接收.就可操作性而言,此方法只適合做臨時措施所用. 減少白色TP的背面黑色油墨涂層的直徑，從而使得Sensor 接收到的反射能 量變小6 從實際經驗來看，器件與TP lens 間隙H2 越小時，黑色/白色TP 差異性 會相對越大。 建議適當變大H2，可以減少這種

24、差異性。在結構條件允許且 不影響正常性能的前提下，放置主板也是一種相對比較好的解決差異性辦法解決方案解決方案黑色黑色/白色白色TP差異問題分析解決差異問題分析解決 兩孔變跑道孔兩孔變跑道孔白色白色TP 背面黑色油墨涂層直徑減小背面黑色油墨涂層直徑減小TP 背面貼黑色麥拉背面貼黑色麥拉黑色黑色/白色白色TP差異問題分析解決差異問題分析解決校準校驗夾具校準校驗夾具黑頭發(fā)零距離問題現(xiàn)象與分析黑頭發(fā)零距離問題現(xiàn)象與分析 繼續(xù)從Page36 的原理圖上來分析,當阻擋物體很接近時,由于擋墻和開孔的問題,一定會存在光學的一次反射死區(qū),在此區(qū)域紅外反射的能量是無法正常到達sensor內部，特別是在反射物的反射率很低的時候,例如黑色頭發(fā)。當黑色頭發(fā)貼在TP上,出現(xiàn)反射能量迅速減少無法到達滅屏閥值的現(xiàn)象.這種我們稱之為黑頭發(fā)零距離問題. 從理論上分析,只要Sensor能夠測試到無阻擋時和黑色阻擋零距離時玻璃層反射的能量不同就可以實現(xiàn)判斷,但是如果僅僅提高Sensor的靈敏度,使可以偵測到差異,那么把零距離黑色物體阻擋時的能量作為閥值,那么由于這個能量值很小,所以會導致正常接近時很遠的時候就關屏，從而影響正常的亮滅屏功能 這個問題解決的關鍵在于結構上把玻璃層的一次反射途徑打開，同樣一次反 射途徑打開也會導致串光的增加，所以必須要在產線做校準 黑頭發(fā)零距離問題現(xiàn)象與分析黑頭發(fā)零