光接近传感器介绍总结.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,主要内容,ALS/PS,原理介绍,光传感器分类,capella,（凌耀）,简介,2in1,分离方案 和,3in1,模组方案比较,capella,推荐结构堆叠建议,常见问题分析,黑色,/,白色,TP,差异问题分析解决,黑头发零距离问题现象与分析,Q&A,ALS/PS,原理介绍,光传感器基础光电二极管,光电三极管：在光的照射下，产生微小电流，电流大小随光的强度大小而呈现线性的或非线性的变化。根据光谱特性，光传感器又可以,ALS,（,ambient light sensor,）,UVS,（,ultraviolet sensor),RGB,PS,（,proximity sensor,）等功能检测，其中,PS,又分为长距离以及短距离接近两种。在手机,平板等消费类领域，主要为环境光,ALS,以及短距离接近,PS,光传感器，下面我们重点讨论这两种原理以及应用。,ALS/PS,原理介绍,光谱,ALS,光谱,&PS,光谱特性,ALS,原理介绍,ALS,ALS,原理介绍,ALS(ambient light sensor),又称环境光传感器，用来对环境光进行测量，对这种量级的光的测量是由光敏二极管进行的，通过放大，模数转换等处理，将光能量得到量化，通过,BB,，,WLED dirver,控制调节，可使系统调整显示屏亮度。如果所在区域光线较暗，就会减少背光，以节省电力，而且会给用户舒适的体验，反之如果在较亮区域，就会增加显示屏背光亮度。环境光传感器会仿照人眼对光感应的特性来设计，通常会选择和人眼感应最接近的绿光频谱波段作为参照，其中心波段为,550nm,。,PS,原理介绍,PS,原理介绍,接近传感器可检测红外线信号。其主要检测的是来自外部的红外线,LED,的信号。这个,LED,向上发出红外光，当有物体接近传感器的上方时，进入红外,光的发射区域，有些红外线会被反射回传感器。接近传感器中的光敏二极管会,接收该反射光。这使系统能够对正在接近的人或物做出反应，典型应用就是在,手机打电话过程中，当人脸靠近屏幕时，会自动灭屏，人脸离开时会自动亮起,，这样既可以节电又可以防止人脸触碰而产生的误操作。距离传感器通常会采,取近红外光谱波段来设计，如,780nm,，,850nm.940nm,等。,光传感器分类,1,按功能，可分为,ALS,PS,UVS,，,RGB,等,2,按信号输出类型，可分为模拟输出，数字输出,3,按器件组合形式，一般可分为,ALS,，,PS 2in1,模组,(PS+IRLED),，,2in1,分离,(ALS+PS)+IRLED,，,3in1,模组,(ALS+PS+IRLED),，,4in1,模组（,ALS+PS+IRLED+GRB,）等,capella,（凌耀）,简介,1997,年成立,专注于光学产品及传感器,公司位置,光学部分,:U.S(Santa Clara,CA),晶圆代工,:,台积电,TSMC,封装厂,:Lingsen 1973,年成立,三菱电机技术,/Atmel,ST,封装,厂,特点,:,对于,以上,ALS,PS,，,capella,品牌是通过,COMS,工艺，将相应的光,敏二极管，放大器以及模数转换等器件集成在芯片中,晶元内部采用,Filtron,专利以及测试端的,O-trim,专利，确保输出一致性在,+-10,之内并能确保芯,片大批量生产。,capella,（凌耀）,简介,2in1,分离方案和,3in1,模组方案比较,在手机设计中，,2in1,分离和,3in1,模组是最常见的,2,种形式,2in1,分离方案和,3in1,模组方案比较,1 3in1,体积小，可节约布板面积，摆放也会比较方便。,2IN1,缺点是布板面,积大，不过在面积允许的情况下，研发可根据自身结构情况确定更加合理的,中心距以及摆放位置。,23in1,正常建议是放在,FPC,上，要求靠近,TP lens,下表面，省掉中间挡墙,设计，间隙正常要求控制在,0.5,以内。因每台机器的间隙差异性可能会不同,，从而导致内部串光存在差异性，所以这种方式对整机结构以及组装的一致,性要求更高，也会增加了,FPC,和,ZIF,连接器成本。这种设计方式也有可能,需要做校准，对,2in1,形式，因无论什么结构情况都要求必须有挡墙设计，,所以如果客户没有明确要求，无需校准，只需要校验功能即可。,3,挡墙设计防串光方面，,2in1,和,3in1,如用,rubber,，如密封性得到保证，,效果没有差异。,2in1,除了,rubber,之外，也可以使用成本低的黑色硬质泡,棉，因具有弹性，所以即便结构存在差异性，也仍然可以保证整个腔体的密,封性，从而可以有效控制串光的变化。,2in1,分离方案和,3in1,模组方案比较,42in1,主板上可以相对放置更深。以,capella cm36283+cm36521,建议为例，在不加导光柱情况下,PCB,到,TP lens,下表面正常可以到,4.5mm,3in1,在此情况下性能没有保证,5,数据输出方面，,capella,的,PS,输出值是在,0-255,之间变化，针对结构的差异,如间隙变化或者是黑色,/,白色,TP,等，数据变化没有,avago,3in1,那么大；阀值设置相对简单,.,6 ALS,方面，由于,3IN1,开孔较小，使得,ALS,方向性很强，即,ALS,数据会,随着方向的变化而改变很大，加大调试,ALS,的难度。,Capella 2in1,形式,芯片,cm36283,表面本身就是一块玻璃面，可以增大,ALS,的接收面积,所以,ALS,的表现会优于常用,3IN1,形式。,capella,推荐结构堆叠建议,方案,1 ALS,推荐型号：,CM3232A3OG,2 2in1,分离,(ALS+PS)+IRLED,推荐型号：,CM36283A3OP+CM36521M3OB,3 3in1,模组,(ALS+PS+IRLED)/PS 2in1,模组,(PS+IRLED),推荐型号：,CM36682M3OE/CM36671M3OE,备注：,cm36682/cm36671 HW,ME p2p,cm36682/cm36671/cm36283 SW p2p,CM3232,结构堆叠建议,CM3232,结构堆叠建议,DIMA=Tan30*DIMB*2,参数：,DIMA,：开孔尺寸大小,DIMB,：感光点到,TP,上表面距离,其他补充,:,1.,入射角度越大越好,客户使用的方向性就没有那么强,所以间隙尽可能,小，间隙建议不超过,2.5mm,如超过建议是加导光柱或架起,.,2.,可见光传感器的 周边尽量不要放置其他发光体,如充电灯,信号灯，检,查,LCD,侧边是否有漏光。,3.TP,透过率基本要求,550nm,透过率,=15%,，,+-5%,一致性,越高,越好,.,4.,由于,CM36283,是一颗接近和可见光二合一的传感器,在手机上的应用主要为了适应接近传感器。但也有部分客户也会只使用,ALS,功能，只要能符合可见光传感器的使用即可,.,CM36283,CM36521,结构堆叠建议,参数说明：,C1,：,sensor ALS/PS PD,中心与,IRLED,发射中心间距,H1,：,PCB,至,TP,玻璃下表面距离（此处,TP,无,ITO,层）,H2,：,sensor,上表面至,TP,玻璃下表面距离,(sensor,高度为,1.0mm,，,H1=H2+1),D1/D2:TP lens,开孔直径,W1,：中间挡墙宽度,CM36283,CM36521,结构堆叠建议,Without,Lightpipe,Structure reference,，,mm,为单位,C1=3.3-4.2mm,H2=0-2.0m,D1=D2=2.0-2.2mm,W10.6mm,H2=2-3.5mm,D1=D2=2.2-2.4mm,W10.6mm,H2,3.5mm,D1=D2=2.4-2.6mm,W10.6mm,CM36283,CM36521,结构堆叠建议,C1=2.4mm,H2=0.5-2mm,D1=D2=1.5-1.8mm,W1=0.6mm,特点：用,FPC,或者小板上抬，可最大程度减小布板面积,替代,3in1,CM36283,CM36521,结构堆叠建议,C1=3.3-4.2mm,H2=3.5-4m,D1=D2=2.2-2.4mm,W10.6mm,H2=4-5.0mm,D1=D2=2.4-2.6mm,W10.6mm,With Lightpipe,CM36283,CM36521,结构堆叠建议,偏心设计说明,CM36283 ALS/PS PD,接收中心位置,X,轴,Y,轴,CM36283,CM36521,结构堆叠建议,CM36283 ALS/PS,接收中心与本体中心不在同一位置，中心接收点可设,于,ALS PD,与,PS PD,大致中间位置即可（红色箭头所标注,).,以芯片中心为原点,建立,X,Y,轴坐标，建议接收中心设于坐标在（,0,0.4mm,）的位置。以,ALS/PS,PD,中心设计，在接收性能方面会有提升，特别是当,PCB,距离,TP,下表面较深的情,况下,尤其需要注意。但性能的保证也是需要其他结构设计共同配合才可以完成,如开孔大小,H2,油墨穿透率等。,CM36283 3D,偏心截图,CM36283+CM36521,结构堆叠建议,油墨穿透率建议,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,结构堆叠建议,结构注意要点,:,1.,以上结构建议针对电容,TP,2.,如果,TP,油墨,Coating,位置有,ITO,层,对两个器件中间的,ITO,做切除处理,.,挡墙必须与,Coating,层紧密结合,.,挡墙材质使用不透红外的材质,.,设计处理办法有多种,:,a,中壳衍生到,PCB,表面,留空间隙使用泡棉填充,.,中壳与,TP,紧,密粘合,使用黑色双面胶贴,此种方式缺点是如前壳选择白色,塑胶透光材质，,TP,与前壳之间容易串光，需做局部喷黑处理。,b.,中壳开长方形孔,放置”日”字形状黑色高密度硬质泡棉或者,黑色,Rubber,套,.Rubber,上部与,TP,接触处的开孔大于,lens,开孔直径,0.1-0.2mm.,此方式最为常用且稳定性高,.,当间隙,H2,大于,3.5mm,时,通过将器件放置于,FPC,上或小板或加导光柱是比,较好的解决办法,.,CM36682,结构堆叠建议,参数备注：,C1,：,sensor ALS/PS PD,中心与,IRLED,发光中心间距,H1,：,PCB,至,TP,玻璃下表面距离,H2,：,sensor,上表面至,TP,玻璃下表面距离,(sensor,高度为,1.1mm,H1=H2+1.1),D1/D2:TP lens,开孔直径,W1:rubber,中间挡墙 上表面宽度,W2,：,rubber,中间挡墙 下表面宽度,CM36682,结构堆叠建议,架起方式,CM36682,结构堆叠建议,结构建议：,1,当间隙大于,0.3mm,时候，需要加装,rubber,以防内部串光过大,2,当间隙小于等于,0.3mm,时，信噪比能满足要求，可不加装,rubber,但考虑实际组装中存在公差，为确保内部串光一致性，仍建议加装,rubber,。,2,也可通过在,FPC,底部加泡棉的方式，使,CM36682,抬高，和,TP,玻,璃下表面做到无间隙，这样既不会因组装公差碰坏，也可保证串,光一致性。,CM36682,结构堆叠建议,放主板,Structure reference,，,mm,为单位,C1=2.6mm,H1=H2+1.1,H2=0-1mm,D1=D2=1.6-2.0mm,W1=0.4mm,W2,1.0mm,H2=1-2mm,D1=D2=2.0-2.2mm,W1=0.4mm,W2,1.0mm,H2=2-3mm,D1=D2=2.2-2.4mm,W1=0.4mm,W2,1.0mm,CM36682,结构堆叠建议,Rubber,设计建议：,器件放主板，间隙相对会偏大，,rubber,可建议做成圆锥形开孔，中间挡墙上表面宽度做成,0.4mm,下表面宽度小于,1.0mm,，该设计可进一步增大开孔区,域并有利于减少光学死区面积,.,2,当间隙,2mm,时，建议左边,ALS+PS,接收上方,rubber,开孔略大于右边,IRLED,发射上方,rubber,开孔，建议大,0.3-0.4mm,，有利于性能接收，特别是,ALS,性能,例如发射孔如开,2.0mm,，接收孔可开到,2.3-2.4mm.,CM36682,结构堆叠建议,油墨穿透率建议,ALS 550nm,油墨穿透率,=15%,+-5%,一致性；,PS 940nm,油墨穿透率,=75%,+-5%,一致性；,说明：,经和莱宝，信利以及其他,TP,厂商确认，油墨穿透率都为截止型，即从,800nm,波段以上的穿透率数据都是平滑且缓慢变大的（见下图蓝色标记部分,）。如,TP,厂家测试设备的检测波段无法达到,940nm,建议仍是按照之前要求,850nm,来管控油墨一致性即可。,CM36682,结构堆叠建议,油墨穿透率曲线,CM36682,结构堆叠建议,油墨穿透率曲线,常见问题分析,打电话未靠近，直接灭屏,原因：说明模组正常工作，但串光值大于软件设定阈值,分析：,客户手模组装，导致串光,客户,TP,未和机壳贴住或者未组装,rubber,挡墙就做测试，导致串光,客户挡墙部分使用机壳，机壳材质透红外，如白壳，导致串光,客户黑,/,白色两种,TP,，黑色可以使用,白色反射大，容易串光，打电话直接灭屏。,2.,接近传感器无功能,原因：接近导致的反射能量没有或低于软件设定阈值,分析：,Sensor,或,LED,损坏,虚焊（在,FPC,厂经常出现,)-,在工作时,可使用数码相机观看,LED,是否发光，发光表示正常。,Sensor,离,TP,过远,&,开孔不符合设计要求,&,不加导光柱,TP,开孔油墨,850nm/940nm,穿透率过低,常见问题分析,光感无功能,原因：外界亮度变化，背光变化很小或不变,分析：,开孔处,550nm,油墨穿透率太低,开孔过小,光感太灵敏,原因：手机稍微变个方向，屏的亮度就变化,分析,开孔过小,&Sensor,在内部较深处,&,无导光柱 导致指向性强,软件无滤波或延时,黑色,/,白色,TP,差异问题分析解决,通道,1,通道,2,通道,3,黑色,/,白色,TP,差异问题分析解决,红外光的传播途径主要有三条，三条不同粗细的红线按由粗到细设为通道,1,2,3,通道,1,为主途径，依靠,sensor,侦测,IRLED,发射红外，通过外界反射得到,能量的高低来判断物体接近或者远离,.,通道,2,为串光途径，,IRLED,发射的红外通过,TP,玻璃下表面和在,ITO,层,或者空气层下表面多次反射，会有红外能量串入到,sensor.,通道,3,也为串光途径，,IRLED,发射的红外会通过,TP,玻璃上表面和,TP,coating,上表面多次反射后，串入,sensor,。这个串光是有必要的，当外界阻,挡物十分靠近屏幕时，通道,1,主途径会出现反射死区且逐步变大，从而导致反射,能量变小，通道,3,途径这个时候会变成解决此问题的辅助途径。,从以上分析可见,比较基本的设计原则就是将,2,的途径消除,保证,1,和,3,的途径通畅,.,基本原理分析,黑色,/,白色,TP,差异问题分析解决,1,校准：产线校准阀值或者根据初始串光值，校准阀值区间,.,开椭圆形跑道孔，打开中间丝印区域，必要时仍需校准。一般建议跑道孔方,式，相对简单。,3,在白色,/,黑色,TP,的,PS,数据差异性不大的前提下，选取适中阀值，放宽亮灭,屏距离标准，保证基本功能得以实现，当然这取决于终端客户的接受度,.,TP,背面贴黑色麦拉，覆盖白色,TP,开孔的部分孔径面积，减少,PS,能量发射,以及接收,.,就可操作性而言,此方法只适合做临时措施所用,.,减少白色,TP,的背面黑色油墨涂层的直径，从而使得,Sensor,接收到的反射能,量变小,6,从实际经验来看，器件与,TP lens,间隙,H2,越小时，黑色,/,白色,TP,差异性,会相对越大。建议适当变大,H2,，可以减少这种差异性。在结构条件允许且,不影响正常性能的前提下，放置主板也是一种相对比较好的解决差异性办法,解决方案,黑色,/,白色,TP,差异问题分析解决,两孔变跑道孔,白色,TP,背面黑色油墨涂层直径减小,TP,背面贴黑色麦拉,黑色,/,白色,TP,差异问题分析解决,校准校验夹具,黑头发零距离问题现象与分析,继续从,Page36,的原理图上来分析,当阻挡物体很接近时,由于挡墙和开孔的,问题,一定会存在光学的一次反射死区,在,此区域红外反射的能量是无法正常到达,sensor,内部，特别是在反射物的反射率很低的时候,例如黑色头发。,当,黑色头发,贴在,TP,上,出现反射能量迅速减少无法到达灭屏阀值的现象,.,这种我们称之为黑头,发零距离问题,.,从理论上分析,只要,Sensor,能够测试到无阻挡时和黑色阻挡零距离时玻璃层,反射的能量不同就可以实现判断,但是如果仅仅提高,Sensor,的灵敏度,使可以侦测,到差异,那么把零距离黑色物体阻挡时的能量作为阀值,那么由于这个能量值很小,所以会导致正常接近时很远的时候就关屏，从而影响正常的亮灭屏功能,这个问题解决的关键在于结构上把玻璃层的一次反射途径打开，同样一次反,射途径打开也会导致串光的增加，所以必须要在产线做校准,黑头发零距离问题现象与分析,以,CM36283+CM36521,为例，如希望解决黑头发零距离问题，要求如下,1,结构建议：,开跑道孔,H2=0.5-1.0mm(sensor,距离,TP,玻璃下表面间隙,);,C1=3.3-4.2mm,（,sensor,感光中心至,IRLED,发光中心）,;,D1=D2=2.0-2.2mm,（,TP,开孔直径）,;,W1=0.6-1.0mm,（中间挡墙宽度）,;,850nm,油墨穿透率,=75%;+-5%,一致性,;,2,软件校准建议,:,测试无阻挡时的,20,记录为,_,;,测试,%,黑卡在时的为,_,；,_,/,_,1.2,%,灰卡 时 设为,PS_,；,%,灰卡 时 设为,_,检查,_,_,黑头发零距离问题现象与分析,需要指出的，一般终端客户更关注的是人皮肤零距离，而非黑头发零距离。对,于人皮肤零距离，因皮肤反射率会远高于黑头发，所以按照我们建议的正常结构都,是可满足要求,.,从我们角度来看,黑头发零距离其实只是对,PS,标准界定的一种最高,要求,并不应该算是问题。我们可再回到,PS,功能要求本身，就可以更好理解这点。,由易到复杂，一般对,PS,有如下几种要求：,a,实现基本的亮灭屏功能即可，对亮灭屏距离不做具体要求，不出现人脸,零距离现象,.,b,对亮灭屏距离有要求，比如,26%,反射灰卡,3cm,灭屏，,5cm,亮屏,.,c,实现黑头发零距离功能,.,对,a,要求，如串光差异性很小，可通过固定阀值方法解决，一般是建议达,到,a,要求即可，大多数客户也是按照,a,要求来做；对,b,要求，必须要每一台机,器做产线校准，会增加产线时间以及成本，部分品牌客户的高端项目会有要求。,对,c,要求，软件校准流程复杂，结构,/,公差要求特别高，难度较大,极少有客户会,有明确要求。,综上所述，,capella,光距感一般只要按照推荐的正常结构设计即可，对于黑,头发零距离要求，除项目有特殊要求，不建议作为参照标准。,Q&A,Q&A,