光接近传感器介绍总结

1、主要内容主要内容l ALS/PS原理介绍原理介绍l 光传感器分类光传感器分类l capella（凌耀）（凌耀） 简介简介l 2in1 分离方案分离方案 和和3in1 模组方案比较模组方案比较l capella 推荐结构堆叠建议推荐结构堆叠建议l 常见问题分析常见问题分析l 黑色黑色/白色白色TP差异问题分析解决差异问题分析解决l 黑头发零距离问题现象与分析黑头发零距离问题现象与分析l Q&AALS/PS原理介绍原理介绍 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

2、 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 原理介绍原理介绍 光谱光谱 ALS光谱光谱&PS 光谱特性光谱特性ALS 原理介绍原理介绍 ALS ALS 原理介绍原理介绍 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

3、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 原理介绍原理介绍PS 原理介绍原理介绍 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

4、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。 光传感器分类光传感器分类1 按功能，按功能， 可分为可分为ALS,PS,UVS，RGB 等等2 按信号输出类型，可分为模拟输出，数字输出按信号输出类型，可分为模拟输出，数字输出3 按器件组合形式，一般可分为按器件组合形式，一般可分为 ALS，PS 2in1模组模组(PS+IRLED) ，2in1 分离分离 (ALS+PS) + IRLED

5、，3in1 模组模组(ALS+PS+IRLED)，4in1 模模组（组（ALS+PS+IRLED+GRB）等）等 capella（凌耀）（凌耀） 简介简介-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

6、之内并能确保芯 片大批量生产。 capella（凌耀）（凌耀） 简介简介2in1分离方案和分离方案和3in1 模组方案比较模组方案比较 在手机设计中，在手机设计中， 2in1 分离和分离和3in1模组是最常见的模组是最常见的2种形式种形式2in1分离方案和分离方案和3in1 模组方案比较模组方案比较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。2 3in1 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

7、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分离方案和分离方案和3in1

8、模组方案比较模组方案比较4 2in1 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

9、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 推荐结构堆叠建议推荐结构堆叠建议 方案方案 1 ALS 推荐型号：推荐型号： CM3232A3OG 2 2in1 分离分离 (ALS+PS) + IRLED 推荐型号：推荐型号： CM36283A3OP+ CM36521M3OB 3 3in1 模组模组(ALS+PS+IRLED)/ PS 2in1模组模组(PS+IRLED) 推荐型号：推荐型号： CM36682M3OE/CM36671M3OE 备注：备注： cm36682/cm36671 HW,ME p2p cm36682/cm366

10、71/cm36283 SW p2p CM3232 结构堆叠建议结构堆叠建议CM3232 结构堆叠建议结构堆叠建议DIMA=Tan30*DIMB*2参数：参数： DIMA：开孔尺寸大小 DIMB：感光点到TP上表面距离其他补充其他补充: 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

11、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.CM36283CM36521结构堆叠建议结构堆叠建议参数说明：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CM36283CM36521 结构堆叠建议结构堆叠建议Without LightpipeStructure

12、 reference， mm为单位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 结构堆叠建议结构堆叠建议C1=2.4mmH2=0.5-2mmD1=D2=1.5-1.8mmW1=0.6mm特点：用特点：用FPC 或者小板上抬，可最大程度减小布板面积或者小板上抬，可最大程度减小布板面积,替代替代3in1CM36283CM36521结构堆叠建议结构堆叠建议 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 结构堆叠建议结构堆叠建议 偏心设计说明偏心设计说明 CM36283 ALS/PS PD 接收中心位置接收中心位置 X轴 Y轴轴CM36283CM36521 结构堆叠建议结构堆叠建议 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

14、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结构堆叠建议结构堆叠建议油墨穿透率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结构堆叠建议结构堆叠建议 结构注意要点结构注意要点:1. 以上结构建议针对电容 TP2. 如果 TP 油墨Coating 位置有ITO 层,对两个器件中间的ITO 做切除

15、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 结构堆叠建议结构堆

16、叠建议参数备注：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 结构堆叠建议结构堆叠建议架起方式架起方式CM36682 结构堆叠建议结构堆叠建议 结构建议：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

17、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 结构堆叠建议结构堆叠建议放主板放主板Structure reference， mm为单位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 结构堆叠建议结构堆叠建议Rubber 设计建议：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 结构堆叠建议结构堆叠建议 油墨穿透率建议油墨穿透率建议 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； 说明：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 结构堆叠建议结构堆叠建议 油墨穿透率曲线油墨穿透率曲线CM36682 结构堆叠建议结构堆叠建议 油墨穿透率曲线油墨穿透率曲线常见问题分析常见问题分析打电话未靠近，直接灭屏打电话未靠近，直接灭屏 原因：说明模组

20、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

21、常见问题分析光感无功能光感无功能原因： 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 黑色黑色/白色白色TP差异问题分析解决差异问题分析解决通道通道 1通道通道 2通道通道 3黑色黑色/白色白色TP差异问题分析解决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

22、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. 基本原理分析基本原理分析黑色黑色/白色白色TP差异问题分析解决差异问题分析解决1 校准：产线校准阀

23、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

24、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解决方案黑色黑色/白色白色TP差异问题分析解决差异问题分析解决 两孔变跑道孔两孔变跑道孔白色白色TP 背面黑色油墨涂层直径减小背面黑色油墨涂层直径减小TP 背面贴黑色麦拉背面贴黑色麦拉黑色黑色/白色白色TP差异问题分析解决差异问题分析解决校准校验夹具校准校验夹具黑头发零距离问题现象与分析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黑头发零