光距离传感器介绍-20171024

光距离传感器介绍一.光距离传感器分类二.光距离传感器工作原理三.光距离传感器结构设计规范四.光距离传感器失效问题分析方法目录一.光距离传感器分类2.1按功能分类1）可见光传感器，有调节背光功能传感器;2）接近传感器,有接近功能的传感器;3）颜色传感器，是在ALS传感器基础上改进，用来侦察环境的亮度，色彩，温度，采用软件调节的方式按检测到的环境色彩/色温来自动调节背光的亮度色彩效果，价格比ALS高近2倍；4）手势传感器，可定义依手势来控制屏幕的相应功能。2.2依封装方式分类分二合一和三合一传感器和四合一，五合一传感器二合一传感器：将环镜光+接近传感器二合为一三合一传感器：可见光+接近传感器+红外LED三合为一，与二合一传感器最大不同是内部集成了红外发射管,不需外部LED支持。四合一传感器，可见光+接近传感器+颜色传感功能+红外LED四合为一；五合一传感器,可见光+接近传感器+颜色传感功能+手势传感功能+红外LED五合为一。其中在手机上，目前比较常用的是三合一传感器，因为其有如下优点：LED功率比二合一外接LDE功率更容易控制;将发射、接收集成并设计最小化，设计安装更加没有空间的限制，对于结构部分要求也会简单;二合一传光感实际设计的时候需要重点考虑装入机构内之后的内部绕射的问题，而三合一传感器因内部已用不锈钢材质做了隔断，设计上主要考虑与TW安装的高度，但也因其一体化使得发射与接收之间的间距较近，实际安装外部隔离难以实施。二.光距离传感器工作原理光距离传感器应用在手机上作用：节能/保护视力/使背光亮度柔和/打电话时避免触膜错误,要实现此功能光传感器需有两大功能：ALS+PROX；2.1ALS原理：通过采集环境光的亮度，然后产生电流的变化，进行输出模拟信号，再转换为数据信号传输给主芯片来自动调节背光的亮度；ALS侦察的目的是这了识别当前环境亮度的情况，通过软件的设置值来自动调节LED功率从而控制其屏幕的背光亮度值，在不同环境下光传感器LED功率自动调节。2.2PROX原理：通过IRLED发射的红外线，穿透TW碰到物体，然后经物体反射，被IRSensor接受，Sensor将信息传给主芯片，进而控制LCD的亮和灭：三.光距离传感器结构设计规范3.1TW光感（IR）孔设计TW上IR孔径决定了发射与接收的区域大小，针对ALS部分很大情度上决定了ALS接收的角度，进而决定了接受光强的效果,见下面接受角度与接收光强的关系;针对Prox部分，表面开孔过小容易造成发射与接收角过小导致在隔断设计情况下功能死区情况。光感各供应商都对IR开孔有明确的要求，有的要求开成跑道型，有的要求开成圆形，具体还是按供应商的要求来定，在开模前要把设计好的图档发给器件供应商评估确认下；3.2TWIR孔透光率要求可见光部分透光率（以540nm为准）依15%±5%管控，从美观上考虑，为了从外观看sensor不明显，可见光部分占主导，经验证，可见光透光率设计在10%基本无法看到sensor在内部的情况。小于10%的透光率因油墨印刷工艺(公差+/-3%)的限制很难保持一致性，这样对于ALS的侦察一致性范围差异非常大。红外部分透光率(以850nm为准)需=75%，红外部分的透光率直接决定接近功能的实现，如果红外透过率差，表明内部绕射会比较严重;除此之外红外部分经过发射/接收二次衰减，整体接近透过率为实际透过率的平方，所以这个透过率越大越好。3.3TW玻璃(IR孔区域)的厚度要求一般TW玻璃(IR孔区域)厚度要求=1.0mm,过厚会对衰减红色光能量，也会加大内部绕射量;理想的TW玻璃(IR孔区域)厚度是确保0.5mmT≦0.7mm;如果项目使用的TW玻璃(IR孔区域)厚度超过1.0mm以上，需单独发给光感厂评估，做光学模拟后再做光感结构设计。3.4光感器件的装配3.4.1焊接在PCB板上再与壳体装配，也称COB设计方案1）这种情况一般硅胶套高度较高，组装时硅胶胶容易碰掉，壳料上光感开槽四周骨位要倒C0.2以上倒角;2）光感硅胶套与光感孔间隙(D2)为单边留=0.3mm,空间允许做到0.5mm以上。3.4.2焊接在FPC上再贴在光感支架，后与面壳装配1）这种方式来料为光感FPC，FPC装在光感支架上成一整体，后装到PCBA上，光感器支架定位柱与光感FPC定位孔配合间隙0.05mm;2）这种定位方式相对误差累积大，光感硅胶套与光感孔间隙(D2)为单边留=0.3mm,空间允许做到0.5mm以上。三.光距离传感器结构设计规范3.5光感器件的堆叠要求3.5.1光传感器周围不能放置其它发光体（如充电灯，信号灯位置），检查LCD其它发光体是否漏光对传感器的影响;指示灯与光感的中心距离要控制在3.0mm以上，避免空间过小导致密封结构不好做，致使指示灯光线漏到光感内，影响光感功能。三.光距离传感器结构设计规范3.5.2随着大屏手机越来越普及，这个距离尤其重要关注，否则会出现在使用过程中由于没被触动而亮屏现象，堆叠时光感所处位置以靠近听筒为原则，建议听筒与光感器中心距（C）不超过20mm；三.光距离传感器结构设计规范3.5.3当要求光感侦测距离为5~7cm时，TW下表面到光感器上表面距离D必须根据各供应商的要求选择；三.光距离传感器结构设计规范3.6光感硅胶套设计规范三.光距离传感器结构设计规范3.6.1光感套材质硅胶ZY-870A或KE971，油压模，硬度65~75，颜色黑色，并在2D图纸技术说明；3.6.2机构必须破孔让硅胶套完整露出与TW过盈配合，过盈量(D3)为0.15mm;3.6.3面壳与硅胶套的单边设计间隙单边=0.3mm(D2),空间允许做到0.5mm以上(有利于可靠性跌落测试防撞);3.6.4硅胶套内部五侧(内顶和周边四侧)和光感器零配,下表面到PCB(无论大板还是小板)或光感FPC距离保留0.15mm(D11);3.6.5Rubber按照sensor发射接收开孔位置中心点开双孔，双孔直径（接收孔D5、接收孔D6）开孔大小根据不同器件的规范要求，孔壁不做拔模角度；3.6.7光感器硅胶套中间隔墙厚度（D4）为根据各供应商要求确定；隔墙不做R角和拔模。3.6.8Rubber顶部与TW接触壁厚倒C角，减小接触面积，以防因过盈导致受力大TW翘起;3.6.9Rubber四周外墙胶厚0.4~0.5mm(D7)，但是需要考虑到Rubber的预压问题，建议在空间允许的情况下尽可能做厚一点;3.6.10硅胶套设计上要考虑装配方向防呆设计，防止组装时装反；3.6.11双孔区域和中间开槽区域(与光感发射与接收关联的视区内)不能有披锋和多胶、少胶、缩水不良，在2D图纸技术说明事项要强调；3.6.12硅胶套一模多穴，所有穴号要送测FAI尺寸报告；三.光距离传感器结构设计规范四.光距离传感器失效问题分析方法4.1整体分析（1）当发现光感失效问题时，总体上说：可从光感器本体/光感器贴片PCB或FPC焊接可靠性/TWIR孔透光率一致性/软件的设置合理性或版本一致性/硬件电源设计的稳定性/机构组装的差异性/光感硅胶套的差异性，组装是否漏装硅胶套或装反等方面上分析；（2）绝大部分是距离感失效，表现为一直“靠近”和一直“远离”，大多与硅胶套设计的合理性和软件参数设计的匹配性有关系，特别是由于硅胶套设计不合理导致内部绕射饱和情况较多；（3）如是光感器本体/光感器贴片PCB或FPC焊接可靠性问题都可以通过交叉验证测试出来；（4）如是TWIR孔透光率一致性问题可以通过送TW厂测试TW上IR孔的红外光和可见光透光率，看是否在设计规格内；（5）当祼机测试多次测量Crosstalk值差异很大时，甚至出现Crosstalk值为0或负数(内部值，但显示是0)时，就可能是硬件供电源设计电压不稳定问题，可以通过增加电阻/电容稳压方式改善；（6）当Crosstalk值很小或都是0时，有可能是硅胶套孔被堵或软件设计LED发射功率太小或设置的脉冲太小的原因；（7）当Crosstalk值很大大卡超过1000以上(饱和1023)时，有可能是内部绕射太大，需要增加硅胶套隔断或硅胶套中间开槽太深；也有可能是软件设计的LED发射功率太大或脉冲太大的原因，也有可能是硅胶套漏装了；（8）软件更新后需重启手机后进行光感校准才能重新测试，否则会出现软件与整机结构匹配性而有偏差导致部分功能失效。4.2光感结构&垫高设计分析4.2.1当光感器直接贴在PCB上时，注意检查支撑PCB的筋位或螺母高度是否有超差，要保证机构公差在+/-0.05mm;4.2.2当光感器采用垫高方案时，要检查每个垫高器件、FPC、背胶辅料的厚度和总厚度，注意管控每个重点尺寸公差，以防累积公差对光感器Airgap(D1)的影响；4.2.3光感器垫高支撑要可靠，不能存在装配后光感器下陷影响Airgap变化的风险；4.2.4如果TW抬高或下沉需要重评做Airgap变化后的光感结构设计；4.2.5由于光感硅胶套是依Airgap(D1)尺寸来设计的，所有结构上有影响D1尺寸的相关零件都要检查，如有变更，需要检查光感硅胶套设计是否要更改。四.光距离传感器失效问题分析方法4.3其它硬软件设定对光感功能实现的影响4.3.1硬件方面对Sensor供电电源的设计影响电压的稳定性，从而影响光感接收（采集信号）的准确度，也即是对光的接收或红外Crosstalk值判断误差；有单电源设计与双电源设计方式，单电源是指光感VDD(接收器)和LED（发射器）是共用电源，反之分开供电方式就是双电源，一般双电源设计电压稳定性高；采用两路分电压设计后，还是需要增加滤波电容，一般建议一大一小。四.光距离传感器失效问题分析方法4.3.2软件方面产品设计完成组装成整机后，PCB贴片焊接/组装/油墨涂层均存在一致性问题，从而必然后导致内部绕射的值不同，所以需要通过软件设置补偿方法保持功能正常，一般有如下几个关键参数可以校准：0e寄存器值（脉冲寄存器）的设定，结合电流设置和实际机构情况和油墨条件设定其LED脉冲个数，光感器内部配置有1~255个脉冲可选，一般情况会使用4,8,10,12，16，裸测时建议0x04或者0x08;电流一定的情况下，可以通过设置脉冲的值来调节LED发射的功率；0f寄存器值（控制寄存器）的设定，其决定了LED发射电流，Prox开启时使用的PD和Prox/ALS的增益值；目前有8种电流设置：12.5mA，25mA，50mA，100mA，和小电流12.5*1/9mA，25*1/9mA，50*1/9mA，100*1/9mA(只有二代Taos光感器才有小电流这个功能)；0x1e偏移寄存器值（Proxoffset寄存器）的设定，是对实际机构检测值Crosstalk偏大或偏小的情况下，通过设置偏移值增加或减少其Crosstalk值的补偿方式来达到开屏关屏的门限内;(只有二代Taos光感器有Proxoffset这个功能)；0x1e偏移寄存器值（Proxoffset寄存器）的设定能有效消除内部绕射，对保持整机一致性有帮助；如下几种软件设置和Prox校准方式供参考：非拨号校准：不加Rubber情况下的校准方式，这种条件下内部绕射较严重，建议使用较小的发射功率并增加offset设置(第一代传感器没offset功就不需要)；说明:依经验先固定LED发射小电流和脉冲相对较大点在0x12,而offset值是(0x1e)就是设置增加Crosstalk值，反之如offset值是(0x00)设置减少Crosstalk值;当参数配置好后，校准时采取的值在300~800门限内(这个也是软件依实际组装机构原来设定好的)，那么校准就成功，光感开屏关屏功能正常，反之采集的Croostalk值过大，就需重新设置参数，如降低LED工作脉冲等来降低发射功率。四.光距离传感器失效问题分析方法※经验总结※ThankYou!