【设计规范】光距离传感器结构设计规范

随着智能手机的发展，光距离传感器也几乎成了标配，这个东西虽小，作用却不小，打电话时靠近灭屏，远离亮屏，节省电量；而结构设计方面的尺寸和配合对传感器的灵敏度有重要影响，下面就介绍下光距离传感器的工作原理和结构设计要求；
1.光传感器分类
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。
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。

2.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；
2.1 ALS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IR LED 发射的红外线，穿透TW 碰到物体，然后经物体反射，被IR Sensor接受，Sensor将信息传给主芯片，进而控制LCD的亮和灭：

3.光感结构设计规范
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（Taos/Avago/Liteon）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；
（一）        针对Taos/Avago/Liteon光感器TW IR开孔采用跑道型，开孔规格为：C*B=4.4*2.0mm;C和B公差依+/-0.1mm管控，位置尺寸公差依+/-0.15mm管控。

（二）        针对TXC器件，如采用跑道形规格为：C*B=3.0*2.0mm,  如做成单孔，孔径需>=Ф2.2mm ；

3.2 TW IR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。


3.3 TW 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0.5mm<T≦0.7mm; 目前我司常中的TW 玻璃是0.5mm, 0.55mm和0.7mm，基本上满足下面的设计规范要求；
TW玻璃 (IR孔区域)厚度在0.7mm<T≦1.0mm情况下，如用TXC光感器件时，需单独发3D给原厂做光学模拟分析；如用TAOS、AVAGO和LITEON器件仅需调整双孔直径到1.45~1.5mm则可；
   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(如图九);
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。

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。

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；

3.5.3  当使用TAOS/Avago器件并且光感侦测距离为5~7cm时，TW下表面到光感器上表面距离D1必须确保0≤D1≦3.5mm；
3.5.4  当使用Liteon器件并且光感侦测距离为5~7cm时，TW下表面到光感器上表面距离D1必须确保0.7≤D1≦2.0mm,
3.5.5  当使用TXC器件并且光感侦测距离为5~7cm时，TW下表面到光感器上表面距离D1必须确保0.5≤D1≦1.5mm,
3.5.6 超出以上光感器堆叠的Airgap(D1)值时, 请采用垫高小板方案(统一用标准厚度2mm，外形尺寸比光感器单边大0.3~0.5mm)或者通过结构光感支架垫高等结方案设计。

3.6光感硅胶套设计规范

   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；
   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;
   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);
   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);
   Rubber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；
   针对Taos/Avago光感器硅胶套中间隔墙厚度（D4）为0.8mm；隔墙不做R角和拔模。
   针对Liteon/TXC光感器件硅胶套中间隔墙厚度（D4）依Airgap和双孔大小不同而改变 (由于发射与接收孔径的中心距差异），详细（参考图十六)依D8值而变化；
   Rubber 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;
    Rubber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;
    针对Tao/Avago/Liteon光感器，由于其发射与接收孔为非对称关系，硅胶套设计上要考虑装配方向防呆设计，防止组装时装反；而使用TXC器件则不需要防呆设计；
    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；
    硅胶套一模多穴，所有穴号要送测FAI尺寸报告；
    同一项目建议统一在一家开模生产，确保制造的一致性。
  增加中间开槽设计，开槽四周倒角统一R0.1，开槽深度、宽度公差依+/-0.1mm管控

以上介绍了光感的工作原理和一些设计规范，后续将介绍光感失效的分析方法；