VCSELテクノロジーがもたらす光センサー

VCSELテクノロジーは、数多くの光センサーに使用されており、家電、産業、自動車分野でのライティングアプリケーションに適しています。

はじめに

メリット

応用分野

仕組み

VCSELレーザを用いた光センサーで高度な3次元検出

家電、産業、自動車分野での多くの光学アプリケーションは、高度な3Dセンサーに基づいています。VCSELソリューションは、光センサーの光源として最適で、複雑な3次元検出も可能にします。タイムオブフライト (ToF)、構造化光、自己混合干渉 (SMI) など、さまざまな光学センサーテクノロジーが使用されています。これらの光センサーテクノロジーは、レーザベースの垂直共振器面発光レーザ（VCSEL）アレイなどの高度な光源を使って、シーンや目的物を照らします。

3D センサーは、VCSEL レーザに難しい課題を課します。超短パルスモード、カスタム照明（ドットパターンなど）、均質なスキャン、設定可能なランダム光源アレイ、太陽光ノイズを低減する狭スペクトル、高信頼性、大量生産、低コストなど、幅広い要求に答えなくてはなりません。

VCSELレーザは、光センサーにどのようなメリットをもたらすのでしょうか？

エッジ発光レーザや赤外線 LED などの従来のテクノロジーと比べ、TRUMPF の最先端の VCSEL ベースのセンサーソリューションには多くのメリットがあります。

少ない消費電力

数ミリワットという最小限の消費電力で、モバイルアプリケーションのバッテリー消費を最適化できます。

超高速パルスモード

立ち上がり、立ち下がり時間が短いため、ToFアプリケーションに重要な高速パルスモードが可能です。

簡単な統合

SMD から TO ハウジングまでのさまざまなハウジングオプションがあり、簡単に製品統合や追加機能が可能です。

機能性の向上

最新 VCSEL の追加機能 (統合されたマイクロ光学系やさらなる信号処理用のフォトダイオードなど) は、小型化をサポートし、センサー機能を向上します。

カスタマイズされたソリューション

数十年にわたって技術的なリーダーシップがあるTRUMPFは、標準製品とカスタムメイドのソリューションの両方において、長期的な顧客関係およびサポートを提供しています。

極めて高い信頼性

機能性と信頼性という点について、VCSEL にはすでに画期的な進歩がありました。広い温度範囲で長い製品寿命を実現します。

光センサーはどこに使われているのでしょうか？

VCSEL レーザを使用した 3D センサー、光センサー、イメージセンサーは、多くのアプリケーション分野で使用されています。例えば、次世代 3D 生体認証セキュリティ、産業用測定および検出アプリケーション、または自動運転と LiDAR があります。

産業用センサーのアプリケーシは、酸素測定から産業用光学エンコーダーや原子時計まで多岐にわたります。その他、速度/間隔測定、深さゲージや近接測定などがあります。VCSELテクノロジーは、産業用アプリケーションにおいて信頼性がある強力なセンサーソリューションです。

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家電メーカーは、3Dセンサーアプリケーションの重要なユーザーです。ここでは、センサーとその光学機能を利用して、例えば、顔の認識やスキャンを行います。VCSELは、高度な光センサーテクノロジーを支える強力な照明能力を備えています。

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自動車産業では、次世代3Dセンサーの新しいアプリケーションが着実に増えています。これには、LiDAR、ドライバーと同乗者のモニタリング、ドライバー制御システムなどの自動運転機能を備えた自動運転車などがあります。

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光学センサーはどのように機能しますか?

物体を検出する際には、タイムオブフライト、構造化光、自己混合干渉などさまざまな光検出テクノロジーと3Dセンサー、つまり3D機能を持った光センサーを組み合わせます。これらのテクノロジーでは、高度な光源を使用して、ターゲットシーンや物体を照らします。VCSELレーザは、この課題に適しており、現代のエレクトロニクス設計のためのフォトニクスにおける重要な光アプリケーションに使用されています。

さまざまな光センサーテクノロジー

タイムオブフライト（ToF)

Direct ToF 距離センサー

Direct Time of Flight (dToF) は、アクティブライティングシステムを基にしたものです。まず、VCSELダイオードはターゲットに向かってレーザ光（光子）を発信します。光はターゲットで一部反射し、光センサー（ToFセンサー）が光（光子）が到達する時間を判断します。dToF 値は、光子の移動時間/2 x 光の速度の計算から距離に変換されます。解像度は1 mmです。

デプスゲージにはIndirect ToF

Indirect Time of Flight (iToF)では、 1つの光パルスの遅延時間を測定するのではなく、VCSELレーザは連続的に変調された光を放出し、この放出光と反射光の位相差を距離計算に利用します（間接的と呼ばれるのは、遅延時間ではなく、出射信号と入射信号の位相差に基づいているからです）。これは連続波（CW）変調、またはCW位相シフト、iToFと呼ばれています。

構造光

点模様が表面に投影されます。VCSELレーザ光は、このような対象物を照らし、センサーが観測された歪みを把握し、照らされた対象物の3次元の情報に変換します。そのためかなり高精度に達成するので、顔認証などの光学アプリケーション用センサーに適応しています。

自己混合干渉テクノロジー (SMI)

VCSEL は、一つずつの光点を物体に投影します。物体は光をレーザに戻して散乱させ、位相に応じて干渉させます。レーザパワーは、オブジェクトからのフィードバックによって変調します。変調されたレーザパワーは、内蔵されたフォトダイオードで測定されます。変調されたレーザ電流を使用して、距離と速度を同時に測定できます。

フォトダイオード内蔵のViPやVCSELは、SMIテクノロジーの鍵となる機器です。