Cảm biến quang học cũng được hưởng lợi từ công nghệ VCSEL
Công nghệ VCSEL được sử dụng trong nhiều cảm biến quang học và thích hợp cho các ứng dụng chiếu sáng trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, công nghiệp và ô tô.
Giới thiệu
Ưu điểm
Các lĩnh vực ứng dụng
Chức năng
Cảm biến quang học với laser VCSEL cho phép nhận diện 3D nâng cao
Nhiều ứng dụng quang học trong điện tử tiêu dùng, công nghiệp và lĩnh vực ô tô dựa trên cảm biến 3D phức tạp. Các giải pháp VCSEL lý tưởng như một nguồn sáng trong các cảm biến quang học và cho phép nhận diện 3D phức tạp theo cách này. Khi đó, các công nghệ cảm biến quang học khác nhau được sử dụng – ví dụ như Time-of-Flight (ToF), ánh sáng có cấu trúc và giao thoa tự trộn (SMI). Các công nghệ cảm biến quang học này dựa vào các nguồn sáng tiên tiến như VCSEL Arryas (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)) dựa trên laser để chiếu sáng cảnh quan hoặc đối tượng mục tiêu.
Cảm biến 3D đặt ra yêu cầu cao đối với laser VCSEL. Chúng phải đáp ứng hàng loạt các yêu cầu như vận hành xung cực ngắn, chiếu sáng tùy chỉnh (ví dụ: mẫu chấm), quét đồng nhất, dãy nguồn sáng ngẫu nhiên có thể định cấu hình, quang phổ hẹp để giảm tiếng ồn do ánh sáng mặt trời, độ tin cậy cao, số lượng lớn và chi phí thấp.
Laser VCSEL mang lại những ưu điểm gì cho cảm biến quang học?
Các giải pháp cảm biến dựa trên VCSEL hiện đại của TRUMPF mang đến nhiều ưu điểm so với các công nghệ thông thường như laser phát quang biên và đèn LED hồng ngoại:
Mức tiêu thụ năng lượng thấp
Mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu vài miliwat sẽ tối ưu hóa mức tiêu thụ pin trong các ứng dụng di động.
Chế độ xung cực nhanh
Thời gian tăng và giảm ngắn cho phép chế độ xung nhanh, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng ToF.
Tích hợp dễ dàng
Các tùy chọn vỏ bọc khác nhau từ các vỏ bọc SMD đến gói TO đảm bảo tích hợp sản phẩm dễ dàng và các chức năng bổ sung.
Chức năng được tăng cường
Các chức năng bổ sung trong VCSEL hiện đại, ví dụ như vi quang học hoặc đi-ốt quang tích hợp để xử lý tín hiệu bổ sung, hỗ trợ thu nhỏ và tăng cường chức năng cảm biến.
Các giải pháp được thiết kế riêng
Với nhiều thập kỷ dẫn đầu về công nghệ, TRUMPF luôn dựa vào các mối quan hệ khách hàng lâu dài và sự hỗ trợ cho các sản phẩm tiêu chuẩn và các giải pháp dành riêng cho khách hàng.
Cực kỳ đáng tin cậy
Trong quá khứ, VCSEL đã cho thấy những cải tiến đột phá về chức năng và độ tin cậy. Bạn đạt được tuổi thọ sản phẩm lâu dài trong phạm vi nhiệt độ lớn.
Cảm biến quang học được sử dụng ở đâu?
Cảm biến 3D, các cảm biến quang học và cảm biến hình ảnh với laser VCSEL được sử dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng. Ví dụ như bảo mật 3D sinh trắc học thế hệ tiếp theo, các ứng dụng đo lường và dò tìm công nghiệp hoặc lái xe tự động và LiDAR.
Cảm biến quang học cho ngành công nghiệp
Các ứng dụng cảm biến công nghiệp bao gồm từ đo oxy đến các bộ mã hóa quang học công nghiệp và đồng hồ nguyên tử. Các ví dụ khác bao gồm đo tốc độ, đo khoảng cách và đo độ sâu cũng như đo độ gần. Công nghệ VCSEL cung cấp các giải pháp cảm biến hiệu suất cao và đáng tin cậy cho các ứng dụng công nghiệp.
Các nhà sản xuất điện tử tiêu dùng là những người sử dụng chính của các ứng dụng cảm biến 3D. Ở đây, các cảm biến và khả năng quang học của chúng được sử dụng để nhận diện và quét khuôn mặt. VCSEL cung cấp khả năng chiếu sáng mạnh mẽ để hỗ trợ các công nghệ cảm biến quang học tiên tiến.
Trong lĩnh vực ô tô, số ứng dụng mới cho cảm biến 3D thế hệ tiếp theo vẫn tăng đều đặn. Trong đó bao gồm các xe tự hành có khả năng tự lái như LiDAR, hệ thống giám sát người lái và người ngồi trên xe cũng như hệ thống kiểm soát người lái.
Khi nhận diện vật thể, các công nghệ nhận diện quang học khác nhau như thời gian bay, ánh sáng có cấu trúc và giao thoa tự trộn được kết hợp với cảm biến 3D, tức là các cảm biến quang học với chức năng 3D. Các công nghệ này dựa vào nguồn sáng tiên tiến để chiếu sáng cảnh quan hoặc vật thể. Laser VCSEL được tạo sẵn cho nhiệm vụ này và được sử dụng trong các ứng dụng quang học quan trọng về quang tử cho thiết kế điện tử hiện đại.
Các công nghệ cảm biến quang học khác nhau
Direct ToF cho cảm biến khoảng cách
Direct Time of Flight (dToF) dựa trên một hệ thống chiếu sáng đang hoạt động. Trước tiên, một đi-ốt VCSEL phát ra ánh sáng laser (Photon) về phía mục tiêu. Ánh sáng bị phản xạ một phần bởi mục tiêu và cảm biến quang học (ToF) xác định thời điểm ánh sáng (photon) đến. Giá trị dToF được chuyển đổi thành khoảng cách bằng cách tính thời gian di chuyển của photon/2 x tốc độ ánh sáng. Độ phân giải là 1 mm.
Indirect ToF để đo độ sâu
Đối với Indirect Time of Flight (iToF), thời gian trễ của một xung ánh sáng không được đo, nhưng một laser VCSEL phát ra ánh sáng được điều biến liên tục và độ lệch pha giữa ánh sáng phát ra này và ánh sáng phản xạ được sử dụng để tính toán khoảng cách (gián tiếp, vì nó không dựa trên độ trễ mà dựa trên sự dịch chuyển pha giữa tín hiệu đi và tín hiệu đến). Nó được gọi là Continuous Wave (CW) Modulation, còn được gọi là độ lệch pha CW hoặc iToF.
Mẫu chấm được chiếu trên bề mặt. Do đó, đèn laser VCSEL chiếu sáng cảnh mục tiêu, cho phép cảm biến ghi lại sự biến dạng quan sát được và chuyển nó thành các thông tin về kích thước thứ ba của vật thể được chiếu sáng. Nhờ đó, có thể đạt được độ chính xác cực cao, điều này cần thiết cho một cảm biến hỗ trợ các ứng dụng quang học như nhận diện khuôn mặt.
Một điểm sáng được VCSEL chiếu vào một vật thể. Vật thể phân tán ánh sáng trở lại laser và giao thoa tùy thuộc vào pha. Công suất laser được điều biến bởi sự ghép ngược của vật thể. Công suất laser đã điều biến được đo bằng điốt quang tích hợp. Dòng laser đã điều biến có thể được sử dụng để đo đồng thời khoảng cách và tốc độ.
ViP hoặc VCSEL có điốt quang tích hợp là một công cụ chính cho công nghệ SMI.
Let's connect!
Bạn đã sẵn sàng nâng cảm biến quang học của mình lên một tầm cao mới chưa? Làm thế nào? Quý vị cứ hỏi chúng tôi!
