VCSEL技術(shù)在光電傳感器領(lǐng)域的新突破

反射式光電傳感器是一種利用光的反射來檢測物體有無的傳感器，其應(yīng)用非常廣泛。在可穿戴設(shè)備等與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的產(chǎn)品中，反射式光電傳感器的應(yīng)用不斷增加。但是，如果要更方便地將其應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域，則需要精度更高、響應(yīng)速度更快的反射式光電傳感器產(chǎn)品。一般來說，反射式光電傳感器多被用于開關(guān)用途，但如果能夠?qū)⑵涮匦愿行У乩闷饋?，那么這類器件還有很大的應(yīng)用潛力。本文將會介紹這種光學(xué)器件的最新信息，并探討其未來的發(fā)展前景。

*Vertical Cavity Surface Emitting Laser(垂直腔面發(fā)射激光器)的縮寫。

以往多用于通信領(lǐng)域，近年來也被用于感測系統(tǒng)發(fā)光單元的光源。

1.什么是反射式光電傳感器?

反射式光電傳感器是一種利用光的反射、主要用來檢測位置的器件。通常，這種器件被用于開關(guān)用途。近年來，受新冠疫情等的影響，市場對于操作過程中無需接觸的相關(guān)應(yīng)用的需求不斷擴大。在我們的日常生活中，無需接觸即可測量體溫的體溫計、只要伸手就能出水的水龍頭、零接觸的電梯按鈕等應(yīng)用不斷增多，這些應(yīng)用的核心器件就是反射式光電傳感器。

除此之外，反射式光電傳感器還被廣泛運用于智能手機和可穿戴設(shè)備等應(yīng)用，比如通過接近檢測功能，控制手機液晶屏幕的亮屏息屏;通過脫戴檢測功能，檢測可穿戴設(shè)備的穿戴和脫下;在開和關(guān)之間進行切換等。

2.反射式光電傳感器在工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

在工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域，反射式光電傳感器也開始大顯身手。過去，在開關(guān)應(yīng)用中，通常使用簡單的機械開關(guān)或者磁性開關(guān)進行開和關(guān)的控制。但是近年來，隨著工業(yè)設(shè)備的自動化和無人化程度的提升，性能優(yōu)異且支持高性能設(shè)備的反射式光電傳感器開始嶄露頭角。

與機械開關(guān)和磁性開關(guān)相比，反射式光電傳感器的封裝尺寸更小，所以如果需要在細小的位置或狹窄的位置配備開關(guān)功能，或者需要在狹窄的場所乃至幾乎沒有空間的場所配備物體檢測功能，那么反射式光電傳感器可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

另外，光學(xué)開關(guān)有數(shù)字式開關(guān)和模擬式開關(guān)兩種。模擬式開關(guān)雖然操作困難，但具有設(shè)計靈活性高的優(yōu)點，而數(shù)字式開關(guān)則設(shè)計靈活性有限，但具有操作簡單的優(yōu)點。

3.反射式光電傳感器在開關(guān)用途之外的眾多應(yīng)用方向

反射式光電傳感器的應(yīng)用并不僅僅局限于“開關(guān)”這一單一用途。通過設(shè)計創(chuàng)意，還可以用于更廣泛的領(lǐng)域，因此發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆１热?，利用血液中的血紅蛋白可以吸收紫外線這一性質(zhì)，反射式光電傳感器被廣泛用于測量脈搏和心率的應(yīng)用及設(shè)備中。此外，由于反射式光電傳感器能夠?qū)獾姆瓷淝闆r做出反應(yīng)，所以除了用來檢測“有/無”之外，還可以用來檢測“黑/白”。在工業(yè)領(lǐng)域，反射式光電傳感器還被用于電機的旋轉(zhuǎn)檢測等應(yīng)用。

4.ROHM開創(chuàng)的反射式光電傳感器的新應(yīng)用

以往的反射式光電傳感器通常使用LED作為發(fā)光器件。然而ROHM使用自主生產(chǎn)的比LED功耗更低、指向性更出色的VCSEL作為發(fā)光器件，同時還使用自主生產(chǎn)的數(shù)字輸出光電IC作為光接收器件，成功開發(fā)出超小型反射式光電傳感器“RPR-0720”。

RPR-0720的特點1?VCSEL

反射式光電傳感器“RPR-0720”最大的特點就在于使用VCSEL作為發(fā)光器件。通常來說，VCSEL多用于車載應(yīng)用等大型設(shè)備，所以很難買到低功率的VCSEL。ROHM利用可以自主生產(chǎn)VCSEL的優(yōu)勢，通過以“點”的形式(而非“面”的形式)使用VCSEL發(fā)光器件，成功地開發(fā)出非常適用于反射式光電傳感器的低功率VCSEL。它的光不會像LED那樣發(fā)散，因此相比以往的反射式光電傳感器，可以實現(xiàn)更高的檢測精度。

另外，通過優(yōu)化由光束發(fā)散角更窄的VCSEL和光電IC組成的模塊，大幅降低了產(chǎn)品的尺寸，相比使用LED作為發(fā)光器件的以往反射式光電傳感器，新產(chǎn)品的封裝面積減小了約78%。

RPR-0720的特點2 無需升壓電路

以往的反射式光電傳感器支持的電壓范圍通常為2.9V～3.6V，需要配置升壓電路和降壓電路。而ROHM的反射式光電傳感器由于使用的是VCSEL，驅(qū)動范圍更廣，支持的電壓范圍寬達2.7V～4.5V，因此無需配置升壓電路。

這不僅使反射式光電傳感器本身的體積更小，還可以削減用于升壓的外圍元器件數(shù)量，從而進一步節(jié)省空間。正是因為具備這些特點，ROHM的反射式光電傳感器產(chǎn)品可支持使用鋰離子電池(2.7V)，因而非常適用于需要脫戴檢測的可穿戴設(shè)備和小型電子設(shè)備。

5.VCSEL反射式光電傳感器在工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

除了可穿戴設(shè)備之外，ROHM也在積極研究將這種采用了VCSEL的超小型反射式光電傳感器用于工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域，以取代傳統(tǒng)的機械開關(guān)和磁性開關(guān)。

比如，在位置狹窄或者空間受限的場所進行物體的檢測、電機的旋轉(zhuǎn)檢測等場景中，通過使用ROHM的超小型反射式光電傳感器，可以完成過去無法實現(xiàn)的檢測需求，或者進一步提升傳統(tǒng)檢測方式的便利性。

目前，除了數(shù)字式的RPR-0720之外，ROHM還在研發(fā)模擬式的新產(chǎn)品，以進一步完善產(chǎn)品體系，滿足客戶的多樣化需求。