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Les systèmes de capteurs optiques profitent de la technologie VCSEL

La technologie VCSEL intervient dans de nombreux capteurs optiques et est adaptée aux applications d'éclairage dans l'électronique grand public, l'industrie et le secteur automobile.

Les capteurs optiques avec lasers VCSEL permettent une détection 3D avancée

De nombreuses applications optiques dans les domaines de l'électronique grand public, de l'industrie et de l'automobile s'appuient sur des systèmes de capteurs 3D exigeants. Les solutions VCSEL sont idéales comme source lumineuse dans les capteurs optiques et permettent ainsi une reconnaissance 3D même complexe. Différentes technologies de capteurs optiques sont utilisées, telles que le temps de vol (ToF), la lumière structurée et l'interférométrie à rétro-injection optique (IRO). Les technologies de capteurs optiques s'appuient sur les sources lumineuses avancées comme les matrices VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) au laser, afin d'éclairer une scène ou un objet spécifique. 

Les systèmes de capteurs 3D imposent des exigences élevées aux lasers VCSEL, telles que le fonctionnement à impulsions ultracourtes, l'éclairage spécifique au client (p. ex. motifs de points), le balayage homogène, les matrices de sources lumineuses aléatoires et configurables, un spectre étroit pour la réduction du bruit de la lumière solaire, une grande fiabilité, des quantités importantes et des coûts réduits.

Quels avantages offrent les lasers VCSEL pour les systèmes de capteurs optiques ?

Les solutions de capteurs basés sur les VCSEL ultramodernes de TRUMPF offrent de nombreux avantages par rapport aux technologies conventionnelles comme les lasers à émission latérale et les LED à infrarouge :

Faible puissance absorbée

La puissance absorbée minimale de quelques milliwatts optimise la consommation de la batterie dans les applications mobiles.

Mode pulsé extrêmement plus rapide

Les temps de montée et de descente courts permettent un mode pulsé rapide, ce qui est essentiel pour les applications ToF.

Intégration aisée

Différentes options de boîtiers, des boîtiers SMD aux boîtiers TO, garantissent une intégration facile du produit et des fonctions supplémentaires.

Fonctionnalité augmentée

Des fonctions supplémentaires dans les VCSEL modernes, telles que les micro-optiques intégrées ou les photodiodes pour le traitement ultérieur du signal, soutiennent la miniaturisation et augmentent la fonctionnalité des capteurs.

Solutions sur mesure

Avec des décennies de maîtrise technologique, TRUMPF mise sur des relations à long terme avec ses clients et sur une assistance aussi bien pour les produits standard que pour les solutions spécifiques aux clients.

Extrêmement fiable

Déjà par le passé, les VCSEL ont démontré des améliorations révolutionnaires en ce qui concerne la fonctionnalité et la fiabilité. Ils permettent une longue durée de vie du produit dans une large plage de températures.

Où les systèmes de capteurs optiques sont-ils utilisés ?

Les systèmes de capteurs 3D, les capteurs optiques et les capteurs d'image avec lasers VCSEL sont utilisés dans de nombreux champs d'application. La sécurité biométrique 3D de nouvelle génération, les applications industrielles de mesure et de détection, la conduite autonome et le LiDAR sont des exemples de ces champs d'application.

Système de capteurs optiques pour l'industrie

Les applications industrielles des capteurs vont de la mesure de l'oxygène aux encodeurs optiques industriels et aux horloges atomiques. D'autres exemples sont la mesure de la vitesse, de la distance et de la profondeur ainsi que la mesure de proximité. La technologie VCSEL offre des solutions de capteurs à la fois fiables et performantes pour les applications industrielles.

Système de capteurs 3D pour grand public

Les fabricants d'électronique grand public sont des utilisateurs importants d'applications de capteurs 3D. Les capteurs et leurs capacités optiques y sont utilisés par exemple pour la reconnaissance et le balayage de visages. Les VCSEL offrent de puissantes possibilités d'éclairage pour les technologies de capteurs optiques avancées.

Système de capteurs 3D pour le secteur de l'automobile

Dans le secteur automobile, le nombre de nouvelles applications pour les systèmes de capteurs 3D de nouvelle génération augmente constamment. Il s'agit notamment des véhicules autonomes avec des fonctions d'auto-conduite comme le LiDAR, la surveillance du conducteur et des passagers ainsi que les systèmes de contrôle du conducteur.

Comment fonctionnent les systèmes de capteurs optiques ?

Lors de la détection d'objets, différentes technologies de reconnaissance optique telles que le temps de parcours de la lumière, la lumière structurée et l'interférométrie à rétro-injection optique sont combinées avec des capteurs 3D, c'est-à-dire des capteurs optiques avec fonctions 3D. Ces technologies reposent sur une source lumineuse avancée afin d'éclairer une scène ciblée ou un objet. Les lasers VCSEL sont prédestinés pour cette tâche et sont utilisés dans des applications optiques importantes dans la photonique pour la conception électronique moderne.

Différentes technologies de capteurs optiques

Temps de vol (ToF)

ToF direct pour les blocs détecteurs de distance

Le temps de vol direct (dToF) repose sur un système d'éclairage actif. Tout d'abord, une diode VCSEL émet une lumière laser (photons) en direction d'une cible. La lumière est en partie réfléchie depuis la cible et un capteur optique (capteur ToF) détermine le moment où la lumière (photons) arrive. La valeur dToF est convertie en une distance en calculant le temps de parcours des photons/2 x la vitesse de la lumière. La résolution est de 1 mm.

ToF indirect pour la mesure de profondeur 

Avec le temps de vol indirect (iToF), la temporisation d'une seule impulsion lumineuse n'est pas mesurée, en revanche un laser VCSEL émet une lumière modulée en continu et le déphasage entre cette lumière émise et la lumière réfléchie est utilisé pour le calcul de la distance (indirectement, car il ne repose pas sur la temporisation, mais sur le déphasage entre les signaux émis et reçus). Ce procédé est dénommé Continuous Wave (CW) Modulation, ou encore déphasage CW ou iToF.

Lumière structurée

Un motif de points est projeté sur une surface. La lumière laser VCSEL éclaire ainsi une scène ciblée et permet à un capteur de saisir la distorsion observée et de la transformer en informations sur la troisième dimension de l'objet éclairé. Une précision extrêmement élevée est ainsi atteinte, ce qui est nécessaire pour un capteur destiné à des applications optiques telles que la reconnaissance faciale. 

Interférométrie à rétro-injection optique (IRO)

Un point lumineux unique est projeté sur un objet par un VCSEL. L'objet renvoie la lumière dans le laser et interfère selon la phase. La puissance laser est modulée par la rétroaction de l'objet. La puissance laser modulée est mesurée par la photodiode intégrée. Un courant laser modulé peut être utilisé pour la mesure simultanée de la distance et de la vitesse.

Un ViP ou VCSEL avec photodiode intégrée est un instrument essentiel pour la technologie IRO.

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