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I sistemi a sensori ottici sfruttano la tecnologia VCSEL

La tecnologia VCSEL viene utilizzata in numerosi sensori ottici e si presta ad applicazioni di illuminazione nell'elettronica di intrattenimento, nell'industria e nel settore automotive.

I sensori ottici con laser VCSEL consentono un riconoscimento 3D avanzato

Molte applicazioni ottiche nell'elettronica di consumo, nell'industria e nel settore automobilistico si basano su complessi sistemi a sensori 3D. Le soluzioni VCSEL sono ideali come sorgente di luce nei sensori ottici, consentendo così persino dei riconoscimenti 3D complessi. Vengono utilizzate diverse tecnologie con sensori ottici, ad esempio il Time of Flight (ToF), la luce strutturata e l'interferometria automiscelante (SMI). Queste tecnologie con sensori ottici ricorrono a sorgenti di luce avanzate come gli array VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser) basati su laser per illuminare un ambiente o un oggetto target.

I sistemi a sensori 3D pretendono il massimo dai laser VCSEL. Devono soddisfare molteplici requisiti, come il funzionamento a impulsi ultracorti, l'illuminazione personalizzata (ad es. modello di punti), la scansione omogenea, gli array a sorgenti di luce casuale configurabili, lo spettro ristretto per la riduzione del rumore della luce solare, l'elevata affidabilità, i numeri alti di pezzi e i costi bassi.

Che vantaggi offrono i laser VCSEL per i sistemi a sensori ottici?

Le ultramoderne soluzioni per sensori basati su VCSEL di TRUMPF presentano molti vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali come i laser con emissione laterale dal bordo e i LED a infrarossi:

Bassa potenza elettrica assorbita

La minima potenza elettrica assorbita di pochi milliwatt ottimizza il consumo di batteria nelle applicazioni mobili.

Funzionamento a impulsi estremamente rapido

I tempi brevi di salita e discesa consentono un funzionamento a impulsi rapido, essenziale per le applicazioni ToF.

Facile integrazione

Diverse opzioni di alloggiamento, dagli SMD ai TO, garantiscono un'integrazione semplice del prodotto e ulteriori funzioni.

Maggiore funzionalità

Alcune funzioni aggiuntive nei moderni VCSEL come le microottiche integrate o i fotodiodi per l'ulteriore elaborazione di segnali supportano la miniaturizzazione e aumentano le funzionalità dei sensori.

Soluzioni su misura

Con una leadership tecnologica decennale TRUMPF si affida a lunghe relazioni con i clienti e al supporto sia per prodotti standard, sia per soluzioni personalizzate.

Estrema affidabilità

Già in passato i VCSEL hanno mostrato migliorie all'avanguardia in fatto di funzionalità e affidabilità. Raggiungono una lunga durata utile del prodotto in un ampio range di temperatura.

Dove sono impiegati i sistemi a sensori ottici?

I sistemi a sensori 3D, i sensori ottici e i sensori di immagini con laser VCSEL vengono impiegati in molti campi applicativi, come la sicurezza 3D biometrica di ultima generazione, le applicazioni di misurazione e rilevamento industriali, la guida autonoma e la tecnica LiDAR.

Sistemi a sensori ottici per l'industria

Le applicazioni con sensori industriali spaziano dalla misurazione di ossigeno ai codificatori ottici industriali e agli orologi atomici. Altri esempi sono la misurazione di velocità, distanza, profondità e prossimità. La tecnologia VCSEL offre soluzioni con sensori tanto affidabili quanto potenti per applicazioni industriali.

Sistemi a sensori 3D per consumer

I produttori di elettronica di intrattenimento sono importanti utenti di applicazioni con sensori 3D. Qui vengono impiegati sensori e le relative capacità ottiche, ad esempio per il riconoscimento e la scansione facciale. I VCSEL offrono delle potenti opzioni di illuminazione per supportare tecnologie con sensori ottici all'avanguardia.

Sistemi a sensori 3D per il settore automotive

Nel settore automotive è in costante aumento il numero di nuove applicazioni per i sistemi a sensori 3D di ultima generazione. Tra queste rientrano i veicoli autonomi con funzioni per circolare da soli come la tecnica LiDAR, il monitoraggio del conducente e del passeggero, e i sistemi di controllo del conducente.

Come funzionano i sistemi a sensori ottici?

Il rilevamento di oggetti richiede la combinazione di diverse tecnologie di riconoscimento ottico, tra cui il tempo di volo, la luce strutturata e l'interferometria automiscelante con sensori 3D, ovvero sensori ottici con funzioni 3D. Queste tecnologie si basano su una sorgente di luce avanzata per l'illuminazione di ambienti target o oggetti. I laser VCSEL servono a tal scopo e vengono impiegati in importanti applicazioni ottiche nella fotonica per il design dell'elettronica moderna.

Diverse tecnologie con sensori ottici

Time of Flight (ToF)

Direct ToF per i sensori di distanza

Il Direct Time of Flight (dToF) si basa su un sistema di illuminazione attivo. Innanzitutto un diodo VCSEL emette una luce laser (i fotoni) in direzione di un obiettivo. L'obiettivo riflette parzialmente la luce, mentre un sensore ottico (sensore ToF) determina il momento in cui arriva la luce (i fotoni). Il valore dToF viene convertito in una distanza calcolando il tempo di propagazione dei fotoni/2 x la velocità della luce. La risoluzione è pari a 1 mm.

Indirect ToF per il calibro di profondità

Durante l'Indirect Time of Flight (iToF) non si misura il ritardo di un singolo impulso di luce, bensì un laser VCSEL emette una luce modulata continua. Lo spostamento di fase tra questa luce emessa e la luce riflessa viene utilizzato per il calcolo della distanza (indirettamente, in quanto non si basa sul ritardo ma sullo spostamento di fase tra i segnali in uscita e in entrata). Si chiama modulazione a onda continua (Continuous Wave (CW) Modulation), nota anche come spostamento di fase a onda continua o iToF.

Luce strutturata

Un modello di punti viene proiettato su una superficie. La luce laser VCSEL illumina così un ambiente target permettendo a un sensore di rilevare la distorsione osservata e di convertirla poi in informazioni sulla terza dimensione dell'oggetto illuminato. La precisione estremamente alta raggiunta in questo modo è quella di cui un sensore ha bisogno per supportare delle applicazioni ottiche come il riconoscimento facciale.

Interferometria automiscelante (SMI)

Un VCSEL proietta un singolo punto di luce su un oggetto, che disperde la luce rimandandola indietro nel laser e interferisce in base alla fase. La retroazione dell'oggetto modula la potenza laser. Il fotodiodo integrato misura la potenza laser modulata. Un flusso laser modulato è utilizzabile per misurare contemporaneamente la distanza e la velocità.

Un ViP o VCSEL con fotodiodo integrato è uno strumento chiave per la tecnologia SMI.

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