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Sistemas de sensores ópticos se beneficiam da tecnologia VCSEL

A tecnologia VCSEL é utilizada em diversos sensores ópticos e é adequada para aplicações de iluminação nos sistemas eletrônicos de consumo, na indústria e no setor automotivo.

Sensores ópticos com lasers VCSEL permitem uma detecção 3D avançada

Diversas aplicações ópticas em eletrônica de consumo, no setor industrial e automotivo, são baseadas em sistemas de sensores 3D complexos. As soluções VCSEL são ideais como fonte de luz em sensores ópticos e permitem até mesmo a complexa detecção 3D. Para isso são usadas diferentes tecnologias de sensores ópticos – por exemplo, Time-of-Flight (ToF), luz estruturada e interferometria de automistura (SMI). Estas tecnologias de sensores ópticos são baseadas em fontes de luz avançadas, como matrizes VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) baseadas em laser, para iluminar um cenário ou um objeto alvo. 

Os sistemas de sensores 3D representam elevadas exigências para os lasers VCSEL. Eles precisam atender a requisitos abrangentes, como operação de pulso ultracurto, iluminação específica do cliente (por ex., modelo de pontos), digitalização homogênea, matrizes configuráveis de fontes de luz aleatórias, espectro estreito para reduzir o ruído da luz solar, alta confiabilidade, elevados números de peças e custos baixos.

Quais são as vantagens dos lasers VCSEL para sistemas de sensores ópticos?

As soluções de sensores altamente modernas da TRUMPF baseadas em VCSEL oferecem diversas vantagens em comparação a tecnologias convencionais, como lasers emissores de borda e LEDs infravermelhos:

Baixa absorção de potência

A absorção de potência mínima de alguns miliwatts otimiza o consumo da bateria em aplicações móveis.

Funcionamento por pulsos extremamente rápido

Tempos curtos de subida e descida permitem um funcionamento por pulsos rápido, decisivo para aplicações ToF.

Integração fácil

Diferentes opções de caixa, de SMD até TO, garantem uma integração fácil do produto e funções adicionais.

Funcionalidade aumentada

Funções adicionais em VCSELs modernos, como micro-óptica ou fotodiodos integrados para processamento de sinal adicional, suportam a miniaturização e aumentam a funcionalidade do sensor.

Soluções sob medida

Como líder de tecnologia com décadas de experiência, a TRUMPF aposta em relações de longo prazo e suporte ao cliente, tanto para produtos padrão quanto para soluções específicas do cliente.

Extremamente confiável

Os VCSEL já apresentaram melhorias inovadoras em termos de funcionalidade e confiabilidade no passado. Eles atingem uma longa vida útil de produto em uma ampla faixa de temperatura.

Onde são utilizados os sistemas de sensores ópticos?

Sistemas de sensores 3D, sensores ópticos e sensores de imagem com lasers VCSEL são utilizados em muitos campos de aplicação. Exemplos são a segurança 3D biométrica de última geração, aplicações industriais de medição e detecção ou a condução autônoma e LiDAR.

Sistema de sensores ópticos para a indústria

As aplicações de sensores industriais vão desde a medição de oxigênio até codificadores ópticos industriais e relógios atômicos. Exemplos são a medição de velocidade, distância e profundidade, assim como a medição de aproximação. A tecnologia VCSEL oferece soluções de sensores confiáveis e também potentes para aplicações industriais.

Sistema de sensores 3D para consumidores

Os fabricantes de sistemas eletrônicos de consumo são usuários importantes de aplicações de sensores 3D. Eles utilizam os sensores e seus recursos ópticos, por exemplo, para a digitalização e o detecção facial. Os VCSEL oferecem opções potentes de iluminação para suportar tecnologias avançadas de sensores ópticos.

Sistema de sensores 3D para o setor automotivo

No setor automotivo, a quantidade de novas aplicações para os sistemas de sensores 3D de última geração aumenta constantemente. Isso inclui veículos autônomos com recursos de direção autônoma, como LiDAR, monitoramento de motorista e ocupantes e sistemas de controle do motorista.

Como funciona o sistema de sensores ópticos?

Na detecção de objetos, diferentes tecnologias de detecção óptica, como tempo de voo da luz, luz estruturada e interferometria de automistura são combinadas com sensores 3D, ou seja, sensores ópticos com funções 3D. Estas tecnologias são baseadas em uma fonte de luz avançada, a fim de iluminar um cenário ou um objeto. Os lasers VCSEL foram concebidos para esta tarefa e são utilizados em aplicações ópticas importantes na fotônica para o design eletrônico moderno.

Diferentes tecnologias de sensores ópticos

Time of Flight (ToF)

Direct ToF para sistema de sensores de distância

O Direct Time of Flight (dToF) é baseado em um sistema de iluminação ativo. Primeiro, um díodo VCSEL emite luz laser (fótons) em direção a um alvo. A luz é parcialmente refletida pelo alvo e um sensor óptico (ToF) determina o momento em que a luz (fótons) chega. O valor dToF é convertido em uma distância, calculando o tempo de voo do fóton/2x a velocidade da luz. A resolução é de 1 mm.

Indirect ToF para a medição da profundidade 

No Indirect Time of Flight (iToF), não é medido o atraso de tempo de um pulso de luz individual, mas um laser VCSEL emite luz modulada continuamente, e a mudança de fase entre esta luz emitida e a luz refletida é usada para calcular a distância (indiretamente, porque não se baseia no atraso, mas na mudança de fase entre os sinais emitidos e recebidos). Isso é chamado de modulação de onda contínua (CW), também conhecido como mudança de fase CW ou iToF.

Luz estruturada

Um padrão de pontos é projetado sobre uma superfície. Assim a luz laser ilumina um cenário de destino, permitindo ao sensor capturar a distorção observada e convertê-la em informações sobre a terceira dimensão do objeto iluminado. Isso permite atingir uma precisão extremamente alta, necessária para que o sensor possa ser usado em aplicações ópticas como o reconhecimento facial. 

Interferometria de automistura (SMI)

Um ponto de luz individual é projetado por um VCSEL sobre um objeto. O objeto dispersa a luz de volta para o laser e interfere dependendo da fase. A potência laser é modulada pela retroação do objeto. A potência laser modulada é medida pelo fotodiodo integrado. Uma corrente laser modulada pode ser usada para a medição simultânea de distância e velocidade.

Um ViP ou VCSEL com fotodiodo integrado é um instrumento essencial para a tecnologia SMI.

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