超小型VCSEL*反射式光電傳感器的應(yīng)用潛力

~以“點(diǎn)”的形式使用VCSEL發(fā)光器件，實(shí)現(xiàn)超小型、高指向性的檢測(cè)方案~

反射式光電傳感器是一種利用光的反射來(lái)檢測(cè)物體有無(wú)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(lái)說(shuō)，反射式光電傳感器多被用于開(kāi)關(guān)用途，但如果能夠?qū)⑵涮匦愿行У乩闷饋?lái)，那么這類器件還有很大的應(yīng)用潛力。本文將會(huì)介紹這種光學(xué)器件的最新信息，并探討其未來(lái)的發(fā)展前景。

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

以往多用于通信領(lǐng)域，近年來(lái)也被用于感測(cè)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(lái)檢測(cè)位置的器件。通常，這種器件被用于開(kāi)關(guān)用途。近年來(lái)，受新冠疫情等的影響，市場(chǎng)對(duì)于操作過(guò)程中無(wú)需接觸的相關(guān)應(yīng)用的需求不斷擴(kuò)大。在我們的日常生活中，無(wú)需接觸即可測(cè)量體溫的體溫計(jì)、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(yùn)用于智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備等應(yīng)用，比如通過(guò)接近檢測(cè)功能，控制手機(jī)液晶屏幕的亮屏息屏；通過(guò)脫戴檢測(cè)功能，檢測(cè)可穿戴設(shè)備的穿戴和脫下；在開(kāi)和關(guān)之間進(jìn)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(kāi)始大顯身手。過(guò)去，在開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，通常使用簡(jiǎn)單的機(jī)械開(kāi)關(guān)或者磁性開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)和關(guān)的控制。但是近年來(lái)，隨著工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化和無(wú)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(kāi)始嶄露頭角。

與機(jī)械開(kāi)關(guān)和磁性開(kāi)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(xì)小的位置或狹窄的位置配備開(kāi)關(guān)功能，或者需要在狹窄的場(chǎng)所乃至幾乎沒(méi)有空間的場(chǎng)所配備物體檢測(cè)功能，那么反射式光電傳感器可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

另外，光學(xué)開(kāi)關(guān)有數(shù)字式開(kāi)關(guān)和模擬式開(kāi)關(guān)兩種。模擬式開(kāi)關(guān)雖然操作困難，但具有設(shè)計(jì)靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，而數(shù)字式開(kāi)關(guān)則設(shè)計(jì)靈活性有限，但具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

3．反射式光電傳感器在開(kāi)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(kāi)關(guān)”這一單一用途。通過(guò)設(shè)計(jì)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(cè)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(lái)檢測(cè)“有/無(wú)”之外，還可以用來(lái)檢測(cè)“黑/白”。在工業(yè)領(lǐng)域，反射式光電傳感器還被用于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)等應(yīng)用。

4．ROHM開(kāi)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(shí)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(kāi)發(fā)出超小型反射式光電傳感器“RPR-0720”。

（1） RPR-0720的特點(diǎn)1VCSEL

反射式光電傳感器“RPR-0720”最大的特點(diǎn)就在于使用VCSEL作為發(fā)光器件。通常來(lái)說(shuō)，VCSEL多用于車(chē)載應(yīng)用等大型設(shè)備，所以很難買(mǎi)到低功率的VCSEL。ROHM利用可以自主生產(chǎn)VCSEL的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)以“點(diǎn)”的形式（而非“面”的形式）使用VCSEL發(fā)光器件，成功地開(kāi)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(huì)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(shí)現(xiàn)更高的檢測(cè)精度。

另外，通過(guò)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%。

（2） RPR-0720的特點(diǎn)2 無(wú)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(dòng)范圍更廣，支持的電壓范圍寬達(dá)2.7V～4.5V，因此無(wú)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(jìn)一步節(jié)省空間。正是因?yàn)榫邆溥@些特點(diǎn)，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(cè)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(jī)械開(kāi)關(guān)和磁性開(kāi)關(guān)。

比如，在位置狹窄或者空間受限的場(chǎng)所進(jìn)行物體的檢測(cè)、電機(jī)的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)等場(chǎng)景中，通過(guò)使用ROHM的超小型反射式光電傳感器，可以完成過(guò)去無(wú)法實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)需求，或者進(jìn)一步提升傳統(tǒng)檢測(cè)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(jìn)一步完善產(chǎn)品體系，滿足客戶的多樣化需求。