|
~以“點”的形式使用VCSEL發光器件，實現超小型、高指向性的檢測方案~ 作者：羅姆（ROHM 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，其應用非常廣泛。在可穿戴設備等與我們日常生活密切相關的產品中，反射式光電傳感器的應用不斷增加。但是，如果要更方便地將其應用于工業設備等領域，則需要精度更高、響應速度更快的反射式光電傳感器產品。一般來說，反射式光電傳感器多被用于開關用途，但如果能夠將其特性更有效地利用起來，那么這類器件還有很大的應用潛力。本文將會介紹這種光學器件的最新信息，并探討其未來的發展前景。 *Vertical Cavity Surface Emitting Laser（垂直腔面發射激光器）的縮寫。 以往多用于通信領域，近年來也被用于感測系統發光單元的光源。 
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應用的需求不斷擴大。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用不斷增多，這些應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備等應用，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，檢測可穿戴設備的穿戴和脫下；在開和關之間進行切換等。 2．反射式光電傳感器在工業設備領域的應用 在工業設備領域，反射式光電傳感器也開始大顯身手。過去，在開關應用中，通常使用簡單的機械開關或者磁性開關進行開和關的控制。但是近年來，隨著工業設備的自動化和無人化程度的提升，性能優異且支持高性能設備的反射式光電傳感器開始嶄露頭角。 與機械開關和磁性開關相比，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揮其優勢。
另外，光學開關有數字式開關和模擬式開關兩種。模擬式開關雖然操作困難，但具有設計靈活性高的優點，而數字式開關則設計靈活性有限，但具有操作簡單的優點。 3．反射式光電傳感器在開關用途之外的眾多應用方向 反射式光電傳感器的應用并不僅僅局限于“開關”這一單一用途。通過設計創意，還可以用于更廣泛的領域，因此發展潛力非常大。比如，利用血液中的血紅蛋白可以吸收紫外線這一性質，反射式光電傳感器被廣泛用于測量脈搏和心率的應用及設備中。此外，由于反射式光電傳感器能夠對光的反射情況做出反應，所以除了用來檢測“有/無”之外，還可以用來檢測“黑/白”。在工業領域，反射式光電傳感器還被用于電機的旋轉檢測等應用。
4．ROHM開創的反射式光電傳感器的新應用 以往的反射式光電傳感器通常使用LED作為發光器件。然而ROHM使用自主生產的比LED功耗更低、指向性更出色的VCSEL作為發光器件，同時還使用自主生產的數字輸出光電IC作為光接收器件，成功開發出超小型反射式光電傳感器“RPR-0720”。 ① 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作為發光器件。通常來說，VCSEL多用于車載應用等大型設備，所以很難買到低功率的VCSEL。ROHM利用可以自主生產VCSEL的優勢，通過以“點”的形式（而非“面”的形式）使用VCSEL發光器件，成功地開發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那樣發散，因此相比以往的反射式光電傳感器，可以實現更高的檢測精度。
另外，通過優化由光束發散角更窄的VCSEL和光電IC組成的模塊，大幅降低了產品的尺寸，相比使用LED作為發光器件的以往反射式光電傳感器，新產品的封裝面積減小了約78%。
② 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量，從而進一步節省空間。正是因為具備這些特點，ROHM的反射式光電傳感器產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備和小型電子設備。
5．VCSEL反射式光電傳感器在工業設備領域的應用 除了可穿戴設備之外，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設備領域，以取代傳統的機械開關和磁性開關。 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的檢測需求，或者進一步提升傳統檢測方式的便利性。
目前，除了數字式的RPR-0720之外，ROHM還在研發模擬式的新產品，以進一步完善產品體系，滿足客戶的多樣化需求。 |
