全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都市)确立了一项VCSEL*1模块技术,该技术通过提高VCSEL的输出功率,进一步提高了空间识别和测距系统(TOF系统*2)的精度。
以往采用VCSEL的激光光源中,作为光源的VCSEL产品和用来驱动光源的MOSFET产品在电路板上是独立贴装的。在这种情况下,产品之间的布线长度(寄生电感*3)无意中会影响光源的驱动时间和输出功率,这就对实现高精度感应所需的短脉冲大功率光源带来了局限性。
ROHM此项新技术的确立,将新VCSEL元件和MOSFET元件集成于1个模块封装中,通过尽量缩短元件间的布线长度,能更大程度地发挥出各元件的性能,且不易受阳光带来的外部干扰影响。同时实现了短脉冲(10纳秒以内)驱动,以及高于以往产品约30%的输出功率。
实际上,在由激光光源(VCSEL模块)、TOF传感器(图像传感器等感光传感器)、控制IC组成的空间识别和测距系统中,对采用该技术的VCSEL模块进行评估时发现,该模块对TOF传感器的反射光量比以往的产品约增加了30%,这将有助于提高TOF系统的精度。
采用该技术的VCSEL模块适用于需要高精度感应的移动设备的人脸识别系统和工业设备的AGV(无人搬运机器人)等领域,预计将于2021年3月之前向市场推出产品。另外,ROHM同时还在推进高输出功率激光技术的开发,以满足车载用LiDAR*4等市场需求。
近年来,在智能手机的人脸识别系统和平板电脑终端的空间识别系统中,已采用VCSEL作为激光光源,这使VCSEL的应用迅速普及。另外,在其他很多领域,包括运用在工业等领域的AGV和通过手势、形状识别的检查系统的应用也越来越普及,预计未来VCSEL的需求会进一步增长。
其中,在需要自动化的应用中,要求光源实现短脉冲驱动与更高输出功率,以实现更高精度的感应。
ROHM为了提高已经量产的VCSEL产品的输出功率,新确立了新型VCSEL模块技术。同时通过实现短脉冲驱动和高输出功率,从而有助于进一步提高空间识别和测距系统的精度。
一直以来,ROHM致力于开发并供应包括LED在内的FP型激光二极管和VCSEL产品,而最近此类产品开始应用在打印机和自动清洁机器人等领域。
同时,运用以往开发各种产品过程中所积累的光电元器件的开发经验和诀窍,持续推进VCSEL模块技术的研究开发,以更大程度地发挥出VCSEL元件的性能,并进一步提高输出。
ROHM在研发出来的光源元件中融入此次的应用技术,开发出特色鲜明的激光光源产品,为提高空间识别和测距系统的精度做出了贡献。
该技术是通过模块化的形式实现的,即以适当的形式将ROHM开发的模块用的新VCSEL元件和MOSFET元件一体化封装来实现的。为了更大程度地发挥出元件的性能,尽可能地降低元件间与电路的布线长度成正比的寄生电感,从而使高速驱动和更高输出功率成为可能。由此,即实现了不易受阳光带来的外部干扰影响的短脉冲(10纳秒以内)驱动,又使输出功率提高了约30%(与以往未模块化的结构相比)。
此外,由于一体化封装,本技术还可以减少安装面积和电路设计负担,高速驱动和更高输出使驱动效率更高(可以更快、更低电压地工作),从而有助于应用更加节能。
*1)VCSEL:
Vertical Cavity Surface Emitting LASER(垂直腔面发射激光器)的缩写。以往多用于通信领域,近年来也被用于感应系统发光单元的光源。
*2)TOF系统:
TOF(飞行时间法;时差法)是“Time of Flight”的缩写,是一种通过测量作为光源的光的飞行时间来计算距离并感测空间的手法。TOF系统即使用了该手法的空间识别和测距系统。
*3)寄生电感:
取决于电子电路的布线长度,工程师无法避免在电路图中出现的线圈成分(电感)。会使交流信号不容易通过。
*4)LiDAR:
Light Detection and Ranging的缩写,由TOF系统(光源和TOF传感器或图片传感器)等组成,用来感测周围情况的一种应用。
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