全球知名半導體制造商ROHM(總部位於日本京都市)確立了一項VCSEL*1模塊技術,該技術通過提高VCSEL的輸出功率,進一步提高了空間識別和測距系統(TOF系統*2)的精度。
以往採用VCSEL的激光光源中,作為光源的VCSEL產品和用來驅動光源的MOSFET產品在電路板上是獨立貼裝的。在這種情況下,產品之間的佈線長度(寄生電感*3)無意中會影響光源的驅動時間和輸出功率,這就對實現高精度感應所需的短脈衝大功率光源帶來了侷限性。
ROHM此項新技術的確立,將新VCSEL元件和MOSFET元件集成於1個模塊封裝中,通過儘量縮短元件間的佈線長度,能更大程度地發揮出各元件的性能,且不易受陽光帶來的外部干擾影響。同時實現了短脈衝(10納秒以內)驅動,以及高於以往產品約30%的輸出功率。
實際上,在由激光光源(VCSEL模塊)、TOF傳感器(圖像傳感器等感光傳感器)、控制IC組成的空間識別和測距系統中,對採用該技術的VCSEL模塊進行評估時發現,該模塊對TOF傳感器的反射光量比以往的產品約增加了30%,這將有助於提高TOF系統的精度。
採用該技術的VCSEL模塊適用於需要高精度感應的移動設備的人臉識別系統和工業設備的AGV(無人搬運機器人)等領域,預計將於2021年3月之前向市場推出產品。另外,ROHM同時還在推進高輸出功率激光技術的開發,以滿足車載用LiDAR*4等市場需求。
近年來,在智能手機的人臉識別系統和平板電腦終端的空間識別系統中,已採用VCSEL作為激光光源,這使VCSEL的應用迅速普及。另外,在其他很多領域,包括運用在工業等領域的AGV和通過手勢、形狀識別的檢查系統的應用也越來越普及,預計未來VCSEL的需求會進一步增長。
其中,在需要自動化的應用中,要求光源實現短脈衝驅動與更高輸出功率,以實現更高精度的感應。
ROHM為了提高已經量產的VCSEL產品的輸出功率,新確立了新型VCSEL模塊技術。同時通過實現短脈衝驅動和高輸出功率,從而有助於進一步提高空間識別和測距系統的精度。
一直以來,ROHM致力於開發並供應包括LED在內的FP型激光二極管和VCSEL產品,而最近此類產品開始應用在打印機和自動清潔機器人等領域。
同時,運用以往開發各種產品過程中所積累的光電元器件的開發經驗和訣竅,持續推進VCSEL模塊技術的研究開發,以更大程度地發揮出VCSEL元件的性能,並進一步提高輸出。
ROHM在研發出來的光源元件中融入此次的應用技術,開發出特色鮮明的激光光源產品,為提高空間識別和測距系統的精度做出了貢獻。
該技術是通過模塊化的形式實現的,即以適當的形式將ROHM開發的模塊用的新VCSEL元件和MOSFET元件一體化封裝來實現的。為了更大程度地發揮出元件的性能,儘可能地降低元件間與電路的佈線長度成正比的寄生電感,從而使高速驅動和更高輸出功率成為可能。由此,即實現了不易受陽光帶來的外部干擾影響的短脈衝(10納秒以內)驅動,又使輸出功率提高了約30%(與以往未模塊化的結構相比)。
此外,由於一體化封裝,本技術還可以減少安裝面積和電路設計負擔,高速驅動和更高輸出使驅動效率更高(可以更快、更低電壓地工作),從而有助於應用更加節能。
*1)VCSEL:
Vertical Cavity Surface Emitting LASER(垂直腔面發射激光器)的縮寫。以往多用於通信領域,近年來也被用於感應系統發光單元的光源。
*2)TOF系統:
TOF(飛行時間法;時差法)是“Time of Flight”的縮寫,是一種通過測量作為光源的光的飛行時間來計算距離並感測空間的手法。TOF系統即使用了該手法的空間識別和測距系統。
*3)寄生電感:
取決於電子電路的佈線長度,工程師無法避免在電路圖中出現的線圈成分(電感)。會使交流信號不容易通過。
*4)LiDAR:
Light Detection and Ranging的縮寫,由TOF系統(光源和TOF傳感器或圖片傳感器)等組成,用來感測周圍情況的一種應用。
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