ROHM新型VCSEL模組技術可提高空間識別和測距雷射光源輸出功率達30%
有助減輕雷射光源電路設計負擔並提高測距精度

2020年9月16日

半導體製造商ROHM(總公司:日本京都市)研發出全新VCSEL*1模組技術,透過雷射光源中VCSEL的輸出功率的提升,實現了空間識別和測距系統(TOF系統*2)的高精度化。
傳統採用VCSEL的雷射光源中,作為光源的VCSEL產品和用來驅動光源的MOSFET產品在電路板上皆是個別安裝的。在這種情況下,產品之間的佈線長度(寄生電感*3)會影響到光源的驅動時間和輸出功率,因此將為高精度感測所需的短脈衝大功率光源帶來了局限性。
本次,ROHM將新VCSEL元件和MOSFET元件集中於單一模組封裝中,縮短元件間佈線長度,可充分發揮各元件的性能,若使用不易受到陽光等外部干擾的光源短脈衝(10nS以內)來驅動,輸出功率也比傳統產品提升約30%。
事實上在評估時發現,採用由雷射光源(VCSEL模組)、TOF感測器(圖像感測器等感光感測器)、控制IC等,所組成的空間識別測距系統的VCSEL模組,對TOF感測器的反射光量比傳統產品增加了約30%,這將有助於提高TOF系統精度。
該VCSEL模組適用於需要高精度感測的行動裝置人臉識別系統,以及工控裝置AGV(無人搬運車)等領域,產品預計於2021年3月之前推出。另外ROHM也正在進行高輸出雷射技術的研發,以滿足車電用LiDAR*4等市場需求。

近年來,在智慧手機的人臉識別系統和平板電腦的空間識別系統中,已開始將VCSEL作為雷射光源來使用,使其應用迅速普及。包括工控領域AGV和透過手勢、形狀識別的檢查系統應用也越來越普遍,預計未來VCSEL的需求將會大幅增加。
其中,在自動化相關應用中,需要光源可達成短脈衝驅動及更高輸出功率,以更進一步提升感測的精度。
ROHM為了提升量產中VCSEL產品的輸出功率,研發出全新VCSEL模組技術。同時透過短脈衝驅動和高輸出功率,進一步提升空間識別和測距系統精度。

<ROHM致力於雷射光源相關研發>

一直以來,ROHM致力於研發包括LED在內的Fabry-Perot雷射二極體和VCSEL產品,而最近此類產品開始使用在印表機和掃地機器人等領域。同時,運用過去累積的光電元件研發經驗,持續推進VCSEL模組技術的研發,大幅度發揮VCSEL元件的性能,並且更進一步提高輸出。
ROHM在光源元件中融入了本次應用技術,研發出特色鮮明的雷射光源產品,提高了空間識別和測距系統的精度。

<關於VCSEL模組技術>

該技術是將ROHM研發的模組用新VCSEL元件和MOSFET元件,以最佳形式進行一體化封裝。為了更大幅度發揮出元件性能,儘可能地降低各元件間、與電路佈線長度成正比的寄生電感,達成高速驅動和更高的輸出功率。若使用不易受陽光等外部干擾的短脈衝(10nS以內)來驅動,與傳統未模組化結構相比,輸出功率提高了約30%。
另外透過一體化封裝,本技術除了可減少安裝面積和電路設計負擔,還能透過高速驅動和更高輸出來提升驅動效率(快速、低電壓工作),幫助應用更加節能。

<名詞解釋>

*1) VCSEL:
Vertical Cavity Surface Emitting LASER(垂直共振腔面射型雷射)的縮寫。傳統多用於通訊領域,近年來也逐漸被運用於感測系統發光光源。
*2) TOF系统:
TOF(飛時測距)是Time of Flight的縮寫,是一種透過測量光源飛行時間來計算距離並感知空間的方法。TOF系統正是使用了該方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,通常是在工程師預測之外,在電路圖中看不到的線圈成分(電感)。會使交流訊號不易通過。
*4) LiDAR:
是Light Detection and Ranging的縮寫,以TOF系統(光源和TOF感測器或圖像感測器)組成,用來感測周遭狀況的一種應用。
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