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VCSEL-Module verbessern 3D-Erkennung und Entfernungsmessung

01. Dezember 2020, 11:38 Uhr   |  Gerhard Stelzer

VCSEL-Module verbessern 3D-Erkennung und Entfernungsmessung
© Rohm Semiconductor

Das europäische Hauptquartier von Rohm Semiconductor in Willich-Münchheide.

Die neuen Laserlichtquellen von Rohm Semiconductor vom Typ VCSEL erreichen bei Signallaufzeitmessungen eine um 30 Prozent höhere Genauigkeit bei der 3D-Erkennung und bei Entfernungsmesssystemen.

Rohm Semiconductor hat neue Lasermodule auf Basis der VCSEL-Technologie (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) für Signallaufzeitmessungen (Time Of Flight – TOF) entwickelt. Der japanische Halbleiterhersteller mit Sitz in Kyoto möchte damit die 3D-Erkennung und Entfernungsmessung in Fahrerassistenzsystemen verbessern.

Die VCSEL-Technologie ist in den vergangenen Jahren durch die Einführung von Laserlichtquellen für die räumliche Erkennung in Tablets und die Gesichtserkennung in Smartphones populär geworden. Mit der wachsenden Verbreitung von fahrerlosen Transportfahrzeugen (Automated Guided Vehicles – AGVs) und industriellen Inspektionssystemen mit Gesten- und Hinderniserkennung wird eine steigende Nachfrage nach VCSEL erwartet.

Um eine höhere Genauigkeit bei der Erfassung von Objekten zu erzielen, erfordern automatisierte Anwendungen einen kürzeren Ansteuerpuls und eine höhere Ausgangsleistung für die Lichtquelle.

Üblicherweise sind bei VCSEL-bestückten Lichtquellen sowohl der VCSEL-Baustein als auch der Leistungs-MOSFET zur Ansteuerung der Lichtquelle separat auf der Platine montiert. Folglich hat die Verdrahtungslänge (parasitäre Induktivität) zwischen den Produkten einen unbeabsichtigten Effekt auf die Leistung der Lichtquelle und die Ansteuerzeit. Dies macht es schwierig, eine Lichtquelle zu finden, welche die für eine hochgenaue Abtastung erforderliche hohe Ausgangsleistung und kurze Ansteuerpulse liefert.

Verschiedene Halbleiter-Lichtquellen im Überblick.
© Rohm Semiconductor

Verschiedene Halbleiter-Lichtquellen im Überblick.

Kompakte Bauform für Lichtpulse von unter 10 ns

Die von Rohm entwickelte neue VCSEL-Modultechnologie integriert die VCSEL- und MOSFET-Elemente in einem Gehäuse. Durch die kürzere Verdrahtungslänge zwischen den Elementen wird die Leistungsfähigkeit jedes Elements optimiert. Daraus resultiert eine Lichtquelle, die kurze Lichtpulse (unter 10 ns) ansteuern kann und die Anfälligkeit für externe Störungen durch Sonnenlicht reduziert. Gleichzeitig ermöglicht sie eine um bis zu 30 % höhere Ausgangsleistung gegenüber konventionellen Lösungen.

Bei der Evaluierung von Rohms VCSEL-Modultechnologie in 3D-Erkennungs- und Entfernungsmesssystemen, die aus einem Ansteuer-IC, einem TOF-Sensor (Lichtempfangselement) und einer Laserlichtquelle (VCSEL-Element) bestehen, wird die zum TOF-Sensor reflektierte Lichtmenge im Vergleich zu herkömmlichen Konfigurationen um 30 % erhöht, was die Genauigkeit in TOF-Systemen verbessert.

Die Japaner planen die Einführung seines neuen VCSEL-Moduls im März 2021 für AGVs auf dem industriellen Markt und Gesichtserkennungssysteme für mobile Geräte, die eine hochgenaue Abtastung erfordern.

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