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Maschinen sehen jetzt 3D!

Beck Elektronik erweitert sein Produktportfolio mit den
neuen VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) von Lextar,
die für 3D Vision Systeme mit Time of Flight (ToF)-Kameras sowie
für ToF Distanz Sensoren prädestiniert sind.

Im Unterschied zu herkömmlichen IR LEDs haben VCSEL ein deutlich schmaleres optisches Spektrum von typischerweise <1nm. Dieses ermöglicht den Einsatz von schmalbandigen Filtern vor den Sensoren, wodurch eine deutlich bessere Unterdrückung von optischen Störungen (z.B. Sonnenlicht) erreicht wird. Die extrem schnellen Anstiegs- und Fallzeiten von unter 1ns erlauben wesentlich höhere Modulationsfrequenzen als es mit IR LEDs möglich wäre, was zu einer sehr hohen Tiefenauflösung und zu einer kürzeren minimal messbaren Distanz führt.

Da VCSEL mit Spitzenströmen von einigen Ampere betrieben werden können, muss auch das thermische Design des Package diesen Anforderungen genügen. Lextar verwendet Keramiksubstrate und hochwertige Die Bonding Pasten mit erhöhtem Silberanteil, um den thermischen Widerstand so gering wie möglich zu halten.

Für Anwendungen, bei denen die ToF-Kamera direkt auf Menschen gerichtet ist (z.B. bei Gesichtserkennung), bietet Lextar optional Packages mit patentierter Sicherheitsfunktion an. Dabei wird die Linse mit einer transparenten, elektrisch leitenden Schicht versehen, die eine Überwachung des Zustandes der Linse aufgrund des Widerstandes ermöglicht. Sollte die Linse durch übermäßige mechanische Beanspruchung brechen, könnte dies zu schädlicher Strahlungsintensität für das Auge führen. Die Sicherheitsfunktion erkennt die Änderung des Widerstandes automatisch und der VCSEL kann unverzüglich deaktiviert werden.

Mögliche Anwendungsgebiete der VCSEL in ToF-Kameras neben der Gesichtserkennung sind die Gestensteuerung, Fahrerüberwachung (Automobil), Robotik, das 3D Mapping (VR, AR, Drohnen, Smartglasses) oder das autonome Fahren.

VCSEL können auch für ToF Distanzmesssensoren eingesetzt werden, wie z.B. beim Autofokus und Näherungsfunktion bei Smartphone-Kameras oder der Abstandsmessung bei Staubsaugerrobotern.

Die VCSEL sind in 850nm und 940nm mit bis zu 2.1W optischer Strahlungsleistung und einem Abstrahlwinkel von 25 Grad (ohne Linse) bzw. von 60x45 Grad bis zu 100x80 Grad (mit Diffusor-Linse) erhältlich.

Spezifikationsübersicht (Auszug aus der Produktübersicht Lextar VCSEL)

Teile­nummer λp (nm) Optische Ausgangs­leistung (mW) Betriebs­strom (A) Abstrahl­winkel (°) Abmessungen (mm)
PV10A25 V0  850 400 0,5 25 1,6 × 1,0 × 0,8 
PV10A24 V1  940 970 1,2 25 1,6 × 1,0 × 0,8 
PV88A25 V2  850 2100 2,7 25 3,5 × 3,5 × 0,8
PV88A24 V1  940 970 1,2 25 3,5 × 3,5 × 0,8
PV88M65 V1  850 1000 1,2 60 × 45 3,50 × 3,50 × 1,77
PV88M64 V1  940 800 1,2 60 × 45 3,50 × 3,50 × 1,77
PV88M65 V2  850 2100 2,7 60 × 45 3,50 × 3,50 × 1,77
PV88M64 V2  940 1900 3,0 60 × 45 3,50 × 3,50 × 1,77
PV88MA5 V1  850 1000 1,2 100 × 80 3,50 × 3,50 × 1,77
PV88MA4 V1  940 800 1,2 100 × 80 3,50 × 3,50 × 1,77
PV88MA5 V2  850 2100 2,7 100 × 80 3,50 × 3,50 × 1,77
PV88MA4 V2  940 1900 3,0 100 × 80 3,50 × 3,50 × 1,77

Muster und Serie sind bereits verfügbar, eine AEC-Q102 qualifizierte Version mit 60x45 Grad folgt in Q4/2019.

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