Was ist ein Fotoreflektor?

Ein Fotoreflektor ist ein Bauteil, das in erster Linie die Position mithilfe von Lichtreflexion erkennt. Er wird zwar schon oft in Schaltanwendungen eingesetzt, doch die Nachfrage nach berührungslosen Steuerungen ist in den letzten Jahren sprunghaft angestiegen, was zum Teil auf die COVID-19-Pandemie zurückzuführen ist. Dadurch sind alltägliche Anwendungen wie kontaktlose Thermometer, berührungslose Wasserhähne, die sich mit einer Handbewegung aktivieren lassen, und bewegungsaktivierte Aufzugschalter immer beliebter geworden. Das Schlüsselelement, mit dem all dies möglich wird, ist der Photoreflektor.

Industrielle Anwendungen

Fotoreflektoren kommen nun auch für industrielle Anwendungen zum Einsatz. Bislang wurden einfache mechanische oder magnetische Schalter für Steuerungsanwendungen verwendet. Die zunehmende Automatisierung und bedienerlose Abläufe in Industrieanlagen haben jedoch zur Einführung von leistungsstarken optischen Schaltern und Fotoreflektoren geführt, die fortschrittliche Systeme ermöglichen.

Im Vergleich zu mechanischen und magnetischen Schaltern sind Fotoreflektoren kleiner und eignen sich daher ideal für die Integration von Schaltfunktionen in engen oder beengten Räumen oder die Installation von Objekterkennung in engen, räumlich begrenzten Bereichen.

Einsatz von Fotoreflektoren nicht nur für Schalter

Fotoreflektoren bieten über Schaltanwendungen hinaus ein erhebliches Potenzial. Ihre Fähigkeit, Lichtreflexionen zu erkennen, ermöglicht beispielsweise innovative Anwendungen wie die Messung der Herzfrequenz durch Nutzung der Aufnahmefähigkeit von Hämoglobin für Infrarotlicht. Sie können auch zwischen hell und dunkel unterscheiden und werden sogar in industriellen Umgebungen zur Erkennung von Motorrotation eingesetzt.

Neue Anwendungen für Fotoreflektoren

Bei herkömmlichen Fotoreflektoren werden LEDs als lichtemittierende Elemente verwendet. ROHM hat den ultrakompakten Fotoreflektor RPR-0720 mit einer integrierter VCSEL-Lichtquelle (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) entwickelt, die eine höhere Energieeffizienz und Richtwirkung als LEDs bietet und mit einen proprietären digitalen Foto-IC mit Ausgang für den Lichtempfang kombiniert ist.

VCSEL

Das besondere Merkmal des Fotoreflektors RPR-0720 ist die Verwendung eines VCSEL als lichtemittierendes Element. VCSELs werden typischerweise in größeren Bauteilen, wie beispielsweise in Automotive-Systemen, verwendet, daher sind stromsparende Versionen schwieriger zu finden. ROHM hat seine internen Fertigungskompetenzen genutzt, um einen stromsparenden VCSEL zu entwickeln, der sich ideal für Fotoreflektoren eignet, da das VCSEL-Element als Punktquelle und nicht als Fläche verwendet wird. Im Gegensatz zu LEDs wird das Licht nicht gestreut, sodass eine genauere Erkennung als bei herkömmlichen Fotoreflektoren möglich ist.

Keine Boost-Schaltung erforderlich

Klassische Fotoreflektoren arbeiten typischerweise in einem Bereich von 2,9 V bis 3,6 V, wodurch häufig eine Boost- oder Buck-Schaltung erforderlich ist. Die Fotoreflektoren von ROHM arbeiten dagegen mit VCSELs, die einen großen Treiberbereich von 2,7 V bis 4,5 V ermöglichen, sodass keine Boost-Schaltung erforderlich ist.

Neben der Miniaturisierung des eigentlichen Fotoreflektors trägt das neuartige Design zu weiteren Platzeinsparungen bei, da die Anzahl der für den Boost-Betrieb erforderlichen peripheren Bauteile reduziert wird. Es unterstützt auch die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien (2,7 V), wodurch es ideal für tragbare Geräte und andere kleine elektronische Bauteile geeignet ist, bei denen das Anlegen/Ablegen erkannt werden muss.

VCSEL-Fotoreflektoren für industrielle Anwendungen

ROHM prognostiziert für die ultrakompakten VCSEL-Fotoreflektoren ein breiteres Anwendungsspektrum, das über Wearables hinausgeht und auch industrielle Geräte umfasst, bei denen magnetische und mechanische Schalter bisher die Norm waren. So bieten sich beispielsweise neue Anwendungsmöglichkeiten oder ein verbesserter Komfort bei der Erkennung von Motordrehzahlen oder Objekten in engen und beengten Bereichen. Neben dem digitalen RPR-0720 entwickelt ROHM derzeit auch eine analoge Version.