Les micro-capteurs photo ont des amplificateurs intégrés et sont disponibles dans une variété de configurations, avec des faisceaux lumineux modulés, non modulés et polarisés. Ils sont utilisés pour fournir une détection ou un positionnement précis et stable de matériaux, de composants ou d'assemblages. Certains ont une connectivité intégrée, comme IO-Link et les indices environnementaux IP 67.
Les utilisations des microcapteurs photo incluent les équipements de fabrication de précision dans les usines de l'Industrie 4.0, la manipulation des plaquettes dans semi-conducteur opérations de fabrication et détection par photopléthysmographie (PPG) de l'oxygénation du sang (SpO2) dans les oxymètres de pouls.
Cette FAQ passe en revue différentes conceptions de micro-capteurs photo et comment elles sont optimisées pour des applications spécifiques.
Les micro-capteurs photo transmissifs à fente détectent la présence d'un objet lorsqu'il passe à travers la fente, ou l'ouverture, et interrompt le faisceau lumineux de l'émetteur. En plus de la reconnaissance d'objets, ces capteurs peuvent être utilisés pour un positionnement précis d'objets. Les axes optiques de l'émetteur et du récepteur sont fixes, simplifiant ainsi l'installation. Ces capteurs sont disponibles dans une large gamme de configurations et de types de connecteurs (Figure 1).
Les microcapteurs photo à faisceau barrage sont constitués d'unités émettrices et réceptrices séparées. Ils fonctionnent sur le même principe d'interruption de faisceau que les capteurs à fente, mais l'émetteur et le récepteur peuvent être éloignés l'un de l'autre et conviennent aux applications qui exigent de longues séparations de détection. Un bon alignement de l’émetteur et du récepteur est essentiel lors de l’utilisation de ces capteurs.
Les micro-capteurs photo réfléchissants, parfois appelés capteurs à réflexion diffuse, incluent l'émetteur et le récepteur dans le même module. Lorsqu'un objet pénètre dans la zone de détection, la lumière est réfléchie vers le récepteur. Certains microcapteurs photo réfléchissants sont conçus avec la capacité de reconnaître les marquages imprimés sur l’emballage. Les capteurs à réflexion limitée sont des conceptions spéciales optimisées pour fonctionner en présence d'objets en arrière-plan qui pourraient autrement provoquer des performances de détection instables.
Les microcapteurs photo rétroréfléchissants sont conçus pour les applications nécessitant de longues distances de détection. L'émetteur et le récepteur sont dans des modules séparés et nécessitent un alignement pour un bon fonctionnement. Lorsqu'un objet traverse le faisceau lumineux de l'émetteur, il empêche la lumière d'atteindre le récepteur et est détecté. La nécessité d’un alignement précis de l’émetteur et du récepteur rend difficile l’obtention d’une haute précision avec ce type de capteur.
Oxymètre de pouls
Un oxymètre de pouls utilise les différentes caractéristiques d'absorption de la lumière de l'hémoglobine oxygénée (HbO2) et de l'hémoglobine désoxygénée (RHb) à des longueurs d'onde spécifiques de la lumière. Un oxymètre de pouls a été mis en œuvre à l'aide de deux LED, une LED rouge de 660 nm et une LED IR de 940 nm, et d'un récepteur à photodiode qui fonctionne dans une configuration réfléchissante dans un microcapteur photo hautement intégré.
Le capteur fonctionne en trois étapes. Tout d'abord, la LED rouge est pulsée et le signal de retour est mesuré ; Ensuite, la LED IR est pulsée et le signal de retour est mesuré ; enfin, le signal de fond est mesuré avec les deux LED éteintes pour exclure les interférences provenant de sources lumineuses étrangères. La fonction de détection est segmentée en quatre photodiodes qui peuvent être multiplexées en deux ou quatre canaux optiques distincts connectés au bloc de traitement du signal analogique, en fonction des exigences de conception (Figure 3).
Manipulation des plaquettes
Parfois, même les microcapteurs sont trop grands. Dans une usine de fabrication automatisée de plaquettes de semi-conducteurs, les plaquettes sont déplacées entre les machines de traitement dans des modules unifiés spécialisés à ouverture frontale (FOUPS). Lorsque des tranches sont placées dans les FOUPS par un robot manipulateur, elles peuvent être mal alignées, certains emplacements peuvent être vides ou certains emplacements peuvent contenir plusieurs tranches. Le manipulateur du robot qui reçoit le FOUPS doit identifier les tranches manquantes, mal alignées ou multiples. Dans le cas contraire, les tranches très coûteuses pourraient être endommagées, ce qui entraînerait des pertes financières importantes.
Les tranches des FOUPS n'ont que quelques millimètres d'épaisseur et le microcapteur photo d'identification des tranches doit être extrêmement fin. Pour cette application, un micro capteur photo classique avec amplificateur intégré est trop grand. Des microcapteurs photo spécialisés avec un module amplificateur externe ont été développés. Ces capteurs barrage sont constitués d'unités émettrices et réceptrices de 1.5 mm d'épaisseur reliées au module amplificateur par des câbles flexibles (Figure 4). Lorsqu'ils sont installés dans un effecteur final de gestionnaire de tranches, ils peuvent identifier rapidement et de manière fiable les emplacements correctement remplis, les tranches inclinées et les tranches doublées.
Résumé
Les microcapteurs photo sont dotés d'amplificateurs intégrés et sont disponibles pour une large gamme d'applications. Ils sont principalement utilisés pour la détection et le positionnement d'objets, mais des conceptions personnalisées sont disponibles pour des applications spécialisées telles que les oxymètres de pouls et les équipements de manutention dans les usines de fabrication de semi-conducteurs.
Bibliographie
Conception et fabrication d'un capteur fin et micro-optique pour le prototypage rapide, capteurs MDPI
Microcapteurs photoélectriques, Panasonic
Microcapteurs photo, Omron
Module de capteur optique PPG avec émetteurs rouges/IR intégrés et AFE, Analog Devices
Cartographie fiable des plaquettes, Balluff