Os microfotossensores possuem amplificadores integrados e estão disponíveis em uma variedade de configurações, com feixes de luz modulados, não modulados e polarizados. Eles são usados para fornecer detecção ou posicionamento preciso e estável de materiais, componentes ou montagens. Alguns possuem conectividade integrada, como classificações ambientais IO-Link e IP 67.
Os usos dos microfotossensores incluem equipamentos de fabricação de precisão em fábricas da Indústria 4.0, manuseio de wafers em Semicondutor operações de fabricação e detecção por fotopletismografia (PPG) da oxigenação do sangue (SpO2) em oxímetros de pulso.
Este FAQ analisa vários designs de microsensores fotográficos e como eles são otimizados para aplicações específicas.
Os microfotossensores de slot transmissivos detectam a presença de um objeto à medida que ele passa pela fenda, ou abertura, e interrompe o feixe de luz do emissor. Além do reconhecimento de objetos, esses sensores podem ser usados para posicionamento preciso de objetos. Os eixos ópticos do emissor e do receptor são fixos, simplificando a instalação. Esses sensores estão disponíveis em uma ampla variedade de configurações e tipos de conectores (Figura 1).
Os microfotossensores de feixe direto consistem em unidades emissoras e receptoras separadas. Eles operam com o mesmo princípio de interrupção do feixe dos sensores de slot, mas o emissor e o receptor podem ser colocados distantes um do outro e são adequados para aplicações que exigem longas separações de detecção. O alinhamento adequado do emissor e do receptor é fundamental ao usar esses sensores.
Microfotossensores reflexivos, às vezes chamados de sensores reflexivos difusos, incluem o emissor e o receptor no mesmo módulo. Quando um objeto entra na área de detecção, a luz é refletida para o receptor. Alguns microfotossensores reflexivos são projetados com a capacidade de reconhecer marcações impressas na embalagem. Sensores refletivos limitados são projetos especiais otimizados para operar na presença de objetos de fundo que poderiam causar desempenho de detecção instável.
Microsensores fotográficos retrorrefletivos são projetados para aplicações que necessitam de longas distâncias de detecção. O emissor e o receptor estão em módulos separados e requerem alinhamento para operação adequada. Quando um objeto passa pelo feixe de luz do emissor, ele bloqueia a luz de chegar ao receptor e é detectado. A necessidade de alinhamento preciso do emissor e do receptor dificulta a obtenção de alta precisão com este tipo de sensor.
Oxímetro de pulso
Um oxímetro de pulso usa as diferentes características de absorção de luz da hemoglobina oxigenada (HbO2) e da hemoglobina desoxigenada (RHb) em comprimentos de onda específicos de luz. Um oxímetro de pulso foi implementado usando dois LEDs, um LED vermelho de 660 nm e um LED IR de 940 nm, e um receptor de fotodiodo que opera em uma configuração reflexiva em um microssensor fotográfico altamente integrado.
O sensor opera em três estágios. Primeiro, o LED vermelho pulsa e o sinal de retorno é medido; em seguida, o LED IR é pulsado e o sinal de retorno é medido; finalmente, o sinal de fundo é medido com ambos os LEDs desligados para excluir interferência de fontes de luz estranhas. A função de detecção é segmentada em quatro fotodiodos que podem ser multiplexados em dois ou quatro canais ópticos separados conectados ao bloco de processamento de sinal analógico, dependendo dos requisitos do projeto.Figura 3).
Manuseio de wafer
Às vezes, até os microssensores são muito grandes. Em uma fábrica automatizada de wafers semicondutores, os wafers são movidos entre máquinas de processamento em pods unificados especializados de abertura frontal (FOUPS). Quando os wafers são colocados no FOUPS por um manipulador de robô, eles podem estar desalinhados, alguns slots podem estar vazios ou alguns slots podem conter vários wafers. O manipulador do robô que recebe o FOUPS precisa identificar wafers ausentes, desalinhados ou múltiplos. Caso contrário, os wafers muito caros podem ser danificados, resultando em perdas financeiras significativas.
Os wafers no FOUPS têm apenas alguns milímetros de espessura e o microssensor fotográfico de identificação do wafer deve ser extremamente fino. Para esta aplicação, um microsensor fotográfico convencional com amplificador integrado é muito grande. Foram desenvolvidos microfotossensores especializados com um módulo amplificador externo. Esses sensores de feixe consistem em unidades transmissoras e receptoras de 1.5 mm de espessura conectadas ao módulo amplificador com cabos flexíveis (Figura 4). Quando instalados em um efetor final de manipulador de wafer, eles podem identificar de forma rápida e confiável slots corretamente preenchidos, wafers inclinados e wafers duplos.
Resumo
Microsensores fotográficos possuem amplificadores integrados e estão disponíveis para uma ampla gama de aplicações. Eles são usados principalmente para detecção e posicionamento de objetos, mas projetos personalizados estão disponíveis para aplicações especializadas, como oxímetros de pulso e equipamentos de manuseio de materiais em fábricas de semicondutores.
Referências
Projeto e fabricação de um sensor fino e microóptico para prototipagem rápida, sensores MDPI
Sensores micro fotoelétricos, Panasonic
Microssensores fotográficos, Omron
Módulo de sensor óptico PPG com emissores vermelhos/IR integrados e AFE, dispositivos analógicos
Mapeamento de wafer confiável, Balluff