Utiliza emisores IR optimizados para minimizar los compromisos de rendimiento

El primer diodo emisor de luz (LED) de espectro visible fue desarrollado por el profesor Nick Holonyak Jr. en 1962 y se comercializó en pocos años. Solo se podía ver en el color rojo y el brillo era bajo e inconsistente de un lote a otro. Aun así, fue el primer paso hacia avances significativos sobre las fuentes de luz incandescentes y de neón, convirtiendo la iluminación de estado sólido en una realidad para el mercado masivo.

A pesar de las carencias iniciales, estos LED pronto se utilizaron como lámparas indicadoras y lecturas digitales, ya fuera en una matriz de LED o en una pantalla de siete segmentos con lentes en forma de barra. La investigación y el desarrollo intensivos dieron lugar a nuevos avances, incluyendo el desarrollo de LED amarillos y verdes en la década de 1970 y, lo más importante, la creación del LED azul de alta luminosidad a mediados de la década de 1990.

Esta creación allanó el camino para la luz blanca combinando el LED azul con LED rojos y verdes o agregando un recubrimiento de fósforo. El resto de la historia general del LED, incluyendo su dominio en retroiluminación, iluminación de áreas y más, es bien conocida.

No obstante, hay una dimensión menos visible en el progreso del LED: el desarrollo de dispositivos de estado sólido que emiten principalmente o exclusivamente en la región infrarroja (IR) del espectro. Por tanto, su salida no es visible. Aunque esto pueda parecer de poca utilidad para el consumidor medio, estos LED IR, más apropiadamente llamados emisores IR, son extremadamente valiosos en aplicaciones científicas, industriales, de detección, autenticación, seguimiento biométrico e incluso en algunas aplicaciones de consumo.

Los atributos únicos de los emisores IR

Al igual que con los LED rojos, los primeros emisores IR tenían un rendimiento limitado e inconsistente. No obstante, ofrecían ventajas frente a las fuentes IR tradicionales, como los filamentos incandescentes filtrados.

Los emisores IR actuales ofrecen un alto rendimiento en todos los principales parámetros eléctricos y ópticos. Además, están adaptados para optimizar y enfatizar atributos específicos de rendimiento, permitiendo a los usuarios seleccionar el emisor IR que ofrece un rendimiento superior en una aplicación objetivo.

Estos dispositivos tienden a tener longitudes de onda de salida centradas en 850, 920 y 940 nanómetros (nm) (Figura 1). Cabe señalar que 850 nm está cerca del borde entre las regiones visible e IR del espectro, lo que resulta en un leve resplandor rojo del emisor IR de longitud de onda más corta.

Figura 1: Los emisores infrarrojos (IR) operan en el rango de 780 a 1400 nm; la longitud de onda IR ampliamente utilizada de 850 nm también puede tener cierto resplandor rojo visible, ya que está cerca del borde del espectro rojo de la luz visible. (Imagen: Gigahertz-Optik Inc.)

Componentes de emisores IR de vanguardia

Los emisores IR OSLON P1616 y OSLON Black de ams OSRAM son ejemplos ilustrativos de las capacidades y avances técnicos de los emisores IR. Ambas series utilizan la tecnología de chip IR:6 de ams OSRAM para mejorar el rendimiento, incluyendo mejoras en el reflector interno del chip y el diseño del espejo del chip que reducen las pérdidas ópticas en el chip mientras aumentan la intensidad radiante. Según ams OSRAM, los emisores IR resultantes tienen un 42% más de eficiencia en enchufes y un 35% más de salida que los disponibles actualmente.

Las principales diferencias entre la serie OSLON P1616 y la OSLON Black son el tamaño excepcionalmente pequeño de la primera y la variedad de factores de forma y patrones de iluminación de la segunda.

Por ejemplo, los dispositivos P1616, como el SFH 4182BS-CB2DB1-11 (Figura 2, arriba), un dispositivo IR de alta potencia que emite a 940 nm (Figura 2, abajo a la izquierda), tienen una huella pequeña de 1.6 × 1.6 milímetros (mm) para diseños densamente compactados. Su altura puede variar según el objetivo y el estilo. Las aplicaciones incluyen identificación biométrica para control de accesos, autenticación por reconocimiento facial 2D para portátiles y timbres inteligentes, e iluminación infrarroja.

Los miembros de la familia P1616 ofrecen una intensidad radiante nominal de 190 a 765 milivatios/esteradiano (mW/sr) y un flujo radiante que va de 1000 mW a 1650 mW. El SFH 4182BS-CB2DB1-11 tiene una intensidad radiante típica de 455 mW y un flujo radiante en el extremo superior de 1650 mW. Tanto la intensidad como el flujo se midieron a 1 amperio (A), pero pueden variar según el sufijo del dispositivo.

El SFH 4182BS-CB2DB1-11 también presenta características de radiación angular bien definidas bajo condiciones de prueba de 1 A de corriente directa y un ancho de pulso de 10 milisegundos (ms) (Figura 2, abajo a la derecha). El uso de la tecnología Nanostack en la serie aumenta la producción en casi un 180% y se ofrecen versiones con lentes para diseño pronto, mientras que las versiones sin lentes permiten arreglos ópticos personalizados.

Figura 2: El emisor IR de alta potencia SFH 4182BS-CB2DB1-11 con lente (arriba) de la serie P1616 tiene una banda de emisión estrecha a 940 nm (abajo a la izquierda); el dispositivo presenta características de radiación angular bien definidas (abajo a la derecha) (pulso de 1 A, 10 ms). (Fuente de la imagen: ams OSRAM)

La serie P1616 ofrece tres opciones de longitud de onda: 850 nm para alta sensibilidad de la cámara, 940 nm para reducir el resplandor rojo para seguridad y aplicaciones interiores (modo semicubierto), y 920 nm para equilibrar las compensaciones. Las diferentes opciones de ángulo de visión disponibles varían desde ±25° hasta ±60° y permiten su uso en una amplia variedad de aplicaciones, incluidas aquellas que requieren una vista rectangular.

Los dispositivos de la serie OSLON Black, como el SFH 4716B (Figura 3, arriba), son emisores IR rentables y de alto rendimiento y rentabilidad. El SFH 4716B tiene una longitud de onda máxima de 850 nm (Figura 3, abajo a la izquierda). La serie también incluye dispositivos en 920 y 940 nm y combina un flujo óptico total excepcionalmente alto y paquetes pequeños estándar de la industria, con una huella de 3.75 × 3.75 mm.

Esta serie de emisores ofrece flexibilidad en el diseño de aplicaciones gracias a su amplia variedad de paquetes y opciones de chips, así como a iteraciones disponibles de chips apilados y no apilados para diferentes niveles de brillo. Las principales aplicaciones incluyen reconocimiento facial 2D, cámaras de CCTV de corto y largo alcance, seguridad doméstica, visión artificial y reconocimiento de matrículas.

El rendimiento de los dispositivos incluye una intensidad radiante que abarca entre 200 y 280 mW/sr (a 1 A), un flujo radiante de 1050 o 2000 mW (a 1 A/2 A) y baja resistencia térmica para funcionamiento a temperaturas elevadas, lo que puede deberse a la temperatura ambiente y al funcionamiento en corriente continua de alta corriente. El patrón de radiación del SFH 4716B (Figura 3, abajo a la derecha) difiere ligeramente del SFH 4182BS-CB2DB1-11 bajo condiciones de prueba similares. Sin embargo, como el resto de la serie Black, mantiene el mismo amplio rango de ángulo de visión de ±25° a ±60°.

Figura 3: El SFH 4716B (arriba) de la serie OSLON Black de emisores IR tiene una salida máxima de 850 nm (abajo a la izquierda) y un patrón de radiación ligeramente diferente (abajo a la derecha) en comparación con el SFH 4182BS-CB2DB1-11. (Fuente de la imagen: ams OSRAM)

Conclusión

Es fascinante ver cómo los emisores IR han evolucionado de componentes relativamente rudimentarios y erráticos a fuentes de infrarrojo de alto rendimiento, de alto rendimiento y constantes de gran circulación. Las últimas versiones, como las de las series OSLON P1616 y OSLON Black de ams OSRAM, ofrecen a los diseñadores una combinación de alto rendimiento y una amplia variedad de opciones en longitud de onda, tamaño, intensidad y otros parámetros clave. Estos emisores IR permiten aplicaciones diversas que van desde la seguridad biométrica hasta la imagen de área y la visión artificial.

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1: La luz es seguridad: Guía de selección y portafolio de productos para aplicaciones de visión infrarroja (folleto)

https://look.ams-osram.com/m/39974ab4771efcd2/original/aO-IRED-Brochure-112023.pdf

2: Hoja técnica de SFH 4182BS OSLON P1616

https://look.ams-osram.com/m/154b521f0188e2f1/original/SFH-4182BS.pdf

3: Hoja técnica de SFH 4716B OSLON Black

https://look.ams-osram.com/m/19ecb8089d239a55/original/SFH-4716B.pdf