使用最佳化紅外線發射器，減少效能折衷

Nick Holonyak Jr. 教授於 1962 年開發出首款可見光發光二極體 (LED)，並在幾年內即商業化。當時只有紅光，不僅亮度不高，且不同批次的亮度也不一致。儘管如此，這仍然是超越白熾燈和霓虹燈光源的重大進步，使得固態照明進入大眾市場。

這些 LED 在當時雖然有些缺陷，但很快就用於指示燈和數位讀數，以 LED 矩陣模式，或含條狀鏡片的七段顯示器使用。在深入的研究和開發後，又有了更多突破，包括 1970 年代開發出黃光和綠光 LED，以及在 1990 年代中打造出重要的高亮度藍光 LED。

這項發明為白光鋪路，即是將藍光 LED 與紅光和綠光 LED 結合，或添加螢光塗層。LED 的其他發展歷程，包括在背光、區域照明等領域的優勢，都為人所熟知。

不過，LED 的演進還有一個層面未受注目，即固態元件的開發。這些元件主要 (或完全) 在光譜的紅外線 (IR) 區域發射光源。因此，無法用肉眼看見其輸出的光線。對一般消費者而言，這似乎沒什麼用處，但這些紅外線 LED (更準確地稱為紅外線發射器) 在科學、工業、感測、驗證、生物識別追蹤，甚至一些消費應用中都有極高價值。

紅外線發射器的獨特屬性

如同紅光 LED，第一批紅外線發射器的效能有限且不穩定。儘管如此，還是比傳統的紅外線光源 (例如濾光後的白熾燈絲) 具有優勢。

如今，紅外線發射器在所有主要電氣和光學參數中都有良好的表現。此外，這些元件經過精心設計，最佳化和強調特定的效能屬性，讓使用者能夠針對適合目標應用，選擇效能卓越的紅外線發射器。

這些元件的輸出波長往往集中在 850、920、940 nm (圖 1)。請注意，850 nm 接近可見光和紅外光譜區域的模糊邊界，因此波長較短的紅外線發射器會發出微微的紅色光芒。

圖 1：紅外線發射器的工作波長範圍為 780 至 1400 nm；常用的850 nm 紅外線波長也可能帶有可見的紅色光，因為其接近可見光紅色光譜的邊緣。(圖片來源：Gigahertz-Optik Inc.)

領導的紅外線發射器組件

ams OSRAM 的 OSLON P1616 和 OSLON Black 紅外線發射器是紅外線發射器先進功能和技術的典型範例。這兩個系列均採用 ams OSRAM IR:6 晶片技術以提升效能，包括改進內部晶片反射器和晶片鏡設計，可減少晶片中的光學損耗，同時提高輻射強度。ams OSRAM 說明，採用此技術的紅外線發射器比目前市面上的產品具有 42% 更高的壁插效率和 35% 更高的輸出功率。

OSLON P1616 和 OSLON Black 系列的主要區別在於前者尺寸非常小，而後者具有多種外型尺寸和照明模式。

例如，P1616 元件，如 SFH 4182BS-CB2DB1-11 (圖 2、上)，是發射 940 nm 的高功率紅外線元件 (圖 2、左下)，其覆蓋區僅 1.6 × 1.6 mm，適用於密集封裝設計。其高度可能因鏡片和款式而異。應用包括門禁用生物特徵識別、筆記型電腦和智慧門鈴用 2D 人臉辨識認證，以及紅外線照明。

P1616 系列產品提供同級最佳標稱輻射強度，為 190 至 765 mW/sr，輻射通量介於 1000 mW 至 1650 mW。SFH 4182BS-CB2DB1-11 的典型輻射強度為 455 mW，輻射通量上限為 1650 mW。此強度和通量均在 1 A 下測量，但根據元件編號的後綴，可能會有所不同。

在 1 A 順向電流和 10 ms 脈寬的測試條件下，SFH 4182BS-CB2DB1-11 表現出明確的角輻射特性 (圖 2、右下)。此系列產品採用 Nanostack 技術，輸出功率提高至近 180%，並提供透鏡版本以便導入設計，而無透鏡版本則可進行客製化光學配置。

圖 2：P1616 系列的透鏡式 SFH 4182BS-CB2DB1-11 高功率紅外線發射器 (上) 在 940 nm 處具有窄發射帶 (左下)；該元件具有明確的角輻射特性 (右下) (1 A、10 ms 脈衝)。(圖片來源：ams OSRAM)

P1616 系列提供三種波長選擇：850 nm 用於高攝影機靈敏度；940 nm 用於減少保全和室內應用的紅色光暈 (半隱蔽模式)；920 nm 用於平衡各種因素。提供不同的可視角度選項，介於 ±25° 到 ±60°，可用於各種應用，包括需要矩形視圖的應用。

OSLON Black 系列是符合經濟效益的高效能紅外線發射器，以 SFH 4716B (圖 3、上) 為例。SFH 4716B 的峰值波長為 850 nm (圖 3、左下)。此系列還包括波長為 920 和 940 nm 的元件，結合極高的總光通量和小型產業標準封裝，覆蓋區為 3.75 × 3.75 mm。

此系列發射器具有多種封裝和晶片選擇，以及適用於不同亮度等級的堆疊式和非堆疊式晶片迭代，為應用提供設計靈活性。主要應用包括 2D 臉部辨識、遠距和短距閉路電視攝影機、家庭保全、機器視覺、車牌辨識。

此元件的效能包括輻射強度為 200 至 280 mW/sr (1 A 時)，輻射通量為 1050 或 2000 mW (1 A/2 A 時)，以及在由環境溫度和高電流直流所致的高溫下運作時具有低熱阻。在類似的測試條件下，SFH 4716B 的輻射模式 (圖 3、右下) 與 SFH 4182BS-CB2DB1-11 的輻射模式略有不同。不過，與 Black 系列的其他產品一樣，均保有 ±25° 至 ±60° 的相同寬視角範圍。

圖 3：OSLON Black 系列紅外線發射器中的 SFH 4716B (上) 的峰值輸出波長為 850 nm (左下)，與 SFH 4182BS-CB2DB1-11 相比，其輻射模式略有不同 (右下)。(圖片來源：ams OSRAM)

結論

紅外線發射器原為粗糙且不穩定的組件，如今已是廣泛可用、高效能、穩定的紅外線光源，此發展非常驚人。ams 的 OSRAM OSLON P1616 和 OSLON Black 系列等最新型號，為設計人員提供高效能，結合波長、尺寸、強度等關鍵參數的廣泛選擇。這些紅外線發射器可運用於生物辨識安全、區域成像、機器視覺等多種領域。

相關內容

1：Light is security: Selection guide and product portfolio for infrared vision applications (簡冊)

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

2：SFH 4182BS OSLON P1616 規格書

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

3: SFH 4716B OSLON Black 規格書

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