L’optoelettronica, si sta dimostrando una tecnologia abilitante, grazie a una serie di peculiarità specifiche come la velocità, l’immunità al rumore, l’elevato livello di embedding, il basso costo, il basso consumo di potenza elettrica, ecc.
La tecnologia optoelettronica ha sostituito in vari campi applicativi funzionalità prima di natura esclusivamente elettrica ed elettronica. L’innovazione in campo optoelettronico viene anche dall’elevato livello di integrazione e dall’utilizzo intensivo di tecnologie come il System-on-Chip (Soc) e la micromachinery (MEMS), in particola quella ottica dei MiroOptoelectroMechanical systems (MOEMS). L’optoelettronica ha avuto il momento di maggiore successo con la realizzazione di dispositivi come i LED (Light Emitting Diode) come dispositivi di segnalazione luminosa altamente integrabili nei sistemi elettronici e come potenti e versatili sorgenti di luce, ed efficienti dispositivi di rivelazione di luce come i LED photodetector, che hanno consentito un’innovazione senza precedenti nel campo della comunicazione, che, grazie al contemporaneo sviluppo della tecnologia della fibra ottica, ha presto portato alla disponibilità del mercato consumer applicazioni in cui la tecnologia optoelettronica era il principale fattore di innovazione tecnologica.
Dopo questa prima fase di sviluppo della tecnologia optoelettronica basata principalmente sul dispositivo LED, è seguita una fase di sviluppo sempre più innovativo di questa tecnologia con l’obiettivo di estenderne la funzionalità e di abilitare nuove applicazioni, in ambito automobilistico, domestico, sanitario e consumer.
Optoelettronica per automotive
Quello automobilistico è il settore applicativo da cui l’optoelettronica ha ricevuto maggiori stimoli all’innovazione per soddisfare i crescenti requisiti di sicurezza, confort e automatismo. In questa prospettiva si inquadra la tecnologia Eviyos di Osram Opto Semiconductors che ha portato il LED dalla dimensione scalare (singolo punto di luce) alla dimensione vettoriale (matrice di punti di luce direttamente e singolarmente controllabili acceso/spento/modulabile). Questa tecnologia consente di ottenere luce strutturata gestibile alla stessa stregua di un’immagine costituita da pixels e quindi di ottenere un eccellente controllo dell’illuminazione finalizzata ad evitare problematiche come l’abbagliamento e l’elevato consumo di energia elettrica per l’illuminazione. Eviyos di Osram è un LED ibrido che consente di implementare il concetto di illuminazione intelligente grazie alla disponibilità di oltre 1000 pixel/LED controllabili singolarmente per applicazioni di illuminazione primaria in ambito automotive. Quando un’automobile incrocia altre automobili determinati pixel/LED possono essere spenti per non abbagliare gli autoveicoli che procedono nella direzione opposta. Il LED ibrido integra insieme l’array di LED e l’elettronica di controllo. Il chip consiste di 1024 pixel/LED e dell’elettronica di controllo integrate in una superficie di solo 4 x 4 mm. Ogni pixel ha un minimo di intensità luminosa di 4.6 lm. Il LED ibrido Eviyos non solo è versatile ma anche energeticamente efficiente in quanto ogni pixel è dimmabile individualmente. Rimangono accesi solo i pixel che servono nella specifica funzione di illuminazione.
Optoelettronica avanzata per la guida autonoma degli autoveicoli
La guida autonoma degli autoveicoli sarà una delle componenti elettroniche più complesse e costose della prossima generazione dell’automotive. La complessità e il costo sono strettamente correlati ai sistemi di visione. Attualmente il LiDaR (Light Detection and Ranging) è il sistema di visione radar prevalentemente utilizzato. Il LiDaR utilizza l’emissione di luce laser all’infrarosso per illuminare la scena ed eseguirne la ricostruzione grafica. Dunque gli emettitori di luce e i rivelatori di luce sono i componenti optoelettronici fondamentali per portare lo sviluppo del LiDaR a un livello di efficienza e di costo tale da diventare un componente standard della dotazione delle automobili, anche quelle di fascia bassa e ultra economiche. I requisiti di sicurezza e affidabilità dei sistemi di sicurezza dei sistemi di guida autonoma sono molto complessi in quanto devono garantire che, in qualsiasi condizione di illuminazione e di tempo meteorologico, devono essere identificati i potenziali rischi e ostacoli con elevata precisione in tempi utili a consentire l’esecuzione in tempo reale delle necessarie operazioni di controllo della guida. 
Dall’introduzione circa dieci anni fa da parte di OSRAM del laser a 905 nm di lunghezza d’onda, lo sviluppo della tecnologia LiDaR è molto progredita avvantaggiandosi soprattutto dell’elevato livello di integrazione, della riduzione dei costi e della riduzione dei consumi energetici. La potenza di emissione del laser è ormai considerata una funzionalità essenziale per ottenere una capacità di visione più profonda possibile. Ciò significa maggior potenza della emissione laser con conseguente maggior consumo energetico e correnti elettriche in gioco più elevate che portano a livelli di dissipazione di calore elevati. L’elevato livello di integrazione è la soluzione che ha portato allo sviluppo di una versione a quattro canali (SPL S4L90A_3 A01), un chip co quattro aree di emissione capace di una potenza di emissione di 480 Watt, in un package di solo 3.35 mm x 2.45 mm x 0.65 mm.
Optoelettronica per la salute
L’ optoelettronica ha consentito negli ultimi anni innovazioni tecnologiche dirompenti nelle applicazioni sanitarie in due direzioni principali, la non invasività e l’indossabilità. La non invasività implica il superamento dei metodi tradizionali di cattura dei segnali vitali bioelettrici basata sugli elettrodi metallici. L’indossabilità implica il superamento di dimensioni tipiche di apparecchiature da laboratorio desktop per pervenire a dimensioni facilmente adattabili al corpo dei pazienti senza costringerli a risiedere in luoghi come la clinica e in posizioni obbligate come il lettino dell’ambulatorio. La modalità di misura ottica basata essenzialmente su dispositivi emettitori di luce a lunghezza d’onda predeterminata e dispositivi sensori di luce, congiuntamente a una metodologia di misura dei volumi cosiddetta photopletysmogram (PPG), hanno consentito di pervenire allo sviluppo di strumentazione di misura dell’attività cardiaca (ECG) di natura completamente ottica e microelettronica. Ciò è stato possibile soprattutto soprattutto per l'elevata capacità di integrazione di natura System-on-Chip (SoC) della tecnologia digitale, mixed-signal e analogica con la tecnologia ottica. ADPD4000 di Analog Devices è un esempio di elevata integrazione delle componenti funzionali di un sistema di misurazione ottica di parametri vitali in modalità wearable. Il chip ADPD4000 è un front end sensore multimodale capace di stimolare fino a 8 LED e misurare separatamente e contemporaneamente le otto risposte ottiche prodotte dalle stimolazioni delle emissioni luminose degli 8 LED. Disponendo di 12 time slot, è in grado anche di gestire 12 misure separate per ogni campionamento. Il SoC integra l’elettronica digitale e quella di comunicazione I2C (ADPD4001) o SPI (ADPD4000) e l’elettronica di controllo dell’optoelettronica. Fondamentale è l’elettronica analogica che implementa la componente di front end, in particolare quella necessaria alla rimozione dell’offset di segnale e delle interferenze della luce esterna. Il chip ad elevatissima integrazione misura 3.11 mm × 2.14 mm, 0.4 mm di spessore ed è incapsulato in un package 33-ball WLCSP (Wafer Level Chip Scale Package).
Micro-optoelectromechanical systems, la frontiera avanzata dell’optoelettronica
I Micro-OptoElectroMechanical Systems (MOEMS) sono un’evoluzione tecnologica dei micro-electromechanical-systems (MEMS) in quanto i MOEMS aggiungono alla capacità dei MEMS di integrare a livello micrometrico la funzionalità meccanica, la capacità di integrare a livello micrometrico la funzionalità ottica. Dunque micromeccanica e microttica, insieme alla microelettronica, consentono di realizzare funzionalità dell’ottica molto complesse in dimensioni di pochi millimetri rispetto alle dimensioni di apparecchiature desktop dell’ottica tradizionale come le photocamere, i proiettori, ecc. I Digital Micromirror Device (DMD) di Texas Instruments sono una dimostrazione del livello di integrazione dell’ottica e della meccanica ad elevatissima densità. Il DLP5500 per esempio integra 750000 microspecchi collegati ad altrettanti micromotori che controllano l’inclinazione dei microspecchi di ±12° per riflettere i pixel di luce di una immagine a risoluzione XGA (1024 x 768). Il DLP5500 è un modulatore spaziale di luce capace di modulare l’ampiezza, la direzione e la fase della luce ricevuta che trova numerose e innovative applicazioni in ambito industriale, medico, automobilistico e consumer.
