斯坦雷擁有滿足DMS/OMS傳感需求的產品系列

為了提高車輛的安全性，業(yè)界一直致力于開發(fā)用于監(jiān)控駕駛員、乘員和車輛內部的系統(tǒng)，并將其安裝在車輛上。由于這些系統(tǒng)需要更強的傳感性能，因此傳感器所用的光源也需要進步。斯坦雷電氣（Stanley Electric）已迅速采取行動來滿足這些需求，致力于將車載紅外VCSEL推向市場并擴大其紅外LED的產品陣容。

新車載應用所需要的光源進步發(fā)展

汽車行業(yè)在不斷開發(fā)各種車載應用，以確保車輛安全并增強駕駛員的車內體驗。ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）就是一個例子。ADAS和自動駕駛（AD）利用攝像頭、雷達、激光雷達和超聲波等多種傳感器來監(jiān)控車輛周圍的行人以及其他駕駛環(huán)境要素，并向駕駛員發(fā)出警報或進行駕駛控制。

對ADAS來說，為了滿足ADAS和AD對高性能的技術要求，外部和內部傳感技術都在加速發(fā)展。其中包括駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)（DMS），該系統(tǒng)利用攝像頭監(jiān)控駕駛員的面部，以檢測他們是否在打瞌睡或視線是否游離。中國和歐洲的汽車制造商在DMS的采用方面處于領先地位。此外，歐盟還規(guī)定，到2026年，所有在歐洲銷售的新車都必須配備DMS。DMS市場預計將在2023-2024年正式啟動，并預計今后會實現(xiàn)快速增長。據(jù)日本矢野經濟研究所2022年11月發(fā)布的預測，全球配備DMS的車輛銷量將從2022年的858萬輛增長到2035年的6574萬輛。除了現(xiàn)有的2D監(jiān)控外，業(yè)界還在開發(fā)3D乘員監(jiān)控系統(tǒng)（OMS），以通過監(jiān)控乘員和物體來增強安全性，并提供多種個性化的娛樂享受。

這就需要確保DMS和OMS對物體的感知在范圍和精度上都是最佳。因此需要改進處理圖像的軟件（算法）和提升攝像頭模塊的性能。攝像頭模塊中與圖像傳感器配合使用的紅外光源，存在著新的市場需求。

紅外LED主要用作圖像傳感器的光源，但隨著DMS/OMS有更高性能的需求使得現(xiàn)有紅外LED難以滿足要求。在許多情況下，不同車型會將DMS攝像頭安裝在不同的位置，例如方向盤、立柱或中控臺上。這需要使用可以控制配光的紅外光源來優(yōu)化攝像頭的視場角（FoV）。由于OMS用于監(jiān)控整個車輛內部，因此迫切需要具有更高輸出功率的紅外光源，并且在用于傳感器時要能以更高的分辨率檢測人和物體。

DMS和OMS使用光源發(fā)出的紅外線照射駕駛員和乘客，然后利用CMOS攝像頭記錄圖像。通過分析記錄的圖像，了解駕駛員視線和眼瞼的運動，即可P判斷駕駛員的注意力和疲勞程度，并向駕駛員發(fā)出警報。該系統(tǒng)還可以檢測到遺留在后座的物品，并向駕駛員的智能手機發(fā)送警報。由攝像頭和VCSEL等紅外光源組成的3D飛行時間（ToF）技術，可實現(xiàn)高分辨率圖像分析，并提高這些DMS/OMS應用功能的性能。

斯坦雷擴大了其紅外光源產品陣容，以滿足這些需求。該公司自20世紀70年代以來一直致力于紅外LED的開發(fā)和商業(yè)化，并占據(jù)了一定的市場份額。近年來，斯坦雷專注于開發(fā)用于車載應用的VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）。該公司利用紅外VCSEL和紅外LED的各自特性擴大了產品陣容，其規(guī)格也使其易于用作DMS和OMS傳感器的光源。

適合用作DMS/OMS傳感器光源的紅外VCSEL/LED示例

支持3D傳感系統(tǒng)的紅外VCSEL

紅外VCSEL是一種從基板垂直發(fā)射激光的半導體激光器。這種器件由于具有高方向性，且受溫度條件或驅動方式（使用大電流激活）的影響較小，因而具有穩(wěn)定的性能。另一個特點是，由于其發(fā)射光譜比紅外LED窄得多，因此可使帶通濾波器的通帶做得更緊，從而抑制太陽光（干擾光）的影響。

VCSEL和LED的主要區(qū)別在于其照射圖案和響應度。

LED的照射圖案在中心最強，并呈圓形擴散。紅外VCSEL利用擴散器對元件發(fā)出的激光進行散射，實現(xiàn)廣角均勻的視場照射，同時防止激光聚焦，從而保證人眼的安全。LED與透鏡結合使用來聚集或分散光線以照射廣泛的空間，而紅外VCSEL則采用擴散器來分散光線并均勻地照亮矩形形狀的表面。DMS/OMS所需高分辨率傳感的實現(xiàn)，利用到了紅外VCSEL均勻照射矩形形狀的特性，以便均勻照亮攝像頭的FoV。

紅外LED和紅外VCSEL兩種器件在結構和配光上的差異 紅外VCSEL的響應速度明顯高于LED。LED的脈沖上升和下降時間為10-15 ns，而紅外VCSEL的脈沖上升和下降時間則為1 ns。因此，通過簡單計算，VCSEL的響應速度比LED快10倍以上。當用作ToF傳感器的光源時，VCSEL可以實現(xiàn)比LED光源更高的ToF圖像分辨率、更寬的角度以及更接近實時的性能（更低的延遲）。正是由于這些特性，紅外VCSEL已成為OMS 3D傳感或以3D方式識別駕駛員極其復雜的動作和手勢并將其用作反饋來控制車輛等應用的最佳選擇。

紅外VCSEL和LED的響應速度比較；采用高響應速度的紅外VCSEL作為ToF傳感器的光源，可獲得更清晰的ToF圖像。

斯坦雷已開始量產UDN1ZE65和UEN1ZA9，光輸出功率分別為2.1 W和2.8 W。兩者的波長均為940 nm。它們符合AEC-Q102汽車質量標準，在人眼安全方面可滿足IEC 60825-1國際標準和美國激光產品CFR Part 1040.10標準I級（本安型設計）的要求。

另一個特點是封裝中不使用銀。當在電子元件封裝和電極等應用中使用銀時，接觸到環(huán)境中的硫時會導致銀硫化，生成硫化銀，進而導致元器件不良。因此，業(yè)界的基本做法是避免在車載元器件中使用銀，而斯坦雷則已采取全面措施防止其紅外VCSEL發(fā)生硫化。

斯坦雷還提供配備光電二極管（PD）的產品，可接收來自擴散器的反射光?；谶@種機制，如果擴散器脫落，PD將接收不到反射光，在檢測到這種情況后，即可判定為異常。斯坦雷計劃為其未來開發(fā)的所有產品提供配備PD的封裝。

紅外VCSEL器件結構及控制配光引起的照度變化

此外，光功率為9.2 W的紅外VCSEL也在開發(fā)中。該產品的光功率明顯高于現(xiàn)有的產品，以滿足歐洲等地日益增長的觀察整個車輛內部的需求，在這些國家，DMS的安裝已成為強制要求。9.2 W產品工程樣品已發(fā)貨，預計2023年底發(fā)布。

從小功率到大功率、從窄角到廣角的多種紅外LED系列

雖然具有高速響應的紅外VCSEL非常適合某些應用，例如ToF傳感器和手勢控制等，但事實證明市場對紅外LED的需求仍然相當大，并且其比紅外VCSEL性價比更高。

斯坦雷多年來一直涉足紅外LED車載應用業(yè)務。公司根據(jù)這些經驗擴展了用于DMS和OMS的V系列車規(guī)產品，并在波長、輸出、空間分布等特性方面提供了越來越多的變化。所有這些產品均符合AEC-Q102汽車質量標準。

斯坦雷擴展了具有高輻射強度的大功率紅外LED的產品陣容

公司擴展了角度為60°或45°的窄配光型產品陣容，以滿足僅需要看清駕駛員面部的DMS應用所需。除了過去主打的945 nm產品外，斯坦雷又新增了855 nm VMGN1107MS。945 nm的波長可以抵抗環(huán)境光的影響，但隨著DMS/OMS中所使用的攝像頭數(shù)量的增加，光源發(fā)出的光線會產生相互干擾。因此，公司開發(fā)了不易受干擾的VMGN1107MS。945 nm產品方面，公司新增了VMNN110CMS，輻射強度（1A時）達到1160 mW/sr，指向角為45°。指向角為60°的1150 mW/sr產品也在開發(fā)中。

由于其兼具窄配光和大功率特性，因此還具有可使二次透鏡變得更小或省去二次透鏡的優(yōu)點。這就能直接促進光學單元的小型化。

需要看到整個車輛內部的OMS，則越來越多地使用寬配光產品?，F(xiàn)有產品的指向角度為120°，而150°的產品也正在開發(fā)中。斯坦雷還在推進輻射強度更高的120°新產品的開發(fā)。

增加具有不同光分布和光功率特性的紅外LED，也能促進光學設計的減少。如上所述，攝像頭視場配光和照射距離的要求，取決于DMS/OMS攝像頭安裝位置的變化。當紅外LED的選擇有限時，可能需要添加光學器件或系統(tǒng)，從而導致設計靈活性降低，成本增加。

紅外LED的開發(fā)也著眼于未來的車載應用，例如通過人臉識別進行支付或通過生物識別解鎖安全功能。對于這些應用，規(guī)格為810 nm波長，適合虹膜識別；指向角度為50°；輻射強度為600 mW/sr。

中國市場使用率不斷提高

通過開始批量生產紅外VCSEL并擴大紅外LED產品陣容，斯坦雷現(xiàn)已擁有滿足DMS/OMS傳感需求的產品系列。

紅外VCSEL和紅外LED設計的中標數(shù)量已達26家汽車制造商和30個不同類型的平臺，目前還有20多個其他項目正在提議或評估。中國的進步尤其引人注目。歐洲市場因車輛DMS強制要求而有望擴大，而中國無論立法如何，都有著強烈增加新功能的傾向。為此，許多汽車制造商都在積極采用DMS和OMS，斯坦雷的紅外VCSEL已應用于中國汽車制造商的車輛上。

在DMS搭載方面領先的日本和對此積極的中國，以及在搭載義務化開始的歐洲等市場的推動下，配備DMS/OMS的車輛數(shù)量必將增加。因此，這將造成傳感器光源的規(guī)格更加差異化。在這種情況下，斯坦雷擁有VCSEL和LED兩種紅外光源，并且正在繼續(xù)擴大這兩個產品系列的陣容，因此斯坦雷將會成為DMS/OMS設計人員的可靠合作伙伴。

審核編輯：彭菁