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(nèi)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(qiáng)的傳感性能，因此傳感器所用的光源也需要進(jìn)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(kuò)大其紅外LED的產(chǎn)品陣容。
新車載應(yīng)用所需要的光源進(jìn)步發(fā)展
汽車行業(yè)在不斷開發(fā)各種車載應(yīng)用，以確保車輛安全并增強(qiáng)駕駛員的車內(nèi)體驗(yàn)。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(dá)、激光雷達(dá)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(bào)或進(jìn)行駕駛控制。
對ADAS來說，為了滿足ADAS和AD對高性能的技術(shù)要求，外部和內(nèi)部傳感技術(shù)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(lǐng)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(yù)計(jì)將在2023-2024年正式啟動，并預(yù)計(jì)今后會實(shí)現(xiàn)快速增長。據(jù)日本矢野經(jīng)濟(jì)研究所2022年11月發(fā)布的預(yù)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(qiáng)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(jìn)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(nèi)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(yùn)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(bào)。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(jī)發(fā)送警報(bào)。由攝像頭和VCSEL等紅外光源組成的3D飛行時間（ToF）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高分辨率圖像分析，并提高這些DMS/OMS應(yīng)用功能的性能。
斯坦雷擴(kuò)大了其紅外光源產(chǎn)品陣容，以滿足這些需求。該公司自20世紀(jì)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(yīng)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(kuò)大了產(chǎn)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(dǎo)體激光器。這種器件由于具有高方向性，且受溫度條件或驅(qū)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(diǎn)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(yīng)度。
LED的照射圖案在中心最強(qiáng)，并呈圓形擴(kuò)散。紅外VCSEL利用擴(kuò)散器對元件發(fā)出的激光進(jìn)行散射，實(shí)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(jié)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(kuò)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(shí)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(jié)構(gòu)和配光上的差異
