红外VCSEL的响应速度明显高于LED。LED的脉冲上升和下降时间为10-15 ns,而红外VCSEL的脉冲上升和下降时间则为1 ns。因此,通过简单计算,VCSEL的响应速度比LED快10倍以上。当用作ToF传感器的光源时,VCSEL可以实现比LED光源更高的ToF图像分辨率、更宽的角度以及更接近实时的性能(更低的延迟)。正是由于这些特性,红外VCSEL已成为OMS 3D传感或以3D方式识别驾驶员极其复杂的动作和手势并将其用作反馈来控制车辆等应用的最佳选择。
红外VCSEL和LED的响应速度比较;采用高响应速度的红外VCSEL作为ToF传感器的光源,
可获得更清晰的ToF图像
斯坦雷已开始量产UDN1ZE65和UEN1ZA9,光输出功率分别为2.1 W和2.8 W。两者的波长均为940 nm。它们符合AEC-Q102汽车质量标准,在人眼安全方面可满足IEC 60825-1国际标准和美国激光产品CFR Part 1040.10标准I级(本安型设计)的要求。
另一个特点是封装中不使用银。当在电子元件封装和电极等应用中使用银时,接触到环境中的硫时会导致银硫化,生成硫化银,进而导致元器件不良。因此,业界的基本做法是避免在车载元器件中使用银,而斯坦雷则已采取全面措施防止其红外VCSEL发生硫化。
斯坦雷还提供配备光电二极管(PD)的产品,可接收来自扩散器的反射光。基于这种机制,如果扩散器脱落,PD将接收不到反射光,在检测到这种情况后,即可判定为异常。斯坦雷计划为其未来开发的所有产品提供配备PD的封装。
红外VCSEL器件结构及控制配光引起的照度变化
此外,光功率为9.2 W的红外VCSEL也在开发中。该产品的光功率明显高于现有的产品,以满足欧洲等地日益增长的观察整个车辆内部的需求,在这些国家,DMS的安装已成为强制要求。9.2 W产品工程样品已发货,预计2023年底发布。
从小功率到大功率、从窄角到广角的多种红外LED系列
虽然具有高速响应的红外VCSEL非常适合某些应用,例如ToF传感器和手势控制等,但事实证明市场对红外LED的需求仍然相当大,并且其比红外VCSEL性价比更高。
斯坦雷多年来一直涉足红外LED车载应用业务。公司根据这些经验扩展了用于DMS和OMS的V系列车规产品,并在波长、输出、空间分布等特性方面提供了越来越多的变化。所有这些产品均符合AEC-Q102汽车质量标准。
斯坦雷扩展了具有高辐射强度的大功率红外LED的产品阵容
公司扩展了角度为60°或45°的窄配光型产品阵容,以满足仅需要看清驾驶员面部的DMS应用所需。除了过去主打的945 nm产品外,斯坦雷又新增了855 nm VMGN1107MS。945 nm的波长可以抵抗环境光的影响,但随着DMS/OMS中所使用的摄像头数量的增加,光源发出的光线会产生相互干扰。因此,公司开发了不易受干扰的VMGN1107MS。945 nm产品方面,公司新增了VMNN110CMS,辐射强度(1A时)达到1160 mW/sr,指向角为45°。指向角为60°的1150 mW/sr产品也在开发中。
由于其兼具窄配光和大功率特性,因此还具有可使二次透镜变得更小或省去二次透镜的优点。这就能直接促进光学单元的小型化。
需要看到整个车辆内部的OMS,则越来越多地使用宽配光产品。现有产品的指向角度为120°,而150°的产品也正在开发中。斯坦雷还在推进辐射强度更高的120°新产品的开发。
增加具有不同光分布和光功率特性的红外LED,也能促进光学设计的减少。如上所述,摄像头视场配光和照射距离的要求,取决于DMS/OMS摄像头安装位置的变化。当红外LED的选择有限时,可能需要添加光学器件或系统,从而导致设计灵活性降低,成本增加。
红外LED的开发也着眼于未来的车载应用,例如通过人脸识别进行支付或通过生物识别解锁安全功能。对于这些应用,规格为810 nm波长,适合虹膜识别;指向角度为50°;辐射强度为600 mW/sr。
中国市场使用率不断提高