智能座艙傳感應(yīng)用如何選擇合適光源

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）近年來，隨著智能化、電動化正在成為汽車的核心競爭力，汽車半導(dǎo)體的市場需求規(guī)模也在不斷加速增長。IDC預(yù)計(jì)全球汽車半導(dǎo)體市場規(guī)模在2026年將達(dá)到669.63億美元，2022-2026年復(fù)合增長率為4.7%，高于整體半導(dǎo)體市場的3.2%。因此，汽車成為了近年各大半導(dǎo)體廠商紛紛著重布局的業(yè)務(wù)。

而汽車智能化的浪潮中，智能座艙是其中的核心之一。作為全球領(lǐng)先的光學(xué)解決方案商，艾邁斯歐司朗近期展示了其汽車與出行領(lǐng)域的最新技術(shù)，包括智能座艙傳感、可見光應(yīng)用等等。

智能座艙傳感應(yīng)用，如何選擇合適光源？

隨著輔助駕駛系統(tǒng)的逐漸普及，為了對駕駛員的狀況進(jìn)行監(jiān)測并及時(shí)作出安全性提醒，比如駕駛員疲勞駕駛、雙手離開方向盤、行駛中駕駛員視線偏離路面等情況，催生出對DMS駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的需求。

據(jù)艾邁斯歐司朗現(xiàn)場應(yīng)用工程師蘇陽介紹，對于汽車艙內(nèi)傳感的應(yīng)用，艾邁斯歐司朗將其定義成三個(gè)部分，包括DMS、艙內(nèi)監(jiān)控（IMS）、手勢識別系統(tǒng)。而這三大應(yīng)用中，采用的光源基本都是紅外光，艾邁斯歐司朗主要提供的正是這些系統(tǒng)中的紅外光源部分。

而對于DMS實(shí)際的應(yīng)用，不同客戶會有包括安裝位置等的不同需求，艾邁斯歐司朗有不同的紅外光源產(chǎn)品可以推給客戶。比如客戶需求是將DMS安裝在汽車座艙內(nèi)A柱上，這對模組的體積有一定要求，而根據(jù)這種需求，VCSEL可以使整個(gè)模塊體積大大減小，較好的散熱性能會更適合用于A柱場景中。

艾邁斯歐司朗針對艙內(nèi)的DMS應(yīng)用，提供了兩種VCSEL紅外光源產(chǎn)品。Tara2000-AUT可以滿足模塊小型化的需求，同時(shí)散熱性能耗，且具有多FOI（照明范圍）、940nm和850nm兩種波長可選。Tara2000-AUT-SAFE則在Tara2000-AUT的基礎(chǔ)上，增加了人眼安全保護(hù)功能。

艾邁斯歐司朗還提供了三款LED紅外光源產(chǎn)品：Oslon Black，可定制透鏡角度；Piccolo，可實(shí)現(xiàn)LED小型化；SYNIOS，可提供無透鏡裸片，讓客戶在設(shè)計(jì)上更加自由。

當(dāng)然，DMS和IMS的應(yīng)用其實(shí)類似，最大的不同在于DMS只需要關(guān)注駕駛員的狀況，而IMS趨向于監(jiān)測全車乘客狀態(tài)，所以在光源部分可以通用。

手勢識別也是目前很多新能源車型的智能座艙中的一種操作模式，通過識別用戶手勢來進(jìn)行對車內(nèi)座艙各種功能的操作。在手勢識別上，艾邁斯歐司朗主推VCSEL激光產(chǎn)品，VCSEL紅外光源與ToF傳感器可以搭建成手勢識別模塊。

那么VCSEL和LED該如何選擇？蘇陽表示可以從四個(gè)方面來對比。

首先在窗口效率上，紅外VCSEL會更高，在覆蓋到傳感器視場角的區(qū)域內(nèi)，從中心往外擴(kuò)散后用勻光片進(jìn)行導(dǎo)光補(bǔ)償，令其在窗口上的效率更高。而LED相對的棱鏡是用光錐的方式投射出去，所以會出現(xiàn)中間亮，周圍一圈越來越暗的情況。因此汽車艙內(nèi)的紅外LED，可能會用兩顆以上的方式進(jìn)行光源的疊加，并且會用一個(gè)外加的透鏡進(jìn)行二次的光形整合，那樣可以達(dá)到一個(gè)比較好的效果。

光源的均勻性不同，會影響到圖像質(zhì)量。VCSEL的均勻性較好，從圖表上看，中心點(diǎn)較弱而兩側(cè)較強(qiáng)，可以彌補(bǔ)它在平面上面光強(qiáng)比較弱的情況。而LED則是中間亮，兩邊暗，這是由于LED模組上的透鏡，導(dǎo)致其均勻性的差異。

VCSEL的發(fā)光波長范圍較小，940nm VCSEL的波長可能在正負(fù)5到10納米的范圍區(qū)間，這樣的窄波長產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中，大部分的光可以被CMOS傳感器接收到，濾光片的濾光效果不會把這一部分的能量進(jìn)行過濾，這樣整體在模組中使用VCSEL的數(shù)量可以更少，單顆的能量不會有一部分被濾光片吸收掉，效率會更高。不過窄波長也會產(chǎn)生激光的相干性，容易形成失效點(diǎn)，因此在眼球追蹤的應(yīng)用中成功率會降低。

紅外LED波長范圍較大，寬波長使其不會像VCSEL激光產(chǎn)生相干性。因此在DMS做眼球追蹤功能的時(shí)候，可以更容易實(shí)現(xiàn)眼球的定位捕捉。

另外，VCSEL支持快速開關(guān)驅(qū)動，瞬時(shí)功率更大，在手勢識別等應(yīng)用上可能會用到60MHz以上的驅(qū)動頻率，使它可以在幾納秒之內(nèi)可以將電流提高至2A甚至以上。而紅外的LED驅(qū)動脈沖可能會有拖尾的情況，驅(qū)動時(shí)間最低也需要10-20納秒左右，因此紅外LED在一些高頻驅(qū)動使用的條件下面，可能無法達(dá)到客戶要求的大電流。

方向盤電容式離手檢測

方向盤離手檢測同樣是目前智能駕駛系統(tǒng)中的重要一環(huán)，目前市面有三種方案：第一種是基于扭矩傳感的檢測，這種方案的好處是，可以復(fù)用原有方向盤上的扭矩傳感器，成本最低。但缺點(diǎn)也是顯而易見的，就是需要人手對方向盤施加力，也無法識別手的姿態(tài)，并且很容易通過在方向盤上掛上重物來欺騙系統(tǒng)。

第二種方案是基于DMS紅外的攝像頭系統(tǒng)。通過視覺的方式來檢測，雖然可以識別到手的姿態(tài)，但無法判斷手是否與方向盤有接觸。

第三種是電容式傳感，這種方案可以檢測手是否接觸到方向盤，包括用一些物理的機(jī)制去檢測你的手是左手還是右手，或者有幾根手指握在方向盤上，包括握的力道，都能通過電容值變化的方式進(jìn)行感知，精度較高。除此之外，由于具備加熱功能的方向盤上的加熱絲本身有導(dǎo)電的感知層，所以電容式傳感方案可以復(fù)用這里的感知層，利用開關(guān)管進(jìn)行分時(shí)復(fù)用，就可以實(shí)現(xiàn)加熱的同時(shí)起到感知作用。

針對電容式離手檢測應(yīng)用，艾邁斯歐司朗推出了AS8579芯片，具有10路通道，客戶可以進(jìn)行分區(qū)使用，甚至可以作為其他電容功能按鍵使用。同時(shí)這款芯片支持電阻和電容雙測量方式，14bit的阻抗測量分辨率，測量范圍在2-2000pF，功能的安全達(dá)到ASIL B的等級。

AS8579在封裝方面，采用了小型化的SSOP24的封裝，可以使系統(tǒng)更加緊湊，降低附加成本。同時(shí)，考慮到上述應(yīng)用在國內(nèi)相對較新，客戶上手可能會遇到困難，因此艾邁斯歐司朗對AS8579的相關(guān)支持也較為豐富，包括規(guī)格書和評估板、PCB的設(shè)計(jì)指南、還有軟件基礎(chǔ)代碼的支持等等。

小結(jié)

在汽車智能化的浪潮下，在汽車座艙內(nèi)，人機(jī)交付需要持續(xù)地創(chuàng)新，而這種情況下，在智能座艙內(nèi)應(yīng)用傳感技術(shù)感知用戶狀態(tài)的需求顯得尤為重要。目前，除了DMS等用到的紅外光源以及電容式離手檢測芯片外，艾邁斯歐司朗還將其領(lǐng)先的光學(xué)技術(shù)，比如光源、照明等產(chǎn)品帶到車載屏幕背光、車內(nèi)氛圍燈等應(yīng)用上，賦能智能座艙。隨著傳感、光源等技術(shù)的進(jìn)一步升級，未來可以期待智能座艙能夠?yàn)橛脩魩砀哔|(zhì)量的體驗(yàn)。