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。基于這種機制,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也在開發中。該產品的光功率明顯高于現有的產品,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產品工程樣品已發貨,預計2023年底發布。
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車載應用業務。公司根據這些經驗擴展了用于DMS和OMS的V系列車規產品,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的波長可以抵抗環境光的影響,但隨著DMS/OMS中所使用的攝像頭數量的增加,光源發出的光線會產生相互干擾。因此,公司開發了不易受干擾的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。現有產品的指向角度為120°,而150°的產品也正在開發中。斯坦雷還在推進輻射強度更高的120°新產品的開發。
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,從而導致設計靈活性降低,成本增加。
紅外LED的開發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