用于高級輔助駕駛系統的高功率紅外發射器
發布時間：2024-3-6 10:57
發布者：eechina
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來源：DigiKey 作者： Jim Toal and Samy Ahmed, Vishay Semiconductor, Optoelectronics Group 上大四前的那個暑假，我當過酒保，主要是拉拉水龍頭、開開酒瓶之類，沒什么花樣。我們凌晨 4 點關門。一天晚上，我開車回家，在紅綠燈處睡著了。似乎我的腳一直踩在剎車上，但我不知道自己昏睡了多久，至少有幾個紅綠燈周期。幸運的是，當時路上沒有其他人，所以當我驚醒時，沒有造成任何損失。如果你開過幾年車或者跑過長途，我敢打賭，你一定有過這樣的經歷：你有點累了，上眼皮開始跟下眼皮打架，此時你也許會打開音樂唱唱歌，也許會搖下車窗吹吹風，讓自己保持清醒。據估計，全世界至少有 10% 的交通事故與疲勞駕駛有關。美國國家公路交通安全管理局估計，每年警方報告有 10 萬起瞌睡駕駛撞車事故，造成近 800 人死亡，5 萬人受傷。這是一個很嚴重的問題，汽車制造商正在推出解決方案。 制造商作為高級駕駛輔助系統的一部分，引入了瞌睡駕駛監控系統。2024 年，歐洲所有新車都必須配備基于攝像頭的駕駛員監控系統，以防止瞌睡駕駛導致事故。在美國，最初配備該系統的往往是高端汽車，現在則是要在未來五年內逐步普及到所有汽車。駕駛員監控系統必須能夠評估駕駛員的警覺性。該功能基于 CMOS 攝像頭，就像智能手機或安全系統中的攝像頭一樣，通過專有軟件來檢測眼瞼眨動的頻率。攝像頭可以安裝在后視鏡支架后面或旁邊，也可以安裝在儀表板上，視場“聚焦”在面部。攝像頭依靠外部光源照亮駕駛員的臉部，白天依靠陽光，晚上則依靠高功率紅外線發射器。 
CMOS 傳感器對大約 350 納米 (nm) 到 1050 nm 的波長敏感。瞌睡駕駛監控系統使用峰值強度為 850 nm 或 940 nm 的紅外線發射器，例如 Vishay 的 VSMA1094250X02 �！案吖β省斌w現在兩個方面。首先，發射器可以產生高強度紅外線。作為紅外芯片，VSMA1094259X02 發射器的尺寸較大，為 0.042 英寸 x 0.042 英寸或 1.07 mm x 1.07 mm。封裝尺寸為 3.4 mm x 3.4 mm。VSMA1094250X02 有兩個芯片，雙層堆疊，典型強度為 1350 mW/sr，正向脈沖電流為 1.0 A。其次，發射器設計用于高驅動電流，最高可達 1.5 A（直流）和 5 A（脈沖）。5 A 時，發射器的強度為 6000 mW/sr�？紤]到這種高強度，瞌睡駕駛相機系統的占用空間相對較小，只需要一個紅外線發射器。
與寬視場安防攝像機不同，瞌睡駕駛監控系統的視場要窄得多，只需對準司機的臉部和眼睛。該紅外線發射器的透鏡具有 ±28° 的半強度角，完美實現這一視角要求；一半的發射功率集中在這一狹窄的錐形區域。汽車原始設備制造商使用的任何發射器都必須符合 AEC-Q102 規定的汽車標準，工作溫度最高要達 125°。為了解決與高紅外輸出有關的安全問題，有些解決方案設計時會采用像 VCNL3040 這樣的接近傳感器，以便在人員過于接近發射區域時關閉或減少發射器的輸出。為了確定車內照明是否足以探測到駕駛員的眼睛，需要使用 VEML6031X00 這樣的環境光傳感器。
作為高級駕駛輔助系統的一部分，制造商還在努力擴大乘員感應范圍。引用 Bosch 文獻，“座艙監控解決方案可全面了解駕駛員、乘員和整個座艙場景。我們將對汽車領域的理解與計算機視覺和傳感器系統方面的強大專業技術結合在一起，實現了出色的安全性和舒適性，使自動駕駛成為一種安全體驗�！瘪{駛員和乘客安全氣囊剛推出時，在發生碰撞時兩個安全氣囊都會展開。保險公司提醒原始設備制造商，更換在空座位前展開的安全氣囊成本很高，因此鼓勵他們開發能檢測乘客是否存在的系統�，F在，美國和歐洲的所有汽車都配備了這種系統。當乘客座位有人時，乘客艙內的 LED 指示燈會亮起。這對前排乘客側安全氣囊很有效，但 B 柱上的安全氣囊和后排座椅上的側安全氣囊需要同樣的功能，并在有人時才展開�；跀z像頭的座艙監控系統能夠識別所有乘客的位置，從而實現這一功能。音響系統正變得越來越復雜，如果前座和后座都有乘客，而不是只有前座有乘客，音響系統就會改變音調。氣候控制也可以根據乘客所在位置和陽光照射角度進行“調整”。隨著自主駕駛車輛的出現，可能不會再有前座和后座之分，而更像是一個起居室。在這種情況下，安全、氣候和娛樂系統將真正需要了解車內每位乘客的位置。
與瞌睡駕駛檢測一樣，座艙監控的基本元件就是一個或多個攝像頭和大功率紅外線發射器。為了在整個座艙內均勻分布光線，將使用廣角發射器而不是窄角發射器。如使用類似 Vishay 的 VSMA108575X02 這樣的發射器。它與 VSMA109425X02 擁有相同的發射器芯片、相同的雙疊層技術和相同的導熱封裝，但其透鏡卻有所不同。它不是聚光，而是散光。這種發射器的半強度角為 ±75°。由于相同的光量會散射到更大的角度，因此任何一個區域的強度都會降低。在脈沖 5 A 正向電流下，VSMA108575X02 的強度為 1600 mW/sr。同樣，發射器需要在機艙黑暗時使用。這可能是在夜間或車窗著色較深的情況下。 瞌睡駕駛檢測技術已經成熟。幾年內，它將成為每輛新車的一項功能。座艙監控系統即將面世。如今，自主駕駛車輛，尤其是像往返于同一地點的班車這樣特定任務車輛，正在城市道路上進行測試。采用高功率紅外線發射器的車內攝像系統將提高車輛的安全性和舒適性。 |
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