智能座舱传感应用如何选择合适光源

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）近年来，随着智能化、电动化正在成为汽车的核心竞争力，汽车半导体的市场需求规模也在不断加速增长。IDC预计全球汽车半导体市场规模在2026年将达到669.63亿美元，2022-2026年复合增长率为4.7%，高于整体半导体市场的3.2%。因此，汽车成为了近年各大半导体厂商纷纷着重布局的业务。

而汽车智能化的浪潮中，智能座舱是其中的核心之一。作为全球领先的光学解决方案商，艾迈斯欧司朗近期展示了其汽车与出行领域的最新技术，包括智能座舱传感、可见光应用等等。

智能座舱传感应用，如何选择合适光源？

随着辅助驾驶系统的逐渐普及，为了对驾驶员的状况进行监测并及时作出安全性提醒，比如驾驶员疲劳驾驶、双手离开方向盘、行驶中驾驶员视线偏离路面等情况，催生出对DMS驾驶员状态监测系统的需求。

据艾迈斯欧司朗现场应用工程师苏阳介绍，对于汽车舱内传感的应用，艾迈斯欧司朗将其定义成三个部分，包括DMS、舱内监控（IMS）、手势识别系统。而这三大应用中，采用的光源基本都是红外光，艾迈斯欧司朗主要提供的正是这些系统中的红外光源部分。

而对于DMS实际的应用，不同客户会有包括安装位置等的不同需求，艾迈斯欧司朗有不同的红外光源产品可以推给客户。比如客户需求是将DMS安装在汽车座舱内A柱上，这对模组的体积有一定要求，而根据这种需求，VCSEL可以使整个模块体积大大减小，较好的散热性能会更适合用于A柱场景中。

艾迈斯欧司朗针对舱内的DMS应用，提供了两种VCSEL红外光源产品。Tara2000-AUT可以满足模块小型化的需求，同时散热性能耗，且具有多FOI（照明范围）、940nm和850nm两种波长可选。Tara2000-AUT-SAFE则在Tara2000-AUT的基础上，增加了人眼安全保护功能。

艾迈斯欧司朗还提供了三款LED红外光源产品：Oslon Black，可定制透镜角度；Piccolo，可实现LED小型化；SYNIOS，可提供无透镜裸片，让客户在设计上更加自由。

当然，DMS和IMS的应用其实类似，最大的不同在于DMS只需要关注驾驶员的状况，而IMS趋向于监测全车乘客状态，所以在光源部分可以通用。

手势识别也是目前很多新能源车型的智能座舱中的一种操作模式，通过识别用户手势来进行对车内座舱各种功能的操作。在手势识别上，艾迈斯欧司朗主推VCSEL激光产品，VCSEL红外光源与ToF传感器可以搭建成手势识别模块。

那么VCSEL和LED该如何选择？苏阳表示可以从四个方面来对比。

首先在窗口效率上，红外VCSEL会更高，在覆盖到传感器视场角的区域内，从中心往外扩散后用匀光片进行导光补偿，令其在窗口上的效率更高。而LED相对的棱镜是用光锥的方式投射出去，所以会出现中间亮，周围一圈越来越暗的情况。因此汽车舱内的红外LED，可能会用两颗以上的方式进行光源的叠加，并且会用一个外加的透镜进行二次的光形整合，那样可以达到一个比较好的效果。

光源的均匀性不同，会影响到图像质量。VCSEL的均匀性较好，从图表上看，中心点较弱而两侧较强，可以弥补它在平面上面光强比较弱的情况。而LED则是中间亮，两边暗，这是由于LED模组上的透镜，导致其均匀性的差异。

VCSEL的发光波长范围较小，940nm VCSEL的波长可能在正负5到10纳米的范围区间，这样的窄波长产品在实际应用中，大部分的光可以被CMOS传感器接收到，滤光片的滤光效果不会把这一部分的能量进行过滤，这样整体在模组中使用VCSEL的数量可以更少，单颗的能量不会有一部分被滤光片吸收掉，效率会更高。不过窄波长也会产生激光的相干性，容易形成失效点，因此在眼球追踪的应用中成功率会降低。

红外LED波长范围较大，宽波长使其不会像VCSEL激光产生相干性。因此在DMS做眼球追踪功能的时候，可以更容易实现眼球的定位捕捉。

另外，VCSEL支持快速开关驱动，瞬时功率更大，在手势识别等应用上可能会用到60MHz以上的驱动频率，使它可以在几纳秒之内可以将电流提高至2A甚至以上。而红外的LED驱动脉冲可能会有拖尾的情况，驱动时间最低也需要10-20纳秒左右，因此红外LED在一些高频驱动使用的条件下面，可能无法达到客户要求的大电流。

方向盘电容式离手检测

方向盘离手检测同样是目前智能驾驶系统中的重要一环，目前市面有三种方案：第一种是基于扭矩传感的检测，这种方案的好处是，可以复用原有方向盘上的扭矩传感器，成本最低。但缺点也是显而易见的，就是需要人手对方向盘施加力，也无法识别手的姿态，并且很容易通过在方向盘上挂上重物来欺骗系统。

第二种方案是基于DMS红外的摄像头系统。通过视觉的方式来检测，虽然可以识别到手的姿态，但无法判断手是否与方向盘有接触。

第三种是电容式传感，这种方案可以检测手是否接触到方向盘，包括用一些物理的机制去检测你的手是左手还是右手，或者有几根手指握在方向盘上，包括握的力道，都能通过电容值变化的方式进行感知，精度较高。除此之外，由于具备加热功能的方向盘上的加热丝本身有导电的感知层，所以电容式传感方案可以复用这里的感知层，利用开关管进行分时复用，就可以实现加热的同时起到感知作用。

针对电容式离手检测应用，艾迈斯欧司朗推出了AS8579芯片，具有10路通道，客户可以进行分区使用，甚至可以作为其他电容功能按键使用。同时这款芯片支持电阻和电容双测量方式，14bit的阻抗测量分辨率，测量范围在2-2000pF，功能的安全达到ASIL B的等级。

AS8579在封装方面，采用了小型化的SSOP24的封装，可以使系统更加紧凑，降低附加成本。同时，考虑到上述应用在国内相对较新，客户上手可能会遇到困难，因此艾迈斯欧司朗对AS8579的相关支持也较为丰富，包括规格书和评估板、PCB的设计指南、还有软件基础代码的支持等等。

小结

在汽车智能化的浪潮下，在汽车座舱内，人机交付需要持续地创新，而这种情况下，在智能座舱内应用传感技术感知用户状态的需求显得尤为重要。目前，除了DMS等用到的红外光源以及电容式离手检测芯片外，艾迈斯欧司朗还将其领先的光学技术，比如光源、照明等产品带到车载屏幕背光、车内氛围灯等应用上，赋能智能座舱。随着传感、光源等技术的进一步升级，未来可以期待智能座舱能够为用户带来高质量的体验。