用於先進駕駛輔助系統的高功率紅外線發射器

大四前的暑假，我是一名調酒師，主要工作是拉啤酒機和開瓶，沒什麼特別的。我們於凌晨 4:00 關店。有一天晚上，我開車回家在等紅綠燈的時候睡著了。那時候我似乎一直踩著煞車，也不知道踩了多久，但至少轉換了幾次燈號。還好路上沒有其他人，所以當我驚醒時，沒有發生什麼事。如果您開了幾年車或曾有過長途公路旅行的經驗，難保不會有這樣的時刻：您有點累了，眼睛眨得比平時還要久，也許還會把音樂轉大聲一點放聲高歌，或是搖下窗戶試著保持清醒。估計全球至少有 10% 的道路交通事故與疲勞有關。美國國家公路交通安全管理局估計，每年有 10 萬起警方報告的疲勞駕駛事故，導致近 800 人死亡和 5 萬人受傷。這個問題很嚴重，汽車製造商正在推出解決方案。

製造商在先進駕駛輔助系統中納入「疲勞駕駛監控系統」。到 2024 年，歐洲所有新車都必須配備基於攝影機的駕駛監控系統，以防止疲勞駕駛所引發的事故。在美國，往往是高階汽車才會有此系統作為標配，但在未來五年內將逐漸普及到所有汽車。駕駛監控系統必須能夠評估駕駛的警覺性。此功能基於 CMOS 攝影鏡頭，這類似於智慧型手機或安全系統中的攝影鏡頭，搭配自行研發的軟體，可偵測眨眼頻率。攝影機可以置於後視鏡安裝座後方或附近，或在儀表板上，並且「聚焦」在臉部。攝影機依靠外部光源照亮駕駛的臉部；白天是陽光，晚上則是高功率紅外線發射器。

CMOS 感測器對大約 350 nm 至 1050 nm 的波長敏感。疲勞駕駛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。「高功率」有兩種表現方式。首先，發射器可以產生高強度。VSMA1094259X02 紅外線晶片的發射器尺寸較大，為 0.042 in x 0.042 in 或 1.07 mm x 1.07 mm。封裝尺寸為 3.4 mm x 3.4 mm。VSMA1094250X02 有兩個堆疊晶片，可產生 1350 mW/sr 的典型強度和 1.0 A 的脈衝正向電流。其次，發射器設計用於高驅動電流，高達 1.5 A (DC) 和高達 5 A (脈衝)。在 5 A 電流下，發射器的強度為 6000 mW/sr。此高強度可讓疲勞駕駛攝影機系統的覆蓋區相對較小，只需要一個紅外線發射器。

疲勞駕駛系統不同於具有寬廣視野的安全攝影機，此系統的視野要窄得多，僅聚焦於駕駛的臉部和眼睛。紅外線發射器的透鏡具有 ±28° 的半強度角，可滿足此視角；一半的發射功率集中在這個狹窄的圓錐形區域。汽車 OEM 使用的任何發射器都必須符合 AEC-Q102 定義的汽車標準，並且工作溫度高達 125°。為了因應與高紅外線輸出相關的安全問題，部分解決方案加入接近感測器 (如 VCNL3040)，以便在人員太接近發射區域時關閉或減少發射器的輸出。若要判定車內光線是否足夠，以便偵測駕駛的眼睛，需使用 VEML6031X00 等環境光感測器。

製造商也正在研發「擴充乘員感測」，加入先進駕駛輔助系統中。Bosch 的文獻中指出：「車廂監控解決方案可提供對駕駛、乘客和整個車廂環境的全面解析。結合我們對汽車領域的瞭解以及電腦視覺和感測器系統方面的強大專業知識，可以達到卓越的安全性和舒適性，並使自動駕駛成為安全的體驗。」安全氣囊首次推出時，駕駛和乘客的兩個安全氣囊會在碰撞時同時展開。保險公司讓原始設備製造商意識到，更換部署在乘客空位的安全氣囊成本很高，促使他們建立檢測乘客存在的系統。美國和歐洲的所有汽車現在都配備此類系統。乘客座位若被佔用，座艙內有一個 LED 指示燈會亮起。這對於前座乘客安全氣囊有效，B 柱中的安全氣囊和後排座椅中的側面安全氣囊也需要相同的功能，並在佔用時展開。具備攝影機的車廂監控系統將會識別所有乘客的位置，達到這項功能。音響系統變得越來越複雜，如果不是僅在前座有乘客，後座也有乘客，聲音系統就會改變聲調。氣候控制還可以根據乘客所在的位置和太陽的角度進行「調整」。隨著自駕車的興起，有可能不再有前座和後座之分，而更多的是像客廳的設置。如此一來，安全、氣候、娛樂系統將真正需要瞭解車內每位乘客的位置。

與疲勞駕駛偵測一樣，車廂監控的基本要素是一個或多個攝影機和高功率紅外線發射器。廣角發射器將取代窄角發射器，用於在整個機艙內均勻分佈紅外光。使用 Vishay 的 VSMA108575X02 等發射器。此發射器具有與 VSMA109425X02 相同的發射器晶片、相同的雙堆疊技術和相同的導熱封裝，但其透鏡不同。它不是聚焦光線，而是將光線分散。此發射器的半強度角為±75°。由於同量的光傳播到更寬的角度，因此任何一個區域的強度都會較小。在脈衝 5 A 正向電流下，VSMA108575X02 的強度為 1600 mW/sr。同樣地，當車廂黑暗時，會需要發射器。這可能是在晚上或是採用深色的窗戶。

疲勞駕駛檢測已上市。而且在數年後，將成為每輛新車的標準配備。車廂監控系統也即將推出。目前自駕車正在城市街道進行測試，尤其是特定任務的車輛，例如往返各地的接駁車。採用高功率紅外線發射器的車內攝影系統將提高安全性和舒適性。