あなたの車はあなたを見守っています。これは妄想でもSFでもありません。これは、先進運転支援システム（ADAS）revolution重要な要素なのです。車両の安全性と運転効率を高めるために設計されたADAS技術は、車内外の状況を監視し、事故を未然に防ぎ、最適な快適性を確保します。
車内において、ドライバーモニタリングシステム（DMS）と乗員モニタリングシステム（OMS）は、ADASの重要な構成要素です。これらの「見守る目」は、ドライバーや乗客の状態や行動を監視することで、安全性と快適性を確保します。 DMSとOMSを通じて、注意散漫や運転者の疲労、さらには見守りのない子供やペットの存在さえも検知することができ、交通事故の削減というADASの目的において極めて重要な役割を果たしています。また、ジェスチャー操作や運転者認証のための顔認識といった機能を実現することで、ユーザー体験の向上にも寄与します。
DMSおよびOMSは本質的に高度なマシンビジョンシステムであり、その性能は採用される照明技術に大きく左右されます。従来、発光半導体レーザ LED）照明装置が、カメラやセンサーに必要な光を提供してきました。
しかし、ADAS技術の進歩に伴い、設計者はDMSやOMSのコンポーネントの効率性と信頼性を高めることに注力しています。特に、厳しい光環境下や広範囲の温度条件下での動作性能の向上を目指しています。また、3Dセンシング機能の搭載など、システム機能の強化も図っています。こうした背景から、光源として垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）の活用が検討されるようになりました。
VCSELは、奥行きの認識精度の向上から「赤色の光漏れ」による視認性への悪影響の低減に至るまで、LEDに比べて数多くの利点を備えており、ADASの重要な構成要素を一変させる可能性を秘めています。本稿では、DMS（ドライバーモニタリングシステム）およびOMS（運転者状態監視システム）における照明の不可欠な役割を探り、LED技術の限界を検証するとともに、自動車の安全性におけるADASの機能向上において、VCSELが持つ変革的な可能性について考察します。
監視システムの基礎
DMSとOMSは、全体的な構成においてほぼ同様です。これらは、近赤外線光源を用いて対象領域を照らし、カメラやセンサーでその様子を撮影し、さらに様々な処理用ハードウェアやソフトウェアを用いて、撮影された映像を解析します。近赤外線照明が好まれる理由は、肉眼では見えないため、ドライバーの注意をそらしたり視界を妨げたりすることがない一方で、安価なセンサーでも容易に検知できるからです。
ただし、DMSとOMSには具体的な違いがあります。DMSの主な機能は、ドライバーの行動や覚醒状態を監視することです。そのため、DMSは通常、ドライバーがいると想定される車内の限られた範囲のみを照らし、その範囲内を監視します。 DMSは、ドライバーの眼球運動や頭の位置、さらには心拍数などの生理的指標に関するデータを取得することがあります。これにより、注意散漫や居眠りといった潜在的に危険な行動を検知してドライバーに警告することができ、事故のリスクを大幅に低減します。
OMSは、この監視機能を車内のすべての乗員に拡大します。これらのシステムは、各乗員の有無、体格、位置を検知し、衝突時にエアバッグの展開といった安全機能を最適化します。特に、子供やペットといった保護が必要な乗員を検知する上で、これらのシステムは極めて重要です。
Coherent 、運転者監視システム（DMS）、在室監視システム（OMS）、ジェスチャー認識など、広い照射領域を必要とする3Dセンシング用途向けに、幅広いVCSELアレイ Coherent 。
概念を明らかにする
近赤外線LED照明装置は、いくつかの理由から車内監視システムの主力として定着しています。第一に、広く普及しており、その特性が十分に解明され、実績のある技術であることです。また、他の照明技術と比較してコストパフォーマンスに優れています。LEDはエネルギー効率が高く、これは自動車用途、とりわけ電気自動車（EV）において特に重要です。さらに、コンパクトで耐久性があり、信頼性が高く、長寿命でもあります。
こうした利点がある一方で、LEDには限界もあります。さらに、DMSやOMSが進化するにつれて、こうした欠点はより顕著になってきています。
LEDの主な問題点の一つは、いわゆる「赤み」です。LEDは比較的広い波長域の光を放出します。そのため、ピーク出力が目に見えない赤外線の940 nmにある場合でも、可視光域の赤色光を多少放出することがあります。この赤みは、特に夜間やその他の低照度条件下において、ドライバーの視界を妨げたり、注意を散漫にさせたりする可能性があります。また、見た目の面でも好ましくない場合があります。
ほとんどのレーザー光源と同様、VCSELはほぼ単色光を出力します。940 nmのVCSELからは、可視光は事実上発生しません。赤い光も発せられません。
VCSELはスペクトル幅が狭いという特性から、LEDに比べてさらなる利点があります。具体的には、VCSELと光学的な「バンドパスフィルター」を組み合わせることで、被写体からの周囲光（太陽光や人工光源を含む）を容易に除去できます。周囲光は監視システムにノイズや誤差をもたらし、誤った測定値や精度の低下を招く恐れがあります。
バンドパスフィルターは、カメラシステム内に配置される光学部品であり、特定の波長範囲のみを通過させます。VCSELと併用する場合、バンドパスフィルターは、発光波長周辺のごく狭い範囲を除き、実質的にすべての光を遮断することができます。これにより、非常に明るい周囲光（直射日光など）が存在する場合でも、正常に動作させることが可能になります。 対照的に、LEDを使用する場合は、その光をすべて通過させるために、はるかに広い帯域のバンドパスフィルターを使用する必要があります。しかし、これにより、不要な周囲光もより多く透過することになります。
また、VCSELは、温度変化にさらされた場合でも、LED波長 出力電力の安定性がより高い。この安定性は、自動車用途において極めて重要である。なぜなら、幅広い温度範囲にさらされても、システムが安定した性能を発揮できることを意味するからである。 さらに、温度変化に対するVCSELの波長 により、狭帯域通過フィルターとの併用が可能になります。そうでなければ、VCSELの出力がフィルターの通過帯域外へシフトし、システムの効率が低下する恐れがあります。
VCSELには、レーザー光源としてのもう一つの重要な特徴があります。すなわち、VCSELは極めて小型であり、比較的狭い角度範囲にのみ光を出力するようです。これに対し、LEDは基本的に半球全体に光を放射します。その出力を狭めようとする試みは、結局のところ光を無駄にすることになってしまいます。
これにより、VCSELの照射角度をカメラシステムの視野に容易に合わせることができます。つまり、VCSELは目的の領域のみを照らし、光の損失を一切生じさせません。これにより、センサー上で同等の有効照度を得るために通常ははるかに多くの電力を必要とするLEDと比較して、大幅な効率向上が実現されます。
VCSELのもう一つの特徴により、DMSおよびOMSは、LEDをベースとした現行システムの性能をはるかに凌駕することが可能になります。具体的には、VCSELの出力を非常に高速（50 MHz以上）で変調（パルス）できる点です。LEDでは、この速度には到底及ばないのです。
この高速パルス発振の利点は、3Dセンシングに応用できる点にあります。これは、直接飛行時間法（dToF）または間接飛行時間法（iToF）のいずれかの手法を用いて実現可能です。dToF法では、VCSELパルスが物体に反射してセンサーに戻るまでの時間を単純に測定します。この時間測定値を用いて、物体までの距離を算出します。 一方、iToFでは、システムは反射光波の位相シフトを利用して距離を決定します。この最新のアプローチは、周囲光の干渉や迅速な距離計算の必要性といった要因により、dToF方式の適用が困難になったり精度が低下したりする場合に、より効果的です。
Coherent 、DMSおよびOMSにおいてLEDからVCSELへの移行により、システムの効率と性能が向上するとCoherent 。さらに重要なことは、これによりこれらのコンポーネントの性能を大幅に向上させることができるという点です。当社はすでに、高出力、信頼性、効率性を重視し、多様な用途向けのVCSELを製造する世界有数のメーカーの一つです。 さらに、当社の垂直統合体制により、AEC-Q102準拠のVCSELおよび照明モジュールを自社で製造・パッケージングできる独自の強みを有しており、ADAS設計者がこの技術のメリットを最大限に引き出せるよう支援しています。
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