4. 红外投影仪选型：VCSEL与LED对比、波长选择与功率安全

各位同学，今天我们聊一个很实际的问题——红外投影仪怎么选。

做结构光或者双目融合，投影仪就是你的“光源画笔”。它画得好不好，直接决定了深度图的精度。我个人习惯把选型拆成三个维度：光源类型、波长、功率安全。咱们一个一个说。

4.1 VCSEL vs LED：两种主流方案

先看光源类型。目前市面上主流的红外光源就两种：VCSEL（垂直腔面发射激光器）和LED（发光二极管）。

很多人问我：“老师，哪个更好？”我的回答是——看场景。

对比项	VCSEL	LED
光谱宽度	窄（<1nm）	宽（30-50nm）
发散角	小（10-30°）	大（120°+）
调制速度	快（GHz级）	慢（MHz级）
温度稳定性	好	一般
成本	高	低
典型应用	结构光、ToF	红外补光、低端结构光

VCSEL的优势很明显：光谱窄，意味着你可以用窄带滤光片把环境光滤得干干净净。发散角小，光能利用率高。调制速度快，适合做编码结构光。

LED呢？便宜、安全、容易驱动。但它的光谱太宽了，滤光片很难把环境光完全滤掉。我在项目中遇到过用LED做结构光的案例，白天户外基本没法用——环境光直接把信号淹没了。

4.2 波长选择：850nm vs 940nm

波长选哪个？这是个经典问题。市面上就两个主流：850nm和940nm。

先看一张对比表：

波长	太阳光干扰	人眼安全	传感器灵敏度	穿透性
850nm	高（太阳光强）	一般	高（CMOS响应好）	一般
940nm	低（太阳光弱）	好	低（响应下降）	好（雾霾穿透）

850nm的优势在于传感器灵敏度高。大多数CMOS传感器在850nm附近的量子效率比940nm高20%-30%。这意味着同样的功率，850nm能获得更强的信号。

但850nm有个致命问题——太阳光干扰。太阳光在850nm附近有很强的辐射，户外场景下信噪比会急剧下降。

940nm就好很多。太阳光在940nm附近有一个吸收谷，环境光干扰小。而且940nm对人眼更安全，因为人眼对这个波长的吸收更弱。

室内场景呢？850nm完全够用。而且传感器灵敏度高，你可以用更低的功率达到同样的效果。

4.3 功率与安全等级

功率选多大？这个问题不能拍脑袋。因为红外光对人眼有潜在伤害，尤其是VCSEL这种激光光源。

国际标准IEC 60825-1把激光产品分成了几个等级：

• Class 1：绝对安全，正常使用不会伤害眼睛
• Class 1M：用肉眼安全，但用光学仪器（如放大镜）可能危险
• Class 2：可见光激光，眨眼反射可保护
• Class 3R：低风险，但直视有危险
• Class 3B：中等风险，直视危险
• Class 4：高风险，可烧伤皮肤和眼睛

对于消费级产品，我们通常要求Class 1。这意味着功率要控制在安全阈值以下。

具体功率怎么算？我给大家一个经验公式：

// 850nm VCSEL，Class 1 安全阈值（连续波）
// 参考 IEC 60825-1:2014
P_max = 0.78 * C4 * C6 * T2^(-0.25)  [mW]

// 其中：
// C4 = 10^(0.002*(λ-700))，λ=850nm时 C4≈2.0
// C6 = 1（单点光源）
// T2 = 10秒（连续波）
// 计算结果：P_max ≈ 1.2 mW（单点）

嗯，这里要注意：这个公式是针对单点光源的。如果你用的是VCSEL阵列（比如苹果的dToF方案），每个发光点的功率可以更低，但总功率可以更高。

对于LED光源，安全要求相对宽松。因为LED是面光源，发散角大，单位面积上的功率密度低。但也不能掉以轻心——高功率LED长时间照射眼睛，同样会造成热损伤。

4.4 知识体系总览

说了这么多，我画了一张图，把红外投影仪选型的核心逻辑串起来：

这张图把选型的三个维度串在了一起。你从根节点出发，根据你的应用场景，沿着分支往下走，就能找到合适的方案。

好了，这一章就到这里。下一章我们聊聊红外相机的选型——传感器、镜头、滤光片，一个都不能少。

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