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ST마이크로, 세계 최소형 측정 거리 센서
스마트폰에 탑재, 2미터까지 측정 가능

《키워드》
▶측정 거리 센서: 물체와의 거리를 측정하는 센서이다. 적외광이나 초음파를 사용하는 방법 외에도, 정전(靜電) 용량의 변화를 검출하는 방식 등이 있다. 적외광을 사용한 일반적인 측정 거리 센서는 소형으로 가격이 싼 반면, 물체로부터 반사된 빛의 양에 따라 거리가 계산되기 때문에, 물체의 색이나 성질에 따라 측정값이 변하기 쉽다는 과제가 있었다.
이에 비해, 적외광의 비행 시간으로부터 물체와의 거리를 계산한 TOF방식은, 물체의 색이나 성질에 거의 영향을 받지 않고 정밀도 높은 측정이 가능하다.

스위스의 대형 반도체 업체인 ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics)는 물체와의 거리를 정확하게 측정하는 소형 측정 거리 센서「VL53L0X」를 개발했다. 센서에 필요한 소자나 회로를 1개의 칩 안에 집적해,「세계 최소 사이즈를 실현했다」(ST마이크로)고 한다.

측정 거리 센서의 치수는 세로 2.4mmX가로 4.4mmX높이 1mm로 작아, 스마트폰에도 탑재가 가능하다. 현재는 주로 스마트폰용 카메라의 자동 초점(AF)을 보조하는 센서로 사용되고 있지만, 로봇 청소기나 교육용 테블릿, 가정용 전자기기 등에도 이용될 수 있다고 한다.

거리 측정에는「타임 오브 플라이트(TOF, Time of Flight)」의 원리를 사용한다. 조사한 레이저 광이 물체로부터 반사되어 되돌아오기까지의 시간을 계측하여, 거리를 계산하는 방법이다. 이 방법이라면, 물체의 색이나 성질에 상관없이 정확하게 거리를 측정할 수 있다. 이번 센서도 측정 오차는 플러스 마이너스 3%로 작다고 할 수 있다.

그러나, TOF방식의 측정 거리 센서는 지금까지 소형화가 어려웠다. 레이저 광원이나 수광소자(Cds), 연산회로 등, 다수의 부품을 조합시킬 필요가 있기 때문이다. 그 중에서도 수광소자는「Single-photon avalanche diode(SPAD)」라고 불리는 특수한 부품으로, 한 개의 칩으로 구성되기 어려웠다.

ST마이크로일렉트로닉스는 CMOS 이미지센서의 제조 기술을 응용해, SPAD와 연산 회로를 한 개의 칩 안에 집적하여 소형화를 추진하였다. CMOS 이미지센서의 생산 설비를 활용하여 칩을 대량 생산, 저 비용화를 실현하였다.

ST마이크로일렉트로닉스가 2014년에 발표한 초대 측정 거리 센서는 최대 측정 거리가 40센티미터로 짧았으나, 이번 센서는 2미터 거리까지 측정이 가능하다. 수광소자의 SPAD를 개량하여 감도를 높이고, 레이저 광원의 파장을 기존의 850나노(나노는 10억 분의1)미터에서 자연광에 의한 노이즈의 영향을 받기 힘든 940나노미터로 바꿔, 측정 거리를 연장시켰다.

측정된 값은 밀리미터 단위의 디지털 정보로 출력된다. 센서의 가격은 천 개의 샘플을 구입 시, 약 2.3달러(약 270엔)이다. 평가 키트의 참고 가격은 35.53달러이다. 초대 센서와 이번의 제품을 합계한 누계 출하량은 이미 7천만 개에 달한 것으로 보인다.「TOF방식의 측정 거리 센서로는 세계 최다이다」(ST마이크로).

스마트폰 카메라에 채택됨에 따라 출하량이 크게 늘었다. 어두운 곳에서도 빠른 속도로 초점을 맞출 수 있는「레저AF」기능을 가진 스마트폰의 거의 모든 제품에 동사의 측정 거리 센서가 사용되고 있다고 한다.

앞으로는 로봇청소기나 드론(소형 무인기) 등, 폭 넓은 용도로 개척해 나갈 것이다. 교육용 테블릿에서는 이용자와의 거리를 측정하여 화면에 너무 가까이 가면 경고를 발하는 등의 사용법이 가능하다. 측정 센서 가까이에 손을 가져가 기계를 만지지 않고 조작하는 것도 용이해진다. 조리 중에 젖은 손으로도, 가까이 대는 것만으로 가정용 전자 제품이나 조리 기구를 조작할 수 있다. 위생 측면에서 직접 손대지 못하는 의료 기기에도 응용이 가능하다.

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