일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2020.7.7

200m 앞을 계측할 수 있는 솔리드스테이트 LiDAR 개발
도시바, 중장거리용 LiDAR로서 실용화 목표

도시바는 20년 7월 7일, 차량의 고도 자율주행에 필요한 거리 센싱 기술 ‘LiDAR(Light Detection and Ranging)’의 새로운 수광(受光) 기술을 개발했다고 발표했다. 지금까지의 ‘솔리드스테이트식’ LiDAR와 비교해 4배의 거리를 계측할 수 있는 것이 특징이다. 23년 3월말까지 중거리에서 장거리용의 차량탑재용 LiDAR로서의 실용화를 목표한다.

LiDAR는 적외선 레이저를 송출한 시각과 대상물에 반사해 되돌아 온 시각의 차이로 거리를 측정하는 기술이다. 기존의 자율주행의 실증실험에 사용되고 있는 LiDAR는 모터가 레이저광을 회전시켜 전방위를 관측하는 ‘기계식’이었다. 솔리드스테이트식은 기계식과는 달리 모터를 사용하지 않고 로렌츠 힘에 의해 회전하는 ‘MEMS 미러’ 등을 사용한다. 기계식과 비교해 소형화나 저비용화가 가능하지만 장거리 성능과 해상도의 양립이 어렵다는 문제가 있었다.

이번에 제안한 기술은 크게 2개다. 하나는 광자를 검출하면 전기신호를 발생하는 ‘수광 셀’로 구성되는 소자 ‘SiPM(Silicon Photo Multiplier)’를 소형화했다는 점이다. 다수의 SiPM을 센서 내에 배열할 수 있어 장거리에서도 고해상도 촬영이 가능했다. 또한 복수의 판독 회로를 하나의 회로로 실현함으로써 소면적화도 실현했다.

SiPM의 소형화는 각 수광 셀의 옆에 셀 전하를 리셋하는 AQ(Active Quench) 회로를 설치함으로써 실현했다. 일반적으로 수광 셀은 한번 광자를 검출하면 일정 시간 응답할 수 없는 성질이 있다. 그래서 AQ 회로에 의해 셀 출력을 강제적으로 리셋하는 방법으로 수광 셀이 응답하지 못하는 시간을 단축했다. 이를 통해 적은 수의 셀로 많은 광자 검출이 가능해져 SiPM을 소형화했다.

판독 회로에서는 근거리 계측용 TDC(Time to Digital Converter)와, 장거리 계측 시에 태양광에 의한 오차를 줄이기 위한 ADC(Analog to Digital Converter)의 2개의 회로를 DDC(Dual Data Converter)로서 통합했다. 통합으로 인해 판독 회로의 칩 면적은 기존의 20%의 크기가 되었다.

실증실험은 수광부의 화각을 7도로 설정해 실시했다. 그 결과, 기존의 4배에 해당하는 200m까지의 거리 측정이 가능해졌다고 한다. 그러나 화각이 넓으면 태양광에 의한 방해가 증가하기 때문에 측정 거리는 짧아진다. 화각이 30도의 경우는 측정 거리 범위가 100m 전후가 된다고 한다. 그 때문에 본 제품은 근거리에서 중거리용 센서라고 한다. 고도의 자율주행에서의 실용화를 위해 앞으로 장거리 성능을 더욱 높인다고 한다.

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