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Nikkei Robotics_2020.2 Cool Topic (p3)

500달러의 메카레스 LIDAR 제품 공개
미국 Aeva, 도플러 효과를 통해 화소 별로 속도도 알 수 있는 FMCW 방식 채용

현재 자율주행 등을 상정해 저비용 LIDAR을 개발하려는 스타트업 기업이 전세계에서 많이 등장하고 있다. 그러한 기업의 하나인 미국 Aeva가 소형 LIDAR ‘Aeries’의 제품 사진을 19년 12월에 공개했다. Aeva는 미국 애플에서 자율주행용 센서 개발 등을 담당했던 2명의 기술자가 17년에 창업한 기업이다. 대형 자동차업체인 독일 아우디와 포르셰(Porsche SE) 등 폭스바겐 그룹의 기업이 많이 출자. 지금까지 약 4,850만 달러를 조달했다.

현재의 자율주행차에서 사용되고 있는 LIDAR는 레이저 빔을 모터로 기계적으로 스캔시키는 메커니컬 LIDAR가 주류다. 그러나 모터로 구동하는 가동부가 있으면 비용이 높아진다. 때문에 본지가 16년 4월호에서 소개한 것처럼 가동부를 없앤 메카레스(Mechaless) LIDAR가 차세대 방식으로서 기대를 받고 있다. 메카레스 LIDAR라면 수만 엔의 가격을 실현할 수 있을 것으로 보고 있다. 실제로 Aeva는 이번 LIDAR의 양산 가격은 500달러 이하로 억제했다.

Aeva의 LIDAR의 특징은 거리 계측 원리에 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식을 이용하고 있다는 것이다. 현재의 LIDAR의 대부분은 거리 계측에 빛의 도달시간을 이용한 ‘ToF(Time-of-Flight)’ 방식을 이용하고 있다. ToF 방식은 심플하지만 계측할 수 있는 것은 대상물까지의 거리뿐이다. 그러나 FMCW 방식의 경우는 대상물의 속도도 계측할 수 있다. 거리와 속도라는 2종류의 파라미터를 화소 별로 얻을 수 있다. 예를 들면, 보행자나 선행 차량처럼 움직이고 있는 물체와, 보도교나 표식처럼 정지해 있는 물체를 속도 정보를 통해 쉽게 구별할 수 있다. 근접하고 있는 물체인지, 멀어지는 물체인지도 속도의 부호를 통해 판별이 가능하다.

FMCW 방식에서는 광원인 레이저의 파장(주파수) 자체를 리니어하게 연속적으로 변화시켜, 일정 시간이 경과하면 다시 원래로 돌아온다(chirp 신호). 이 때 반사광의 파장을 현재 송신 중인 조사광의 파장과 비교하면, 그 차이에서 반사광이 왕복해 온 시간, 즉 거리를 계산할 수 있다. 파장을 연속적으로 변화시키고 있는 것이 거리 계측의 단서가 되는 원리다. 대상물이 이동하고 있는 경우는 도플러 효과로 반사광의 파장도 어긋나기 때문에 이를 통해 속도를 계측할 수 있다.

Aeva에 따르면 칩에는 레이저 조사부와 수광소자를 집적하고 있다고 한다. 칩 옆에 광파이버 같은 것이 있기 때문에 레이저 발광소자 자체는 별도로 실장해, 칩 상의 도파로에서 복수의 빔으로 분할하고 있다고 한다. 빔의 스캔 방식에 대해서는 Aeva는 명확하게 밝히지 않지만 칩과는 별도로 MEMS 미러를 사용한다고 한다. FMCW 방식에서는 통상 ToF 방식보다 스캔 점은 적어진다. 그러나 Aeva의 경우는 초당 200만 점의 계측이 가능하다. 화각은 120도, 거리는 최대 300m에 대응한다.

이번 LIDAR는 장거리 계측이 가능하며 기본적으로는 자율주행용이다. 그러나 양산 효과로 차세대 메카레스 LIDAR가 5만엔 정도가 되면, 수십만 엔의 고전적인 2차원 메카니컬 LIDAR를 다용하고 있는 현재의 로봇 세계도 일변할 것으로 기대할 수 있다.

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