Nikkei Automotive_2020.7 기술∙시장 리포트 (p17-19)

메카리스 LIDAR 경쟁시대
미쓰비시전기 참여, 10만엔 이하 목표

미쓰비시전기는 소형에 수평 감지각이 넓은 3차원 LIDAR(레이저 레이더)를 개발했다. MEMS(미세전자기계시스템) 방식의 메카리스(Mechaless)형으로 ‘레벨3’ 이상의 자율주행 용 센서로 이용될 것을 전망한다. 차량탑재용 소형 LIDAR 시장은 성능과 비용 경쟁이 가속화되고 있으며, 도태의 시대로 접어들고 있다. 미쓰비시전기는 앞으로 가일층의 소형화, 수직 감지각의 확대와 함께 양산 시의 비용을 10만 엔 이하로 줄여 25년 이후의 실용화를 목표한다.

미쓰비시전기의 개발품은 수평과 수직의 2축으로 스캐닝하는 전자 구동식 MEMS 미러를 탑재한다. 레이저광의 조사와 반사광의 수신에 MEMS 미러를 사용한다. 구체적으로는 파장 905nm의 레이저광을 조사한 후에 대상물(차량이나 보행자 등)에 반사돼 돌아올 때까지의 시간을 바탕으로 대상물까지의 거리를 측정한다. 수평과 수직의 2축으로 스캐닝하기 때문에 대상물을 입체적으로 식별할 수 있다.

MEMS 방식의 LIDAR를 사용해 고정밀 3차원 이미지를 넓은 범위에서 취득하기 위해서는 레이저광을 광범위하게 조사해 반사광을 보다 많이 수집할 필요가 있다. 그러기 위해서는 MEMS 미러의 면적을 크게 해 진폭(편각)을 넓혀야 된다. 미러의 면적이 클수록 반사광을 보다 많이 수집할 수 있다. 미러의 편각이 클수록 감지 범위(감지각)를 넓힐 수 있다. 미러의 편각의 2배가 LIDAR의 수평 감지각이 된다.

-- 2개의 광원으로 수평 감지각을 넓힌다 --
미쓰비시전기의 개발품의 경우, MEMS 미러의 면적은 7ⅹ5mm다. 기존의 MEMS 미러는 1ⅹ1mm 정도다. 또한 미러에는 면 뒤틀림(Surface Deflection)을 억제하는 기능도 있다. 미러의 편각은 수평이 30도(±15도), 수직이 6.8도(±3.4도)다.

그러나 앞에서 언급했듯이 미러의 수평 편각이 30도에서는 LIDAR의 수평 감지각은 60도밖에 되지 않는다. 그래서 레이저의 광원을 2개 사용했다. 1개의 MEMS 미러에 2개의 광원에서 나오는 레이저광을 조사해 반사광을 수집함으로써 120도의 수평 감지각을 실현했다.

구체적으로는 2개의 광원이 스캐닝하는 범위를 좌우로 이동시켜 수평 감지각을 넓혔다. MEMS 미러의 면적이 작으면 광원을 2개 사용해도 주사 범위를 좌우로 이동시키기 어렵다. 미쓰비시전기의 개발품은 MEMS 미러의 면적을 크게 함으로써 수평 감지각의 확대에 성공했다.

미쓰비시전기 첨단기술종합연구소 야마무카(山向) 부장은 “수평 감지각은 120도 있으면 충분히 대응할 수 있다. 앞으로는 수직 방향의 편각을 12도 정도까지 늘려, 수직 감지각을 25도 이상으로 확대한다”라고 말한다. 수직 감지각을 확대하면 차량 근처의 대상물을 입체적으로 식별하기 쉬워진다.

-- 실용화 단계에서는 1/3까지 소형화 --
미쓰비시전기는 향후 개발품을 일반도로에서 ‘레벨3’ 이상의 자율주행 용 센서로서 사용할 수 있을 것으로 보고 있다. 레벨3 이상의 자율주행에서는 원방의 감지는 밀리파 레이더나 카메라가 주로 담당하고, LIDAR는 차량 주변의 대상물의 감지를 담당할 가능성이 높다. 미쓰비시전기는 이번 개발품을 차량의 전후 범퍼의 네 귀퉁이 등에 탑재하는 것을 상정하고 있다. 감지 거리는 공개하지 않았지만 100m 이상이 될 것으로 보인다.

개발품의 치수는 폭108ⅹ깊이105ⅹ높이96mm(체적은 900㎤)다. 실용화할 때는 약 1/3인 350㎤까지 소형화할 계획이다. 여기까지 소형화할 수 있다면 전후 범퍼뿐 아니라 헤드램프나 테일램프 내부 등에도 탑재하기 쉬워진다.

미쓰비시전기는 티어1 공급업체다. 지금까지 자동차업체가 요구하는 기준을 충족하는 제품을 제공해 왔다. MEMS 기술을 이용한 미쓰비시전기의 소형 센서의 경우는 이미 가속도 센서, 회전 센서, 에어플로우 센서, 압력 센서 등으로 자동차에 많이 채용된 실적이 있다. 현재 소형 LIDAR 시장에 참여하고 있는 많은 스타트업 기업과 비교하면 우위성이 있다.

실용화를 위한 최대 과제는 자동차업체의 요구 사양을 충족시키면서 비용을 어디까지 줄일 수 있을까다. 미쓰비시전기는 실용화할 때의 비용은 10만 엔 이하로 낮추는 것을 목표하고 있다. 그러나 경쟁업체도 비용 삭감을 추진하고 있어 치열한 경쟁이 예상된다.

-- 5만엔까지 비용을 낮출 수 있을까? --
이스라엘의 스타트업 기업인 Innoviz Technologies의 MEMS식 LIDAR는 독일 BMW가 21년에 실용화하는 자율주행 차 ‘i-NEXT’에 채용될 예정이다. 해외의 대형 공급업체와 협력해 채용에까지 이르렀다. 양산을 시작할 때의 가격은 1,000달러로, 양산 규모가 되면 500달러로 낮출 수 있다고 한다.

기계식 LIDAR의 실용화에서 앞서고 있는 미국 Velodyne LiDAR도 MEMS식 LIDAR 개발을 서두르고 있다. 감지 거리가 약 80m, 수평 감지각이 60도, 수직 감지각이 10도의 제품으로, 100달러를 목표하고 있다.

프랑스 Valeo의 제1세대 LIDAR ‘SCALA’는 독일 아우디의 고급 세단 ‘A8’이나 ‘A7’에 채용됐다. 그러나 이 제품은 메카리스식이 아니라 기계식이다. 제2세대 이후의 제품으로 메카리스형 제품을 투입할 계획이다.

현재 많은 기업이 참여하고 있는 차량탑재용 소형 LIDAR 시장은 2극화의 시대로 접어들고 있다. 자동차업체의 요구 사양을 충족시키지 못하는 제품은 아무리 비용이 저렴해도 결국에는 도태될 것이다. 미쓰비시전기의 개발품은 양산 단계에서 500달러 정도까지 비용을 낮출 수 있다면 경쟁 업체와 승부를 겨뤄볼 만하다.

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