솔리드 스테이트 라이다: 자동차 센싱을 위한 신뢰성 있고 확장 가능한 솔루션

벨기에 루뱅 소재 제노마틱스(XenomatiX)는 멀티빔 레이저 아키텍처와 위험 없고 확장 가능한 반도체 기술을 결합한 '진정한 솔리드 스테이트 라이다 센서'를 제공합니다.

ADAS와 자율주행 같은 첨단 자동차 애플리케이션은 고성능 거리 측정과 객체 감지를 요구합니다. 라이다(ToF 또는 레이저 레이더)는 정밀한 광 펄스를 방출하고 반환 신호를 측정해 이 필요를 충족합니다. 주요 파라미터로는 펄스 파워, 왕복 시간, 위상 변화, 펄스 폭 등이 있습니다.

라이다 시스템은 크게 기계식과 광학식으로 나뉩니다. 기계식은 회전 헤드로 최대 360° 시야각과 우수한 신호대잡음비를 제공하지만 크고 무겁습니다. 솔리드 스테이트 라이다는 움직이는 부품을 없애 신뢰성을 높이고 크기를 줄였으나, 전통적으로 시야각이 좁다는 단점이 있었습니다. 제노마틱스는 멀티빔 전략으로 이 한계를 극복했습니다.

제노마틱스의 접근법

현재 대부분의 라이다 솔루션은 회전 헤드에 의존하는 기계식으로, 무겁고 비싸며 기계적 고장에 취약합니다. 진동 거울은 크기를 줄여주지만 여전히 움직이는 부품이 있습니다. 제노마틱스의 철학은 단순합니다. 자동차 센싱에서 유일한 움직이는 부품은 차량 자체가 되어야 한다는 것입니다.

EE Times Europe과의 인터뷰에서 CEO 필립 괴엔스(Filip Geuens)는 "자동차는 비용, 크기, 신뢰성을 요구합니다. 라이다 기술 선택은 이 세 요소의 균형이어야 합니다. 임시 레이저 다이오드와 움직이는 부품은 미래가 아닙니다."라고 말했습니다.

2013년 설립된 제노마틱스는 벨기에 루뱅에 본사를 두고 있으며, 스캐닝이나 움직이는 부품 없이 반도체 기반 레이저 소스와 검출기를 사용하는 솔리드 스테이트 라이다 시스템을 '진짜(true)'라고 부릅니다. 기존 광학 라이다가 단일 빔을 순차적으로 방출, 측정, 다음 방향으로 이동하는 것과 달리, 제노마틱스 시스템은 수천 개의 빔을 동시에 방출합니다.

"스캐닝 메커니즘을 제거하고 멀티빔 아키텍처를 도입함으로써 우리가 '진정한 혁신'이라고 부르는 것을 달성했습니다."라고 괴엔스는 말했습니다. "한 번의 플래시로 전체 장면을 포착해 200m 이상의 범위를 일반 전력 소비로 구현합니다."

이 시스템은 글로벌 셔터 모드로 작동해 전체 장면을 단일 프레임으로 포착하므로 모션 블러에 면역이며, 나노초 펄스를 방출하는 초고속 레이저 드라이버가 필요하지 않습니다.

빠른 스캐닝이 필요 없으므로 제노마틱스 라이다는 더 긴 처리 창을 가지며, 시공간 보정이나 후처리 없이 고해상도 포인트 클라우드를 생성해 더 높은 프레임 속도와 향상된 정확도를 제공합니다.

독립형 무빙파트 솔루션인 제노라이더-X(XenoLidar-X, 그림 1 참조)는 자율주행과 산업용으로 적합하며, 15,000개의 레이저 빔을 동시에 투사해 수평 및 수직 0.15° 해상도를 달성합니다. 이는 시장에서 가장 까다로운 요구사항을 충족합니다.

제노마틱스의 솔리드 스테이트 라이다는 수직공동 표면방출 레이저(VCSEL)를 사용해 기존 다이오드 레이저보다 낮은 전력 소비와 우수한 내구성을 제공합니다.

"측정 시간을 더 많이 쓸 수 있으므로 장거리 감지에 충분한 에너지를 할당할 수 있습니다."라고 괴엔스는 설명했습니다.

이 라이다는 6D 센서로 분류되며, 완벽하게 중첩된 포인트 클라우드와 2D 시각 이미지를 제공합니다. 이 내재된 카메라 통합은 시차 오류를 제거하고 안전 애플리케이션을 위한 견고한 센서 융합을 위한 상호 보완적 데이터를 공급합니다. 6번째 차원은 반사율로, 반환된 레이저 신호 강도에서 파생됩니다.

괴엔스는 커스텀 CMOS 검출기를 강조했습니다. "모든 지점에 대한 좌표를 주는 3D 카메라처럼 작동하는 픽셀을 설계했습니다. 2D 모드로도 작동해 시각 이미지를 제공합니다. 포인트 클라우드와 이미지는 차량 ECU로 전송되어 독자 AI 알고리즘이 자유 공간과 객체를 감지합니다."

시스템의 4차원 AI는 강도와 결합된 3D 공간의 패턴을 처리해 강력한 인식 능력을 제공합니다. 레이저가 꺼지면 동일한 픽셀이 일반 카메라로 작동하고, 켜지면 3D 데이터를 캡처합니다.

솔리드 스테이트 라이다는 자동차용으로 필수적인 뛰어난 신뢰성을 제공합니다. 움직이는 부품이 없고, 수명이 긴 VCSEL, 성숙한 CMOS 기술 덕분에 평균 고장 간격(MTBF)이 높습니다.

회전 라이다가 자연스럽게 360° 커버리지를 제공하는 반면, 제노마틱스 라이다는 여러 모듈을 결합해 넓은 시야각을 달성합니다. 차량 모서리에 유닛을 배치하면 사각지대를 없앨 수 있습니다.

유연하고 모듈화된 설계로 제노마틱스는 작고 가벼운 미래 지향적 센서를 제공하며, 윈드실드, 리어 윈도우, 그릴, 헤드라이트, 테일라이트, 범퍼 등에 쉽게 통합할 수 있습니다. 이 회사는 AGC, 마렐리(Marelli), 카우텍스(Kautex) 등 Tier 1 공급업체와 협력해 자동차 아키텍처에 원활하게 통합할 수 있는 맞춤형 모듈형 솔루션을 개발합니다.

→ 이 기사는 자매 사이트인 EE Times Europe에 원래 게시되었습니다.

관련 콘텐츠:

• 라이다 시스템의 파장 선택 이해하기
• ADAS 전문가들, 미래 차량의 센서 통합 고민
• 자동차 전자 시스템의 변화를 이끄는 요인은?
• 비행시간(ToF) 기술, 향상된 정확도 약속
• 스마트 시티: 지능형 교통 시스템을 위한 라이다의 사례

임베디드 관련 더 많은 콘텐츠를 원하시면 임베디드 주간 이메일 뉴스레터를 구독하세요.