일본 하마마츠포토닉스가 라이다 생산 비용을 절감하고 크기도 줄일 수 있는 부품을 개발했다. 공장 내 자율이동로봇(AGV)과 같은 산업 분야에 활용될 전망이다.
하마마츠포토닉스는 광반도체 기술을 통해 빛 신호의 증배율을 고정하는 소자인 자가바이어스제너레이터(SBG)를 반도체 기판에 배열했다. 빛의 세기를 전기신호로 변환하는 장치인 아발란체 포토다이오드(APD)와 SBG가 일체화된 것이다. SBG가 직접 광신호 증배계수를 고정시키기 때문에 마이크로컴퓨터와 온도 센서가 필요하지 않아 소형화가 가능하다.
기존에는 별도의 온도 센서가 빛을 온도 변화에 맞춰 전기 신호로 조정함으로써 거리 측정 안정성을 확보해야 했다. 마이크로컴퓨터와 온도센서를 대체함으로써 전체 빛 센서 크기는 10분의 1 수준으로 줄어들었다. 기판에 장착하는 공정도 축소해 공정 비용도 30%가량 축소됐다.
하마마츠포토닉스는 빛을 전류로 변환하는 과정에서 속도와 출력을 높이는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)도 한 패키지에 내장했다. TIA 내장 설계를 통해 출력 신호 안정성을 높이면서 응답속도를 기존 대비 3배 향상했다. 신호처리 고속화로 센서 계측 거리와 측정 정밀도를 높일 수 있다.
하마마츠포토닉스는 APD 배열과 TIA 구조를 최적화함으로써 크로스토크 발생 가능성을 낮췄다. 크로스토크는 광센서 중 한 채널에만 신호를 받아들여야 함에도 인접 채널에서도 신호를 인식해 상호 간섭이 나타나는 현상을 말한다. 센서 오류의 원인으로 지목된다.
하마마츠포토닉스는 개발한 모듈을 이달 말부터 라이다 제조사에 테스트용으로 제공하고 내년 4월부터 양산할 계획이다.
라이다는 레이저 펄스를 발사한 후 반사 대상마다 돌아오는 시간 차이를 바탕으로 3차원 공간 정보를 구현한다. 초기에는 기상 관측과 비행체 착륙 유도 등에 활용됐지만 라이다는 자율주행 핵심 기술로 주목받고 있다.
라이다는 그간 가격과 크기가 활용 확산의 걸림돌이었다. 업계는 소형화와 제작 비용 축소에 초점을 두고 개발을 진행해왔다. 하마마츠포토닉스는 이번에 개발한 광 센서 양산 단가는 6000엔(약 5만8000원) 수준이다. 하마마츠포토닉스는 광 센서를 우선 AGV 등 범용라이더에 공급하고 향후 자율주행차에 사용되는 고성능 라이더용으로 사업을 확대한다.
송윤섭기자 sys@etnews.com
