KETI, 빛을 칩으로로 집적화 시켜 광학부의 변형 없이도 채널 확장 용이

자율주행차가 실현되기 위해서는 여러 기술이 필요하다. 차간 거리를 자동으로 유지해주는 HDA, 차선이탈 경보 시스템(LDWS), 차선유지 지원 시스템(LKAS), 후측방 경보 시스템(BSD), AEB, ACC 등 수십 가지가 충족되어야 한다.

이 모든 기술의 궁극적 목표는 ‘안전’으로 정의된다. 이 기술 실현을 위해서는 ‘라이다(LiDaR)’의 성능 및 기술적 개발이 필요하다. 라이다는 빛을 이용해 거리와 속도를 판별하는 센서이다. 무인이동체, 자율주행차, 안전 운행, 드론, 로봇, 머신비전등 거리 정보를 요구하는 산업분야의 증가로 라이다에 대한 관심이 증가하고 있다.

라이다의 형태는 고정형, 빔분산형, 360도 스캔형, 다채널형으로 발전하고 있고 국책 기관인 전자부품연구원(이하 KETI)가 네 가지를 개발하며 국내의 라이다 시장을 선도하기 위해 노력하고 있다.

서두에서 언급한 기술력을 위해서는 차간 거리를 파악하고 제어가 이뤄져야 한다. 여기에는 레이더, 초음파, 라이다 이 중에서도 레이더가 많이 사용되고 있다. 하지만 레이더의 여러 한계점으로 라이다로 옮겨갈 것으로 보인다.

레이더는 1채널 사용 시 근접 거리에 취약하지만 여기에 라이다를 추가하면 근접 거리 성능이 높아진다. 또한, 레이더는 보행자 인식 취약한 데에 반해 라이다는 보행자 인식이 가능하다. 하지만 KETI는 각각의 장단점이 있어 향후에 레이더, 레이저, 비전을 담당하는 카메라는 서로 기능을 보완하며 함께 사용될 것으로 전망했다.

라이다는 레이더와 마찬가지로 TOF(Time Of Flight) 방식으로 거리와 속도를 파악한다. KETI는 레이저가 하나의 렌즈를 투과해 빔이 3개로 분할되는 ‘빔 분할 광학기’를 만들었다. 3개의 빔으로 빛을 보내는 ‘송광 렌즈’와 좌, 우측, 중앙으로 빛을 받는 ‘수광 렌즈’로 구성되어 있다.

KETI는 렌즈와 신호처리부, 거리 추출 알고리즘, 상대속도 추출 알고리즘, 노이즈 제거 알고리즘 등을 제작했다. 또한 이를 통해 얻은 정보는 UI에서 실시간 확인이 가능하다.

또한, CCTV 돔에 들어갈 수 있을 정도의 소형 렌즈 파인더(LRF)를 개발해 대기업에 공급예정이다. 별다른 변화 없이도 채널 확장이 가능한 ‘센서부’, 회전할 때 스캔 속도에 대해 각 분해능을 담당하는 ‘신호부’, 몇 개의 채널에서 신호처리를 할 것이고 어느 정도의 정밀도를 가질 것인지, 노이즈와 외란을 어떻게 제거하고 증폭할 것인지에 대한 ‘신호처리부’가 각각 모듈화되어 있어 3개의 부서를 수요자에 맞춰 기능을 향상시키거나 활용이 가능하다.

또 하나의 장점으로는 채널 확장이 용이하다. 5mm폭의 레이저로 16채널을 가동한다면 8cm정도다. 8cm 송광 렌즈는 20cm 정도가 된다. 즉, 센서부의 광학 구조에 큰 변형이 필요하다. KETI는 레이저를 200마이크로미터 크기의 칩 형태로 집적화시켰다. 즉, 채널을 늘려도 크기의 변화가 작아 센서의 독립적 확장이 가능하다. 이에 따라 신호처리부의 크기 변화도 용이하며 눈에 보이지 않는 적외선 레이저를 이용해 야간이나 황사 등 시야가 안 좋을 경우에도 성능 저하가 없다.

전자부품연구원의 이한영 연구원은 “일부 스캔이 가능한 레이저 펜스와 고정형 라이다의 데모가 가능하며 머지 않아 360도 싱글채널과 360도 다채널도 개발이 완료될 것으로 보인다”고 말했다.