로봇 및 무인 운반차를 사용하는 산업 애플리케이션에서 적외선과 해당 센서 간 상호 작용은 필수적입니다. 세상을 3D 시스템에 캡처하기 위해 제조업체는 다양한 접근법을 선택할 수 있습니다.

이동성은 급격하게 변화하고 있습니다.  자율 이동성 솔루션을 개발하는 자동차 공간 안에서든 로봇 및 무인 운반차를 사용하는 산업 애플리케이션에서든 거대한 변화가 진행되고 있습니다. 전체 시스템의 다양한 구성 요소가 잘 맞고 상호 보완되어야 합니다. 그 주요 목표는 차량의 직접 주변 환경을 3D로 완벽하게 보는 것입니다. 이 맵은 물체까지의 거리를 계산하고 특수 알고리즘을 사용하여 차량의 다음 작업을 시작하는 데 필요합니다. 여기에는 세 가지 센서 기술, LiDAR(Light Detection and Ranging), radar 및 카메라가 함께 사용됩니다. 시나리오에 따라 모두 장점을 가지고 있습니다. 이러한 장점을 중복 데이터와 결합하면 안전성이 크게 향상됩니다. 더 잘 조정될수록 자율 주행차는 환경을 더 잘 통과하게 됩니다.

 


 

 

Direct Time-of-Flight (dToF)

비행시간거리측정(Time-of-Flight) 접근 방식에서 시스템 제조업체는 빛의 속도를 사용하여 깊이 정보를 생성합니다. 간단히 말해, 유도된 빛의 펄스가 환경으로 보내집니다.  이것이 물체에 부딪치면 반사되어 광원 가까이에 위치한 검출기에 등록됩니다. 광선이 물체에 도달했다가 돌아오는 시간을 측정하여 물체의 거리 또는 이 경우에는 단일 픽셀의 거리를 파악할 수 있습니다.  수신된 신호는 최종적으로 해당 작업(예: 사람 또는 장애물과의 충돌을 피하기 위한 차량의 회피 동작)을 트리거하도록 처리됩니다. 이 접근 방식은 광선의 정확한 "비행시간"과 관련이 있기 때문에 직접 비행시간거리측정(dToF)이라고 불립니다. 전형적인 dToF 애플리케이션의 예로 자율 자동차용 LiDAR 시스템이 있습니다.

 

 

Indirect Time-of-Flight (iToF)

간접 비행시간거리측정(iToF) 접근 방식은 유사하지만 중요한 차이점이 있습니다. 광원(일반적으로 적외선 VCSEL)의 조도는 디퓨저에 의해 확장되고 펄스는 정의된 시야로 방출됩니다(50% 듀티 사이클).

 

 

다운스트림 시스템에서는 빛이 어떠한 장애물도 마주치지 않을 경우 특정 시간 안에 검출기를 트리거하는 "표준 신호"가 저장됩니다. 물체가 이 표준 신호를 방해하면 시스템은 위상 이동 및 펄스 트레인의 시간 지연으로 인한 결과를 바탕으로 검출기의 정의된 픽셀당 깊이 정보를 판단할 수 있습니다.

 

Active Stereo Vision (ASV)

"액티브 스테레오 비전" 접근 방식에서는 적외선 광원(일반적으로 VCSEL 또는 IRED)이 하나의 패턴으로 영역을 비추고 2대의 적외선 카메라가 이미지를 스테레오로 기록합니다.

 

다운스트림 소프트웨어는 2개의 이미지를 비교하여 필요한 깊이 정보를 계산할 수 있습니다. 광원은 벽, 바닥, 테이블 등과 같이 질감이 거의 없는 물체에서도 깊이 계산을 지원하는 패턴을 투사합니다. 이 접근 방식은 장애물 회피를 위해 로봇과 무인 운반차(AGV)의 단거리, 고해상도 3D 센싱에 매우 적합합니다. 이것은 또한 제품 라인 부품의 광학 검사, 보안 카메라 및 감시에도 사용됩니다. ams OSRAM은 NIR에서 고대비 도트 패턴 일루미네이션을 제공하는 도트 프로젝터의 포트폴리오를 갖추고 있어 햇빛에 영향을 받지 않는 시스템을 지원합니다. 액티브 스테레오 비전의 비교적 단순한 시스템 설계는 전체 시스템 비용에 긍정적인 영향을 미칩니다. 그러나, 이 접근 방식은 시스템 관련 카메라 분리로 인해 설치 공간이 많이 필요합니다.

 

산업 생산 또는 물류 분야의 자동화 증가 추세에 따라 그에 상응하는 기술에 대한 필요성도 커지고 있습니다. 각각의 기술 접근 방식 및 최종 애플리케이션에 따라 일부 광원은 다른 광원보다 더 적합합니다. 
LiDAR의 경우, 3D 포인트 클라우드를 얻기 위해 2개의 다른 메인 시스템, Flash LiDAR와 Scanning LiDAR가 사용됩니다. 스캐닝 LiDAR 시스템은 기계식 회전 미러 또는 MEMS(micro electro-mechanical system) 미러에 의해 작은 특정 입체각으로 유도된 초점이 맞춰진 펄스 레이저 빔으로 구성됩니다.

 

고출력 펄스 레이저 빔은 작은 입체각으로만 방출되도록 제어되며, 사용된 광출력으로 도달할 수 있는 거리는 3D 플래시 시스템 보다 훨씬 클 수 있습니다. EEL은 이러한 시스템 아키텍처를 위한 제품입니다. EEL은 작은 방출 영역을 통해 작은 공간에 특히 많은 양의 빛을 전달하여 우수한 출력과 범위를 구현합니다. 따라서 EEL은 이미 많은 솔루션에 사용되고 있습니다. ams OSRAM은 15년 넘게 LiDAR 레이저의 선도적인 제조업체로 자리매김해 오고 있으며, 이미 1천만 개 이상의 칩을 생산했으며 결함이 있는 칩은 단 한 개도 없었습니다. 이 반도체 전문업체는 오늘날 LiDAR 시스템의 일반적인 파장인 905나노미터를 규명했습니다.  905나노미터 솔루션은 다른 파장의 시스템보다 우수한 시스템 효율, 완벽한 안정성 및 매력적인 시스템 비용을 특징으로 합니다.

 

LiDAR와 관련하여 최근 새로운 조명 기술, VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, 수직 공진 표면 발광 레이저)이 점점 더 자주 언급되고 있습니다. VCSEL은 두 가지 일루미네이션 기술의 특성을 결합합니다. 즉, 적외선 LED의 고출력 밀도와 단순한 패키징을 레이저의 스펙트럼 폭과 속도에 결합합니다. 우수한 빔 품질, 단순한 설계, 향상된 소형화 등 이 기술의 장점은 VCSEL 시장이 성장하고 있는 이유를 설명합니다. 일반적으로 VCSEL은 EEL 이미터보다 많은 설치 공간이 필요할 수 있지만 특정 애플리케이션에서 장점을 제공합니다. 예를 들면, 방사 특성은 플래시 LiDAR 시스템과 로보틱스, 자율 이동 로봇과 같은 산업 애플리케이션에 특히 적합합니다. 3D 플래시 LiDAR를 사용하면 펄스 레이저 빔이 한 번에 전체 입체각에 방출됩니다. 포인트 클라우드의 특정 해상도를 얻으려면 n x m 어레이의 감광 검출기(광검출기 또는 CMOS ToF 칩의 어레이)가 필요합니다.

 

고객이 어떤 시스템 접근 방식을 선호하든 ams OSRAM은 적외선 LED, VCSEL 및 EEL을 비롯한 매우 광범위한 포트폴리오를 통해 일반적인 모든 접근 방식을 제공할 수 있습니다. ams OSRAM은 LiDAR용 VCSEL과 EEL을 제공하는 글로벌 리더입니다. 두 제품 모두 우수한 광학 성능과 효율을 구현합니다. 그 밖에도, 고객은 다양한 에지 이미터 패키지 디자인 중에서 최대 출력 전력이 120 W인 TO-Can, 플라스틱, SMT 패키지 등 고객의 시스템에 가장 적합한 디자인을 선택할 수 있습니다. ams OSRAM은 VCSEL 부문에 광범위한 파장(680 ~ 940나노미터), 전력 등급(7mW ~ >60 W) 및 시야를 제공합니다. 이 제품들은 컴팩트한 크기 외에도 뛰어난 견고성과 광범위한 애플리케이션을 위한 선도적인 VCSEL 기술을 특징으로 합니다.