최신 공간 인식 · 거리 측정 레이저 광원을 30% 고출력화하는 VC（빅）SEL（셀） 모듈 기술 확립
~ 레이저 광원 회로의 설계 부하 삭감과 거리 측정 정밀도 향상에 기여 ~

2020년 9월 1일

＜개요＞

로옴 주식회사 (본사 : 교토)는 레이저 광원용 VCSEL※1의 고출력화를 통해, 공간 인식 · 거리 측정 시스템 (TOF 시스템※2)의 고정밀도화를 실현하는, VCSEL 모듈 기술을 확립하였습니다.
기존에 VCSEL을 채용한 레이저 광원의 경우, 광원이 되는 VCSEL 제품과 광원을 구동하는 MOSFET 제품을 각각 개별적으로 기판에 실장했습니다. 이때, 의도하지 않아도 제품간의 배선 길이 (기생 인덕턴스※3)가 광원의 구동 시간 및 출력에 영향을 미치게 되므로, 고정밀도 센싱에 필요한 단펄스 및 고출력 광원을 실현하기에는 한계가 있었습니다.
이번 신기술은 로옴이 개발한 모듈용의 새로운 VCSEL 소자와 MOSFET 소자를 1패키지에 집적하여 모듈화하였습니다. 소자간 배선 길이를 극소화함으로써 각 소자의 성능을 최대화시켜, 태양광으로 인한 외부 노이즈의 영향을 배제할 수 있는 광원의 단펄스 (10nsec. 이내) 구동과, 기존 구성 대비 약 30%의 고출력화를 동시에 달성하였습니다.
실제로 이 기술을 채용한 VCSEL 모듈은 레이저 광원 (VCSEL 모듈), TOF 센서 (이미지 센서 등의 수광 센서), 컨트롤 IC로 구성되는 공간 인식 · 거리 측정 시스템에서 평가하는 경우, TOF 센서에 대한 반사광의 양도 기존 구성 대비 약 30% 증가시킬 수 있으므로, TOF 시스템의 고정밀도화에 기여할 수 있습니다.
로옴은 이러한 기술을 채용한 VCSEL 모듈을, 고정밀도 센싱이 필요한 모바일 기기의 안면 인증 시스템이나 산업기기의 AGV (무인 운반 로봇) 등을 타겟으로, 2021년 3월까지의 제품화를 추진하고 있습니다. 또한, 차량용 LiDAR※4 등에 대응하는 고출력 레이저의 기술 개발도 추진해 나갈 예정입니다.

＜배경＞

VCSEL은 최근 스마트폰의 안면 인증 시스템 및 태블릿 단말기의 공간 인식 시스템에 레이저 광원으로서 채용되어 급속히 보급되고 있습니다. 또한, 분야에 관계없이 AGV 및 제스처 인식 · 형상 인식을 응용한 산업용 검사 시스템 등에서도 채용이 추진되고 있어, 향후 VCSEL의 수요가 더욱 증대할 것으로 예상되고 있습니다. 이러한 상황에서 자동화를 필요로 하는 어플리케이션에 있어서는 한층 더 고정밀도의 센싱을 실현하기 위해 광원의 단펄스 구동과 고출력화가 요구되고 있습니다. 로옴이 이미 양산하고 있는 VCSEL 제품을 한층 더 고출력화하기 위해 새롭게 확립한 VCSEL 모듈 기술은 단펄스 구동과 고출력화를 동시에 달성함으로써, 공간 인식 · 거리 측정 시스템의 한차원 높은 고정밀도화에 기여합니다.

＜로옴의 레이저 광원 분야에 대한 활동 전개＞

로옴의 레이저 광원 분야에 대한 활동 전개

로옴은 LED를 비롯하여 Fabry-Perot 타입 레이저 다이오드 및 VCSEL을 개발하여 제공하고 있으며, 최근에는 프린터 및 자동 로봇 청소기 등에 채용되고 있습니다. 동시에 다양한 제품화를 통해 축적해온 옵티컬 디바이스의 개발 노하우를 활용하여, VCSEL 소자의 성능을 최대화시키고 한층 더 고출력화하기 위해 VCSEL 모듈 기술의 연구 개발을 추진해왔습니다.
로옴은 연구 개발을 통해 창출된 광원과 소자에 대해 이러한 응용 기술을 적용함으로써 특징 있는 레이저 광원 제품을 개발하여, 공간 인식 · 거리 측정 시스템의 고정밀도화에 기여하고 있습니다.

＜VCSEL 모듈 기술에 대하여＞

VCSEL 모듈 기술

본 기술은 로옴이 개발한 모듈용의 새로운 VCSEL 소자와 MOSFET 소자를 최적의 형태로 1패키지에 모듈화함으로써 실현하였습니다. 소자의 성능을 최대화시키기 위해, 회로의 배선 길이에 비례하는 소자간 기생 인덕턴스를 극소화함으로써 고속 구동과 고출력화를 가능하게 하였습니다. 이에 따라, 태양광으로 인한 외부 노이즈의 영향을 배제할 수 있는 단펄스 (10nsec. 이내) 구동과, 기존의 단품 구성 대비 약 30%의 고출력화를 동시에 달성하였습니다.
또한, 본 기술은 1패키지화를 통한 실장 면적과 회로 설계 부하의 삭감에 기여하며, 고속 구동 및 고출력화를 통한 구동 효율의 향상 (한층 더 빠르고, 한층 더 저전압 동작이 가능)으로 어플리케이션의 저전력화에도 기여할 수 있습니다.

＜용어 설명＞

※1 : VCSEL
Vertical Cavity Surface Emitting LASER (수직 공진기 면발광 레이저)의 약자. 기존에는 통신 용도로 채용되었지만, 최근에는 센싱 시스템의 발광부 광원으로서도 채용되고 있다.
※2 : TOF 시스템
TOF는 Time of Flight의 약자로, 광원이 되는 빛의 비행 시간 (전파 시간)을 측정함으로써 거리를 검출하여, 공간을 센싱하는 방법. 이러한 방법을 사용한 공간 인식 · 거리 측정 시스템.
※3 : 기생 인덕턴스
전자 회로의 배선 길이에 의존하여, 회로도에 나타나지 않는 코일 성분 (인덕터)을 뜻함. 교류 등의 전기 신호의 흐름을 방해한다.
※4 : LiDAR
Light Detection and Ranging의 약자. TOF 시스템 (광원 및 TOF 센서 및 이미지 센서) 등을 사용하여 구성되며, 주위의 상황을 센싱하는 어플리케이션.
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