LiDAR, OCT, 레이저프로세싱 등 다양한 어플리케이션에 적용 가능한 광 조향(beam steerin
Optotune
Optotune - 보이스코일모터(VCM) 기술에 기반한 MR-15-30이라는 광 조향 미러를 개발 후 기존의 미러 라인업에 새제품 MR-10-30을 출시했다. MR-15-30는 15mm의 미러 직경과 X,Y축 모든 방향으로 +/-25 °에 달하는 기구적인 반사각을 빠른 응답시간내에 제공하여 현존하는 Galvo 스캐너나 MEMS 미러와 차별화된 솔루션을 제시해왔다.
고객은 MR-15-30의 큰 직경과 큰 반사각을 이용하여 머신비전, LiDAR, OCT, 레이저 프로세싱 등 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있다. 시장에서의 이러한 성공적인 적용 경험을 바탕으로 하여 옵토튠이 기존의 미러 라인업에 MR-10-30이라는 새로운 미러 제품을 출시한 것이다.
MR-10-30은 한 축은 기존과 동일한 quasi-static 축으로 동작시키면서, 나머지 한 축을 공진축으로 하여 280Hz의 속도로 스캔할 수 있다. LiDAR와 같은 레이저 스캐닝 어플리케이션에 최적화된 솔루션도 제공한다. 그림 1에서처럼 손쉬운 개발을 위해서, 옵토튠에서는 드라이버 플랫폼, MR-E2와 미러 디바이스를 함께 포함한 개발자 키트도 제공한다.
MR-E2는 Optotune의 미러 디바이스를 저렴하면서도 효율적으로 제어하기 위해 설계된 2채널 전류 컨트롤러다. 채널당 최대 +/-700mA의 전류를 미러 디바이스에 흘려 MR-15-30 미러의 경우 정지상태에서 20°까지 움직이는데 20msec이내로 제어할 수 있고, 동적으로는 미러를 최대범위에서 20Hz속도로 움직일 수 있다. MR-E2에 내장된 PID 제어기와 옵티컬 피드백 메커니즘은 1mrad(0.06°)의 정밀도로 미러의 위치를 정확하게 closed-loop 제어한다.
사용자들은 MR-E2를 제어하는데 아래와 같은 다양한 옵션들을 사용할 수 있다.
•Optotune Cockpit GUI 소프트웨어를 사용하여 desktop PC/laptop PC에서 직접 MR-E2 제어
•USB, UART 혹은 SPI를 통한 제어 (Python, C# SDK를 통한 S/W제어)
•Analog voltage 입력을 통한 제어
개발자키트에 포함된 Optotune MR-미러 디바이스는 헤드유닛에 아날로그 드라이빙 회로(프록시 보드)와 함께 결합되어 있고, 베이스 유닛과 케이블을 통해 연결된다. 베이스 유닛에는 디지털 제어 회로(CPU 보드)와 CPU 보드의 외부 인터페이스를 위한 캐리어보드가 각종 커넥터들과 함께 포함되어 있다.
기본 옵션으로 MR-15-30 미러 혹은 MR-10-30 미러를 선택할 수 있는데 각각의 미러는 gold 또는 silver 코팅 옵션을 선택할 수 있다. Dielectric 코팅이나 심지어 사용자가 지정하는 특수 코팅의 경우도 추가 옵션으로 선택 가능하다.
개발자 키트를 사용하여 성능 검증 및 기본 개발 검증이 끝나고 나면, 사용자는 MR-E2 드라이버의 OEM 버전을 필요에 따라 다른 레벨의 통합수준 옵션으로 선택할 수 있다. MR-E2 드라이버의 전체 시스템 레벨의 제일 첫번째 단계는 CPU보드와 프록시 보드로 크게 분리되어 있다고 볼 수 있다.
이 레벨에서 드라이버는 최상위 시스템 제어기로부터 SPI나 다른 HW 인터페이스를 통해 제어 커맨드를 받는 슬레이브(이때 실제 미러를 제어하는 모든 동작은 드라이버 내부에서 이루어짐)로 동작하게 된다. 만약 사용자가 자신들만의 고유한, 그리고 직접 미러를 제어하기를 원한다면 옵토튠에서는 프록시 보드를 개별적으로 제공하고 미러의 제어 자체를 사용자 시스템 제어기에 맡기도록 하는 옵션도 제공한다.
많은 사용자들이 MR-미러 제품의 다양한 어플리케이션들을 개발하고 적용해왔는데, 크게 3가지 분야에서 많은 관심을 끌고 있다: LiDAR, Field-of-View (FOV) 확장(또는 Area-of-interest (AOI) 선택), 레이저 빔 프로세싱.
자율주행차량의 개발이 진행되면서 LiDAR는 많은 자동차 제조사와 부품공급사들로부터 관심의 대상이 되어 왔다. 기존에 사용되어져 왔던 time-of-flight (TOF) 센서나 주파수변조 (레이더) 센서 등이 이미 시장에 공급되고 있는 상황에서 LiDAR를 위한 광 조향 솔루션들은 시장에서 요구되는 개발속도를 따라가지 못하고 있는 게 현실이다.
현재 입수 가능한 솔루션은 대부분 회전 기구물 (Galvo 스캐너 등과 같은)이거나 MEMS 솔루션인데 이들 솔루션들은 전형적으로 가격, 속도, 반사체 직경 (clear aperture), FOV 등과 같은 4가지 요인에서 시장진입에 어려움을 겪고 있다.
옵토튠의 고유한 MR-미러 솔루션은 이 4가지 요인을 모두 예외적으로 극복해 사용자들로 하여금 실제 자동차에 적용가능한 LiDAR의 프로토타입을 빠르게 개발할 수 있게 도와준다.
그림 2는 Varroc Lighting Systems사의 헤드램프 통합형 LiDAR 프로토타입을 보여주고 있다. SiLC사의 실리콘 포토닉스 FMCW 비전칩과 2개의 옵토튠 MR-15-30 미러를 광 조향용으로 사용하여 헤드램프당 20x80도의 full FOV를 제공한다.
이미지 촬영을 위한 FOV 확장은 큰 미러 직경(Clear aperture)과 큰 반사각이 어떤 장점을 가지는지를 잘 보여주는 어플리케이션이다. 안면인식이나 부품 검사 등과 같은 최근의 비전 어플리케이션에서는 종종, 먼 거리로부터 고해상도 이미지를 요구한다. 이러한 요구조건을 충족시키기 위해선 긴 초점거리(망원) 촬영시스템을 사용해야 하는데 이미지의 영역이 제한되는 문제점이 발생한다.
이러한 시스템에 MR-15-30 미러를 결합하면 시스템의 융통성이 크게 확장되어 각각 촬영된 개별적인 고해상도 이미지를 스티칭하거나, 특정 AOI부분을 가리키도록 하여 그 부분만을 고해상도로 촬영하도록 하는 등의 방법을 사용할 수 있다. 그림 3은 넓은 FOV에서 특정 AOI 부분만을 고해상도로 촬영할 수 있게 하는 감시 시스템의 사용례다.
위에서 언급한 것처럼 옵토튠의 광 조향 미러 솔루션은 사용자들에게 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있는 새로운 가치를 제공하고 있으며, 동시에 다양한 사용자들이 그동안 미처 생각하지 못했던 놀라운 방법들로 새로운 디바이스의 가치를 재발견 해주고 있다.
자료 제공: Optotune(korea@optotune.com)
