ST마이크로일렉트로닉스, 최신 ToF 센서로 3D 심도 센싱 솔루션 확장-아이씨엔매거진

세계 최소형 iToF 센서, 란신 테크놀로지(Lanxin Technology)의 초기 설계에 채택

ST ToF LiDAR module — ST마이크로일렉트로닉스의 VD55H1 와 VL53L9 ToF 센서

ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST)가 업계 선도적인 2.3k 해상도의 일체형 dToF(direct Time-of-Flight) 3D 라이다(Light Detection And Ranging) 모듈을 발표하고, 500k 픽셀의 세계 최소형 iToF(indirect Time-of-Flight) 센서가 이미 고객 설계에 채택됐다고 발표했다.

ToF(Time-of-Flight) 센서는 두 지점 간 광자의 이동시간을 이용해 해당 지점 사이의 거리를 계산하는 센서로 자율자동차, 스마트폰, 자율이동로봇, 산업자동화 등 다양한 산업분야에서 활용되고 있다.

3D ToF 심도 센서는 시야각 내의 여러 객체와의 거리를 계산하여 거리측정 정보 맵을 제공한다. 또한 3D 센서는 투광 조명을 통해 사후 프로세싱을 개선하고, 풍부한 사용자 경험을 제공하는 데 사용되는 IR 2D 프레임도 수집이 가능하다. 3D ToF 센서는 로봇 내비게이션 및 충돌방지 등을 위해 장면을 매핑하고, 공간 사용 분석 및 응급 지원과 같은 스마트 빌딩 애플리케이션을 위해 물체나 사람을 감지하고 위치를 파악할 수 있다. 3D ToF 렌더링과 컬러 이미지 센서 출력을 결합하면 완벽한 몰입형 가상현실 경험을 만들 수도 있다.

VD55H1은 방출된 신호와 수신된 반사 신호 간의 위상 변화를 측정해 표면 상의 특정 지점까지의 거리를 계산한다. 이러한 iToF(indirect Time-of-Flight) 센싱은 전송된 신호와 수신된 반사 신호 간의 시간을 측정하는 VL53L9와 같은 센서에 사용되는 dToF(direct Time-of-Flight) 센싱을 보완하는 기술이다. ST는 광범위한 첨단 기술 포트폴리오를 통해 고해상도의 iToF 및 dToF 센서를 모두 설계하고, 애플리케이션 요건에 따라 최적화된 솔루션을 제공한다.

ST의 이미징 서브그룹 사업본부장인 알렉산드르 발메프레졸(Alexandre Balmefrezol)은 “ST는 이미 20억 개의 센서를 시장에 공급한 바 있으며, 가장 단순한 단일 존 디바이스에서 최신 고해상도 3D iToF 및 dToF 센서까지 모든 유형을 아우르는 독보적인 포트폴리오를 계속 확장하고 있다”고 밝히고, “ST는 다양한 지역에 위치한 인하우스 대규모 모듈 어셈블리 시설을 통해 픽셀 및 메타표면 렌즈 기술과 설계에서 제조까지 모든 영역을 포괄하는 수직 통합 공급망을 구축하면서 매우 혁신적인 고집적 고성능 센서를 제공한다”고 말했다.

새로운 dToF 3D 라이다 디바이스인 VL53L9는 최대 2.3k 존의 해상도를 갖추고 있다. 시장에서 유일하게 듀얼 스캔 투광 조명을 내장해 소형 물체와 가장자리까지 감지하며, 2D 적외선(IR) 이미지와 3D 심도 맵 정보를 모두 캡처할 수 있다. 온칩 dToF 프로세싱을 갖춰 즉시 사용 가능한 저전력 모듈로 제공되기 때문에 외부 부품을 추가하거나 보정할 필요가 없다. 또한 5cm에서 10m까지 최첨단 거리측정 성능을 제공한다.

다양한 기능을 갖춘 VL53L9는 카메라 지원 성능을 향상시켜 망원 사진까지 촬영할 수 있다. 60fps(Frame per Second) 속도로 스틸 및 비디오에 대한 레이저 자동 초점, 보케(Bokeh), 시네마 효과와 같은 기능을 지원한다. 가상현실(VR) 시스템에서는 정확한 심도 및 2D 이미지를 활용해 공간 매핑을 향상시킬 수 있어, 가상 방문이나 3D 아바타와 같은 보다 몰입감 있는 게이밍과 가상현실 경험을 지원한다. 이외에도 이 센서는 단거리와 초장거리에서도 작은 물체의 가장자리까지 감지할 수 있어 가상현실이나 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)과 같은 애플리케이션에 적합하다.

또한, ST는 VD55H1 ToF 센서의 대량 생산 개시 발표와 함께 모바일 로봇 심도 비전(Deep-Vision) 시스템 분야에 주력하는 라신 테크놀로지(Lanxin Technology)의 설계에 조기 채택됐다고 밝혔다. 란신의 자회사인 MRDVS는 3D 카메라에 고정밀 심도 센싱 기능을 추가하기 위해 VD55H1을 채택했다. ST 센서가 장착된 이 고성능의 초소형 카메라는 3D 비전과 엣지 AI 성능이 결합돼 모바일 로봇의 지능형 장애물 회피 및 고정밀 도킹 기능을 지원한다.

VD55H1은 머신 비전 외에도, 3D 웹캠과 PC 애플리케이션, VR 헤드셋을 위한 3D 재구성, 스마트 홈 및 빌딩의 인원수 계산 및 활동 감지에 매우 적합하다. 이 제품은 672 x 804 센싱 픽셀을 소형 칩에 내장했으며, 50만 개 이상의 포인트에 대한 거리를 측정하면서 3차원 표면을 정확하게 매핑한다. ST의 적층형 웨이퍼 제조 공정을 이용해 후면 조명이 적용된 이 제품은 시중에 공급되는 다른 iToF 센서보다 더 작은 다이 크기와 더 낮은 전력소모로도 탁월한 해상도를 지원한다. 이러한 특성을 통해 가상 아바타, 손 모델링, 게이밍 등의 웹캠 및 가상현실 애플리케이션을 지원하는 3D 콘텐츠 제작에 매우 탁월한 센서로 평가받고 있다.

VL53L9의 첫 번째 샘플은 주요 고객들에게 이미 제공 중이며, 양산은 2025년 초로 예정돼 있다. VD55H1은 현재 전면적으로 생산 중이다. 또한 ST는 2월 26일부터 29일까지 스페인 바르셀로나에서 열리는 MWC 2024(Mobile World Congress 2024) 전시회(7A61 부스)에서 VL53L9를 비롯해 다양한 ToF 센서와 기술을 선보일 예정이다.