차량에 장착된-Lidar 시스템에는 어떤 파장의 레이저가 사용됩니까?

1. 서론: 파장의 중요한 역할

LiDAR(빛 감지 및 거리 측정)는 비행 시간(ToF) 또는 반사된 레이저 펄스의 위상 변이를 측정하여 환경에 대한 고해상도,{0}}3차원 지도를 생성하는 자율 주행 차량의 초석 센서로 부상했습니다. 이 기술의 핵심에는 중요하지만 종종 간과되는 선택, 즉 레이저 파장이 있습니다.

인간의 눈에는 보이지 않는 적외선 스펙트럼 내에 위치하므로 선택된 파장은 임의적이지 않습니다. 이는 LiDAR 시스템의 주요 결정 요소 역할을 합니다.눈의 안전, 최대 감지 범위, 환경 간섭에 대한 탄력성, 궁극적으로는 비용과 확장성입니다. 

2. 주요 기술 경로에 대한 심층 분석

2.1 905 nm 파장: 기존 및 성숙한 선택

905nm 파장은 주로 성숙한 반도체 기술의 기반으로 인해 자동차 LiDAR 산업의 주력 제품이었습니다.

기술 원리:감지를 위해 갈륨비소(GaAs) 레이저 다이오드와 고감도 실리콘(Si) 애벌랜치 포토다이오드(APD)를 활용합니다. 실리콘 반도체 산업이 성숙해짐에 따라 이러한 구성요소를 쉽게 사용할 수 있고 비용 효율적이게 되었습니다.-

핵심 이점:

비용-효과성:GaAs 레이저 및 Si{0}} 기반 감지기에 대한 확립된 공급망을 통해 구성 요소 비용이 크게 낮아지고 대량 생산 및 소비자 차량 채택이 촉진됩니다.

입증된 성숙도:수년간의 개발을 통해 강력한 엔지니어링 솔루션과 광범위한 실제{0}}검증 데이터가 탄생했습니다.

시스템 통합:구성 요소가 상대적으로 작기 때문에 차량 설계에 더 쉽게 통합할 수 있는 더 작은 폼 팩터가 가능합니다.

주요 과제 및 제한 사항:

눈 안전:905nm 파장은 인간의 눈의 수정체가 망막에 빛의 초점을 맞추는 "망막 위험 영역"에 속합니다. 엄격한 레이저 안전 표준(IEC 60825-1)을 충족하려면 펄스당 피크 전력을 엄격하게 제한해야 합니다.

감지 범위:이러한 전력 제한은 달성 가능한 최대 감지 범위를 직접적으로 제한하므로 150~200미터 이상의 거리에서 반사율이 낮은 물체를 안정적으로 식별하기가 어렵습니다.{0}}

태양 간섭:태양 스펙트럼은 905 nm에서 상당한 배경 잡음을 가지며, 이는 특히 밝은 햇빛에서 신호-대-잡음비(SNR)를 저하시킬 수 있습니다.

2.2 1550nm 파장: 최고의-성능 경쟁자

1550nm 파장은 성능 지향적 접근 방식을 나타내며, 905nm 파장의 여러 주요 제한 사항을 해결합니다.

기술 원리:이 파장은 일반적으로 에르븀- 도핑된 광섬유 증폭기를 사용하고 InGaAs(인듐 갈륨 비소) 검출기가 필요한 광섬유 레이저를 사용합니다.

핵심 이점:

뛰어난 눈 안전성:"각막 위험 영역"에 위치한 1550nm의 빛은 망막에 도달하기 전에 눈의 각막과 유리액에 대부분 흡수됩니다. 이 생물학적 안전 여유는 최대 전력 수준의 사용을 허용합니다.10~40배 높아905 nm 시스템에 허용되는 것보다.

더 길어진 감지 범위:높은 허용 전력은 범위를 크게 확장하여 250미터 이상의 물체를 안정적으로 감지하며 일부 시스템에서는 300{3}}500미터까지 가능합니다. 이는 고속 자율 주행을 위한 중요한 추가 반응 시간을 제공합니다.

향상된 환경 탄력성:태양의 배경 복사는 1550 nm에서 상당히 낮아서 SNR이 뛰어납니다. 더욱이, 이 더 긴 파장은 안개, 연무, 먼지와 같은 대기 장애 물질을 통과하는 데 약간 더 나은 침투력을 나타냅니다.

주요 과제 및 제한 사항:

높은 비용:파이버 레이저와 InGaAs 감지기는 모두 Si- 기반 감지기에 비해 제조가 더 복잡하고 비용이 많이 들기 때문에 전체 시스템 비용에 영향을 미칩니다.

시스템 복잡성 및 규모:파이버 레이저- 기반 시스템은 역사적으로 부피가 더 크고 더 많은 전력을 소비하므로 소형화 노력이 진행되고 있지만 원활한 자동차 통합에 어려움을 겪고 있습니다.

3. 주요 성과 차원: 비교 분석

4. 최첨단 LiDAR 아키텍처와-파장 시너지 효과

파장 선택은 기본 LiDAR 기술과 점점 더 밀접하게 연관되어 있습니다.

주파수-변조 연속파(FMCW) LiDAR:

고유한 종속성:도플러 효과를 통해 속도를 즉시 측정하고 뛰어난 범위 ​​분해능을 제공하는 FMCW 기술에는 간섭 길이가 긴 레이저가 필요합니다. 이는 1550nm 시스템에 사용되는 파이버 레이저의 자연스러운 특성입니다.

시너지 효과:그만큼FMCW + 1550 nm이 조합은 비교할 수 없는 성능을 제공하는 강력한 제품입니다. 즉, 다른 LiDAR 및 햇빛의 간섭에 대한 내성, 직접적인 속도 측정, 극도의 정확도를 제공하여 차세대 인식의 표준으로 자리매김합니다.-

고체-및 광학 위상 배열(OPA):

재료 제약:고체 OPA 스캐닝을 위한 가장 진보된 실리콘 포토닉스 플랫폼은 -주로 905nm 또는 1300nm 정도의 파장에 최적화되어 있습니다. 실리콘 플랫폼에서 1550nm의 고성능, 비용 효율적인-OPA 시스템을 개발하는 것은 여전히 ​​중요한 연구 및 엔지니어링 과제로 남아 있습니다.

미래 전망:최적의 파장과 순수한 고체 상태 스캐닝(신뢰성을 위한)의 융합은 미래 LiDAR 개발을 위한 핵심 전쟁터입니다.

조사 중인 기타 파장:

1350-1400nm 대역:이 영역은 잠재적으로 905nm보다 더 나은 눈 안전을 제공하는 동시에 1550nm보다 더 비용 효율적인 검출기 기술을 활용할 수 있는 잠재적인 '최적 지점'으로 탐색되고 있습니다.{1}}

단{0}}파장 적외선(SWIR):더 넓은 SWIR 대역은 특수(예: 군사, 산업) 애플리케이션에 활용되지만 비용으로 인해 아직 자동차에 널리 채택되지는 않았습니다.

5. 응용 시나리오 및 시장 포지셔닝

최적의 파장 선택은 종종 대상 응용 분야에 따라 결정됩니다.

승용차 ADAS(L2+/L3):

주류 선택: 905nmLiDAR는 현재 대량 생산에 필요한 성능과{0}}비용 효율성 간의 균형을 유지하면서 이 부문을 장악하고 있습니다.

프리미엄 및 고성능-고성능 차량:최첨단-모델이 채택되기 시작했습니다.1550nm기술을 주요 차별화 요소로 삼아 우수한 안전성과{0}}장거리 기능을 마케팅합니다.

로보택시/로보버스(L4/L5):

명확한 추세:완전 자율주행차를 개발하는 대부분의 회사는 다음과 같은 방향으로 기울고 있습니다.1550nm시스템. 복잡한 도시 환경의 까다로운 요구 사항과 최대 감지 범위에 대한 중요한 필요성으로 인해 더 높은 비용이 정당화됩니다.

상업용 차량(트럭, 물류):

시나리오-종속 선택:결정은 운영 설계 영역(ODD)에 따라 달라집니다. 고속도로의 장거리-트럭은 1550nm의 장거리 주행 범위를 활용할 수 있는 반면, 저속-도시 배송 차량은 905nm 솔루션을 더 경제적으로 활용할 수 있습니다.

6. 결론 및 향후 전망

결론적으로, 자동차 LiDAR 파장의 환경은 명확한 이분법으로 정의됩니다.

905nm을 나타냅니다"실용적인 현직자"성숙하고 비용 효율적인 공급망에 뿌리를 두고 있는 이 회사의 지배력은 오늘날 소비자 차량에 널리 채택되고 있습니다.-

1550nm을 구현'퍼포먼스 뱅가드'더 높은 수준의 자율성을 달성하는 데 필수적인 더 높은 안전성과 우수한 성능을 향한 강력한 로드맵을 제공합니다.

앞으로 업계는 단일 파장으로 수렴되지 않을 것입니다. 대신에다양하고 공존하는 생태계나타날 것입니다. FMCW와 고체{1}}스캐닝 기술이 성숙해짐에 따라 1550nm 시스템과 관련된 비용 프리미엄이 감소하여 채택이 가속화될 것으로 예상됩니다. 궁극적으로 특정 파장에 관계없이 업계의 끊임없는 추구는 동일하게 유지됩니다. 즉, 다음을 제공하는 LiDAR 시스템을 제공하는 것입니다.타협할 수 없는 안전성, 뛰어난 성능, 비교할 수 없는 신뢰성, 접근 가능한 비용, 이를 통해 완전 자율 미래를 향한 길을 밝힙니다.

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