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Feasibility study on LIDAR sensor using MEMS scanning micromirror

Feasibility study on LIDAR sensor using MEMS scanning micromirror
Issue Date
대학원 전자공학과
이화여자대학교 대학원
Today, one of the main endeavor for autonomous vehicles is to miniaturize the size and reduce cost of many sensors that are essential for understanding the surrounding environment of the autonomous vehicles. Biaxial MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) scanning micromirrors accomplishes this task by creating a 2D (2 dimensional) scan pattern using a laser beam. A MEMS scanning micromirror can be applied to light detection and ranging systems such as LIDAR (LIght Detection And Ranging) for autonomous vehicles. In this research, we present the feasibility testing result of a simple distance measurement system using a 2D vector-graphic microscanner and a 2D raster microscanner. Each microscanner is controlled by analog and digital methods for creating various scan patterns. The intensity of the reflected laser beam has been measured with APD (avalanche photodiode) to estimate the distance and position of the beam has been tracked using PSD (position sensitive detector). Signals from APD and PSD sensors are synchronized by eliminating the delay between them, which enables the detection of the position of an object on the 2D scan pattern. In another configuration, PSD sensor can be excluded from the system by synchronizing the driving current waveforms with the APD signals. To determine the distance of an object, 1D (1 dimensional) and 2D distance measurement experiments are conducted using each microscanner. The intensity-based distance measurement system measures the distance and position of the target object in a 2D region in the form of reflected beam intensity.;최근 자율주행차의 상용화를 위한 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 이를 실현하기 위한 기술 중, 차량 주변 인식이 가능한 센서의 개발은 가장 중추적인 부분이다. 특히 강력한 레이저 광원의 활용, 넓은 화각, 빠른 작동 속도 등의 강점을 가지는 라이다 센서가 각광받고 있다. 하지만 종래의 라이다는 큰 부피, 높은 비용 등의 이유로 상용화에 어려움이 있었으며 이러한 센서의 소형화 및 경량화를 달성하기 위하여 MEMS 기술이 주목받고 있다. 전자기력 구동 방식의 MEMS 스캐너는 기존의 모터 기반의 구동부를 대체할 수 있다. 본 논문에서는 전자기력 구동 방식의 벡터 스캐너와 래스터 스캐너의 2축 구동을 통하여 다양한 스캔 패턴을 생성하고 이를 이용하여 2차원 영역에서의 거리를 측정하였다. 레이저 빔을 이용한 다양한 거리 측정법 중 물체로부터 반사되는 빔의 밝기를 이용한 거리 측정법이 사용되었다. 반사되는 빔의 밝기는 애벌란시 포토 다이오드(APD)로 측정하였으며 스캔 패턴 상의 위치는 위치 검출기(PSD)를 통해 측정되었다. 두 센서 사이의 딜레이를 제거하고 동기화하는 과정을 거쳐 물체의 위치를 측정하는 실험을 수행하였다. 래스터 스캐너를 통해 좀 더 정밀한 위치 측정이 가능하였으며 밝기 특성상 물체의 재질에 구애 받지 않는 정확한 거리값을 얻기에는 어려움이 있었으나, 거리의 근사값과 스캔 패턴상의 위치 측정이 가능하였다.
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