| Project/Area Number |
22KJ1405
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| Project/Area Number (Other) |
22J15310 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
鎌田 幹也 横浜国立大学, 大学院理工学府, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | LiDAR / FMCW / Siフォトニクス / 環境光耐性 / スローライト回折格子 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，自動運転の話題と共に，周囲を測距してイメージ化する3次元センサ，FMCW LiDARが注目され，活発に研究されている．すでに，光フェーズドアレイやフォーカルプレーンアレイを非機械式ビームスキャナとしたLiDAR動作が実証されている．我々は，別のアプローチとして，スローライト回折格子を用いたFMCW LiDARチップを開発しており，これまでに点群画像を取得してきた．しかし，櫛状ノイズが原因で測距信号のS/Nが不足している．この原因を特定し，改善することで，散乱体イメージングの実証を目指す．また，実際の環境を想定した，様々な環境光に対する耐性を評価する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
自動運転の3Dセンサとして，我々はスローライト回折格子(SLG)を用いたFMCW LiDARチップを開発してきた．これまで測距信号スペクトルのノイズ調査として，OFDRを用いてLiDARチップの内部反射の解析を行い，チップに集積された各コンポーネントの損失や，SLG接続部に大きな反射が生じていることを明らかにした．そこで最終年度では，その反射によるノイズを抑制するための参照光経路等長化デバイスを製作した．参照光の経路長を適切な長さとし，熱光学ヒータにより位相を調整することでノイズを抑制でき，測距信号スペクトルを観測したところ，ノイズを約10 dB抑制しノイズ抑制に効果的であることを示した．一方で現状ではチップ内部の往復損失が約30dBと大きいため，測距距離は最大20mに留まるが，素子の最適化による損失の低減により往復損失を約10dBまで低減できる見積もりである．チップへの入力パワーの増大やレンズの最適化も考慮すると，測距信号のSNRは40dB改善し240m先まで測距が可能となる．これは車載応用で要求される200m以上の測距を十分に満たしている．
さらに最終年度では新たに，FMCW LiDARの環境光耐性も調査した．FMCWはコヒーレント検波であるため耐性は高いと言われているが，FMCW LiDAR同士の干渉が報告されており，車載応用では大きな問題となる．しかしながら，学術的な議論はほとんどないため，他のFMCW LiDARおよび太陽光との干渉確率を初めて理論化した．干渉確率を空間的重なり，周波数的重なり，干渉強度，フレームレートにより表し，我々のFMCW LiDARは自動車の安全基準を満たし，かつToFと比べ3-4桁高い耐性をもつ．以上から，測距距離，環境光耐性ともに車載の要求を満足する高性能・超小型なSLG LiDARの実現が期待される．
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