2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of long-range, high ranging resolution and crosstalk-free LiDAR by FMCW method
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20K04501
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
飯山 宏一 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (90202837)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光計測 / 光距離計測 / LiDAR / 光イメージング / FMCW / 光周波数掃引 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光周波数が掃引されたレーザ光を用いるFMCW光距離センサを用いたFMCW LiDARに関する研究を行った。本システムは，参照光と測定物体からの反射光の干渉信号を周波数解析することにより距離を求める方法である。100m以上の遠方からの反射光に対しても干渉を得るため，光源には干渉性の高い狭線幅DFBレーザを用い，その注入電流変調により光周波数を掃引した。しかし，この方法では線形な光周波数掃引の実現は困難であり，光周波数掃引に残存する非線形性のために距離測定精度が大きく劣化する。そこで，補助干渉計を利用したk-サンプリング法の採用により，光周波数掃引の非線形性の影響を除去した。
令和4年度は測定の高速化のために，変調周波数を10kHz以上として測定を行った。しかし，変調周波数を高くすると，k-サンプリング法では打ち消されない光周波数掃引の非線形性の影響により，形状計測結果が劣化した。
そこで，変調波形である三角波に，それに同期した方形波を重畳することにより光周波数掃引を，完全ではないが，ある程度線形化することで，高い変調周波数時にも形状計測結果の劣化を抑えることができた。最終的には，30kHzの変調周波数でも，空間距離で50mあるいは120m遠方の建物の形状計測，および，90m遠方に立っている人物の高精度な形状計測に成功した。
一方，k-サンプリング法では光学系が大規模になり，特に車載LiDARとするには問題がある。そこで，光学系の簡略化を目指し，レーザ光源の光周波数掃引の線形化にも取り組んだ。k-サンプリング信号により変調波形をサンプルして新たな変調波形を生成する方法であり，100kHzの変調周波数であっても光周波数掃引が線形化できることを実証した。
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