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2022 年度 実績報告書

FMCW法を用いた長距離・高分解能・クロストークフリーのLiDARの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K04501
研究機関金沢大学

研究代表者

飯山 宏一  金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (90202837)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード光計測 / 光距離計測 / LiDAR / 光イメージング / FMCW / 光周波数掃引
研究実績の概要

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。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件) 産業財産権 (1件)

  • [学会発表] Fast and accurate three-dimensional object profiling by FMCW optical ranging system using asymmetrically optical frequency chirped VCSEL2022

    • 著者名/発表者名
      Yogetsu Nagasaka, Tomoharu Konishi, Koichi Iiyama
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2022 (ISOM’22)
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection and profiling of building and human by FMCW LiDAR using highly coherent laser source2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Momose, Zhou Yu, Koichi Iiyama
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2022 (ISOM’22)
    • 国際学会
  • [学会発表] FMCW光距離センサを利用した多点型光ファイバグレーティングセンサ2022

    • 著者名/発表者名
      杉田悠斗,飯山宏一
    • 学会等名
      2022年電気・情報関係学会北陸支部連合大会
  • [学会発表] 瞬時ビート周波数の比較によるFMCW光距離センサシステム2022

    • 著者名/発表者名
      田中壮太,飯山宏一
    • 学会等名
      2022年電気・情報関係学会北陸支部連合大会
  • [学会発表] 電気的周波数逓倍kサンプリング法を用いたFMCW光距離センサ2022

    • 著者名/発表者名
      くぬぎ知弥,飯山宏一
    • 学会等名
      2022年電気・情報関係学会北陸支部連合大会
  • [産業財産権] 測距装置及び測距方法2022

    • 発明者名
      飯山 宏一
    • 権利者名
      飯山 宏一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-109041

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公開日: 2023-12-25  

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