Establishment of the Scientific Foundation of An Innovative 3D Imaging Platform

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まず、チャープ型強度変調位相シフト法について、実際の形状測定に応用するために波長分散による1次元の非機械式スキャニングに加えて自動の機械式スキャニングシステムを追加することで全自動の２次元スキャニングシステムを実装した。これにより物体の表面形状データを高速にスキャンすることが可能となった。そして、測定した様々な物体形状に対して解析を行い、３次元データのノイズを低減するためのディジタル信号処理アルゴリズムの検討と原理検証を行った。本アルゴリズムは一般的な画像処理におけるノイズ低減アルゴリズムとは異なり、本手法の測定原理と光学測定の知見に基づいた新奇なアイデアを応用したものであり、一般的な手法よりも確度の高い３次元表面形状計測が期待できる。この原理検証においては機械部品や鍵など数種類のサンプル物体の表面形状を測定し、本アルゴリズムの適用によって既存の信号処理技術と比較して正確に形状を再現できることが確認された。次に、ピコ秒光サンプリング飛行時間法について、基盤技術である短パルスレーザの研究開発を行った。３次元形状計測の実応用化に向けては高性能で環境安定性の高い短パルスレーザが必須であり、これに資するファイバレーザ技術として光ファイバ中における非線形偏波回転や光ファイバに対する応力付与による可変フィルタリング効果、2波長発振などによる新規発振原理に基づく技術を複数開発し、発表を行った。上記成果に加えて、FMCW方式とToF方式のLiDARの開発にも取り組んだ。FMCW方式に関しては、光周波数コムを導入して、LiDAR受光器帯域による測定距離の制限を克服し、長距離LiDARを実現した。ToF方式に関しては、2コム干渉法を導入して、150μmの奥行空間分解能を有するLiDARを構築した。ここでは一対のCWを参照光として用いることで、2台の自走パルス光源で2コム干渉の安定化に成功した。