Siフォトニクス集積型LiDARによる3次元イメージングの実証

近年，自動運転応用に用いられる3次元センサとしてLiDARが注目されている．特に，Siフォトニクスを用いた非機械式FMCW LiDARが盛んに研究されており，光フェーズドアレイやフォーカルプレーンアレイを用いたオンチップLiDARが実証されている．我々は，別のアプローチとして，スローライト分散を利用した，スローライト回折格子 (SLG) を非機械式ビームスキャナとするFMCW LiDARチップを開発している．これまでに，大規模なリアルタイム2次元ビーム走査や3次元点群画像を実証してきた．しかし，櫛状ノイズと呼んでいるノイズにより測距信号のS/Nが低下し，標準的なLiDAR動作に求められる散乱体のイメージングが困難であり，ノイズ発生の原因特定が急務であった．本研究では，櫛状ノイズの発生要因をスペクトル計算および光周波数領域リフレクトメトリ (OFDR) を用いたチップ内部の反射点解析により調査した．スペクトル計算では，チップ内部に反射点が存在していることを前提とし，FMCW光信号に意図しない窓関数の変化を加え解析した．その結果，窓関数の裾引きが残留していることが，最も櫛状ノイズに寄与していることが判明した．また，OFDR解析では，チップ内部の反射点がSLG接続部で生じていることが分かった．これらの原因を改善することで，10 dB以上のS/N改善が見込まれ，散乱体のイメージングが可能になると考えている．改善策としては，FMCW光信号の波形補正，内部反射により生じる成分を等長化により抑制することを考えており，今後，引き続き行っていく．後者は，すでに等長化を施した新規デバイスを設計しており，製作され次第，検証を行う予定である．これらのノイズ要因特定および改善により，オンチップLiDARの動作実証が期待され，自動運転応用における3次元センサの発展に大きく寄与すると考えている．

近年，自動運転応用に用いられる3次元センサとしてLiDARが注目されている．特に，Siフォトニクスを用いた非機械式FMCW LiDARが盛んに研究されており，光フェーズドアレイやフォーカルプレーンアレイを用いたオンチップLiDARが実証されている．我々は，別のアプローチとして，スローライト分散を利用した，スローライト回折格子 (SLG) を非機械式ビームスキャナとするFMCW LiDARチップを開発している．これまでに，大規模なリアルタイム2次元ビーム走査や3次元点群画像を実証してきた．しかし，櫛状ノイズと呼んでいるノイズにより測距信号のS/Nが低下し，標準的なLiDAR動作に求められる散乱体のイメージングが困難であり，ノイズ発生の原因特定が急務であった．本研究では，櫛状ノイズの発生要因をスペクトル計算および光周波数領域リフレクトメトリ (OFDR) を用いたチップ内部の反射点解析により調査した．スペクトル計算では，チップ内部に反射点が存在していることを前提とし，FMCW光信号に意図しない窓関数の変化を加え解析した．その結果，窓関数の裾引きが残留していることが，最も櫛状ノイズに寄与していることが判明した．また，OFDR解析では，チップ内部の反射点がSLG接続部で生じていることが分かった．これらの原因を改善することで，10 dB以上のS/N改善が見込まれ，散乱体のイメージングが可能になると考えている．改善策としては，FMCW光信号の波形補正，内部反射により生じる成分を等長化により抑制することを考えており，今後，引き続き行っていく．後者は，すでに等長化を施した新規デバイスを設計しており，製作され次第，検証を行う予定である．これらのノイズ要因特定および改善により，オンチップLiDARの動作実証が期待され，自動運転応用における3次元センサの発展に大きく寄与すると考えている．