LiDAR(レーザーレーダー)のためのTime of Flight(TOF)解析事例

LiDARとは

LiDARとは「Light Detection and Ranging」の略で、レーザ光を用いたセンシング技術です。
原理的にはレーダーと類似しているので「レーザレーダー」とも呼ばれる事もあり、その技術は、光源から物体にレーザを照射し、その散乱や反射光を計測する事で、物体までの距離や形状等を算出する原理です。
レーダーに比べ光の波長は短いため、大気中の粒子などサイズが小さい物体の観測を行うことも出来ます。LiDARは昨今の自動運転技術の分野で注目されています。自動運転では距離や角度などの検出範囲や細かさに加え、刻々と変化する対象物の状況を検出できる速度などが高い技術レベルで要求されるとともに、実際の搭載に際しては小型化、温度変化対応、低コスト化などの課題もあります。
LiDARの方式にはToF（Time of Flight）方式やFMCW (Frequency Modulated Continuous Wave）方式がありますが、FMCW方式は感度が高い等のメリットがある反面、構成が複雑なコヒーレント検波を用いるため、実現例はまだ少なくなっています。

ToFとは

ToFとはTime of Flightの略称で、LiDARで一般的に使われる距離計測の方式の１つで、上記「LiDARとは」で記述の通り、「光源から物体にレーザー光を照射し、その散乱や反射光を計測する」こと、つまり、光飛行時間を測定する方式で、光のパルスを用いています。
このToF方式のメリットとして、対象物との距離感（奥行き）の精度が高い点や、暗い環境でも動作できる点などがあり、車の自動運転に向けて期待されています。刻々と変わる対象の動きを3次元で捉えることが可能なため、この方式を用いてさらに光ビームのスキャン（MEMSや光素子を用いたスキャナーなど使用し）や、フォトダイオードアレイの使用、高速光パルスの発生、微小光量の検出などの開発が活発に行われています。

ToFの解析ソリューション

照明設計解析ソフトウェアLightToolsでは、観測環境の設定や光源や受光器をモデリングすることで、簡単にToFのシミュレーションをすることができます。
また、そのシミュレーションでは降雨や霧といった天候の影響をモデリングすることも可能です。
本事例では、そのような環境モデリングから結果取得までの一連のToF解析手法についてご紹介します。