メカレスLiDARの効率的な設計事例

LiDAR開発における課題とメカレス化

現在、LiDARは実用化や普及のために小型化と低価格化が大きく求められています。
LiDARは、投光部からレーザー光を発し、照射された物体からの反射光を受光部で測定し、測定した光の情報をもとに物体との距離や形状を検出します。また、LiDARでは、空間を認識するために、3次元空間での距離データ点群が必要となります。これを実現するために、現在はモーター等の機械により光学系を回転させて走査する、メカ型LiDARが主流となっております。
しかし、LiDARのメカ部分は、サイズ・価格ともに大きなネックとなっており、LiDARの更なる小型化と低価格化には、メカ部を光学技術等で置き換えたメカレス走査が不可欠であると考えられています。

Optical Phased Array(OPA)方式のLiDAR設計

メカレス走査の有望な手法としてOPA方式があります。
OPAは、出射領域毎に光の位相を変調させることで、レーザー光の出射角度を自在に制御する、ビームステアリング手法です。 OPAは、電気/熱光学位相変調器と光導波路・グレーティングカプラ構造を組み合わせて実現できます。
RSoft製品群では、Multi-Physics Utility機能により、電気・熱等による屈折率変調効果(EO/TO効果)をシミュレーションに組み込むことが可能です。 また、BeamPROPというBPM(ビーム伝搬)法に基づくシミュレーターでは、導波路を伝搬する光を高速にシミュレートすることができ、非常に効率的な設計・解析が可能となります。
本資料では、熱光学位相変調器をMulti-Physics Utility、光導波路をBeamPROP,グレーティングカプラをFullWAVEにて解析した、効率的なOPA方式LiDARの設計事例について紹介しています。

概要画像



(1)  OPA方式LiDARモデルの概要
右図モデルの下端部から入射された光は、スプリッタにより複数の導波路に分岐される。それぞれの導波路を伝搬する光は熱光学変調器により位相差を持つ。エミッタ部では、グレーティング-ファイバカプラにより、位相差に応じた方向に光が適切な形状で出力される。



(2) OPA方式LiDARの出力光のシミュレーション結果
シミュレーション結果から、OPA方式LiDARが様々な方向に集光した光を出力することが確認できます。

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