CEALeti､集積フェーズドアレイベースLiDAR利用普及

March, 17, 2021, Grenoble--広範な商用アプリケーションに向けたLiDARシステム開発に重要な一歩を踏み出すためにCEALetiは､高チャネルカウント光フェーズドアレイ(OPAs)の検査､ウエファスケールOPA特性評価のために遺伝的アルゴリズムを開発した｡

OPAsは､近接(約1µm)アンテナアレイでできた新興技術であり､広い角度範囲でコヒレント光を放出する｡生成された干渉パタンは､各アンテナから放射される光相対位相を調整することで変更可能｡例えば､アンテナ間の位相勾配を変えることで指向性ビームが形成される｡線形勾配のスロープを変えることで､ビームの指向性が制御でき､これによって固体ビームステアリングが有効になる｡

これは､現在のLiDARsで使われている重い､電力を食う､高価な機械式ビームステアリングシステムと比較して､スキャニンクグスピード､電力効率､分解能の点で性能を改善できる｡OPAベースLiDARシステムの追加の特徴は､それらが可動部品をもたないことである｡固体ビームステアリングは､アンテナの位相チューニングによってのみ達成される｡これは､これらのシステムのサイズとコストを大幅に下げる｡

CEA-Letiは､Photonics West 2021 Digital Forumでキャリブレーションと特性評価結果を報告した｡

論文の筆頭著者､Sylvain Guerberは｢ハイパフォーマンスOPAの開発は､自律走行車､ホログラフィックディスプレイ､バイオメディカルイメージング､多くの他のアプリケーションに向けた安価なLiDARシステムに道を開く｣とコメントしている｡とは言え､LiDARの普及は､システムコストの低下､小型化にかかっている｡

商用LiDARシステムは､特に自動車アプリケーションの場合､厳しい要件を満たしていなければならない｡シーンを正確に解像するには､ハイパワーと低発散ビームが必要とされる｡例えば､100m先の10㎝の物体を解像するには､OPAは､少なくとも1µm間隔の1000のアンテナで構成された回路で1µm波長動作が必要になる｡したがって､商用OPAベースLiDARシステムには､高チャネルカウントOPAsの開発が必要である｡

Guerberによると､固体ビームステアリング､集積チップスケールOPAは､成熟したシリコンフォトニクスプラットフォームの利点を活用することで製造可能である｡しかし､これはフル機能OPAへの第一歩に過ぎない｡ビームスキャニングは予備校正を必要としているからである｡光アンテナに必要となる数が多いので､このキャリブレーションプロセスは､膨大な時間がかかり､技術の大量導入に適合しない｡したがってCEALetiチームは､初のウエファスケールOPA特性評価セットアップとなるものを開発した｡これはOPAベースLiDARsの産業化に向けた重要な一歩である｡加えて､ダーウイン進化論に基づいた遺伝的アルゴリズムが開発された｡迅速かつ高信頼に高チャネルカウントOPAsを校正するためである｡これらにより､以前利用されていたアルゴリズムよりも1000×高速になる｡

｢まだ多くの課題がある､特にシステムレベルでの課題だ｡LiDARは､多くの要素で構成されている｡レーザ､電子ドライバ､OPAステアリングシステム､ディテクタやデータ処理機能である｡それらの全てが協働しなければならない､OPAは､そのシステムの一部に過ぎない｣と同氏は説明している｡

(詳細は､https://www.leti-cea.com)