CN119487418A 频率扫描特性测定装置、LiDAR装置以及频率扫描特性测定方法 （株式会社电装）

2024.11.21PCT/JP2023/0181822023.05.15WO2023/228805JA2023.11.30频率扫描特性测定装置、LiDAR装置以及频本发明的频率扫描特性测定装置(2)的非对称MZI(120)在将激光分路并产生规定的光路长度的差之后对分路后的光进行合波而生成合波光，受光器(121)接收合波光并转换为拍频信号并输出。第二信号处理部(123)通过对拍频信号执行规定的信号处理，来计算LD(100)输出的激二信号处理部(123)调整波形以使拍频信号的两2非对称马赫曾德尔干涉仪，在将上述激光分路并产生规定的光路长度受光器，接受从上述非对称马赫曾德尔干涉仪输出的上述希尔伯特变换部，对上述波形调整后的上述拍频信号进行希尔伯特变瞬时相位计算部，通过计算由上述希尔伯特变换计算出的上述正交频率计算部，根据上述瞬时相位和上述光路长度的差来计算上述激光的频率扫描特上述波形调整部通过在上述拍频信号的上述两端附近，分别提取相邻的两个零交叉述波形以使上述拍频信号的上述两端的上述振幅和上述波形调整部通过控制上述光路长度的差，来调整上述波形上述非对称马赫曾德尔干涉仪具有光路切换开关，上述光路切上述波形调整部通过控制上述光路切换开关中的上述光5.一种LiDAR装置，是具有放射激光的激光二极管和权利要求1至4中任一项所述的频具有驱动信号控制部，上述驱动信号控制部基于由上述频率计算6.一种频率扫描特性测定方法，在测定扫描了频率在将上述激光分路并产生规定的光路长度的差之后，对分路对上述波形调整后的上述拍频信号进行希尔伯特变换来3通过计算由上述希尔伯特变换计算出的上述正交分量与上述波形调整后的上述拍频根据上述瞬时相位和上述光路长度的差来计算上述激光4[0002]本申请主张基于在2022年5月23日申请的日本申请号2022－084179号的优先权，[0003]本公开涉及一种测定扫描了频率的光的频率扫描特性的频率扫描特性测定装置[0004]LiDAR(LightDetectionandRanging：光探测和测距)是使用激光来检测对象热特性和伴随着注入电流的载流子浓度的变首先，在电磁波通过非对称马赫曾德尔干涉仪(AsymmetricMach_Zehnder测定正交分量(Q分量)。接下来，通过计算正交分量与原始的拍频信号(I分量)的反正切的两端20％的信号不用于向VoltageUpdateAlgorithm的输入，而输入剩余的80％的信[0008]非专利文献1：X.Zhang,J.Pouls,andM.C.Wu,“Laserfrequencysweeplinearizationbyiterativelearningpre_distortionforFMCWLiDAR,”Optics5[0012]本公开的目的在于提供一种能够高精度地测定光的频率扫描特性的频率扫描特算由上述希尔伯特变换计算出的上述正交分量与上述波形调整后的上述拍频信号的反正以使上述拍频信号的上述两端的上述振幅和6述正交分量与上述波形调整后的上述拍频信号的反正切，来计算上述拍频信号的瞬时相[0021]图1是表示包含第一实施方式的频率扫描特性测定装置的FMCW－LiDAR装置的结[0022]图2是示出在拍频信号的两端波形不连续的情况下的频率扫描特性的解析结果和[0023]图3是表示在拍频信号的两端波形连续的情况下的频率扫描特性的解析结果和瞬[0025]图5是表示包含第二实施方式的频率扫描特性测定装置的FMCW－LiDAR装置的结[0027]图7是表示光路长度的差(延迟光纤长度)ΔL与瞬时频率的非线性分量νnl的最大[0032]图1是表示第一实施方式的FMCW－LiDAR装置的结构的图。第一实施方式的FMCW-7[0038]光耦合器102是与光耦合器101相同的光器件，是将来自光耦合器101的激光分路为发送光和参照光的光器件。发送光被输入到光发送天线104，参照光被输入到光耦合器[0040]光接收天线105是接受被对象物反射的发送光(接收光)的光器件。接收光被输入[0041]光耦合器103是对来自光耦合器102的参照光和来自光接收天线105的接收光进行[0043]AD转换器107是将来自受光器106的拍频信号从模拟信号转换为数字信号并输出理部108是至少包含一个或者多个处理器、一个或者多个存储器以及一个或者多个通信I/样的结构的情况下，第一信号处理部108例如能够通过处理器读出并执行被存储于相当于个或者多个集成电路(ASIC：ApplicationSpecificIntegratedCircuit(专用集成电理器、一个或者多个存储器以及一个或者多个通信I/F的信号处理装置和由一个或者多个[0045]DA转换器109是将来自第二信号处理部123的LD驱动信号从数字转换为模拟并输[0046]LD驱动电路110是基于来自DA转换器109的LD驱动信号来控制LD100放射的激光的8[0049]非对称MZI120是在将来自光耦合器101的激光分路为两个光并产生规定的光路长[0050]受光器121是接受来自非对称MZI120的合波光并转换为电信号，生成因产生了规[0052]AD转换器122是将来自受光器121的拍频信号从模拟信号转换为数字信号并输出的情况下，第二信号处理部123例如能够通过处理器读出并执行存储于相当于非过渡实体123也可以组合至少包含一个或者多个处理器、一个或者多个存储器以及一个或者多个通信I/F的信号处理装置和由一个或者多个集成电路构成的信号处理装置[0056]LD驱动电路110基于来自第二信号处理部123的LD驱动信号来驱动LD100，并将是通过第二信号处理部123的LD驱动信号控制部129校正由LD驱动基准信号生成部114生成9在本实施方式中通过相当于第一信号处理部108的信号处理装置所具有的处理器执行程序号处理部108求出频率线性地增加的区间中的拍频频率和频率线性地减少的区间的拍频频理部123的信号处理装置所具有的处理器执行程序而实现的各功能部的信号处理进行说波形调整部124在拍频信号的两端附近分别提取相邻的两个零交叉点(振幅为零的点)(步21－3)。然后，波形调整部124选择四个零交叉点中微分值的符号一致的两个点(步骤21-的瞬时相位φb(t)通过计算波形调整后的拍频信号的I分量和通过希尔伯特变换计算出的[0070]接下来，频率计算部127基于拍频信号的瞬时相位φb(t)来计算拍频信号的瞬时对φb(t-τ)进行泰勒展开来进行一阶近似，而成为ν(t)=φb(t)/(2πτ)。τ是非对称[0071]接下来，非线性分量计算部128计算计算出的瞬时频率ν(t)的非线性分量(步骤非线性分量，γ是已知的值。因此，非线性分量计算部128根据上述式子来计处理部108(LD驱动基准信号生成部114)输入的LD驱动基准信号生成LD驱动信号(步骤26)。具体而言，LD驱动信号控制部129对LD驱动基准信号附加与非线性分量νnl(t)对应的失真LiDAR装置通过使用测定出的频率扫描特性校正激光的扫描频率，能够提高激光的扫描频提高FMCW－LiDAR装置的灵敏度、分辨率(距离的分辨率)。另外，第一实施方式的FMCW-LiDAR装置由于不使用移频器等高价的设备就能够测定激光的频率扫描特性，因此能够实[0080]第二实施方式的FMCW－LiDAR装置变更了第一实施方式的FMCW－LiDAR装置中的[0081]非对称MZI220是可以控制光路长度的差ΔL的非对称MZI。图6是表示具有光路长[0083]光路切换开关204是选择光路长度相互不同的多个光路中的一个光路，并向选择切换开关204例如是组合多模干涉耦合器(MMICoupler：Multi_ModeInterference[0085]光耦合器203是对来自光耦合器201的激光和来自光耦合器202的激光进行合波输[0086]波形调整部224生成用于控制光路切换开关204中的光路的选择的开关控制信号如以下那样生成光路切换开关204的开关控制信号，通过该控制信号来控制光路切换开关整部124将选择第i个光路的意思的开关控制信号输出至光路切换开关204，光路切换开关204基于输入的开关控制信号来选择第i个[0098]图7是示出光路长度的差(延迟光纤长度)ΔL与瞬时频率的非线性分量νnl的最大线性分量νnl的最大值减小时的幅度约为8mm。若偏离非线性分量νnl的最大值减小时的幅[0099]若将光纤的有效折射率设为1.46，则光通过光纤的8mm的长度所需的时间约为[0101]此外，在上述各实施方式中，示出了将本公开的频率扫描特性测定装置应用于FMCW－LiDAR装置的构成例，但本公开的频率扫描特性测定装置只要是需要频率扫描特性[0102]本公开并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变