レーザーでは、「波長」だけでなく「発光間隔」と「発光時間」を適切に選ぶ必要がある。データ収集速度は、システムのデータ走査速度にも影響される。スキャナは二次元的に行われるが、その方法は様々である。物理的にスキャンする方法としては、二枚の平面鏡を振動させるもの、多角形の鏡を用いるもの、スキャナが二軸をもつものなどがある。最近は、耐久性の観点から光学的にビームを振らせる方法、例えばフェーズドアレイ方式なども採用されつつある。光学系の性能は、角度方向の分解と、検出できる距離の限界に影響する。反射光の分離には、穴の開いた鏡を用いる方法とビームスプリッターを用いる方法がある。受光器にはさまざまな物質が用いられる。ケイ素とインジウム・ガリウム・砒素を用いたピンフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードが一般的だが、波長によっては光電子増幅管も使われる。受光器の感度は、LiDARの他の部分の設計とうまくバランスを取らなければいけない。ライダーを可動型のプラットフォーム(航空機や人工衛星)に搭載する場合は、センサーの絶対的な位置と方向を決定する装置が必要である。GPSと慣性誘導装置(ジャイロ等)で相対的な位置を把握する。LiDARは、360°全方位を探知する機械的回転方式が主流であった。そのため駆動部にモーターが必要で、小型化・軽量化が難しく、耐久性に問題があり、コストも高くなる等、デメリットが多かった。State)」化が進んでいる。回転機構ないのでレーザー照射角は限定されるが、小型なため設置場所が自由になり、複数のセンサーで360°をカバーでき、車載用として主流になりつつある。Systems)がある。MEMS方式のLiDARは、一般的に電磁式のMEMSミラーを用いてレーザー光を走査する。この方式の利点は、モーターを使用せずに広範囲をスキャンできる点。その他、光学的に光の方向を変化させるフェーズドアレイ方式、ある範囲を一度にスキャンするフラッシュLiDARなどの方式の開発が進められている。表1にスキャン方式を採用している主な企業を示した。LiDAR用超小型素子LiDARは、ロボットや自律運転車が周囲を認識するのに必要な装置だが、従来のレーザーやセンサーは握りこぶしほどの大きさになる。Photonicsが開発した新しいLiDARシステムは超小型で指先にのるほどの大きさである。LiDARは、車が中距離の物体を検知する方法として使われる。長距離になるとミリ波などによるレーダーが、至近距離になれば超音波センサーがより有利であるが、1メートルから数十メートルの範囲ではLiDARが有利になる。Voyantが開発した超小型のLiDARユニットが実用になれば、これを車の四隅などに配すれば内外の詳しい位置データが分かるし、消費電力もわずかで、車のデザインを損なうこともない。従来のチップベースのフォトニクスで、光素子の表面からレーザーのようなビームを照射しようとすると、混み入った場所で光が自分自身と干渉してしまい、照射角度もパワーも小さくなると云う問題があった。Voyantの「光学フェーズドアレイ」では、チップ内を通過する光の位相を調整することで問題を回避している。その結果、可動部品を使わず、周囲に強力な可視光外の波長の光線を広い角度で高速に照射できるようになった。その光線は、指の先に載るほどの小さなチップから送信される。林冠の高度と地表面の高度データから垂直方向の分布を割り出し、森林の容量密度などを計算。洪水に関して必要とする地形、市街地の建築物などの詳細データをLiDARで取得し、正確な洪水モデルに関しての詳細を提供する。DIALの手法で空中の汚染物質の微粒子を検知することにより、汚染状況の調査を行うことが可能。これにより汚染対策が可能。LiDARの高精細の測定により、高精度地図の作成が可能。デジタル地表モデルを作成することにより、市街地の再開発計画を作成。緊急時対策のための海岸侵食の調査。油田、ガス田の上部の大気をLiDAR(DIAL)で調査することで探査が可能。発掘のスピードアップのために、森林の林冠を透過した地図を作成。LiDARを使って建築物の詳細デジタル画像を記録し、建築物の修復時に先ずこのデータを参考にする。多くの自動車関連企業が試験中。大気の成分、構造、雲、エアロゾルの研究にLiDARを使用。航空機搭載のLiDARとGPSにより断層の検出や隆起の測定が可能。]は、この目的のLiDARを搭載する観測衛星。図5はセントヘレナ山の観測例。セントヘレナ山の噴火(2004年)の例。Helens)は米国ワシントン州、シアトルの南約150kmにある大型の活火山、1980年5月に大噴火を起こした。月に設置された反射鏡を使用して地球と月の距離の観測を行っている。Altimeter]には火星地図作成のためLiDARが搭載されている。地表高度を含む地図作成は4年半かけて終了した。]で火星で雪を観測している。スピード違反の検出には、無線のドップラー効果を使ったレーダー装置が使われているが、LiDARを適用した方が、はるかに小型化が可能である。レーザー型スピード検知機LiDARの歴史LiDARの開発に関する主なイベントは以下の通りである。Aircraft社は、レーザーの発明の直ぐ後に類似のシステムを開発した。Ranging)と呼ばれた。地図作成用のレーザー測距装置も1960年代に開発が始まっている。精度、信頼度が不足していたため、上空からの精度の高い測位の要求が多くなった。1970年代になるとNASAが地球環境の変化を知るためにLiDAR搭載の衛星を使い始めた。組成の移り変わり、などを長期間にわたり繰り返し調べることができるようになった。アポロ11号で、LIDARで地球と月の距離の測定が行われた。地球上のレーザーで、アポロ11号により月面に設置された再帰反射器(コーナーキューブ)を狙い、反射した光が戻ってくるまでの時間を測り、正確な地球/月の距離を得た。Module)が月を50周回したところで回収した。呼ぶ小型衛星を月周回軌道に投入した。]には、月の質量、重力の変化、近くを浮遊するチリの組成、月と地球の磁界の相互作用、などを測定するための機器が搭載されている。1990年代になって、レーザスキャナの製造会社が2000~25,000パルス/秒を出すLiDARセンサーの供給を開始。現在の仕様と比べると未熟ではあったが、LiDARが将来性のある技術ということを証明した。地理空間のユーザは、上空からLiDARで取得したデータを地表面のマップ作成および特徴抽出に適用することに興味を持った。LiDARの技術が自動車の世界に初めて導入されたのは2005年。Hall氏が、ロボットカーレース「DARPAグランド・チャレンジ」に参加する際、周辺環境をもっとよく把握するため、北米トヨタのピックアップトラック「タンドラ」を改良しようと考えたことから始まった。彼は押しつぶしたミラーボールのような容器にレーザー送受信センサーを64個搭載し、ルーフパネルに取り付けた。初歩的なレーザースキャナーを使っていた他のチームは、この技術を知って騒ぎ立てた。「Velodyne」社はハイエンドスピーカーの生産をやめ、LiDARの生産を開始。レースが開催された2007年の出場者は大多数がVelodyneのLiDARをルーフパネルにつけるようになった。よれば、1960-1980年代に、地図作成用途としてレーザーが使われた装置の例は次の通りである。1960年代から製造されていた。矢野経済研究所の調査によると、自動運転用センサーの市場は伸び続け、LiDARやレーザーの市場規模は2017年の約25億円から約4959億円まで約200倍に急拡大するという(図10参照)。LiDARでは、ここ数年は自動車向けがほぼ100%に近いシェアを持つ。LiDARの市場規模は2025年には約3,300億円、2030年には約5,000億円に成長する見通し。LiDAR、カメラ、ミリ波レーダーなど、それぞれ特徴があり、組み合わせて搭載するというのが現在主流の考え方だが、第4のセンサー登場の可能性も否定できない。参考にした記事は次の通り。