レーザー距離計
長距離レーザー距離計は、角度調整可能な三脚に取り付けられ、最大20kmまでの距離を測定できます。このシステムは、方位角と仰角の測定も提供します。

レーザー距離計は、レーザーテレメーターまたはレーザー距離計とも呼ばれ、レーザー光線を用いて物体までの距離を測定する距離計です。最も一般的なレーザー距離計は、飛行時間（TOF）原理に基づいて動作します。これは、物体に向けて細いビーム状のレーザーパルスを送信し、パルスがターゲットで反射して送信機に戻ってくるまでの時間を測定します。光速が速いため、この技術は高精度なサブミリメートル測定には適しておらず、代わりに三角測量などの技術が使用されることが多いです。レーザー距離計は、ハンドヘルド型のスキャナレスLIDARの一種に分類されることもあります。

脈

距離計が妨害される可能性を減らすため、パルスをコード化することもあります。ドップラー効果の技術を用いることで、物体が距離計に向かっているのか、それとも遠ざかっているのか、そして遠ざかっている場合はその速度を判断することができます。

精度

機器の精度は、レーザーパルスの立ち上がり時間[ 1 ]、発散角、出力、光学系の品質、搭載デジタル信号処理などに相関関係があります。環境要因によって測定範囲と精度が大幅に低下する可能性があります。

  • 湿気、雪、ほこり、その他の空気中の微粒子により信号が拡散します。
  • 気温が高く、気圧が高い（標高が低い）と、空気中の光の速度はわずかに低下します。
  • ターゲットが小さく反射率が低いほど、返される情報は少なくなります。

条件が良ければ、熟練したオペレーターは高精度レーザー距離計を使用して、約 3 キロメートルの距離にあるターゲットを 1 メートル以内の精度で測定できます。

範囲と範囲誤差

ビームは狭いにもかかわらず、レーザー ビームの発散、および空気中の水滴がレンズとして作用して微小なサイズから地上のレーザー ビーム経路の高さの約半分までの大きさになることによって引き起こされるシンチレーションとビームふらつき効果により、最終的には長距離にわたって広がります。

これらの大気の歪みは、レーザー自体の発散と、大気の熱泡を横方向に押しやる横風と相まって、木の下や茂みの後ろ、あるいは開けた遮るもののない砂漠地帯での 1 km を超える長距離にある物体までの距離を正確に読み取ることを困難にする可能性があります。

レーザー光の一部は、対象物よりも近い葉や枝に反射し、反射が早くなって測定値が低くなる場合があります。また、360mを超える距離では、対象物が地面に近い場合、加熱された表面付近の空気の温度勾配によってレーザー光が屈折し、蜃気楼のように消えてしまう可能性があります。これらの影響をすべて考慮する必要があります。

計算

レーザー距離測定に適用される飛行時間原理。

点Aと点Bの間の距離は次のように表される。

D＝ct2{\displaystyle D={\frac {ct}{2}}}

ここで、 cは光速、tは A と B の間の往復にかかる時間です。

t＝ϕω{\displaystyle t={\frac {\phi }{\omega }}}

ここで、φは光の進行によって生じる位相遅延であり、ωは光波の角周波数です。

次に、方程式に値を代入すると、

D＝12ct＝12cϕω＝c4πf（北π+Δϕ）＝λ4（北+Δ北）{\displaystyle D={\frac {1}{2}}ct={\frac {1}{2}}{\frac {c\phi }{\omega }}={\frac {c}{4\pi f}}(N\pi +\Delta \phi )={\frac {\lambda }{4}}(N+\Delta N)}

この式では、λは波長である。c/f⁠ ; Δφ は位相遅延のうちπ を満たさない部分（つまり、φ を法とするπ）です。Nは往復の波の半サイクルの整数倍であり、 Δ N は残りの小数部分です。

テクノロジー

スホーイSu-27に搭載されたレーザー測距儀付きOLS-27 IRST

飛行時間- 光パルスが目標物に到達して戻ってくるまでの時間を測定します。光速が分かっており、正確な飛行時間を測定することができれば、距離を計算できます。多数のパルスを連続的に発射し、その平均応答値を用いるのが最も一般的です。この技術には、ナノ秒未満の高精度なタイミング回路が必要です。

複数周波数の位相シフト- 反射時の複数周波数の位相シフトを測定し、いくつかの同時方程式を解いて最終的な測定値を算出します。

干渉法- 絶対距離ではなく距離の変化を測定するための最も正確かつ最も有用な技術。

大気吸収による光減衰- この方法は、大気中の化合物（H 2 O、CO 2、CH 4、O 2など）によるレーザー光の吸収によって生じる減衰を測定し、物体までの距離を計算する。大気吸収による光減衰法は、変調されていない非干渉性光源と、装置の複雑さを軽減する低周波電子機器を必要とする。これにより、測距に低コストの光源を使用することができる。しかし、この方法の応用は大気測定または惑星探査に限定されている。[ 2 ]

アプリケーション

軍隊

GVS-5レーザー測距儀を持つアメリカ軍将校

測距儀は、狙撃兵や砲兵の至近距離を超える目標までの正確な距離を提供します。また、軍事偵察や工兵活動にも使用されます。戦車では通常、直射射撃の精度を補正するために測距儀が使用されます。

携帯型軍用距離計は、2 kmから最大25 kmの範囲で動作し、双眼鏡または単眼鏡と組み合わせて使用​​されます。距離計にデジタル磁気コンパス（DMC）と傾斜計が搭載されている場合は、目標の磁気方位、傾斜、高さ（長さ）を測定できます。一部の距離計は、観測者に対する目標の速度も測定できます。一部の距離計は、測定データを射撃管制コンピュータなどの他の機器に転送できるように、ケーブルまたは無線インターフェイスを備えています。一部のモデルでは、アドオンの暗視モジュールを使用することもできます。現時点では、ほとんどの携帯型距離計は標準バッテリーまたは充電式バッテリーを使用していました。

オランダのISAF狙撃チームがAWSM .338 ラプア マグナムライフルと VECTOR IV Leica/Vectronix レーザー距離計双眼鏡を披露しています。

より高性能な測距儀は最大40kmまでの距離を測定でき、通常は三脚に取り付けるか、車両、船舶、ジェット機、ヘリコプター、あるいは砲台に直接設置されます。後者の場合、測距儀モジュールは搭載された熱探知機、暗視装置、昼間観測装置と統合されています。最先端の軍用測距儀は、コンピューターと統合することも可能です。

レーザー距離計やレーザー誘導兵器が軍事目標に対してあまり役に立たないようにするために、さまざまな軍隊が車両用にレーザー吸収塗料を開発した可能性があります。ただし、一部の物体はレーザー光をあまりよく反射しないため、それらの物体にレーザー距離計を使用するのは困難です。

最初の商用レーザー測距装置は、ヒューズ・エアクラフト社と共同開発されたバー・アンド・ストラウド社のLF1で、1965年に発売されました。その後、測距装置を戦車の照準器に統合したバー・アンド・ストラウド社のLF2が開発され、1969年にはチーフテン戦車に搭載されました。チーフテン戦車は、このシステムを搭載した最初の車両でした。どちらのシステムもルビーレーザーを使用していました。[ 3 ]

3Dモデリング

このLIDARスキャナーは、建物や岩石などをスキャンして3Dモデルを作成するために使用できます。LIDARはレーザービームを広範囲に照射できます。ヘッドは水平方向に回転し、ミラーは垂直方向に反転します。レーザービームは、経路上の最初の物体までの距離を測定するために使用されます。

レーザー距離計は、3D物体認識、3D物体モデリング、そして様々なコンピュータービジョン関連分野で広く利用されています。この技術は、いわゆる飛行時間型3Dスキャナーの中核を成しています。軍用機器とは異なり、レーザー距離計は片面スキャンまたは360度スキャンモードのいずれかで高精度なスキャン能力を提供します。

単一の物体の複数の角度から取得した距離データを統合し、誤差を最小限に抑えた完全な3Dモデルを作成するためのアルゴリズムが数多く開発されています。レーザー距離計が他のコンピュータービジョン手法に比べて優れている点の一つは、立体視手法のように奥行き情報を決定するために2枚の画像の特徴を相関させる必要がないことです。

コンピュータービジョンアプリケーションで使用されるレーザー距離計は、多くの場合、0.1mm以下の深度分解能を備えています。これは、 LIDARで使用される飛行時間測定技術とは異なり、三角測量または屈折測定技術を用いることで実現できます。

林業

森林調査に使用されるレーザー距離計 TruPulse ( Field-Map技術と組み合わせて)

林業では特殊なレーザー距離計が使用されています。これらの機器は、反射板と連動して動作します。レーザー光はこの反射板からのみ反射するため、正確な距離測定が保証されます。反射板付きレーザー距離計は、例えば森林調査などに使用されます。

スポーツ

レーザー距離計は、ゴルフ、狩猟、アーチェリーなど、正確な距離測定を必要とするさまざまなスポーツで効果的に使用できます。人気の高いメーカーには、Caddytalk、Opti-logic Corporation、Bushnell、Leupold、LaserTechnology、Trimble、Leica、Newcon Optik、Op. Electronics、Nikon、Swarovski Optik、Zeissなどがあります。Bushnell の多くの距離計には、ARC (角度範囲補正)、マルチ距離機能、スロープ、JOLT (ターゲットがロックされると振動する)、ピンシーキングなどの高度な機能が搭載されています。 ARC は、ライフルマンの定理を使用して手動で計算できますが、狩猟に出かけているときに距離計に計算させた方が通常ははるかに簡単です。時間が最も重要なゴルフでは、レーザー距離計は旗までの距離を見つけるのに役立ちます。ただし、すべての機能がゴルフトーナメントで 100% 合法であるわけではありません。[ 4 ]アメリカ東部のハンターの多くは距離計を必要としませんが、射撃距離が長く、広い空間が多い西部のハンターの多くは距離計を必要とします。

工業生産プロセス

重要な用途としては、鉄鋼業界における在庫管理システムや生産プロセスの自動化におけるレーザー距離計技術の使用が挙げられます。

レーザー測定ツール

レーザー距離計：Bosch GLM 50 C

レーザー距離計は、建設、改築、不動産などのさまざまな業界で巻尺の代替として使用されており、 1993年にフランスでライカジオシステムズによって初めて導入されました。部屋などの大きな対象物を巻尺で測定するには、別の人が反対側の壁に巻尺を持ち、部屋を横切る明確な直線で巻尺を伸ばす必要があります。レーザー測定ツールを使用すると、視線だけで作業を完了できます。巻尺は技術的に完全に正確ですが、レーザー測定ツールはさらに正確です。レーザー測定ツールには通常、部屋の面積や容積などの簡単な計算を行う機能が含まれています。これらのデバイスは、金物店やオンラインマーケットプレイスで見つけることができます。

価格

レーザー距離計の価格は、製品の品質と用途によって異なります。軍用グレードの距離計は、可能な限り高精度で、かつ長距離を測定できなければなりません。これらの機器は数十万ドルもかかる場合があります。一方、狩猟やゴルフなどの民間用途では、より手頃な価格で入手しやすい機器が販売されています。[ 5 ] [ 6 ]

安全性

レーザー距離計は4つのクラスと複数のサブクラスに分類されます。一般消費者が利用できるレーザー距離計は通常、レーザークラス1またはクラス2の機器であり、比較的目に安全であると考えられています。[ 7 ]安全等級に関わらず、直接の眼への接触は常に避けるべきです。軍事用途のレーザー距離計のほとんどは、レーザークラス2のエネルギーレベルを超えています。

参照

参考文献

  1. ^ボアマン、グレン. 「パルスレーザー距離計のシステム設計」（PDF） . charlotte.edu . セントラルフロリダ大学、電気光学・レーザー研究センター. 2023年3月11日閲覧。
  2. ^ Siozos, Panagiotis; Psyllakis, Giannis; Velegrakis, Michalis (2022年11月2日). 「1.52 μmの水蒸気吸収線に基づく連続波ライダーセンサー」 .リモートセンシングレターズ. 13 (11): 1164– 1172. doi : 10.1080/2150704X.2022.2127130 . ISSN 2150-704X . S2CID 252826003 .  
  3. ^ Finlayson, DM; Sinclair, B. (1999年1月). 『レーザーとその応用の進歩』Taylor & Francis. p. 257. ISBN 9780750306324. 2025年12月21日閲覧。
  4. ^ 「ゴルフ距離計はトーナメントで合法か？」 2021年12月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年12月20日閲覧。
  5. ^ 「レーザー距離計のコスト」 OpticsPlanet . 2017年4月11日閲覧。
  6. ^ 「LRF価格比較」。
  7. ^ 「レーザー規格と分類」www.rli.com . 2017年4月11日閲覧。

ウィキメディア・コモンズの レーザー距離計関連メディア

  • [1]狩猟用距離計とその種類についての簡単な説明。
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