位相レーザー距離計の原理と応用

位相レーザー距離計の原理と応用

位相レーザー距離計は、レーザー光を用いて振幅変調を行い、変調光が計測ラインを1往復する際に生じる位相遅延を測定し、この位相遅延が表す距離を変調光の波長に基づいて換算する間接方式、すなわち光が計測ラインを往復するのに要する時間を測定する方式である。

位相レーザー距離計は、一般的に精密距離測定に使用されます。高精度（通常ミリメートルレベル）のため、信号を効果的に反射し、測定対象を機器の精度に見合った特定のポイントに限定するために、この距離計には、協調ターゲットミラーと呼ばれる反射鏡が装備されています。

変調光の角周波数をω、測定対象距離Dの1往復で発生する位相遅延をφとすると、対応する時間tは次のように表すことができます。

t=φ/ω

この関係を式(3-6)に代入すると、距離Dは次のように表される。

D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)

=c/4f (N+ΔN)=U(N+)

式では：

φ--測定ラインを往復する信号によって生じる合計位相遅延。

ω--変調信号の角周波数、ω=2πf。

U--単位長さ、値は1/4変調波長に等しい

N--測定ラインに含まれる変調された半波長の数。

Δφ--測定ラインを往復する信号によって生じる位相遅延はπ未満です。

ΔN--測定ラインに含まれる変調波のうち、波長の半分未満の部分。

ΔN=φ/ω

与えられた変調と標準大気条件下では、周波数c/(4πf)は定数です。このとき、距離の測定は、測定線に含まれる半波長の数の測定と半波長未満の分数部分の測定、つまりNまたはφの測定になります。現代の精密加工技術と無線位相測定技術の発達により、φの測定は高精度に達しています。

π 未満の位相角 φ を測定するには、さまざまな方法を使用できます。最も一般的に使用されるのは、遅延位相測定とデジタル位相測定です。短距離レーザー距離計はすべて、デジタル位相測定の原理を使用して φ を取得します。

前述のように、一般に位相レーザー距離計は、変調信号によるレーザービームの連続放射を使用します。高精度な測距を得るためには、協力ターゲットを構成する必要があります。発売されたハンドヘルドレーザー距離計は、パルスレーザー距離計です。機器のもう1つの新しい距離計です。サイズが小さく軽量であるだけでなく、デジタル位相測定パルスの拡大と細分化技術も採用しています。協力ターゲットなしでミリメートルレベルの精度を実現できます。測定範囲は100mを超え、距離を迅速かつ正確に直接表示できます。これは、短距離精密工学測定および建築面積測定用の最新の長さ測定標準機器です。現在最も広く使用されているのは、ライカが製造するDISTOシリーズのハンドヘルドレーザー距離計です。