LIDAR – リモート距離測定のためのレーザ規則

自動運転車両、軍事距離測定、大気検知、交通監視は、この用途の広い技術の用途のほんの一部です。

2021年12月6日、Coherent

LIDARは光の検出と測距の略で、距離、速度、およびその他の多くの量をリモートで測定するためのレーザベースの方法です。LIDARの基本原理は、実際には非常に理解しやすいものです。レーザ光のパルスが物体に向けられ、そのパルスが目標に到達して跳ね返るまでにかかる時間が測定されます。光の移動速度がわかっているので、その時間遅延により、物体がどれだけ離れているかが正確にわかります。

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当然のことながら、軍では1960年代初頭から、目標までの距離を測定するためにLIDARが使用されてきました。最初は、この手法以外に用途はあまりありませんでした。しかし、エンジニアや科学者たちは、何年もかかって、LIDARを使用すると実際にはもっと多くのことができることに気づきました。それらのいくつかを見てみましょう。

レーザマッピング – 地球の嵐から火星の山まで

LIDARは、レーダと同様の方法で、静止している物体と移動している物体の両方をマッピングするために使用されます。ここで、対象物や領域全体にレーザ光が照射されるまで、繰り返しレーザ光を掃引します。このようにして、物体の全体的な形状を決定します。

ただし、レーザ光の特性により、LIDARは通常レーダよりもはるかに優れた解像度と精度を備えています。言い換えれば、レーザは物体の形状のはるかに正確な画像を提供します。この手法により、目標の位置、高さ、幅、および深さが得られるため、LIDARによるスキャンは、3DスキャンLIDAR、または単に3D LIDARと呼ばれることがよくあります。

LIDARスキャン/マッピングの用途は非常に多様です。軌道を周回する衛星からの嵐や惑星の表面(火星など)のマッピングに使用されます。LIDARは、他の車両の位置や地形の特徴に関する正確な情報を提供できるため、自動運転車両や先進運転支援システムにおいても大きな可能性を秘めています。Coherentは、幅広いアクティブおよびパッシブ光ファイバーと、自社のテーパー半導体レーザ増幅器を使用して、自動車用LIDAR用途向けの「アイセーフ」レーザの開発をサポートしています。

ドップラーLIDAR - 先のことを知る

LIDARは、サイズ、形状、および位置に加えて、物体の速度も測定できます。これは、ドップラーLIDARを使用して実現されます。これは、動いている物体によって光が反射されると、戻りパルスの周波数(色)がわずかに変化するという事実に依拠しています。したがって、その周波数の変化を測定すると、その速度がわかります。交通警官が使用するレーダガンは、まったく同じ原理に依存しています。

ドップラーLIDARの一般的な用途の1つに、空港近くの風速の測定があります。また、最も好ましい突風の識別を行うために、高性能レーシングヨットでも使用されています。

ドップラーLIDARの目標が単一の固体ではなく、水蒸気の雲である場合、返される光には単一の周波数の変化がありません。これは実際には周波数の帯域であり、その周波数帯域の幅と形状は、分子が雲の中をどれだけ速く移動しているか、つまり温度を示します。

ラマンLIDARは大気科学者を求めています

レーザパルスがガス分子に当たると、さらに微妙な効果が発生します。非常に少数の分子(10億分の1)は、いわゆるラマン効果によって反射光の周波数を変化させます。

すべての分子には、それが生成する周波数変化について特定の「指紋」があります。つまり、ラマンLIDARを使用することで、水、メタン、二酸化炭素などの特定の化学物質を識別できます。これにより、ラマンLIDARシステムを大気中に向けて、「温室効果ガス」をリモートで検出できます。この方法では、これらのさまざまな化学物質の濃度を測定することもできます。

この技術は、Karlsruhe Institute of Technology(KIT、ガルミッシュパルテンキルヒェン、ドイツ)の科学者グループによって活用されています。彼らは、その用途向けに特別に改造した強力なCoherent LEAPエキシマレーザを使用して、特殊なラマンLIDARシステムを構築しました。このシステムは、ドイツの最高峰(2964m)であるツークシュピッツェ山の頂上近くの研究基地に設置されました。これを使用して、グループは20kmをはるかに超える高さで水蒸気を測定し、最高で80kmまでという信じられないほどの高さの温度測定を行いました。すべては、快適な研究基地を離れることなく行われました。

LIDARは強力で柔軟な技術であり、気象学、宇宙探査、自動車、研究、防衛など、さまざまな用途で使用されています。Coherentレーザ、ファイバー、光学部品などは、これらの多くに電力を供給するために必要なパフォーマンス、信頼性、および経済性の組み合わせを提供します。

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