レーザー距離計 Mileseey X5 40m, X6 60m

レーザー距離計を使って数ヶ月。測定の応答速度に不満があって（ちょっと時間がかかる）、なにか別の機種が無いかと探していた。というか、なぜ遅いのかを考えていた。

建築系で使われているレーザー距離計はレーザーに150MHzとかの変調を加えて、往復したレーザーの位相差を検出しているようだ。ヘテロダインで変調して低周波にすると位相差も拡大されるのでそれで距離を計算しやすくするというのが内情のようだ。TOF方式のようなものではないようだ。

150MHzだと波長が2mなので、2m進むごとに波長が1つ変化してしまうので、2.4mなのか4.4mなのか識別ができなくなるはず。なのでおおよその距離を把握するもの、精密な距離を測定するもので少なくとも２つの周波数で測定しているはずだ。実際そのように書いてあるものもある。

測定の実装としては、例えば
・低分解能で測定　→　50.xxx [m] まで確定
・中分解能で測定　→　50.2xx [m]まで確定
・高分解能で測定　→　50.253 [m]で最終決定
というような処理をしているのでは無いだろうか。

距離レンジが長いほど、複数の分解能の測定が必要になるので測定にかかる時間が長くなるのではないだろうかと思った。だったら測定レンジが違うものを用意して比較したら良いだろう。

今回比較した２機種は、どちらもMILESEEYというブランドのもので、X5(一つ前の世代）の40mレンジ、X6(最新モデル）の60mレンジ。

気がついてしまったか、モデルと距離が違うので、直接の比較ができない・・・・

X5の40mのタイプはクーポンがあって1600円弱で購入できた。そして30mレンジのものと値段が一緒だったので40mにした。X6 60mは確か3000円弱で購入できて、とその時に適当に思ったことがあったんですね。

両者の違い（左がX5、右がX6）
世代：X5、X6
レンジ：40m、60m
レーザー波長：650nm、635nm（ともに1mW未満）

 

実際に連続測定モードにすると違いがよく分かって、X5のほうが更新速度が早い。応答も少しだけ早い。うーむ。X6の40mタイプを買わないといけないぞ。

 

 

ヘテロダインの位相検出について検証してみた。LTSpiceをUbuntuのWine上で動かしているので画面がWindows環境と少し違って見える。

発信回路100MHzで99MHzと乗算して1MHzの差周波を取り出すようなもの。B1とB2はビヘイビア電圧で、信号と局部発信の積を出力している（回路的に再現すると面倒なので計算で処理させているということ）。
100MHzの信号には1nsの位相差を入れてある（下記）

99MHzの信号との差分になる出力は下のようなものになり、100nsの位相差を生じていることがわかる。
入力の位相差の100倍に相当する。

 

周波数の差分として100MHzから1MHzへの変換を行うと位相差が保存されるので時間軸で100倍（周波数を下げた分の倍率）になって出てくることがわかる。なのでもともとは非常に小さな位相差であっても、ヘテロダイン回路を通すことで大きな差として検出が容易になるものと思う。

上記では100MHzと99MHzだが、100MHzと99.99MHzなら10kHzまで周波数が下がるので、時間差は10,000倍になり、10usまで広がる。10kHzレベルだとマイコンでも直接サンプリングと位相差把握はある程度現実的になってくるかと思う。

さて、1mmを光が進む時間は、ざっと3.3psなのでヘテロダイン回路を通して10,000倍に伸張しても33ns。。。オシロスコープなら見えるけどこれをあのコンパクトなボディーの中に入れるんだからすごいな。

ただ、今はソフトウェアラジオなどというものもあるくらいなので、相当高速なAD変換回路などは比較的ありふれているから実現できるのかもしれない。