การวัดระยะแบบไม่สัมผัสด้วยแสงเลเซอร์

https://www.telegraph.co.uk/news/politics/12199113/Crackdown-on-high-strength-laser-pens.html

ในปัจจุบันเลเซอร์ ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation; LASER) เป็นอุปกรณ์หนึ่งที่มีการประยุกต์ใช้ในหลากหลายเทคโนโลยี โดยเป็นอุปกรณ์ที่ให้กำเนิดลำแสงที่มีลักษณะเฉพาะ และมีความเป็นระเบียบ (Coherence)  นั่นคือ จะมีทิศทางเดียว (Directionality) เป็นแสงสีเดียว (Monochromaticity) และมีความสว่างสูง (Brightness) ด้วยสมบัติเหล่านี้ ทำให้แสงเลเซอร์มีประโยชน์อย่างมาก เช่น สามารถส่งลำแสงไปได้ระยะทางไกลหรือสามารถใช้คลื่นแสงที่มีความเหมาะสมกับงานที่ประยุกต์ใช้ เป็นต้น
    
         การใช้งานในด้านการวัดระยะทางด้วยแสงเลเซอร์สามารถแบ่งเป็นสองแนวทางหลักๆ คือ แบบสามเหลี่ยม (triangulation) และแบบเวลาของการเดินทาง (time of flight)  สำหรับการใช้เทคนิคใดในการวัดระยะทางจะพิจารณาจากการนำไปประยุกต์ใช้งาน เพราะทั้งสองวิธีมีข้อดีและด้อยแตกต่างกัน โดยวิธีสามเหลี่ยมจะให้ความแม่นยำสูง (ระดับไมโครเมตร) แต่ต้องเป็นการวัดในระยะใกล้ (ระดับเมตร) แต่จะให้ความแม่นยำน้อยลงเมื่อใช้วัดวัตถุที่อยู่ระยะไกล ๆ ในทางตรงกันข้ามวิธีวัดแบบเวลาของการเดินทางแสงจะให้ความแม่นยำสูง (ระดับมิลิเมตร) ในการวัดระยะไกลแต่จะมีความแม่นยำน้อยลงเมื่อวัดในระยะใกล้

Credit : https://www.researchgate.net/figure/Scheme-of-the-laser-triangulation-principle_fig1_220977681

 โดยหลักการของวิธีแบบสามเหลี่ยม จะออกแบบให้แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ถูกติดตั้งในมุมเอียงหรือตั้งตรงโดยมีตัวรับรู้แสงแบบอาเรย์จะถูกติดตั้งให้สามารถรับแสงสะท้อนจากแหล่งกำเนิด เมื่อทราบตำแหน่งของอาเรย์ที่รับแสงสะท้อนของเลเซอร์เข้ามาจะสามารถนำมาคำนวณระยะห่างระหว่างเครื่องมือวัดกับวัตถุได้โดยใช้หลักการทางคณิตศาสตร์ของสามเหลี่ยม 

 
หลักการเวลาของการเดินทางแสง จะใช้นาฬิกาอิเล็กทรอนิกส์ในการจับเวลาตั้งแต่เริ่มปล่อยแสงเลเซอร์จากแหล่งกำเนิดจนกระทั้งแสงเลเซอร์กลับมายังตัวรับรู้ ซึ่งเวลาที่ได้นี้จะเป็นเวลาในการเดินทางของแสงตั้งแต่อุปกรณ์วัดระยะทางไปยังเป้าหมายจนกลับมาถึงอุปกรณ์อีกครั้ง นั่นคือ จะเป็นระยะทางสองเท่าของระยะการวัดนั่นเอง ซึงสามารถคำนวณระยะทางได้เท่ากับ ครึ่งหนึ่งของอัตราเร็วแสงคูณด้วยเวลาในการเคลื่อนที่ที่ได้มาจากการวัด