1. ToF（Time of Flight）とは？「光の飛行時間」で距離を測る

ToF（Time of Flight：タイム・オブ・フライト）とは、直訳すると「飛行時間」です。ToFセンサーには大きく分けてdToF（direct ToF: 直接時間計測方式）とiToF（indirect ToF: 間接時間計測方式）の2方式があり、iPhoneのLiDARにはdToF方式が採用されています。海外ではVCSEL（垂直共振器面発光レーザー）の技術革新がdToFの小型化・低コスト化を加速させています。 センサーから発射された光が対象物にぶつかって反射し、再びセンサーに戻ってくるまでの「時間（飛行時間）」を計測することで、対象物までの距離を正確に割り出す技術のことを指します。

光の速度は秒速約30万キロメートルと一定であるため、「かかった時間×光の速度÷2（往復のため）」という非常にシンプルな計算式で、ミリメートル単位の高精度な距離測定が可能になります。このToF方式を用いたセンサー（ToFセンサー）は、現代の3D測定技術の根幹を支える最も重要なテクノロジーの一つです。

2. ToFセンサーが活躍する身近な用途

ToFセンサーは、その小型化と低コスト化により、産業用だけでなく私たちの身近な生活の中にも急速に浸透しています。

  • スマートフォンのカメラ補助 最新のスマートフォンの背面カメラには、小型のToFセンサーが搭載されているものがあります。これを利用して被写体と背景の距離を瞬時に正確に把握し、一眼レフカメラで撮ったような「背景を綺麗にぼかした写真（ポートレートモード）」を高い精度で作り出しています。
  • AR（拡張現実）やジェスチャー認識 部屋の中の家具や床の距離をリアルタイムで三次元的（3D）に把握できるため、カメラ越しに現実の床の上にピッタリと仮想のキャラクターを立たせたり、空間の寸法を測るアプリ（iOSの「計測」など）に利用されています。
  • 自動ドアやロボット掃除機 障害物までの距離を正確に検知してぶつかる前に止まったり、ロボット掃除機が部屋の間取りをマッピングする際にもToF技術が使われています。

3. 「ToF」と「LiDAR」はどう違うの？

3D技術を調べていると、「ToFセンサー」と「LiDAR（ライダー）」という言葉がよく並んで登場しますが、この２つに明確な対立関係はありません。

ToFは「距離を測る原理・仕組み（アルゴリズム）」の名前であり、LiDARは「レーザーを使った測距技術・センサーそのもの」の名前です。 つまり、自動運転車などに搭載されている高性能なLiDARや、建設現場で使う地上型3Dレーザースキャナーの多くは、「ToFという仕組み」を使って距離を測っている「LiDAR（高性能センサー）」である、と言うことができます。両者は兄弟あるいは親子関係にある言葉です。

4. プロ現場で使われる「ToF方式・3Dレーザースキャナー」の凄さ

スマートフォンのToFセンサーは数メートル程度の距離しか正確に測れませんが、土木測量や建築・プラント改修の現場で使われる何百万円もする「プロ用の3Dレーザースキャナー」になると、次元の違う性能を発揮します。

プロ用のスキャナーは、ToF方式のもと、1秒間に数十万から数百万回という猛烈なスピードでレーザー（パルス）を発射・受信しながら、機器自体をぐるぐると高速回転させます。 これにより、たった数分置くだけで、周囲数十メートル〜数百メートルの建物、配管、地形のすべてを、誤差数ミリ単位の「無数の点の集まり（3D点群データ）」としてコンピュータ上に完全再現することができるのです。

5. 最先端のToFスキャナーによる正確な図面化は、愛管にお任せください

このToF方式を採用したハイエンド3Dレーザースキャナーは、工場やプラントの改修工事において「絶対的な現況計測ツール」として定着しています。しかし、その高額な機材投資と、取得した大容量の点群データを「図面」へと処理する高度なPC環境・モデリング技術の壁があるため、自社で運用できる企業はごく一握りです。

「古い工場設備を更新したいが、正確な図面がない」「配管の干渉トラブルを防ぎたい」。 そんな現場のお悩みは、設備CAD化のプロフェッショナルである愛管株式会社のワンストップ・3Dスキャンサービスへ丸ごとお任せください。

当社は、測量業界で最高峰の精度と信頼を誇るToF方式の地上型レーザースキャナー「Trimble X7」を自社稼働させており、ミリ単位で現場の全体空間を捉えます。さらに、X7のレーザーが届かないような、入り組んだ機械や配管の裏側の「光の死角」に対しては、機動力のあるハンディ型スキャナー「3DMakerpro Eagle Max」を併用するハイブリッド計測体制を構築しています。 例えば200平米ほどの見通しの悪い工場・設備であれば、スタッフが30回以上の機材移動（盛り替え）を行い、半日以上をかけて空間に這いつくばる泥臭い計測を行い、完璧な点群データを取得し尽くします。

そして、当社の最大の強みはお客様へ「処理が重い点群データのまま丸投げしない」ことです。 自社オフィスにて専用ソフト「InfiPoints」で点群をクリーンアップし、業界標準設備CAD「Rebro」などを用いて、お客様の次期改修計画にそのまま使える「3DCAD図面にモデリング（図面化）」した状態で納品いたします。

面倒な現場計測から高度な図面化までを、誰にも下請けに出さずに完全内製化で行うため、「面積・階数」ベースの極めて明朗な料金体系で全国へ出張いたします。 （静岡県内限定で、その正確な図面を利用した実際の配管・設備改修工事自体も自社の職人で施工可能という、他にない強みを持っています！）

最新のToF技術を用いたスマートな図面レスからの脱却は、愛管にご相談ください。

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参考文献

  • “dToF vs iToF: Comparison of Time-of-Flight Technologies” — ToFセンサーの方式比較として参照