JP6990782B2 - シミュレータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の走査位置にレーザ光を照射するライダーに対して、レーザ光に対応する疑似光を生成して射出するシミュレータ装置に関する。

実開平２－１４０８２号公報には、レーザ光を用いる距離測定装置の検査装置が開示される。この検査装置は、実際の検査環境を模擬的に再現する。具体的には、検査装置は、距離測定装置の送光レンズから出射されるレーザ光を集光し、所望の遅延時間に対応する長さの光ファイバで装置内を案内した後に、距離測定装置にレーザ光を戻すことにより、所定距離離れた仮想ターゲットを検出させる。

近年の車両に搭載される走査型のＬｉＤＡＲ（以下、「ライダー」という。）は、レーザ光で外部環境を走査する。仮に、実開平２－１４０８２号公報のような検査装置でライダーの模擬的な検査を行う場合、ライダーの走査位置毎に光伝送路（光ファイバ等）が必要となる。ライダーの走査位置は２千以上ある。検査装置に２千以上の光伝送路を設けるとなると、検査装置が複雑になり、また、検査装置の製造コストおよび維持コストが増大する。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡素化、コスト抑制が可能なシミュレータ装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、
複数の走査位置にレーザ光を照射するライダーに対して、前記レーザ光に対応する疑似光を生成して射出するシミュレータ装置であって、
複数の前記走査位置に照射される前記レーザ光を集光する集光ユニットと、
前記集光ユニットが集光した前記レーザ光に対応して、所定位置で発生する散乱光を模した前記疑似光を生成し、前記疑似光を、前記集光ユニットを介して前記ライダーに射出するようにするシミュレータと、
を備える。

本発明によれば、シミュレータ装置の簡素化、コスト抑制を実現することができる。

図１は本実施形態に係るシミュレータ装置の装置構成図である。 図２は集光ユニットの構成図である。 図３はライダー側からみた光入出力部の模式図である。 図４はシミュレータが行う処理のフローチャートである。

以下、本発明に係るシミュレータ装置について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［１．シミュレータ装置１０の構成］
図１を用いて本実施形態に係るシミュレータ装置１０の構成について説明する。シミュレータ装置１０は、例えば、走査型のライダー９２の動作検査に使用される。以下の説明では、車両９０に設けられるライダー９２を検査対象とすることを想定するが、車両９０以外に設けられるライダー９２を検査対象とすることも可能である。シミュレータ装置１０は、光入出力部１２と、シミュレータ１４と、光透過面１６と、光吸収面１８と、を有する。光透過面１６および光吸収面１８は、光入出力部１２のライダー９２側に位置し、ライダー９２によるレーザ光Ｌの走査範囲が納まるように配置される。光吸収面１８には、光吸収材１８ａが配置される。

光入出力部１２は、複数の集光ユニット２０を有する。図２に示されるように、個々の集光ユニット２０は、第１平凸レンズ２２と、第２平凸レンズ２４と、両凹レンズ２６と、を有する。第１平凸レンズ２２と第２平凸レンズ２４と両凹レンズ２６は、その順でライダー９２側（光透過面１６側）からシミュレータ１４側に向かう方向（図２のＡ方向）に沿って並べられ、かつ、それぞれの中心軸が同一直線上に位置するように配置される。第１平凸レンズ２２は、凸面２２ｃがライダー９２に向けられ、平面２２ｐが第２平凸レンズ２４に向けられる。第２平凸レンズ２４は、平面２４ｐが第１平凸レンズ２２に向けられ、凸面２４ｃが両凹レンズ２６に向けられる。両凹レンズ２６は、一方の凹面２６ａが第２平凸レンズ２４に向けられる。第１平凸レンズ２２の凸面２２ｃと第２平凸レンズ２４の凸面２４ｃは、ライダー９２から射出されるレーザ光Ｌを両凹レンズ２６に集光するように、また、両凹レンズ２６から射出される疑似光Ｆをライダー９２に集光するように湾曲する。なお、第１平凸レンズ２２と第２平凸レンズ２４の代わりに両凸レンズを設けてもよい。

図３に示されるように、集光ユニット２０は、第１平凸レンズ２２の凸面２２ｃをライダー９２に向けた状態で、光透過面１６に沿って並べられる。各集光ユニット２０には、水平方向Ｈに沿って並ぶ所定数ｎの走査位置が納められる。集光ユニット２０の配置および数は、ライダー９２に検出させる仮想ターゲットの形状に応じて設定される。図３では一例として、水平方向Ｈに沿ってＸ個の集光ユニット２０が並べられ、垂直方向Ｖに沿ってＹ個の集光ユニット２０が並べられる光入出力部１２が示される。

図１に示されるように、シミュレータ１４は、光検出部３０と、コントローラ４０と、記憶部５０と、光源６０と、反射ミラー７０と、を有する。光検出部３０は、集光ユニット２０から射出されるレーザ光Ｌを受光する受光素子３２と、受光素子３２が接続される受光回路３４と、を有する。受光素子３２は、集光ユニット２０毎に設けられる。コントローラ４０は、ＣＰＵ等のプロセッサにより構成され、記憶部５０に記憶されるプログラムを実行することにより、光源６０の動作およびミラー駆動部７２の動作を制御する。記憶部５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等で構成され、コントローラ４０で使用されるプログラムと、プログラム実行時に使用される各種数値および仮想外部環境情報５２を記憶する。仮想外部環境情報５２は、例えば、ライダー９２から仮想ターゲットの各部位までの仮想距離ｄｖを示す情報である。仮想外部環境情報５２として複数の仮想ターゲットの情報が記憶されていてもよい。光源６０は、レーザ光Ｌの散乱光を模したパルス状の疑似光Ｆを生成するレーザ装置、ＬＥＤ等であり、コントローラ４０から出力される動作信号に応じて動作する。反射ミラー７０は、光源６０で生成される疑似光Ｆを集光ユニット２０の両凹レンズ２６に反射する光学部材である。反射ミラー７０は、ミラー駆動部７２により支持される。ミラー駆動部７２は、図示しない電動モータ、駆動機構、モータ駆動回路を有しており、コントローラ４０から出力される動作信号に応じて、水平面と直交する回転軸および垂直面と直交する回転軸を中心にして反射ミラー７０を回転させる。

［２．シミュレータ装置１０の動作］
図４を用いてシミュレータ装置１０の動作を説明する。シミュレータ１４のコントローラ４０は、外部の指示装置（不図示）から検査開始の指示信号が入力されたときに動作を開始する。外部の指示装置は、例えば、作業員が各種の指示および情報を入力する入力装置であってもよいし、ライダー９２の検査と共に、車両９０の他の外界センサ（カメラ、レーダ等）の検査を統括して管理するメインコントローラであってもよい。また、仮想外部環境情報５２として記憶される複数の仮想ターゲットの中から１つを選択する情報が、指示信号に含まれていてもよい。このようにすることで、検査毎に位置が異なる仮想ターゲットをライダー９２に検出させることができる。

最初に作業員は、シミュレータ装置１０を所定位置に配置する。シミュレータ装置１０が所定位置に配置されると、指示装置（不図示）から検査開始の指示信号が出力され、以下の動作が開始される。

ステップＳ１において、コントローラ４０は、指示装置の指示に応じて仮想ターゲットを再現し、車両９０と仮想ターゲットとの仮想距離ｄｖに応じた遅延時間ｔｄを演算する。コントローラ４０は、再現される仮想ターゲットの情報に基づいて、レーザ光Ｌが受光素子３２で受光されてから疑似光Ｆが集光ユニット２０から射出されるまでの時間、すなわち遅延時間ｔｄを演算する。コントローラ４０は、異なる集光ユニット２０を経由する光伝送路毎に個別に遅延時間ｔｄを演算する。遅延時間ｔｄは次の式により演算される。なお、下記式において、ｄｒはライダー９２からシミュレータ装置１０までの実距離であり、ｃは光速である。
ｔｄ＝２×｛（ｄｖ／ｃ）－（ｄｒ／ｃ）｝

ステップＳ２において、コントローラ４０は、最初の走査位置に対応する受光素子３２がレーザ光Ｌを受光したか否かを判定する。ライダー９２はレーザ光Ｌで全走査位置を走査する。集光ユニット２０において、複数の走査位置に照射されるレーザ光Ｌは、第１平凸レンズ２２および第２平凸レンズ２４により両凹レンズ２６の位置に集光される。集光されたレーザ光Ｌは、集光ユニット２０に対応する受光素子３２に入射する。受光素子３２にレーザ光Ｌが入射すると、受光回路３４に電気信号が発生する。コントローラ４０は、受光回路３４に発生する電気信号を受信することにより、受光素子３２がレーザ光Ｌを受光したことを検出する。いずれかの受光素子３２がレーザ光Ｌを受光した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ３に移行する。一方、いずれの受光素子３２もレーザ光Ｌを受光していない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ２の判定が継続して行われる。

ステップＳ３において、コントローラ４０は、ステップＳ１で演算した遅延時間ｔｄに応じて疑似光Ｆを生成する。コントローラ４０は、受光素子３２でレーザ光Ｌが受光されてから遅延時間ｔｄ後に、その受光素子３２に対応する集光ユニット２０に疑似光Ｆが入射するように、光源６０の動作とミラー駆動部７２の動作（反射ミラー７０の姿勢）を制御する。光源６０は、パルス状の疑似光Ｆを射出する。ミラー駆動部７２は、反射ミラー７０をコントローラ４０で指示される集光ユニット２０に向ける。すると、光源６０から射出される疑似光Ｆは、反射ミラー７０で反射し、集光ユニット２０に入射する。疑似光Ｆは、両凹レンズ２６により水平方向Ｈに発散する。発散した疑似光Ｆは、第２平凸レンズ２４および第１平凸レンズ２２によりライダー９２の位置に集光される。このように、各集光ユニット２０は、ライダー９２に対して、複数の走査位置で散乱するレーザ光Ｌの疑似光Ｆを一括して射出する。

ステップＳ４において、コントローラ４０は、ライダー９２に対する疑似光Ｆの照射が終了したか否かを判定する。疑似光Ｆの照射が終了した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、一連の処理、すなわち１回のレーザ光Ｌの走査に対する処理は終了する。一方、疑似光Ｆの照射が終了していない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ３の処理が継続して行われる。

［３．変形例］
上述した実施形態では、シミュレータ１４は、全ての集光ユニット２０に対して疑似光Ｆを射出する。これに代わり、シミュレータ１４は、仮想ターゲットの形状に応じた疑似光Ｆを生成し、対応する集光ユニット２０に対して疑似光Ｆを射出することも可能である。この場合、シミュレータ１４は、仮想ターゲットの仮想位置で散乱する散乱光を疑似的に生成して射出する。従って、疑似光Ｆは、一部の集光ユニット２０にのみ射出される。

また、上述した実施形態は、集光ユニット２０として、第１平凸レンズ２２、第２平凸レンズ２４、両凹レンズ２６を有するが、レンズの代わりに曲面ミラーを有してもよい。

また、上述した実施形態では、シミュレータ装置１０を、ライダー９２の検査時に使用する例を説明した。しかし、シミュレータ装置１０を、ライダー９２の開発を行う際に使用することもできる。

［４．実施形態から得られる技術的思想］
上記実施形態および変形例から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

本発明の態様は、
複数の走査位置にレーザ光Ｌを照射するライダー９２に対して、レーザ光Ｌに対応する疑似光Ｆを生成して射出するシミュレータ装置１０であって、
複数の走査位置に照射されるレーザ光Ｌを集光する集光ユニット２０と、
集光ユニット２０が集光したレーザ光Ｌに対応して、所定位置で発生する散乱光を模した疑似光Ｆを生成し、疑似光Ｆを、集光ユニット２０を介してライダー９２に射出するようにするシミュレータ１４と、
を備える。

上記構成によれば、複数の走査位置に照射されるレーザ光Ｌを集光ユニット２０で集光し、集光したレーザ光Ｌに対応する疑似光Ｆを、集光ユニット２０を介してライダー９２に射出するため、走査位置毎に個別に光伝送路を設ける必要がない。従って、シミュレータ装置１０の簡素化、コスト抑制を実現することができる。

本発明において、
疑似光Ｆを発散させる光学部材（両凹レンズ２６）を備え、
シミュレータ１４は、発散後の疑似光Ｆを、集光ユニット２０を介してライダー９２に射出するようにしてもよい。

上記構成のように、発散後の疑似光Ｆを、集光ユニット２０を介してライダー９２に射出すると、光を入出力する集光ユニット２０を共用することができる。このため、シミュレータ装置１０の更なる簡素化、コスト抑制が可能になる。

本発明は、
レーザ光Ｌを散乱させない走査位置にレーザ光Ｌを吸収する光吸収材１８ａを有してもよい。

上記構成によれば、集光ユニット２０以外の走査位置に照射されるレーザ光Ｌが光吸収材１８ａで吸収され、散乱光が発生しない。このため、シミュレーションを高精度に行うことができる。

なお、本発明に係るシミュレータ装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (3)

1. 複数の走査位置にレーザ光（Ｌ）を照射するライダー（９２）に対して、前記レーザ光に対応する疑似光（Ｆ）を生成して射出するシミュレータ装置（１０）であって、
   複数の前記走査位置に照射される前記レーザ光を集光する集光ユニット（２０）と、
   前記集光ユニットが集光した前記レーザ光に対応して、所定位置で発生する散乱光を模した前記疑似光を生成し、前記疑似光を、前記集光ユニットを介して前記ライダーに射出するようにするシミュレータ（１４）と、を備え、
   前記シミュレータは、
   前記疑似光を生成する１つの光源（６０）と、
   前記光源で生成される前記疑似光を前記集光ユニットに反射する１つの反射ミラー（７０）と、
   前記反射ミラーを回転させるミラー駆動部（７２）と、
   前記集光ユニットに前記疑似光が入射するように、前記光源の動作と前記ミラー駆動部の動作とを制御するコントローラ（４０）と、
   を備える、シミュレータ装置。
2. 請求項１に記載のシミュレータ装置であって、
   前記疑似光を発散させる光学部材（２６）を備え、
   前記シミュレータは、発散後の前記疑似光を、前記集光ユニットを介して前記ライダーに射出するようにする、シミュレータ装置。
3. 請求項１に記載のシミュレータ装置であって、
   前記レーザ光を散乱させない走査位置に前記レーザ光を吸収する光吸収材（１８ａ）を有する、シミュレータ装置。

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