JP6741803B2

JP6741803B2 - 測距検出器検査装置

Info

Publication number: JP6741803B2
Application number: JP2019012832A
Authority: JP
Inventors: サムエルボーマン
Original assignee: JMEC CO., LTD.
Current assignee: JMEC CO., LTD.
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2039-01-29
Also published as: JP2020122655A; WO2020158487A1

Description

本開示は、測距検出器を検査する測距検出器検査装置に関する。

車両間隔などの距離を検出する測距検出器として、ライダ（LIDAR：Light Detection and Ranging）と呼ばれる光学式の検出器が注目されている。ライダは、レーザ光などの光を射出する発光部と、光を受光する受光部とを備える。ライダは、発光部から光を射出し、その光が被測定対象物で反射された反射光を受光部で受光する。ライダは、発光部から光を射出してから反射光が受光部で受光されるまでのパルス光の伝搬時間や光の位相差に基づいて、被測定対象物までの距離を検出する。また、発光部の波長（周波数）を走査し、射出光と反射光の周波数差によって生じるビート信号から距離を検出する方式もある。

ライダが正常に機能しているか否かを検査するためには、ライダから離れた位置に被対象物を実際に配置し、ライダと被対象物との間の距離や角度を可変させながら被測定対象物からの反射光を検出する必要があり、敷地面積の確保が必要だったり、手間がかかったりするという問題がある。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ライダの検査を卓上で容易に行うことが可能な測距検出器検査装置を提供することを目的とする。

本開示の一つの実施態様に従うライダ検査装置は、光を射出する発光部と光を受光する受光部とを備えるライダを検査するライダ検査装置であって、前記ライダが着脱可能なライダ装着部材と、光ファイバと、前記発光部からの光を前記光ファイバへ導く入射部と、前記光ファイバを伝搬した光を前記受光部に向けて射出する射出部と、前記発光部と前記入射部との間の領域と、前記射出部と前記受光部との間の領域とを互いに光学的に遮蔽する遮光板と、を備える。

本開示によれば、ライダの検査を容易に行うことが可能になる。

本開示の一実施形態に係るライダ検査装置を模式的に示す斜視図である。本開示の一実施形態に係るライダ検査装置を模式的に示す透視側面図である。本開示の一実施形態に係るライダを模式的に示す側面図である。ライダ装着部材が回転した状態のライダ検査装置を示す図である。上方から見た接続部を模式的に示す斜視図である。下方から見た接続部を模式的に示す斜視図である。接続部を模式的に示す正面図である。光ファイバ部の構成を模式的に示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係るライダ検査装置を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１に示すライダ検査装置を模式的に示す透視側面図である。

図１及び図２に示すライダ検査装置１００は、ライダ装着部材１と、回転ステージ２と、入射部３と、光ファイバ部４と、射出部５と、遮光板６及び７と、遮光部材８と、接続部９とを有する。

ライダ装着部材１は、距離を検出する検出器であるライダ１０を着脱可能な部材である。ライダ１０をライダ装着部材１に装着する方法は、特に限定されない。図１及び図２では、ライダ１０がライダ装着部材１に装着された状態のライダ検査装置１００が示されている。

図３は、ライダ１０を模式的に示す斜視図である。図３に示すようにライダ１０は、レーザ光のような光を射出する発光部１１と、光を受光する受光部１２とを有する。図３の例では、発光部１１及び受光部１２は、ライダ１０の同一の面内の異なる場所に設けられる。

ライダ装着部材１には、所定の方向における発光部１１及び受光部１２の位置が互いに異なるようにライダ１０が装着される。所定の方向は、本実施形態では、高さ方向であるZ方向である。図の例では、ライダ装着部材１は、発光部１１が受光部１２よりも高い位置に配置されるようにライダ１０と装着される構成を有しているが、受光部１２が発光部１１よりも高い位置に配置されるようにライダ１０と装着される構成でもよいし、発光部１１と受光部１２とが同じ高さとなるようにライダ１０と装着される構成であってもよい。

回転ステージ２は、ライダ装着部材１を回転可能に支持する。回転ステージ２は、本実施形態では、所定の方向であるＺ方向を軸として回転する。

入射部３は、ライダ装着部材１に装着されたライダ１０の発光部１１からの光を受光し、その受光した光を光ファイバ部４に導く。光ファイバ部４は、入射部３から導入された光を伝搬する長さの異なる光ファイバ（図８参照）を有する。射出部５は、光ファイバ部４の光ファイバを伝搬した光を、ライダ装着部材１に装着されたライダ１０の受光部１２に向けて射出する。

入射部３及び射出部５は、ライダ装着部材１からZ方向と交差（より具体的には、略直交）するX方向に離れた位置に、ライダ装着部材１側に向いて設けられる。また、入射部３及び射出部５は、Z方向における位置が互いに異なるように設けられる。Z方向における入射部３及び射出部５の位置関係は、Z方向における発光部１１及び受光部１２の位置関係に応じて決定される。本実施形態の場合、発光部１１が受光部１２よりも高い位置にあるため、入射部３が射出部５よりも高い位置に設けられる。なお、発光部１１と受光部１２とが同じ高さとなる構成の場合、入射部３と射出部５とは、Y方向における位置が異なるように設けられる。

遮光板６及び７は、ライダ装着部材１に装着されたライダ１０の発光部１１と入射部３との間の領域である第１の領域２１と、ライダ装着部材１に装着されたライダ１０の受光部１２と射出部５との間の領域である第２の領域２２とを光学的に遮断する。具体的には、遮光板６及び７は、Z方向と交差（より具体的には、略直交）するXY平面に沿って設けられ、Z方向における発光部１１と受光部１２との間から、Z方向における入射部３と射出部５との間まで延びている。

遮光板６は、遮光板６１及び６２で構成される。遮光板６１及び６２は、後述の支持部９１を介して回転ステージ２と接続され、回転ステージ２の回転に従ってライダ装着部材１と共に回転可能な第１の遮光板である。図４は、ライダ装着部材１と遮光板６を回転させた状態のライダ検査装置１００の一例を示す図である。

遮光板７は、遮光板６１よりも入射部３及び射出部５側に設けられる第２の遮光板である。遮光板７の一部は、Z方向から見て遮光板６と重なっている。遮光板７は、遮光板６１よりも低い位置に設けられている。

遮光板６は回転可能なため遮光板６１と遮光板７に隙間が僅かに存在し、ライダ１０の発光部１１から射出した光が入射部３近傍の反射物により、反射光が隙間を通る可能性があるために遮光板６２を設けている。

遮光板７よりも低い位置に遮光板６２が取り付けられており、更にその下にライダ１０の受光部１２に射出部５から射出した光を導入できるスリット９３による開口部が設けられている。

遮光部材８は、発光部１１から射出した光が周囲環境によって散乱する光を検出器に導入させないように設けられる。また、入射部３、射出部５及び遮光板７を支持する。図の例では、遮光部材８は、ライダ装着部材１の両側に設けられ、X方向に延びる側壁部を含み、遮光板７は、各側壁部によって支持される。また、遮光部材８は、ライダ装着部材１とX方向において対向する位置に設けられた壁部を有し、その壁部に入射部３と射出部５とが取り付けられている。接続部９は、遮光板６を回転ステージ２やライダ１０と接続するための遮光部材である。図５〜図７は、接続部９を模式的に示す図である。具体的には、図５は、接続部９を上方から見た斜視図であり、図６は、接続部９を下方から見た斜視図であり、図７は、接続部９の正面図である。

図５〜図７に示す接続部９は、遮光板６を支持する支持部９１と、遮光板６に設けられた遮光構造体９２とを含む。支持部９１は、回転ステージ２に取り付けられ、遮光板６を回転ステージ２と接続する。支持部９１は、ライダ装着部材１を介して回転ステージ２に取り付けられてもよいし、ライダ装着部材１を介さずに回転ステージ２に直接取付けられてもよい。
遮光構造体９２は、ライダ装着部材１の装着されたライダ１０の受光部１２を覆うことで、受光部１２を外部から光学的に遮蔽する。遮光構造体９２は、射出部５側にスリット９３が形成される。スリット９３は、射出部５からの光を遮光構造体９２の内部に取り入れる開口部である。スリット９３は、遮光板６及び７よりも低い位置に設けられる。なお、開口部は、スリット９３に限らず、他の形状でもよい。

遮光板６及び７と、遮光部材８と、接続部９とは光の反射を抑制するために、遮光と乱反射防止とを目的とした迷光除去材料で構成される。本実施例では、これらの部材として、艶消し黒色アルマイト処理をした板材などを利用したが、イオンビームなどにより形成されるマイクロ空洞などを利用しても良い。

図８は、光ファイバ部４のより詳細な構成を模式的に示す図である。図８に示す光ファイバ部４は、入力端子４１と、複数の光ファイバ４２と、光スイッチ４３〜４６と、出力端子４７とを有する。

入力端子４１は、入射部３と光学的に接続され、入射部３から光が導入される。入力端子４１は、例えば、FCコネクタまたはSCコネクタなどの光コネクタである。

複数の光ファイバ４２は、それぞれ異なる長さを有する。光ファイバ４２は、多段に設けられた複数の光ファイバ群５１及び５２に分けられる。光ファイバ群は、図の例では、２つだが、１つであってもよく、３つ以上あってもよい。また、図の例では、光ファイバ群５１及び５２は、それぞれA〜Hまでの８本の光ファイバ４２を有しているが、光ファイバ群５１及び５２に含まれる光ファイバ４２の数は特に限定されない。例えば、光ファイバ群５１及び５２に含まれる光ファイバ４２の数は、互いに異なっていてもよい。

ここで、光ファイバ４２は、マルチモードファイバでもよいし、シングルモードファイバでもよいし、これらを混合させてもよい。

入射部３をマルチモードファイバと接続する場合には、マルチモードファイバはシングルモードファイバよりもファイバコア径が大きいため、コアの断面積に依存して大きな光量が得られる。この場合、入射部３と発光部１１の間に光量を抑制するためのNDフィルタなどの光学素子を配置してもよい。

これに対して入射部３をシングルモードファイバと接続する場合には、シングルモードファイバはマルチモードファイバよりもファイバコア径が小さいため、少ない光量しか得ることができない恐れがある。この場合、入射部３の前に光を多く取り入れるためのレンズなどの光学素子やテーパ型の光ファイバなどを配置してもよい。

光スイッチ４３〜４６は、入力端子４１に導入された光が光ファイバ４２へ伝搬するための光路を切り替える。具体的には、光スイッチ４３は、光ファイバ群５１の前段に設けられ、入力端子４１に導かれた光を光ファイバ群５１に含まれる光ファイバ４２のいずれかに伝搬させる。光スイッチ４４及び４５は、光ファイバ群５２の前段に設けられる。光スイッチ４４は、光ファイバ群５１に含まれる光ファイバ４２からの光を光スイッチ４５に伝搬させ、光スイッチ４５は、光スイッチ４４からの光を光ファイバ群５２に含まれる光ファイバ４２のいずれかに伝搬させる。光スイッチ４６は、光ファイバ群５２の後段に設けられ、光ファイバ群５２に含まれる光ファイバ４２からの光を出力端子４７に伝搬させる。光スイッチ４３〜４６の種類は、特に限定されない。光スイッチ４３〜４６は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System)型光スイッチでもよいし、導波路型光スイッチ、透過光学素子の屈折率を利用した光スイッチでもよいし、他の形態の光スイッチでもよい。また、８本から伝搬される光を1本のファイバへ伝搬させるための光スイッチ４４、４６の変わりにファイバカプラやコンバイナなどの光学部品などが用いられてもよい。

出力端子４７は、射出部５と光学的に接続され、光スイッチ４２からの光を射出部５に導く。出力端子４７は、例えば、FCコネクタまたはSCコネクタなどの光コネクタである。

なお、図８では、１．３７０ｍなどのように、各光ファイバ４２の長さの、最も短い光ファイバ４２の長さからの差分が遅延量として表記しているが、この遅延量は単なる一例であって、この例に限定されるものではない。また、光ファイバ４２には、使用されないものがあってもよい。図では、使用されない光ファイバ４２が「未使用」と表記されている。

出力端子４７から射出された光はファイバの開口数（NA）に従い拡散する。受光部１２に十分な光量を与えるために出力端子４７の後にレンズを配置する構成としてもよい。射出部５に可動式のレンズを内蔵し、受光部１２でビーム径が小さくなるような構成としもよい。射出部５の後に伝搬する光は受光部１２に到達するまで平行光であることが好ましいが、平行光でなくてもよい。また、光量が十分確保可能であればレンズなどの集光光学素子を利用しなくてもよい。

以上説明したライダ検査装置１００では、ライダ装着部材１に装着されたライダ１０の発光部１１から光が射出されると、その光は、遮光板６及び７よりも高い位置にある第１の領域２１を介して入射部３に入射する。入射部３に入射した光は光ファイバ部４に導かれ、光ファイバ部４の光ファイバ４２を伝搬し、その後、射出部５から射出される。射出された光は、遮光板６及び７よりも低い位置にある第２の領域２２を介して接続部９の遮光構造体９２に設けられたスリット９３から遮光構造体９２の内部に取り込まれ、その内部にあるライダの受光部１２によって受光される。

これにより、発光部１１から光が射出されてから受光部１２によって光が受光されるまでの伝搬時間を測定し、その伝搬時間から算出される光の伝搬距離（光路長）と、光が伝搬した光ファイバ４２の長さとに基づいて、ライダ１０を検査することができる。なお、光ファイバを伝搬した光の伝搬距離の半分がライダ１０と被測定対象物との間の距離に対応する。

このとき、光ファイバ部４の光スイッチ４３〜４６により、光が伝搬する光ファイバ４２を切り替えることができるため、ライダ１０によって検出される距離を変えながら検査を行うことができる。また、回転ステージ２によりライダ装着部材１を回転させ、それに伴い、ライダ１０の発光部１１及び受光部１２の角度方向を変えることができる。このため、ライダ１０の視野角に関する検査を行うことができる。

ここで、実施例ではライダ１０の視野角を検査するためにライダ１０を回転ステージ２で支持することにより角度方向が可変となる構成としたが、ライダ１０を固定して射出部５の角度や位置を可変させる可動ステージを利用してライダ１０の視野角に関する検査を行う方式でもよい。

以上説明したように本実施形態によれば、ライダ検査装置１００は、光を射出する発光部１１と光を受光する受光部１２とを備えるライダ１０を検査するライダ検査装置であって、ライダ１０が着脱可能なライダ装着部材１と、光ファイバ４２と、発光部１１からの光を光ファイバ４２へ導く入射部３と、光ファイバ４２を伝搬した光を受光部１２に向けて射出する射出部５と、発光部１１と入射部３との間の第１の領域２１と、射出部５と受光部１２との間の第２の領域２２とを互いに光学的に遮蔽する遮光板６及び７と、を備える。

この場合、ライダ装着部材１に装着されたライダ１０の発光部１１から光が光ファイバ４２を伝搬して受光部１２にて受光される。このため、ライダ１０から離れた位置に被対象物を実際に配置しなくてもライダ１０を検査することが可能になるため、ライダの検査を容易に行うことが可能になる。また、発光部１１と入射部３との間の第１の領域２１と、射出部５と受光部１２との間の第２の領域２２とが互いに光学的に遮蔽される。このため、発光部１１からの光に起因する強い散乱光が受光部に受光されることを抑制することが可能となり、好ましくない信号を検出しない精度の高いライダ１０の検査が可能となる。

また、本実施形態では、ライダ検査装置１００は、ライダ装着部材１を回転可能に支持する回転ステージ２をさらに備える。したがって、ライダ１０の角度を変えながら光ファイバ４２を伝搬した光を検出することが可能になるため、ライダ１０の視野角全体に応じた検査を行うことが可能になる。

また、本実施形態では、遮光板６は、ライダ装着部材１と共に回転可能であり、遮光板７は、遮光板６よりも入射部３及び射出部５側に設けられ、一部が遮光板６と重なる。したがって、ライダ装着部材１を回転させた場合でも、第１の領域２１と第２の領域２２とを光学的により確実に散乱光を遮蔽することが可能となるため、誤信号を検出しない精度の高いライダ１０の検査が可能となる。

また、本実施形態では、光ファイバ４２は、複数あり、各光ファイバ４２の長さがそれぞれ異なる。したがって、異なる光の伝搬距離に対するライダ１０の検査が可能となる。

また、本実施形態では、ライダ検査装置１００は、入射部３からの光を伝搬させる光ファイバ４２を切り替える光スイッチ４３〜４６をさらに備える。したがって、光の伝搬距離を変えながらライダ１０を検査することが可能になる。

また、本実施形態では、複数の光ファイバ４２は、多段に設けられた複数の光ファイバ群５１及び５２に分かれ、光スイッチは、各光ファイバ群５１及び５２の前段にそれぞれ設けられ、光ファイバ群に含まれる光ファイバ４２のいずれかに光を入力する。このため、光が伝搬する光ファイバ４２を組み合わせることが可能となるため、少ない光ファイバ４２で多くの伝搬距離のパターンを生成することが可能になり、コストや部品点数の削減を行うことが可能になる。

上述した本開示の実施形態は、本開示の説明のための例示であり、本開示の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本開示の範囲を逸脱することなしに、他の様々な態様で本開示を実施することができる。

１：ライダ装着部材２：回転ステージ３：入射部４：光ファイバ部５：射出部６：遮光板７：遮光板８：遮光部材９：接続部１０：ライダ１１：発光部１２：受光部２１：第１の領域２２：第２の領域４１：入力端子４２：光ファイバ４２〜４６：光スイッチ４７：出力端子５１〜５２：光ファイバ群９１：支持部９２：遮光構造体９３：スリット１００：ライダ検査装置

Claims

光を射出する発光部と光を受光する受光部とを備える測距検出器を検査する検査装置であって、
前記測距検出器が着脱可能であり、
光ファイバと、
前記発光部からの光を前記光ファイバへ導く入射部と、
前記光ファイバを伝搬した光を前記受光部に向けて射出する射出部と、
前記発光部と前記入射部との間の領域と、前記射出部と前記受光部との間の領域とを互いに光学的に遮蔽する遮光板と、
前記射出部から前記測距検出器への入射角度を調整する調整機構と、を備え、
前記調整機構は、前記測距検出器または前記射出部を回転可能に支持する回転ステージで構成される、測距検出器検査装置。
前記遮光板は、前記測距検出器と共に回転可能な第１の遮光板を有する、請求項１に記載の測距検出器検査装置。
光を射出する発光部と光を受光する受光部とを備える測距検出器を検査する検査装置であって、
前記測距検出器が着脱可能であり、
光ファイバと、
前記発光部からの光を前記光ファイバへ導く入射部と、
前記光ファイバを伝搬した光を前記受光部に向けて射出する射出部と、
前記発光部と前記入射部との間の領域と、前記射出部と前記受光部との間の領域とを互いに光学的に遮蔽する遮光板と、を備え、
前記光ファイバは、複数あり、各光ファイバの長さがそれぞれ異なり、
各光ファイバを伝搬した光が同一の前記射出部から射出される、測距検出器検査装置。
前記射出部から前記測距検出器への入射角度を調整する調整機構をさらに備える請求項３に記載の測距検出器検査装置。
前記調整機構は、前記測距検出器または前記射出部を回転可能に支持する回転ステージで構成された請求項４に記載の測距検出器検査装置。
前記遮光板は、前記測距検出器と共に回転可能な第１の遮光板を有する、請求項５に記載の測距検出器検査装置。
前記光ファイバは、複数あり、各光ファイバの長さがそれぞれ異なる、請求項１または２に記載の測距検出器検査装置。
前記入射部からの光を伝搬させる前記光ファイバへの光路を切り替える光スイッチをさらに備える、請求項３から７のいずれか一項に記載の測距検出器検査装置。
前記複数の光ファイバは、多段に設けられた複数の光ファイバ群に分かれ、
前記光スイッチは、各光ファイバ群の前段にそれぞれ設けられ、当該光ファイバ群に含まれる光ファイバのいずれかに光を伝搬させる、請求項８に記載の測距検出器検査装置。
前記射出部の内部または前後に集光部品を有する請求項１から９のいずれか一項に記載の測距検出器検査装置。