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

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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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