CN111344603B - 防反射构造体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防反射构造体及其制造方法，防反射构造体(1)具备设置于基材(10)的表面(10a)的防反射膜(11)。在防反射膜(11)上开有在空间上周期性地排列且贯通表背的多个孔(12)。孔(12)的排列图案是正方格子状的图案，孔(12)的形状为圆形。根据该孔(12)的半径r、正方格子的空间周期S，调整防反射膜(11)的相对介电常数。防反射膜(11)的厚度和相对介电常数根据基材(10)的相对介电常数、厚度、电磁波的入射角度θ而设定。关于以角度θ入射的电磁波(例如毫米波)，例如在设置于基材表面侧的防反射膜(11)反射的电磁波和在基材(10)背面(射出侧)反射的电磁波被设定为相互错开半个波长而相互抵消。

Description

防反射构造体及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请根据在2017年11月13日申请的日本专利申请号2017-218149号的专利申请，在此引用其记载内容。
技术领域
本发明涉及抑制或防止以所希望的入射角入射到作为使电磁波透射的对象物的基材的电磁波被反射的防反射构造体及其制造方法。
背景技术
近年来，使用作为电磁波的毫米波的毫米波雷达装置被广泛地搭载于车辆。
在该毫米波雷达装置的情况下，通常将毫米波雷达装置配置在车辆内部，使来自该毫米波雷达装置的毫米波透过前窗玻璃而进行车辆外部的目标物的距离测量等。在该结构的情况下，存在因毫米波在前窗玻璃表面的反射而导致损失变大，检测距离变短的情况。这是因为，毫米波在前窗玻璃表面的反射是由空气和玻璃的相对介电常数的差异引起的，前窗玻璃的相对介电常数与空气相比，相对介电常数较高，因此反射变大。
作为抑制该反射的方法，公知有在玻璃的两面或单面设置介电体膜的方法，该介电体膜具有介于空气与玻璃中间的相对介电常数且厚度被适当设定。但是，介电体膜的相对介电常数、厚度需要根据前窗玻璃的相对介电常数、厚度、电磁波的入射角度等而变化。即，需要根据车型而准备多种多样的部件。
作为降低损失的其他方法，公知有专利文献1～专利文献3中记载的技术。在专利文献1中，记载了通过控制极化波方向来降低损失的方法。在专利文献2中，记载了通过在包覆雷达装置的树脂部件的背面设置凹凸形状来降低透射损失的方法。在专利文献3中，记载了通过调整透镜天线的搭载角度或者在玻璃的背面粘贴厚度变化的树脂片来降低损失的方法。
专利文献1：日本特开2015-92154号公报
专利文献2：日本特开2008-249678号公报
专利文献3：日本特开2015-190810号公报
但是，在专利文献1的方法中，实际上，毫米波雷达的极化波使用水平、垂直、45°等各种极化波方向，对于为了降低透射损失而改变极化波方向的构造而言，其结构变得大规模，搭载于装置时大多不现实。另外，对于控制极化波方向而言，其控制处理量变大，不容易。因此，要求在任何极化波方向的情况下都能够降低透射损失的构造。
另外，在专利文献2中，通过设置凹凸形状来实现透射损失的降低，但存在对于电磁波的倾斜入射，损失降低的效果较小的问题。另外，在玻璃的情况下，还存在凹凸加工不容易的问题。
另外，在专利文献3的方法中，需要制作根据雷达的设置角度、玻璃的厚度等连续地改变膜的厚度的多个膜，花费时间、成本。另外，不容易制作高精度厚度的膜。
发明内容
因此，本公开的目的在于实现一种能够简单且低成本地降低透射损失的防反射构造体。
为了实现上述目的，本公开中的一个方式提供一种防止以所希望的角度θ入射到基材的电磁波的反射的防反射构造体。防反射构造体具有上述基材和设置于该基材的表面的防反射膜。防反射膜由相对介电常数比基材的相对介电常数低的材料构成，在防反射膜上具有多个孔，该多个孔分别具有规定的半径，并形成为以给定的空间排列图案贯通该防反射膜的表背且形成为控制上述防反射膜的相对介电常数。防反射膜的厚度以及相对介电常数根据基材的厚度、相对介电常数以及角度θ而设定，以使在防反射膜11表面的反射与在基材的背面的反射相互抵消。
并且，上述结构能够进行各种变形。例如，防反射膜也可以为多层。通过该层叠层数能够容易地控制防反射膜的厚度。另外，通过厚度不同的层的组合能够容易地控制防反射膜的厚度。
另外，优选将多个孔设为周期性的图案，并将该周期设为电磁波的波长的1/2以下。能够进一步降低防反射构造体的透射损失。另外，根据同样的理由，孔的半径优选为电磁波的波长的1/4以下。
另外，作为本公开的另一个方式，用于防止以所希望的角度入射的电磁波的反射的防反射构造体的制造方法的特征在于，包括在基材的表面设置由相对介电常数低于基材的相对介电常数的材料构成的防反射膜的工序。在防反射膜上形成多个孔，该多个孔分别具有半径，并形成为以给定的排列图案贯通该防反射膜的表背且形成为控制上述防反射膜的相对介电常数。防反射膜的厚度和相对介电常数根据基材的厚度、相对介电常数以及角度θ而设定，以使在防反射膜表面的反射与在基材的背面的反射相互抵消。
根据本公开的防反射构造体，能够简单且低成本地降低透射损失。
附图说明
图1是表示实施例1的防反射构造体的结构的图。
图2是表示实施例1的防反射构造体的结构的图。
图3是表示防反射膜11的相对介电常数与孔12的半径r的关系的图表。
图4是表示实施例1的防反射构造体的透射损失(dB)与角度θ的关系的图表。
图5是表示比较例1的防反射构造体的透射损失(dB)与角度θ的关系的图表。
图6是表示比较例2的防反射构造体的透射损失(dB)与角度θ的关系的图表。
图7是表示防反射膜11的图案的例子的图。
图8是表示防反射膜11的结构的例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的具体实施例进行说明，但本公开并不限定于实施例。
实施例1
图1是表示实施例1的防反射构造体的结构的图。如图1所示，实施例1的防反射构造体1由基材10和设置于基材10的表面10a的防反射膜11构成。在实施例1中，假设在车辆内部配置毫米波雷达装置2，并且使来自该毫米波雷达装置2的频率为76.5GHz的毫米波透过防反射构造体1而照射到车辆外部的目标物。
此外，作为本公开的另一个例子，也可以提供具备防反射膜11而不包括基材的构造体作为防反射构造体。
基材10是供作为电磁波的毫米波透射的对象，是车辆的前窗玻璃。该前窗玻璃由相对介电常数约为6的玻璃材料构成。另外，如图1所示，毫米波雷达装置2配置为其毫米波的照射方向例如从车辆静止状态的水平方向相对于基材10的表面10a形成角度θ。
基材10的材料并不局限于玻璃，可以是任意材料。除了玻璃以外，也可以是树脂材料等。例如，在由树脂构成的保险杠的背面配置雷达装置，即使在透过该保险杠而照射电磁波的情况下，也能够应用本公开中的结构。但是，本公开中的结构适用于使用玻璃等无机材料的情况。这是因为在无机材料的情况下，难以如树脂材料那样进行用于降低反射的凹凸加工。
基材10的厚度可以是任意的。另外，基材10的相对介电常数也可以是任意的，但本公开适用于基材10的相对介电常数较高的情况。这是因为基材10的相对介电常数越高，透射损失也越增大，但根据本公开能够有效地抑制该情况。例如适用于相对介电常数为5以上的情况。
另外，基材10并不局限于单层，即，也可以由多个层构成。例如，基材10也可以是在两片玻璃之间夹着树脂层的夹层玻璃。
如图2所示，防反射膜11设置在基材10的表面10a的供来自毫米波雷达装置2的毫米波透射的区域。在其他区域不设置防反射膜11。
此外，基材10的表面10a成为配置有毫米波雷达装置2的一侧(车辆内侧)，且与毫米波雷达装置相对。
另外，如图2的放大图所示，在防反射膜11上设置有多个开孔12。该多个孔12在空间上周期性地排列。具体而言，孔12的排列图案为正方格子状。即，多个相邻的孔12彼此排列为形成正方形的格子(参照图2的参照附图标记G)。另外，孔12贯通防反射膜11的表背且为圆形。根据该孔12的半径r、相邻的孔12彼此之间的距离S(即，孔的空间分布周期)，可调整防反射膜11的相对介电常数。
防反射膜11的材料只要是相对介电常数低于基材10的材料即可，可以是任意的材料。特别是，从制造的容易性、成本等方面考虑，优选使用树脂材料。例如，可以使用尼龙66、聚缩醛、偏氟乙烯、ABS树脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、酚醛树脂、环氧树脂等，也可以是FRP(纤维增强塑料，Fiber Reinforced Plastics)。
孔12的形状并不局限于圆形，也可以是矩形、三角形、六边形、椭圆等任意形状。图7的(a)表示将孔12的形状设为正方形而排列成正方格子状的图案的例子，图7的(b)表示将孔12的形状设为正三角形而排列成正方格子状的图案的例子。
另外，孔12的排列并不局限于正方格子状的图案，也可以是正三角格子状等周期性的图案，也可以是准周期性的图案，还可以是非周期性的图案。但是，若相对介电常数在面内具有分布，则透射损失在面内也具有分布，因此在希望在面内形成均匀的折射率分布的情况下，优选正方格子状、正三角格子的图案。或者，也可以通过形成在面内具有规定相对介电常数的分布的图案，从而实现透镜的效果。
此外，孔12的半径r(在孔12的形状为圆形以外的情况下，孔12的外接圆的半径)优选为透射的电磁波的波长λ0的1/4以下，周期S优选为λ0的1/2以下。能够进一步降低防反射构造体1的透射损失。在实施例1中，由于使频率为76.5GHz的毫米波透射，所以优选半径r为0.975mm以下，周期S为1.95mm以下。
防反射膜11的厚度和相对介电常数根据基材10的相对介电常数、厚度、例如相对于车辆静止状态的水平方向的角度θ来设定。对于相对于防反射构造体1的表面以角度θ入射的毫米波，设定防反射膜11的厚度和相对介电常数，以使在防反射膜11的表面反射的毫米波与在基材10的背面10b反射的毫米波相互错开半个波长而相互抵消。如此通过利用防反射膜11抑制反射，从而实现透射损失的降低。即，防反射膜11设置有多个孔，该多个孔分别具有半径且形成为以被给定的排列图案贯通该防反射膜的表背，由此能够控制防反射膜的执行的相对介电常数。
防反射膜11的相对介电常数例如可以设定在比基材10的相对介电常数的平方根大且比基材10的相对介电常数小的范围内。如果是这样的范围，则能够容易地设定为降低防反射构造体1的透射损失。
角度θ可以设定为所希望的值，实施例1的防反射构造体1即使在毫米波倾斜入射到基材的情况下也能够有效地抑制反射。特别是，在30°～60°的宽范围内能够抑制反射，能够将防反射构造体1的透射损失降低到1dB以下。
如图8所示，防反射膜11的厚度通过多张片材11a的层叠来调整是简单且优选的。在该情况下，也可以准备厚度不同的片材，利用这些组合来调整厚度。由此，能够简单地调整防反射膜11的厚度。或者也可以更简单地准备多张厚度相等的片材，利用其层叠张数来调整防反射膜11整体的厚度。
例如，通过准备厚度为25μm、50μm、100μm、200μm的四种片材并组合四种片材，从而能够实现各种厚度的防反射膜11。例如，为了实现575μm的厚度，能够通过准备两张200μm的片材、一张100μm的片材、一张50μm的片材、一张25μm的片材并使它们重合而实现。
另外，也可以以针对各层改变孔12的半径r、图案的周期S，使各层的相对介电常数不同的方式进行控制。例如，通过将这些层设定为随着朝向基材10而相对介电常数逐渐变高，从而能够进一步降低透射损失。
以上，对于实施例1的防反射构造体1而言，通过利用防反射膜11的孔12的半径r、图案来设定相对介电常数这样的简单方法，对于所有的极化波，在所希望的角度θ情况下能够降低透射损失。另外，在实施例1的防反射构造体1中，防反射膜11的材料可以是一种，能够容易地控制防反射膜11的相对介电常数、厚度，因此能够降低防反射构造体1的制造成本。另外，对于实施例1的防反射构造体1而言，由于透射损失被降低的角度范围较宽，因此即使对于防反射膜11的多个孔12的半径的大小、图案之间产生误差，透射损失的变动也较小。即，实施例1的防反射构造体1具有不易受到制造误差的影响的优点。在防反射构造体的制造方法中，具有在基材10的表面10a设置防反射膜的工序。在防反射膜上形成多个孔，以便按照给定的排列图案贯通该防反射膜的背面。另外，利用所形成的多个孔12，控制防反射膜的相对介电常数。
接下来，对与实施例1相关的各种模拟的结果进行说明。
图3是表示对于防反射膜11的厚度为0.65mm且相对介电常数为5的结构，通过模拟求出在将正方格子的图案的周期S设为0.5mm时防反射膜11的相对介电常数与孔12的半径r的关系的结果的图表。
如图3所示，可知随着孔12的半径变大，相对介电常数减小。例如，在半径r为0.05mm时，相对介电常数成为4.2，在半径r为0.15mm时，相对介电常数成为3.5。这样，可知通过改变防反射膜11的孔12的半径r，能够使防反射膜11的相对介电常数连续地变化而进行控制。此外，根据该结果能够容易地推测到，通过使图案的周期S变化，也能够使防反射膜11的相对介电常数变化而进行控制。
图4是表示通过模拟求出防反射构造体1的透射损失(dB)与角度θ的关系的结果的图表。图4的(a)是垂直极化波的情况，图4的(b)是水平极化波的情况，图4的(c)是45°极化波的情况。角度θ是毫米波(频率为76.5GHz)的入射方向相对于基材10的表面10a的角度，θ＝90°是毫米波相对于防反射构造体1垂直入射的情况。将基材10的厚度设为5.2mm，将防反射膜11的厚度设为0.65mm，将电磁波的偏转方向设为垂直极化波、水平极化波、45°极化波这三种。另外，将基材10本身的透射损失设为0。另外，防反射膜11的相对介电常数被控制为3.5、4.2、5.0这三种。
如图4的(a)所示，在垂直极化波的情况下，虽然相对介电常数为3.5且θ为55°～60°时，透射损失超过1dB，但θ为30°～55°时，透射损失为1dB以下，相对介电常数为4.2、5.0且θ为30°～60°时，透射损失为1dB以下。
另外，如图4的(b)所示，在水平极化波的情况下，在防反射膜11的相对介电常数为3.5且θ为40°～60°的范围内，在相对介电常数为4.2且θ为30°～55°的范围内，在相对介电常数为5.0且θ为30°～50°的范围内，透射损失均为1dB以下。因此，可知通过将防反射膜11的相对介电常数控制在3.5～5.0的范围内，能够在θ为30°～60°的范围内实现1dB以下的透射损失。
另外，如图4的(c)所示，在45°极化波的情况下，在防反射膜11的相对介电常数为3.5且θ为40°～60°的范围内，在相对介电常数为4.2且θ为35°～55°的范围内，在相对介电常数为5.0且θ为30°～50°的范围内，透射损失均为1dB以下。因此，可知通过将防反射膜11的相对介电常数控制在3.5～5.0的范围内，能够在θ为30°～60°的范围内实现1dB以下的透射损失。
这样，在实施例1的防反射构造体1中，可知通过利用孔12的半径r和图案周期S来控制防反射膜11的相对介电常数，由此在θ为30°～60°的范围内，对于任何极化波都能够实现1dB以下的透射损失。另外，在实施例1的防反射构造体1中，可知透射损失为1dB以下的角度范围较宽。因此，即使相对介电常数略有变动，透射损失的变动也较小。即，可知在孔12的加工中，即使其半径、图案存在些许制造误差，也不易受到影响。
作为比较例1，对于仅设置基材10而不设置防反射膜11的情况，同样通过模拟求出透射损失与角度θ的关系。其他条件相同。
图5是表示其结果的图表，图5的(a)表示垂直极化波的情况，图5的(b)表示水平极化波的情况，图5的(c)表示45°极化波的情况。如图5所示，在水平极化波、45°极化波中，θ在任一范围内，透射损失都大于1dB，即使在垂直极化波中，在45°以上的角度的情况下透射损失也大于1dB。因此，在仅设置基材10时，透射损失较大，基于毫米波雷达装置2的检测距离变短。
作为比较例2，对于使用没有孔12且相对介电常数为5的防反射膜11，并使其厚度以0.44mm、0.55mm、0.65mm这三种变化的情况，通过模拟求出透射损失与角度θ的关系。其他条件相同。
图6是表示其结果的图表，图6的(a)表示垂直极化波的情况，图6的(b)表示水平极化波的情况，图6的(c)表示45°极化波的情况。如图6所示可知，无论在哪种极化波中，与比较例1相比，透射损失都降低，特别是在水平极化波、45°极化波中，透射损失大幅度地降低。
但是，如图6的(b)、图6的(c)所示可知，在水平极化波、45°极化波的情况下，透射损失成为1dB以下的角度范围窄，另外，相对于厚度的变化，该角度范围较大地变化。因此，可知若要在防反射膜11上不设置孔12，仅通过防反射膜11的厚度来实现透射损失的改善，则要求厚度的精度，容易受到制造误差等的影响。
(各种变形例)
实施例1的防反射构造体供频率为76.5GHz的毫米波透射，但本公开并不限定于特定的波长，可以应用于任意波长的电磁波。特别地，本公开对于抑制毫米波(波长为1mm～10mm)的反射是有效的。这是因为以往难以以低成本的构造来抑制毫米波的反射。另外，由于同样的理由，本公开对于抑制相对于基材10的表面10a以30°～60°入射的电磁波的反射特别有效。
另外，实施例1在基材10的表面10a(电磁波入射侧的面)设置防反射膜11，但也可以在基材10的背面10b设置防反射膜11，也可以在表面和背面两者设置防反射膜11。但是，本公开对仅在基材10的表面10a设置防反射膜11的情况特别有效。在将本公开应用于车辆的窗玻璃的情况下，窗玻璃的外侧的面与外部空气接触，并且与刮水器等接触。因此，若在窗玻璃的外侧的面设置防反射膜11，则防反射膜11的材料需要是在物理上和化学上都稳定的材料，导致高成本化。因此，考虑仅在窗玻璃的内侧的面设置防反射膜11。但是，以往在这种情况下，不能以低成本抑制反射。根据本公开，即使在仅对这样的窗玻璃的内侧的面设置防反射膜11的情况下，也能够以低成本来抑制反射，从而能够降低透射损失。
另外，在上述实施方式及其变形例中，以将防反射构造体1应用在搭载于车载的雷达装置的例子为中心进行说明。然而，该防反射构造体1并不限定于这样的雷达装置的应用，也可以应用于车载雷达装置以外的各种用途(船舶、飞机、气象/宇宙观测设施、监视装置等)。只要是抑制或防止以所希望的入射角入射到作为供电磁波透射的对象物的基材的电磁波的反射的用途即可。在这种情况下，基材并不是必需的结构要素，也可以提供以设置在基材表面的防反射膜为中心来作为构造体。
产业上的利用可能性
本公开能够应用于车辆的窗玻璃等各种用途，能够降低使车载雷达的电磁波透过窗玻璃而照射到外部时的损失。
附图标记说明
1…防反射构造体；2…毫米波雷达装置；10…基材；11…防反射膜；12…孔。

Claims (17)

1.一种防反射构造体，该防反射构造体防止以所希望的角度θ入射的电磁波的反射，其特征在于，
所述防反射构造体具有基材、和设置于所述基材的表面的防反射膜，
所述防反射膜由相对介电常数低于所述基材的相对介电常数的材料构成，
在所述防反射膜具有多个孔，该多个孔分别具有半径，形成为以给定的排列图案来贯通该防反射膜的表背并且形成为控制所述防反射膜的相对介电常数，
所述防反射膜的厚度以及所述相对介电常数根据所述基材的厚度、相对介电常数以及角度θ而设定，以使在所述防反射膜表面的反射与在所述基材的背面的反射相互抵消。
2.根据权利要求1所述的防反射构造体，其特征在于，
所述防反射膜为多层，通过所述防反射膜的层叠层数来设定所述防反射膜的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的防反射构造体，其特征在于，
所述防反射膜为多层，通过使厚度不同的层进行组合，从而设定所述防反射膜的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的防反射构造体，其特征在于，
所述多个孔形成为周期性的图案，该图案的周期为电磁波的波长的1/2以下。
5.根据权利要求1或2所述的防反射构造体，其特征在于，
所述多个孔的每一个的半径为电磁波的波长的1/4以下。
6.一种防反射构造体的制造方法，该防反射构造体防止以所希望的角度入射的电磁波的反射，其特征在于，
所述防反射构造体的制造方法具有在基材的表面设置由相对介电常数低于所述基材的相对介电常数的材料构成的防反射膜的工序，
在所述防反射膜具有多个孔，该多个孔分别具有半径，形成为以给定的排列图案来贯通该防反射膜的表背并且形成为控制所述防反射膜的相对介电常数，
所述防反射膜的厚度以及相对介电常数根据所述基材的厚度、相对介电常数以及角度θ而设定，以使在所述防反射膜表面的反射与在所述基材的背面的反射相互抵消。
7.根据权利要求6所述的防反射构造体的制造方法，其特征在于，
所述防反射膜为多层，通过所述防反射膜的层叠层数来设定所述防反射膜的厚度。
8.根据权利要求6或7所述的防反射构造体的制造方法，其特征在于，
所述防反射膜为多层，通过使厚度不同的层进行组合，从而设定所述防反射膜的厚度。
9.根据权利要求6或7所述的防反射构造体的制造方法，其特征在于，
所述多个孔配置为周期性的图案，该图案的周期为电磁波的波长的1/2以下。
10.根据权利要求6或7所述的防反射构造体的制造方法，其特征在于，
所述多个孔的每一个的半径为电磁波的波长的1/4以下。
11.一种防反射构造体，防反射构造体防止以所希望的角度θ入射到供电磁波透射的基材的该电磁波的反射，其特征在于，
所述防反射构造体具有设置于所述基材的表面的防反射膜，
所述防反射膜由相对介电常数低于所述基材的相对介电常数的材料构成，
在所述防反射膜具有多个孔，该多个孔分别具有半径，形成为以给定的排列图案来贯通该防反射膜的表背并且形成为控制所述防反射膜的相对介电常数，
所述防反射膜的厚度以及所述相对介电常数根据所述基材的厚度、相对介电常数以及角度θ而设定，以使在所述防反射膜表面的反射与在所述基材的背面的反射相互抵消。
12.根据权利要求11所述的防反射构造体，其特征在于，
所述防反射膜为多层，通过所述防反射膜的层叠层数来设定所述防反射膜的厚度。
13.根据权利要求11或12所述的防反射构造体，其特征在于，
所述防反射膜为多层，通过使厚度不同的层进行组合，从而设定所述防反射膜的厚度。
14.根据权利要求11或12所述的防反射构造体，其特征在于，
所述多个孔形成为周期性的空间图案，该图案的周期为电磁波的波长的1/2以下。
15.根据权利要求11或12所述的防反射构造体，其特征在于，
所述多个孔的每一个的半径为电磁波的波长的1/4以下。
16.根据权利要求11或12所述的防反射构造体，其特征在于，
所述基材的表面是所述电磁波入射的面。
17.根据权利要求11或12所述的防反射构造体，其特征在于，
所述基材的表面是所述电磁波透过而射出的面。
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