JP2017181480A - 車載レーダを備えたウィンドシールド - Google Patents

Abstract

【課題】ミリ波帯の電波を送受信する車載レーダを備えたウィンドシールドに関し、ウィンドシールドを通過する送信波の損失を低減させる。【解決手段】送受信したミリ波帯の電波によって周囲の物体を検知するレーダ及び前記電波の少なくとも一部が入射するレーダウィンドウを備えたウィンドシールドであって、単一のガラス層、または樹脂層が貼り合わされた少なくとも一つのガラス層を含むウィンドシールド本体部を有し、前記ウィンドシールド本体部および前記レーダウィンドウは共に板形状を有し、前記レーダウィンドウの面積は前記ウィンドシールド本体部の面積よりも小さく、前記レーダウィンドウの比誘電率は、前記ガラス層の比誘電率よりも小さく、前記レーダウィンドウの外表面と内表面を繋ぐ側面の少なくとも一部は、前記ウィンドシールド本体部の外表面と内表面を繋ぐ側面と接する。【選択図】図９

Description

本発明は、ミリ波帯の電波を送受信する車載レーダを備えたウィンドシールドに関する。

電波を放射し、反射波を受信するためのレーダを、フロントノーズ部分、または、リアゲート付近に装備した自動車が存在する。しかし、これらの部位は、自動車が他の車両や物体と衝突する際には、たとえそれが軽微なものであったとしても、真っ先に変形、破損する部位である。そこに取り付けられているレーダも、同様に破損する可能性が高い。レーダは自動車の安全を確保するために必要な機器であり、わずかの接触事故で機能しなくなることは好ましくない。自動運転が実用化されるようになれば、尚更である。

レーダ装置を車室内に搭載すれば、そのような事態は発生し難くなる。しかし、ガラスを含むウィンドシールドを通して電波を送受信しなければならない。この場合、ガラスでの反射や吸収が起きることは避け難く、レーダの検知能力は制限されてしまう。

そこで、欧州特許第８８８６４６号明細書には、通信用のアンテナを車室内に設置する際に、ガラスによる電波の反射を抑制するために、ガラスとアンテナの放射面の間に誘電体中間素子を配置する方法が開示されている。また、欧州特許第８８８６４６号明細書では、ガラスとアンテナとの間の電気的に有効な間隔が半波長の数倍に調整される。

欧州特許第８８８６４６号

ところで、ミリ波帯の電波を送信波として用いる場合、ガラスを含むウィンドシールドの表面で強い反射が起きる。欧州特許第８８８６４６号明細書のように、ガラスとアンテナの放射面の間に誘電体中間素子を配置する場合も、誘電体そのものの表面で強い反射が起きてしまう。また、通常、ウィンドシールドがアンテナの放射面に対して傾斜するため、ガラスとアンテナとの間の間隔を、電波の半波長の数倍にて一定に調整することはできない。したがって、ウィンドシールドを通過する送信波の損失を低減する新規な手法が求められている。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ウィンドシールドを通過する送信波の損失を低減することを目的としている。

本発明の例示的なウィンドシールドは、送受信したミリ波帯の電波によって周囲の物体を検知するレーダ及び前記電波の少なくとも一部が入射するレーダウィンドウを備えたウィンドシールドであって、単一のガラス層、または樹脂層が貼り合わされた少なくとも一つのガラス層を含むウィンドシールド本体部を有し、前記ウィンドシールド本体部および前記レーダウィンドウは共に板形状を有し、前記レーダウィンドウの面積は前記ウィンドシールド本体部の面積よりも小さく、前記レーダウィンドウの比誘電率は、前記ガラス層の比誘電率よりも小さく、前記レーダウィンドウの外表面と内表面を繋ぐ側面の少なくとも一部は、前記ウィンドシールド本体部の外表面と内表面を繋ぐ側面と接する。

本発明によれば、ウィンドシールドを通過する送信波の損失を低減することができる。

図１は、車両を簡略化して示す側面図である。 図２（ａ）は、車両を前方からみた図である。 図２（ｂ）は、ウィンドシールドの断面図である。 図３は、レーダ装置の構成の概略を示すブロック図である。 図４は、第１の方向からみたアンテナ部である。 図５（ａ）は、垂直偏波の電波を使用するアンテナ部５を第１の方向から見た図である。 図５（ｂ）は、垂直偏波の電波を使用するアンテナ部５を 第２の方向から断面図である。 図５（ｃ）は、垂直偏波の電波を使用するアンテナ部５を第３の方向から断面図である。 図６（ａ）は、水平偏波の電波を使用するアンテナ部５を第１の方向から見た図である。 図６（ｂ）は、水平偏波の電波を使用するアンテナ部５を第２の方向から断面図である。 図６（ｃ）は、水平偏波の電波を使用するアンテナ部５を第３の方向から断面図である。 図７は、垂直偏波および水平偏波の電波を使用した場合における反射率と傾きτとの関係を示す図である。 図８は、水平偏波の電波を使用した場合における反射率と傾きτとの関係を示す図である。 図９（ａ）は、ウィンドシールドを第１の方向から見た図である。 図９（ｂ）は、ウィンドシールドを第２の方向から見た断面図である。 図９（ｃ）は、ウィンドシールドを第１の方向から見た図である。 図１０（ａ）は、第２の方向位置Ｕｔにおける放射中心軸を含むＸＹ平面内の空間電力分布である。 図１０（ｂ）は、第２の方向位置Ｕｔにおける放射中心軸を含むＸＺ平面内の空間電力分布である。 図１１（ａ）は、本実施形態の変形例のウィンドシールドを第２の方向から見た断面図である。 図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の車載レーダをアンテナ部の開口部側から見た図である。 図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）の車載レーダのＡ−Ａにおける断面図である。 図１２は、本実施形態の変形例である。 図１３は、本実施形態の変形例である。 図１４は、受信アンテナ部に到来した受信波を示す図である。 図１５は、一般的なウィンドシールドに電波が入射する様子を示す図である。

図１は、本発明の実施例形態に係るウィンドシールド２を搭載した車両１を簡略化して示す側面図である。車両１は乗用車である。車両１は、車体１０を移動させる駆動機構１５を含む。駆動機構１５は、エンジン、操舵機構、動力伝達機構、車輪等により構成される。ウィンドシールド２は、車載レーダ３を含む。

ウィンドシールド２は、車体１０に固定され、車室１３内と外部との間に位置する。ウィンドシールド２は、ウィンドシールド本体部２０およびレーダウィンドウ４を含む。ウィンドシールド２が車両１の進行方向側であるフロント側に取り付けられる場合、車載レーダ３は、バックミラー（rear view mirror）１４に取り付けられる。車載レーダ３は、レーダウィンドウ４とバックミラー１４との間に配置される。別の取付形態として、ウィンドシールド２の内表面に直接的またはブラケット等の取付用部材を介して間接的に固定される。または、天井に取り付けることもできる。

ウィンドシールド２が車両１の進行方向側とは逆側であるリア側に取り付けられている場合、車載レーダ３はウィンドシールド２の内面に直接的またはブラケット等の取付用部材を介して間接的に固定される。または、天井に取り付けることもできる。
本図面では、ウィンドシールド２は車両１のフロント側に取り付けられるウィンドシールドのみを示すが、本明細書におけるウィンドシールド２は、リア側に取り付けられるウィンドシールドも含む。

車載レーダ３は、衝突回避、運転補助、自動運転等に利用される。車載レーダ３は、車両１のウィンドシールド２の内面に取り付けられ、車室１３内に位置する。車室１３は外部から完全に仕切られた空間である必要はなく、例えば、天井が開放されていてもよい。車載レーダ３は、ウィンドシールド２に取り付けられるバックミラー１４の前方に位置する。

図２（ａ）は、車両１を前方からみた図である。簡略のため、ウィンドシールド２のみを示す。図２（ｂ）は、ウィンドシールド２の断面図である。ウィンドシールド２は、それぞれが板状であるウィンドシールド本体部２０およびレーダウィンドウ４を含む。レーダウィンドウ４の面積はウィンドシールド本体部２０の面積よりも小さい。レーダウィンドウ４は、ウィンドシールド２の上方に位置し、ウィンドシールド本体部２０の内部に配置される。矢印は、電波の進行方向を示している。電波は、車載レーダ３によって第１の方向（Ｘ方向）に放出され、レーダウィンドウ４を通して外部へと送出され、外部からレーダウィンドウ４を通して車室１３内へと入射し、車載レーダ３によって受信される。

ウィンドシールド２がフロント側に取り付けられる場合、ウィンドシールド本体部２０は２枚のガラス層の間に樹脂層が貼り合わされた合わせガラスである。ウィンドシールド２がリア側に取り付けられる場合、ウィンドシールド本体部２０は、単一のガラス層からなる。レーダウィンドウ４は、樹脂製である。

ウィンドシールド本体部２０は、車外を向くウィンドシールド本体部の外表面２０１および車室内を向くウィンドシールドの内表面２０２と、ウィンドシールド本体部の外表面２０１とウィンドシールドの内表面２０２とを繋ぐウィンドシールド本体部の側面２０３を有する。レーダウィンドウ４は、車外を向くレーダウィンドウの外表面４１および車室内を向くレーダウィンドウの内表面４２と、レーダウィンドウの外表面４１とレーダウィンドウの内表面４２とを繋ぐレーダウィンドウの側面４３を有する。ウィンドシールド本体部の側面２０３およびレーダウィンドウの側面２３は接触する。ウィンドシールド本体部の外表面２０１とレーダウィンドウの外表面４１とは、連続したひとつの面をなす。同様に、ウィンドシールドの内表面２０２とレーダウィンドウの内表面４２とは、連続したひとつの面をなす。ここで、連続したひとつの面をなす、とは、ウィンドシールド本体部の表面を仮想的に延長した場合、その延長した表面がレーダウィンドウの表面と一致する事を意味する。ウィンドシールド本体部とレーダウィンドウの境界において、溝などの凹みが在ったとしても、表面を仮想的に延長した場合に双方の表面が一致するのであれば、連続したひとつの面をなしていると、本明細書では定義する。

ウィンドシールド本体部の側面２０３とレーダウィンドウの側面２３とは、接着剤等を介して接触していても良い。また、ウィンドシールド本体部の内表面および外表面とレーダウィンドウの内表面および外表面は、必ずしも連続していなくとも良い。どちらかの表面のみが連続していても良いし、どちらの表面とも連続していなくても良い。

ウィンドシールド本体部２０は、横方向に伸び、横方向に垂直な上下方向にそれぞれ配置された上側の縁および下側の縁と、上下方向に伸びる右側の縁および左側の縁を有する。下側の縁は、上側の縁よりも長い。レーダウィンドウ４は、ウィンドシールド本体部２０の上側の縁から下側の縁に向かうに従って幅が広がる形状を有する。本実施例では、ウィンドシールド本体部２０の外形およびレーダウィンドウ４の外形はともに台形状である。

図３は、車載レーダ３の構成の概略を示すブロック図である。車載レーダ３は、アンテナ部５を含む。アンテナ部５はさらに、送信アンテナ部５１および受信アンテナ部５２を有する。送信アンテナ部５１において指向性を持ったミリ波帯の電波を放射し、放射した電波に起因した反射波を受信アンテナ部５２にて受ける。アンテナ部５の詳細については後述する。

車載レーダ３は、高周波発振器３１２と、受信器３２と、検出部３５と、をさらに含む。受信器３２は、ミキサ３２１と、Ａ／Ｄ変換器３２２と、を含む。送信アンテナ５１は高周波発振器３１２に接続される。高周波発振器３１２により、送信アンテナ５１に高周波電力が出力される。これにより、送信アンテナ５１から送信波が送出される。

受信アンテナ部５２は、ミキサ３２１およびＡ／Ｄ変換器３２２に順に接続される。Ａ／Ｄ変換器３２２は検出部３５に接続される。受信アンテナ部５２では、送信波が外部の対象物にて反射して得られる反射波が受けられる。受信アンテナ部５２で受けた電波の信号は、ミキサ３２１に入力される。ミキサ３２１には高周波発振器３１２からの信号も入力され、両信号が合わされることにより、送信波と反射波との周波数の差を示すビート信号が得られる。ビート信号は、Ａ／Ｄ変換器３２２にてデジタル信号に変換され、受信信号として検出部３５に出力される。検出部３５では、ビート信号をフーリエ変換してさらに演算処理を行うことにより、対象物の位置、速度等が求められる。

［到来波について］
受信アンテナ部５２にて、目標物の到来角度を特定する方法を述べる。図１４は、受信アンテナ部に到来した受信波を示す。受信アンテナ部は、複数の受信アンテナ素子Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、・・で構成される。複数の受信アンテナ素子は、水平方向に等間隔Ｐで配置される。到来角度θから受信波が到来した時、隣り合う受信アンテナ素子はΔＬの伝搬路長差が生じ、受信波には位相差Δφが生じる。
（数１）
ΔＬ＝Ｐ・ｓｉｎθ
（数２）
Δφ＝ｋ・ΔＬ＋２ｉπ
ｉはΔφの絶対値を最小にする整数（０，±１，・・）、ｋは波数（＝２π／λ）である。２式より、到来角度の検出値Θが算出される。
（数３）
Θ＝ｓｉｎ^−１｛Δφ／（ｋＰ）｝
Δφの大きさがπ（１８０°）より小さければ、Θとθは一致し方位が特定できる。

Δφ＝πになる到来角度をχとすると、数４が成り立つ。
（数４）
χ＝ｓｉｎ^−１｛λ／（２Ｐ）｝
θがχより小さければΘ＝θであるが、θがχを少し超える場合（θ＝χ＋δ）には、Θ≒−δと算出され左右が反転する。従って、監視する方位角範囲をΩとすると、受信アンテナ素子の間隔Ｐには数５が必要条件となる。
（数５）
Ｐ＜λ／（２・ｓｉｎΩ）
また、以下の数６で表される条件では視野角外の領域での到来波に対する検出値は|Θ|＞Ωとなり、即ち視野角内には現れず誤検知は生じない。
（数６）
Ｐ＜λ／（１＋ｓｉｎΩ）
複数の到来波に対しては、その数に応じて受信アンテナ素子を増やし、手法が用いられ適宜所定の検出方法が用いられるが、監視する方位角範囲Ωに対する受信間隔Ｐの条件は同じである。

ガラス層による電波の減衰について、原理を述べる。図１５は、一般的なウィンドシールド９に電波が入射する様子を示す図である。ウィンドシールド９は単一のガラス層９０からなり、ウィンドシールドの外表面９１およびウィンドシールドの内表面９２を有する。車室内１３で送信された入射波は、ウィンドシールドの内表面９２と空気との境界面９２１においてガラス層に進行する進行波および境界面９２１で反射される反射波が生じる。ウィンドシールドの外表面９１と空気との境界面９１１においても、ガラス層に進行した入射波に対して、車室外へ進行する進行波および境界面９１１で反射してガラス層に戻る反射波が生じる。さらに、電波は境界面９１１および境界面９２１で多重反射を繰り返す。進行波の足しあわせが車室外へと送信される送信波となる。そのため、反射成分が大きいほど送信波に大きな損失が生じてしまう。

ミリ波帯の電波は他の周波数帯の電波と比較して、ガラス表面での反射が大きい。すなわち、入射波の大きさに対する反射波の大きさの比率である反射率が、他の周波数帯の電波と比較して大きい。そのため、送信波に大きな損失を生じてしまう。
ここで、反射率は物質の比誘電率に依存し、比誘電率が小さいと反射率は小さくなる。本実施例では、ガラス層の比誘電率よりも低い比誘電率を有する樹脂製のレーダウィンドウを使用することで、反射率を小さくし、送信波の損失を抑制することができる。

なお、ウィンドシールドがフロント側に取り付けられる場合、ウィンドシールド（ウィンドシールド本体部２０）は、通常、２枚のガラス層の間に樹脂層が貼り合わされた３層の合わせガラスである。この場合も、単一のガラス層と同様に送信波に大きな損失が生じてしまう。

次に、アンテナ部５の構造の詳細を述べる。図４は、第１の方向からみたアンテナ部５である。前述の通り、アンテナ部５は、送信アンテナ部５１および受信アンテナ部５２を有する。送信アンテナ部５１および受信アンテナ部５２は、それぞれ、ひとつの送信ホーン５１０および３つの受信ホーン５２１、５２２、５２３からなる。各ホーンは、基部７から開口部６にかけて徐々に断面積が大きくなる形状である。送信ホーン５１０、受信ホーン５２１、５２２、５２３の順に、第１の方向に垂直な第２の方向（ｙ方向）に間隔をもって配置される。それぞれのホーンは、第２の方向と、第１の方向と第２の方向とがなす面に垂直な第３の方向（Ｚ方向）に向かって伸びる矩形状である。受信ホーン５２１、５２２、５２３は同一形状である。送信ホーン５１０の長辺は、受信ホーン５２１、５２２、５２３の長辺よりも長い。また、送信ホーン５１０の短辺は、受信ホーン５２１、５２２、５２３の短辺よりも長い。

ここで、車載レーダ３において、使用する電波としては垂直偏波または水平偏波が考えられる。垂直偏波の電波は、電波の進行方向に対して電界が垂直の電波であり、水平偏波の電波は、電波の進行方向に対して電界が水平である電波である。なお、本明細書において、垂直偏波の電波とは、垂直偏波成分が水平偏波成分よりも大きい電波のことをいい、必ずしも垂直偏波成分のみで無くてもよい。同じく、水平偏波の電波とは、水平偏波成分が垂直偏波成分よりも大きい電波のことをいい、必ずしも水平偏波成分のみで無くてもよい。

図５は、垂直偏波の電波を使用するアンテナ部５である。簡略のため受信アンテナ部５３のみを示す。図５（ａ）は、第１の方向から見たアンテナ部５であり、図５（ｂ）は第２の方向からみたアンテナ部５の断面図であり、図５（ｃ）は、第３の方向からみたアンテナ部５の断面図である。矢印Ｅは、ホーン内部の電界の向きを示している。図５（ｂ）に示すように、各受信ホーンは、開口部６及び基部７を有する。各基部７は、矩形導波管７０の端部に繋がっている。矩形導波管のもう一方の端部は、ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）（図示せず）に繋がっている。矩形導波管７０の断面は矩形状であり、長辺Ｗａの幅は、λ／２以上が必要である。各受信ホーンは、第２の方向に間隔Ｐで配置される。車載レーダ５で監視する方位角度範囲をΩとし、自由空間での電波の波長をλとすると、数５より、間隔Ｐは、λ／２・ｓｉｎΩ未満であることが必要である。例えば、方位角度範囲Ωが５０°の場合、Ｐは０．６５λ未満であることが必要である。アンテナ部５は、アルミニウム等の鋳造によって製造される。鋳造成形には、溶融材の流動性や型抜きのためのテーパも考慮して、各受信ホーンの間に少なくとも０．５ｍｍ程度の厚みをとる必要がある。各受信ホーンの間の厚みも考慮すると、方位角度範囲が５０°のような広角の場合の製造は困難である。

図６は、水平偏波の電波を使用するアンテナ部５である。簡略のため受信アンテナ部５４のみを示す。図６（ａ）は、第１の方向から見たアンテナ部５であり、図６（ｂ）は第２の方向からみたアンテナ部５の断面図であり、図６（ｃ）は、第３の方向からみたアンテナ部５の断面図である。矢印Ｅは、ホーン内部の電界の向きを示している。垂直偏波の電波を使用するアンテナ部５と構造が同一の部分は説明を省略する。水平偏波の電波を使用する場合、短辺の幅Ｗｂに下限値は無い。よって、各受信ホーンの間隔Ｐにも制限は無く設計の自由度が高まる。よって、方位角度範囲が５０°のような広角の場合は水平偏波の電波を用いることが好ましい。

次に、垂直偏波の電波または水平偏波の電波を使用した場合の反射率の比較を行う。ウィンドシールドの電波の進行方向（第１の方向）に対する傾きをτとする。図７は、垂直偏波の電波および水平偏波の電波それぞれの反射率と傾きτとの関係を示す。実線５１は垂直偏波の電波、点線５２は水平偏波の電波の、ウィンドシールド９の境界面９１１での反射率である。ガラス層９０の比誘電率εｒは５〜８であり、本例ではεｒ＝６．５とし、周波数はミリ波レーダに用いられる７６．５ＧＨｚである。どの傾きにおいても垂直偏波の電波の方が水平偏波の電波よりも反射率は小さい。

以上より、車載レーダ用に、水平偏波の電波を使用するほうがアンテナの設計上に制限が無く、小型化も可能だが、反射率が大きいため、これまでは垂直偏波の電波を使用することが多かった。
本発明において、ガラス層の比誘電率よりも低い比誘電率を有する樹脂製のレーダウィンドウを使用したことによって、水平偏波の電波を使用する場合も送信波の損失を少なくすることが出来る。従って、車載レーダの小型化を達成しつつ、送信波の損失を小さくすることが出来る。

図８は、本発明における水平偏波の電波を使用した場合の反射率と傾きτとの関係を示す。ｔはレーダウィンドウの厚さである。レーダウィンドウ４は、一般的な樹脂材を用い、誘電率εｒはεｒ＝４、波長λは７６．５ＧＨｚではλ＝３．９２ｍｍである。境界面９１１での反射波と境界面９２１での反射波が逆位相になる場合、反射波は相殺され反射率は最小となる。反射率が最小となる時のレーダウィンドウの厚さｔは以下の式で表される。
（数７）
ｔ＝（ｍ／２）・λ／√（εｒ−ｃｏｓ^２τ）
ｍは正の整数である。
数７より、ウィンドシールド２の傾き（レーダウィンドウ４の傾き）τに対して、厚さｔを選ぶ。例えば、τ＝３０°の時は、実線７１で表され、ｔ＝４．３５ｍｍが最適値である。破線７２、鎖線７３は、ｔ＝４．３、４．４ｍｍの場合であり、標準的な製造公差±０．０５ｍｍ内での特性変化を示す。製造時において厚さｔの誤差が最大であっても、反射率は―１２ｄＢ以上（反射損失換算−０．３ｄＢ以下）であり、反射波は十分小さく抑えられる。

図７より、従来のウィンドシールド９の傾きτが約４０°以上の場合では、水平偏波であっても反射率は比較的小さい。よって、本発明のレーダウィンドウ２は、ウィンドシールドの傾きτが約４０°未満の車種に用いられるとより効果的である。

次に、アンテナ部５およびレーダウィンドウ４の寸法について述べる。図９（ａ）は、ウィンドシールドを第１の方向から見た図である。図９（ｂ）は、ウィンドシールドを第２の方向から見た断面図である。アンテナ部５は、ひとつの送信ホーン５１０および複数の受信ホーン５２１、５２２・・・Ｎを有する。レーダウィンドウ４は、各ホーンの開口部６を全て覆う。レーダウィンドウ４は、第２の方向に伸びる第１の縁４０１及び第２の縁４０２と、第１の縁４０１と第２の縁４０２とを繋ぐ第３の縁４０３および第４の縁４０４とを有する。第３の縁４０３は第４の縁４０４よりも第２の方向の正の側に位置する。レーダウィンドウ４とアンテナ部５とは、間隔をあけて配置されているが、レーダウィンドウ４はアンテナ部５と接続されていても良い。

監視する方位角度範囲ΩがΩ＝５０°の時、送信ホーンおよび受信ホーンの第２の方向における寸法（横寸法）を、それぞれＢｔおよびＢｒとすると、受信ホーンの間隔Ｐ＝２．２ｍｍ、Ｂｔ＝４．６ｍｍ、Ｂｒ＝１．７ｍｍで設定される。送信ホーンの第２の方向の寸法Ｂｔは、方位角度内にヌルを生じない条件であるＢｔ＜λ＜ｓｉｎΩを満たす。

乗用車のルームミラー位置からボンネットの先端を見た俯角は約１５°である。送信ホーンおよび受信ホーンの第３の方向における寸法（縦寸法）を、それぞれＡｔおよびＡｒとすると、寸法は、この範囲の視界を遮らないように、Ａｔ＝２０ｍｍ、Ａｒ＝１４ｍｍと設定される。

仰角範囲におけるサイドローブの影響を弱めるために、送信波または受信波の一方のサイドローブのピークに他方のヌルを合わせる。サイドローブを更に低減させるためには、各ホーンの縦寸法および横寸法の比を１：０．７とするのがより好ましい。

送信ホーン５１０からの放射は、送信ホーン５１０の開口部６とレーダウィンドウの内表面４２との距離Ｌが十分に離れていれば、遠方界となる。この時の送信ホーン５１０の開口部６とレーダウィンドウの内表面４２との距離をＬｆとすると、数８が成り立つ。
（数８）
Ｌｆ＝２０Ｂｔ^２／λ
Ｌ＜Ｌｆの領域（近傍界）では、放射界は開口から離れるに従って徐々に広がる。

図１０に、第２の方向位置Ｕｔおよび第３の方向位置Ｖｔでの、放射界の空間電力分布を示す。ここで、Ｕｔは送信ホーン５１０の中心軸から第２の方向位置を、Ｖｔは第３の方向位置を、それぞれ表す。空間電力分布は、中央での電力密度に対する相対値を表す。

前出の送信ホーン（Ａｔ＝２０、Ｂｔ＝４．６ｍｍ）５１０について、図１０（ａ）は、第２の方向位置Ｕｔにおける放射中心軸を含む第２の方向と第３の方向とがなす面（ＸＹ平面）内の空間電力分布である。点線８１、破線８２、鎖線８３、実線８４、鎖線８５は、各々Ｌ＝１０、２０、３０、４０、５０ｍｍの場合である。
Ｌに応じて所要の電波を通過させる第３の方向位置Ｖｔ１（レーダウィンドウ４の第２の縁４０２から送信ホーン５１０の中心までの距離）を求める。ここでは、所要の電力を９５％（.遮蔽損失０．２ｄＢ）とする。図１０（ａ）において、◆はそれより内側の電力が９５％になる位置を示す。レーダウィンドウの傾きτがτ＝３０°の場合、第３の方向位置Ｖｔ１は、Ｖｔ１＝１０ｍｍでＬ＝約４０ｍｍである。Ｖｔ１は少し余裕をもたせ、例えば１２ｍｍとする。レーダウィンドウ４の第１の縁４０１側は、図９（ｂ）のように送信ホーン５１０の開口部６の上縁にレーダウィンドウの内表面４２をできるだけ近づけて配置するとともに、第１の方向から見た場合に、レーダウィンドウ４が送信ホーン５１０の開口部６に重なるよう配置する。

次に、図１０（ｂ）は、第２の方向位置Ｕｔにおける放射中心軸を含む第１の方向と第３の方向とがなす面（ＸＺ平面）内の空間電力分布である。点線８６、破線８７、鎖線８８、実線８９は、各々Ｌ＝１０、２０、３０、４０ｍｍの場合である。
Ｌに応じて所要の電波を通過させる第２の方向位置Ｕｔ１（レーダウィンドウ４の第４の縁４０４から送信ホーン５１０の中心までの距離）を求める。図１０（ｂ）において、◆はそれより内側の電力が９５％になる位置を示す。これから第２の方向位置Ｕｔ１を求める。Ｖｔ１＝１２ｍｍ（Ｌ≒４０ｍｍ）ではＵｔ１＝２２ｍｍとなる。

次に、前出の受信ホーン（Ａｒ＝１４、Ｂｒ＝１．７ｍｍ）に対しても同様の解析を適用する。レーダウィンドウ４の第２の縁４０２から一番端に配置された受信ホーンＮの中心までの距離Ｖｒ１およびレーダウィンドウ４の第３の縁４０３から受信ホーンＮの中心までの距離Ｕｒ１を求める。距離Ｖｒ１は、Ｖｒ１＝１０ｍｍと求められる。また、受信ホーンＮの横寸法Ｂｒを数８のＢｔに代入すると、Ｌ＞１５ｍｍで遠方界となる。よって、ホーンの開口中点から５０°の範囲にレーダウィンドウ４を設ける必要がある。このためＶｒ１＝１０ｍｍでは、Ｕｒ１＝４０ｍｍとなる。Ｕｔ１、Ｖｒ１およびＵｒ１は、Ｖｔ１と同様に適宜余裕をもたせた寸法としてもよい。

図９（ｃ）に第１の方向から見た上記の寸法のレーダウィンドウ４を示す。破線は送信ホーンの電界の寸法条件を満たす外形であり、鎖線は受信ホーンの電界の寸法条件を満たす外形である。両条件を満たす外形として、例えば、図９（ａ）の太線に示すような台形と方形を組み合わせた形状や、図中太鎖線のような方形状も選択可能である。いずれにせよ、送信ホーンの電界の寸法条件および受信ホーンの電界の寸法条件をともに満たすような外形であれば良い。

図１１に、本実施形態の変形例を示す。図１１（ａ）は、本実施形態の変形例のウィンウシールドを第２の方向から見た断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の車載レーダをアンテナ部の開口部側から見た図である。図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）におけるＡ−Ａの断面図である。車載レーダ３０のアンテナ部５０がパッチアンテナから構成されることが異なる。アンテナ部５０は、各々パッチアンテナから構成される、送信アンテナと受信アンテナを含む。複数の送信アンテナ素子および受信アンテナ素子が、アンテナ部の開口部６０（破線で囲まれた部分）を構成する。車載レーダは、アンテナ部の開口部６０側を覆うレドム９０と、開口部６０の逆側を覆う筐体９１とを含む。図１１（ｂ）ではレドム９０は省略されている。ここで、アンテナ部の開口部とは、電波が放射される面を意味する。開口部は、放射面と言い換える事もできる。アンテナ部５０の開口部６０は、レーダウィンドウの内表面４２に沿って配置される。このため、ホーンアンテナを用いた車載レーダよりも省スペースで配置することが出来る。レドム９０は、レーダウィンドウの内表面４２に接触していても良い。アンテナ部５０とレーダウィンドウ４とは別個の部品だが、アンテナ部５０はレーダウィンドウ４と接続されていてもよい。

また、レーダウィンドウ４がレンズであってもよい。レーダウィンドウ４がレンズの場合、アンテナ部５とレンズであるレーダウィンドウ４を合わせてレンズアンテナとして機能する。レンズは、表面が曲面形状でも良いし、平板状でもよい。レンズアンテナを使用することで、ウィンドシールドでの反射損失をさらに低減することができる。レーダウィンドウ４は全体がレンズであっても良いし、一部がレンズの機能を有していても良い。

図１２は、本実施形態の変形例を示す。レーダウィンドウの側面４３は、レーダウィンドウの内表面４２側において、ウィンドシールド本体部の内表面２０２に沿って広がるフランジ部４４を有する。フランジ部４４は、ウィンドシールド本体部の内表面２０２に密着する。接着剤などを介して密着していても良い。フランジ部４４は、レーダウィンドウの側面４３の全てに配置されなくとも良い。また、フランジ部４４は、レーダウィンドウの外表面４１側において、ウィンドシールド本体部の外表面２０１に沿って広がり、ウィンドシールド本体部の外表面２０１に密着しても良い。
この構造であれば、レーダウィンドウ４とウィンドシールド本体部２とをより強固に固定することが出来る。

図１３は、本実施形態の変形例を示す。レーダウィンドウ４の第１の縁４０１側の側面４３は、ウィンドシールド本体部２０と接触しない。第１の縁４０１側の側面４３は、車体と直に固定される。

本発明は、送受信したミリ波帯の電波によって周囲の物体を検知するレーダシステム８の発明と言い換えることもできる。レーダシステム８は、ウィンドシールド２を有する。ウィンドシールド２は、ウィンドシールド本体部２０とレーダウィンドウ４を有する。ウィンドシールド本体部２０およびレーダウィンドウ４の構造は、本実施例と同一である。

車両１は、乗用車には限定されず、トラック、列車等の様々な用途のものであってよい。さらには、有人運転のものには限定されず、工場内の無人搬送車等の無人運転車両であってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明に係る車両およびレーダシステムは、様々な用途に利用することができる。

車両 １
車体 １０
車室 １３
バックミラー １４
駆動機構 １５
ウィンドシールド ２
ウィンドシールド本体部 ２０
ウィンドシールド本体部の外表面 ２０１
ウィンドシールド本体部の内表面 ２０２
ウィンドシールド本体部の側面 ２０３
車載レーダ ３
レーダウィンドウ ４
レーダウィンドウの外表面 ４１
レーダウィンドウの内表面 ４２
レーダウィンドウの側面 ４３
フランジ部 ４４
第１の縁 ４０１
第２の縁 ４０２
第３の縁 ４０３
第４の縁 ４０４
アンテナ部 ５、５０
送信アンテナ部 ５１
送信ホーン ５１０
受信アンテナ部 ５２
受信ホーン ５２１、５２２、５２３・・・Ｎ
開口部 ６、６０
基部 ７
矩形導波管 ７０
垂直偏波用受信アンテナ部 ５３
受信ホーン ５３１、５３２、５３３
水平偏波用受信アンテナ部 ５４
受信ホーン ５４１、５４２、５４３

Claims (12)

1. 送受信したミリ波帯の電波によって周囲の物体を検知する車載レーダ及び前記電波の少なくとも一部が入射するレーダウィンドウを備えたウィンドシールドであって、
   単一のガラス層、または樹脂層が貼り合わされた少なくとも一つのガラス層を含むウィンドシールド本体部を有し、
   前記ウィンドシールド本体部および前記レーダウィンドウは共に板形状を有し、
   前記レーダウィンドウの面積は前記ウィンドシールド本体部の面積よりも小さく、
   前記レーダウィンドウの比誘電率は、前記ガラス層の比誘電率よりも小さく、
   前記レーダウィンドウの外表面と内表面を繋ぐ側面の少なくとも一部は、
   前記ウィンドシールド本体部の外表面と内表面を繋ぐ側面と接する、
   ウィンドシールド。
2. 前記レーダウィンドウの外表面と前記ウィンドシールド本体部の外表面は、連続した一つの面をなす、
   請求項１のウィンドシールド。
3. 前記ウィンドシールド本体部は、横方向に伸びる上下の縁、および上下方向に伸びる左右の縁を有し、かつ、前記上下の縁は上側の縁よりも下側の縁の方が長く、
   前記レーダウィンドウは、前記ウィンドシールド本体部の前記上側の縁から前記下側の縁に向かうに従って幅が広がる形状を有する、
   請求項１または２のウィンドシールド。
4. 前記レーダウィンドウの側面は、当該レーダウィンドウの外表面側または内表面側において、前記ウィンドシールド本体部の外表面または内表面に沿って広がるフランジ部を有し、
   前記フランジ部は当該ウィンドシールド本体部の外表面または内表面に密着する、
   請求項１から３のウィンドシールド。
5. 送受信したミリ波帯の電波によって周囲の物体を検知するレーダシステムにおいて、
   車載レーダと、
   前記電波が前記レーダより放射される側に配置されるウィンドシールドと、を有し、
   前記ウィンドシールドは、単一のガラス層、または樹脂層が貼り合わされた少なくとも一つのガラス層を含むウィンドシールド本体部を有し、
   前記ウィンドシールドは、前記電波の少なくとも一部が入射するレーダウィンドウを有し、
   前記ウィンドシールド本体部および前記レーダウィンドウは共に板形状を有し、
   前記レーダウィンドウの面積は前記ウィンドシールド本体部の面積よりも小さく、
   前記レーダウィンドウの比誘電率は、前記ガラス層の比誘電率よりも小さく、
   前記レーダウィンドウの外表面と内表面を繋ぐ側面の少なくとも一部は、前記ウィンドシールド本体部の外表面と内表面を繋ぐ側面と接する、
   レーダシステム。
6. 前記車載レーダは、前記電波を送受信するアンテナ部を有し、
   前記レーダウィンドウは、少なくとも一部が前記アンテナ部に接続されている、
   請求項５のレーダシステム。
7. 前記アンテナの開口部の下縁は前記ウィンドシールド本体部の内表面よりも下側に位置する、
   請求項５または６のレーダシステム。
8. 前記アンテナの開口面は前記ウィンドシールド本体部の内表面に沿って広がる、
   請求項５または６のレーダシステム。
9. 前記電波の垂直偏波成分は水平偏波成分よりも小さい、
   請求項５から８のレーダシステム。
10. 前記レーダウィンドウの側面は、当該レーダウィンドウの外表面側または内表面側において、前記ウィンドシールド本体部の外表面または内表面に沿って広がるフランジ部を有し、
    前記フランジ部は当該ウィンドシールド本体部の外表面または内表面に密着する、
    請求項５から９のレーダシステム。
11. 請求項５から請求項１０に記載のレーダシステムが搭載された車両であって、車室内にバックミラーを有し、前記車載レーダは、前記レーダウィンドウと前記バックミラーの間に配置される、車両。
12. 前記前記ウィンドシールドと前記電波の進行方向とのなす角度は４０°未満である、
    請求項１１の車両。

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