JP2018017552A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電波吸収層を設けることがなく、誤検知を減少させるレーダ装置の技術を提供する。
【解決手段】レーダ装置１は、放射波が放射される素子部３を筐体２とカバー部材で収納する空間を形成するカバー部材４を備える。レーダ装置１の放射する放射波のうち、物体の検知に使用されない不要波を、カバー部材４の内屈折面８及び外屈折面９により屈折させる。これにより、アンテナ前方を向いたアンテナ面３３の法線方向に対して当該不要波が放射する方向に比べ、より角度が大きくなる方向であるアンテナ後方に向かう。よって、当該不要波が検知されることを抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本開示は、放射波を用いて物体を検知するレーダ装置に関する。

車両の自動運転や衝突防止などを目的として使用されるミリ波レーダが知られている。具体的にはレーダから出射されるミリ波の反射波を受信することであらかじめ設定された角度の範囲である検知エリア内に存在する物体を検知するレーダである。この際、所定の角度より外側に漏れ出す不要波が存在すると当該不要波がミリ波を反射する物体により反射し、反射した不要波をレーダが受信することによって誤検知を引き起こすおそれがある。

これに対して例えば、特許文献１には、カバー部材の不要波が通過する部位に誘電損失の大きい材料を電波吸収層として設けることで、不要波を抑制する技術が提案されている。

特開２００４−３１２６９６号公報

しかしながら、電波吸収層を設けるためには、カバー部材に誘電損失の大きい材料を混合する必要があり、電波吸収層の材料や製造工程が複雑となるという問題があった。
本開示は、電波吸収層を設けることがなく、誤検知を減少させるレーダ装置の技術を提供する。

放射波を用いて物体を検知するレーダ装置（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）であって、レーダ用の放射波を放射する素子部（３）を備えるアンテナ面（３３）と素子部を保護するためにアンテナ面を覆うカバー部材（４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）とを備える。放射波が放射されるアンテナ面の中央からアンテナ面の法線方向に対して所定の立体角の範囲外に放射される放射波を不要波とする。カバー部材は、当該不要波が入射するカバー部材の内側側面である内屈折面（８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）を備える。アンテナ面を境界として放射波が放射される側をアンテナ前方、その反対側をアンテナ後方として、内屈折面に入射した不要波を、アンテナ後方に向かうように屈折させる形状に形成されている。

このような構成によれば、不要波はレーダ装置により検知される範囲よりも外側に屈折される。これにより、不要波が出射される方向が検知エリア内に出射されるミリ波よりも外側、即ちアンテナ面に対して平行に近づくようにずれる。そのため、反射した不要波をレーダ装置が検知することを抑制することができ、電波吸収層を設けることなく、誤検知を減少させることができる。

レーダ装置の斜視図である。 レーダ装置の図１におけるＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 カバー部材４の側面による作用を表す図である。 カバー部材４の側面が検知エリアに接しない従来構造のレーダ装置を表す図である。 検知角度に対するアンテナの利得を表したグラフである。 変形例におけるレーダ装置の断面図である。 変形例におけるレーダ装置での不要波の進行方向を表した断面図である。 変形例におけるレーダ装置の断面図である。 変形例におけるレーダ装置の断面図である。 変形例におけるレーダ装置の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
本実施形態のレーダ装置１は、車両に搭載され、あらかじめ定められた周波数の電波である放射波を放射し、当該放射波を反射した物体からの反射波を受信する。このレーダ装置１は、例えば、車両前面のバンパ部分の内部等に設置される。

図１及び図２に示すように、レーダ装置１は筐体２、素子部３、カバー部材４を備える。
筐体２は、金属材料で構成され、レーダ装置１を用いて車両の周囲に存在する物体を検出するレーダ本体を収納するものであり、図１及び図２には、その一部が示されている。なお、レーダ本体は、素子部３を介して放射波及び反射波を送受信する送受信回路や、送受信回路に得られた受信信号を処理して放射波を反射した物体との距離を少なくとも含む当該物体に関する情報を求める信号処理部等が内蔵されている。

素子部３は、長方形状の回路基板３１を備え、その一方の面に電波を送受信する複数のアンテナ素子３２が形成されている。以下、このアンテナ素子３２が形成された回路基板３１の面をアンテナ面３３という。また、回路基板３１は、アンテナ面３３とは、反対側の面が筐体２に固定されており、筐体２がグランドとして作用する。このときの回路基板３１の面に対して垂直な軸をｚ軸とし、ｚ軸に対して垂直な座標軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸とする。また、ｘ軸とｙ軸はそれぞれ互いに垂直であり、回路基板３１の短辺方向をｘ軸、長辺方向をｙ軸とする。以下では、ｚ軸のプラス方向、即ち電波が放射される方向を前方、ｚ軸のマイナス方向を後方ともいう。また、アンテナ面３３を境界として放射波が放射される側をアンテナ前方、その反対側をアンテナ後方とする。

アンテナ素子３２は、回路基板３１に対して図１及び図２中のｘ軸方向及びｙ軸方向に沿ってそれぞれ複数個が２次元的に配列されている。そして、図１中のｙ軸方向、即ち図２中の奥行き方向に沿って１列に配列された複数のアンテナ素子３２が、それぞれアレーアンテナを構成する。つまり、素子部３は、複数のアレーアンテナが、図中のｘ軸方向に沿って配列された構造を有する。

なお、車両にレーダ装置１を搭載した際には、ｙ軸方向が車高方向と一致し、ｘ軸方向が水平方向と一致し、ｚ軸方向が検知エリア５の中心方向と一致するように装着される。ここでいう検知エリア５とは、アンテナ面の中央からある立体角の範囲内のことで、放射波のうち物体の検知をするための検知波が放射される。なお、放射波のうち、検知波でないもの即ち検知エリア５の外側に放射される、物体の検知に使用しない放射波を不要波とする。また、アレーアンテナは、いずれか１つが送信アンテナとして使用され、それ以外の者が受信アンテナとして使用される。ただし、送信アンテナ及び受信アンテナの数はこれに限定されるものではなく、例えば、すべてのアンテナを送信アンテナ又は受信アンテナとして使用する等でもよい。また、送信アンテナとして使用するアレーアンテナ及び受信アンテナとして使用するアレーアンテナの配置は、任意に設定することができる。

カバー部材４は、素子部３にて送受信される電波を低損失で透過させる誘電体により形成され、直方体状の外形を有し、その一面が開口した箱形の形状を有する。
カバー部材４は、開口部を筐体２でふさぐように筐体２に固定され、筐体２とともに素子部３を収納する空間を形成することによって、素子部３のアンテナ面３３を保護する。このとき、筐体２は回路基板３と基板固定面１１で固定され、回路基板３の表面とカバー部材４とは、カバー設置面１２で固定されている。また、カバー部材４と筐体２とはカバー固定面１３で固定されている。カバー部材４の内側は透過面６と内屈折面８を有する。当該透過面６は、図２に示すようにカバー部材４と筐体２により素子部３を収納する空間を形成するカバー部材４の内側の面において、筐体２に固定された際にアンテナ前方に位置する。当該透過面６はアンテナ面３３と対向する面のうち、素子部の中心から所定の角度の範囲である検知エリア５に重なる部分である。なお、カバー部材４の検知エリア５に重なる部分を透過領域４２という。当該透過面６と検知エリア５の境界を上接点７とする。当該内屈折面８はアンテナ面３３から見てアンテナ前方に向かって広がり上接点７で透過面６と接するように傾斜した平面形状の側面である。また、内屈折面８に対してカバー部材４を挟んで反対側の外側側面を外屈折面９とする。この外屈折面９は、アンテナ面３３から見てアンテナ前方に向かってカバー部材４が狭まるように傾斜する。当該内屈折面８及び外屈折面９は入射した不要波が、屈折することで当該不要波が放射した方向に比べ、アンテナ前方を向いたアンテナ面３３の法線方向に対して当該不要波が放射する方向に比べ、より角度が大きくなる方向に向かうように傾斜される。すなわち、内屈折面８で屈折した不要波は、カバー部材４の内部をアンテナ面３３に対して平行になるように伝播する。この伝播した不要波が外屈折面で屈折し、その結果、内屈折面８及び外屈折面９は当該不要波が屈折によりアンテナ後方に進行するような角度に傾斜する。なお、カバー部材４の外側表面であるカバー表面４１はアンテナ面３３及び透過面６と平行になるよう平坦に設けられている。

［１−２．作用］
以上詳述のとおり構成されたカバー部材４では、透過面６は検知波を透過する。内屈折面８は、不要波を屈折させる。内屈折面８によって屈折された不要波は検知エリア５と離れる方向即ち素子部３によって放射された方向に対して素子部３の中央からより外側に屈折される。すなわち、不要波はアンテナ面３３に対して平行に伝播するように屈折される。屈折した不要波は外屈折面９で再度屈折し、カバー部材４の外に放射される。外屈折面９は傾斜しているため、当該傾斜により外屈折面で再度屈折した不要波はアンテナ面の後方に出射される。

このように構成されたレーダ装置１によれば、図３に示すように、素子部３から放射された検知波は、カバー部材４の側面部分を通過することなく放射される。当該検知波に対する反射波はカバー部材４の側面部分を通過することなく素子部３に到達する。

［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
以上説明したように、レーダ装置１では、カバー部材４の側面部により、不要波はレーダ装置１の後方に向けて屈折させられる。これにより、不要波に起因するマルチパスを抑制し、誤検知を抑制することができる。

図４に示すように、検知角度のうち検知エリア５の外の指向性利得が、実線で示した本実施形態のレーダ装置１によると、点線で示した従来構造のレーダ装置に比べ、低減されていることがわかる。すなわち、本実施形態の構造では、不要波が検知されることを抑制することができることを示している。なお、ここでいう従来構造のレーダ装置１００は、図５に示すように、本実施形態のレーダ装置１と側面に屈折面を有しない点で相違する。これにより、従来構造のレーダ装置１００では不要波は屈折することなく、検知波と同じように放射された方向に直線的に進行する。

［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

上記第１実施形態のレーダ装置１では、カバー部材４の内屈折面８は平面形状の側面であるとした。しかし、第２実施形態のレーダ装置１ａでは、図６に示すようにカバー部材４ａの内屈折面８ａはアンテナ面３３とカバー部材４ａとが形成する空間に向かって凸状の曲面になるように形成される。すなわち、形状が異なる点で、第１実施形態のカバー部材４と第２実施形態のカバー部材４ａとは相違する。当該内屈折面８ａは、アンテナ面３３と同一平面上に曲率中心を持ち曲率半径Ｒで規定される曲面となるように設計されている。すなわち、内屈折面８ａは球面又は円柱状の形状となっている。これにより、内屈折面８ａはアンテナ前方に向かうに従ってアンテナ面３３に対する傾斜がより緩やかになるような曲面となる。

以下、内屈折面８ａの曲面形状を規定する曲率半径Ｒの設計方法について説明する。ここでは、内屈折面８ａに入射した不要波が、内屈折面８ａにて屈折し、カバー部材４ａ内をアンテナ面３３に対しておおむね平行に進むように設計する場合について説明する。図７に示すように、透過面６ａと内屈折面８ａとの境界である上接点７ａにおける内屈折面８ａの接線とアンテナ面３３とがなす角度をα、カバー部材４ａの比誘電率をεｒとする。また、上接点７ａからアンテナ面３３までの距離をｄ、上接点７ａからアンテナ面３３に下ろした垂線とアンテナ面３３とが交わる点から素子部３の中心までの距離をｓとする。また、素子部３の中心と上接点７ａとを結ぶ線と、上接点７ａにおける内屈折面８ａの法線方向とがなす鋭角を角度θａ、上接点７ａに不要波が角度θａで内屈折面８ａに入射したときの不要波の屈折角を角度θｂとする。これら、角度θａ、角度θｂ、角度α、カバー部材４ａの比誘電率εｒ、距離ｄ、距離ｓの間には、（１）〜（３）式に示す関係が成立する。距離ｄ、距離ｓ、比誘電率εｒが決まれば数１から角度αを求めることができる。そして、アンテナ面３３と同一平面上に曲率中心を持ち、上接点７ａでの接線がアンテナ面３３とのなす角が角度αとなるような曲面の曲率半径Ｒは、（４）式によって求めることができる。

［２−２．作用］
内屈折面８ａの屈折率は、空気の屈折率よりも大きいため、角度θｂは角度θｂに比べ小さくなる。内屈折面８ａに入射する不要波の進行方向とアンテナ面３３とのなす角度はアンテナ前方に向かうほど、大きくなる。本実施形態では、アンテナ前方に向かうにしたがって内屈折面８ａのアンテナ面３３に対する傾斜が、緩やかになる。これにより、内屈折面８ａで屈折した不要波のアンテナ面３３に対する角度をより一様にアンテナ面３３に対しておおむね平行になるように屈折させることができる。

［２−３．効果］
第１実施形態に比べ、カバー部材４ａ内を不要波が一様にアンテナ面３３に対して平行になるように屈折され伝播するため、外屈折面９ａに不要波がより到達しやすくなり、外屈折面９ａで屈折した不要波がアンテナ後方に回りやすい。これにより、不要波が検知されることを、第１実施形態よりもさらに抑制することができる。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（３ａ）カバー部材の内側側面が全て、上記各実施形態の内屈折面のような構造を有することに限定されるものではない。例えば、特定の方向について不要波の影響を抑制し、その他の方向は抑制しない構成でもよい。具体的には、図８に示すレーダ装置１ｂのように、カバー部材４ｂの内側側面のうち、一部は内屈折面８ｂのような傾斜した形状を有し、他の部分は傾斜していない形状を有してもよい。このときの透過面６ｂ、上接点７ｂ、及び外屈折面９ｂは上記各実施形態の透過面と同様のものであってもよい。

（３ｂ）上記各実施形態では、外屈折面はアンテナ面３３から見てアンテナ前方に向かってカバー部材４が狭まるように傾斜するとしたが、外屈折面の形状はこれに限定されるものではない。例えば外側に凸面となるような曲面を備えていてもよく、不要波がアンテナ後方に進行すれば傾斜は必要ではない。

（３ｃ）上記各実施形態では、カバー表面は平坦であるとしたが、カバー表面の形状はこれに限定されるものではない。すなわち、透過領域の位置は、表面がカバー表面と同一となるような位置でなくてもよい。例えば、図９に示すレーダ装置１ｃのようにカバー部材４ｃの透過面６ｃがカバー表面４１ｃに比べ突出する構造としてもよい。この場合において、内屈折面８ｃは上記各実施形態の内屈折面と比べ突出する分、広くてもよい。すなわち、上接点７ｃは上記各実施形態よりも高い位置でもよい。また、図１０に示すレーダ装置１ｄのようにカバー部材４ｄの透過面６ｄがカバー表面４１ｄに比べ陥没する構造としてもよい。この場合において、内屈折面８ｄは上記各実施形態の内屈折面と比べ陥没する分、狭くてもよい。すなわち、上接点７ｄは上記各実施形態よりも低い位置でもよい。また、内屈折面８ｄは透過面６ｄを挟んで延長しているような形状であってもよい。検知エリア５の境界は、上接点７ｄに代えて内屈折面８ｄとカバー表面４１ｄの接点７１ｄとしてもよい。外屈折面９ｃ,９ｄは上記各実施形態と同様のものでよい。

（３ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…レーダ装置、３…素子部、４,４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…カバー部材、８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…内屈折面、３３…アンテナ面

Claims (8)

1. 放射波を用いて物体を検知するレーダ装置（１）であって、
   レーダ用の放射波を放射する素子部（３）を備えるアンテナ面（３３）と、
   前記素子部を保護するために前記アンテナ面を覆うカバー部材（４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）と、
   を備え、
   前記カバー部材は、前記放射波が放射される前記アンテナ面の中央から前記アンテナ面の法線方向に対して所定の立体角の範囲外に放射される前記放射波を不要波とし、当該不要波が入射する前記カバー部材の内側側面である内屈折面（８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）を備え、前記アンテナ面を境界として前記放射波が放射される側をアンテナ前方、その反対側をアンテナ後方として、前記内屈折面に入射した前記不要波を、前記アンテナ後方に向かうように屈折させる形状に形成されている、レーダ装置。
2. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記屈折面の少なくとも一部は、前記アンテナ面と前記カバー部材とが形成する空間が前記アンテナ面から前記アンテナ前方に向かって広がるように傾斜した形状を有する、レーダ装置。
3. 請求項２に記載のレーダ装置であって、
   前記屈折面の少なくとも一部は、前記アンテナ面と前記カバー部材とが形成する空間に向かって凸状の曲面に形成されている、レーダ装置。
4. 請求項３に記載のレーダ装置であって、
   前記カバー部材の放射波が透過する面を透過面（６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とし、前記透過面と前記屈折面との境界である部分を上接点（７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）とした際に、前記屈折面の曲率半径Ｒは前記透過面から前記アンテナ面までの距離をｓと、前記屈折面の前記上接点における接線と前記アンテナ面とのなす角度αとにより、下記式を満たす関係である前記カバー部材を備えるレーダ装置。
   
5. 請求項３に記載のレーダ装置であって、
   前記カバー部材の放射波が透過する面を透過面とし、前記曲面は、球面又は、円柱状の形状を有し、前記透過面と前記屈折面との境界である部分を上接点とした際に、前記素子部の中心と当該上接点とを結ぶ線と、当該上接点における前記屈折面の法線方向とがなす鋭角を角度θａとし、当該上接点に前記不要波が当該角度θａで前記屈折面に入射したときの前記不要波の屈折角を角度θｂと、前記カバー部材の比誘電率εｒと、前記上接点における接線と前記アンテナ面とのなす角度αと、前記上接点から前記アンテナ面までの距離ｓと、前記上接点から前記アンテナ面に下した垂線と前記アンテナ面の交わる点から前記素子部の中心までの距離ｄとにより、下記式を満たす関係である前記カバー部材を備えるレーダ装置。
   
6. 請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記屈折面は、入射した前記不要波を前記アンテナ面に対して平行となるような方向に屈折するような曲率半径の曲面を有し、前記カバー部材の外側側面（９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の少なくとも一部が、前記カバー部材を伝播した前記不要波を前記アンテナ面の後方に向かう方向に屈折させる形状に形成されている、レーダ装置。
7. 請求項６に記載のレーダ装置であって、
   前記カバー部材の外側表面の少なくとも一部が、前記カバー部材を伝播した前記不要波を前記不要波が外側表面に対して入射した角度に対してより前記アンテナ面に対して外側に放射するように前記不要波を屈折させるように前記アンテナ面に近い側から前記アンテナ面から遠い側に向かって内側に傾斜させる形状に形成されている、レーダ装置。
8. 請求項７に記載のレーダ装置であって、
   前記カバー部材の外側表面が前記アンテナ面の中央に対して外側に凸となるような曲面を少なくとも一部備えるように形成されている、レーダ装置。