JP2019137380A - 電磁波利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波が通過する通過部の加熱を、電磁波の通過を妨げることなく行うことのできる電磁波利用システムを提供する。【解決手段】電磁波の送受のうち少なくとも一方を行う電磁波装置１００、２０１と、電磁波装置１００、２０１が利用する電磁波が通過する通過部１、２０３を加熱するヒータ１１、２１とを備え、ヒータ１１、２１は、電流が流れると発熱する発熱体１１１と、発熱体を保持する保持部１１２とを有しており、発熱体１１１および保持部１１２は、電磁波装置１００、２０１が利用する電磁波に対して透明である。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁波を利用する電磁波利用システムに関する。

従来、特許文献１には、車両の後方視界を撮像する車載カメラが記載されている。この従来技術では、車載カメラは、リアウインドウに近接して車室内の天井に設置され、リアウインドウを介して外部を撮像する。

この従来技術では、車載カメラは、リアウィンドウのデフォッガーのヒーター線が撮像範囲内に入らないように設置されている。デフォッガーは、ヒータ線がリアウィンドウを加熱することによってリアウインドウの曇りを晴らす装置である。

特開平２−３００７１５号公報

この従来技術によると、車載カメラは、リアウィンドウのデフォッガーのヒーター線が撮像範囲内に入らないように設置されているので、車載カメラの視界がデフォッガーのヒーター線によって妨げられることはない。

しかしながら、この従来技術では、撮像範囲内にデフォッガーのヒーター線がないので、撮像範囲内の曇りをうまく晴らすことができない。したがって、リアウィンドウが曇る条件下では車載カメラの視界の視認性を良好に確保できない、という問題がある。

この問題は、可視光を撮影する車載カメラのみならず、レーザー光を送受する車両用レーザー装置等、電磁波を利用する種々の電磁波利用システムにおいても同様に発生する。

本発明は上記点に鑑みて、電磁波が通過する通過部の加熱を、電磁波の通過を妨げることなく行うことのできる電磁波利用システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の電磁波利用システムでは、
電磁波の送受のうち少なくとも一方を行う電磁波装置（１００、２０１）と、
電磁波装置（１００、２０１）が利用する電磁波が通過する通過部（１、２０３）を加熱するヒータ（１１、２１）とを備え、
ヒータ（１１、２１）は、電流が流れると発熱する発熱体（１１１）と、発熱体を保持する保持部（１１２）とを有しており、
発熱体（１１１）および保持部（１１２）は、電磁波装置（１００、２０１）が利用する電磁波に対して透明である。

これにより、電磁波の通過を妨げることなく通過部（１、２０３）を加熱できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における車両用撮影装置を搭載した車両の断面図である。 図１の車両用撮影装置を示す部分拡大断面図である。 ヒータの平面図である。 第１実施形態における車両用撮影装置の制御装置が実行する制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるレーザー装置を示す断面図である。 図５のＶＩ矢視図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本実施形態の車両用撮影装置について図に基づいて説明する。図中、上下前後の矢印は、車両の上下前後方向を示している。車両用撮影装置は、電磁波の一種である可視光を利用する電磁波利用システムである。

図１に示すように、カメラユニット１０は、車両のフロントガラス１のうち車室内側の面に取り付けられている。カメラユニット１０は、車両のフロントガラス１の上部かつ左右方向の略中央部に取り付けられている。カメラユニット１０は、図示しないバックミラーの近傍に位置している。

図２に示すように、カメラユニット１０は、カメラ１００および筐体１０１を有している。カメラ１００は、車両の窓（本例ではフロントガラス１）を介して車両の前方の外部を撮影する。カメラ１００は、電磁波の一種である可視光を撮影する電磁波装置である。フロントガラス１は、カメラ１００が撮影する可視光が通過する通過部である。

カメラ１００が撮影した画像データは画像処理装置２０に入力される。画像処理装置２０は、カメラ１００の画像データを処理して、車両前方の物体を検知する。画像処理装置２０の検知結果は、衝突安全制御装置２１に出力される。衝突安全制御装置２１は、画像処理装置２０の検知結果に基づいて車両のブレーキ等を制御して、車両の衝突を防止する。

カメラ１００は、筐体１０１に収容されている。筐体１０１は、カメラユニット１０の外殻を構成する部材である。筐体１０１は、フロントガラス１に対して密着してもよいし、フロントガラス１との間に所定の隙間が設けられていてもよい。

フロントガラス１にはヒータ１１が設けられている。ヒータ１１は、発熱することによってフロントガラス１を加熱し、フロントガラス１の車室内側の面の曇りを晴らしたり、フロントガラス１の車室外側の面の雪や霜を融かしたりする役割を果たす。

ヒータ１１は、透明薄膜状の部材である。ヒータ１１は、フロントガラス１のうち車室内側の面に貼り付けられている。ヒータ１１は、フロントガラス１の内部に埋め込まれていてもよい。

図３に示すように、ヒータ１１は、カーボンナノチューブ１１１とバインダ１１２とを有している。カーボンナノチューブ１１１は、電流が流れると発熱する発熱体である。図３では、図示の都合上、カーボンナノチューブ１１１を破線の直線で示している。

カーボンナノチューブ１１１（ＣＮＴとも呼ばれる）は、中空円筒の構造をした炭素の結晶である。カーボンナノチューブ１１１の直径は、０．７〜７０ｎｍと髪の毛の約数万分の一である。カーボンナノチューブ１１１は、長さが数十μｍ以下のチューブ形状の物質である。

バインダ１１２は、カーボンナノチューブ１１１を保持する保持部である。バインダ１１２の材質は、透明な樹脂である。

例えば、ヒータ１１は、バインダ１１２内にカーボンナノチューブ１１１を分散させた薄膜である。ヒータ１１は、カーボンナノチューブ１１１を用いて形成したワイヤを用いた複数の線分状の発熱線を有していてもよい。カーボンナノチューブ１１１を用いて形成したワイヤの線径は数μｍ程度である。

カーボンナノチューブ１１１は、肉眼では識別できないほど細い部材である。カーボンナノチューブ１１１を用いて形成したワイヤも、肉眼では識別できないほど細い部材である。そのため、ヒータ１１は、肉眼では透明に見える。カーボンナノチューブ１１１は、光りを吸収し、光の散乱を防止できる。

ヒータ１１は、一対の電極１１３ａ、１１３ｂを有している。電極１１３ａ、１１３ｂはカーボンナノチューブ１１１に接続されている。

電極１１３ａ、１１３ｂに車両のバッテリ１２から直流電圧が印加されることによって、カーボンナノチューブ１１１に電流が流れてカーボンナノチューブ１１１が発熱する。電極１１３ａ、１１３ｂは、ヒータ１１の縁部に沿って細長い形状に形成されている。

通電部１３は、バッテリ１２から電極１１３ａ、１１３ｂへの直流電圧の印加と遮断を切り替える。通電部１３は、リレーまたはスイッチを有している。通電部１３の作動は、ヒータ制御装置１４によって制御される。

ヒータ１１は、カメラ１００の視界ｖ１の全範囲と重なるように配置されている。図３では、理解を容易にするために、カメラ１００の視界ｖ１を二点鎖線で示している。ヒータ１１は、カメラ１００の視界ｖ１よりも一回り広い範囲まで配置されている。

ヒータ１１の電極１１３ａ、１１３ｂは、カメラ１００の視界ｖ１の外に配置されている。これにより、カメラ１００の視界ｖ１がヒータ１１によって妨げられることを回避している。

ヒータ制御装置１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種機器の作動を制御する。

ヒータ制御装置１４の入力側には、窓表面湿度センサ１５が接続されている。窓表面湿度センサ１５は、窓近傍湿度センサ、窓近傍空気温度センサおよび窓表面温度センサで構成されている。

窓近傍湿度センサは、車室内のフロントガラス１近傍の車室内空気の相対湿度（以下、窓近傍相対湿度と言う。）を検出する。窓近傍空気温度センサは、フロントガラス１近傍の車室内空気の温度を検出する。窓表面温度センサは、フロントガラス１の表面温度を検出する。

通電部１３、ヒータ制御装置１４および窓表面湿度センサ１５は、ヒータ１１の作動を制御するヒータ制御部である。

ヒータ制御装置１４は、図４のフローチャートに示す制御処理を実行する。図４のフローチャートは、ヒータ制御装置１４が実行する制御プログラムのサブルーチンを示している。

まず、ステップＳ１００では、窓表面湿度センサ１５の検出値に基づいて、フロントガラス１の車室内側表面の相対湿度ＲＨＷ（以下、窓表面相対湿度と言う。）を算出する。

窓表面相対湿度ＲＨＷは、フロントガラス１が曇る可能性を表す指標である。具体的には、窓表面相対湿度ＲＨＷの値が大きいほど、フロントガラス１が曇る可能性が高いことを意味する。

ステップＳ１１０では、窓表面相対湿度ＲＨＷが閾値α以上であるか否かを判定する。ステップＳ１１０にて窓表面相対湿度ＲＨＷが閾値α以上であると判定した場合、ステップＳ１２０へ進み、ヒータ１１を発熱させる。具体的には、ヒータ制御装置１４は、車両のバッテリ１２からヒータ１１の電極１１３ａ、１１３ｂに直流電圧を印加する。

これにより、フロントガラス１が曇る可能性が高い場合、ヒータ１１によってフロントガラス１を加熱してフロントガラス１の曇りを防止したり、フロントガラス１が曇った場合、ヒータ１１によってフロントガラス１を加熱してフロントガラス１の曇りを晴らしたりすることができる。

一方、ステップＳ１１０にて窓表面相対湿度ＲＨＷが閾値α以上でないと判定した場合、ステップＳ１３０へ進み、ヒータ１１の発熱を停止させる。具体的には、ヒータ制御装置１４は、ヒータ１１の電極１１３ａ、１１３ｂへの直流電圧の印加を遮断する。

本実施形態では、フロントガラス１を加熱するヒータ１１が、フロントガラス１のうちカメラ１００の視界ｖ１に対応する位置に配置されている。ヒータ１１は、カーボンナノチューブ１１１とバインダ１１２とを有している。カーボンナノチューブ１１１は、肉眼では識別できない部材である。バインダ１１２は、透明な材質で形成されている。

これによると、カメラ１００の視界ｖ１内にヒータ１１があるので、視界ｖ１の曇りを良好に晴らすことができる。さらに、ヒータ１１のカーボンナノチューブ１１１は肉眼で識別できない部材であり、ヒータ１１のバインダ１１２は透明な材質で形成されているので、ヒータ１１を透明にすることができる。したがって、ヒータ１１がカメラ１００の視界ｖ１を妨げることを回避できる。

本実施形態では、ヒータ１１の発熱体がカーボンナノチューブ１１１で形成されている。これによると、カーボンナノチューブ１１１は、光りを吸収し、光の散乱を防止できるので、ヒータ１１の透明性を高めることができる。

本実施形態では、通電部１３、ヒータ制御装置１４および窓表面湿度センサ１５は、フロントガラス１が曇る可能性を判定し、フロントガラス１が曇る可能性が高くなった場合、ヒータ１１に電流を流す。これにより、ヒータ１１を効率的に作動させることができる。

通電部１３、ヒータ制御装置１４および窓表面湿度センサ１５は、フロントガラス１が曇っているか否かを判定し、フロントガラス１が曇っていると判定した場合、ヒータ１１に電流を流してもよい。これによると、ヒータ１１を効率的に作動させることができる。

本実施形態では、ヒータ１１の電極１１３ａ、１１３ｂは、肉眼で識別できる部材であり、視界ｖ１の外部に配置されている。これによると、肉眼で識別できる電極１１３ａ、１１３ｂがカメラ１００の視界ｖ１を妨げることを回避できる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、ヒータ１１を備える車両用撮影装置について説明したが、本実施形態では、ヒータ２１を備える車両用レーザー装置２０について図５および図６に基づいて説明する。

車両用レーザー装置２０は、レーザー光をパルス状に照射し、物体に反射されて帰ってくるまでの時間から対象物の距離や方向、属性などを測定する装置であり、例えば車両の自動運転用センサーとして用いられる。

車両用レーザー装置２０は、レーザー送受器２０１、筐体２０２およびカバー２０３を有している。レーザー送受器２０１は、レーザー光を照射するとともに、物体に反射されて帰ってきたレーザー光を受けることによって物体の検知や物体までの距離の測定を行う機器である。

例えば、車両用レーザー装置２０は、車両の図示しないバンパーに取り付けられていて、車両の前方に向けてレーザー光を照射するとともに、車両の前方から帰ってきたレーザー光を受ける。車両用レーザー装置２０が照射するレーザー光は、例えば近赤外線の波長を持つレーザー光である。

レーザー送受器２０１の作動は、自動運転制御装置２２によって制御される。レーザー送受器２０１による検知結果および測定結果は、自動運転制御装置２２に入力される。自動運転制御装置２２は、レーザー送受器２０１による検知結果および測定結果に基づいて、車両の自動運転を行う。

レーザー送受器２０１は、筐体２０２およびカバー２０３によって密閉された空間に収容されている。筐体２０２およびカバー２０３は、レーザー送受器２０１を収容するとともにレーザー送受器２０１を保護する部材である。筐体２０２は、レーザー送受器２０１が送受するレーザー光が通過しない領域に配置されている。カバー２０３は、レーザー送受器２０１が送受するレーザー光が通過する領域に配置されている。カバー２０３は、樹脂によって形成されている。

ヒータ２１は、上記第１実施形態のヒータ１１と同様の透明薄膜状の部材であり、カーボンナノチューブとバインダとを有している。ヒータ２１のカーボンナノチューブおよびバインダは、レーザー送受器２０１が送受するレーザー光に対して透明である。

レーザー送受器２０１が送受するレーザー光に対するヒータ２１の透明度は８０％以上である。したがって、カバー２０３におけるレーザー光の通過をヒータ２１が妨げることを回避できる。レーザー送受器２０１が送受するレーザー光に対するヒータ２１の透明度は９５％程度であるのが好ましい。

ヒータ２１は、カバー２０３の内側の面に接着により貼り付けられている。ヒータ２１は、カバー２０３の外側の面に貼り付けられていてもよい。ヒータ２１は、カバー２０３にインサート成形されていてもよい。

ヒータ２１は、カバー２０３表面の湾曲形状に追従する柔軟性を有している。ヒータ２１は、カバー２０３のうちレーザー送受器２０１が送受するレーザー光が通過する領域の一部または全部に設けられている。

カバー２０３およびヒータ２１は、レーザー送受器２０１が送受するレーザー光に対して透明である。換言すれば、カバー２０３およびヒータ２１は、レーザー送受器２０１が送受するレーザー光を透過する。

ヒータ２１の図示しない電極に車両の図示しないバッテリから直流電圧が印加されることによって、ヒータ２１の図示しないカーボンナノチューブに電流が流れてカーボンナノチューブが発熱する。ヒータ２１の電極は、ヒータ２１の縁部に沿って細長い形状に形成されている。

筐体２０２およびカバー２０３は密閉空間を形成しているので、密閉空間内外の温度差によってカバー２０３の内側に曇りが生じることがある。冬期には、カバー２０３の外側に雪が付着することがある。

本実施形態では、ヒータ２１がカバー２０３を加熱するので、カバー２０３内側の曇りを良好に晴らしたり、カバー２０３外側の雪を良好に融かしたりすることができる。

しかも、ヒータ２１は、レーザー送受器２０が利用するレーザー光に対して透明であるので、カバー２０３を通過するレーザー光がヒータ２１に妨げられることを回避できる。

カバー２０３は樹脂で形成されているので、カバー２０３がガラスで形成されている場合と比較してカバー２０３におけるレーザー光の吸収量を低く抑えることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記第１実施形態では、ヒータ１１は、フロントガラス１のうちカメラ１００の視界ｖ１よりも一回り広い範囲まで配置されているが、ヒータ１１は、フロントガラス１の全体に配置されていてもよい。これにより、フロントガラス１が曇ることを良好に防止できる。ヒータ１１は透明であるので、ヒータ１１が乗員の視界を妨げることを抑制できる。

（２）上記第１実施形態では、カメラユニット１０およびヒータ１１は、フロントガラス１に配置されているが、カメラユニット１０およびヒータ１１は、例えばリヤガラス等、フロントガラス１以外の窓に配置されていてもよい。

（３）上記第１実施形態では、ヒータ１１はフロントガラス１に配置されているが、ヒータ１１は、車両のヘッドライトカバー等、灯火器（すなわち、可視光を照射する装置）を保護するカバーに配置されていてもよい。灯火器のカバーの材質は、ガラスや樹脂等である。

（４）上記第１実施形態では、ヒータ１１の発熱体としてカーボンナノチューブ１１１が用いられているが、ヒータ１１の発熱体として金属粒子、カーボン粒子、金属酸化物粒子等の肉眼では識別できない部材が用いられていてもよい。すなわち、カメラ１００が撮影する光に対して透明な種々の部材が用いられていればよい。

（５）上記第１実施形態では、車両の衝突を防止するためにカメラ１００の画像データを利用するが、これに限定されるものではなく、車線逸脱防止や車間距離測定等、種々の用途にカメラ１００の画像データを利用してもよい。

（６）上記第１実施形態のカメラ１００は、可視光を撮影するカメラであるが、赤外光や紫外光を撮影するカメラであってもよい。

（７）上記第２実施形態の車両用レーザー装置２０は、車両の前方に向けてレーザー光を送受するが、レーザー送受器２０１を水平面内で回転させながらレーザー光を送受するようになっていてもよい。その場合、ヒータ２１をレーザー送受器２０１とともに回転させるか、レーザー送受器２０１を３６０度囲むようにヒーター２１を設ければよい。

（８）上記第２実施形態ではヒータ２１が車両用レーザー装置２０に用いられているが、ヒータ２１が車両用電波装置に用いられていてもよい。車両用電波装置は、電波を照射し、物体に反射されて帰ってくるまでの時間から対象物の距離や方向、属性などを測定する装置であり、例えば車両の自動運転用センサーとして用いられる。

この場合、ヒータ２１が車両用電波装置のカバーの曇りを除去することによって、曇りによる水分が電波に影響することを防止できる。

（９）上記第２実施形態では、ヒーター２１の発熱体はカーボンナノチューブであるが、ヒーター２１の発熱体は酸化インジウム錫や銀メッシュ等であってもよい。すなわち、レーザー送受器２０が利用するレーザー光に対して透明な種々の部材が用いられていればよい。

（１０）上記実施形態では、電磁波利用システムの具体例として、車両用撮影装置および車両用レーザー装置を示したが、電磁波利用システムは、据置型の撮影装置や据置き型のレーザー装置等であってもよい。

１ フロントガラス（窓）
１１ ヒータ
１３ 通電部（ヒータ制御部）
１４ ヒータ制御装置（ヒータ制御部）
１５ 窓表面湿度センサ（ヒータ制御部）
１００ カメラ
１１１ カーボンナノチューブ（発熱体）
１１２ バインダ（保持部）

上記目的を達成するため、請求項１に記載の電磁波利用システムでは、
電磁波の送受のうち少なくとも一方を行う電磁波装置（１００、２０１）と、
電磁波装置（１００、２０１）が利用する電磁波が通過する通過部（１、２０３）を加熱するヒータ（１１、２１）とを備え、
ヒータ（１１、２１）は、電流が流れると発熱する発熱体（１１１）と、発熱体を保持する保持部（１１２）とを有しており、
発熱体（１１１）および保持部（１１２）は、電磁波装置（１００、２０１）が利用する電磁波に対して透明であり、
電磁波装置は、水平面内で回転しながら電磁波を送受し、
ヒータは、電磁波装置とともに回転する、または電磁波装置を水平方向に３６０度囲んでいる。

Claims (9)

1. 電磁波の送受のうち少なくとも一方を行う電磁波装置（１００、２０１）と、
   前記電磁波装置が利用する前記電磁波が通過する通過部（１、２０３）を加熱するヒータ（１１、２１）とを備え、
   前記ヒータは、電流が流れると発熱する発熱体（１１１）と、前記発熱体を保持する保持部（１１２）とを有しており、
   前記発熱体および前記保持部は、前記電磁波装置が利用する前記電磁波に対して透明である電磁波利用システム。
2. 前記発熱体は、カーボンナノチューブで形成されている請求項１に記載の電磁波利用システム。
3. 前記通過部は樹脂で形成されている請求項２に記載の電磁波利用システム。
4. 前記電磁波装置（２０１）は、前記通過部を介してレーザー光を照射するとともに、物体に反射されて帰ってきた前記レーザー光を受ける装置であり、
   前記電磁波は、前記電磁波装置が利用する前記レーザー光であり、
   前記通過部は、前記電磁波装置を保護するカバー（２０３）である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電磁波利用システム。
5. 前記電磁波装置は、前記通過部を介して車両の外部を撮影するカメラ（１００）であり、
   前記通過部は前記車両の窓（１）であり、
   前記ヒータは、前記窓のうち前記カメラの視界（ｖ１）に対応する位置に配置されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電磁波利用システム。
6. 前記窓が曇る可能性を判定し、前記窓が曇る可能性が高くなった場合、前記ヒータに電流を流すヒータ制御部（１３、１４、１５）を備える請求項５に記載の電磁波利用システム。
7. 前記窓が曇っているか否かを判定し、前記窓が曇っていると判定した場合、前記ヒータに電流を流すヒータ制御部（１３、１４、１５）を備える請求項５に記載の電磁波利用システム。
8. 前記ヒータは、前記発熱体に接続された一対の電極（１１３ａ、１１３ｂ）を有しており、
   前記電極は、前記視界（ｖ１）の外部に配置されている請求項５ないし７のいずれか１つに記載の電磁波利用システム。
9. 前記電磁波装置は、前記通過部を介して可視光を照射する装置であり、
   前記電磁波は、前記電磁波装置が照射する前記可視光であり、
   前記通過部は、前記電磁波装置を保護するカバーである請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電磁波利用システム。

Images