JP2022188944A - ランプ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーダ波の反射を効果的に抑制でき、ノイズが小さく、ダイナミックレンジが大きいなど高精度のレーダ機能を有するランプ装置を提供する。
【解決手段】車両への取り付け部であるハウジングと、ランプユニットと、レーダ波を送信し、対象物からの反射波を受信するアンテナを有するレーダユニットと、ランプユニット及びレーダユニットを内部空間内に収容するようにハウジングの前面側を覆って取り付けられ、レーダ波を透過する透光性カバーと、ハウジングの内部空間内に配され、電磁波吸収体を含むエクステンションと、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】車両への取り付け部であるハウジングと、ランプユニットと、レーダ波を送信し、対象物からの反射波を受信するアンテナを有するレーダユニットと、ランプユニット及びレーダユニットを内部空間内に収容するようにハウジングの前面側を覆って取り付けられ、レーダ波を透過する透光性カバーと、ハウジングの内部空間内に配され、電磁波吸収体を含むエクステンションと、を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、ランプ装置、特にレーダ装置を内蔵した車両用のランプ装置に関する。
運転支援及び自動運転のために、加速度センサやＧＰＳセンサに加え、カメラ、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）、ミリ波センサなど様々なセンサが用いられる。
特に、ミリ波レーダは、夜間や逆光などの環境、濃霧、降雨及び降雪などの悪天候の影響を受けず、高い検出性能を維持する。また、対象物までの距離や方向、対象物との相対速度を直接検出できる。従って、近距離の対象物であっても高速かつ高精度に検出できるという特徴を有している。
特許文献１には、ミリ波レーダを灯室内に搭載し、前面カバーとミリ波レーダとの間にミリ波を透過させる導光部材を設けた車両用灯具が開示されている。
特許文献２には、光源ユニットとミリ波レーダを搭載し、車体の外観に表れる樹脂カバーを備え、樹脂カバーの一部に不透明な意匠部材を設け、意匠部材によってミリ波レーダを遮蔽した車両用灯具が開示されている。
また、特許文献３には、灯具ユニットとレーダユニットとの間の空間を仕切るように配設され、灯具ユニットとレーダユニットとの間における輻射熱及び電磁波の伝達を遮蔽するセパレータが設けられた車載ライト装置が開示されている。
しかしながら、レーダユニット前面部に配置される部材、例えば前面カバーあるいはエクステンション等によってレーダ波が反射され、当該反射波及び多重反射波によってゴースト（実際には存在しない障害物）が生じると、レーダ装置の検出機能を低下させることになる。
特に、レーダユニットから放射され、ランプ装置内で反射されたレーダ波がさらに金属等からなる車両部分によって反射されてランプ装置内に戻る反射レーダ波（多重反射波）はその強度も強く、ノイズやゴーストとなって検出されるためレーダ装置の検出機能を大きく低下させる。
また、車体フレーム等の車両部分によって反射されてランプ装置内に戻る反射レーダ波の飛行時間は、ランプ装置の前方の本来検出すべき障害物からの反射レーダ波の飛行時間（すなわち、障害物の検出距離）に近く、実在しない障害物を検出するというゴースト（誤検出）の原因となる。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、レーダ波の反射及び多重反射を効果的に抑制でき、ノイズが小さく、ダイナミックレンジが大きいなど高精度のレーダ機能を有するランプ装置を提供することを目的としている。
また、車体を構成する部分によって反射され、ランプ装置内部に戻る反射レーダ波による多重反射を効果的に抑制し、ダイナミックレンジが大きな高精度のレーダ機能を有するランプ装置を提供することを目的としている。
本発明の１実施形態によるランプ装置は、
車両への取り付け部であるハウジングと、
ランプユニットと、
レーダ波を送信し、対象物からの反射波を受信するアンテナを有するレーダユニットと、
前記ランプユニット及び前記レーダユニットを内部空間内に収容するように前記ハウジングの前面側を覆って取り付けられ、前記レーダ波を透過する透光性カバーと、
前記ハウジングの前記内部空間内に配され、電磁波吸収体を含むエクステンションと、を有している。
車両への取り付け部であるハウジングと、
ランプユニットと、
レーダ波を送信し、対象物からの反射波を受信するアンテナを有するレーダユニットと、
前記ランプユニット及び前記レーダユニットを内部空間内に収容するように前記ハウジングの前面側を覆って取り付けられ、前記レーダ波を透過する透光性カバーと、
前記ハウジングの前記内部空間内に配され、電磁波吸収体を含むエクステンションと、を有している。
以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、あるいは組合せて適用してもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態のランプ装置１０の内部構造の一例を模式的に示す図である。ランプ装置１０は、自動車などの車両に搭載される。例えば前照灯であるが、テールライト等のランプ装置として用いることもできる。
図１は、本発明の第１の実施形態のランプ装置１０の内部構造の一例を模式的に示す図である。ランプ装置１０は、自動車などの車両に搭載される。例えば前照灯であるが、テールライト等のランプ装置として用いることもできる。
なお、本明細書においては、車両として自動車を例に説明するが本発明はこれに限定されない。すなわち、本明細書において、車両（Vehicle）は、例えば船、航空機などの乗り物、及び有人及び無人の輸送手段を意味する。
図１は、車両の左前方に搭載された状態のランプ装置１０（左前照灯）を上面から見た場合の、水平面（又は路面に平行な面）における断面を模式的に示している。
ランプ装置１０において、基体（ハウジング）１１と基体１１の前面側又は前方側に取り付けられた透光性カバー（前面カバー）１２とによってランプ筐体（ケーシング）１３が構成されている。
すなわち、透光性カバー１２は、基体１１の前面側を覆うように基体１１に取り付けられ、基体１１が車体側に取り付けられることによって、ランプ装置１０が車体（図示しない）に搭載される。また、透光性カバー１２は、赤色、黄色などの白色以外の光を透過する透光性を有するものを含む。
基体１１はプラスティック（樹脂）によって形成されている。例えば、前照灯ではＰＰ（ポリプロピレン）によって形成され、テールランプでは、ＡＳＡ（アクリロニトリル・スチレン・アクリルゴム）によって形成されているが、これらに限定されない。また、部分的に金属などが用いられていてもよい。
また、透光性カバー１２は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル（ＰＭＭＡ）などの透光性樹脂によって形成されている。
ランプ筐体１３内には、ランプユニット（光源部）である前照灯ユニット１４、レーダ装置であるミリ波レーダユニット（以下、単にレーダユニットという。）１５及びエクステンション１７が内蔵されている。
なお、本明細書において、ランプ装置１０は、前照灯光源に限らず、テールランプ、バックライトなどの外部に向けて光を発する目的又は機能を有する発光装置をいう。
前照灯ユニット１４は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源と、当該光源からの光を配光及び照射するためのレンズ又はリフレクタを有している。前照灯ユニット１４は、光軸ＡＸ１に沿って配され、ロービーム（すれ違い用ビーム）及びハイビーム（走行用ビーム）の照射光ＬＢを前方（図中、FRONT）方向に照射するように設けられている。
また、ランプ装置１０内には、ＤＲＬ（Daytime Running Lights）又はターンランプ（TURNランプ）として機能する他のランプユニットが設けられていてもよい。
レーダユニット１５は、その前面に送受信面１６Ｓ（以下、アンテナ面１６Ｓとも称する。）を有するレーダ波の送受信アンテナ１６が設けられている。レーダユニット１５は、アンテナ１６からミリ波等のレーダ波を送出し、対象物によって反射された反射波を検出する。
レーダユニット１５による検出信号は、制御及び信号処理装置によって信号処理が行われ、対象物との間の距離、速度及び角度等が検出される。
例えば、レーダユニット１５は、電力の受電端子、信号の送受信端子を有し、車両から電力を受け、また車両に搭載された制御装置又はコンピュータとの間で各種信号の送受信を行って動作する。
レーダユニット１５は、例えば車両に搭載された電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）によって制御され、レーダユニット１５による検出信号は、ＥＣＵによって信号処理がなされ、各種の車両制御及び運転支援に用いられる。
レーダユニット１５では、例えば７６－８１ＧＨｚ帯のミリ波、特に７７ＧＨｚ及び７９ＧＨｚ帯のミリ波が好適に用いられるが、この周波数帯に限定されない。
レーダユニット１５のアンテナ面１６Ｓの法線方向ＡＸ２は、前照灯ユニット１４の光軸ＡＸ１に対して（又は車両の進行方向に対して）外側方向（すなわち、左前照灯の場合には左方向）に角度θ（本実施形態では４５°）だけ傾くように配されている。
エクステンション１７は、レーダ波を吸収する電磁波吸収エクステンションである。例えば、エクステンション１７は、カーボンシート、又はポリカーボネート等の樹脂にカーボン等の炭素系黒色顔料を含有させたものを用いることができる。エクステンション１７は、レーダ波を吸収する電磁波吸収体として構成されていればよい。
また、エクステンション１７に含有される電磁波吸収材は、黒色系の顔料、例えば鉄の酸化物（例えば、マグネタイト型四酸化三鉄）、銅とクロムの複合酸化物、銅とクロムと亜鉛の複合酸化物などを用いることができる。
［実施例及び比較例］
図２Ａは、レーダユニット１５、電磁波吸収体であるエクステンション１７及び透光性カバー１２の配置を模式的に示す図である。また、図３は、厚さが３ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）に入射する周波数が７７ＧＨｚの電磁波の入射角度に対する反射率を示すグラフである。
図２Ａは、レーダユニット１５、電磁波吸収体であるエクステンション１７及び透光性カバー１２の配置を模式的に示す図である。また、図３は、厚さが３ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）に入射する周波数が７７ＧＨｚの電磁波の入射角度に対する反射率を示すグラフである。
図２Ａに示すように、エクステンション１７はレーダユニット１５に隣接し、その周囲に配されている。レーダユニット１５の前方にはポリカーボネート（ＰＣ）製の透光性カバー１２が配置されている。
電磁波吸収体であるエクステンション１７は複数個設けられていてもよい。また、エクステンション１７は、図１に示すように、レーダユニット１５に隣接し、レーダユニット１５の両側部（左右方向）に配されていることが、電磁波吸収の点で好ましい。
また、エクステンション１７は、レーダユニット１５に隣接し、レーダユニット１５の左右両側部、上部及び下部の四方からその周囲を囲むように配されていることが好ましい。この場合、エクステンション１７は、レーダユニット１５の周囲を囲む一体の電磁波吸収体エクステンションとして形成されていることがさらに好ましい。
透光性カバー１２よりもレーダユニット１５側の空間がランプ装置１０の内部空間ＳＩであり、透光性カバー１２の反対側の空間がランプ装置１０の外部空間ＳＯである。レーダユニット１５のアンテナ１６からレーダ波ＴＸが装置外部に向けて、すなわち透光性カバー１２に向けて放射される。
ここで、エクステンション１７と透光性カバー１２との間の空間を前方空間ＳＦ、エクステンション１７の後方の空間を後方空間ＳＲと称する。
アンテナ１６から放射されたレーダ波ＴＸは、透光性カバー１２を透過して装置外部に放射される（透過波ＴＷ）とともに、その一部は透光性カバー１２によって反射される（反射波ＲＷ）。反射波ＲＷは、電磁波吸収体であるエクステンション１７によって吸収される。なお、エクステンション１７の電磁波吸収率に応じて、反射波ＲＷの一部はエクステンション１７を透過する（透過波ＲＰ）。
図２Ｂは、図２Ａに対応する図であり、レーダユニット１５からレーダ波ＴＸが放射されたときのランプ装置１０の内外の電磁界強度をシミュレートした結果を示す図である。
当該シミュレーションにおいて、エクステンション１７と透光性カバー１２との間の間隔を３０ｍｍとし、アンテナ１６の中心軸上で、後方空間ＳＲにおけるエクステンション１７から１ｍｍ後方の地点をＡ、外部空間ＳＯにおける透光性カバー１２から１ｍｍ前方の地点をＢとして電磁界強度をシミュレートした。
また、レーダ波ＴＸの放射方向はアンテナ面１６Ｓの中心軸方向とした。また、エクステンション１７の電磁波吸収率を８０％、透光性カバー１２は厚さ３ｍｍのポリカーボネート（ＰＣ）であり、透光性カバー１２による電磁波の反射率を２０％とした。
なお、図３に示すように、レーダ波は透光性カバー１２によって反射されるが、入射角が大きい場合、透光性カバー１２は高い反射率を有する。例えば入射角が約４０～７０°では約３０％以上の反射率を有し、入射角が約８０°以上では約４０～９０％の反射率を有する。
シミュレーションの結果、透光性カバー１２の前方の地点Ｂにおける電界強度はＥ＝５５０Ｖ／ｍであり、エクステンション１７の後方の地点Ａにおける電界強度はＥ＝０Ｖ／ｍであった。
すなわち、図２Ｂにも示すように、エクステンション１７の後方空間ＳＲにおいて反射波の電界強度は抑制され、エクステンション１７と透光性カバー１２との間の前方空間ＳＦに伝播される反射レーダ波は極めて抑制され、ゴースト又はノイズが防止されることが分かった。
また、車両構成部９０等によって反射されたレーダ波は往復でエクステンション１７によって吸収されるため、エクステンション１７と透光性カバー１２との間の前方空間ＳＦに戻る反射波は抑制される。
従って、透光性カバー１２などのランプ装置内の構成部材により反射されたレーダ波が、車体やエンジン等の車両構成部９０等によって反射され、当該反射波がランプ装置内に戻る不要反射レーダ波（及びその多重反射波）によるゴースト又はノイズを効果的に抑制することができることが分かった。
図４Ａは、図２Ａと同様な図であるが、比較例を示す図である。より詳細には、電磁波吸収体であるエクステンション１７に代わって電磁波透過体であるポリカーボネート（ＰＣ）で形成されたエクステンション９１を配した場合のランプ装置内空間の反射レーダ波を模式的に示す図である。
アンテナ１６から放射されたレーダ波ＴＸは、その一部が透光性カバー１２によって反射される（反射波ＲＷ）。反射波ＲＷは、エクステンション９１を透過し（透過波ＲＰ）、車両構成部９０及び／又はランプ装置の基体１１によって反射される（反射波ＱＷ）。
さらに、車両構成部９０からの反射波ＱＷは、エクステンション９１を透過し、エクステンション９１と透光性カバー１２との間の前方空間ＳＦに戻り、透光性カバー１２及びランプ装置の基体１１及び前照灯ユニット１４などの構成部材によって反射され、アンテナ１６に入射してゴースト又はノイズの原因となる。
図４Ｂは、図４Ａに対応する図であり、レーダユニット１５からレーダ波ＴＸが放射されたときのランプ装置１０の内外の電磁界強度をシミュレートした結果を示す図である。透光性カバー１２の厚さ（３ｍｍ）及び材質（ポリカーボネート：ＰＣ）など、その他の条件は、図２Ｂに示した場合と同じである。
透光性カバー１２の前方の地点Ｂにおける電界強度はＥ＝５５０Ｖ／ｍであり、エクステンション９１の後方の地点Ａにおける電界強度はＥ＝４３０Ｖ／ｍであった。
すなわち、図４Ｂにも示すように、エクステンション９１の後方空間ＳＲ内には強い電界強度の波が見られ、エクステンション９１との間の前方空間ＳＦへのレーダ波の反射波が存在することが分かった。
ランプ装置１０の内外の空間には、車体、エンジン、ラジエータ及び車両部品等の車両構成部９０など金属部品が多く、車両構成部９０によって反射されてランプ装置１０内に戻ったレーダ波によるゴースト及びノイズが発生することが理解される。
特に、レーダ波は車体、エンジン等の車両構成部９０によって大きく減衰すること無く反射される。また、車体等の車両構成部９０によって反射されてランプ装置内に戻る反射レーダ波の飛行時間は、ランプ装置の前方の本来検出すべき障害物（検出対象物）からの反射レーダ波の飛行時間（すなわち、障害物の検出距離）に近く、実在しない障害物を検出するというゴースト（誤検出）の原因となる。
［電磁波吸収体］
図５は、ポリカーボネート（ＰＣ）、カーボンを含有させたポリカーボネート及びカーボンシートに入射する電磁波（周波数：７７ＧＨｚ）について、厚さに対する透過率を計算した結果を示すグラフである。なお、入射角は０°（垂直入射）であり、厚さについては２～４ｍｍの範囲でプロットした。
図５は、ポリカーボネート（ＰＣ）、カーボンを含有させたポリカーボネート及びカーボンシートに入射する電磁波（周波数：７７ＧＨｚ）について、厚さに対する透過率を計算した結果を示すグラフである。なお、入射角は０°（垂直入射）であり、厚さについては２～４ｍｍの範囲でプロットした。
ポリカーボネート（ＰＣ）については、約７０％以上の透過率（減衰率３０％以下）である。従って、エクステンションをポリカーボネート製とした場合、透光性カバー１２等からの反射波の大部分が透過し、後方空間ＳＲ内に高い強度の電磁波（レーダ波）が放射される。
カーボンシートについては、比誘電率が高いため、透過特性には比較的短周期の振動が見られるが、レーダ波の周波数に応じてその厚さを調整することにより、広い範囲で透過率を２０％以下（減衰率８０％以上）とすることができ、また透過率を１０％以下（減衰率９０％以上）とすることが容易である。
カーボン含有ポリカーボネートについては、カーボンの含有量に応じて、透過率（又は減衰率）が変化させることができるが、図５に示すように、透過率が３０％以下（減衰率７０％以上）とすることができる。
従って、エクステンション１７にカーボン含有樹脂、又はカーボンシート等の電磁波吸収体を用いることにより、レーダユニット１５（又はアンテナ１６）の後方空間ＳＲ内の電磁波（レーダ波）強度を効果的に抑制することができる。
なお、上述のように、電磁波吸収体としては減衰率７０％以上のものを好適に用いることができる。また、減衰率８０％以上のものがより好適であり、減衰率９０％以上のものがさらに好適である。
従って、本実施形態によれば、透光性カバー（前面カバー）１２などのランプ装置内の構成部材により反射されたレーダ波が、車体やエンジン等の車両構成部９０によって反射され、当該反射波がランプ装置内に戻る不要反射レーダ波（及びその多重反射波）により生じるゴースト又はノイズを効果的に抑制することが可能で、ダイナミックレンジが大きく高精度のレーダ機能を有するランプ装置を提供することができる。
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態の電磁波吸収体エクステンションを模式的に示す図である。第２の実施形態は、エクステンション１７が樹脂製エクステンション部材９２と、エクステンション部材９２の裏面（後方空間ＳＲ側）に設けられた電磁波吸収体１７Ａとからなる点において第１の実施形態と相違している。
図６は、本発明の第２の実施形態の電磁波吸収体エクステンションを模式的に示す図である。第２の実施形態は、エクステンション１７が樹脂製エクステンション部材９２と、エクステンション部材９２の裏面（後方空間ＳＲ側）に設けられた電磁波吸収体１７Ａとからなる点において第１の実施形態と相違している。
第２の実施形態においても、透光性カバー１２などのランプ装置内の構成部材により反射されたレーダ波はエクステンション１７によって吸収され、レーダユニット１５（又はアンテナ１６）の後方空間ＳＲ内への反射レーダ波の侵入が抑制される
従って、第２の実施形態によれば、透光性カバー（前面カバー）１２などのランプ装置内の構成部材により反射されたレーダ波が、車体やエンジン等の車両構成部９０によって反射され、当該反射波がランプ装置内に戻る不要反射レーダ波により生じるゴースト又はノイズを効果的に抑制することが可能で、高精度のレーダ機能を有するランプ装置を提供することができる。
従って、第２の実施形態によれば、透光性カバー（前面カバー）１２などのランプ装置内の構成部材により反射されたレーダ波が、車体やエンジン等の車両構成部９０によって反射され、当該反射波がランプ装置内に戻る不要反射レーダ波により生じるゴースト又はノイズを効果的に抑制することが可能で、高精度のレーダ機能を有するランプ装置を提供することができる。
また、エクステンション部材９２として、光を反射し、又は光を導光し、あるいは外部から視認し難くする部材を用いることができる。従って、ゴースト又はノイズを効果的に抑制することができるとともに、内部の構造物等を視認し難くする意匠部品としてのエクステンション１７を構成することができる。
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態のランプ装置３０の内部構造の一例を模式的に示す図である。
図７は、本発明の第３の実施形態のランプ装置３０の内部構造の一例を模式的に示す図である。
第３の実施形態は、第１の実施形態のランプ装置１０の基体１１に代わり、電磁波吸収体である基体３１が用いられている点において第１の実施形態及び第２の実施形態と相違している。
すなわち、エクステンション１７に加えて、基体３１が電磁波吸収体として構成されている。より詳細には、基体３１は、透光性カバー１２に対向する基体背面部３１Ｂと、基体側部３１Ｓとを有している。
基体背面部３１Ｂ及び基体側部３１Ｓの少なくとも一方が電磁波吸収体として構成されていればよい。また、基体背面部３１Ｂ又は基体側部３１Ｓの一部が電磁波吸収体として構成されていればよい。
あるいは、基体３１は、基体の一部に電磁波吸収体が貼り付けなどにより設けられることによって電磁波吸収体として構成されていてもよい。
本第３の実施形態によれば、前面カバーなどのランプ装置内の構成部材により反射されたレーダ波が、車体やエンジン等の車両構成部９０によって反射され、当該反射波がランプ装置内に戻る不要反射レーダ波（及びその多重反射波）により生じるゴースト又はノイズをさらに効果的に抑制することが可能で、高精度のレーダ機能を有するランプ装置を提供することができる。
１０，３０：ランプ装置
１１，３１：基体
１２：前面カバー
１３：ランプ筐体
１４：ランプユニット
１５：レーダユニット
１６：アンテナ
１６Ｓ：アンテナ面
１７：エクステンション
３１Ｂ：基体背面部
３１Ｓ：基体側部
９０：車両構成部
１１，３１：基体
１２：前面カバー
１３：ランプ筐体
１４：ランプユニット
１５：レーダユニット
１６：アンテナ
１６Ｓ：アンテナ面
１７：エクステンション
３１Ｂ：基体背面部
３１Ｓ：基体側部
９０：車両構成部
Claims (5)
- 車両への取り付け部であるハウジングと、
ランプユニットと、
レーダ波を送信し、対象物からの反射波を受信するアンテナを有するレーダユニットと、
前記ランプユニット及び前記レーダユニットを内部空間内に収容するように前記ハウジングの前面側を覆って取り付けられ、前記レーダ波を透過する透光性カバーと、
前記ハウジングの前記内部空間内に配され、電磁波吸収体を含むエクステンションと、を有するランプ装置。 - 前記エクステンションは電磁波吸収材によって形成されている、請求項１に記載のランプ装置。
- 前記電磁波吸収材はカーボンを含有する樹脂である、請求項２に記載のランプ装置。
- 前記エクステンションは、樹脂製のエクステンション部材と、前記エクステンション部材の背面に設けられた電磁波吸収材によって形成されている、請求項１に記載のランプ装置。
- 前記ハウジングの背面部及び側部の少なくとも一方が電磁波吸収体として構成されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のランプ装置。
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