JP5264888B2 - アクティブレーダシステム - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本願は、２００７年５月４日に出願された米国特許出願第１１／７４４，５０３号明細書の優先権を主張するものであり、この米国特許出願の内容は参照により本明細書に援用される。
本発明は、一般に、車両レーダシステムに関する。
現在の車両レーダシステムは、例えば、車間距離制御に使用されるように、単一の固定幅のレーダビームを提供する。このようなシステムのビーム幅は、アンテナアレイのアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）のサイズによって制限される。アンテナのアパーチャは、ナローレーダビームを得るために、他の成分がない場合、レーダ波長と比較して大きい必要がある。したがって、従来の高分解能レーダシステムはアンテナのアパーチャを最大にしようとし、アパーチャの最大化は、コスト、重量、およびパッケージングが重要な車両用途に対して難題をもたらす。
車両用のレーダシステムは、レーダビームを生成するように動作可能なレーダアンテナと、能動レンズを含むレンズ組立体とを備え、レーダビームはレンズ組立体を通る。レーダビームの視野は、レーダビームのビーム幅および／又は走査角度の変更を通して、能動レンズを使用して調整可能である。
いくつかの例では、能動レンズは、調整可能な属性を有するメタマテリアルを含み、視野は、例えば、電気信号を使用して、メタマテリアルの調整可能な属性の制御を通して調整可能である。レンズ組立体は、グリル部品（車両エンブレム（ｖｅｈｉｃｌｅ ｂａｄｇｅ）等）またはバンパー部品等の車両部品を構成し得る。車両部品は、活物質を含み得る。レンズ組立体は、レードームをさらに備え得る。レードームは、装置の部品を風雨から保護するように作用し、この機能は車両部品によって提供され得る。メタマテリアルは、例えば、多層プリント回路基板組立体として、スイッチによって相互接続された導電要素を含み得、スイッチは、電気制御信号を使用して選択的に開閉される。
調整可能な視野は、レーダビームの走査角度および／またはビーム幅を変更することによって達成され得る。ビーム幅が走査角度と比較して狭い場合、視野は走査角度とおおよそ同じである。走査角度およびビーム幅は両方とも、能動レンズを使用して調整され得る。例えば、メタマテリアルを使用して強度可変の発散レンズを提供することにより、ビーム幅および／または走査角度（ビームがレンズ組立体を通った後に測定される）を調整することができる。電子回路を使用して、電子制御信号を能動レンズに提供することができ、ビームの視野は、電子制御信号を使用して調整可能である。動作モードおよび／または視野は、車両速度、ロケーション、運転者選択等の１つまたは複数の車両パラメータに従って調整され得る。
本発明の実施形態は、異なる視野をそれぞれ有する複数の動作モードを有する、車両用のレーダシステムを含む。レーダシステムの動作モードは、他の車両システムと併せて、車両の車間距離制御、歩行者検出、車両検出、動物検出、または駐車支援の提供等の様々な機能を提供するために使用され得る。
能動レンズおよび活物質という用語に使用されるような「能動、活、アクティブ（ａｃｔｉｖｅ）」という用語は、例えば、電子制御入力を通して、そこを通るレーダビームの属性を変更するように調整可能な属性を有するレンズまたは材料を指す。例えば、活物質の屈折率（レーダ周波数での）は、活物質を通るレーダビームのビーム形状を変更するように調整され得る。
レンズ組立体という用語は、場合によってはレードーム等の他の部品と組み合わせられた、レーダビームが通る１枚または複数枚のレンズを指す。能動レンズ組立体は、少なくとも１枚の能動レンズを含むレンズ組立体であり、この用語には、１枚の能動レンズの使用が含まれる。
能動レンズと（それぞれ）組み合わせされたアンテナ、アンテナアレイ装置、及びアンテナによって提供されるレーダビームを示す。 能動レンズと（それぞれ）組み合わせされたアンテナ、アンテナアレイ装置、及びアンテナによって提供されるレーダビームを示す。 能動レンズと（それぞれ）組み合わせされたアンテナ、アンテナアレイ装置、及びアンテナによって提供されるレーダビームを示す。 それぞれ１枚のレンズおよび２枚のレンズを含む能動レンズ組立体を使用してのビーム形状の調整を示す。 それぞれ１枚のレンズおよび２枚のレンズを含む能動レンズ組立体を使用してのビーム形状の調整を示す。 ナロー、断続、およびワイドのビーム幅動作モードを有する、切り替え可能かつ／または調整可能な車両用のレーダシステムを示す。 アンテナアレイおよび能動レンズを含むレーダシステムを示す。 レーダの視野を示す。 レーダの視野を示す。 レンズ内への使用が可能なメタマテリアル構成を示す。 レンズ内への使用が可能な調整可能なアクティブメタマテリアル（ａｃｔｉｖｅ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ）を示す。 制御回路を使用してアクティブメタマテリアルレンズの屈折率の制御を示す。 本発明による改良されたレーダシステムの適用を示す。
本発明は、レーダビームが、能動レンズの調整によって変更できるビーム形状、ひいてはビーム幅を有する例を含む、車両用レーダシステムに関する。
例としてのレーダシステムは、アンテナと、少なくとも１枚の能動レンズと、オプションの部品としての車両グリルとを備える。アンテナアレイは、アンテナアレイ素子を環境から保護するためのレードームを有し得る。レードームは能動レンズを含み得、または能動レンズは別個の保護レードーム内に収容され得る。
レンズは、レーダ周波数で調整可能な屈折率を有する物質等の活物質を含み得る。能動レンズにより、連続範囲視野を得ることが可能であり得、視野は、未走査ビームのビーム幅、ナロービームの走査角度、またはビーム幅と走査角度との組み合わせであり得る。
視野は、活物質の１つまたは複数の属性を変更する制御入力信号に使用して制御することができる。レンズは、異なる状態間で切り替え可能であり得、それにより、例えば、制御入力信号に従っていくつかの離散したビーム形状を得ることが可能になる。これらは、例えば、狭視野、中視野、および広視野に対応し得る。他の例では、切り替えられた要素と調整された要素との組み合わせを使用して、所望のビーム幅および／または３６０°以下の走査角度が得られ得る。
能動レンズを有するレーダシステムでは、レーダシステムが複数の動作モードを有することが可能である。これら動作モードは、車間距離制御、衝突回避、ならびにイメージングおよび目標物（ｔａｒｇｅｔ）識別のためのより高分解能の動作（例えば、より狭いビーム）のための検出およびレンジングを含み得る。広視野は、近距離の駐車支援および歩行者検出に使用され得る。
いくつかの実施形態では、能動レンズは、アクティブメタマテリアルを含む。メタマテリアルの例としては、周期性電磁構造（ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、例えば、２つ以上の材料を含む周期性複合物（ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）（いくつかの例では、１つの構成要素は空気であり得る）が挙げられる。適切なレーダ周波数での正の屈折率および負の屈折率の両方が、メタマテリアルを使用して得られ得る。アクティブメタマテリアルの屈折率は、例えば、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）スイッチまたは他のＭＥＭＳ容量性素子を使用して、導電性要素を選択的に相互接続するように、電場を電気的に調整可能な材料の両端に印加するように、または他の手法に向けて調整され得る。
能動レンズは、レーダビームの形状に対する影響が大幅に低減するように、効率的に非アクティブ化され得る。アパーチャの小さなアンテナアレイは、駐車支援、近距離の車間距離制御、または衝突前センサとして使用されるために、（変更なしの）広視野（例えば、ワイドビームおよび／又は広走査角度）を提供する。能動レンズをアクティブ化させると、ビーム幅が低減し、例えば、より長い範囲での物体検出、イメージング、物体識別、または他の用途に使用され得るナロービームが与えられる。
物体識別は、運転者の視野限界を超えた距離にある他の車両、歩行者、動物等の識別を含み得る。特に、レーダの使用により、雨、雪、霧、または暗い等の視覚不良状況中に向上したイメージングおよび／または物体識別が可能であり得る。
他の例では、複合レンズシステムが使用され得る。１枚または複数枚のレンズを含むレンズ組立体の使用により、車両用途のアンテナアレイを小型化することができる。現在使用されているものよりも小さなレーダアパーチャを使用しながら、狭視野および広視野の両方を得ることができる。アンテナの小型化により、アンテナを車両にあまり目立たずに搭載することが可能である。例えば、アンテナは、グリル要素（車両エンブレム等）、バンパー、照明装置、本体パネル等の車両部品の後ろ又は内部に配置され得る。本発明のいくつかの例では、車両部品はアクティブメタマテリアルを含む。
図１Ａは、主ローブ１４および１６等の副ローブを有するレーダビームを生成する放射素子１２を含む従来のアンテナアレイ１０を示す。レンズなしでは、ビーム幅である主ローブ１４の幅は、アンテナアレイのサイズによって決まる。さらに、主ローブと副ローブとの比率は、アレイ素子の数によって決まる。主ローブの幅は、ビーム幅と呼ぶことができる。
図１Ｂは、アンテナ放射素子１２の二次元構成の図を示す。アンテナアレイのサイズは、構成の物理的な寸法に関連する。他の構成、例えば、湾曲した表面に配置されたアンテナ素子を使用することも可能である。
レーダアンテナは、ミリメートル波放射ビーム等のレーダビームを提供するように動作可能である。レーダアンテナおよび関連する回路は、例えば、従来の送信回路および／または受信回路を使用して、反射レーダまたは反射以外で戻ってきたレーダを送受信するように動作可能であり得る。
一般に、アンテナアレイの物理的サイズを低減すると、より広い主ローブ、ひいてはよりワイドなレーダビームが生成される。レンズの使用により、比較的狭いビームを得ることが可能でありながら、アンテナアレイを小型化することができる。アンテナとレンズとの組み合わせから得られるビーム幅は、レンズなしのより大型のアンテナから得られるものと同じ狭さであり得る。よりワイドなビームは、一般に、他のビームパラメータおよび／または回路が同様であれば、より短い動作範囲に対応する。
図１Ｃは、アンテナアレイ２０とレンズ２２との組み合わせを示す。この場合、アンテナアレイ２０は、図１Ａに示すアンテナアレイ１０よりも小さい。任意のさらなるビーム調整がなければ、２６に示すように、ビーム幅はより広い。しかし、２４に示すように、レンズの使用により、より大きなアレイのビーム幅と同様のビーム幅が得られ得る。したがって、より小さなアンテナの有効アパーチャは、レンズを使用して拡大することができ、それにより、より大きなアンテナのビーム幅と同様のビーム幅を得ることができるため、レンズの使用により、アンテナの小型化が可能である。さらに、レンズのアクティブ化もしくは非アクティブ化、または他の様式でのレンズ調整を通して、複数のビーム幅を得ることができる（例えば、２つの主ローブ２４および２６によって示されるように）。
ビーム形状およびビーム幅という用語は、反射野の主ローブに対して適用され、副ローブは、別段に特記される場合を除き、考慮されない。例えば、図１Ｃは主ローブのみを示す。
図２Ａは、アンテナアレイ３０および能動レンズ３２を示す。ビーム幅は、能動レンズを使用して制御され得る。能動レンズ３２を使用して得られたビームは、３４において示されるものから３６において示されるものに狭めることができる。能動レンズは、例えば、より詳細に本明細書の他のどこかに説明してあるように、電子制御入力を使用して電子的に調整され得る。
図２Ｂは、アンテナアレイ４０と、２枚のレンズ４２および４３を含むレンズ組立体とを含むシステムを示す。この例では、一方または両方のレンズが能動レンズであり、ナローレーダビーム（４４）またはワイドレーダビーム（４６）を得られるようにする。ナロー、狭い（ｎａｒｒｏｗ）およびワイド、広い（ｗｉｄｅ）という用語は、互いに相対的な用語である。いくつかの例では、一方または両方のレンズは非アクティブ化され得る。ビーム幅をより広くする調整を得るため、またはアンテナをさらに小型化するために、他の複数レンズ組立体を使用することもできる。例えば、２枚以上のレンズをアクティブ化、部分的にアクティブ化、および／または一緒に非アクティブ化してもよく、または複数の能動レンズのうちの１枚または複数枚をアクティブ化、部分的にアクティブ化、および／または非アクティブ化してもよい。
図３は、本発明の実施形態によるレーダシステムが支持された車両５０を示す。Ａ、Ｂ、およびＣと記された３つの三角形は、異なる分解能を有するレーダシステムの３つの可能な視野動作モードに近似する。この例では、Ａと記された第１のモードは、狭い走査角度を有する長距離高角度分解能ビームに対応する。Ｂと記された第２のモードは、中走査角度を有する中距離中角度分解能ビームに対応する。Ｃと記された第３のモードは、広い走査角度を有する短距離低角度分解能ビームに対応する。
レーダシステムは、このような構成間で切り替えられ得るか、またはこのような構成間で、もしくはこのような構成を通して連続して調整され得る。長距離構成（Ａ）は、車間距離制御（ＡＣＣ）用途または衝突前感知（ＰＣＳ）用途に使用され得る。中距離構成は、ＰＣＳ強化のために、割り込み検出、停止灯で停止しなかった等の交差点での違反に使用され得、または道路に進入しつつある動物もしくは歩行者の検出に使用され得る。短距離構成は、非常に広い視野を有し、都市部での歩行者検出、駐車支援、または同様の用途に使用され得る。
したがって、本発明のいくつかの実施形態による車両用の改良されたレーダシステムは、高分解能ビームおよび狭い走査角度を提供する第１の動作モードならびに中分解能ビームおよび中走査角度を提供する第２の動作モードを含む複数の動作モードを有する。狭、広、低、および中という用語は、相対的に使用される。第１の動作モードは、イメージングモード、車間距離制御、または衝突前感知モードであり得る。第２の動作モードは、歩行者感知、交差点での違反、駐車支援、または他の短距離動作に使用され得る。単一の装置を使用して、これらまたは他の機能を含む多機能動作を提供することができる。
図４は、レードーム６４およびグリル要素６６を備えたレンズ組立体によって覆われた、基板６０上にアンテナアレイ６２を有する構成を示す。レードームは、レーダアンテナを環境から保護する。この例では、レードームはメタマテリアルを含み、それにより、能動レンズの機能を提供する。グリル要素は、さらなる保護機能を提供し得る。さらに、グリル要素６６は、例えば、ビーム幅および／または走査角度をさらに変更する第２のメタマテリアルを含み得る。別の例では、メタマテリアルレンズはグリル要素４６内に含まれ、レードームはアクティブ要素ではない。
図５Ａおよび図５Ｂは、レーダシステム７０の視野を示す。図５Ａは、中央位置７４および中央位置の各側の２つの角度的にオフセットされた位置を含む３つの可能なビーム位置を点線として示す。ビーム走査を使用して、点線７２および７２’によって示される視野が得られる。ビーム幅は、両方向矢印を使用して示される。図５Ｂは、破線７６および７６’によって示されるより狭い視野を示す。より狭い視野は、走査角度を低減し、かつ／またはビーム幅を低減することによって得ることができる。狭いビーム幅の場合、視野は走査角度におおよそ等しい。
いくつかの例では、視野は、車両を支持する路面に実質的に平行する平面において調整可能である。視野はほぼ円錐形であるか、または路面に垂直な方向においてより狭い。
図６は、回路基板８４等の絶縁媒体によって支持された８０および８２等の導電形態を含むメタマテリアルとして使用可能な複合材料を示す。当該技術分野において既知の様々なメタマテリアル設計を本発明の実施形態に使用してもよい。複合材料は、単位セルサイズを有する単位セルを含む。これら単位セルのうちの１つまたは複数を使用して、メタマテリアルを形成し得る。この例示では、メタマテリアルの単位セルは、ワイヤ幅を有するワイヤと、キャッププレート直径を有するキャッププレートとを含む。導電性要素のこれらパラメータおよび隔たりは、所望のパラメータを得るように調整され得る。
単位セル構成は、レーダアンテナの１つまたは複数の動作周波数において所望の屈折率および／または屈折率勾配を得るように選択することができる。レンズは、アクティブ化および非アクティブ化され得、部分的にアクティブ化され得、かつ／またはいくつかの様々な構成間で切り替えられ得、またはビーム分解能の実質的な連続制御を可能にし得る。
本発明の実施形態に使用可能な複合材料は、“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ”，Ａ．Ｆ．Ｓｔａｒｒ，Ｐ．Ｍ．Ｒｙｅ，Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｓ．Ｎｅｍａｔ−Ｎａｓｓｅｒ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，７０，１１５１１３（２００４）に説明されている。本明細書において説明したように、８．４ＧＨｚ〜９．２ＧＨｚの負の屈折率を有する複合パネルが作られた。複合メタマテリアルは、バイアが回路基板表面に垂直な散乱要素の部分を形成するために使用される、多層回路基板リソグラフィを使用して組み立てられた。
図７は、アクティブメタマテリアルに使用されるＭＥＭＳ素子の例を示す。システムは、電極９０およびビームスイッチ９２を含む。電極とビームスイッチとの間に配置された誘電材料９４がある。ビームスイッチは、自由端部９６および固定端部９８を有し、電子制御信号によって電気的に選択可能である。
図８は、メタマテリアルレンズ等の能動レンズ１０２を通る入力レーダ信号を１００において示す概略図である。制御回路１０４は、低周波制御信号をメタマテリアルレンズ内のＭＥＭＳスイッチに提供し、レンズの調整、アクティブ化／非アクティブ化、または他の様式での所望のレンズ属性の選択を可能にする。負の率のアクティブメタマテリアルの使用により、レーダシステムの視野の変更に使用できる能動発散レンズの製造が可能になる。
図９は、本発明による改良されたレーダシステムの適用を示す。レーダシステム１１０は、異なる視野を有する複数のモードを有し、速度センサまたはＧＰＳ等の１つまたは複数の車両センサを含み得る車両パラメータソース１１２から車両パラメータを受信する。レーダシステムは、駐車支援システム１１４、車間距離制御１１６、および歩行者警告システム１１８等の車両システムにデータを提供する。これら車両システムは例示的なものであり、他の組み合わせを使用してもよい。レーダシステムによって提供されるデータは、検出された外部物体の相対位置および／または相対速度を含み得る。データをこれら車両システムに提供するために、視覚システムまたはＩＲシステム等の他のセンサシステムを使用してもよい。動作モードおよび視野の選択は、車両パラメータまたは他の車両システムからのフィードバックによって決まり得、またはそれらに影響され得る。
活物質
本発明の例では、能動レンズにより、車両運転者および／または車両制御システムによって必要とされるように、または制御されるように、例えば、長距離ナロービームからより短い距離のワイドビームにレーダビームを調整することができる。レンズは、ビーム幅および／または走査角度等のビーム属性を変更するように調整可能な、レーダ周波数での屈折率等の属性を有する活物質を含む。活物質の屈折率は、電子制御回路によって提供される電子制御入力を使用して制御され得る。
本発明のいくつかの実施形態は、複数のレンズを含むレンズ組立体を含み、例えば、レンズ組立体内では、少なくとも１枚のレンズが能動レンズであり、能動レンズは、レンズ組立体を通るレーダビームのビーム属性を変更するように調整可能な１つまたは複数の属性を有する。
メタマテリアル
いくつかの例では、活物質はメタマテリアルを含む。従来のレンズは、負の屈折率または屈折率の大きな勾配が可能ではなかったが、これは、メタマテリアルを使用して得ることができる。メタマテリアルでは、誘電率および／または透磁率を、例えばよりよいインピーダンス整合のために調整することができる。
メタマテリアルレンズは、制御入力信号を使用して、アクティブ化もしくは非アクティブ化され得、またはその属性を他の様式で調整され得る。ＭＥＭＳ型スイッチ、調整装置、ショットキー半導体ダイオード、またはこれらの任意の組み合わせを使用し得るが、例えば、メタマテリアル内の１つまたは複数の構成要素の電気的な調整を使用する他の種類の切り替え要素または制御要素をレンズ内で使用してもよい。
メタマテリアルの例としては、非導電媒体上に配置されるか、または他の様式で非導電媒体によって支持された、金属、導電ポリマー、または他の導電体等の導電体が挙げられる。例えば、メタマテリアルレンズは、ワイヤ、バイア、フィルム等を含み得る。メタマテリアルレンズは、スイッチ、相互接続、調整可能要素等の関連する構成要素を有する多層プリント回路基板を含み得る。
メタマテリアルは、レーダ波長で負の屈折率を有するように構成し得る。例えば、レーダ伝搬方向におおよそ沿った軸方向を有する導電性開放環を含むメタマテリアルは、負の透磁性および負の屈折率を有し得る。例としては、Ｃ字形導体およびスプリットリング共振器が挙げられる。
導体構造は、スイッチを使用して選択的に相互接続することができる。メタマテリアル内のワイヤまたは他の導体形態等の導体要素を選択的に相互接続することにより、このような材料を含んだレンズをアクティブ化もしくは非アクティブ化、またはその他の様式で調整することが可能になる。一例では、レンズは、レンズを通る送信ビームに対して殆ど影響せず、その一方で、アクティブ化された状態では、かなりの発散（または場合によっては、メタマテリアルパラメータに応じて集束）が生じる。
メタマテリアルの単位セル内の導体要素の選択的な相互接続、切断、または他の様式での調整により、レンズ内で、レンズを通るレーダビームに対してごくわずか、小さな、または大きな影響を及ぼし得る程度まで、バルクメタマテリアルの属性を変更することができ、その影響は、メタマテリアル内にあるか、またはメタマテリアルに関連付けられた、ＭＥＭＳ等のスイッチによって制御することができる。
メタマテリアルは、例えば、Ｓｔａｒｒ ｅｔ ａｌ．，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ−ｉｎｄｅｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，７０（２００４）に説明されているような、商業プリント配線基板多層技術を使用して製造することができる。７７ギガヘルツでの動作の場合、メタマテリアルの単位セルサイズは、約４００ミクロンであり、したがって、１０ミクロン〜２０ミクロンの特徴サイズが使用され得る。
メタマテリアルは、微細加工方法を使用して製造され得る。例えば、単位セル構造は、集積回路またはＭＥＭＳの微細加工に使用されるものと同様のリソグラフィ、蒸着、およびエッチングプロセスを使用して非導体基板上にインプリントすることができる。非導体基板はガラス（ホウ珪酸ガラスまたは他の耐熱ガラス）、セラミック（ガラス−セラミック等）、プラスチック、または他の材料であり得る。
屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）は、メタマテリアルを使用して形成されてもよく、本発明の実施形態は、能動ＧＲＩＮレンズの使用を含む。さらに、能動レンズの調整は、レンズ全体にわたって均一でなくてもよい。例えば、レンズエリアの部分を、他の部分を変更せずに、アクティブ化、非アクティブ化、または他の様式で調整することができる。
レンズ組立体は、送信されたレーダが通る、メタマテリアルを含むレードームおよび／または車両グリル部品を含み得る。レンズは、レーダのビーム幅および／または走査角度を制御するようにアクティブ化、非アクティブ化、調整、または他の様式で調整され得る。したがって、ビーム幅および走査角度は調整可能である。
車両グリル
車両は通常、車両の前部にグリルを有し、グリルは、空気を流入させラジエータを通過させる開口部を有する。グリルは、多くの場合、車両の外観の重要な側面であり、グリルに取り付けられた従来のレーダ装置は、車両の外観を大きく損ない得る。
本発明のいくつかの実施形態では、レーダアンテナは、レーダビームがグリルを通過するように、グリルの背後に配置される。さらなる実施形態では、グリル部品は、メタマテリアル等の活物質を含み、活物質は、ビームの属性および／または走査角度の属性を変更するように調整される。グリル部品は、製造業者の商標を帯びた車両エンブレム等の車両エンブレムであり得る。車両エンブレムはメタマテリアルを含み得、能動レンズとして作用し得る。
装置例としては、レードームおよび別個の要素（車両グリルまたはそれに取り付けられた要素等）を備えるレンズ組立体が挙げられ、このレンズ組立体は、レーダシステムのビーム幅を制御し、かつ／または変更するように動作可能である。レードームはオプションであり、省いてもよい。他の例では、レンズ組立体は、車両グリル部品またはそれに取り付けられた要素、フロントバンパー部品、リアバンパー部品、または他の車両部品を構成し得る。
他の車両場所
本発明の実施形態によるレーダシステムは、車両の前部、例えば、上述したように車両グリルの近傍に配置され得る。他の可能な場所としては、車両の後部、側部、例えば、バンパー組立体（フロンバンパーおよび／またはリアバンパー）内、照明装置、トリムピース、または他の車両部品が挙げられる。車両は、複数のアンテナおよび本発明の実施形態によるレンズ組立体を有し得る。
複数の動作モード
動作モードは、車間距離制御（ＡＣＣ）および／または衝突前感知（ＰＣＳ）用の狭走査角度・高分解能ビーム幅モード、割り込み検出、ＰＣＳ強化、および／または歩行者検出用の中走査角度・中ビーム幅モード、ならびに都市部での歩行者検出、駐車支援、または他の用途に使用される広走査角度・低分解能ビーム幅モードを含み得る。単一の装置が、これら動作モードのうちの２つ以上を提供し得る。
簡単にするために、以下の例には、２つのモード、すなわち、狭走査角度・高分解能ビームを有する第１のモードおよび広走査角度・低分解能ビームを有する第２のモードを有するシステムを示す。しかし、ビーム幅、ビーム走査、走査角度、ビームの中心方向、送信パワー、パルスモード送信、連続モード送信、変調の種類、または他のビームパラメータ等の異なるビーム属性および／または走査属性をそれぞれ有する３つ以上のモードがあり得る。
システムは、間隔を置いて第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えることができる。能動レンズは、間隔を置いてアクティブ化および非アクティブ化することができ、例えば、能動レンズのアクティブ化は、０．２〜２秒の範囲等の０．１〜１０秒の範囲内の間隔で行われ得、レンズはアクティブ化とアクティブ化の間のある時間に非アクティブ化される。
他の例では、運転者選択が、例えば、恐らくはデフォルト設定を退けて、動作モードの選択に使用される。運転者は、都市部では広走査モード、すなわちワイドビームモードにし得、高速道路運転中には狭走査モード、すなわちナロービームモードにし得る。
システムは、検出された外部パラメータにより特定のモードに切り替えられ得る。例えば、以下：閾値パラメータを超える車両速度、検出された降水もしくは暗い等の不良視界状況、レーダもしくは他のセンサを使用して未知の物体が検出され、次に、ナロービームがイメージングおよび／もしくは識別に使用されること、高速道路運転中（例えば、ナビゲーションシステムまたは車両の挙動（高速が長期にわたるような）から決定される）、または他のパラメータのうちの１つまたは複数により、ナロービームモードが自動的に選択され得る。
ワイドビームモードは、以下のパラメータ：低速、都市部の場所、頻繁な停止（例えば、車両速度履歴を使用して）、ギア選択（リバースまたはローギアになるような）、または他のパラメータのうちの１つまたは複数により自動的に選択され得る。
いくつかの例では、第１の動作モードは、複数の利用可能な調整のうちの２つ以上を切り替えることができ、第２のモードよりも小さい平均ビーム幅または走査角度を有することができる。例えば、第１のモードは、狭いビーム幅と中ビーム幅または走査角度を切り替えることができ、第２のモードは、広いビーム幅と中ビーム幅または走査角度を切り替えることができる。異なる動作モードは、異なる機能を有するビーム幅または走査角度の異なる組み合わせを含み得る。
車両の動作を支援するプロセスは、レーダシステムを提供すること、レーダビームを生成すること、能動レンズを含むレンズ組立体にレーダビームを通すこと、レーダシステムの視野を変更するように、間隔を置いてレンズ組立体内の能動レンズを調整すること、第１の視野（ビーム幅、走査角度、またはこれらの組み合わせ）を使用して第１のデータを得ること、第２の視野を使用して第２のデータを得ること、および第１のデータおよび第２のデータを使用して、車両の動作を支援することを含む。例えば、第１の視野は、第２の視野よりも狭くてよい。間隔を置いてのレンズ組立体内の能動レンズの調整は、電子制御信号をアクティブメタマテリアルに提供することを含み得る。
イメージングシステム
光学イメージングシステムは、大型で高価なことが多い。従来の視覚システムおよびＩＲシステムは、埃または氷の蓄積によって制限され得る、遮られない見通し線を必要とする。したがって、車両用途へのこのようなシステムの使用は制限されている。本発明の実施形態による改良されたレーダシステムは、従来の視覚システムおよびＩＲカメラシステムに代えて（またはこれらを増強するために）使用することができる。コンパクトミリメートル（またはサブミリメートル）波イメージングシステムをレーダレンジングおよび／または距離測定機能と組み合わせて、改良された多機能装置を提供することができる。
いくつかの実施形態では、合成開口レーダ（ＳＡＲ）を使用して、車両環境のイメージを形成することができる。アパーチャは、能動レンズを使用して、またはアンテナ素子間の位相調整を使用するような他の方法を使用して走査することができる。同じ能動レンズを使用して、レーダビームの走査およびビーム幅の調整を行うことができる。ＤＢＦ（デジタルビーム形成）アンテナを使用し、本発明の実施形態によるレンズを使用して、車両用途用のこのようなアンテナのサイズを低減することができる。
本発明によるシステムは、従来の視覚システムおよびＩＲカメラシステムに代えて、またはこれらを増強するために、高分解能目標物識別または障害物識別を含むイメージングシステムに使用することができる。レーダシステムは、夜間での従来のヘッドライト照明の制限を超えて、または他の視界不良状況下で環境についての情報を提供するために使用することもできる。
レーダ動作
レーダ装置は、パルスレーダとして動作することができ、パルス反復周波数は所定の値であってもよく、または車両環境内の物体の推定距離または実測距離を使用して選択されてもよい。能動レンズを使用して、レーダ装置の視野を迅速に変化させることができ、それにより、データを比較的広い視野および狭い視野から収集することができる。異なる動作モードからのデータは、逐次、重なった、または同時の時間間隔にわたって収集され得る。
レーダ装置の動作モードは、車両動作パラメータ、レーダデータ、ＧＰＳもしくは他の位置データ、および／または他のデータ等の車両パラメータ（現在データおよび／または履歴データを含む）を使用して選択され得る。車両動作パラメータは、速度、操舵入力、ブレーキ、ギア変更等を含む。例えば、高速の持続は高速道路を運転中であることを示すものと解釈することができ、レーダシステムは、例えば、車間距離制御システムの一環として、大部分またはすべての時間において狭視野モードで動作し得る。低速であり、多くのターンを有するのろのろ運転は、都市での運転を示し得、広視野モードが、例えば、歩行者警告システムの一環として使用され得る。
レーダ装置は、異なる視野をそれぞれ有する２つ以上の動作モードを循環し得る。循環時間および各モードの時間は、車両パラメータに従って調整され得る。
本発明のいくつかの実施形態では、アンテナはモノパルスモードで動作することができる。ビームの異なる部分から反射された信号を比較して、視野内の物体の移動の改良された決定を可能にする。モノパルス動作は、位相、振幅、または位相／振幅組み合わせのモノパルス動作を含み得る。例えば、例としてのモノパルスレーダシステムは、少なくとも２つの場所（アンテナアレイの異なる部分であり得る）において物体（別の車両等）からの信号を検出し、検出された信号の和および差分を使用して方位角方向に対する位置情報を得る。
いくつかの例では、レーダアンテナは、走査角度にわたって走査されるビームを生成する。ビームは、路面にほぼ平行するような一平面、または二次元で走査され得る。走査は、アンテナの機械的回転、放射素子間の位相調整、または当該技術分野において既知の他の手法を通して達成され得る。能動レンズは、可変ビーム屈折率を使用して、走査角度、ひいては視野を変更することができる。装置の視野は、ビームがレンズ組立体を通った後の走査角度に関連し、これは能動レンズによって変更することができる。
物体の相対移動は、ドップラーシフト測定を使用して、または検出された距離と時間との関係の変化から決定することができる。レーダデータを他のデータソースと組み合わせて、車両動作の安全性を向上させることができる。
通信システム
本発明の実施形態によるレーダ装置は、通信機能を有することもできる。データは、レーダアンテナによって送信または受信されるレーダビームを介して搬送され得る。能動レンズは、ビーム幅および／またはビームステアリング用途に使用され得る。
本発明は、上述した説明のための例に限定されない。例は、本発明の範囲に対する限定として意図されない。本明細書において説明した方法、装置、構成等は、例示的なものであり、本発明の範囲に対する限定として意図されない。本発明の変更および他の用途を、当業者ならば思い付くであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。

Claims (17)

  1. 車両用のレーダシステムである装置であって、
    レーダビームを生成するように動作可能なレーダアンテナと、
    能動レンズを含むレンズ組立体であって、該能動レンズが、調整可能な属性を有するメタマテリアルにて形成されるというレンズ組立体とを備え、
    前記レーダビームは前記レンズ組立体を通り、
    前記レーダビームは物体を検出する視野を有し、該視野は、ビーム幅、視野の角度範囲となる走査角度およびビーム形状を含む複数の特性を有し、該複数の特性の少なくとも一つが前記メタマテリアルの前記調整可能な属性を使用して変更される、装置。
  2. 前記調整可能な属性は、レーダビーム周波数での屈折率である、請求項１に記載の装置。
  3. 前記レンズ組立体は車両部品を含む、請求項１に記載の装置。
  4. 前記車両部品はグリル部品である、請求項３に記載の装置。
  5. 前記車両部品は車両エンブレムである、請求項３に記載の装置。
  6. 前記車両部品はバンパー部品である、請求項３に記載の装置。
  7. 第１の視野を有する第１の動作モードおよび第２の視野を有する第２の動作モードを有し、
    前記第２の視野は、前記第１の視野よりも広い、請求項１に記載の装置。
  8. 前記第１の動作モードは前記車両の車間距離制御を支援する、請求項７に記載の装置。
  9. 前記第２の動作モードは前記車両の駐車支援システムを支援する、請求項７に記載の装置。
  10. 前記第２の動作モードは前記車両の歩行者検出システムを支援する、請求項７に記載の装置。
  11. 前記視野は前記ビーム幅におおよそ等しい、請求項１に記載の装置。
  12. 電子制御信号を前記能動レンズに提供するように動作可能な電子回路をさらに備え、
    前記ビームの前記視野は、前記電子制御信号を使用して調整可能である、請求項１に記載の装置。
  13. 前記電子回路は前記車両から速度信号を受信する、請求項１２に記載の装置。
  14. 前記メタマテリアルは、スイッチによって相互接続された導電要素を構成し、
    前記スイッチは、前記電子制御信号を使用して選択的に開閉される、請求項１２に記載の装置。
  15. 前記メタマテリアルは、多層プリント回路基板組立体を構成する、請求項１４に記載の装置。
  16. 車両用のレーダシステムである装置であって、
    レーダビームを生成するように動作可能なレーダアンテナと、
    前記レーダビームが通る、能動レンズを含むレンズ組立体と、
    電子制御信号を前記能動レンズに提供するように動作可能な電子回路と、
    を備え、
    前記ビームの視野は、前記電子制御信号を使用して調整可能であり、
    前記能動レンズがメタマテリアルにて形成され、
    前記視野は、ビーム幅、走査角度およびビーム形状を含む複数の特性を有し、該複数の特性の少なくとも一つが前記メタマテリアルの調整可能な屈折率を使用して変更される、装置。
  17. 前記レンズ組立体は車両部品を含む、請求項１６に記載の装置。
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