JP6665424B2

JP6665424B2 - 車載用レーダ装置および車両

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Publication number: JP6665424B2
Application number: JP2015098991A
Authority: JP
Inventors: 宏幸加茂
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: CN106183991B; CN106183991A; JP2016070916A

Description

本発明は、車載用レーダ装置および車両に関する。

レーダを用いて車両の周囲の物体を検出する技術を利用して、近年、衝突回避、運転補助、自動運転等の研究が行われている。従来より、自動車では、レーダはフロントノーズに設けられる。高周波発振器はアンテナの近くに配置する必要があり、風雨を避けるために、レドム（Radome）で保護する等の防水や耐候の対策が必要となる。一方、レーダによる検出とカメラ画像との双方を利用して、より高度な検出技術も開発されている。

米国特許第８，６０４，９６８号明細書では、レーダとカメラとを１つのハウジングに納めたレーダ−カメラセンサが提案されている。レーダ−カメラセンサは、自動車のバックミラーよりも前方にてフロントガラスに取り付けられる。レーダ波は垂直偏波もしくは水平偏波の電波が利用される。

国際公開第２００６／０３５５１０号の外界認識装置である複合センサユニットにおいても、画像取り込み部と送受信部とが１つのセンサ実装基板上に実装される。複合センサユニットは車室内に搭載される。
米国特許第８，６０４，９６８号明細書国際公開第２００６／０３５５１０号

レーダ装置を車室内に設けた場合、フロントガラスによる反射および吸収により、レーダ波は減衰する。レーダの分解能を高めるために波長の短い電波を利用する場合、ガラスの影響は大きくなる。また、車載用として使用可能な高周波発振器の出力には法規制による制限があるため、発振器の出力を増すことはできない。その結果、レーダにて監視可能な距離が短くなる。

乗用車などで用いられているフロントガラスは、透明で一見すると一枚のガラス板から成るように見えるが、実は乗員の安全を確保するために、薄い樹脂のフィルムに内外２枚のガラスを積層した、３層構造の合わせガラスとなっている。従来、２層目の樹脂層と最外ガラス層との間で、レーダの性能に影響を与える程に大きな反射が生ずるとは認識されておらず、可視光で見た場合と同じく、一枚のガラス板として扱う事で十分に正確な結果が得られると考えられていた。その前提の下では、フロントガラスへの電波の入射角を最適化する事で反射率を低減する事を着想する者が居たとしても、その角度をブリュースター角よりも大きくする事に利点は見出せない。ブリュースター角を越えると反射率が急速に高くなる。取り付け工程の精度の限界により取り付け角度が所定の角度からずれ得るため、ブリュースター角よりもやや小さな取り付け角を選択することが合理的である。発明者はこの様な前提が誤っていることに気づき、２層目の樹脂層と最外ガラス層との間で生ずる反射が無視できない程に大きく、その部分での反射を抑制する必要がある事を認識した。そして、フロントガラスの最内のガラス層への電波の入射角をブリュースター角よりも大きくする事で３層ガラス全体としての反射率を下げられるとの知見を得て、本件発明を成した。

本発明は、車載用レーダ装置に向けられており、車室内に車載用レーダ装置を配置する場合に、電波の送受信の効率の低下を抑制することを目的としている。

本発明の例示的な一の実施形態に係る車載用レーダ装置は、最内ガラス層、最外ガラス層、および、前記最内ガラス層と前記最外ガラス層との間に挟まれた中間樹脂層を含む合わせガラスの前記最内ガラス層、または前記最内ガラス層の内側に配置されたバックミラー、または天井、に固定されたブラケットに取り付け可能な取付部と、前記最内ガラス層の内側から前記最外ガラス層の外側へとミリ波帯の電波である送信波を送出し、前記最外ガラス層の外側から前記最内ガラス層の内側へと入射する反射波を受けるアンテナ部と、を備える。

前記アンテナ部は前記送信波を送出する送信アンテナを含む。前記送信波の前記合わせガラスに対する垂直偏波成分は、水平偏波成分よりも大きい。前記取付部がブラケットに取り付けられた場合に、前記送信アンテナの主ローブの中心における前記送信波の前記最内ガラス層への入射角は、前記最内ガラス層の内面におけるブリュースター角よりも大きく、前記主ローブの中心における前記送信波の前記最外ガラス層への入射角は、前記最外ガラス層と前記中間樹脂層との間におけるブリュースター角以下である。

本発明は、車載用レーダ装置を備える車両にも向けられている。

上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。

本発明によれば、車室内に配置される車載用レーダ装置において、電波の送受信の効率の低下を抑制することができる。

図１は、車両を簡略化して示す側面図である。図２は、合わせガラスの断面図である。図３は、合わせガラスに取り付けられたレーダ装置の断面図である。図４は、レーダ装置の斜視図である。図５は、レーダ装置の構成の概略を示すブロック図である。図６Ａは、近傍監視モードの様子を示す図である。図６Ｂは、遠方監視モードの様子を示す図である。図７は、送信波が合わせガラスに入射する様子を示す図である。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係る車両１を簡略化して示す側面図である。車両１は乗用車であり、車載用レーダ装置１１（以下、「レーダ装置」という。）を含む。

レーダ装置１１は、衝突回避、運転補助、自動運転等に利用される。レーダ装置１１は、車両１のフロントガラス１２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。レーダ装置１１は、フロントガラス１２に取り付けられるバックミラー１４の前方に位置する。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。

フロントガラス１２は、車体１０に固定され、車室１３内と外部との間に位置する。フロントガラス１２は、２枚のガラスの間にフィルムを挟んだ合わせガラスである。以下、フロントガラス１２を「合わせガラス」とも呼ぶ。レーダ装置１１は合わせガラス１２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。別の取付形態として、バックミラー（rear view mirror）あるいは天井に取り付けることもできる。本実施形態では、レーダ装置１１はブラケットを介して合わせガラス１２に間接的に固定される。

図２に示すように、合わせガラス１２は、最内ガラス層１２１と、最外ガラス層１２２と、中間樹脂層１２３と、を含む。中間樹脂層１２３は、最内ガラス層１２１と最外ガラス層１２２とに挟まれる。すなわち、車室１３内からみて、最内ガラス層１２１、中間樹脂層１２３、最外ガラス層１２２がこの順に並ぶ。合わせガラス１２において、これら３つの層が主要構成要素であれば、他の層が介在してもよい。本実施形態では、最内ガラス層１２１および最外ガラス層１２２はソーダ石灰ガラスである。最内ガラス層１２１の光学特性と最外ガラス層１２２の光学特性とは同じでも異なってもよい。中間樹脂層１２３は、好ましくは、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）である。中間樹脂層１２３は、積層された複数の樹脂層により構成されてもよい。

図３は、合わせガラス１２に取り付けられたレーダ装置１１の断面図である。断面の細部における平行斜線は省略している。既述のように、レーダ装置１１は、ブラケット１６を介して合わせガラス１２に固定される。レーダ装置１１はブラケット１６に対して着脱自在である。

ブラケット１６は２つのプレート部１６１と、連結部１６２と、を含む。２つのプレート部１６１はおよそ重なるように位置し、前側の端部は連結部１６２にて回転可能な状態で連結される。上側のプレート部１６１の上面は、接着部材１６３を介して合わせガラス１２に強固に固定される。ブラケット１６は他の手法により、最内ガラス層１２１に固定されてもよい。下側のプレート部１６１の下面には、ビス１６４を用いてレーダ装置１１が固定される。連結部１６２により、車両１の進行方向に対して左右方向を向く軸を中心として、下側のプレート部１６１は回転可能である。この機構により、上側のプレート部１６１に対する下側のプレート部１６１の角度を選択することができる。

ブラケット１６は、調整ボルト１６５と、バネ１６６と、をさらに含む。バネ１６６は、２つのプレート部１６１に、互いに近づく方向の力を与える。調整ボルト１６５により、上側のプレート部１６１に対する下側のプレート部１６１の位置が決定される。これにより、レーダ装置１１の上下方向における監視方向が正確に決定される。図３のブラケット１６の調整機構に代えて、他の様々な機構が採用されてよい。例えば、上下面の間の傾斜角が異なる複数種類のブラケットを用意しておき、必要となる角度に応じて適切な傾斜角を有するものを選択してもよい。

レーダ装置１１は、アンテナ部２１と、カメラ部２２と、回路部２３と、カバー２４と、を含む。カメラ部２２は、アンテナ部２１の上方に位置する。カバー２４は、アンテナ部２１、カメラ部２２および回路部２３の上方を覆う。カバー２４は、アンテナ部２１に取り付けられる。カメラ部２２も図示省略の部材を介してアンテナ部２１に取り付けられる。アンテナ部２１、カメラ部２２および回路部２３の配置は適宜変更されてよい。例えば、カメラ部２２はアンテナ部２１の下方や側方に位置してもよい。カバー２４はアンテナ部２１、カメラ部２２および回路部２３を様々な態様にて覆うものであってよい。例えば、カバー２４はアンテナ部２１、カメラ部２２および回路部２３の全体を覆ってもよいし、下方のみを覆ってもよい。

図４はレーダ装置１１の斜視図である。カバー２４の上部には、ブラケット１６に取り付けられる取付部２４１が設けられる。取付部２４１は、平面２４２と、取付孔２４３と、を含む。平面２４２は、ブラケット１６の下側のプレート部１６１に接する。取付孔２４３には、ビス１６４が挿入される。

図３に示すように、回路部２３は、アンテナ部２１に取り付けられる回路基板２３ａと、カメラ部２２に接続される回路基板２３ｂと、を含む。回路基板２３ａと回路基板２３ｂとは電気的に接続される。回路基板２３ａは主にアンテナ部２１からの信号を処理し、回路基板２３ｂは主にカメラ部２２からの信号を処理するが、これらの機能の分担は適宜変更されてよい。

アンテナ部２１は、合わせガラス１２を介して車外へとレーダ波である電波を送出し、外部からの反射波を合わせガラス１２を介して受信する。すなわち、アンテナ部２１は、最内ガラス層１２１の内側から最外ガラス層１２２の外側へと送信波を送出し、最外ガラス層１２２の外側から最内ガラス層１２１の内側へと入射する反射波を受ける。

図４に示すように、アンテナ部２１は、送信アンテナ部２１１と、受信アンテナ部２１２と、を含む。送信アンテナ部２１１は、送信波を送出する。受信アンテナ部２１２は、送信波に起因する反射波を受ける。送信アンテナ部２１１は、第１送信アンテナ２１３と、第２送信アンテナ２１４と、を含む。第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４はホーンアンテナである。第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４のホーンの上下方向の高さは同じである。第１送信アンテナ２１３のホーンの横方向の幅は、第２送信アンテナ２１４のホーンの横方向の幅よりも狭い。これにより、第１送信アンテナ２１３は、放射範囲が広い第１送信波を送出し、第２送信アンテナ２１４は、第１送信波とは放射パターンが異なり、放射範囲が第１送信波よりも狭い第２送信波を送出する。すなわち、送信アンテナ部２１１は、第１送信波と第２送信波とを送出可能である。

受信アンテナ部２１２は、５個の受信アンテナ２１５を含む。複数の受信アンテナ２１５は、横方向に配列される。各受信アンテナ２１５はホーンアンテナである。すなわち、アンテナ部２１が有する全てのアンテナは、ホーンアンテナである。複数の受信アンテナ２１５のホーンの形状は同一である。なお、「縦方向」および「横方向」とは、車両１に対して設計上定められた縦方向および横方向であり、重力方向に正確に平行な方向および垂直な方向である必要はない。

アンテナ部２１の各ホーンアンテナでは、ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）、伝送線路（具体的には、マイクロストリップ線路、トランスデューサ、導波管）、ホーンの順に信号を送受信するための構成が電気的または空間的に接続される。ホーンアンテナを利用することにより、アンテナの高さ方向の幅を小さく抑えつつ利得を確保することができ、レーダ装置１１の前方投影面積を小さくすることができる。これにより、乗員の視野を妨げることなくフロントガラス付近にレーダ装置１１を配置することができる。

図３に示すように、レーダ装置１１は、アンテナカバー２５をさらに含む。図４ではアンテナカバー２５を省略している。アンテナカバー２５は、合わせガラス１２とアンテナ部２１との間に位置し、アンテナ部２１の前方を覆う。アンテナカバー２５は樹脂にて成型される。アンテナカバー２５の前面、すなわち、外側の面は黒色である。これにより、車外から見てアンテナ部２１が目立つことが防止され、車両１の美観が確保される。アンテナカバー２５は送信波の送出方向に対して垂直方向から約１０度傾斜している。

カメラ部２２は、２次元撮像素子を含む。カメラ部２２は、合わせガラス１２の内側から外側を観察する。換言すれば、カメラ部２２は、車室１３内から車外を観察する。図３および図４に示すように、カバー２４は、カメラ窓２４４を含む。カメラ窓２４４は透明である。カメラ部２２はカメラ窓２４４および合わせガラス１２を介して車外を観察する。

図５は、レーダ装置１１の構成の概略を示すブロック図である。第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４は選択部３１１に接続される。選択部３１１は高周波発振器３１２に接続される。これにより、高周波発振器３１２と第１送信アンテナ２１３との接続と、高周波発振器３１２と第２送信アンテナ２１４との接続とが切り替えられ、第１送信アンテナ２１３または第２送信アンテナ２１４に高周波電力が供給される。すなわち、第１送信波の送出と第２送信波の送出とが切り替えられる。本実施形態では、使用される周波数帯域が比較的狭いＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式が採用され、高周波発振器３１２から出力される高周波信号の周波数は、上下に変動する。

５個の受信アンテナ２１５のそれぞれは、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は選択部３３に接続される。受信アンテナ２１５には、送信波が外部の対象物にて反射して得られる反射波が入射する。受信アンテナ２１５およびこれに付随する回路にて得られる反射波の信号は、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、選択部３３に入力される。

選択部３３は、５つのビート信号の少なくとも一部を選択して検出部３５に入力する。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、速度等を求める。一方、カメラ部２２からの画像信号も検出部３５に入力される。検出部３５では、アンテナ部２１およびカメラ部２２からの情報を利用して、対象物の種類や状態がさらに高度に検出される。

選択部３１１、高周波発振器３１２、選択部３３および検出部３５は、制御部３４に接続される。制御部３４はこれらの構成要素を制御することにより、検出部３５における検出動作を実現する。制御部３４および検出部３５は回路部２３に設けられる。

制御部３４の動作は、近傍監視モードと、遠方監視モードと、を含む。図６Ａは近傍監視モードの様子を示す図であり、図６Ｂは遠方監視モードの様子を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、下側がアンテナ側であり、上側が車両１の前方に対応する。範囲４１は送信波の放射範囲を示す。第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４では、主ローブに対してサイドローブは十分に小さい。パターン４２は受信アンテナ部２１２のアンテナパターンを示す。符号４２１は主ローブを指し、符号４２２は主ローブ４２１以外のサイドローブを指す。

近傍監視モードでは、制御部３４による選択部３１１の制御により、第１送信アンテナ２１３から第１送信波が送出される。一方、制御部３４による選択部３３の制御により、５つの受信アンテナ２１５に由来する信号が検出部３５に入力される。配置間隔が狭い５つの受信アンテナ２１５からの信号を利用することにより、受信アンテナ部２１２における主ローブ４２１の広がりを広くすることができ、一方でサイドローブ４２２の広がりを抑えることができる。その結果、後述の遠方監視モードに比べて、近傍監視モードでは、方位分解能は低く、有効検出方位範囲は広くなる。既述のように、第１送信波は第２送信波に比べて放射範囲４１が広い。したがって、近傍監視モードでは、広範囲に亘って対象物を検出することが実現される。

遠方監視モードでは、制御部３４による選択部３１１の制御により、第２送信アンテナ２１４から第２送信波が送出される。一方、制御部３４による選択部３３の制御により、５つの受信アンテナ２１５のうち、左右および中央の３つの受信アンテナ２１５に由来する信号のみが検出部３５に入力される。配置間隔が広い３つの受信アンテナ２１５からの信号のみを利用することにより、受信アンテナ部２１２における主ローブ４２１の広がりを狭くすることができる。一方、サイドローブ４２２は大きくなる。

しかし、第２送信波の放射範囲４１は狭いため、図６Ｂに示すようにサイドローブ４２２の方向には第２送信波は放射されない。換言すれば、前方遠くに位置する物体を検知するために、監視を必要としない正面から逸れた方位には電波は照射されない。これにより、サイドローブ４２２の影響を抑えつつ主ローブ４２１における反射波の検出が実現される。遠方監視モードでは、方位分解能は高くなり、有効検出方位範囲は狭くなる。遠方監視モードでは、遠方の狭い囲における対象物を検出することが実現される。

以上のように、レーダ装置１１では、制御部３４が、送信アンテナ部２１１、受信アンテナ部２１２等を制御することにより、２つの動作モードが実行される。レーダ装置１１では、受信アンテナ部２１２にて主ローブの範囲を変更し、遠方監視時に分解能を全方位に亘って高める必要がない、という車載用特有の条件を利用している。これにより、近傍監視および遠方監視を実現しつつ、レーダ装置１１の製造コストを削減することができる。レーダ装置１１では、遠方監視モードにて利用される複数の受信アンテナ２１５が、近傍監視モードにて利用される複数の受信アンテナ２１５に含められることにより、適切な近傍および遠方監視を低コストにて実現している。

受信アンテナ部２１２のアンテナパターンの変更は、選択部３３にて受信アンテナ２１５からの信号に重み付けが行われることにより行われてもよい。さらに、選択部３３を利用するのではなく、受信アンテナ２１５の受信機能自体をＯＮ／ＯＦＦする機構を設けることにより、受信アンテナ２１５からの信号が選択されてもよい。この場合、受信をＯＮ／ＯＦＦする機構が選択部として機能する。

近傍監視モードと遠方監視モードとは高速に切り替えられる。すなわち、制御部３４の制御により、第１送信波と第２送信波とは交互に送出される。実際には、演算中の無駄な電波の送出を省くために、第１送信波と第２送信波との間の送出停止時間は、第１送信波の送出時間および第２送信波の送出時間のいずれよりも長い。例えば、送信波の１回の送出時間は２ｍｓｅｃであり、送信間隔は５０ｍｓｅｃである。

横方向に等間隔に配置される受信アンテナ２１５の数は、５には限定されない。受信アンテナ２１５の数は６以上でもよい。受信アンテナ２１５の数を５以上とすることにより、利用する受信アンテナ２１５を間引いた後に、配置間隔が広い３以上の受信アンテナ２１５からの信号を利用することができ、遠方に存在する対象物の位置を把握することができる。検出すべき対象物が１つだけである場合は、間引いた後の受信アンテナ２１５の数は２でもよい。したがって、レーダ装置１１における受信アンテナ２１５の最小数は３である。選択後の配置間隔が広い受信アンテナ２１５の最小数は２である。

近傍監視モードにおいても対象物の位置を検出する必要がない場合は、近傍監視モードにて利用される受信アンテナ２１５の数は２であってもよい。例えば、３つの受信アンテナ２１５が等間隔にて配列され、近傍監視モードでは隣接する２つの受信アンテナ２１５からの信号が利用され、遠方監視モードでは両端の２つの受信アンテナ２１５からの信号が利用されてもよい。

一般的に表現すれば、近傍監視モードにおいて、送信アンテナ部２１１から第１送信波が送出され、複数の受信アンテナ２１５のうち、配置間隔が狭い２以上の受信アンテナ２１５からの信号が利用される。遠方監視モードでは、送信アンテナ部２１１から第２送信波が送出され、複数の受信アンテナ２１５のうち、配置間隔が広い２以上の受信アンテナ２１５からの信号が利用される。そして、受信アンテナ２１５の数を少なくするために、上記配置間隔が広い２以上の受信アンテナ２１５の少なくとも一部は、上記配置間隔が狭い２以上の受信アンテナに含まれる。

第１送信波および第２送信波は、横方向に対する垂直偏波である。第１送信波および第２送信波は完全に垂直偏波のみである必要はなく、斜め偏波や楕円偏波でもよい。一般的に表現すれば、第１送信波および第２送信波の横方向に対する垂直偏波成分は、水平偏波成分よりも大きい。通常、合わせガラス１２は、上部が下部よりも後方に位置するように傾斜しているため、第１送信波および第２送信波の横方向に対する垂直偏波成分は、合わせガラス１２に対する垂直偏波成分である。これにより、送信波が合わせガラス１２を透過する効率が向上する。特に、第１送信波および第２送信波の合わせガラス１２に対する入射角が、合わせガラス１２の内面のブリュースター角に近い場合に、レーダ装置１１による検出効率が向上する。なお、垂直偏波はＴＭ波（Transverse Magnetic Wave）とも呼ばれ、電界成分が反射面に垂直な偏波を指す。このとき、磁界成分は反射面に平行である。水平偏波はＴＥ波（Transverse Electric Wave）とも呼ばれ、磁界成分が反射面に垂直な偏波を指す。このとき、電界成分は反射面に平行である。

第１送信アンテナ２１３のホーンと第２送信アンテナ２１４のホーンは、横方向に並ぶ、本実施形態では、第１送信アンテナ２１３と第２送信アンテナ２１４とは、受信アンテナ部２１２の左右両側にそれぞれ位置する。第１送信アンテナ２１３、第２送信アンテナ２１４および受信アンテナ２１５を左右に並べることにより、複数のホーンを１つの部材に設けることができ、レーダ装置１１の製造コストが削減される。また、レーダ装置１１の設置の際に、各ホーンの向きを容易に正確に決定することができる。特に、第１送信アンテナ２１３のホーンと第２送信アンテナ２１４のホーンとを横方向に並べることにより、第１送信アンテナ２１３の上下方向の向きと第２送信アンテナ２１４の上下方向の向きとを正確に一致させることができる。

第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４は、主ローブの中心の方向、すなわち、主ローブのピークの方向が水平方向に向けられることが好ましい。第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４は、主ローブの方向が、水平方向と水平方向から下方に２度傾斜した方向との間に向けられていても良い。

第１送信アンテナ２１３、第２送信アンテナ２１４および受信アンテナ２１５は、ホーンアンテナ以外のアンテナであってもよい。ミリ波を送受信できるアンテナであれば、どのようなものが用いられてもよい。例えば、レンズアンテナや、安価なプリントアンテナ、マイクロストリップアンテナやスリットアンテナを利用することができる。アンテナ部２１が有する全てのアンテナが同じ種類である必要はなく、異なる種類のアンテナが混在してもよい。

次に、合わせガラス１２の最内ガラス層１２１および最外ガラス層１２２の双方の影響を考慮した場合の送信アンテナの向きについて説明する。垂直偏波は、対象物にブリュースター角にて入射すると、理想的には反射することなく対象物内に導かれる。しかし、後述するように、合わせガラス１２の場合、垂直偏波は最内ガラス層１２１にブリュースター角にて入射すると、最外ガラス層１２２にはブリュースター角よりも小さい角度にて入射する。この場合、合わせガラス１２は、最外ガラス層１２２と中間樹脂層１２３との界面で垂直偏波を反射する。したがって、電波の最内ガラス層１２１への入射角をブリュースター角よりも僅かに大きくすることにより、電波の最外ガラス層１２２への入射角をブリュースター角により近づけることができる。その結果、最外ガラス層１２２と中間樹脂層１２３との界面における反射の減少に起因して、合わせガラス１２による全体の反射も減少し、電波の送受信の効率を向上することが実現される。

図７は、送信波が合わせガラス１２に入射する様子を示す図である。なお、送信波の入射角は、取付部２４１がブラケット１６に取り付けられた場合に、送信アンテナ、すなわち、第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４の主ローブの中心における送信波の対象物への入射角を指すものとする。

以下の説明では、空気の屈折率をｎ_ａ、最内ガラス層１２１の屈折率をｎ_ｇ１、中間樹脂層１２３の屈折率をｎ_ｒ、最外ガラス層１２２の屈折率をｎ_ｇ２、電波の最内ガラス層１２１への入射角をθ_ｉ１、最外ガラス層１２２への入射角をθ_ｉ２、とする。ガラス層１２１，１２２の屈折率ｎ_ｇ１、ｎ_ｇ２は、中間樹脂層１２３の屈折率ｎ_ｒよりも大きい。

まず、スネルの法則より、数１が成り立つ。

したがって、空気層から最内ガラス層１２１にブリュースター角θ_ｂ１にて電波が入射すると、ｓｉｎθ_ｉ２は数２にて表される。

ｔａｎθ_ｂ１は、数３にて表され、ｓｉｎθ_ｂ１はｔａｎθ_ｂ１を用いて数４にて表されることから、ｓｉｎθ_ｉ２は、数５にて表される。

一方、中間樹脂層１２３から最外ガラス層１２２へと向かう際のブリュースター角をθ_ｂ２として、ｔａｎθ_ｂ２は、数６にて表される。

したがって、ｓｉｎθ_ｂ２は、数７にて表される。

ここで、ｎ_ｇ１とｎ_ｇ２とはほぼ等しく、ｎ_ａはｎ_ｒよりも小さいことから、数５と数７とを比較して数８が導かれる。

すなわち、最内ガラス層１２１にブリュースター角θ_ｂ１にて電波が入射すると、最外ガラス層１２２にはブリュースター角θ_ｂ２よりも小さい角度にて入射する。したがって、最内ガラス層１２１にブリュースター角θ_ｂ１よりも大きな入射角にて電波を入射させ、最外ガラス層１２２にブリュースター角θ_ｂ２よりも小さな入射角にて電波を入射させることが可能である。

レーダ装置１１では、合わせガラス１２における上記現象を利用して、取付部２４１がブラケット１６に取り付けられた場合に、第１送信アンテナ２１３の主ローブの中心における第１送信波の最内ガラス層１２１への入射角が、最内ガラス層１２１の内面におけるブリュースター角θ_ｂ１よりも大きく、主ローブの中心における第１送信波の最外ガラス層１２２への入射角が、最外ガラス層１２２と中間樹脂層１２３との間におけるブリュースター角θ_ｂ２以下となるように設計が行われる。

同様に、取付部２４１がブラケット１６に取り付けられた場合に、第２送信アンテナ２１４の主ローブの中心における第２送信波の最内ガラス層１２１への入射角が、最内ガラス層１２１の内面におけるブリュースター角θ_ｂ１よりも大きく、主ローブの中心における第２送信波の最外ガラス層１２２への入射角が、最外ガラス層１２２と中間樹脂層１２３との間におけるブリュースター角θ_ｂ２以下とされる。

ただし、入射角がブリュースター角よりも大きい場合、指数関数的に反射率が高まるため、第１送信波および第２送信波の最内ガラス層１２１への入射角は、あまり大きく設定されることは好ましくない。そのため、第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４の主ローブの中心における第１送信波および第２送信波の最内ガラス層１２１への入射角とブリュースター角との差は、９０度と当該ブリュースター角との差の２５％以下であることが好ましい。このような条件は、第１送信アンテナ２１３および第２送信アンテナ２１４の一方のみに適用されてもよい。

なお、本発明の発明者がミリ波帯の電磁波において観測したように、ミリ波帯の電磁波は他の周波数帯における屈折率とは大きく異なるため、上記の数式を評価するに当たっては、ミリ波帯の電波に対する屈折率が使用されなければならない。ミリ波帯の電波とは、空気中における波長が１ｍｍから１０ｍｍの範囲の電波を指す。

レーダ装置１１および車両１は様々な変形が可能である。

例えば、送信アンテナと受信アンテナとは兼用されてもよい。１つの送信アンテナにアンテナパターンを変更する機構を設けて、１つの送信アンテナから第１送信波と第２送信波とが送出されてもよい。また、１つの受信アンテナに受信アンテナパターンを変化させる機構を設けて近傍監視モードおよび遠方監視モードが実現されてもよい。換言すれば、アンテナ部２１が有するアンテナの数を１とすることも可能であり、アンテナ部２１は少なくとも１つのアンテナを有する。もちろん、好ましくは、アンテナ部２１は複数のアンテナを含む。

複数の受信アンテナ２１５は、横方向に配列される部位を含むのであれば、縦方向に配列される部位を含んでもよい。例えば、複数の受信アンテナ２１５は２次元に配列されてもよい。

レーダ装置１１の取付対象は、フロントガラスには限定されない。レーダ装置１１をリアガラスに取り付け、後方監視が行われてもよい。取付位置はガラス上には限定されない。

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。

発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可能であるといえる。

本発明に係るレーダ装置は、様々な用途の車両に搭載することができる。

１車両
１０車体
１１（車載用）レーダ装置
１２合わせガラス
１５駆動機構
１６ブラケット
２１アンテナ部
２２カメラ部
２４カバー
１２１最内ガラス層
１２２最外ガラス層
１２３中間樹脂層
２１３第１送信アンテナ
２１４第２送信アンテナ
２４１取付部

Claims

最内ガラス層、最外ガラス層、および、前記最内ガラス層と前記最外ガラス層との間に挟まれる中間樹脂層を含む合わせガラスの前記最内ガラス層、または前記最内ガラス層の内側に配置されたバックミラー、または天井、に固定されたブラケットに取り付け可能な取付部と、
前記最内ガラス層の内側から前記最外ガラス層の外側へとミリ波帯の電波である送信波を送出し、前記最外ガラス層の外側から前記最内ガラス層の内側へと入射する反射波を受けるアンテナ部と、
を備え、
前記アンテナ部は前記送信波を送出する送信アンテナを含み、
前記送信波の前記合わせガラスに対する垂直偏波成分は、水平偏波成分よりも大きく、
前記取付部がブラケットに取り付けられた場合に、前記送信アンテナの主ローブの中心における前記送信波の前記最内ガラス層への入射角は、前記最内ガラス層の内面におけるブリュースター角よりも大きく、前記主ローブの中心における前記送信波の前記最外ガラス層への入射角は、前記最外ガラス層と前記中間樹脂層との間におけるブリュースター角以下である、車載用レーダ装置。
前記送信アンテナの前記主ローブの中心における前記送信波の前記最内ガラス層への入射角と前記ブリュースター角との差は、９０度と前記ブリュースター角との差の２５％以下である、請求項１に記載の車載用レーダ装置。
前記アンテナ部は、前記送信波とは放射パターンが異なる他の送信波を送出する他の送信アンテナ、を含み、
前記取付部がブラケットに取り付けられた場合に、前記他の送信アンテナの主ローブの中心における前記他の送信波の前記最内ガラス層への入射角は、前記最内ガラス層の内面におけるブリュースター角よりも大きく、前記主ローブの中心における前記他の送信波の前記最外ガラス層への入射角は、前記最外ガラス層と前記中間樹脂層との間におけるブリュースター角以下である、請求項１または２に記載の車載用レーダ装置。
前記中間樹脂層が、ポリビニルブチラートである、請求項１ないし３のいずれかに記載の車載用レーダ装置。
前記合わせガラスの内側から外側を観察するカメラ部と、
前記アンテナ部および前記カメラ部を覆うカバーと、
をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の車載用レーダ装置。
前記アンテナ部が有する少なくとも１つのアンテナのそれぞれは、ホーンアンテナ、レンズアンテナ、プリントアンテナ、マイクロストリップアンテナまたはスリットアンテナである、請求項１ないし５のいずれかに記載の車載用レーダ装置。
前記アンテナ部が有する全てのアンテナは、ホーンアンテナである、請求項１ないし５のいずれかに記載の車載用レーダ装置。
車体と、
前記車体を移動させる駆動機構と、
前記車体に固定され、車室内と外部との間に位置する合わせガラスと、
前記合わせガラスの内面、または前記内面の内側に配置されたバックミラー、または天井、に直接的または間接的に固定された車載用レーダ装置と、
を備え、
前記合わせガラスは、最内ガラス層と、最外ガラス層と、前記最内ガラス層と前記最外ガラス層との間に挟まれる中間樹脂層と、を含み、
前記車載用レーダ装置は、前記最内ガラス層の内側から前記最外ガラス層の外側へとミリ波帯の電波である送信波を送出し、前記最外ガラス層の外側から前記最内ガラス層の内側へと入射する反射波を受けるアンテナ部、を備え、
前記アンテナ部は前記送信波を送出する送信アンテナを含み、
前記送信波の前記合わせガラスに対する垂直偏波成分は、水平偏波成分よりも大きく、
前記送信アンテナの主ローブの中心における前記送信波の前記最内ガラス層への入射角は、前記最内ガラス層の内面におけるブリュースター角よりも大きく、前記主ローブの中心における前記送信波の前記最外ガラス層への入射角は、前記最外ガラス層と前記中間樹脂層との間におけるブリュースター角以下である、車両。