JP6968527B2

JP6968527B2 - 電波透過性カバー

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Publication number: JP6968527B2
Application number: JP2016207935A
Authority: JP
Inventors: 星哉徳永; 英登前田; 健司磯部; 晃司奥村; 公浩飯村; 達也大庭
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2036-10-24
Also published as: US20180115059A1; JP2018071984A; DE102017124234A1; CN107972600B; CN107972600A; US10693224B2

Description

本発明は、電波レーダ装置の電波の経路内に配置される電波透過性カバーに関する。

近年の自動車においては、当該自動車と、その周囲の自動車や障害物との距離を検知するミリ波レーダ装置（以下、レーダ装置）が搭載されている。こうしたレーダ装置は、自動車の前面に設けられたエンブレムの後側やフロントグリルの後側に搭載されている（例えば特許文献１参照）。この場合のエンブレムなどは、ミリ波が透過する電波透過性カバー（以下、カバー）として機能する。従来、カバーの板厚をレーダ装置の電波（ミリ波）の波長の１／２の整数倍の一定厚さに設定することにより、電波がカバーを透過する際の減衰を抑え、レーダ装置の検知精度を高めるようにしている。

特開２０１６−８０４７９号公報

ところで、こうした従来のカバーでは、上述したように板厚が一定厚さに設定されている。この場合、カバーに対して０度の入射角にて入射する、すなわち垂直に入射する電波については、カバーを透過する際の減衰を効果的に低減することができるものの、レーダ装置による検知範囲を広角化しようとすると、入射角が大きくなり、電波がカバーを透過する際の減衰量が大きくなる。その結果、広角側におけるレーダ装置の検知精度を高めることが難しい。

本発明の目的は、電波レーダ装置による検知範囲の広角化を図ることのできる電波透過性カバーを提供することにある。

上記目的を達成するための電波透過性カバーは、電波レーダ装置の電波の経路内に配置されるものであり、前記カバーの板厚は、前記電波レーダ装置からの電波の入射角が０度となる基準位置において該電波の波長の１／２の整数倍の基準板厚に設定されるとともに、前記基準位置の周辺の位置においては前記基準位置から離間するほど前記基準板厚よりも厚くなるように徐変されている。

同構成によれば、電波の入射角が大きくなる領域においても電波の減衰を適切に抑制することができる。
上記電波透過性カバーにおいて、前記カバーは、前記電波レーダ装置からの電波が入射する裏面を有する基材と、前記基材における前記裏面とは反対側の表面に設けられた表側部材とを有しており、前記基材と前記表側部材との界面には、曲率が部分的に小さくされた小曲率部が設けられている。

カバーが基材及び表側部材を有する場合においては、電波レーダ装置からの電波の一部が基材と表側部材との界面において反射し、その反射波が電波レーダ装置の検知部にて検知されることでノイズが増大することがある。このことが、電波レーダ装置の検知精度を悪化させる一因となっている。

この点、上記構成によれば、電波が基材と表側部材との界面に設けられた小曲率部に入射する際の入射角及び同小曲率部において電波が反射する際の反射角がそれぞれ大きくなる。このため、上記小曲率部からの反射波が電波レーダ装置の検知部にて検知されることを抑制できる。したがって、カバーの裏面の形状を変えることなく電波レーダ装置の検知精度の悪化を抑制することができる。

上記目的を達成するための電波透過性カバーの板厚設定方法は、電波レーダ装置の電波の経路内に配置される電波透過性カバーの板厚を設定する方法であって、前記カバーの各位置の板厚を、当該位置での前記電波レーダ装置からの電波の入射角と、前記カバーの板厚と、該電波の減衰量との間に成立する以下の（式１）〜（式８）に基づいて、前記カバーの板厚に応じて周期的に変化する該電波の減衰量が極小値となるように設定する。

同方法によれば、カバーの各位置での板厚、すなわち各入射角での板厚が、上記（式１）〜（式８）に基づいて、カバーの板厚に応じて周期的に変化する電波の減衰量が極小値となるように設定される。このため、電波の入射角が大きくなる領域においても電波の減衰を適切に抑制することができる。

電波透過性カバーの板厚設定方法において、前記カバーにおける該電波の入射角が０度となる基準位置での板厚を基準板厚とするとき、前記基準位置の周辺の位置での前記カバーの板厚を、該電波の減衰量の複数の極小値にそれぞれ対応する前記カバーの板厚のうち前記基準板厚に最も近い板厚に設定することが好ましい。

同方法によれば、カバーの板厚が位置によって大きく異なることを抑制できる。したがって、カバーの形状を簡単にすることができる。
上記目的を達成するための電波透過性カバーの板厚設定方法は、電波レーダ装置の電波の経路内に配置される電波透過性カバーの板厚を設定する方法であって、前記カバーの裏面に該電波が垂直に入射する複数の垂直面部が形成されるとともに前記垂直面部の各々の法線方向における前記カバーの厚さが該電波の波長の１／２の整数倍となるように前記カバーの各位置の板厚を設定する。

同方法によれば、カバーの裏面に形成された各垂直面部に対して電波が垂直に入射するようになり、しかも各垂直面部の法線方向におけるカバーの厚さが該電波の波長の１／２の整数倍とされる。このため、電波の入射角が大きくなる領域においても電波の減衰を適切に抑制することができる。

本発明によれば、電波レーダ装置による検知範囲の広角化を図ることができる。

電波透過性カバー及び電波透過性カバーの板厚設定方法の第１実施形態について、カバー上の各位置Ｐ１〜Ｐ１５を説明するための図。図１のＡ部を拡大して示す拡大断面図。カバーの板厚と往復ミリ波減衰量との関係を入射角毎に示すグラフ。第１実施形態のカバーにおける電波の入射角と往復ミリ波減衰量との関係を示すグラフ。従来の板厚一定のカバーにおける電波の入射角と往復ミリ波減衰量との関係を示すグラフ。第２実施形態のカバーにおける電波の反射態様の一例を示す図。比較例のカバーにおける電波の反射態様の一例を示す図。第３実施形態のカバーにおける電波の入射態様を示す図。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、電波透過性カバー及び電波透過性カバーの板厚設定方法を具体化した第１実施形態について説明する。

まず、図１及び図２を参照して、電波透過性カバー（以下、カバー１０）の基本的な構成について説明する。なお、図１及び図２では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更して示している。

カバー１０は、自動車の前面に設けられたフロントグリルの開口部に取り付けられるエンブレムである。カバー１０は、ミリ波レーダ装置９０からの電波（ミリ波）の進行方向の前方に配置されており、ミリ波レーダ装置９０の電波の経路内に配置されている。本実施形態のミリ波レーダ装置９０の電波の波長λは、例えば２．４ｍｍである。

カバー１０は、同カバー１０の表面を構成する透明部材２０を有している。本実施形態の透明部材２０は、耐衝撃性、耐候性、及び耐吸水性に優れたポリエステル系の共重合ポリカーボネートにより形成されている。

図２に示すように、透明部材２０の裏面には、表側から順に加飾層３０及び緩和部材４０が設けられている。加飾層３０は、表側から順に有色層３１、金属層３２、及び腐食防止層３３を有している。

有色層３１は、透明部材２０の裏面にプリントされており、例えば黒色を呈する。
金属層３２は、インジウムなどの金属材料からなり、有色層３１の裏面、及び透明部材２０の裏面のうち有色層３１のプリントされていない部分に蒸着されている。金属層３２は、約２０ｎｍの膜厚を有している。

本実施形態では、有色層３１が設けられた部分によりカバー１０の背景領域１０ａが形成されている。また、有色層３１が設けられていない部分、すなわち金属層３２が透明部材２０を介して露出する部分によりカバー１０の文字領域１０ｂ（この場合、「１」）が形成されている。

腐食防止層３３は、金属層３２の腐食を抑制するためのものであり、例えばアクリル系またはウレタン系の樹脂材料からなる。腐食防止層３３は、約数十μｍの膜厚を有している。

緩和部材４０は、後述する基材６０のインサート成形時における透明部材２０側への熱の移動を緩和するためのものであり、例えばポリアミド樹脂からなる。緩和部材４０の厚さは、例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内が好ましい。なお、基材６０の成形時に、透明部材２０や加飾層３０の熱損傷が問題にならない場合には、緩和部材４０を省略することもできる。

緩和部材４０の裏面には、ＡＥＳ（アクリロニトリル・エチレン・スチレン共重合体）樹脂からなる基材６０が設けられている。
本実施形態では、透明部材２０、加飾層３０及び緩和部材４０によって表側部材５０が構成されている。

本実施形態では、カバー１０の板厚ｄが、ミリ波レーダ装置９０からの電波の入射角θが０度となる基準位置において該電波の波長λの１／２の整数倍の基準板厚ｄＰ０に設定されている。本実施形態では、基準板厚ｄＰ０が波長λの１／２（本実施形態では１．２ｍｍ）の５倍である６．０ｍｍに設定されている。なお、電波の入射角θとは、カバー１０の各位置での接平面に直交する法線と電波の進行方向とのなす角度である。

また、基準位置の周辺の位置においては基準位置から離間するほどカバー１０の板厚ｄが基準板厚ｄＰ０よりも厚くなるように徐変されている。
ここで、カバー１０の各位置でのミリ波レーダ装置９０からの電波の入射角θと、カバー１０の板厚ｄと、該電波がカバー１０を往復する際の減衰量である往復ミリ波減衰量（以下、電波の減衰量）との間には、以下の（式１）〜（式８）が成立する（「Antenna Engineering Handbook 1st. Edt. Chapter 32,McGraw-Hill Book Company」参照）。

図３に、入射角θが０°、３０°、４５°の各々の場合におけるカバー１０の板厚ｄと電波の減衰量との関係を一例として示す。本実施形態では、入射角θを固定した状態で、板厚ｄに０．０１ｍｍ刻みで値を代入することにより、電波の減衰量を算出している。

同図に実線にて示すように、入射角θが０°の場合には、板厚ｄが６．０ｍｍ、７．２ｍｍ、８．４ｍｍにおいて電波の減衰量はそれぞれ極小値となる。
同図に破線にて示すように、入射角θが３０°の場合には、板厚ｄが６．０ｍｍよりも大きく６．５ｍｍよりも小さいｄ１、７．０ｍｍよりも大きく７．５ｍｍよりも小さいｄ３において電波の減衰量はそれぞれ極小値となる。

同図に一点鎖線にて示すように、入射角θが４５°の場合には、板厚ｄが６．５ｍｍよりも大きく７．０ｍｍよりも小さいｄ２、７．５ｍｍよりも大きく８．０ｍｍよりも小さいｄ４において電波の減衰量はそれぞれ極小値となる。

したがって、本実施形態では、カバー１０の各位置での板厚ｄ、すなわち各入射角θでの板厚ｄを、上記（式１）〜（式８）に基づいて、カバー１０の板厚ｄに応じて周期的に変化する電波の減衰量が極小値となるように設定している。

上述したように、電波の減衰量が極小値となる板厚は複数存在する。このため、本実施形態では、カバー１０の板厚ｄを、該電波の減衰量の複数の極小値にそれぞれ対応するカバー１０の板厚のうち基準板厚ｄＰ０に最も近い板厚ｄに設定している。

すなわち、図３に破線にて示すように、本実施形態では、入射角θが３０°となる位置では、板厚ｄがｄ３よりも６．０ｍｍに近いｄ１に設定されている。
また、図３に一点鎖線にて示すように、本実施形態では、入射角θが４５°となる位置では、板厚ｄがｄ４よりも６．０ｍｍに近いｄ２に設定されている。

本実施形態では、図１に二点鎖線にて示すように、カバー１０における仮想格子の交点である各位置Ｐｘ（この場合、ｘ＝１〜１５）での板厚ｄを上述した方法により算出するとともに、互いに隣り合う２点間（例えばＰ１とＰ２との間や、Ｐ１とＰ６との間）の板厚ｄについては多項式補完にて算出する。

こうした方法によれば、図４に示すように、電波の入射角θが２０°〜４５°の領域においても電波の減衰量が約２ｄＢ以下となる。
一方、図５に示すように、従来の板厚一定のカバーの場合には、電波の入射角θが２０°よりも大きくなると、電波の減衰量が２ｄＢよりも大きくなる。特に電波の入射角θが３０°以上の領域においては入射角θが大きくなるほど電波の減衰量が３ｄＢ〜６ｄＢまで大幅に増大する。

以上説明した本実施形態に係る電波透過性カバー及び電波透過性カバーの板厚設定方法によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）カバー１０の各位置の板厚ｄを、当該位置でのミリ波レーダ装置９０からの電波の入射角θと、カバー１０の板厚ｄと、該電波の減衰量との間に成立する前記（式１）〜（式８）に基づいて、カバー１０の板厚ｄに応じて周期的に変化する該電波の減衰量が極小値となるように設定した。

こうした方法によれば、カバー１０の各位置での板厚ｄ、すなわち各入射角θでの板厚ｄが、前記（式１）〜（式８）に基づいて、カバー１０の板厚ｄに応じて周期的に変化する電波の減衰量が極小値となるように設定される。このため、電波の入射角θが大きくなる領域においても電波の減衰を適切に抑制することができる。したがって、ミリ波レーダ装置９０による検知範囲の広角化を図ることができる。

（２）カバー１０における該電波の入射角θが０度となる基準位置での板厚ｄを基準板厚ｄＰ０とするとき、基準位置の周辺の位置でのカバー１０の板厚ｄを、該電波の減衰量の複数の極小値にそれぞれ対応するカバー１０の板厚のうち基準板厚ｄＰ０に最も近い板厚ｄに設定するようにした。

こうした方法によれば、カバー１０の板厚ｄが位置によって大きく異なることを抑制できる。したがって、カバー１０の形状を簡単にすることができる。
（３）カバー１０の板厚ｄは、ミリ波レーダ装置９０からの電波の入射角θが０度となる基準位置において該電波の波長λの１／２の整数倍の基準板厚ｄＰ０に設定されるとともに、基準位置の周辺の位置においては基準位置から離間するほど基準板厚ｄＰ０よりも厚くなるように徐変されている。

こうした構成によれば、上記効果（１）と同様な効果を奏することができる。
＜第２実施形態＞
以下、図６及び図７を参照して、第２実施形態について第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図７に示す比較例のカバー１０のように、ミリ波レーダ装置９０からの電波の一部が基材６０と表側部材５０との界面７０において反射し、その反射波がミリ波レーダ装置９０の検知部９１にて検知されることでノイズが増大することがある。このことが、ミリ波レーダ装置９０の検知精度を悪化させる一因となっている。

図６に示すように、本実施形態のカバー１１０では、基材６０の板厚を中央部では薄くする一方、周辺部では厚くすることにより、基材６０と表側部材５０との界面７０に、曲率が部分的に小さくされた小曲率部７１が設けられている。

こうしたカバー１１０によれば、電波が基材６０と表側部材５０との界面７０に設けられた小曲率部７１に入射する際の入射角及び同小曲率部７１において電波が反射する際の反射角がそれぞれ大きくなる。このため、上記小曲率部７１からの反射波がミリ波レーダ装置９０の検知部９１にて検知されることを抑制できる。

以上説明した本実施形態に係る電波透過性カバー及び電波透過性カバーの板厚設定方法によれば、第１実施形態の効果（１）〜（３）に加えて、新たに以下に示す作用効果が得られるようになる。

（４）基材６０と表側部材５０との界面７０には、曲率が部分的に小さくされた小曲率部７１が設けられている。
こうした構成によれば、上記作用を奏することから、カバー１１０の裏面の形状を変えることなくミリ波レーダ装置９０の検知精度の悪化を抑制することができる。

＜第３実施形態＞
以下、図８を参照して、第３実施形態について説明する。
図８に示すように、本実施形態のカバー２１０では、その裏面にミリ波レーダ装置９０からの電波が垂直に入射する複数の垂直面部２１１〜２１３が形成されている。なお、図示は省略するが、本実施形態のカバー２１０も第１実施形態及び第２実施形態と同様にして、基材及び表側部材を有している。

幅方向の中央に位置する垂直面部２１１は、第１実施形態における入射角θが０°〜２０°の範囲に対応する部分である。
一対の垂直面部２１２は、垂直面部２１１の幅方向の外側にそれぞれ設けられており、第１実施形態における入射角θが３０°の位置に対応する部分である。

一対の垂直面部２１３は、一対の垂直面部２１２の幅方向の外側にそれぞれ設けられており、第１実施形態における入射角θが４５°に対応する部分である。
カバー２１０の各位置での板厚ｄは、各垂直面部２１１〜２１３の法線方向におけるカバー２１０の厚さが該電波の波長の１／２の整数倍となるように設定されている。

以上説明した本実施形態に係る電波透過性カバー及び電波透過性カバーの板厚設定方法によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（５）カバー２１０の裏面に該電波が垂直に入射する複数の垂直面部２１１が形成されるとともに垂直面部２１１の各々の法線方向におけるカバー２１０の厚さが該電波の波長の１／２の整数倍となるようにカバー２１０の板厚を設定した。

こうした方法によれば、カバー２１０の裏面に形成された各垂直面部２１１〜２１３に対して電波が垂直に入射するようになり、しかも各垂直面部２１１〜２１３の各々の法線方向におけるカバー２１０の厚さが該電波の波長の１／２の整数倍とされる。このため、電波の入射角が大きくなる領域においても電波の減衰を適切に抑制することができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記実施形態では、本発明に係る電波透過性カバーを自動車のエンブレムとして具体化したが、本発明をフロントグリルなどの他の部品として具体化することもできる。

・第１実施形態において、入射角θが３０°となる位置で、板厚ｄをｄ３に設定するようにしてもよい。また、入射角θが４５°となる位置で、板厚ｄをｄ４に設定してもよい。

・第１実施形態では、カバー１０の板厚ｄに応じて周期的に変化する該電波の減衰量が極小値となるようにカバー１０の板厚ｄを設定したが、上記極小値となる板厚ｄよりも０．１ｍｍ程度厚くしたり、０．１ｍｍ程度薄くしたりすることもできる。この場合であっても、板厚ｄが一定にされている従来のカバーに比べて、電波の入射角θが大きくなる領域において電波の減衰を抑制することができる。

・表側部材５０の層構造を適宜変更することもできる。
（課題を解決するための手段に関する付記）
上記課題を解決するための手段は、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想である以下の（付記項１）を含む。

（付記項１）
電波レーダ装置の電波の経路内に配置される電波透過性カバーにおいて、前記カバーは、前記電波レーダ装置からの電波が入射する裏面を有する基材と、前記基材における前記裏面とは反対側の表面に設けられた表側部材とを有しており、前記基材と前記表側部材との界面には、曲率が部分的に小さくされた小曲率部が設けられている、電波透過性カバー。

１０，１１０，２１０…カバー（電波透過性カバー）、１０ａ…背景領域、１０ｂ…文字領域、２０…透明部材、３０…加飾層、３１…有色層、３２…金属層、３３…腐食防止層、４０…緩和部材、５０…表側部材、６０…基材、７０…界面、７１…小曲率部、９０…ミリ波レーダ装置（電波レーダ装置）、９１…検知部、２１１〜２１３…垂直面部。

Claims

電波レーダ装置からの電波の入射角が基準位置において０度となるように、該電波レーダ装置の電波の経路内に配置される電波透過性カバーにおいて、
前記カバーの板厚は、前記基準位置においては該電波の波長の１／２の整数倍の基準板厚に設定されるとともに、前記基準位置の周辺の位置においては前記基準位置から離間するほど前記基準板厚よりも厚くなるように徐変されることにより、該板厚に応じて周期的に変化する電波の減衰量が極小値となるように設定されており、
前記基準位置の周辺における互いに離れた複数の位置での前記カバーの板厚は、該電波の減衰量の複数の極小値にそれぞれ対応する前記カバーの板厚のうち前記基準板厚に最も近い板厚に設定されており、
前記カバーは、前記電波レーダ装置からの電波が入射する裏面を有する基材と、前記基材における前記裏面とは反対側の表面に設けられた表側部材とを有しており、
前記裏面及び前記表面は、前記表面側に凸となる曲面状に形成されており、
前記基材は、前記基準位置では薄く、前記基準位置から離れるほど厚くなるように形成されることにより、前記基材と前記表側部材との界面の曲率が、前記基準位置から離れるほど小さくされている
電波透過性カバー。