JP7379284B2 - 発光ユニット及びランプ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光ユニット及びランプ装置、特に車両に搭載されるレーダ装置用の発光ユニット及び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、高い耐環境性能を維持する。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。
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提案されている(例えば、特許文献1)。
しかしながら、ミリ波レーダの前面に導光部材を配置すると、導光部材の比誘電率や誘電正接の影響によりミリ波レーダから放出される電磁波が導光部材によって反射及び吸収され、放射電磁波の放射電力低下が発生し、ミリ波レーダの探知性能を大きく低下させる原因となっている。
そのため、通常、自動車の前照灯に用いられる導光部材(導光棒等)の使用によって、ミリ波レーダを外部から見えなくするためなどの外観上の見栄えを良くすることは可能であるが、レーダ機能を損失させる要因であった。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、レーダ前面に配置しても、レーダ波の減衰や反射が抑制され、またレーダ波の放射パターンを変化させることがなく、レーダの機能を障害しない発光ユニットを提供することを目的としている。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、レーダ前面にDRL(Daytime Running Lamps)やターンランプを配置しても、導光体(導光部材)によるレーダ波の減衰や反射を抑えることが可能で、電磁波放射パターンを変化させることがなく、レーダの機能損失がないランプ装置を提供することを目的としている。
また、導光体に光を供給する光源からの熱雑音によるレーダの受信感度の低下などが抑制された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実施態様によるランプ装置は、照明ユニットとレーダ装置とを有するランプ装置であって、
前記レーダ装置の電磁波放射面の少なくとも一部を覆う導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記導光体の厚さをTG、前記レーダ装置からの放射電磁波の前記導光体中の波長をλdとしたとき、前記放射電磁波に対する前記導光体の反射損失が通過損失未満の場合では、TG<λd/2を満たし、反射損失が通過損失以上の場合では反射損失が-10dB以下となるようにTGが設定されている。
前記レーダ装置の電磁波放射面の少なくとも一部を覆う導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記導光体の厚さをTG、前記レーダ装置からの放射電磁波の前記導光体中の波長をλdとしたとき、前記放射電磁波に対する前記導光体の反射損失が通過損失未満の場合では、TG<λd/2を満たし、反射損失が通過損失以上の場合では反射損失が-10dB以下となるようにTGが設定されている。
本発明の他の実施態様による発光ユニットは、
レーダ装置の電磁波放射面の前面に配され、前記電磁波放射面の少なくとも一部を覆うように構成された導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記導光体の厚さをTG、前記レーダ装置からの放射電磁波の前記導光体中の波長をλdとしたとき、前記放射電磁波に対する前記導光体の反射損失が通過損失以上の場合では、TG=n×λd/2(nは自然数)を満たし、反射損失が通過損失以上の場合では反射損失が-10dB以下となるようにTGが設定されている。
レーダ装置の電磁波放射面の前面に配され、前記電磁波放射面の少なくとも一部を覆うように構成された導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記導光体の厚さをTG、前記レーダ装置からの放射電磁波の前記導光体中の波長をλdとしたとき、前記放射電磁波に対する前記導光体の反射損失が通過損失以上の場合では、TG=n×λd/2(nは自然数)を満たし、反射損失が通過損失以上の場合では反射損失が-10dB以下となるようにTGが設定されている。
本発明のさらに他の実施態様によるランプ装置は、照明ユニットとレーダ装置とを有するランプ装置であって、
前記透光性カバーと前記レーダ装置の電磁波放射面との間に配され、前記レーダ装置の前記電磁波放射面の少なくとも一部を覆う導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記電磁波放射面に垂直な方向から見たときに前記電磁波放射面に重なる前記透光性カバーの領域である放射面対応領域、前記導光体及び前記電磁波放射面は互いに平行であるように配置され、
前記電磁波放射面に垂直な方向から見たとき、前記透光性カバーの前記放射面対応領域及び前記導光体は前記電磁波放射面の全体を覆うサイズ及び配置で構成され、
前記透光性カバーの前記放射面対応領域の厚さTKは、前記透光性カバーの前記放射面対応領域に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定され、
前記導光体の厚さTGは、前記導光体に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定され、
前記放射面対応領域と前記導光体との間の間隔C1は、前記放射面対応領域及び前記導光体に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定されている。
前記透光性カバーと前記レーダ装置の電磁波放射面との間に配され、前記レーダ装置の前記電磁波放射面の少なくとも一部を覆う導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記電磁波放射面に垂直な方向から見たときに前記電磁波放射面に重なる前記透光性カバーの領域である放射面対応領域、前記導光体及び前記電磁波放射面は互いに平行であるように配置され、
前記電磁波放射面に垂直な方向から見たとき、前記透光性カバーの前記放射面対応領域及び前記導光体は前記電磁波放射面の全体を覆うサイズ及び配置で構成され、
前記透光性カバーの前記放射面対応領域の厚さTKは、前記透光性カバーの前記放射面対応領域に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定され、
前記導光体の厚さTGは、前記導光体に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定され、
前記放射面対応領域と前記導光体との間の間隔C1は、前記放射面対応領域及び前記導光体に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定されている。
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。
図1は、本発明の1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(Vehicle)に搭載される、例えば前照灯である。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11と基体11に保持された透明カバー12とによってランプ筐体(ハウジング)が構成されている。ランプ筐体内には、照明(光源)ユニットである前照灯ユニット14、ミリ波レーダユニット(レーダ装置)15、発光ユニット16及び少なくとも1つのエクステンション19が内蔵されている。
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。
なお、本明細書において、照明ユニットは、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、機能を有する光源をいう。
ミリ波レーダユニット15は、その送受信面(電磁波放射面)15Sに送信アンテナ及び受信アンテナを有する。ミリ波レーダユニット15は、送信アンテナから電磁波(ミリ波)を放射し、対象物によって反射された反射波を受信アンテナによって受信する。受信された信号は制御装置、例えば、図示しないECU(Electronic Control Unit) によって信号処理が行われ、対象物との間の距離、角度、速度が検出される。ミリ波レーダユニット15では、例えば76-81GHz帯のミリ波、特に79GHz帯のミリ波が用いられるが、この周波数帯に限定されない。
ミリ波レーダユニット15のアンテナ面(電磁波放射面)15Sの法線方向AX2は、前照灯ユニット14の光軸AX1に対して車両の外側方向(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°)だけ傾くようにし、前方方向から側面方向まで検知できるように配されている。
エクステンション19は、光を反射し、又は内部の構造物等を外部から視認し難くするために設けられている意匠部品である。
図1に示すように、発光ユニット16は、光源17と、光源17からの光を導光する少なくとも1つの導光部材とからなる導光体18とを有している。発光ユニット16は、DRL(Daytime Running Lamps)又はターンランプとして機能する。光源17は、例えばLED、白熱電球などを有し、その光を導光体18に供給する。
図2は、ミリ波レーダユニット15及び発光ユニット16の配置を示す斜視図である。本実施形態において、光源17は2つの個別の光源17Aからなり、導光体18は2つの導光部材18Aを有している。各光源17Aから対応する導光部材18Aの各々に光が入射され、各導光部材18Aが個別に発光又は非発光となるように制御され得る。
また、導光部材18Aの各々は平行平板状で層厚が略一定の導光体板として構成され、表面がミリ波レーダユニット15のアンテナ面(電磁波放射面)15Sに平行に配されている。あるいは、導光部材18Aの各々は、不撓体である導光体フィルム(すなわち、平行平板状で層厚が概略一定)として構成されていてもよい。
導光部材18Aは、ボリカボネート、アクリル、エボキシ、ボリイミド等の透明樹脂を板状又はフィルム状にしたもので、その端部に光源17から入力された光を放射する。
図2に示す場合では、2つの導光部材18Aは水平方向(第1の方向)に延在し、アンテナ面15Sと間隔を空けて配置されている。また、2つの導光部材18Aは、アンテナ面15Sに平行な面内(同一面内)において鉛直方向(第2の方向)に互いに間隔を空けて配置され、ミリ波レーダユニット15のアンテナ面15Sの一部を覆うように構成されている。なお、導光体18は、アンテナ面15Sの一部又は全面を覆うように構成されていてもよい。
すなわち、導光体18は複数の導光部材からなり、当該複数の導光部材は水平方向(又は鉛直方向)に延在し、アンテナ面15Sに平行な面内において鉛直方向(又は水平方向)に互いに間隔を空けて整列して配置されている。
複数の導光部材18Aが、アンテナ面15Sに平行な面内において互いに間隔を空けて配置されることによって、レーダ波の減衰や反射を最小限に抑制でき、電磁波放射パターンの変化も抑制できる。
図3Aは、ミリ波レーダユニット15のアンテナ面15S側から導光部材18A及びアンテナ面15Sを見た場合を示す図である。また、図3Bは、ミリ波レーダユニット15及び導光部材18Aの断面を模式的に示す図である。
図3A及び図3Bは、各導光部材18Aは光源17Aにそれぞれ個別に接続されている場合を示しているが、1つの光源17から少なくとも1つの導光部材18Aに光が導光されるように構成されていてもよい。
図4は、ミリ波レーダユニット15から放射されたミリ波MW(波長λ)が導光部材18A(厚さTG)を透過した場合を模式的に示している。ミリ波MWは導光部材18Aによって一部が反射され(反射波WR)、導光部材18A内を通過するミリ波は導光部材18Aによって減衰され、外部に放射される(透過ミリ波WA)。
[反射損失、通過損失及び導光部材18Aの厚さ]
ミリ波レーダから放射されたミリ波帯の放射電磁波は、導光部材と空気との誘電率差が大きいと、導光部材(誘電体)によって反射される。また、導光部材の誘電体損失の影響によって、導光部材内において、ミリ波レーダからの放射電磁波が吸収され熱に変わってしまう。これらにより、ミリ波レーダのアンテナ面の前面に導光部材が配されると、放射電磁波の強度が低下したり、導光部材と空気の誘電率差によって放射電磁波の放射方向(アンテナパターン)が変わってしまうという問題が発生する。
[反射損失、通過損失及び導光部材18Aの厚さ]
ミリ波レーダから放射されたミリ波帯の放射電磁波は、導光部材と空気との誘電率差が大きいと、導光部材(誘電体)によって反射される。また、導光部材の誘電体損失の影響によって、導光部材内において、ミリ波レーダからの放射電磁波が吸収され熱に変わってしまう。これらにより、ミリ波レーダのアンテナ面の前面に導光部材が配されると、放射電磁波の強度が低下したり、導光部材と空気の誘電率差によって放射電磁波の放射方向(アンテナパターン)が変わってしまうという問題が発生する。
ミリ波レーダに使用する周波数をf(Hz)とすると、その周波数の空間での波長λ(m)は以下のようになる。
λ=c/f (cは光速、c=3.0×108m/s)
例えぱ周波数fが79GHzであれば波長λは、3.8mmである。誘電体中の波長をλd、誘電体の比誘電率をεrとすると、誘電体中の波長は以下で表される。
例えぱ周波数fが79GHzであれば波長λは、3.8mmである。誘電体中の波長をλd、誘電体の比誘電率をεrとすると、誘電体中の波長は以下で表される。
λd=λ/εr1/2
また、空間における波長が3.8mmで、誘電体の比誘電率を2.4とすると誘電体中の波長は、2.45mmとなる。
また、空間における波長が3.8mmで、誘電体の比誘電率を2.4とすると誘電体中の波長は、2.45mmとなる。
照射された電磁波の電力密度が半減する距離D(電力半減深度)は、誘電体損失をtanδとすると、高周波加熱の分野では以下で表されている。
D(m)=3.32×107/(f×εr1/2×tanδ)
例えば、周波数79GHzの電磁波が、比誘電率2.4、誘電体損失0.06の誘電体中を進行すると厚さ4.5mmで電力が半減する。
例えば、周波数79GHzの電磁波が、比誘電率2.4、誘電体損失0.06の誘電体中を進行すると厚さ4.5mmで電力が半減する。
電磁波が誘電体に吸収され、熱に変わり電力が半減する厚さが4.5mmであるが、空気と誘電体の誘電率差によって誘電体の界面において反射される電力もあるため、誘電体の厚さが4.5mmであると、実際には誘電体を通過して出てくる電力は半減以上の減衰となることが予想される。
上記の例により、導光材に使用する誘電体を薄くすることで、誘電体中を進行する電磁波の減衰を抑えることが可能となるが、誘電体の界面で起きる反射波の影響を考えると、誘電体の厚さをn×λd/2(nは自然数)とするのが反射波の影響を抑え最適となる。
反射波を抑制するために、異なる誘電率の樹脂を積層する構造はレドーム等に用いられているが、導光部材は光を導光させる機能が重要であるため、単一の誘電体で構成された導光材が有利である。
そこで、電力の反射損失と通過損失の関係を考慮し、誘電体の厚さを検討する。なお、反射損失や、通過損失は導波管Sパラメータ法やフリースペースSパラメータ法によって求めることが可能である。
誘電体の厚さについては、以下の様に選択する。すなわち、電磁波が通過する誘電体の厚さをTGとすると、反射損失が通過損失以上の場合(反射損失≧通過損失)では、
TG=n×λd/2 (nは自然数)
とする。なお、厚さTGをλd/2の整数倍にすると通過損失も増えるため、反射損失≧通過損失を満足する整数値を用いることが好ましい。
TG=n×λd/2 (nは自然数)
とする。なお、厚さTGをλd/2の整数倍にすると通過損失も増えるため、反射損失≧通過損失を満足する整数値を用いることが好ましい。
また、反射損失が通過損失未満の場合(反射損失<通過損失)では、誘電体の厚さTGをλd/2未満、すなわち、
TG<λd/2
とする。
TG<λd/2
とする。
なお、TGをn×λd/2(nは自然数)に完全に合わせなくても、周波数fに対して電力の反射損失が例えば-10dB以下(反射電力が10%以下)となる周波数帯域に入るように厚さを設定することで実際上の問題は起きない。このような厚みTGの範囲は、例えばSパラメータ法を用いることで、反射損失S11の値が-10dB以下となるような条件式を設定し、厚みTGについて解くことで導出することができる。
また、許容される厚さTGの範囲は、実験的に厚みTGに対する反射損失の依存性を評価して適切な値(例えば反射損失が-10dB以下となるような値)を決定してもよい。なお、反射損失が-10dB以上となると、機器に不具合を生じる場合がある。
なお、導光部材18Aが単一の誘電体からなる場合について説明したが、複数の誘電体層からなる場合には、比誘電率及び誘電体損失を実効値に置き換えて、適用することができる。
[熱雑音]
図3Aに示すように、光源17Aとアンテナ面15Sとの間隔DGをミリ波レーダユニット15から放射される電磁波の波長(λ)の10倍以上とすることで、光源17(LED、白熱電球等)の発熱部から発生する熱雑音が導光部材18Bからミリ波レーダユニット15のアンテナに向けて放射されないよう抑制することができる。
[熱雑音]
図3Aに示すように、光源17Aとアンテナ面15Sとの間隔DGをミリ波レーダユニット15から放射される電磁波の波長(λ)の10倍以上とすることで、光源17(LED、白熱電球等)の発熱部から発生する熱雑音が導光部材18Bからミリ波レーダユニット15のアンテナに向けて放射されないよう抑制することができる。
図5は、ミリ波レーダユニット15、発光ユニット16の光源17A及び導光部材18Aの構成の改変例を示す斜視図である。本改変例においては、光源17から放射される熱雑音を吸収する電磁波吸収体21が、光源17Aとアンテナ面15Sとの間に設けられている。すなわち、電磁波吸収体21は、導光部材18Aの光源17A側の端部に設けられている。電磁波吸収体21は、導光部材18Aを包囲するか、及び/又は、導光部材18Aに接続(密着)されていることが好ましい。
レーダ周波数帯域内の熱雑音放射を導光体(導光部材18A)内で減衰させる構造としたため、ミリ波レーダの受信感度を悪化させることがない。電磁波吸収体21によって、光源17からの熱雑音による影響を回避でき、レーダの受信感度の低下が抑制され、高精度のレーダセンシングを行うことができる。
電磁波吸収体21は、樹脂や塗料にフェライトや炭素などの電磁波吸収材を混入したもの、セラミックスなど周知の材料を用いることができる。
[導光体の改変例]
図6は、上記実施形態の1改変例を示し、導光体18は、互いに異なる導光部材18A及び導光部材18Bを有している。導光部材18Aは、上記したのと同様に平行平板状の導光体である。導光部材18Bは、層厚が一定の湾曲した導光体として構成されている。例えば、導光部材18Aを延在方向(水平方向)に垂直な方向(鉛直方向)にのみ湾曲させて形成されている。従って、正面から見た場合は、図3Aと同様である。
[導光体の改変例]
図6は、上記実施形態の1改変例を示し、導光体18は、互いに異なる導光部材18A及び導光部材18Bを有している。導光部材18Aは、上記したのと同様に平行平板状の導光体である。導光部材18Bは、層厚が一定の湾曲した導光体として構成されている。例えば、導光部材18Aを延在方向(水平方向)に垂直な方向(鉛直方向)にのみ湾曲させて形成されている。従って、正面から見た場合は、図3Aと同様である。
このように、導光体18は複数の導光部材からなり、そのうち少なくとも1つは層厚が一定の湾曲した導光体として構成され、当該複数の導光部材はアンテナ面15Sに平行な面内において互いに間隔を空けて整列して配置されている。すなわち、当該湾曲した導光体は、鉛直方向にのみ湾曲し、延在方向はアンテナ面15Sに平行である。
平行平板状の導光部材18Aは、レーダ波の反射抑制の点で好ましい。一方、湾曲した導光部材18Bは、光の拡散放射の点で法規要求配光を形成する上で好ましく、例えばDRL、ターンランプとして用いられるのが好ましい。しかし、用途、機能に応じて、適宜、平行平板状の導光部材18A及び湾曲した導光部材18Bを組み合わせて使用できる。また、導光体18を構成する複数の導光部材が互いに異なる大きさ、異なる形状を有していても良い。
図7Aは、上記実施形態のさらなる改変例を示し、導光体18は、少なくとも1つの導光部材18Cを有している。図7Aには、導光体18が、図2に示す導光部材18Aと同様な形状及び配置で設けられた2つの導光部材18Cを有している。
図7Bは、導光部材18Cの断面を拡大して模式的に示す拡大断面図である。導光部材18Cは、アンテナ面15S側に設けられた導光部材18Aと、導光部材18A上に設けられた光拡散部材23とを有している。
光拡散部材23は発泡樹脂からなる。当該発泡樹脂は、ポリーカボネート、アクリル、ポリイミド、エボキシ等の透明樹脂中に炭酸ガス等を封入し、樹脂中に気泡を作ることで形成されている。樹脂中に気体が封入されているため、誘電率を低下させ電磁波への影響を大きく減少させることが可能となる。発泡樹脂の発泡倍率は、2倍以上であると樹脂の影響をほぼ無視することが可能となる。
導光部材18A(厚さTG)は、前述したのと同様に、導光部材18Aの反射損失が通過損失以上の場合(反射損失≧通過損失)では、TG=n×λd/2(nは自然数)とされる。また、反射損失が通過損失未満の場合(反射損失<通過損失)では、導光部材18AはTG<λd/2を満たす層厚を有する。
図8Aは、本発明の他の実施形態におけるミリ波レーダユニット15、導光部材18D及び透明カバー12の配置構成を模式的に示す図である。なお、ミリ波レーダユニット15の送受信アンテナ15Aのアンテナ面(レーダ波放射面)15Sの正面側(垂直方向)から見た図である。
図8Bは、図8AのW-W線から見た、ミリ波レーダユニット15、導光部材18D及び透明カバー12の配置構成を模式的に示す断面図である。
図8Bに示すように、ミリ波レーダユニット15のアンテナ面15Sの前方に一定の間隔C2をおいて平行平板状の導光部材18Dが配置されている。導光部材18Dは厚さTGを有している。
例えば、導光部材18Dは、平行平板状で層厚が略一定の導光体板として構成され、両表面がミリ波レーダユニット15のアンテナ面15Sに平行に配されている。導光部材18Dは、例えばボリカボネート、アクリル、エボキシ、ボリイミド等の透明樹脂を板状にして形成されている。
また、導光部材18D及びミリ波レーダユニット15は、導光部材18Dと透明カバー12との間隔が一定の間隔C1であるように配されている。透明カバー12は、透明な樹脂などの可視光に対して透光性のカバーとして形成されている。なお、透光性であれば、色が付いているなど、半透明性であってもよい。
透明カバー12は、全体としては湾曲した形状を有し、あるいは厚さの異なる部分を有していてもよい。しかしながら、アンテナ面15Sに垂直な方向から見たとき(以下、垂直視ともいう)に、アンテナ面15S(電磁波放射面)に重なる透明カバー12の領域(以下、放射面対応領域ともいう。)12Sは、厚さが一定の平行平板形状を有することが好ましい。
図8Aに示すように、導光部材18Dは、その端部に光源17Aが光学的に接続されている。光源17Aから導光部材18Dに光が入射され、導光部材18Dが発光又は非発光となるように制御され得る。
導光部材18Dは、ミリ波レーダユニット15のアンテナ面15Sに垂直な方向から見たときに、アンテナ面15Sの全体を覆うようなサイズ及び配置で構成されている。
図8A及び図8Bに示すように、透明カバー12の前方領域12S、導光部材18D及びアンテナ面15Sは互いに平行であるように配置されている。
透明カバー12は、アンテナ面15Sに垂直な方向から見たとき、アンテナ面15Sに重なる透明カバー12の領域(放射面対応領域)12Sが、アンテナ面15Sの全体を覆うようなサイズ及び配置で構成されていることが好ましい。
[導光部材及び透明カバー12の間隔及び厚さ]
ミリ波レーダユニット15の前面側(アンテナ面15S側)に配された導光部材18D及び透明カバー12は、上記したように、例えば樹脂製であり、それぞれの誘電率によって、樹脂と空間の界面における樹脂と空気との誘電率差で電磁波の反射が生じる。
[導光部材及び透明カバー12の間隔及び厚さ]
ミリ波レーダユニット15の前面側(アンテナ面15S側)に配された導光部材18D及び透明カバー12は、上記したように、例えば樹脂製であり、それぞれの誘電率によって、樹脂と空間の界面における樹脂と空気との誘電率差で電磁波の反射が生じる。
そのとき、透過電磁波の位相と反射電磁波の位相が打ち消しあう方向にある場合、透過電磁波は反射電磁波との合成で減衰が起きる。
より詳細には、本明細書において、ミリ波レーダの周波数fは、例えば76GHz~81GHzである。周波数f(Hz)が、例えば76GHzのとき、波長λ(空気中)は、3.8mmである。
例えば、透明カバー12(誘電体)の比誘電率εr1=2.4のとき、透明カバー12中の波長λdは2.45mmであり、導光部材18Dの比誘電率εr2=2.8のとき、導光部材18D中の波長λdは2.27mmである。
透明カバー12の放射面対応領域12Sの厚さをTK、比誘電率εr1、樹脂(媒体)中の波長(実効波長)をλd1とし、導光部材18Dの厚さをTG、比誘電率εr2、樹脂(媒体)中の実効波長をλd2としたとき、以下の関係を満たすように透明カバー12の放射面対応領域12S、導光部材18D及びミリ波レーダユニット15のアンテナ面15Sが設けられている。なお、以下の式において、C1は放射面対応領域12Sと導光部材18Dとの間の間隔、C2は導光部材18Dとアンテナ面15S(電磁波放射面)との間の間隔、n1,n2,m1,m2は自然数である。
TK=n1×λd1/2
TG=n2×λd2/2
C1=m1×λ/2
C2=m2×λ/2
従って、放射面対応領域12Sの厚さTK及び導光部材18Dの厚さTGを適宜選択することで、透明カバー12と空間との界面及び導光部材18Dと空間との界面で起きる電磁波の反射損失を低減することができる。すなわち、導光部材18Dとアンテナ面15S(電磁波放射面)との間での多重反射のみならず、透明カバー12の放射面対応領域12Sと導光部材18Dとの間での多重反射を抑制することができる。従って、これらの相乗的な多重反射を効果的に抑制することができる。また、電磁波放射パターンの変化を低減することができる。
TG=n2×λd2/2
C1=m1×λ/2
C2=m2×λ/2
従って、放射面対応領域12Sの厚さTK及び導光部材18Dの厚さTGを適宜選択することで、透明カバー12と空間との界面及び導光部材18Dと空間との界面で起きる電磁波の反射損失を低減することができる。すなわち、導光部材18Dとアンテナ面15S(電磁波放射面)との間での多重反射のみならず、透明カバー12の放射面対応領域12Sと導光部材18Dとの間での多重反射を抑制することができる。従って、これらの相乗的な多重反射を効果的に抑制することができる。また、電磁波放射パターンの変化を低減することができる。
すなわち、上記したように、本実施例のランプ装置によれば、透明カバー12及び導光部材18D間の反射電磁波が、透明カバー12及び導光部材18D間において、さらに多重反射してノイズを増大させるという課題を解決することができる。
また、透明カバー12及び導光部材18D間の空間中に迷い込んだ反射電磁波が、透明カバー12及び導光部材18D間において多重反射してノイズを増大させるという課題を解決することができる。
なお、厚さTK及びTGを大きくすると、樹脂の誘電正接により透過損失が増加するため、厚さTKに関しては、n1=2~4、厚さTGに関しては、n2=2又は3とすることが好ましい。
また、透明カバー12の放射面対応領域12S及び導光部材18Dは搭載された振動及び環境温度などにより僅かに撓み得る。当該撓みにより透過及び反射特性も僅かに変化するが、放射面対応領域12S及び導光部材18Dの面全体における平均的な特性変化を抑制するために、間隔C1及びC2は小さ過ぎないことが好ましい。なお、放射面対応領域12S及び導光部材18Dの両者が撓み得るので、間隔C1は間隔C2よりも大きい(m1<m2)ことが好ましい。
また、これらの間隔C1及びC2の空間中には、ランプ装置内の他の部材(エクステンション等)からの反射電磁波が迷い込みノイズとなるため、間隔C1及びC2は大き過ぎないことが好ましい。
以上を考慮すると、m1≧4、m2≧2が好ましく、4≦m1≦8、2≦m2≦4であることがさらに好ましい。
なお、TK、TG、C1、C2を上記の関係式に完全に合わせなくても、周波数fに対して電力の反射損失が-10dB以下(反射電力が10%以下)となる周波数帯域に入るように設定することで極めて効果的に多重反射を抑制できる。
このようなTK、TG、C1、C2の範囲は、例えば前述のSパラメータ法を用いることで、反射損失S11の値が-10dB以下となるような条件式を設定し、TK、TG、C1、C2について解くことで導出することができる。TK、TGについては各材料の誘電率を、C1、C2については空気の誘電率を参照して計算することができる。また、実験的にTK、TG、C1、C2に対する反射損失の依存性を評価して適切な値(例えば反射損失が-10dB以下となるような値)を決定してもよい。
以上、詳細に説明したように、導光体(導光部材)によるレーダ波の減衰や反射を抑えることが可能で、電磁波放射パターンを変化させることがなく、レーダの機能損失がない、発光ユニット及びランプ装置を提供することができる。
また、導光体に光を供給する光源からの熱雑音によるレーダの受信感度の低下などを抑制することが可能な発光ユニット及びランプ装置を提供することができる。
10:ランプ装置
11:基体
12:透明カバー
12S:放射面対応領域
14:照明ユニット
15:ミリ波レーダユニット
15S:アンテナ面
16:発光ユニット
17,17A:光源
18:導光体
18A、18B、18C:導光部材
18D:導光部材
19:エクステンション
21:電磁波吸収体
23:光拡散部材(発泡樹脂)
11:基体
12:透明カバー
12S:放射面対応領域
14:照明ユニット
15:ミリ波レーダユニット
15S:アンテナ面
16:発光ユニット
17,17A:光源
18:導光体
18A、18B、18C:導光部材
18D:導光部材
19:エクステンション
21:電磁波吸収体
23:光拡散部材(発泡樹脂)
Claims (15)
- 照明ユニットとレーダ装置とを有するランプ装置であって、
前記レーダ装置の電磁波放射面の少なくとも一部を覆う導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記導光体の厚さをTG、前記レーダ装置からの放射電磁波の前記導光体中の波長をλdとしたとき、前記放射電磁波に対する前記導光体の反射損失が通過損失未満の場合では、TG<λd/2を満たし、反射損失が通過損失以上の場合では反射損失が-10dB以下となるようにTGが設定されている、ランプ装置。 - 前記導光体は複数の導光部材からなり、前記複数の導光部材は水平方向に延在し、前記レーダ装置の電磁波放射面に平行な面内において鉛直方向に互いに間隔を空けて配置されているか、又は前記複数の導光部材は鉛直方向に延在し、前記レーダ装置の電磁波放射面に平行な面内において水平方向に互いに間隔を空けて配置されている、請求項1に記載のランプ装置。
- 前記複数の導光部材のうち少なくとも1つは層厚が一定の湾曲した導光体として構成され、前記複数の導光部材は前記レーダ装置の電磁波放射面に平行な面内において互いに間隔を空けて整列して配置されている、請求項2に記載のランプ装置。
- 前記光源と前記レーダ装置の電磁波放射面との間隔は、前記放射電磁波の波長の10倍以上である、請求項1ないし3のいずれか一項に記載のランプ装置。
- 前記導光体は、前記光源と前記レーダ装置の電磁波放射面との間に設けられた電磁波吸収体を有する、請求項1ないし4のいずれか一項に記載のランプ装置。
- 前記導光体上に発泡樹脂からなる光拡散部材が設けられた、請求項1ないし5のいずれか一項に記載のランプ装置。
- レーダ装置の電磁波放射面の前面に配され、前記電磁波放射面の少なくとも一部を覆うように構成された導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記導光体の厚さをTG、前記レーダ装置からの放射電磁波の前記導光体中の波長をλdとしたとき、前記放射電磁波に対する前記導光体の反射損失が通過損失以上の場合では、TG=n×λd/2(nは自然数)を満たし、反射損失が通過損失以上の場合では反射損失が-10dB以下となるようにTGが設定されている、発光ユニット。 - 前記導光体は複数の導光部材からなり、前記複数の導光部材は同一面内において第1の方向に延在し、前記第1の方向に垂直な第2の方向に互いに間隔を空けて配置されている、請求項7に記載の発光ユニット。
- 前記導光体は、前記光源側の端部に設けられた電磁波吸収体を有する、請求項7又は8に記載の発光ユニット。
- 前記導光体上に発泡樹脂材が設けられた、請求項7ないし9のいずれか一項に記載の発光ユニット。
- 照明ユニット、電磁波を放射するレーダ装置及び透光性カバーを有するランプ装置であって、
前記透光性カバーと前記レーダ装置の電磁波放射面との間に配され、前記レーダ装置の前記電磁波放射面の少なくとも一部を覆う導光体と、
前記導光体に光を供給する光源と、を有し、
前記電磁波放射面に垂直な方向から見たときに前記電磁波放射面に重なる前記透光性カバーの領域である放射面対応領域、前記導光体及び前記電磁波放射面は互いに平行であるように配置され、
前記電磁波放射面に垂直な方向から見たとき、前記透光性カバーの前記放射面対応領域及び前記導光体は前記電磁波放射面の全体を覆うサイズ及び配置で構成され、
前記透光性カバーの前記放射面対応領域の厚さTKは、前記透光性カバーの前記放射面対応領域に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定され、
前記導光体の厚さTGは、前記導光体に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定され、
前記放射面対応領域と前記導光体との間の間隔C1は、前記放射面対応領域及び前記導光体に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定されている、ランプ装置。 - 前記導光体と前記電磁波放射面との間の間隔C2は、前記導光体と前記電磁波放射面との間の空間から前記導光体に入射する前記電磁波の反射損失が-10dB以下となるように設定されている、請求項11に記載のランプ装置。
- 前記電磁波の空間中の波長をλとし、前記放射面対応領域中の実効波長をλd1とし、前記導光体中の実効波長をλd2としたとき(n1,n2,m1,m2は自然数)、TK、TG、C1およびC2は、以下の関係式、
TK=n1×λd1/2
TG=n2×λd2/2
C1=m1×λ/2
C2=m2×λ/2
を満たすように前記放射面対応領域、前記導光体及び前記電磁波放射面が設けられている、請求項12に記載のランプ装置。 - 前記n1は2~4、前記n2は2又は3を満たす、請求項13に記載のランプ装置。
- 前記m1及びm2は、m1≧4、m2≧2を満たす、請求項13又は14に記載のランプ装置。
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