JPH10142324A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンテナの大型化を招来することなくアンテ
ナ利得や信頼性を十分に確保し、水平方向に広いレーダ
視野角を有するレーダ装置を提供する。 【解決手段】 水平方向および垂直方向にそれぞれ所定
の広がりを持つ送信ビームを得る平面アンテナと、送信
ビームの水平方向の広がりの範囲の中心に向けた第１の
受信ビーム、第１の受信ビームの両側に向けた第２およ
び第３の受信ビーム、第２および第３の受信ビームの外
側に向けた第４および第５の受信ビームを得る複数の平
面アンテナとを備える。そして第１乃至第３の受信ビー
ムに比較して第４および第５の受信ビームの水平ビーム
角を広く設定し、且つ垂直ビーム角を狭く設定し、更に
送信ビームの垂直ビーム角を第１乃至第５の受信ビーム
の各垂直ビーム角よりも狭く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車に搭
載されて道路上の移動物や障害物を検出するに好適なレ
ーダ装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】自動車に搭載されて道路上の移動
体や障害物を検出するためのレーダ装置として、例えば
特開平２−２１６０８０号公報に開示されるようにビー
ムをスキャンする方式のものと、特開平５−２６４７３
０号公報に開示されているように検出範囲（ビーム方
向）を異ならせた３つのビームを用いるものが知られて
いる。

【０００３】しかしながら自動車用のレーダ装置におけ
る物体検出の対象領域は、専らその前方の５０〜２００
ｍ程度の範囲である。しかも波長３０〜３００ＧＨzの
ミリ波帯域の電波が用いられる。これ故、その電気的な
スキャンが難しく、スキャンニング角度も大きく設定す
ることができないので、専ら、上述したように検出範囲
を異ならせた３つのビームを用い、各ビームによる視野
範囲（検出対象範囲）毎に物体検出を行うことが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した３つ
のビームを用いたレーザ装置によれば、基本的には自車
の走行車線と、これに隣接する左右の走行車線とからな
る、計３車線おける自車前方の移動物や障害物を検出す
ることができる。しかしながら道路が直線状である場合
には問題はないが、例えば図４(ｂ)に示すように急カー
ブをなしている場合、３つのビームの向きが固定されて
いるので、道路前方の検出対象物がビームの視野範囲か
ら外れることが多々ある。

【０００５】この点、例えば図４(ｃ)に示すように各ビ
ームの視野角（水平方向の広がり）をそれぞれ広くして
おけば、上述した問題を回避することができる。しかし
各ビームの水平方向の視野角を広げると、これに伴って
アンテナ利得が低下し、物体検出の対象範囲が短くなる
ので、例えばアンテナ利得を十分に確保し得る大型のア
ンテナ（開口面積の大きいアンテナ）が必要となる等の
問題が生じる。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、アンテナの大型化を招来するこ
となくアンテナ利得や信頼性を十分に確保することがで
き、水平方向に広いレーダ視野角を有して道路上前方の
移動物や障害物を検出するに好適なレーダ装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係るレーダ装置は、水平方向および垂直方
向にそれぞれ所定の広がりを持つ送信ビームＴを得る送
信手段と、前記送信ビームの水平方向の広がりの範囲の
中心に向けられた第１の受信ビームＲ1、この第１の受
信ビームの両側にそれぞれ向けられた第２および第３の
受信ビームＲ2,Ｒ3、更にこれらの第２および第３の受
信ビームの外側にそれぞれ向けられた第４および第５の
受信ビームＲ4,Ｒ5を得る受信手段とを具備してなり、
前記第１乃至第５の受信ビームを合わせた水平方向の広
がり範囲が、前記送信ビームの水平方向の広がりの範囲
を網羅するように設定したことを特徴としている。

【０００８】特に請求項２に示すように、前記第１乃至
第３の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3の各水平方向の広がり範
囲θh1,θh2,θh3に比較して、前記第４および第５の受
信ビームＲ4,Ｒ5の水平方向の広がり範囲θh4,θh5をそ
れぞれ広く設定し、また請求項３に示すように前記第１
乃至第３の各受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3の各垂直方向の広
がり範囲θv1,θv2,θv3に比較して、前記第４および第
５の受信ビームＲ4,Ｒ5の垂直方向の広がり範囲θv4,θ
v5をそれぞれ狭く設定し、更には請求項４に示すように
前記送信ビームＴの垂直方向の広がりの範囲θvtを、前
記第１乃至第５の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3,Ｒ4,Ｒ5の各
垂直方向の広がり範囲θv1,θv2,θv3,θv4,θv5よりも
狭く設定したことを特徴としている。

【０００９】つまり水平方向および垂直方向にそれぞれ
所定の広がりを持つ送信ビームＴに対して、該送信ビー
ムの物体による反射波を受信する受信ビームを、上述し
たように設定された第１乃至第５の受信ビームＲ1,Ｒ2,
Ｒ3,Ｒ4,Ｒ5として実現することで、アンテナ利得を低
減することなく水平方向に広いレーダ視野角を持つレー
ダ装置を実現することを特徴としている。

【００１０】特に本発明の好ましい実施の形態として、
請求項５に示すように前記各ビームを得る送信手段およ
び受信手段を平面アンテナとして実現するようにし、前
記第１乃至第３の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3をそれぞれ得
る平面アンテナを垂直方向に配列された第１の受信用平
面アンテナ群として、また第４および第５の受信ビーム
Ｒ4,Ｒ5をそれぞれ得る平面アンテナを垂直方向に配列
された第２の受信用平面アンテナ群として構成し、これ
らの第１および第２の受信用平面アンテナ群の垂直方向
の寸法を同一に設定することを特徴としている。

【００１１】またこれらの各受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3,Ｒ
4,Ｒ5をそれぞれ得る平面アンテナの各アンテナ利得Ｇ
1,Ｇ2,Ｇ3,Ｇ4,Ｇ5を互いに等しく設定することを特徴
としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
るレーダ装置の一実施形態について、自動車に搭載され
て道路上前方の移動体や障害物を検出するための車載用
前方監視のレーダ装置を例に説明する。このレーダ装置
は、図１または図２に示すように道路上前方に向けて所
定波長（ミリ波）の変調された電波を、水平方向および
垂直方向に所定の広がりを持つ送信ビームＴを送信する
送信手段（送信アンテナ）と、この電波の物体による反
射波を受信するための５つの受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3,Ｒ
4,Ｒ5をそれぞれ得る受信手段（受信アンテナ）を備え
て構成される。

【００１３】第１の受信ビームＲ1は、送信ビームＴの
水平方向の広がり（視野範囲）の中心に向けてそのビー
ム方向が定められており、第２および第３の受信ビーム
Ｒ2,Ｒ3のビーム方向は、上記第１の受信ビームＲ1の両
側に位置して設定される。更に第４および第５の受信ビ
ームＲ4,Ｒ5の各ビーム方向は、前記第２および第３の
受信ビームＲ2,Ｒ3の外側に向けてそれぞれ設定されて
いる。上記第１乃至第５の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3,Ｒ4,
Ｒ5は、図１に示すように水平方向のレーザ視野領域が
互いに隣接するように、或いは図２に示すように水平方
向のレーザ視野領域が隣接するビーム間で互いに一部ず
つ重なり合うように設定される。

【００１４】さて前方最大計測範囲（最大計測レンジ）
が、例えば１００ｍとして与えられる場合であって、道
路上の１００ｍ先における１〜２車線の幅内に存在する
物体を検出しようとする場合には、送受信ビームの水平
方向の広がり角（ビーム角）として９〜１２deg程度が
必要となる。このような水平方向のビーム角度を設定し
ておけば、高速道路における大半の曲線路において、最
大の計測範囲内での前方物体を検出することが可能とな
る。ところが道路の曲率が急であるような場合には、前
述したように更に広い領域を計測対象とすることが必要
となり、例えば送受信ビームの水平方向の広がり角（ビ
ーム角）として１５〜２０deg程度が必要となる。

【００１５】そこでこの実施形態に係る装置において
は、図４(ａ)に示すように前記第１乃至第３の受信ビー
ムＲ1,Ｒ2,Ｒ3にて、主として道路上の１００ｍ先にお
ける１〜２車線の幅内に存在する物体を検出するように
し、この領域の側部領域における物体の検出を前記第４
および第５の受信ビームＲ4,Ｒ5にて検出するように、
前記各受信ビームＲ1,Ｒ2,…,Ｒ5の向きと、その水平方
向ビーム角θh1,θh2,θh3,θh4,θh5を定めている。具
体的には第１乃至第３の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3の水平
方向ビーム角θh1,θh2,θh3をそれぞれ３〜４degに設
定し、第４および第５の受信ビームＲ4,Ｒ5の水平方向
ビーム角θh4,θh5を上記第１乃至第３の受信ビームＲ
1,Ｒ2,Ｒ3の水平方向ビーム角θh1,θh2,θh3と同等、
或いはこれより広く設定している。

【００１６】一方、送信ビームＴは、上述した範囲の物
体検出を可能とするべく、受信ビームＲ1,Ｒ2,…,Ｒ5の
水平方向の広がり範囲をカバーするように、その水平方
向ビーム角θhtが、例えば１５〜２０deg以上に定めら
れている。つまり送信ビームＴの水平方向の広がりの範
囲は、前記第１乃至第５の受信ビームＲ1,Ｒ2,…,Ｒ5を
合わせた水平方向の広がり範囲の全部を網羅するように
設定されている。またその垂直方向のビームの広がり角
度θvtは、自動車の姿勢が多少傾いても、或いはバウン
ドしても前記範囲の物体検出を可能とするべく、２〜４
deg程度に設定される。

【００１７】ところで上述した送信ビームＴおよび受信
ビームＲ1,Ｒ2,…,Ｒ5のアンテナ利得Ｇは、その水平ビ
ーム角θhおよび垂直ビーム角θvが狭いほど高くなり、
水平ビーム角θhおよび垂直ビーム角θvが広くなるに従
って低下する。そしてこのアンテナ利得Ｇは、一般的に
は Ｇ ＝ １０ log (２５０００／(θh・θv)) [dＢ] で与えられる。またこれらの送受信ビームＴ,Ｒ1,Ｒ2,
…,Ｒ5を得るアンテナを平面アンテナで実現する場合、
そのアンテナ利得Ｇは平面アンテナの面積Ｓに大きく依
存し、一般的にはその効率ηを、波長をλとした場合 Ｇ ＝ １０ log (４π・η・Ｓ／λ２) [dＢ] として与えられる。特に平面アンテナにあっては、縦方
向の長さが長いほど垂直方向のビーム角θvが狭くな
り、横方向の幅が長くなるに従って水平方向のビーム角
θhが狭くなる。換言すれば平面アンテナの縦方向の長
さが短ければ垂直方向のビーム角θvが広くなり、横方
向の幅が短くなれば水平方向のビーム角θhが広くな
る。

【００１８】一方、自動車に搭載されるレーダ装置にあ
っては、そのアンテナは一般的にはフロントグリルに設
けられることが多く、寸法的に多くの制約を受ける。特
にアンテナの縦方向の長さに対する制約が厳しい。この
ような観点から上述した送受信ビームＴ,Ｒ1,Ｒ2,…,Ｒ
5をそれぞれ得る平面アンテナは次のように構成されて
いる。即ち、送信アンテナは、前述したように垂直ビー
ム角θvが２〜４deg程度、水平ビーム角θhが１５〜２
０deg程度の送信ビームＴを得るべく、必要なアンテナ
利得Ｇを得る面積Ｓの平面アンテナとしてその縦横の寸
法が設定される。具体的には、縦６.６ｃｍ，横１ｃｍ
の平面アンテナ１として実現される。

【００１９】これに対して前記第１乃至第３の受信ビー
ムＲ1,Ｒ2,Ｒ3をそれぞれ得る受信アンテナは、前述し
たように１００ｍ前方の１〜２車線の幅に存在するの物
体を検出するべく９〜１２deg程度の水平ビーム角をカ
バーするように、例えばその水平ビーム角を３等分した
領域（範囲）をそれぞれ視野するように、３〜４degの
水平ビーム角θh1,θh2,θh3を持つような横寸法を持つ
平面アンテナ２,３,４として実現される。この場合、こ
れらの３つの平面アンテナ２,３,４を縦方向に並べて配
列して第１の受信用平面アンテナ群を構成するように
し、該第１の受信用平面アンテナ群の縦方向の長さが、
前記送信用平面アンテナ１の縦方向長さと等しくなるよ
うに設定する。

【００２０】従って受信用平面アンテナ２,３,４の縦寸
法は、送信用平面アンテナ１の縦方向寸法の略１／３と
なる。そして各受信用平面アンテナ２,３,４の縦寸法が
短くなった分、第１乃至第３の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3
の垂直ビーム角θv1,θv2,θv3が広がっている。この結
果、第１乃至第３の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3は、図１ま
たは図２に示すように送信ビームＴに比較して水平ビー
ム角θh1,θh2,θh3が狭く、且つ垂直ビーム角θv1,θv
2,θv3の広いビーム形状となっている。

【００２１】これに対して前記第４および第５の受信ビ
ームＲ4,Ｒ5をそれぞれ得る受信アンテナは、前記第１
乃至第３の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3の外側であって、前
記送信ビームＴの残された水平視野領域をカバーするよ
うに、例えば６〜８degの水平ビーム角θh4,θh5を持つ
横寸法の平面アンテナ５,６として実現される。この場
合、これらの２つの平面アンテナ５,６を縦方向に並べ
て配列して第２の受信用平面アンテナ群を構成するよう
にし、該第２の受信用平面アンテナ群の縦方向の長さ
が、前記送信用平面アンテナ１の縦方向長さ、および前
記第１の受信用平面アンテナ群の縦方向の長さと等しく
なるように設定する。

【００２２】換言すれば、第４および第５の受信ビーム
Ｒ4,Ｒ5をそれぞれ得る平面アンテナ５,６を縦方向に並
べて配列して第２の受信用平面アンテナ群を構成するよ
うにし、その縦方向長さを前記送信用平面アンテナ１、
および前記第１の受信用平面アンテナ群の各縦方向の長
さと等しくする。従って平面アンテナ５,６を縦方向長
さは、送信用平面アンテナ１の縦方向長さの約１／２と
なり、その垂直ビーム角θv4,θv5は、前記送信ビーム
Ｔの垂直ビーム角θvtより広く、且つ前記第１乃至第３
の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3の垂直ビーム角θv1,θv2,θv
3よりも狭くなる。またこれらの平面アンテナ５,６は、
そのアンテナ利得Ｇが前記平面アンテナ２,３,４とそれ
ぞれ等しくなるように設定され、具体的にはアンテナ開
口面積Ｓが等しくなるようにその横方向寸法が決定され
る。

【００２３】この結果、第４および第５の受信ビームＲ
4,Ｒ5は、図１または図２に示すように送信ビームＴに
比較して水平ビーム角θh4,θh5が狭く、且つ垂直ビー
ム角θv4,θv5の広いビーム形状で、且つ前記第１乃至
第３の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3に比較して水平ビーム角
θh4,θh5がひろく、且つ垂直ビーム角θv4,θv5の狭い
ビーム形状として実現されている。そして送信ビームＴ
は、これらの第１乃至第５の受信ビームＲ1,Ｒ2,…,Ｒ5
による総合的なレーダ視野範囲を物体検出領域として定
めるべく、その水平方向ビーム角θhtを設定したものと
なっている。

【００２４】尚、前記各送受信ビームＴ,Ｒ1,Ｒ2,…,Ｒ
5をそれぞれ得る送受信用の各平面アンテナ１,２,３,
…,６は、例えば図３(ａ)〜 (ｆ)に示す如く配列されて
１つのアンテナユニットをなす。即ち、送信用平面アン
テナ１に対して高さが揃えられた第１の受信用平面アン
テナ群と第２の受信用アンテナ群とを横方向に並べて配
置することで、アンテナユニットの全体形状が無駄なく
コンパクトにまとめられている。

【００２５】かくして上述した如く設定された各送受信
ビームＴ,Ｒ1,Ｒ2,…,Ｒ5を用いて物体検出を行う本装
置によれば、第１乃至第３の受信ビームＲ1,Ｒ2,Ｒ3に
より道路前方の主たる領域における物体検出を行いなが
ら、道路の曲がりが急峻であるような場合でも、第４お
よび第５の受信ビームＲ1,Ｒ2を用いて、その側部領域
における物体検出を効果的に行い得る。しかもアンテナ
利得を低減することなしに、広い視野領域における高感
度な物体検出を行い得る。

【００２６】また上記各送受信ビームＴ,Ｒ1,Ｒ2,…,Ｒ
5を得る平面アンテナについても前述したように１つの
アンテナユニットとしてコンパクトに、しかも個々の平
面アンテナ１,２,…,６のアンテナ利得Ｇを犠牲にする
ことなくまとめられているので、限られた空間（開口面
積）を効率良く利用することができ、自動車のフロント
グリルに組み込むに好適である。

【００２７】ちなみに第１乃至第５の受信ビームＲ1,Ｒ
2,…,Ｒ5の垂直ビーム角を互いに等しくし、且つアンテ
ナ利得Ｇが低減しないようにその水平ビーム角を狭くす
ることが考えられる。しかしこの場合、受信ビームを得
る平面アンテナとしては、例えば図３(ｇ)に示すように
横幅が非常に長いものとならざるを得ず、その製作自体
が困難化する。また受信ビームを７つにすることも考え
られるが、自動車用のレーダ装置として寸法上の厳しい
制約があると、個々の平面アンテナの面積Ｓを狭くせざ
るを得ず、十分なアンテナ利得Ｇを確保することが困難
となる。しかも個々の受信ビームの角度が広くなるの
で、不必要なエリアまでもカバーする結果となる。従っ
てこのような観点からして、前述した如く設定される送
受信ビームＴ,Ｒ1,Ｒ2,…,Ｒ5を用いる本レーダ装置
は、自動車における前方監視用レーダとして非常に好適
であると言える。

【００２８】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば最大計測レンジや、使用する電
波の波長等は検出対象（仕様）に応じて定めれば良いも
のであり、その仕様に従って各ビームの水平ビーム角θ
hや垂直ビーム角θvを定めるようにすれば良い。また各
受信ビームのアンテナ利得Ｇに、適当な差を付けるよう
にすることも勿論可能である。要するに本発明はその要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１乃至第５の受信ビームによりアンテナ利得を犠牲にす
ることなしに、広い視野領域における高感度な物体検出
を行うことができる。特に前記第１乃至第３の受信ビー
ムの各水平方向の広がり範囲に比較して、前記第４およ
び第５の受信ビームの水平方向の広がり範囲をそれぞれ
広く設定し、また前記第１乃至第３の各受信ビームの各
垂直方向の広がり範囲に比較して、前記第４および第５
の受信ビームの垂直方向の広がり範囲をそれぞれ狭く設
定し、更には前記送信ビームＴの垂直方向の広がりの範
囲を、前記第１乃至第５の受信ビームの各垂直方向の広
がり範囲よりも狭く設定しているので、アンテナ利得を
低減することなく、水平方向および垂直方向に適正な幅
を持つ、広範囲なレーダ視野角を持つレーダ装置を実現
することができる。

【００３０】更には本発明の好ましい実施の形態とし
て、前記各ビームを得る送信手段および受信手段を平面
アンテナとして実現し、前記第１乃至第３の受信ビーム
Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3をそれぞれ得る平面アンテナを垂直方向に
配列された第１の受信用平面アンテナ群として、また第
４および第５の受信ビームＲ4,Ｒ5をそれぞれ得る平面
アンテナを垂直方向に配列された第２の受信用平面アン
テナ群として構成し、これらの第１および第２の受信用
平面アンテナ群の垂直方向の寸法を同一に設定している
ので、レーダ開口面積を有効に利用したコンパクトなア
ンテナを実現することができ、特に自動車用の前方監視
レーダ装置として好適でる等の実用上多大なる効果が奏
せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るレーダ装置における
送信ビームと５つの受信ビームとの関係を示す図。

【図２】本発明の別の実施形態に係るレーダ装置におけ
る送信ビームと５つの受信ビームとの関係を示す図。

【図３】本発明の実施形態に係るレーダ装置に用いられ
る平面アンテナの配列構成を示す図。

【図４】本発明に係るレーダ装置における５つの受信ビ
ームと、従来装置における３つの受信ビームとを対比し
て示す図。

【符号の説明】

１ 送信用平面アンテナ（送信ビームＴ） ２ 受信用平面アンテナ（第１の受信ビームＲ1） ３ 受信用平面アンテナ（第２の受信ビームＲ2） ４ 受信用平面アンテナ（第３の受信ビームＲ3） ５ 受信用平面アンテナ（第４の受信ビームＲ4） ６ 受信用平面アンテナ（第５の受信ビームＲ5）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 敏孝 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電波を送信し、該電波の物体による反射
   波を受信して前記物体を検出するレーダ装置であって、 水平方向および垂直方向にそれぞれ所定の広がりを持つ
   送信ビームとして前記電波を送信する送信手段と、 前記送信ビームの水平方向の広がりの範囲の中心に向け
   られた第１の受信ビーム、この第１の受信ビームの両側
   にそれぞれ向けられた第２および第３の受信ビーム、更
   にこれらの第２および第３の受信ビームの外側にそれぞ
   れ向けられた第４および第５の受信ビームを有して前記
   反射波を受信する受信手段とを具備してなり、 前記第１乃至第５の受信ビームを合わせた水平方向の広
   がり範囲が前記送信ビームの水平方向の広がりの範囲を
   網羅するように設定したことを特徴とするレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記第１乃至第３の受信ビームの各水平
   方向の広がり範囲に比較して、前記第４および第５の受
   信ビームの水平方向の広がり範囲をそれぞれ広く設定し
   たことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 【請求項３】 前記第１乃至第３の各受信ビームの各垂
   直方向の広がり範囲に比較して、前記第４および第５の
   受信ビームの垂直方向の広がり範囲をそれぞれ狭く設定
   したことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
4. 【請求項４】 前記送信ビームの垂直方向の広がりの範
   囲は、前記第１乃至第５の受信ビームの各垂直方向の広
   がり範囲より狭く設定したことを特徴とする請求項１に
   記載のレーダ装置。
5. 【請求項５】 前記電波の送信手段および反射波の受信
   手段は、それぞれ平面アンテナとして実現されるもので
   あって、 前記第１乃至第３の受信ビームをそれぞれ得る平面アン
   テナは、垂直方向に配列されて第１の受信用平面アンテ
   ナ群をなし、第４および第５の受信ビームをそれぞれ得
   る平面アンテナは、垂直方向に配列されて第２の受信用
   平面アンテナ群をなし、上記第１および第２の受信用平
   面アンテナ群は、垂直方向の寸法が同一に設定されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
6. 【請求項６】 前記第１乃至第５の受信ビームをそれぞ
   れ得る平面アンテナは、アンテナ利得が互いに等しく設
   定されていることを特徴とする請求項５に記載のレーダ
   装置。