JPH11504756A - 統合化マイクロ波アンテナを備えた前照灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 統合されたマイクロ波アンテナを有する前照灯には、回転対称の、放物体状に形成された反射器（２１）及びマイクロ波の直接側方照射部が設けられている。そのために、電気信号供給素子（１５）は、反射器（２１）の側方に、且つ、照射装置（１４）内に設けられていて、適切な間隔をおいて光源（１３）の前に配設されている。マイクロ波系の信号供給素子（１５）の装置構成は、レーダービームが反射器の上側半部によって配向されて集束されるように行われている。光源用のビーム路は、それぞれの縁ビーム（１３１）によって示されている。マイクロ波系の信号供給素子（１５）用のビーム路は、それぞれの縁ビーム（１５１）及び（１５２）によって示されている。本発明によると、光学系とその光源（１３）及びマイクロ波系とその信号供給素子（１５）及び／又は受信素子は、機能的且つ空間的に完全に独立して相互に形成されて別個に配設されている。それぞれ別個に相互に最適化されて形成されているので、両系は、前照灯の共通ケーシング内で一緒に調整される。

Description

【発明の詳細な説明】 統合化マイクロ波アンテナを備えた前照灯 従来技術 本発明は、統合化されたマイクロ波アンテナ、反射器を有する前照灯、例えば 、自動車用前照灯であって、前記反射器は、前照灯光の集束用にもマイクロ波ビ ームの集束用にも使用される前照灯に基づく。 この種の公知の前照灯（米国特許第３６８３３７９号明細書）の場合、前照灯 電球のフィラメントは、可視光領域内の光学ビームの送出のためにも、放射器、 ビーム反射器、及び、高周波用の受信アンテナの機能でも利用される。先行車両 との十分な安全間隔を維持するための車両警報及び制御系と関連して利用するこ とが行われている。そのような系は、車両での車間レーダーとも呼ばれる。この 公知の系は、約８５０ＭＨｚの周波数で作動するが、今日、要求されている比較 的高分解能の正確な車間レーダーにとっては不十分である。更に、作動周波数は 上方に制限されており、つまり、比較的高い周波数を達成するために、前照灯電 球のフィラメントが比較的小さくて狭幅の螺旋として巻回されることがあるので 、作動周波数は上方に制限されているのである。従って、この公知の、統合化さ れたマイクロ波アンテナを備えた前照灯には、系に制 約された上方周波数限界が内在している。 更に、ヨーロッパ特許公開第０５５９５４６号公報から、車両の送信機及び／ 又は受信機用のマイクロ波アンテナ及び該アンテナの実施のための前照灯電球が 公知である。その際、電球のガラス球の内部の高周波用のビーム素子は、そこに 収容された、ハイビーム及び減光ライト用の電球の近傍、並びに、前照灯の反射 器の焦点の近傍に収容されている。その種の電球の非常に複雑な構成は別にして も、可視光源とマイクロ波ビーム源との位置対応付けが、この装置構成によって 相互に固定して結合されている。 この公知の、統合化されたマイクロ波アンテナを有する前照灯には、フィラメ ントの機能が結合されるか、又は、フィラメントとマイクロ波アンテナとの空間 的な固定連結部が設けられている。 本発明の効果 それに対して、光学系は、該光学系の光源と共に、マイクロ波系は、該マイク ロ波系の信号供給素子及び／又は受信素子と共に、機能的及び空間的に完全に独 立して相互に構成されて別個に配設されている、統合化されたマイクロ波アンテ ナを有する本発明の前照灯は、前照灯光並びにレーダビームの最適な集束作用が 得られるという効果を有しており、その際、光源とマイクロ波ビーム源との相互 に可能な装置構成に依存しない反射器の適切に選択された幾何学形状によって、 最適なレーダローブ形状も、所望の光集束作用に依存しないで達成することがで きる。この解決手段によって、コスト及びスペースを節約することができ、一度 最適化された光集束作用とレーダローブ形状の元で、光ビームとレーダビームと を同時に調整することができるようになる。 本発明によると、これは、原理的に、光学系は、該光学系の光源と共に、マイ クロ波系は、該マイクロ波系の信号供給素子及び／又は受信素子と共に、機能的 及び空間的に完全に独立して相互に構成されて別個に配設されているようにして 達成される。 別の請求項に記載した手段によって、請求の範囲第１項記載の、統合化された マイクロ波アンテナを備えた前照灯を有利に実施して改善することができるよう になる。 本発明の特に有利な実施例では、放物体状の反射器が設けられている。本発明 の有利な実施例では、反射器に、拡散レンズ及び／又は誘電体レンズが設けられ ている。有利な実施例に相応して、更に、反射器は、回転対称に、又は、オフセ ット反射器として構成されている。 本発明の有利な実施例によると、信号供給素子として、信号供給ホーン又は誘 電体の信号供給放射器又はマイクロストリップ線路−パッチ乃至−パッチアレイ が設けられている。本発明の特に有利な実施例に相応 して、信号供給素子を用いて、直接又は間接的に、例えば、副又は補助反射器を 介して、マイクロ波の照射を行う。 本発明の特に有利な別の実施例に相応して、信号供給素子又は副反射器は、該 信号供給素子又は副反射器により、光源の直接光を遮蔽することができるように 配設されている。 本発明の特に有利な別の実施例によると、光源及び１つ又は複数の平面形状の マイクロ波信号供給素子及び／又はマイクロ波受信素子が、共通の平面担体基板 上に装着されており、前記担体基板は、オフセット反射器の外側に配設されてい る。 本発明の、この構成の有利な実施例では、適用事例及び所与の場所状況に応じ て有利である２種類の形式でビーム照射を行うことができる。一方では、担体基 板及び該担体基板の上に配設された素子の装置構成は、光及びマイクロ波の照射 が直接行われるようにされている。他方では、担体基板及び該担体基板の上に配 設された素子の装置構成は、光及びマイクロ波の照射が直接行われるようにされ ており、その際、相応に成形されて配設された補助反射器が設けられており、オ フセット反射器は、特別に形成された部分として構成されている。この構成の有 利な実施例では、補助反射器及び／又はオフセット反射器は、回転放物体又は回 転双曲体の一部である。 本発明の特に有利な別の実施例によると、光源としては、ハロゲンランプ、例 えば、Ｈ４−ランプ、又は、ガス放電ランプ、例えば、高圧ガス放電ランプが設 けられている。 それぞれの用途で、レーダーシステムの精度に要求される条件を充足するため に、本発明り有利な別の実施例に相応して、マイクロ波系は、約１０−１００Ｇ Ｈｚの領域内で、有利には、約７６−７７ＧＨｚの領域内で作動される。 図面 本発明について、図示の複数の実施例を用いて、以下、詳細に説明する。 図１は、回転対称な反射器と副反射器を備えた統合化されたマイクロ波アンテ ナを有する本発明の前照灯の第１の実施例の側面略図を示し、 図２は、回転対称な反射器を有していて、マイクロ波が側方から直接入射する 統合化されたマイクロ波アンテナを有する、本発明の前照灯の第２の実施例の側 面略図を示し、 図３は、回転対称な反射器、副反射器及び補正レンズを備えた統合化されたマ イクロ波アンテナを有する、本発明の前照灯の第３の実施例の側面略図を示し、 図４は、回転対称な反射器、拡散レンズ、及び、直接光を遮蔽する信号供給素 子を備えた、統合化されたマイクロ波アンテナを有する、本発明の前照灯の第４ の実施例の側面略図を示し、 図５は、非回転対称な反射器及び濾波作用を有する副反射器を用いてマイクロ 波が側方から入射する、本発明の前照灯の第５の実施例の側面略図を示し、 図６は、回転対称な反射器と中央に配設された、補助反射器を備えた信号供給 放射器を有する、本発明の前照灯の第６の実施例の側面略図を示し、 図７は、オフセット反射器を有する、統合化されたマイクロ波アンテナと、担 体基板上に装着された、反射器内に直接入射する素子とを有する、本発明の前照 灯の第７の実施例の側面略図を示し、 図８は、オフセット反射器を有する、統合されたマイクロ波アンテナと、担体 基板上に装着された、反射器内に、成形された補助反射器を介して間接的に入射 する素子とを有する、本発明の前照灯の第８の実施例の側面略図を示す。 実施例の説明 図１には、回転対称な放射体状の反射器１１と適切に成形された副反射器１２ を備えた統合化されたマイクロ波アンテナを有する、本発明の前照灯の第１の実 施例の側面略図が示されている。反射器１１と副反射器１２との間に、光源１３ が設けられている。その際、副反射器１２は、この副反射器により、光源１３の 直接光照射が照射方向１４で遮蔽されるように配設されている。マイクロ波系の 信号供給素子１５のビーム は、適切に、例えば、真ん中又は真ん中から外側に位置決めされた、反射器１１ の開口１６を通って、後ろ側から副反射器１２に導入される。これは、信号供給 素子１５と開口１６と一緒に、図示の実施例では、マイクロ波ビームが反射器１ １の上側半部を介して集束されて照射されるように配設されている。目標物から 反射されたレーダービームは、信号供給素子１６の位置で作用する受信素子、例 えば、信号供給素子自体に対して反転された経路上に達することは明らかである 。信号供給素子は、方向偏波器（サーキュレーター、又は、２重方向性結合器で あり得る）を用いて、同時に受信素子であり得る。光源１３用のビーム路は、そ れぞれの縁ビーム１３１及び１３２によって示されている。マイクロ波系の信号 供給素子１６用のビーム路は、それぞれの縁ビーム１５１及び１５２によって示 されている。 図２には、回転対称な、放射体状に形成された反射器２１を有していて、マイ クロ波が側方から直接入射する、統合されたマイクロ波アンテナを有する本発明 の前照灯の第２の実施例の側面略図が示されている。そのために、信号供給素子 １５は、反射器２１の側方に配設されており、ビーム放射方向１４で見て適切な 間隔を置いて光源１３の前に配設されている。 この実施例でも、マイクロ波系の信号供給素子１５の装置構成は、レーダービー ムが反射器２１の上側半部 によって配向されて集束されるように行われている。光源１３用のビーム路は、 それぞれの縁ビーム１３１及び１３２によって示されている。マイクロ波系の信 号供給素子１５用のビーム路は、同様に、それぞれの縁ビーム１５１及び１５２ によって示されている。 図３に側面が略示されている、統合化されたマイクロ波アンテナを備えた本発 明の前照灯の別の実施例では、副反射器３２及び補正レンズ３７及び３８を備え た、回転対称な、放射体状の反射器３１が設けられている。この装置構成は、図 １と同様に示されている。しかし、マイクロ波系の信号供給素子１５は、反射器 ３１の真ん中、又は、図示のように、真ん中の外側の適切な箇所を貫通する開口 部１６を通って反射器空間内に突入している。照射されたレーダービームは、反 射器３１の湾曲方向とは反対方向に湾曲しているように成形された副反射器３２ に当射され、副反射器３２は、光源１３の直接ビームが前照灯開口部に対して遮 蔽されるように配設されている。 この前照灯開口部の領域内には、両補正レンズ３７及び３８が装着されている 。その際、補正レンズ３８は、光学補正レンズであり、補正レンズ３７は、誘電 体の補正レンズであるようにすることができる。この両補正レンズ３７及び３８ は、光学ビーム路もレーダービームのビーム路も補正する。その縁ビームは、参 照番号３５１及び２５２によって示されている。誘電 体補正レンズ３７は、有利には、高い誘電係数ε_r≒１０の材料、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃セラミック又はＴｉＯ₂が充填されたプラスチックから製造されている。反射 係数の改善のために、この誘電体レンズ３７には、更に、「マッチンググループ 」３９を設けることができる。 図４には、統合化されたマイクロ波アンテナを有する本発明の前照灯の第４の 実施例の側面略図が示されている。その際、回転対称の、放物体状の反射器４１ は、拡散レンズ４９（フレネルレンズから構成することができる）によって照射 方向１４の前方から閉じられている。反射器４１は、回転放物体の一部分にする ことができる。信号供給素子４５は、ビーム照射方向１４での、光源１３の直接 光を遮蔽するように形成されて配設されている。信号供給素子４５としては、有 利には、信号供給ホーン又はホーン放射器を用いることができ、信号供給ホーン 又はホーン放射器は、例えば、４５１又は４５２で示されている面上でマイクロ 波ビームを照射する。信号供給素子４５としては、誘電体信号供給放射器を使う こともできる。信号供給素子４５は、例えば、中央に装着された導波管４５３を 介してエネルギが供給される。 統合されたマイクロ波アンテナを備えた本発明の前照灯の第５の実施例は、図 ５に側面が略示されている。非回転対称な、放物体状の反射器５１では、マイク ロ波の照射は、信号供給素子５５によって側方から行われる。縁ビーム５５１及 び５５２によって示されているレーダービーム路内に配設されている、濾波作用 を行う副反射器５０１，５０２，５０３を用いて、反射されたレーダービームか ら、例えば、３つの種々の周波数が濾波され、対応して配属されている３つの受 信素子５０４，５０５及び５０６の方に側方に偏向される。濾波作用を行う副反 射器５０１，５０２及び５０３は、簡単に、その表面上での周波数選択構造によ って実施することができ、従って、所望のフィルタ特性が実現される。この装置 構成は、多ビーム系として適しており、その際、副反射器５０１，５０２及び５ ０３は、主ローブの複数ビーム方向が形成されるように回転することができる。 その際、これは、角度を分解するレーダーである。 図６には、回転対称な、放物体状又は成形された反射器６１と中央に配設され た信号供給放射器６５を有する、統合されたマイクロ波アンテナを有する本発明 の前照灯の第６の実施例の側面略図である。信号供給放射器６５には、照射され るべきエネルギが、丸型導波管６５３を介して供給される。信号供給放射器６５ は、誘電体放射器であり、反射器６１側に斜めの、特別に、マイクロ波が反射器 ６１上に照射されるように構造化された面６５１及び６５２である。 有利には、反射器６１の焦点内に、ガス放電ランプ ６３又はハロゲンランプ、いわゆるＨ４−ランプが、光源として配設されている 。反射器６１と光源６３との間の中央に配設された誘電体放射器６５は、光源６ ３側に、成形された面６５４を有しており、この面は、成形された補助放射器を 形成し、この補助放射器は、誘電体放射器６５内に金属化されており、シェージ ングを回避するために、外側の光源６３側を鏡面化することができる。 図６の、この実施例では、マイクロ波を照射する電気系は、カセグレイン方式 と同様の幾何学的形状の誘電体後方放射器６５から構成されている。丸型導波管 ６５３から送出された電磁波は、誘電体放射器部内に案内され、この誘電体放射 器部内で、誘電体の面６５４の金属化部によって形成された補助反射器で反射さ れて、反射器６１の方向に照射される。電気系の定数選定の一層の自由度は、誘 電体の外側表面（図６の側面図に面６５１，６５２として示されている）の形状 によって得られる。従って、光学系の放物体状の輪郭の場合ですら、それに依存 しないで電気系を定数選定することができる。補助反射器６５４の大きさは、誘 電体定数の選択によって小さく保持することができる。そうすることによって、 光源６３を、外側が有利には鏡面化された、この補助反射器６５４の前に反射器 ６１の焦点に、有利な形式で装置構成することができる。 回転対称の装置構成の場合、原理的に既存のシェージングの問題が生じる。こ の問題は、光学系でも電気系でも同様である。他方では、極めて小型の構成が特 に有利である。オフセット反射器を有する図示の別の実施例で構成された前照灯 により、ここで有利な択一選択肢が得られる。 反射器−オフセット−装置構成は、図７に側面が略示された、本発明の、マイ クロ波アンテナが統合された前照灯の第７の実施例に示されている。担体基板７ ０上には、ビーム放射素子が形成されており、このビーム放射素子は、反射器７ １に直接入射する。その際、担体基板７０は、その面が前照灯のビーム方向１４ に対して平行に配設されている。マイクロ波系の電気信号供給素子は、１つ又は 複数の平面ビーム放射素子７５の平面状アレイ、いわゆるパッチとして構成され ている。この信号供給素子は、担体基板７０の表面上に形成されている。 一次放射器の構成は、一次線図の形成が、配電網を介してパッチを相応に励起 することによって行われるか、又は、パッチが、相応の回路網によって、マイク ロ波ビームの向きを変えることができるように構成することができる。更に、そ れぞれのビーム放射素子７５は、相応の送信／受信ユニット７５０に対して別個 に構成することもできる。このようにして、複数のビームローブを有する系を構 成することができる。 電気的及び光学的特性の改善のために、反射器７１の表面を特別に成形するこ とができる。従って、例えば、連続化されたビーム線図乃至低サブローブを有す るビーム線図を形成することができる。一次放射器は、図示のように、二重側面 基板として構成することができる。そうすることによって、担体基板７０の下側 面上にマイクロ波回路を集積化することができ、その結果、非常に小型の構造を 達成することができる。平面放射素子７５のアレイは、真ん中に、光源６３の取 り付け用の開口乃至切り欠き部、有利には、ガス放電ランプ、例えば、高圧ガス 放電ランプが設けられているように構成されている。光学系のビーム路の制限さ れた縁ビームは、図７に１３１及び１３２で示されており、電気マイクロ波系の 制限された縁ビームは、図７に１５１及び１５２で示されている。 本発明の、マイクロ波アンテナが統合された前照灯の、この図示の実施例では 、光学的系も電気的系も障害となるシェージングの影響はない。 図７に示された単一反射器装置構成は、別の補助反射器を用いて二重反射器系 に拡張することができる。そのような第８の実施例は、図８に、本発明の、マイ クロ波アンテナが統合された前照灯の側面略図に示されている。図示の二重反射 器の装置構成は、特別に成形されたオフセット反射器８１及び同様に成形された 、グレゴリー系式の補助反射器８０１と共に構成され ている。つまり、補助反射器８０１は、回転放物体の一部である。二重反射器の 装置構成は、カセグレイン系の方式で構成することができ、そのために、補助反 射器は、回転放物体の部分として構成されている。その都度、予定している用途 に依存しないで、補助反射器及び／又は反射器用の任意に成形された表面を設け ることもできる。 担体基板７０上に装着された素子、一方の側面上の平面反射器素子７５及び他 方の側面上の送信及び受信ユニット７５０、並びに、統合された光源６３を有し ている担体基板７０は、この装置構成では、その面が前照灯の照射方向１４に対 して垂直であるように設けられている。電気及び光学的ビーム照射は、間接的に 、反射器８１において、特別に成形された補助反射器８０１を介して行われる。 電気マイクロ波系の縁ビームは、図８に１５１及び１５２で示されている。 この第８の実施例の実用的な実施例により構成された前照灯では、両反射器８ １及び８０１は、有利には、共通のケーシング内に収容されている。この際、位 置関係は、図７の第７の実施例の場合とは異なっていることは明らかである。 前述の実施例では、光源として、種々のランプを使用することができる。つま り、有利には、ハロゲンランプ、例えば、Ｈ４−ランプを使うとよい。自動車前 照灯技術での相応の新たな開発により、著しく高い光 効率のガス放電ランプ、例えば、高圧ガス放電ランプを著しく小さなエネルギ消 費量で有利に使用することができる。放物体前照灯には、現在通常のように、い わゆるＨ４−ランプが使用されており、そのために、レンズを有する反射前照灯 に対して、通常のように、ガス放電ランプが使用される。 光学系と結合された、乃至、この光学系の中に統合されたマイクロ波系は、殊 に、自動車レーダー系として使用することができる。これは、殊に、距離レーダ ー又は車両運転手を支える制御補助手段として使用される。その際、障害物を確 認するための分解能は、メートル〜センチメートル以下の領域内で検出される。 それに相応して、そのために必要なマイクロ波系は、その分解能の点で、約１０ ％改善する必要がある。それ故、有利には、本発明で使用されるマイクロ波系は 、約１０−１００ＧＨｚの領域内（約３ｃｍ−３ｍｍの波長に相応する）で作動 される。特に有利な周波数領域は、約７６−７７ＧＨｚ間であり、それは、約４ ｍｍの波長に相応している。その種の波長を用いると、前照灯内の光学系と結合 するために、極めて小さな信号供給素子を構成することができる。 本発明によると、光学系と電気系とを機能的且つ空間的に有利に分離すること ができ、各系を、先ず、所定の前照灯及びそれぞれの使用目的のために別個に最 適化し、それから、スペースを節約して、１つの前照 灯内に組み込み、又は、共通の反射器を介して一緒に調整される自動車のライト 内に組み込むことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．統合化されたマイクロ波アンテナ、反射器（１１，２１，３１，４１，５１ ，６１，７１，８１）を有する前照灯、例えば、自動車用前照灯であって、前記 反射器は、前照灯光の集束用にもマイクロ波ビームの集束用にも使用される前照 灯において、 光学系は、該光学系の光源（１３，６３）と共に、マイクロ波系は、該マイク ロ波系の信号供給素子（１５，４５，５５，６５，７５）及び／又は受信素子と 共に、機能的及び空間的に完全に独立して相互に構成されて別個に配設されてい るようにすることを特徴とする前照灯。 ２．放物体状の反射器（１１，２１，３１，４１，５１，６１）が設けられてい る請求の範囲第１項記載の統合されたマイクロ波アンテナを有する前照灯。 ３．反射器（３１，４１）には、拡散レンズ（３８，４９）及び／又は誘電体レ ンズ（３７）が設けられている請求の範囲第１項記載の統合されたマイクロ波ア ンテナを有する前照灯。 ４．反射器（１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１）は、回転対称 （１１，２１，３１，４１，６１）に、又は、オフセット反射器（５１，７１， ８１）として構成されている請求の範囲第２項又は第３項記載の統合されたマイ クロ波アンテナを 有する前照灯。 ５．信号供給素子（１５，４５，５５，６５）として、信号供給ホーン（４５， ６５）又は誘電体の信号供給放射器（７５）又はマイクロストリップ線路−パッ チ乃至−パッチアレイが設けられている請求の範囲第１項〜第４項迄の何れか１ 項記載の統合されたマイクロ波アンテナを有する前照灯。 ６．信号供給素子（１５，４５，５５，６５，７５）を用いて、直接又は間接的 に、例えば、副又は補助反射器（１２，３２，８０１）を介して、マイクロ波の 照射を行う請求の範囲第５項記載の統合されたマイクロ波アンテナを有する前照 灯。 ７．信号供給素子（１５，４５，６５）又は副反射器（１２，３２）は、該信号 供給素子又は副反射器により、光源（１３）の直接光を遮蔽することができるよ うに配設されている請求の範囲第１項〜第５項迄の何れか１項記載の統合された マイクロ波アンテナを有する前照灯。 ８．光源（６３）及び１つ又は複数の平面形状のマイクロ波信号供給素子（７５ ）及び／又はマイクロ波受信素子が、共通の平面担体基板（７０）上に装着され ており、前記担体基板（７０）は、オフセット反射器（７１，９１）の外側に配 設されている請求の範囲第１項又は第２項〜第６項迄の何れか１項記載の統合さ れたマイクロ波アンテナを有する前照灯 。 ９．担体基板（７０）及び該担体基板（７０）の上に配設された素子（６３，７ ５，７５０）の装置構成は、光及びマイクロ波の照射が直接行われるようにされ ている（図７）請求の範囲８項記載の統合されたマイクロ波アンテナを有する前 照灯。 10．担体基板（７０）及び該担体基板（７０）の上に配設された素子（６３，７ ５，７５０）の装置構成は、光及びマイクロ波の照射が直接行われるようにされ ており、その際、相応に成形されて配設された補助反射器（８０１）が設けられ ており、オフセット反射器（８１）は、特別に形成された部分として構成されて いる請求の範囲第８項記載の統合されたマイクロ波アンテナを有する前照灯。 11．補助反射器（８０１）及び／又はオフセット反射器（７１，８１）は、回転 放物体又は回転双曲体の一部である請求の範囲第１０項記載の統合されたマイク ロ波アンテナを有する前照灯。 12．光源（１３，６３）としては、ハロゲンランプ（１３）、例えば、Ｈ４−ラ ンプ、又は、ガス放電ランプ、例えば、高圧ガス放電ランプ（６３）が設けられ ている請求の範囲第１項〜第１１項迄の何れか１項記載の統合されたマイクロ波 アンテナを有する前照灯。 13．マイクロ波系は、約１０−１００ＧＨｚの領域内 で、有利には、約７６−７７ＧＨｚの領域内で作動される請求の範囲第１項〜第 １２項迄の何れか１項記載の統合されたマイクロ波アンテナを有する前照灯。