JP4410232B2

JP4410232B2 - 車両用レーダ装置

Info

Publication number: JP4410232B2
Application number: JP2006305367A
Authority: JP
Inventors: 勝久小玉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: JP2008122188A; DE102007026124A1; DE102007026124B4

Description

この発明は、車両用レーダ装置に関し特にビーム照射方向を走査するアンテナ装置に関するものである。

従来の車両用レーダ装置は、自車両の周辺を監視するために使用されるものであり、電磁波を自車両の周辺に照射し、障害物等があればそこからの反射波を受信して自車両の周辺の障害物までの距離、相対速度、方向を検出するものである。

例えば特許文献１に記載されているレーダ装置においては、レーダ装置のカバーにメッキ等により形成された多数の平行な直線導体で構成され、電磁波を偏向方向により選択して反射あるいは透過させる平面反射鏡１を備えている。１次放射器２からの電磁波はこの平面反射鏡１に向けて放射され、そこから偏向ねじり反射手段を持つ放物面反射鏡に向かって反射させられる。放物面反射鏡では電磁波が偏向ねじり反射手段により偏向方向を変えられて再び平面反射鏡に向かって反射させられる。偏波方向が変えられた電磁波は平面反射鏡１を透過して目標領域に放射される。目標領域を走査するために放物面反射鏡４を駆動して電磁波の放射方向を変える駆動装置５も備えている。

特開２００１−２１７６４６号公報

従来のレーダ装置において平面反射鏡を構成する直線導体はカバーの内面にメッキ等で一体に形成されていた。従来の車両レーダ装置ではカバーをプラスチック等の樹脂成形品で構成していたため、平面度の確保が困難であり、この平面度の低化はカバーに直線導体をメッキする際の線幅、ピッチのバラツキ要因となり、これら、平面反射鏡の平面度低下および導体線幅、ピッチのバラツキなどの要因が重なって車両レーダ装置の性能を大きく低下させていた。

また、従来の車両レーダ装置のようにカバー内面にメッキ等を施すことで平面反射鏡を構成する場合、反射位置の制約等によりカバーの配置および形状が固定され、構造設計の自由度が少ないという問題があった。

また、平面反射鏡として、直線導体を形成した樹脂フィルムをカバーと一体成形するものや、カバーにフィルムを溶着または接着剤を介して接着するものも従来から提案されているが、上記同様、平面度の確保が困難であることに加え、製造工程が複雑であり安定した製造条件出しが困難であること、また、カバー樹脂とフィルム樹脂の素材を同一にすることが不可能であるため、線膨張係数の違いにより、フィルムに亀裂が発生やカバーから剥離する恐れがある。

従って、この発明の目的は、平面反射鏡の形状および直線導体の寸法のバラツキに起因するレーダ性能の低下を解消するとともに、構造設計の自由度、および耐久信頼性を向上させることができる車両レーダ装置を提供することである。

この発明の車両用レーダ装置は、電磁波を偏向方向により選択して反射あるいは透過させる平面反射鏡と、この平面反射鏡に向けて電磁波を放射する１次放射器と、平面反射鏡からの電磁波を受けて偏向方向を変えて反射させる偏向ねじり反射手段を持ち、偏向ねじり反射手段により偏向方向が変えられた電磁波を平面反射鏡に向けて反射させて平面反射鏡を透過させる放物面反射鏡と、この放物面反射鏡を駆動して、電磁波の放射方向を変える駆動装置とを備え、平面反射鏡が複数の直線導体を持つ金属板であることを特徴とするものである。

本発明によれば、平面反射鏡を薄板板金で構成するため、従来の車両レーダ装置では困難であった平面反射鏡の平面度の精度向上が図れるとともに、平面反射鏡の直線導体の線幅、ピッチのバラツキも削減できることから、車両レーダ装置の性能バラツキの低減が可能となる。また、平面反射鏡の耐久信頼性を向上させることができるのに加えて、カバーの配置および車両レーダ構造設計の自由度が増える。

実施の形態１．
図１乃至８は、本発明の車両用レーダ装置を示すものである。図１乃至３において、車両用レーダ装置は、電磁波を偏向方向により選択して反射させる平面反射鏡１と、この平面反射鏡１に向けて電磁波を放射する１次放射器２と、平面反射鏡１から反射した電磁波を受けて偏向方向を変える偏向ねじり反射手段３を持ち、偏向ねじり反射手段３により、偏波方向が変えられた電磁波を反射させ、平面反射鏡１を透過させて放射させる放物面反射鏡４と、この放物面反射鏡４を駆動して、電磁波の放射方向を変える駆動装置５とを備えている。

車両用レーダ装置はまた上述の構成要素を収納支持するハウジング６を備え、ハウジング６は、ハウジング本体７とプラスチックなどの誘電体のカバー８とで構成されている。

平面反射鏡１は、図２および４に示すような平面形のステンレス鋼等の導電性金属板であって、枠９の内側に多数の平行な直線導体１０を持ち、直線導体１０の間にスリット１１が形成されており、枠９の４隅部でカバー８に支持されている。図示の例では枠９に丸孔１２が設けられていて、この丸孔１２にカバー８の内面に設けた段付きの突起１３の先端部を挿入し、突出した先端を熱かしめ等でリベット状頭部１４にしてカバー８に固定してある。平面反射鏡１とカバー８とが面で接触すると車載時の振動等で振動ノイズ（音）が発生する可能性があるため、平面反射鏡１をカバー８から離間させて浮かせた形態で固定してある。

直線導体１０は例えばメッキ及びエッチングを組合せた工程により形成され、間隔および幅が互いに等しく互いに平行な多数帯状導体であり、間に間隔および幅が互いに等しいスリット１１を形成している。従って平面反射鏡１は電磁波の偏向方向による選択性反射を実現するための反射鏡である。

平面反射鏡１においては、直線偏波を放射する１次放射器２からの放射電磁波のうち、平面反射鏡１の直線導体１０に平行な偏波は平面反射鏡１で全反射させられる。これに対して平面反射鏡１の直線導体１０に垂直な偏波は、平面反射鏡１の直線導体１０間のスリット１１を透過して空間に放射される。平面反射鏡１はこのように偏波選択性反射を実現するものである。

図４には平面反射鏡１の機能を実現する直線導体１０およびスリット１１を有する金属板とそのスリットパターンの拡大詳細図を示す。平面反射鏡１は例えばＳＵＳやＣｕ、Ａｌなどの良導電体で非磁性の材質で構成され、その平面度はレーダ性能を考慮して０．１ｍｍ以下が望ましい。また、その板厚はレーダ性能に影響を与えないように薄い方が望ましいが、図示の例では導体の線幅やスリット幅の精度、平面度、板金剛性などを考慮して板厚を０．３ｍｍとした。平面反射鏡１のスリット１１は金属エッチング工程により形成できるため、従来の樹脂メッキ工程に比べて安価で高精度な物が安定して製造できる等のメリットがある。図４でｐはスリット１１のピッチ、Ｗは直線導体１０の幅を表す。

平面反射鏡１は直線導体１０に平行な偏波(水平偏波)を反射させ、垂直な偏波(垂直偏波)を透過させる偏波選択性反射の効率が最大となるように、直線導体１０の線幅およびスリット１１の幅を選定する。

次式に導体スリットと平行な偏波(水平偏波)の反射係数Ｒｈ^２を示す。但し、Ｐ：スリットピッチ、Ｌ：スリット幅、λ：電磁波の空間波長である。

Ｒｈ^２＝１／｛１＋〔（２Ｐ／λ）ｌｎ〔ｃｏｓ（πＬ／２Ｐ）〕｝

また、導体スリットと垂直な偏波(垂直偏波)の反射係数Ｒｙ^２は次式で表される。

Ｒｙ^２＝〔（２Ｐ／λ）ｌｎ〔ｓｉｎ（πＬ／２Ｐ）〕／｛１＋〔（２Ｐ／λ）ｌｎ〔ｓｉｎ（πＬ／２Ｐ）〕〕｝

図５はスリット１１の幅をＬ＝０．１５、０．２、０．３ｍｍに固定し、スリットピッチＰを変化させた場合の７６ＧＨｚ帯域の垂直、水平偏波の反射係数をグラフ化したものである。また図６はスリットピッチをＰ＝０．３、０．４、０．４、１．０ｍｍに固定し、スリット幅Lを変化させた場合の７６ＧＨｚ帯域の垂直、水平偏波の反射係数をグラフ化したものである。図５および図６から直線導体１０に平行な偏波(水平偏波)を全反射させ、スリットに垂直な偏波(垂直偏波)の反射率を小さく抑える、すなわち垂直偏波の透過性を上げるためにはＬ／Ｐの関係を０．５近傍に設定する必要があったため、本発明ではＬ／Ｐを０．５とした。

車両用レーダ装置の放物面反射鏡４は、図７および８に示すような構造を持ち、平面反射鏡１から反射した電磁波を受けて偏向方向を変える偏向ねじり反射手段３を持ち、偏向ねじり反射手段３により、偏波方向が変えられた電磁波を平面反射鏡１に向けて反射させ、平面反射鏡１を透過させてレーダ装置で走査すべき方向に放射させるものである。

放物面反射鏡４は、偏向ねじり反射手段３として、第１および第２の放物面１５および１６を持つ一様厚さの誘電体１７と、第1の放物面１５上に第１の放物面１５に沿って延びて、間に複数のスリット１８を形成する複数の帯状の直線導体１９と、第２の放物面１６に沿って全面を覆うように設けられて、直線導体１９の間の複数のスリット１８を通り誘電体１７を透過した電磁波を反射する裏面導体２０とを備えている。

ここで、放物面反射鏡４の直線導体１９は、厳密には直線ではなく第１の放物面１５に沿って湾曲している。またその形状は、平面反射鏡１上の直線導体１０およびスリット１１を、放物面反射鏡４の中心軸心に沿って放物面反射鏡４上に投影させ、この中心軸心まわりに４５°回転させた投影図形である。換言すれば、直線導体１９の放物面反射鏡４の中心軸心（電磁波の進行方向）に沿った平面投影図形を４５°回転させると、平面反射鏡１の直線導体１０の形状と一致すると言える。

放物面反射鏡４の直線導体１９および裏面導体２０は、メッキ等によりそれぞれ誘電体１７の第１および第２の放物面１５および１６上に形成されており、それらの間隔は誘電体１７の厚さであり、直線導体１９で反射される電磁波と裏面導体２０で反射される電磁波との間には９０°の位相差が生じるようにしてある。

車両用レーダ装置の放射電磁波の偏波方向を左４５度に傾けた場合、１次放射器２から右４５°の偏波で放射された電磁波は、平面反射鏡１の直線導体１０で全反射され、平面反射鏡１の直線導体１０に対して電磁波の進行方向に垂直な平面内で４５°に配置された放物面反射鏡４の直線導体１９および裏面導体２０、即ち偏向ねじり反射手段３により、偏波方向が９０度変えられて左４５度に傾いた偏波となり、平面反射鏡１を透過して空中に放射される。

また平面反射鏡１に向けて電磁波を放射する１次放射器２は、放物面反射鏡４の焦点の平面反射鏡１による鏡像位置またはその近傍に配置されている。図示の例では、一次放射器２は放物面反射鏡４の中心部背面近傍に位置してハウジング本体７に取り付けられていて、放射された電磁波が放物面反射鏡４の中心部に設けられた開口２１を通して前方の平面反射鏡１に向かって放射されるようにしてある。

放物面反射鏡４は、電磁波の放射方向を変える駆動装置５により方向を変えることができるようにされている。即ち、放物面反射鏡４の重心付近に回転軸２２を設け、この回転軸２２をハウジング６で回転可能に支持してある。放物面反射鏡１の角度を変化させるための駆動装置５は、図示の例では磁気反発型駆動装置であって、放物面反射鏡４に付設した一対の磁石２３と、磁石２３に対して逆極性で対向してハウジング６に取り付けられた一対の磁石２４と、磁石２４にそれぞれ巻回されたコイル２５とを備えている。２つのコイル２５は逆向きの電流が流れるように直列接続されており、附勢されたときに磁石２３および２４間のそれぞれの磁気反発力を強弱制御する。電流の向きにより放物面反射鏡４の回転方向を制御し、電流の大きさにより回転角度を制御する

このようにこの実施の形態によれば、平面反射鏡を薄板板金で構成するために平面度の精度が向上し、直線導体の線幅、ピッチのバラツキが低減し、車両レーダ装置の性能バラツキが低減する。また、平面反射鏡の耐久信頼性を向上させることができるのに加えて、カバーの配置および車両レーダ構造設計の自由度が増える。

実施の形態２．
図９に示す平面反射鏡２６においては、平行な直線導体２７が一つ置きに互い違いにずれて食い違った短い接続導体２８により接続されて、比較的短い多数のスリット２９がずれて並べられた、全体として煉瓦パターンの格子構造（グリッド構造）とされている。これにより偏波選択性反射鏡である平面反射鏡２６の複数の平行に配列されたスリット２９の長さが調整できるのである。この複数のスリット２９の長さＧは平面反射鏡２６を通過した電磁波である、スリット２９に対して垂直な偏波（垂直偏波）の中で共振周波数となる電磁波を遮蔽する長さを選定する。図９でＧはスリット２９の長さ、ｐはスリット２９のピッチ、Ｗは直線導体２７の幅を表す。例えば５０ＧＨｚの電磁波の場合、電磁波の速度は３×１０^８（ｍ／ｓ）であるから、１波長は（３×１０^８）／（５０×１０^９）＝０．００６（ｍ）となる。したがって、半波長では０．００６／２＝０．００３（ｍ）すなわち３ｍｍの長さとなる。スリット２９の長さＧを３ｍｍに選定することにより、平面反射鏡２６で透過するスリット２９に垂直な偏波(垂直偏波)のうち５０ＧＨｚ以下の電磁波を遮蔽することができる。

このように平面反射鏡２６をグリッド構造にすることで、所望周波数以外の電磁波を車両レーダ装置の外部に漏洩しない、または、外部からの不要な電磁波の入射を遮蔽するフィルタ機能を実現できる。また、平面反射鏡２６の直線導体２７が多数の短い接続導体２８で互いに接続されているのでＳＵＳ等の薄板で形成される平面反射鏡２６の剛性を高め、スリット共振周波数を高めることができる。

実施の形態３．
平面反射鏡１のカバー８への取付構造として、図１に示す例の他に様々なものが使用できる。例えば図１０に示すようなプッシュナット構造３１を枠９の一部に設けてカバー８から延びた突起１３の先端部に固定しても良いし、図１１に示すように平面反射鏡１の枠９に長孔３２を設けてカバー８の突起１３に嵌めて、樹脂で形成されるカバー８と金属板で形成される平面反射鏡１の温度による線膨張差を吸収できる構造としても良い。またカバー８の材質にＬＣＰ等を用いて平面反射鏡１をカバー８にインサート成形することもできる。更に平面反射鏡１はカバー８で支持する必要はなく、例えばハウジング本体７で支持することもできる。このような様々な取付構造を採用できるので設計自由度が大きい。

実施の形態４．
図１２に示す例においては、車両用レーダ装置の平面反射鏡１はカバー８の外表面から前方に突出して設けた突起１３によりカバー８の外側に支持されている。突起１３は、図１乃至３、１０および１１に示す突起１３と同様の構造のものでよいが、平面反射鏡１を放物面反射鏡４に対して焦点の半分の位置に支持できるものであれば様々な支持構造を採用できる。このように平面反射鏡１をハウジング６の外部に設けると、カバー８を含むハウジング６の形態、形状設計時に選択肢が広がる。例えば、カバー８は図示の例のように平板でなく、公知の誘電体レンズ（図示しない）のような構成にすることもできる。

また、ＳＵＳ等の薄板で形成した平面反射鏡１を、放物面反射鏡４の焦点の半分の位置に配置し、車体レドームやフロントグリル、バンパカバーの一部として形成、または、それらの内側に設置し、放物面反射鏡４等のレーダ装置本体側の構成要素を平面反射鏡１に関連させて取り付けることもできる。

本発明の車両用レーダ装置を示す概略断面図である。図１の線Ａ−Ａに沿った概略断面図である。図２の線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である。本発明の車両用レーダ装置の平面反射鏡を示す平面図である。スリット幅Ｌ固定でスリットピッチｐを変化させた場合の７６ＧＨｚ帯域の垂直、水平偏波の反射係数を表すグラフである。スリットピッチｐ固定でスリット幅Ｌを変化させた場合の７６ＧＨｚ帯域の垂直、水平偏波の反射係数を表すグラフである。本発明の車両用レーダ装置の放物面反射鏡を示す概略平面図である。図７の放物面反射鏡の概略側面断面図である。本発明の車両用レーダ装置の平面反射鏡の別の例を示す平面図である。本発明の平面反射鏡の取付構造の別の例を示す概略断面図である。本発明の平面反射鏡の取付構造の更に別の例を示す概略断面図である。本発明の平面反射鏡の取付位置の別の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１平面反射鏡、２１次放射器、３偏向ねじり反射手段、４放物面反射鏡、５駆動装置、８カバー、９枠、１０直線導体、１１、２９スリット、２８接続導体。

Claims

電磁波を偏向方向により選択して反射あるいは透過させる平面反射鏡と、
この平面反射鏡に向けて電磁波を放射する１次放射器と、
上記平面反射鏡から反射した電磁波を受けて偏向方向を変える偏向ねじり反射手段を持ち、上記偏向ねじり反射手段により、偏向方向が変えられた電磁波を反射させ、上記平面反射鏡を透過させて放射させる放物面反射鏡と、
この放物面反射鏡を駆動して、電磁波の放射方向を変える駆動装置とを備えた車両用レーダ装置において、
上記平面反射鏡が複数の直線導体を持つ単一で連続した一枚の金属板であることを特徴とする車両用レーダ装置。
上記平面反射鏡は、枠とこの枠から連続して一体に延びて間にスリットを形成するように互いに平行に配置された複数の直線導体とを備えていることを特徴とする請求項１記載の車両用レーダ装置。
上記平面反射鏡は、所定周波数の電磁波を透過させるとともに、所定周波数よりも低い周波数のノイズ電源を遮断するために、複数の平行に配列されたスリットの長さを調整する接続導体を設けたことを特徴とする請求項１あるいは２記載の車両用レーダ装置。
上記平面反射鏡は、上記放物面反射鏡の周囲を囲むカバーにカバー内側でカバーから離間させて取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の車両用レーダ装置。
上記平面反射鏡は、上記放物面反射鏡の周囲を囲むカバーの外側に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の車両用レーダ装置。