JP2021006799A - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】筐体内における回路基板の配置自由度を向上させることが可能なレーダ装置を提供する。【解決手段】レーダ装置は、基板面が第1方向に平行である回路基板と、回路基板を収容し、電磁波を透過させる窓部を有する筐体であって、窓部が筐体の第1方向の一方側の端部に設けられる筐体と、回路基板に配置され、窓部を介して電磁波を送受信するアンテナ部と、筐体の窓部に配置され、アンテナ部より送信される電磁波を絞って筐体外部に送出する誘電体レンズと、を備え、誘電体レンズは、電磁波の入射面における接線および電磁波の出射面における接線に垂直であり、かつ、基板面と直交する第2方向の位置が、誘電体レンズにおける第2方向の中心位置とは異なる光軸を有する。【選択図】図2
Description
本開示は、レーダ装置に関する。
ミリ波やマイクロ波の周波数帯域を利用した、非接触で物体の位置を検知するレーダ装置が知られている。この種のレーダ装置に配設されるアンテナについて、アンテナの大きさを抑えつつ、アンテナ利得を向上させる技術として誘電体レンズを有する装置が知られている。
例えば、特許文献1には、楕円状の誘電体レンズによりアンテナ部をカプセル化することによってコンパクトな形状にしつつ、アンテナ利得を向上させる構成が開示されている。また、特許文献2には、コルゲート構造を有するテーパードスロットアンテナに自由空間の2倍以下の直径を有する誘電体レンズを設けることより、指向性の向上および小型化を実現させる構成が開示されている。
しかしながら、アンテナ部は、誘電体レンズの焦点位置付近に配置される必要があるので、アンテナ部が配置される回路基板の位置について筐体内部で制約が出る。そのため、回路基板上に大型部品を実装したり、その他部品を筐体内に配置したりする場合、回路基板の位置に制約がある都合上、これらの部品を筐体内に収容するためのスペースを設ける必要が生じ、ひいては筐体そのものを大型化する必要が生じる。
本開示の目的は、筐体内における回路基板の配置自由度を向上させることが可能なレーダ装置を提供することである。
本開示に係るレーダ装置は、
基板面が第1方向に平行である回路基板と、
前記回路基板を収容し、電磁波を透過させる窓部を有する筐体であって、前記窓部が前記筐体の前記第1方向の一方側の端部に設けられる筐体と、
前記回路基板に配置され、前記窓部を介して前記電磁波を送受信するアンテナ部と、
前記筐体の前記窓部に配置され、前記アンテナ部より送信される前記電磁波を絞って前記筐体外部に送出する誘電体レンズと、
を備え、
前記誘電体レンズは、電磁波の入射面における接線および電磁波の出射面における接線に垂直であり、かつ、前記基板面と直交する第2方向の位置が、前記誘電体レンズにおける前記第2方向の中心位置とは異なる光軸を有する。
基板面が第1方向に平行である回路基板と、
前記回路基板を収容し、電磁波を透過させる窓部を有する筐体であって、前記窓部が前記筐体の前記第1方向の一方側の端部に設けられる筐体と、
前記回路基板に配置され、前記窓部を介して前記電磁波を送受信するアンテナ部と、
前記筐体の前記窓部に配置され、前記アンテナ部より送信される前記電磁波を絞って前記筐体外部に送出する誘電体レンズと、
を備え、
前記誘電体レンズは、電磁波の入射面における接線および電磁波の出射面における接線に垂直であり、かつ、前記基板面と直交する第2方向の位置が、前記誘電体レンズにおける前記第2方向の中心位置とは異なる光軸を有する。
本開示によれば、筐体内における回路基板の配置自由度を向上させることができる。
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本開示の実施の形態に係るレーダ装置100を搭載した車両Cを示す図である。図2は、本実施の形態に係るレーダ装置100の側断面図である。
図1に示すように、レーダ装置100は、例えば車両Cのカバー部材Bに設けられ、カバー部材Bを介して電磁波の送受信を行う。
図2に示すように、レーダ装置100は、筐体110と、回路基板120と、アンテナ部130と、信号処理部140と、誘電体レンズ150とを有する。
筐体110は、前後方向、左右方向および上下方向の何れかの方向に長く延びる辺を有する直方体状に構成されている(図3も参照)。前後方向は、本開示の「第1方向」に対応する。上下方向は、本開示の「第2方向」に対応する。左右方向は、本開示の「第3方向」に対応する。なお、筐体110は、誘電体レンズ150に対応した形状である限り、どのような形状であっても良い。
筐体110の前面部分は、電磁波を透過させるための窓部111となっている。言い換えると、筐体110は、前後方向の前端部(一端部)において、電磁波を透過させる窓部111を有する。
回路基板120は、筐体110内に収容され、基板面121が前後方向に平行で、かつ、上下方向に直交するように配置されている。
回路基板120の材料は、本開示では特に限定されないが、例えば、PCB(Printed Circuit Board)基板を用いることができる。回路基板120としては、多層基板や、信号処理部140を内蔵した半導体基板が用いられても良い。なお、回路基板120は、典型的には平板形状を有する。
アンテナ部130は、回路基板120の基板面121の前部領域に配置されており、窓部111を介して電磁波を送受信する。アンテナ部130は、電磁波を送信する送信アンテナ素子と、電磁波を受信する受信アンテナ素子とをそれぞれ有する。
送信アンテナ素子は、回路基板120の前方に向けて電磁波を送信する。受信アンテナ素子は、回路基板120の前方から電磁波を受信する。言い換えると、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子は、回路基板120の前端側に送受信の指向特性を有する。
また、アンテナ部130を構成するアンテナ素子としては、回路基板120の前端側の方向に指向特性を有するエンドファイアアレー(End-fire Array)アンテナが適用される。なお、エンドファイアアレーアンテナは、長手方向が平行になるように配列された複数のストリップ導体を含んで構成され、当該複数のストリップ導体が配列される方向に沿って電磁波を送受信する。
また、図3に示すように、アンテナ部130は、左右方向に沿ってアレー状に並んで配置された複数のアンテナ素子を有する。具体的には、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子のそれぞれが同じ数ずつ並んで配置されている。すなわち、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子は、電子走査により電磁波の送信方向または受信方向を変化させるフェーズドアレーアンテナとして構成されている。なお、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子の配置態様は任意である。図3では、各アンテナ素子が合計6個設けられたものが示されている。
図2に戻り、信号処理部140は、送信アンテナ素子および受信アンテナ素子との間で電気信号の授受を行い、送信アンテナ素子から電磁波を送信させるとともに、受信アンテナ素子が受信した電磁波を受信処理する。
信号処理部140は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)等からなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、発信器、送受信処理を行う信号処理回路等を含んで構成される。ただし、信号処理部140の一部は、CPU等を有しない専用のハードウェア回路のみによっても実現可能である。また、信号処理部140の処理の一部は、車両ECU(Electronic Control Unit)のような外部機器にて実行されても良い。
誘電体レンズ150は、左右方向に延びる柱状のレンズであり、筐体110の窓部111全体に配置される(図3も参照)。誘電体レンズ150は、アンテナ部130から掃射される電磁波を平面波に変換して筐体110外に送出する。また、誘電体レンズ150は、アンテナ部130より送信される電磁波を絞って筐体110外部に送出する。
誘電体レンズ150は、窓部111に対面する第1面151と、窓部111とは反対側に配置される第2面152とを有する。
第1面151は、筐体110の前面部(窓部111)と略同じ面積を有し、筐体110内部を密閉状態とする。第1面151は、アンテナ部130から送信される電磁波の入射面となる。
第2面152は、窓部111とは反対側である前方に突出するように構成されており、アンテナ部130から送信される電磁波の出射面となる。第2面152の頂点152Aの上下方向の位置は、誘電体レンズ150における上下方向の中心位置Pとは異なる位置である。具体的には、第2面152の頂点152Aの上下方向の位置は、誘電体レンズ150における上下方向の中心位置Pより下側の位置である。
また、第2面152の頂点152Aは、誘電体レンズ150の光軸Fと重なっている。すなわち、誘電体レンズ150は、上下方向の位置が誘電体レンズ150の上下方向の中心位置Pより下側に位置する光軸Fを有する。
光軸Fとは、光学系全体を通過する光束の代表となる仮想的な直線であって、誘電体レンズ150の入射面における接線に垂直で、かつ、出射面における接線に垂直となる仮想的な直線である。つまり、アンテナ部130から送信された電磁波のうち、光軸Fと重なる電磁波は、第1面151(入射面)と、第2面152(出射面)との間で屈折せずに、レーダ装置100から出射される。また、本実施の形態に係る光軸Fは、前後方向において、出射面(第2面152)における筐体110から最も離れた位置と重なっている。
アンテナ部130は、誘電体レンズ150の焦点位置付近に配置される必要があるため、回路基板120の上下方向の位置が光軸Fに対応する位置になるように配置される必要が生じる。その結果、本実施の形態では、回路基板120が、筐体110内で上下方向の中心位置Pよりも下側にずれた位置に配置され、それに伴い、アンテナ部130が光軸F上に配置される。
例えば、図4に示すように、光軸Fが中心位置Pであるような誘電体レンズ150を有する構成である場合、回路基板120の位置は、必然的に光軸Fに対応する位置に制限される。図4に示す誘電体レンズ150は、側面から見て半円状に構成されている。例えば上下方向に比較的長い大型部品160を筐体110内に搭載する場合、平面上の筐体110内に収容しきれなくなるおそれがある。大型部品160としては、例えば、電源回路に搭載される電解コンデンサ、外部装置との接続に用いられるコネクタなどが挙げられる。
そのため、図5に示すように、大型部品160の箇所を凸部112とした筐体110とする必要が生じる。凸部112は、筐体110の上面から突出しており、大型部品160に対応する箇所のみに設けられている。その結果、筐体110が大型化する。
また、凸部112を有さない構成とする場合、筐体110全体を大型部品160に合わせて上下方向において大きくする必要が生じるので、誘電体レンズ150もそれに合わせて大きくする必要が生じ、ひいては装置全体が大型化する。
また、回路基板120とは別の回路基板をさらに設ける構成とする場合、筐体110内のスペースに余裕がないので、回路基板が入りきらないおそれがある。そのため、別の回路基板に実装する全部品を回路基板120に実装しようとすると、筐体110を前後方向に長くする必要が生じ、ひいては装置全体が大型化する。
つまり、光軸Fが中心位置になるような誘電体レンズ150を有する構成である場合、レーダ装置100が大型化するおそれがある。
それに対し、本実施の形態では、誘電体レンズ150の光軸Fが、上下方向の中心位置Pからずれているので、光軸Fに合わせて上下方向の中心位置Pから回路基板120の位置をずらすことができる。
その結果、回路基板120の位置が上下方向の中心位置Pに制限されることがなくなるので、回路基板120の配置位置の自由度を向上させることができる。また、回路基板120の位置を調節してアンテナ部130を誘電体レンズ150の焦点に合わせることで、誘電体レンズ150によるアンテナ利得を向上させることができる。
また、回路基板120の配置位置の自由度を向上させることで、筐体110内の省スペース化を実現することができるので、レーダ装置100全体の小型化を図ることができる。
例えば、回路基板120の、回路基板120が筐体110内で下側にずれた位置に配置されると、ずれた分だけ筐体110内における回路基板120の上方のスペースが広くなる。その結果、当該スペースに例えば、図6に示すように、上下方向の長さが比較的長い大型部品160を筐体110内に配置することが可能になる。また、当該スペースに、図7に示すように、例えば、別の回路基板170を配置することも可能となる。
すなわち、本実施の形態では、筐体110内に搭載する部品を考慮して回路基板120の位置を調整しやすくすることができる。そのため、大型部品160を搭載する場合、筐体110を、大型部品160を想定した形状にする必要がなくなるので(図6参照)、簡易な構成とすることができるとともに、レーダ装置100を小型化することができる。
また、別の回路基板170を設ける場合、空いたスペースに回路基板170を設けやすくすることができる。また、回路基板を複数設けることを可能にすることで、その分、実装部品を2つの回路基板に分配することができるので、前後方向における筐体110の長さを短くすることができ(図7参照)、ひいてはレーダ装置100を小型化することができる。図7には、図2に示す筐体110(破線参照)よりも前後方向の長さを短くした筐体110を例示している。
また、回路基板120を中心位置Pからずらして、大型部品160等の配置スペースを設けることで、図5に示す構成とする必要がなく、筐体110の面をフラットに構成することができる。その結果、筐体110を簡易な構成とすることができるので、例えば、コネクタのような大型部品160の防水確保をしやすい構成とすることができるとともに、レーダ装置100の取付性を向上させることができる。
また、レーダ装置100の小型化および取付性の向上により、より狭い空間にレーダ装置100を配置することができる。
また、筐体110を簡易な構成とすることで、筐体110を製造しやすくすることができるので、製造コストの削減に寄与することができる。
なお、上記実施の形態では、回路基板120の上面(表側の基板面)にアンテナ部130が配置された構成であったが、本開示はこれに限定されず、図8に示すように、アンテナ部130が回路基板120における表側および裏側の基板面にそれぞれ配置されていても良い。また、信号処理部140は、表側および裏側の基板面の両方に設けても良いし、一方に設けても良い。
これによれば、両方のアンテナ部130における電磁波の強度を調整することで、電磁波の送信方向を調整することができる。また、電磁波の送信方向を調整することにより、回路基板120の位置を調整しやすくすることができるので、回路基板120の配置の自由度をさらに向上させることができる。
また、アンテナ部130が回路基板120の裏側の基板面のみに配置されても良い。
また、上記実施の形態では、誘電体レンズ150として、前方から見て矩形状の柱状レンズが例示されていたが、本開示はこれに限定されず、図9に示すように、第1面151が円形状のレンズであっても良い。
この構成では、誘電体レンズ150は、側面から見ると、図2に示す構成と同様に、窓部111とは反対側に突出した構成となっている。また、誘電体レンズ150の頂点152Aが光軸F上に位置する。
このような構成は、例えば送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を含むアンテナ部130が1つ設けられた構成に適用される。これによれば、1つのアンテナ部130を有する構成においても、回路基板120の配置の自由度を向上させることができる。また、このような誘電体レンズ150の場合、筐体110は、円柱状に構成されていても良い。
また、上記実施の形態では、誘電体レンズ150が第1面151と、第2面152とを有する構成であったが、本開示はこれに限定されない。例えば、図10に示すように、誘電体レンズ150が、第1面151と、第2面152と、第3面153とを有する構成であっても良い。
この構成における第1面151は、上記実施の形態と同様に、窓部111と対向し、アンテナ部130から送信される電磁波の入射面となっている。
第2面152は、上記実施の形態と同様に、窓部111とは反対側に配置され、アンテナ部130から送信される電磁波の出射面となっている。第2面152の上端部は、上記実施の形態と同様に、第1面151の上端部と接続されている。
第2面152の下端部は、第3面153を介して、第1面151の下端部と接続されている。言い換えると、第3面153は、第1面151の上下方向における一方側の端部と、第2面152の上下方向における一方側(第1面151の一方側の端部と同じ側)の端部とを接続する。
すなわち、この構成における誘電体レンズ150は、側面から見て半楕円形状の下部を切削したような形状となっている。
このような構成であっても、光軸Fを中心位置Pからずらすことで、回路基板120の配置の自由度を向上させることができる。また、この構成によれば、筐体110の下部と誘電体レンズ150の第3面153とが1つの平面となるため、レーダ装置100の設置の際に、設置又は固定が容易になる。
また、図10に示す構成では、誘電体レンズ150が第1面151、第2面152および第3面153を有する構成であったが、本開示はこれに限定されない。例えば、図11に示すように、誘電体レンズ150が第1面151、第2面152、第3面153および第4面154を有する構成であっても良い。
この構成における第1面151は、上記実施の形態と同様に、窓部111と対向し、アンテナ部130から送信される電磁波の入射面となっている。
第2面152は、上記実施の形態と同様に、窓部111とは反対側に配置され、アンテナ部130から送信される電磁波の出射面となっている。
また、第1面151および第2面152は、第3面153および第4面154を介して接続されている。具体的には、第3面153は、第1面151の下端部と、第2面152の下端部とを接続する。第4面154は、第1面151の上端部と、第2面152の上端部とを接続する。
すなわち、この構成における誘電体レンズ150は、側面から見て半楕円形状の上部および下部を切削したような形状となっている。
このような構成であっても、光軸Fを中心位置Pからずらすことで、回路基板120の配置の自由度を向上させることができる。また、第4面154を設けることで、誘電体レンズ150の高さ方向の厚みを低減し、誘電体レンズとしての機能を損なわない範囲で装置全体を小型化させることが可能になる。
また、誘電体レンズは、光軸が中心位置からずれている限り、メニスカスレンズ等、その他の形状であっても良い。
また、上記実施の形態では、誘電体レンズ150の光軸Fが中心位置Pよりも下側にずれた位置であったが、本開示はこれに限定されず、光軸Fが中心位置Pよりも上側にずれた位置であっても良い。この場合、回路基板120は、中心位置Pよりも上側にずれた位置に配置される。
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本開示のレーダ装置は、筐体内における回路基板の配置自由度を向上させることが可能なレーダ装置として有用である。
100 レーダ装置
110 筐体
111 窓部
120 回路基板
121 基板面
130 アンテナ部
140 信号処理部
150 誘電体レンズ
151 第1面
152 第2面
152A 頂点
153 第3面
154 第4面
F 光軸
P 中心位置
110 筐体
111 窓部
120 回路基板
121 基板面
130 アンテナ部
140 信号処理部
150 誘電体レンズ
151 第1面
152 第2面
152A 頂点
153 第3面
154 第4面
F 光軸
P 中心位置
Claims (8)
- 基板面が第1方向に平行である回路基板と、
前記回路基板を収容し、電磁波を透過させる窓部を有する筐体であって、前記窓部が前記筐体の前記第1方向の一方側の端部に設けられる筐体と、
前記回路基板に配置され、前記窓部を介して前記電磁波を送受信するアンテナ部と、
前記筐体の前記窓部に配置され、前記アンテナ部より送信される前記電磁波を絞って前記筐体外部に送出する誘電体レンズと、
を備え、
前記誘電体レンズは、電磁波の入射面における接線および電磁波の出射面における接線に垂直であり、かつ、前記基板面と直交する第2方向の位置が、前記誘電体レンズにおける前記第2方向の中心位置とは異なる光軸を有する、
レーダ装置。 - 前記アンテナ部は、エンドファイアアレイアンテナによって構成される、
請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記アンテナ部は、前記回路基板における表側および裏側の基板面にそれぞれ配置されるアンテナ素子を有する、
請求項1または請求項2に記載のレーダ装置。 - 前記誘電体レンズは、前記アンテナ部から出射される電磁波を平面波に変換して前記筐体外に送出する柱状のレンズである、
請求項1〜3の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記アンテナ部は、前記柱状のレンズが延びる第3方向に並んで配置される複数のアンテナ素子を有する、
請求項4に記載のレーダ装置。 - 前記誘電体レンズは、前記窓部とは反対側に突出する凸部を有する円形状のレンズである、
請求項1〜3の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記誘電体レンズは、
前記窓部と対面する第1面と、
前記窓部とは反対側に配置される第2面と、
前記第1面の前記第2方向における一方側の端部と、前記第2面の前記第2方向における一方側の端部とを接続する第3面と、
を含む、
請求項1〜6の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記回路基板は、前記筐体内で前記第2方向の中心位置からずれた位置に配置されている、
請求項1〜7の何れか1項に記載のレーダ装置。
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