JP2021006799A - レーダ装置 - Google Patents

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。

特表２０１１−５１２０９０号公報 特開２０００−０３１７２７号公報

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。

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。

本開示の実施の形態に係るレーダ装置を搭載した車両を示す図である。 本実施の形態に係るレーダ装置の側断面図である。 本実施の形態に係るレーダ装置の斜視図である。 光軸が中心位置である誘電体レンズを有する構成を示す図である。 光軸が中心位置である誘電体レンズを有する構成を示す図である。 大型部品を搭載したレーダ装置を示す図である。 別の回路基板を搭載したレーダ装置を示す図である。 回路基板の両面にアンテナ部を設けたレーダ装置を示す図である。 円形状のレンズを有するレーダ装置を示す図である。 変形例に係る誘電体レンズを有するレーダ装置の側断面図である。 変形例に係る誘電体レンズを有するレーダ装置の側断面図である。

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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