发光单元及灯装置

技术领域

本发明涉及发光单元以及灯装置，特别是涉及内置有发光单元以及雷达装置的用于车辆的灯装置，其中，该发光单元搭载在车辆上并用于该雷达装置。

背景技术

为了进行驾驶辅助以及自动驾驶，除了使用到加速度传感器、GPS传感器之外，还使用到照相机、LiDAR(Light Detection and Ranging)、毫米波传感器等各类传感器。

特别是，毫米波雷达不受夜间或逆光等环境、浓雾、降雨以及降雪等恶劣天气的影响，能维持较高的耐环境性能。另外，能够直接检测到距对象物的距离和/或方向、与对象物的相对速度。因此，具有即使是近距离的对象物也能够高速且高精度地进行检测的特征。

被提出有以下一种车辆用灯具：在灯室内搭载毫米波雷达，在前面罩和毫米波雷达之间设置让毫米波透过的导光部件(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4842161号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，如果在毫米波雷达的前面配置导光部件，会因导光部件的相对介电常数、介质损耗角正切的影响，从毫米波雷达射出的电磁波被导光部件反射和吸收，放射电磁波的放射功率发生降低，成为导致毫米波雷达的探测性能大幅降低的原因。

因此，通常，通过使用汽车的前照灯中使用的导光部件(导光棒等)，从外部看不到毫米波雷达等而实现外观上的美观性，但也构成了致使雷达功能受损的主要原因。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种即使被配置在雷达前面也能抑制雷达波的衰减或反射且不会使雷达波放射图案发生变化的不妨碍雷达的功能的发光单元。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种即使在雷达前面配置DRL(Daytime Running Lamps)或转向灯也能抑制由导光体(导光部件)引起的雷达波的衰减或反射且不会使电磁波放射图案变化的不会损害雷达的功能的灯装置。

另外，本发明的目的还在于提供一种灯装置，该灯装置能够抑制因光源的热噪声导致雷达的接收灵敏度的降低等，其中，该光源向导光体供给光。

用于解决课题的手段

本发明的一实施方式的灯装置具有照明单元和雷达装置，

该灯装置还具有：导光体，其覆盖所述雷达装置的电磁波放射面的至少一部分，和

光源，其向所述导光体供给光，

在将所述导光体的厚度设为TG，将所述雷达装置放射出的放射电磁波在所述导光体中的波长设为λd时，通过下述方式设定TG：在所述导光体相对于所述放射电磁波的反射损耗小于透过损耗的情况下，满足TG＜λd/2；在反射损耗为透过损耗以上的情况下，使反射损耗成为－10dB以下。

本发明的另一实施方式的发光单元，具有：

导光体，其配置于雷达装置的电磁波放射面的前面，并构成为覆盖所述电磁波放射面的至少一部分，和

光源，其向所述导光体供给光，

在将所述导光体的厚度设为TG，将所述雷达装置放射出的放射电磁波在所述导光体中的波长设为λd时，通过下述方式设定TG：在所述导光体相对于所述放射电磁波的反射损耗是透过损耗以上的情况下，满足TG＝n×λd/2，其中，n为自然数；在反射损耗为透过损耗以上的情况下，使反射损耗成为－10dB以下。

本发明的又一实施方式的灯装置具有照明单元和雷达装置，

该灯装置还具有：导光体，其配置在所述透光性罩与所述雷达装置的电磁波放射面之间，并覆盖所述雷达装置的所述电磁波放射面的至少一部分，和

光源，其向所述导光体供给光，

从与所述电磁波放射面垂直的方向观察时，与所述电磁波放射面重叠的所述透光性罩的区域即放射面对应区域、所述导光体以及所述电磁波放射面以相互平行的方式配置，

所述透光性罩的所述放射面对应区域和所述导光体以具有下述尺寸和配置的方式构成：从与所述电磁波放射面垂直的方向观察时，所述放射面对应区域和所述导光体覆盖所述电磁波放射面的整个面，

所述透光性罩的所述放射面对应区域的厚度TK被设定为：入射到所述透光性罩的所述放射面对应区域的所述电磁波的反射损耗为－10dB以下，

所述导光体的厚度TG被设定为入射到所述导光体的所述电磁波的反射损耗为－10dB以下，

所述放射面对应区域与所述导光体之间的间隔C1被设定为：入射到所述放射面对应区域及所述导光体的所述电磁波的反射损耗为－10dB以下。

附图的简单说明

图1是示意性地表示本发明的一实施方式的灯装置的内部构造的一例的图。

图2是表示毫米波雷达单元15及发光单元16的配置的立体图。

图3A是表示从毫米波雷达单元15的天线面15S侧观察导光部件18A以及天线面15S的情况的图。

图3B是示意性地表示毫米波雷达单元15及导光部件18A的剖面的图。

图4示意性地表示毫米波雷达单元15放射出的毫米波MW(波长λ)透过导光部件18A(厚度TG)的情况。

图5是表示发光单元16的光源17A及导光部件18A的结构的改变例且表示吸收光源17放射出的热噪声的电磁波吸收体21的立体图。

图6是表示改变例的图，导光体18具有导光部件18A及导光部件18B，导光部件18A和导光部件18B彼此不同。

图7A是表示改变例的图，示出了导光部件18C，导光部件18C具有导光部件18A和设置在导光部件18A上的光扩散部件23。

图7B是放大并示意性地表示导光部件18C的剖面的放大剖视图。

图8A是示意性地表示本发明的其他实施方式中的毫米波雷达单元15、导光部件18D以及透明罩12的配置构成的俯视图。

图8B是示意性地表示从W-W线观察的毫米波雷达单元15、导光部件18D及透明罩12的配置构成的剖视图。

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式进行说明，也可以对这些优选的实施方式进行适当改变或组合来进行适用。另外，在以下的说明以及附图中，对实质上相同或等同的部分标注相同的附图标记进行说明。

图1是示意性地表示本发明的一实施方式的灯装置10的内部结构的一例的图。灯装置10是搭载于汽车等车辆(Vehicle)的例如前照灯。图1示意性地示出了从上表面观察搭载于车辆的左前方的状态下的灯装置10(左前照灯)的情况下的沿水平面(或与路面平行的面)的剖面。

在灯装置10中，由基体11和保持于基体11的透明罩12构成灯框体(外壳)。在灯框体中内置有作为照明(光源)单元的前照灯单元14、毫米波雷达单元(雷达装置)15、发光单元16以及至少一个延伸部19。

前照灯单元14具有LED(Light Emitting Diode)等光源和用于对该光源发出的光进行配光及照射的透镜或反射器。前照灯单元14通过下述方式设置：沿光轴AX1配置，向前方(图中，FRONT)方向照射近光(会车用光束)以及远光(行驶用光束)的照射光LB。

需要说明的是，在本说明书中，照明单元不限于前照灯光源，照明单元还指朝向尾灯、背光灯等外部发出光的目的、功能的光源。

毫米波雷达单元15在其收发面(电磁波放射面)15S上具有发送天线及接收天线。毫米波雷达单元15从发送天线放射电磁波(毫米波)，并通过接收天线接收由对象物反射的反射波。接收到的信号由控制装置、例如未图示的ECU(Electronic Control Unit)进行信号处理，检测出与对象物之间的距离、角度、速度。在毫米波雷达单元15中，例如使用76-81GHz频带的毫米波、特别是79GHz频带的毫米波，但并不限定于该频带。

毫米波雷达单元15的天线面(电磁波放射面)15S的法线方向AX2配置成：相对于前照灯单元14的光轴AX1向车辆的外侧方向(即，在左前照灯的情况下为左方)倾斜角度θ(在本实施方式中为45°)，从而能够对前方方向到侧面方向的区域进行检测。

延伸部19是为了对光进行反射或者为了使内部的构造物等难以从外部被视觉辨认到而设置的外观配件。

如图1所示，发光单元16具有光源17和导光体18，该导光体18由对光源17发出的光进行导光的至少一个导光部件构成。发光单元16发挥DRL(Daytime Running Lamps)或转向灯的功能。光源17例如具有LED、白炽灯泡等，并将该光供给到导光体18。

图2是表示毫米波雷达单元15及发光单元16的配置的立体图。在本实施方式中，光源17由两个单独的光源17A构成，导光体18具有两个导光部件18A。光分别从各光源17A入射到对应的导光部件18A，各导光部件18A能够被控制为单独地发光或不发光。

另外，导光部件18A分别构成为平行平板状且层厚大致恒定的导光体板，表面与毫米波雷达单元15的天线面(电磁波放射面)15S平行地配置。或者，导光部件18A也可以分别由不具有挠性的导光体膜(即，平行平板状且层厚大致恒定的部件)构成。

导光部件18A是将聚碳酸酯、丙烯酸、环氧树脂、硼酰亚胺等透明树脂制成板状或膜状的部件，在其端部放射出从光源17输入的光。

在图2所示的情况下，两个导光部件18A沿水平方向(第一方向)延伸，与天线面15S隔开间隔地配置。另外，两个导光部件18A通过下述方式构成：在与天线面15S平行的面内(同一平面内)在铅垂方向(第二方向)上相互隔开间隔地配置，并覆盖毫米波雷达单元15的天线面15S的一部分表面。需要说明的是，导光体18可以构成为覆盖天线面15S的一部分表面或整个面。

即，导光体18由多个导光部件构成，该多个导光部件在水平方向(或铅垂方向)上延伸，在与天线面15S平行的面内，在铅垂方向(或水平方向)上相互隔开间隔地排列配置。

多个导光部件18A在与天线面15S平行的面内相互隔开间隔地配置，由此，能够将雷达波的衰减、反射抑制在最小限度内，并能够抑制电磁波放射图案(radiation pattern)的变化。

图3A是表示从毫米波雷达单元15的天线面15S侧观察导光部件18A以及天线面15S的情况的图。另外，图3B是示意性地表示毫米波雷达单元15及导光部件18A的剖面的图。

图3A及图3B示出了各导光部件18A分别单独地与光源17A连接的情况，但也可以构成为从一个光源17向至少一个导光部件18A导光。

图4示意性地示出了毫米波雷达单元15放射出的毫米波MW(波长λ)透过导光部件18A(厚度TG)的情况。毫米波MW的一部分被导光部件18A反射(反射波WR)，通过导光部件18A内的毫米波因导光部件18A而衰减后向放射到外部(透射毫米波WA)。

[反射损耗、透过损耗以及导光部件18A的厚度]

当导光部件与空气的介电常数差大时，从毫米波雷达放射出的毫米波段的放射电磁波会被导光部件(电介质)反射。另外，受导光部件的电介质损耗的影响，在导光部件内，毫米波雷达放射出的放射电磁波被吸收而变为热。由此，在毫米波雷达的天线面的前面配置导光部件时，会产生放射电磁波的强度降低、或者因导光部件与空气的介电常数差而导致放射电磁波的放射方向(天线图案)变化的问题。

当将毫米波雷达中所使用的频率设定为f(Hz)，则该频率的空间中的波长λ(m)如下。

λ＝c/f(c为光速，c＝3.0×10

例如，如果频率f为79GHz，则波长λ为3.8mm。若将电介质中的波长设为λd、将电介质的相对介电常数设为εr，则电介质中的波长可由下式表示。

λd＝λ/εr

另外，在空间中的波长为3.8mm、电介质的相对介电常数为2.4时，电介质中的波长为2.45mm。

在将电介质损耗设定为tanδ时，所照射的电磁波的功率密度减半的距离D(半功率深度)在高频加热的领域中可以通过下式来表示。

D(m)＝3.32×107/(f×εr

例如，频率79GHz的电磁波在相对介电常数2.4、介质损耗0.06的电介质中行进时，在厚度4.5mm处功率减半。

电磁波被电介质吸收而变化为热，功率减半的厚度为4.5mm，但由于也存在因空气与电介质的介电常数差而在电介质的界面反射的功率，因此，可预想在电介质的厚度为4.5mm时，实际上通过电介质的功率出现半减以上的衰减。

根据上述例子，通过对导光部件使用薄的电介质，能够抑制电磁波在电介质中行进时的衰减，但若考虑在电介质的界面产生的反射波的影响，将电介质的厚度设定为n×λd/2(n为自然数)就能够抑制反射波的影响，因而该厚度为最佳。

为了抑制反射波，层叠不同介电常数的树脂的构造被用于天线罩等，但因导光部件对光进行导光的功能是重要的，因此采用单一的电介质构成的导光部件是有利的。

因此，考虑功率的反射损耗与透过损耗的关系，研究电介质的厚度。需要说明的是，反射损耗、透过损耗可以使用波导S参数法、自由空间S参数法(Free space Sparameter method)求得。

通过下述方式选择电介质的厚度。即，在将电磁波所通过的电介质的厚度设定为TG时，在反射损耗为透过损耗以上的情况下(反射损耗≥透过损耗)，TG＝n×λd/2(n为自然数)。需要说明的是，当将厚度TG设定成λd/2的整数倍时，则透过损耗也增加，因此，优选的是，使用满足反射损耗≥透过损耗的整数值。

另外，在反射损耗小于透过损耗的情况下(反射损耗＜透过损耗)，电介质的厚度TG小于λd/2，即，TG<λd/2。

需要说明的是，即使TG不完全符合n×λd/2(n为自然数)，也可以将厚度设定成功率的反射损耗相对于频率f为例如－10dB以下(反射功率为10％以下)的频带，这样实际上也不会出现问题。这样的厚度TG的范围例如可以通过下述方式进行导出：使用S参数法，设定反射损耗S

(式1)

其中，

(式2)

(式3)

z＝exp(-γ·TG)…(3)

(式4)

(式5)

其中，(c

另外，所容许的厚度TG的范围也可以通过实验来评价反射损耗相对于厚度TG的依赖性而决定适当的值(例如反射损耗为－10dB以下那样的值)。需要说明的是，当反射损耗为－10dB以上时，设备可能产生不良的情况。

需要说明的是，对导光部件18A由单独的电介质构成的情况进行了说明，但在导光部件18A是由多个单独的电介质层构成的情况下，可以将相对介电常数及电介质损耗置换成有效值后进行适用。

[热噪声]

如图3A所示，通过将光源17A与天线面15S之间的间隔DG设定为毫米波雷达单元15放射出的电磁波的波长(λ)的10倍以上，能够抑制从光源17(LED、白炽灯等)的发热部产生的热噪声不会自导光部件18B朝向毫米波雷达单元15的天线被放射出。

图5是表示毫米波雷达单元15、发光单元16的光源17A以及导光部件18A的结构的改变例的立体图。在本改变例中，吸收从光源17放射出的热噪声的电磁波吸收体21设置在光源17A与天线面15S之间。即，电磁波吸收体21设置在导光部件18A的光源17A一侧的端部。优选的是，电磁波吸收体21包围导光部件18A以及/或者与导光部件18A连接(紧贴)。

由于采用了使雷达频带内的热噪声放射在导光体(导光部件18A)内衰减的结构，因此不会导致毫米波雷达的接收灵敏度恶化。利用电磁波吸收体21能够避免受到光源17发出的热噪声的影响，能够抑制雷达的接收灵敏度的降低，进行高精度的雷达传感。

可以使用在树脂、涂料中混入了铁素体、碳等电磁波吸收材料的材料、陶瓷等公知的材料作为电磁波吸收体21。

[导光体的改变例]

图6表示上述实施方式的一个改变例，导光体18具有彼此不同的导光部件18A及导光部件18B。导光部件18A与上述导光部件相同，是平行平板状的导光体。导光部件18B构成为层厚恒定的弯曲的导光体。例如，使导光部件18A仅在与延伸方向(水平方向)垂直的方向(铅垂方向)上弯曲地形成。因此，从正面观察时，与图3A相同。

这样，导光体18由多个导光部件构成，其中至少一个导光部件构成为层厚恒定的弯曲的导光体，该多个导光部件在与天线面15S平行的面内相互隔开间隔地排列配置。即，该弯曲的导光体仅在铅垂方向上弯曲，延伸方向与天线面15S平行。

平行平板状的导光部件18A在抑制雷达波的反射的方面属于优选的方式。另一方面，弯曲的导光部件18B在光的扩散放射方面优选形成法律要求的配光，例如优选作为DRL(Daytime Running Lamps)或转向灯进行使用。但是，根据用途、功能，可以适当地组合使用平行平板状的导光部件18A以及弯曲的导光部件18B。另外，构成导光体18的多个导光部件也可以具有互不相同的大小、互不相同的形状。

图7A表示上述实施方式的进一步的改变例，导光体18具有至少一个导光部件18C。在图7A中，导光体18具有两个导光部件18C，该两个导光部件18C以与图2所示的导光部件18A相同的形状以及配置而设置。

图7B是放大表示导光部件18C的剖面的放大剖视图。导光部件18C具有设置在天线面15S一侧的导光部件18A和设置于导光部件18A的光扩散部件23。

光扩散部件23由发泡树脂构成。该发泡树脂通过在聚碳酸酯、丙烯酸、硼酰亚胺、环氧树脂等透明树脂中封入二氧化碳气体等，并在树脂中制成气泡后而形成。由于在树脂中封入了气体，能够降低介电常数而大幅减少对电磁波的影响。发泡树脂的发泡倍率为两倍以上时，几乎可以忽略树脂的影响。

导光部件18A(厚度TG)与上述导光部件相同，在导光部件18A的反射损耗为透过损耗以上的情况下(反射损耗≥透过损耗)，TG＝n×λd/2(n为自然数)。另外，在反射损耗小于透过损耗的情况下(反射损耗＜透过损耗)，导光部件18A具有满足TG＜λd/2的层厚。

图8A是示意性地表示本发明的其他实施方式中的毫米波雷达单元15、导光部件18D以及透明罩12的配置结构的图。需要说明的是，图8A是从毫米波雷达单元15的收发天线15A的天线面(雷达波放射面)15S的正面侧(垂直方向)观察的图。

图8B是示意性地表示从图8A的W-W线观察的毫米波雷达单元15、导光部件18D及透明罩12的配置结构的剖视图。

如图8B所示，在毫米波雷达单元15的天线面15S的前方隔开恒定的间隔C2地配置有平行平板状的导光部件18D。导光部件18D具有厚度TG。

例如，导光部件18D构成为平行平板状且层厚大致恒定的导光体板，两表面与毫米波雷达单元15的天线面15S平行地配置。例如通过聚碳酸酯、丙烯酸、环氧树脂、硼酰亚胺等透明树脂形成为板状来形成导光部件18D。

另外，导光部件18D以及毫米波雷达单元15以导光部件18D与透明罩12的间隔为恒定的间隔C1的方式配置。透明罩12形成为透明的树脂等的相对于光具有透光性的罩。需要说明的是，透明罩12具有透光性即可，也可以是带有颜色等半透明性的罩构件。

透明罩12可以是整体具有弯曲的形状，或者可以具有厚度不同的部分。但是，从与天线面15S垂直的方向观察时(以下，也称为垂直视)，与天线面15S(电磁波放射面)重叠的透明罩12的区域(以下，也称为放射面对应区域)12S优选具有厚度恒定的平行平板形状。

如图8A所示，导光部件18D在其端部与光源17光学连接。光自光源17入射至导光部件18D，导光部件18D可被控制为发光或者不发光。

导光部件18D以具有下述尺寸及配置的方式构成：从与毫米波雷达单元15的天线面15S垂直的方向观察时覆盖整个天线面15S。

如图8A及图8B所示，透明罩12的前方区域12S、导光部件18D以及天线面15S被配置成相互平行。

透明罩12优选的是以具有下述尺寸及配置的方式构成：从与天线面15S垂直的方向观察时，与天线面15S重叠的透明罩12的区域(放射面对应区域)12S覆盖整个天线面15S。

[导光部件及透明罩12的间隔及厚度]

如上所述，配置在毫米波雷达单元15的前表面侧(天线面15S侧)的导光部件18D及透明罩12例如是树脂制的部件，因各自的介电常数在树脂与空间的界面处的树脂与空气的介电常数差产生电磁波的反射。

此时，在透射电磁波的相位与反射电磁波的相位处于相互抵消的方向的情况下，因透射电磁波与反射电磁波的合成而发生衰减。

更详细而言，在本说明书中，毫米波雷达的频率f例如为76GHz～81GHz。频率f(Hz)例如为76GHz时，波长λ(空气中)为3.8mm。

例如，在透明罩12(电介质)的相对介电常数εr1＝2.4时，透明罩12中的波长λd为2.45mm，在导光部件18D的相对介电常数εr2＝2.8时，导光部件18D中的波长λd为2.27mm。

在将透明罩12的放射面对应区域12S的厚度设为TK、将相对介电常数设为εr1、将树脂(介质)中的波长(有效波长)设为λd1，并将导光部件18D的厚度设为TG、将相对介电常数设为εr2、将树脂(介质)中的有效波长设为λd2时，以满足下述关系的方式设置透明罩12的放射面对应区域12S、导光部件18D及毫米波雷达单元15的天线面15S。需要说明的是，在下式中，C1是放射面对应区域12S与导光部件18D之间的间隔，C2是导光部件18D与天线面15S(电磁波放射面)之间的间隔，n

TK＝n

TG＝n

C1＝m

C2＝m

因此，通过适当地选择放射面对应区域12S的厚度TK及导光部件18D的厚度TG，能够降低在透明罩12与空间的界面以及导光部件18D与空间的界面处引起的电磁波的反射损耗。即，不仅能够抑制导光部件18D与天线面15S(电磁波放射面)之间的多重反射，还能够抑制透明罩12的放射面对应区域12S与导光部件18D之间的多重反射。因此，能够有效地抑制它们的协同性(synergy)多重反射。另外，能够减少电磁波放射图案的变化。

即，如上所述，根据本实施例的灯装置，能够解决透明罩12与导光部件18D之间的反射电磁波在透明罩12与导光部件18D之间进一步发生多重反射而增大噪声的课题。

另外，能够解决误入到透明罩12及导光部件18D之间的空间中的反射电磁波在透明罩12与导光部件18D间之间多重反射而导致噪声增大的课题。

需要说明的是，当增大厚度TK及TG时，因树脂的介电损耗角正切而导致透过损耗增加，因此，优选的是，厚度TK设为n

另外，透明罩12的放射面对应区域12S以及导光部件18D因搭载时的振动和环境温度等原因而会产生少许挠曲。虽然透过特性及反射特性会因该挠曲而发生少许变化，但为了抑制放射面对应区域12S和导光部件18D的整个面的平均的特性变化，优选的是，间隔C1及间隔C2不宜过小。需要说明的是，由于放射面对应区域12S和导光部件18D两者均能挠曲，因此，优选的是，间隔C1比间隔C2大(m

另外，在这些间隔C1及间隔C2的空间中，来自灯装置内的其他部件(延伸部等)的反射电磁波会形成误入噪声，因此，优选的是，间隔C1及间隔C2不宜过大。

在考虑了上述情况的基础上，优选的是，m

需要说明的是，即使TK、TG、C1、C2不完全符合上述关系式，也能够通过设定为使功率的反射损耗成为相对于频率f为－10dB以下(反射功率为10％以下)的频带，由此，能够极其高效地抑制多重反射。

TK、TG、C1、C2的上述范围例如可以通过下述方法导出：通过使用前述的S参数法，设定反射损耗S

如上述详细说明的那样，能够提供一种抑制因导光体(导光部件)引起的雷达波的衰减、反射且不会使电磁波放射图案发生变化的不存在雷达的功能损耗的发光单元及灯装置。

另外，能够提供一种可抑制因光源的热噪声导致雷达的接收灵敏度的降低等的发光单元及灯装置，其中，该光源向导光体供给光。

符号说明

10:灯装置，11:基体，12:透明罩，12S:放射面对应区域，14:照明单元，15:毫米波雷达单元，15S:天线面，16:发光单元，17，17A:光源，18:导光体，18A、18B、18C：导光部件，18D:导光部件，19:延伸部，21:电磁波吸收体，23:光扩散部件(发泡树脂)。