JP7780472B2 - レンズ、アンテナ装置、通信装置及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波、ミリ波、サブミリ波等の電波を用いた車車間通信に適するレンズ、並びに、そのレンズを備えるアンテナ装置、通信装置及び移動体に関するものである。

従来、車車間通信等の移動体間通信を行う車両等の移動体に搭載可能なアンテナ装置を有する通信装置が知られている。例えば、引用文献１には、移動経路を移動可能な第１移動体（車両）に設けられ第１移動体が移動経路を移動するとき他の第２移動体（車両）との間で移動体間通信（車車間通信）を行う通信装置が開示されている。この通信装置によれば、指向性アンテナにより第２移動体に向かう指向性ビームを形成し、第２移動体が指向性ビームの範囲から外れて通信切断が予測されるときに第２移動体に対する指向性ビームの追尾を開始することにより、移動経路での車線変更、交差点などでの右折・左折、カーブ走行などにおいても移動体間通信を継続することができる。

特開２０２０－１１３２２７号公報

従来の車車間通信等の移動体間通信を行う通信装置では、移動体間通信に適用した場合に通信品質劣化や通信断が発生しにくい簡易構成のアンテナ装置が望まれている。

本発明の一態様に係るレンズは、マイクロ波、ミリ波又はサブミリ波の電波に対するレンズである。このレンズは、水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、前記貫通孔の中心軸の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の全体又は一部からなる誘電体のレンズ本体を備える。

前記レンズにおいて、前記レンズ本体の前記貫通孔に面する内側面は、前記貫通孔の中心軸からλ／２π（λ：電波の波長）以上離隔し、前記離隔の距離は、前記レンズ本体の径方向における焦点距離Ｆに等しくてもよい。ここで、前記レンズ本体の径方向とは、前記レンズ本体の中心を通る前記レンズ本体の半径又は直径に沿った方向であって前記中心軸に垂直な方向である。

前記いずれかのレンズにおいて、前記レンズ本体の外曲面は、前記誘電体の比誘電率ε_ｒ、前記レンズ本体の径方向における焦点距離Ｆ及び前記レンズ本体の内側面の前記回転軸に沿った方向における中心から端縁までの距離Ｒに基づいて決定される非球面であってもよい。

前記いずれかのレンズにおいて、前記レンズ本体の径方向における焦点距離Ｆは、λ／２（λ：電波の波長）の整数倍であってもよい。

前記いずれかのレンズにおいて、前記レンズ本体は、前記回転対称体の周方向の一部が欠落した形状を有してもよい。また、前記レンズ本体の周方向の一部が欠落した部分欠落部に、前記電波を反射する反射部材を配置してもよい。

前記いずれかのレンズにおいて、前記回転対称体は、前記貫通孔の中心軸の周りに１回転対称の形状を有してもよい。また、前記回転対称体は、前記貫通孔の中心軸の周りに複数（ｎ）回転対称の形状を有してもよい。また、前記回転対称体は、前記貫通孔の中心軸の周りに所定の角度毎に（所定の角度ステップで）離散形成された回転対称の形状を有してもよい。例えば、前記回転対称体は、前記貫通孔の中心軸の周りに１８０度毎又は１２０毎に離散形成された２回転対称又は３回転対称の形状を有してもよい。また、前記回転対称体は、前記貫通孔の中心軸の周りに１０度毎、２０度毎又は３０度毎に離散形成された３６回転対称、１８回転対称又は２１回転対称の形状を有してもよい。

本発明の他の態様に係るアンテナ装置は、前記いずれかのレンズと、前記レンズの貫通孔に配置された水平面内無指向性のアンテナと、を備える。

本発明の更に他の態様に係る通信装置は、前記アンテナ装置と、前記アンテナ装置の前記アンテナに接続された無線通信部と、を備える。

本発明の更に他の態様に係る移動体は、前記通信装置を備え、移動方向の前方及び後方の少なくとも一方に位置する他の移動体との間で移動体間通信を行う。

前記移動体において、前記アンテナ装置は、前記他の移動体との移動体間通信において、１５０度以上１８０度以下のビーム幅の指向性ビームを有してもよい。

前記移動体において、前記移動体の移動方向の前方及び後方の少なくとも一方に、前記アンテナ装置を複数備え、前記複数のアンテナ装置を介して同一の電波を送信又は受信してもよい。

本発明によれば、移動体間通信に適用した場合に通信品質劣化や通信断が発生しにくい簡易構成のアンテナ装置を提供できる。

図１（ａ）は実施形態に係るアンテナ装置に適用可能なダイポールアンテナの水平面内指向特性の一例を示す図である。図１（ｂ）は同ダイポールアンテナの垂直面内指向特性の一例を示す図である。 図２は半波長ダイポールアンテナの水平面内指向特性の一例を示す図である。 図３は半波長ダイポールアンテナと単一の非球面レンズとを組み合わせたアンテナ装置の一例を示す正面図である。 図４は図３のアンテナ装置の水平面内指向特性の一例を示す図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）はビーム指向性を有するアンテナ装置をそれぞれ備える複数の車両が車車間通信を行いながら走行する場合の課題の説明図である。 図６は実施形態のアンテナ装置を構成するレンズの形状の設計に用いる基本形状要素としての非球面レンズと半波長ダイポールアンテナとの位置関係を示す図である。 図７（ａ）は第１実施形態のレンズを側方斜めの位置から見た斜視図である。図７（ｂ）は第１実施形態のレンズを上方斜めの位置から見た斜視図である。 図８は第１実施形態のレンズの水平面内指向特性の一例を示す図である。 図９は第２実施形態のレンズを上方斜め方向から見た斜視図である。 図１０は第２実施形態のレンズの水平面内指向特性の一例を示す図である。 図１１は第３実施形態のレンズを上方斜め方向から見た斜視図である。 図１２は第３実施形態のレンズの水平面内指向特性の一例を示す図である。 図１３は第４実施形態のレンズを上方斜め方向から見た斜視図である。 図１４は第４実施形態のレンズの水平面内指向特性の一例を示す図である。 図１５（ａ）は第５実施形態のレンズの平面図である。図１５（ｂ）は第５実施形態のレンズを有するアンテナ装置を正面斜め方向から見た斜視図である。図１５（ｃ）は第５実施形態のレンズを有するアンテナ装置を左側方斜め方向から見た斜視図である。 図１６（ａ）は第６実施形態のレンズの平面図である。図１６（ｂ）は第６実施形態のレンズを正面及び平面を表す斜視図である。図１６（ｃ）は第６実施形態のレンズを有するアンテナ装置を下方斜め方向から見た斜視図である。 図１７は実施形態のアンテナ装置の車両への取り付け例を示す図である。 図１８は第７実施形態のレンズの正面図である。 図１９は第７実施形態のレンズの背面図である。 図２０は第７実施形態のレンズの左側面図である。 図２１は第７実施形態のレンズの右側面図である。 図２２は第７実施形態のレンズの平面図である。 図２３は第７実施形態のレンズの底面図である。 図２４は第８実施形態のレンズの正面図である。 図２５は第８実施形態のレンズの背面図である。 図２６は第８実施形態のレンズの左側面図である。 図２７は第８実施形態のレンズの右側面図である。 図２８は第８実施形態のレンズの平面図である。 図２９は第８実施形態のレンズの底面図である。 図３０は第９実施形態のレンズの正面図である。 図３１は第９実施形態のレンズの背面図である。 図３２は第９実施形態のレンズの左側面図である。 図３３は第９実施形態のレンズの右側面図である。 図３４は第９実施形態のレンズの平面図である。 図３５は第９実施形態のレンズの底面図である。 図３６は第１０実施形態のレンズの正面図である。 図３７は第１０実施形態のレンズの背面図である。 図３８は第１０実施形態のレンズの左側面図である。 図３９は第１０実施形態のレンズの右側面図である。 図４０は第１０実施形態のレンズの平面図である。 図４１は第１０実施形態のレンズの底面図である。 図４２は第１１実施形態のレンズの正面図である。 図４３は第１１実施形態のレンズの背面図である。 図４４は第１１実施形態のレンズの左側面図である。 図４５は第１１実施形態のレンズの右側面図である。 図４６は第１１実施形態のレンズの平面図である。 図４７は第１１実施形態のレンズの底面図である。 図４８は第１２実施形態のレンズの正面図である。 図４９は第１２実施形態のレンズの背面図である。 図５０は第１２実施形態のレンズの左側面図である。 図５１は第１２実施形態のレンズの右側面図である。 図５２は第１２実施形態のレンズの平面図である。 図５３は第１２実施形態のレンズの底面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本書に記載された実施形態に係る装置は、マイクロ波、ミリ波及びサブミリ波の電波に適するアンテナ装置、そのアンテナ装置と無線通信部とを備える通信装置、及び、その通信装置を備える移動体である。実施形態に係るアンテナ装置は、マイクロ波、ミリ波又はサブミリ波の電波に対するレンズを備える。このレンズが、水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、前記貫通孔の中心軸の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の全体又は一部からなる誘電体のレンズ本体を有することにより、マイクロ波、ミリ波又はサブミリ波の電波を用いた移動体間通信に適用した場合に通信品質劣化や通信断が発生しにくい簡易構成のアンテナ装置を実現することができる。特に、本実施形態のアンテナ装置は、第５世代又はそれ以降の世代の移動通信を用いた車車間通信の実現に適したアンテナ装置である。

なお、本実施形態では移動体が地上の移動経路である道路を走行する車両の場合について説明するが、移動体の種類及び移動経路の種類に特に制約はない。例えば、車両は、自動車、トラック、バス、バイクなどである。車両は、自動運転機能を有する車両でもよいし、自動運転機能を有していない手動運転の車両であってもよい。また、衝突可能性判定対象の移動体は、地上の車両のほか、所定高度の上空における移動経路を飛行して移動可能な飛行体などの移動体であってもよい。また、移動体は、地下における移動経路を移動する地下移動体、水上（例えば海上）などにおける移動経路を移動可能な船舶などの水上移動体、又は、水中（例えば海中）の移動経路を移動する潜水ロボットなどの水中移動体であってもよい。

また、本実施形態の車両は、電気自動車、燃料電池自動車、内燃機関と電動機の双方を有するハイブリッド車であってもよい。また、車両は、当該車両が乗員又は乗客のために複数の席を有する場合、その最前列かつ最左端の席が運転席でない車両であってもよい。即ち、最前列かつ最右端の席のみが運転席である車両であってもよいし、そもそも運転席を有さない自動運転の車両であってもよい。

また、本実施形態における移動通信網の構成及び通信方式などは、特定の世代の標準規格の準拠するものに限定されない。本実施形態における移動通信網の構成及び通信方式などは、例えばＬＴＥ、ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ、第５世代、又は、その後の世代の標準規格の準拠するものであってもよい。

図１（ａ）は実施形態に係るアンテナ装置に適用可能なダイポールアンテナの水平面内指向特性１００Ｈの一例を示す図であり、図１（ｂ）は同ダイポールアンテナの垂直面内指向特性１００Ｖの一例を示す図である。また、図２は半波長ダイポールアンテナの水平面内指向特性１００Ｈの一例を示す図である。なお、図２の水平面内指向特性は、コンピュータによるＦＤＴＤ（有限差分時間領域）法の電磁界シミュレーションで得られたものである。車車間通信などの移動体間通信用のアンテナとしては、理想的には図１（ｂ）に示すように垂直面内に指向性があり、図１（ａ）及び図２に示すように水平面内が完全無指向性のアンテナが望ましい。このような指向性としては、コーリニアアンテナの特性が近い。

図３は半波長ダイポールアンテナ１０'と単一の非球面レンズ２０とを組み合わせたアンテナ装置１００'の一例を示す正面図である。図４は図３のアンテナ装置１００'の水平面内指向特性１０１Ｈの一例を示す図である。なお、図３における黒色（単一色）は背景の彩色である（後述の図６、図７（ａ）、図７（ｂ）、図９、図１１及び図１３においても同様）。図３の非球面レンズ２０は、フッ素樹脂（例えばテフロン（登録商標））などの誘電体で構成された誘電体レンズであり、図４の下向きのビーム状の水平面内指向特性１０１Ｈに示すようにアンテナ指向性における利得を高める目的（図示の例は約２．５ｄＢｉから約６ｄＢｉに高めている）やビームの方向を変える目的で用いることができる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）はビーム指向性を有するアンテナ装置をそれぞれ備える複数の車両（移動体）４１、４２が車車間通信を行いながら走行する場合の課題の説明図である。図５において、先行の車両４１は、進行方向を基準にして後向きの水平面内指向特性１４１ＨＲ及び側方向きの水平面内指向特性１４１ＨＳを有するアンテナ装置を備える。後続の車両４２は、進行後方を基準にして前向きの水平面内指向特性１４１ＨＦを有するアンテナ装置を備える。

図５（ａ）に示す直進の道路（移動経路）では、先行の車両４１の後向きの水平面内指向特性１４１ＨＲと後続の車両４２前向きの水平面内指向特性１４１ＨＦとがほぼ対向した状態で車車間通信を行うことができ、通信品質の劣化や接続断が発生しにくい。

しかしながら、図５（ｂ）に示すカーブの道路（移動経路）では、先行の車両４１の後向きの水平面内指向特性１４１ＨＲ及び側方向きの水平面内指向特性１４１ＨＳと後続の車両４２前向きの水平面内指向特性１４１ＨＦとが対向しなくなるため、車車間通信の通信品質の劣化や接続断となり得る。特に、車車間通信をしながら車間距離が広い状態でカーブ等を走行する際、アンテナの水平面内指向性のヌルで利得が低下すると、通信品質劣化や接続断となりやすい。

上記通信品質劣化や接続断の対策の１つとして前述の特許文献１のようにビーム追尾が考えられるが、ビームを制御するための装置が必要となる。また、アンテナ利得を高めつつ水平面無指向性とするにはコーリニアアンテナが考えられるが、１０ｄＢｉのような高利得を得るにはエレメントの段数が多くなる。そのため、例えば直列型のコーリニアアンテナでは数ｍｍの波長誤差が積み重なって所望の利得が得られなくなり、また並列型のコーリニアアンテナでは並列給電する分配構造や縦に配置する支持構造等が必要となる等、構造が複雑になり、製造が難しい。

そこで、本実施形態では、以下に例示するように、水平面内無指向性（オムニ）アンテナと後述の所定の形状を有するレンズとを組み合わせることにより、車車間通信（移動体間通信）に適用した場合に通信品質劣化や通信断が発生しにくい簡易構成のアンテナ装置１００に提供する。

図６は実施形態のアンテナ装置を構成するレンズの形状の設計に用いる基本形状要素としての非球面レンズ２０と水平面内無指向性のアンテナ１０との位置関係を示す図である。以下に例示する実施形態のレンズは、例えば図６に示す非球面レンズ２０の形状を基本形状要素として設計することができる。

非球面レンズ２０は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂（例えば比誘電率ε_ｒ＝２．１のテフロン（登録商標））の誘電体で構成され、アンテナ側のアンテナ対向面２０１と外向きの曲面２０２とを有する。図６において、対象電波の波長をλとしたとき、非球面レンズ２０のアンテナ対向面２０１と水平面内無指向性のアンテナ１０との距離は、非球面レンズ２０の焦点距離Ｆ（＝λ／２）に等しい。また、非球面レンズ２０の外周円形のアンテナ対向面２０１の半径（レンズ半径）Ｒは５λ／２に等しい。この半径（レンズ半径）Ｒは、最終的に形成されるレンズのレンズ本体における貫通孔に面した内側面の回転軸に沿った方向における中心から端縁までの距離に対応する。

なお、図示のアンテナ対向面２０１は平面であるが、曲面であってもよい。また、図示の曲面２０２は非球面であるが、球面の一部であってもよい。また、図６中の水平面内無指向性のアンテナ１０は、半波長ダイポールアンテナであるが、水平面内無指向特性を有するアンテナであれば、半波長ダイポールアンテナでなくてもよい。

図６における水平面内無指向性のアンテナ１０の位置を中心にして、非球面レンズ２０を連続的に又は所定の角度ステップで回転させることにより一体構造体が得られ、その一体構造体の表面により回転対称体からなる円盤状のレンズの形状が得られる。このレンズは、水平面内無指向性のアンテナ１０が配置される貫通孔を有し、その貫通孔の中心軸（アンテナの放射中心）の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の全体又は一部からなるレンズ本体を備える。

なお、水平面内無指向性（オムニ）アンテナ１０の放射中心からλ／２π以上離隔し、その距離をレンズの焦点距離Ｆとしてもよい。すなわち、レンズにおいて、レンズ本体の貫通孔に面する内側面は、貫通孔の中心軸からλ／２π以上離隔し、その離隔の距離は、レンズ本体の径方向における焦点距離Ｆに等しくてもよい。このような形状を有するレンズを組み合わせることにより、レンズのみで高アンテナ利得の水平面無指向性が得られ、通信品質の劣化及び接続断の発生を抑制することができる。

また、レンズの外曲面は比誘電率εｒ、焦点距離Ｆ、上記基本形状要素のレンズ半径Ｒ（図６参照）に基づいてレイトレース法で設計して決定される非球面でもよい。このように決定したレンズの非球面からなる外曲面により、レンズの焦点位置のズレ（球面収差）を補正することができる。

また、レンズ入射時の反射波と直接波が同位相となるよう焦点距離Ｆをλ／２の整数倍としてもよい。これにより、レンズ入射時の反射波電力を有効活用しアンテナ利得向上を図ることができる。

レンズ本体は、図６における水平面内無指向性のアンテナ１０の位置を中心にして非球面レンズ２０を回転させた回転対称体の周方向の一部からなる円弧状の形状を有してもよく、また、回転対称体の周方向の一部（レンズ本体の部分欠落部）を、対象の電波を反射させる反射部材と置き換えてもよい。これにより、不要放射を抑制することができ、また、前述と同様に電力を有効活用しアンテナ利得向上を図ることができる。

図７（ａ）は第１実施形態のレンズ２１を側方斜めの位置から見た斜視図であり、図７（ｂ）は第１実施形態のレンズ２１を上方斜めの位置から見た斜視図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図６における水平面内無指向性のアンテナ１０の位置を通るＺ軸方向の中心軸Ｚ０を中心にして、基本形状要素としての非球面レンズ２０を所定の角度（図７の例では１０度）ステップで１周（３６０度）回転させることにより得られる一体構造体（３６回転対称体）に基づいて形成されたレンズ２１の例である。この一体構造体の表面により回転対称体の全体からなる円盤状のレンズ２１の形状が得られる。レンズ２１は、水平面内無指向性のアンテナ１０が配置される貫通孔２１０を有し、その貫通孔２１０の中心軸（アンテナの放射中心）Ｚ０の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の全体からなるレンズ本体２１１を備える。

レンズ２１は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂（例えばテフロン（登録商標））等の誘電体を材料にして３次元プリンタにより形成することができる。以下に示す他の実施形態のレンズについても同様に形成することができる。なお、レンズ２１の材料は、対象の電波に対して所定の比誘電率及び透過率を有するものであれば、フッ素樹脂以外の誘電体であってもよい（以下に示す他の実施形態のレンズについても同様）。

図８は第１実施形態のレンズ２１の水平面内指向特性の一例を示す図である。図８に示すように、水平面内無指向性のアンテナ１０と、図７（ａ）及び図７（ｂ）のレンズ２１とを組み合わせることにより、高アンテナ利得（図示の例では１０ｄＢｉ）で水平面内無指向性のアンテナ装置１００を提供できる。

なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）のレンズ２１の形状及び図８のアンテナ指向特性は、例えば、コンピュータによるＦＤＴＤ（有限差分時間領域）法の電磁界シミュレーションで得ることができる。以下に示す他の実施形態のレンズについても同様である。

図９は第２実施形態のレンズ２２を上方斜め方向から見た斜視図である。図９は、図６における水平面内無指向性のアンテナ１０の位置を通るＺ軸方向の中心軸Ｚ０を中心にして、非球面レンズ２０を所定の角度（図９の例では１０度）ステップで６分の５周（３００度）回転させることにより得られる一体構造体（３６回転対称体の周方向の一部）に基づいて形成されたレンズ２２の例である。この一体構造体の表面により回転対称体の一部からなる円盤状のレンズ２２の形状が得られる。レンズ２２は、水平面内無指向性のアンテナ１０が配置される貫通孔２２０を有し、その貫通孔２２０の中心軸（アンテナの放射中心）Ｚ０の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなるレンズ本体２２１を備える。また、レンズ本体２２１の内周面のうち非球面レンズ２０を回転させていない６分の１周（３６０度）の角度範囲の内周面の位置（レンズ本体の部分欠落部）に、反射部材として円弧状の反射板２２２を設けている。

図１０は第２実施形態のレンズ２２の水平面内指向特性の一例を示す図である。図１０に示すように、水平面内無指向性のアンテナ１０と、図９のレンズ２２と、反射部材として円弧状の反射板２２２とを組み合わせることにより、高アンテナ利得（図示の例では１０ｄＢｉ～１３．５ｄＢｉ）で水平面内無指向性のアンテナ装置１００を提供できる。

図１１は第３実施形態のレンズ２３を上方斜め方向から見た斜視図である。図１１は、図６における水平面内無指向性のアンテナ１０の位置を通るＺ軸方向の中心軸Ｚ０を中心にして、非球面レンズ２０を連続的に１周（３６０度）回転させることにより得られる一体構造体に基づいて形成されたレンズ２３の例である。この一体構造体の表面により回転対称体の全部からなる円盤状のレンズ２３の形状が得られる。レンズ２３は、水平面内無指向性のアンテナ１０が配置される貫通孔２２０を有し、その貫通孔２３０の中心軸（アンテナの放射中心）Ｚ０の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の全部からなるレンズ本体２３１を備える。

図１２は第３実施形態のレンズ２３の水平面内指向特性の一例を示す図である。図１２に示すように、水平面内無指向性のアンテナ１０と、図１１のレンズ２２とを組み合わせることにより、高アンテナ利得（図示の例では１０ｄＢｉ）で水平面内無指向性のアンテナ装置１００を提供できる。

図１３は第４実施形態のレンズ２４を上方斜め方向から見た斜視図である。図１３は、図６における水平面内無指向性のアンテナ１０の位置を通るＺ軸方向の中心軸Ｚ０を中心にして、非球面レンズ２０を連続的に６分の５周（３００度）回転させることにより得られる一体構造体に基づいて形成されたレンズ２４の例である。この一体構造体の表面により回転対称体の一部からなる円盤状のレンズ２４の形状が得られる。レンズ２４は、水平面内無指向性のアンテナ１０が配置される貫通孔２４０を有し、その貫通孔２４０の中心軸（アンテナの放射中心）Ｚ０の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなるレンズ本体２４１を備える。また、レンズ本体２４１の内周面のうち非球面レンズ２０を回転させていない６分の１周（３６０度）の角度範囲の内周面の位置に、反射部材として円弧状の反射板２４２を設けている。

図１４は第４実施形態のレンズ２４の水平面内指向特性の一例を示す図である。図１４に示すように、水平面内無指向性のアンテナ１０と、図１３のレンズ２２と、反射部材として円弧状の反射板２４２とを組み合わせることにより、高アンテナ利得（図示の例では１０ｄＢｉ～１３．５ｄＢｉ）で水平面内無指向性のアンテナ装置１００を提供できる。

図１５（ａ）は第５実施形態のレンズ２５の平面図である。図１５（ａ）は、図６における水平面内無指向性のアンテナ１０の位置を通るＺ軸方向の中心軸Ｚ０を中心にして、焦点距離Ｆが長くアンテナ対向面２０１をアンテナ放射中心から離した状態で、非球面レンズ２０を所定の角度（図１５の例では３０度）ステップで３分の１周（１２０度）回転させることにより得られる一体構造体（１２回転対称体の周方向の一部）に基づいて形成されたレンズ２５の例である。この一体構造体の表面により回転対称体の一部からなる円弧状のレンズ２５の形状が得られる。レンズ２５は、水平面内無指向性のアンテナ１０が配置される貫通孔２５０を有し、その貫通孔２５０の中心軸（アンテナの放射中心）Ｚ０の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなるレンズ本体２５１を備える。

図１５（ｂ）は第５実施形態のレンズ２５を有するアンテナ装置１００を正面斜め方向から見た斜視図である。図１５（ｃ）は第５実施形態のレンズ２５を有するアンテナ装置１００を左側方斜め方向から見た斜視図である。図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）に示すように、レンズ２５は比較的広いアンテナ設置スペースである貫通孔２５０を有するので、水平面内無指向性のアンテナを有するサイズが大きなアンテナユニット１１を簡易に設置することができる。

図１６（ａ）は第６実施形態のレンズ２６の平面図である。図１６（ｂ）は第６実施形態のレンズ２６を正面及び平面を表す斜視図である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、図６における水平面内無指向性のアンテナ１０の位置を通るＺ軸方向の中心軸Ｚ０を中心にして、焦点距離Ｆが長くアンテナ対向面２０１をアンテナ放射中心から離した状態で、非球面レンズ２０を連続的に１周（３６０度）回転させることにより得られる一体構造体に基づいて形成されたレンズ２６の例である。この一体構造体の表面により回転対称体の全部からなる環状のレンズ２６の形状が得られる。レンズ２６は、水平面内無指向性のアンテナ１０が配置される貫通孔２６０を有し、その貫通孔２６０の中心軸（アンテナの放射中心）Ｚ０の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の全部からなるレンズ本体２６１を備える。

図１６（ｃ）は第６実施形態のレンズ２６を有するアンテナ装置１００を下方斜め方向から見た斜視図である。図１６（ｃ）に示すように、レンズ２６は比較的広いアンテナ設置スペースである貫通孔２６０を有するので、水平面内無指向性のアンテナを有するサイズが大きなアンテナユニット１１を簡易に設置することができる。

図１７は実施形態のアンテナ装置１００の車両４０への取り付け例を示す図である。図１７の例では、移動体としての車両（大型車）のフロントガラス４０１の側方部に位置する外側フレーム４０２に補助ミラー取り付け用のステー部材４０３を有し、そのステー部材４０３にアンテナ装置１００が取り付けられている。なお、図１７において、車車間通信におけるアンテナのダイバーシチ効果を得るために、ステー部材４０３に複数（例えば２組）のアンテナ装置１００を取り付けてもよい。また、実施形態のアンテナ装置１００及び無線通信部を有する通信装置を備える車両等の移動体は、その移動方向の前方及び後方の少なくとも一方に位置する他の車両等の移動体との間で移動体間通信を行うものであってもよい。その移動体のアンテナ装置は、他の移動体との移動体間通信において、水平面内において１５０度以上１８０度以下のビーム幅の指向性ビームを有するものであってもよい。また、車両等の移動体は、その移動体の移動方向の前方及び後方の少なくとも一方にアンテナ装置を複数備え、例えばダイバーシチ効果を得るために複数のアンテナ装置を介して同一の電波を送信又は受信するものであってもよい。

図１８～図２３はそれぞれ、第７実施形態のレンズの正面図、背面図、左側面図、右側面図、平面図及び底面図である。なお、図１８～図２３のレンズは、図１８～図２３における黒色（単一色）はいずれも背景の彩色である。また、図１８～図２３におけるレンズの表面に表された濃淡はいずれも立体形状を特定するためのものである。

図１８～図２３のレンズは、Ｚ軸方向の中心軸を中心にして、基本形状要素としての非球面レンズ２０（図６参照）を３０度ステップで３分の１周（１２０度）回転させることにより得られる一体構造体（１２回転対称体の一部）に基づいて形成されたレンズである。このレンズは、水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、その貫通孔の中心軸（アンテナの放射中心）の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなる円弧状のレンズ本体を備える。

図２４～図２９はそれぞれ、第８実施形態のレンズの正面図、背面図、左側面図、右側面図、平面図及び底面図である。なお、図２４～図２９における黒色（単一色）はいずれも背景の彩色である。また、図２４～図２９におけるレンズの表面に表された濃淡はいずれも立体形状を特定するためのものである。

図２４～図２９のレンズは、Ｚ軸方向の中心軸を中心にして、基本形状要素としての非球面レンズ２０（図６参照）を３０度ステップで３分の１周（１２０度）回転させることにより得られる一体構造体（１２回転対称体の一部）に基づいて形成されたレンズである。このレンズは、水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、その貫通孔の中心軸（アンテナの放射中心）の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなる円弧状のレンズ本体と、そのレンズ本体の上面に設置された上部円盤とを備える。

図３０～図３５はそれぞれ、第９実施形態のレンズの正面図、背面図、左側面図、右側面図、平面図及び底面図である。なお、図３０～図３５における黒色（単一色）はいずれも背景の彩色である。また、図３０～図３５におけるレンズの表面に表された濃淡はいずれも立体形状を特定するためのものである。

図３０～図３５のレンズは、Ｚ軸方向の中心軸を中心にして、基本形状要素としての非球面レンズ２０（図６参照）を１０度ステップで３分の１周（１２０度）回転させることにより得られる一体構造体（３６回転対称体の周方向の一部）に基づいて形成されたレンズである。このレンズは、水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、その貫通孔の中心軸（アンテナの放射中心）の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなる円弧状のレンズ本体を備える。

図３６～図４１はそれぞれ、第１０実施形態のレンズの正面図、背面図、左側面図、右側面図、平面図及び底面図である。なお、図３６～図４１における黒色（単一色）はいずれも背景の彩色である。また、図３６～図４１におけるレンズの表面に表された濃淡はいずれも立体形状を特定するためのものである。

図３６～図４１のレンズは、Ｚ軸方向の中心軸を中心にして、基本形状要素としての非球面レンズ２０（図６参照）を１０度ステップで３分の１周（１２０度）回転させることにより得られる一体構造体（３６回転対称体の周方向の一部）に基づいて形成されたレンズである。このレンズは、水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、その貫通孔の中心軸（アンテナの放射中心）の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなる円弧状のレンズ本体と、そのレンズ本体の上面に設置された上部円盤とを備える。

図４２～図４７はそれぞれ、第１１実施形態のレンズの正面図、背面図、左側面図、右側面図、平面図及び底面図である。なお、図４２～図４７における黒色（単一色）はいずれも背景の彩色である。また、図４２～図４７におけるレンズの表面に表された濃淡はいずれも立体形状を特定するためのものである。

図４２～図４７のレンズは、Ｚ軸方向の中心軸を中心にして、基本形状要素としての非球面レンズ２０（図６参照）を連続的に３分の１周（１２０度）回転させることにより得られる一体構造体（１回転対称体（連続回転体）の周方向の一部）に基づいて形成されたレンズである。このレンズは、水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、その貫通孔の中心軸（アンテナの放射中心）の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなる円弧状のレンズ本体を備える。

図４８～図５３はそれぞれ、第１２実施形態のレンズの正面図、背面図、左側面図、右側面図、平面図及び底面図である。なお、図４８～図５３における黒色（単一色）はいずれも背景の彩色である。また、図４８～図５３におけるレンズの表面に表された濃淡はいずれも立体形状を特定するためのものである。

図４８～図５３のレンズは、Ｚ軸方向の中心軸を中心にして、基本形状要素としての非球面レンズ２０（図６参照）を連続的に３分の１周（１２０度）回転させることにより得られる一体構造体（１回転対称体（連続回転体）の周方向の一部）に基づいて形成されたレンズである。このレンズは、水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、その貫通孔の中心軸（アンテナの放射中心）の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の一部からなる円弧状のレンズ本体と、そのレンズ本体の上面に設置された上部円盤とを備える。

以上、本実施形態によれば、車車間通信などの移動体間通信に適用した場合に通信品質劣化や通信断が発生しにくい簡易構成のアンテナ装置１００を提供できる。

また、本発明は、長期にわたって通信品質劣化及び通信断が発生しにくい車車間通信などの移動体間通信を提供できるため、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「産業と技術革新の基盤をつくろう」の達成に貢献できる。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ ：アンテナ
１１ ：アンテナユニット
２０ ：非球面レンズ
２１～２６ ：レンズ
４０ ：車両
１００ ：アンテナ装置
２０１ ：アンテナ対向面
２０２ ：曲面
２１０ ：貫通孔
２１１ ：レンズ本体
２２０ ：貫通孔
２２１ ：レンズ本体
２２２ ：反射板
２３０ ：貫通孔
２３１ ：レンズ本体
２４０ ：貫通孔
２４１ ：レンズ本体
２４２ ：反射板
２５０ ：貫通孔
２５１ ：レンズ本体
２６０ ：貫通孔
２６１ ：レンズ本体
４０１ ：フロントガラス
４０２ ：外側フレーム
４０３ ：ステー部材

Claims (12)

1. マイクロ波、ミリ波又はサブミリ波の電波に対するレンズであって、
   水平面内無指向性のアンテナが配置される貫通孔を有し、前記貫通孔の中心軸の周りに回転対称の凸状の外曲面を有する回転対称体の周方向の全体又は一部からなる誘電体のレンズ本体を備え、
   前記回転対称体の回転対称の基本形状は、前記レンズ本体の前記貫通孔に面するアンテナ対向面と外向きの曲面とを有し、前記アンテナ対向面と前記貫通孔の中心軸との距離は、前記レンズ本体の径方向における焦点距離Ｆに等しく、前記アンテナ対向面の前記中心軸に沿った方向における中心から端縁までの距離Ｒは５λ／２（λ：波長）である、
   レンズ。
2. 請求項１のレンズにおいて、
   前記レンズ本体の前記貫通孔に面する内側面は、前記貫通孔の中心軸からλ／２π（λ：電波の波長）以上離隔し、
   前記離隔の距離は、前記レンズ本体の径方向における焦点距離Ｆに等しい、
   レンズ。
3. 請求項１のレンズにおいて、
   前記レンズ本体の外曲面は、前記誘電体の比誘電率ε_ｒ、前記レンズ本体の径方向における焦点距離Ｆ及び前記レンズ本体の内側面の前記中心軸に沿った方向における中心から端縁までの距離Ｒに基づいて決定される非球面である、
   レンズ。
4. 請求項１のレンズにおいて、
   前記レンズ本体の径方向における焦点距離Ｆは、λ／２（λ：電波の波長）の整数倍である、レンズ。
5. 請求項１のレンズにおいて、
   前記レンズ本体は、前記回転対称体の周方向の一部が欠落した形状を有する、
   レンズ。
6. 請求項１のレンズにおいて、
   前記レンズ本体の周方向の一部が欠落した部分欠落部に、前記電波を反射する反射部材を配置した、
   レンズ。
7. 請求項１のレンズにおいて、
   前記回転対称体は、前記貫通孔の中心軸の周りに１回転対称の形状又は前記貫通孔の中心軸の周りに複数（ｎ）回転対称の形状を有する、
   レンズ。
8. 請求項１乃至７のいずれかのレンズと、前記レンズの貫通孔に配置された水平面内無指向性のアンテナと、を備える、アンテナ装置。
9. 請求項８のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置の前記アンテナに接続された無線通信部と、
   を備える、通信装置。
10. 請求項９の通信装置を備え、移動方向の前方及び後方の少なくとも一方に位置する他の移動体との間で移動体間通信を行う、移動体。
11. 請求項１０の移動体において、
    前記アンテナ装置は、前記他の移動体との移動体間通信において、１５０度以上１８０度以下のビーム幅の指向性ビームを有する、
    移動体。
12. 請求項１０の移動体において、
    前記移動体の移動方向の前方及び後方の少なくとも一方に、前記アンテナ装置を複数備え、
    前記複数のアンテナ装置を介して同一の電波を送信又は受信する、
    移動体。