JPWO2016203748A1 - 屈折率分布型レンズの設計方法、及び、それを用いたアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施形態を説明する。図1は、屈折率一様型レンズ11を含む仮想ドメイン14の側面図である。この屈折率一様型レンズ11は、曲面状の焦平面14aを有し、当該焦平面14aに対向して配置されたアンテナ12から電磁波が放射される。以下、便宜上、曲面状の焦平面を曲板状焦面、平面状の焦平面を平板状焦面と記載して焦平面が曲面であるか平坦な平面であるかを区別する。
今、図1に示すような屈折率一様型レンズ11を含み、かつ、境界が曲板状焦面14aの一部をなす空間(仮想ドメイン)14を考える。そして、仮想ドメイン14における曲板状焦面14aを持つ屈折率一様型レンズ11が、平板状焦面を持つ屈折率分布型レンズに写像変換されたと考える。このとき、写像変換された仮想ドメインを物理ドメインと呼称する。そして、透磁率や誘電率を総称して媒質パラメータと記載し、仮想ドメインにおける媒質パラメータを仮想媒質パラメータ、物理ドメインにおける媒質パラメータを物理媒質パラメータと記載する。
仮想ドメイン14を記述する直交座標系x−y−z(以下、仮想座標系と記載)と、物理ドメインを記述する直交座標系X−Y−Z(以下、物理座標系と記載)とを考える。
ドメインが2次元の場合では、仮想座標系におけるz軸と、物理座標系におけるZ軸との間での写像がない。このため、式1は、
次に、ドメインが3次元の場合について説明する。この場合、擬等角写像は2次元の屈折率分布型レンズ21を光軸16に対して回転対称性を有するように拡張する。
このようにして、物理ドメインにおける屈折率分布が求まったので、この屈折率分布を持つ屈折率分布型レンズの具体化を行う。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。なお、第1実施形態と、同一構成に関しては同一符号を用い説明を適宜省略する。
図10は、第2実施形態にかかる屈折率一様型レンズ11を含む仮想ドメインの側面図である。
11a 第1面
11b 第2面
12 アンテナ
13 ビーム
14 仮想ドメイン
14a 曲板状焦面
15a 第1整合層
15b 第2整合層
17 複合レンズ
21 屈折率分布型レンズ
21a 入射側レンズ部
21b 出射側レンズ部
24 物理ドメイン
24a 平板状焦面
26 屈折率分布型サブレンズ
41,42 屈折率分布型レンズ
41a,42a 入射側レンズ部
41b 出射側レンズ部
41c,42c 平板状焦面
41d 媒質パラメータ調整部材
42d 媒質パラメータ調整部材
42 屈折率分布型レンズ
42a 入射側レンズ部
43 平板状焦面
50A,50B アンテナ装置
52 回転駆動部
53 並進駆動部
53 ビーム
54 選択部
図10は、第2実施形態にかかる屈折率一様型レンズ11を含む含まない仮想ドメインの側面図である。
Claims (10)
- 平面形状の焦平面を持つ屈折率分布型レンズの設計方法であって、
屈折率が一様な屈折率一様型レンズにおける曲面形状の焦平面が境界に含まれる仮想ドメイン、及び、屈折率が非一様な屈折率分布型レンズにおける平面形状の焦平面が境界に含まれ、かつ、前記仮想ドメインに対する擬等角写像である物理ドメインを設定し、
前記仮想ドメインを特徴付ける誘電率又は透磁率の少なくとも1つを含む媒質パラメータを仮想媒質パラメータとし、該仮想媒質パラメータに対する前記擬等角写像を前記物理ドメインにおける物理媒質パラメータとして算出し、
予め設定された媒質パラメータ調整部材を空間配置することにより、前記物理媒質パラメータによる前記屈折率分布型レンズを設計する、
ことを特徴とする屈折率分布型レンズの設計方法。 - 請求項1に記載の屈折率分布型レンズの設計方法であって、
前記仮想ドメインは、前記屈折率一様型レンズと曲面形状の前記焦平面との間のレンズ−焦平面ドメインと、前記屈折率一様型レンズからなるレンズドメインとを含み、
前記仮想媒質パラメータは、前記レンズ−焦平面ドメインにおける媒質パラメータと、前記レンズドメインにおける媒質パラメータとからなり、
前記物理媒質パラメータは、前記レンズ−焦平面ドメインにおける媒質パラメータと、前記レンズドメインにおける媒質パラメータとの擬等角写像であることを特徴とする屈折率分散型レンズの設計方法。 - 請求項1に記載の屈折率分布型レンズの設計方法であって、
前記仮想ドメインは、前記屈折率一様型レンズと前記曲面形状の焦平面との間のレンズ−焦平面ドメインにより構成されて、
前記仮想媒質パラメータは、前記レンズ−焦平面ドメインにおける媒質パラメータからなり、
前記物理媒質パラメータは、前記レンズ−焦平面ドメインにおける媒質パラメータの擬等角写像であることを特徴とする屈折率分散型レンズの設計方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の屈折率分布型レンズであって、
前記屈折率一様型レンズにおける2つの面の近傍領域をレンズ面ドメインとして、該レンズ面ドメインに対して擬等角写像を行うことを特徴とする屈折率分散型レンズの設計方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の屈折率分布型レンズであって、
前記屈折率一様型レンズの光軸が前記曲板状焦面と交わる点から該屈折率一様型レンズの中心点までの距離は、アッベの正弦則を満たすことを特徴とする屈折率分散型レンズの設計方法。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の屈折率分布型レンズであって、
前記媒質パラメータ調整部材は、屈折させる電磁波の波長に比べて十分狭い間隔の周期構造を持つメタマテリアルであることを特徴とする屈折率分散型レンズの設計方法。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の屈折率分布型レンズであって、
前記物理媒質パラメータは、電磁波に対して屈折率が1よりも小さくなる値を除いて構成されていることを特徴とする屈折率分散型レンズの設計方法。 - 電磁波を屈折させて送信又は受信するアンテナ装置であって、
屈折率が一様な屈折率一様型レンズにおける曲面形状の焦平面が境界に含まれる仮想ドメイン、及び、屈折率が非一様な屈折率分布型レンズにおける平面形状の焦平面が境界に含まれ、かつ、前記仮想ドメインに対する擬等角写像である物理ドメインを設定し、前記仮想ドメインを特徴付ける誘電率又は透磁率の少なくとも1つを含む媒質パラメータを仮想媒質パラメータとし、該仮想媒質パラメータに対する前記擬等角写像を前記物理ドメインにおける物理媒質パラメータとして算出し、予め設定された媒質パラメータ調整部材を空間配置すること、により設計された前記物理媒質パラメータによる屈折率分布型レンズと、
電磁波の送信又は受信の少なくとも1つを行うアンテナと、
前記電磁波の送信方位又は受信方位を規定する方位設定機構と、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項8に記載のアンテナ装置であって
前記方位設定機構は、前記アンテナを前記平板状焦面に沿って移動させる並進駆動部と、
前記アンテナを回転させる回転駆動部と、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。 - 請求項8に記載のアンテナ装置であって
前記アンテナが前記平板状焦面に沿って複数配置されている場合に、複数の前記アンテナから1つのアンテナを選択する選択部を備えることを特徴とするアンテナ装置。
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