(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある材料を含むレンズのシステムであって、
前記材料は所望の周波数における電磁放射線に対しある屈折率を有し、
前記屈折率は前記材料内で前記所望の周波数における電磁放射線の所望の波長を生成し、
前記レンズの裏面に面する先細のエンクロージャをさらに含み、前記先細のエンクロージャの先細になった端部に位置付けられた前記所望の周波数の電磁放射線の供給源をさらに含み、
前記材料は表面および裏面を有し、
前記表面は平坦であり、
前記裏面は複数個の階段状フレネルゾーンを含み、
前記階段状フレネルゾーンの各々は本質的に複数個の段からなり、
各フレネルゾーンは３つの段を有し、
各段は前記表面に平行でありかつ前記表面から固定された距離を有しており、
前記表面からの各段までの前記距離は前記レンズを構成する前記材料における前記所望の周波数での波長の半分の整数の倍数である、レンズシステム。
【請求項２】
前記レンズを、前記レンズの表面に対して平行な方向に動かすための移動手段をさらに含み、
前記移動手段は、前記レンズの一方の側の上にカム、および前記レンズの対向する側の上にばねを含む、請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項３】
前記レンズを、前記レンズの前記表面に平行な方向に動かすための第１の移動手段と、
前記レンズを、前記レンズの前記表面に平行でありかつ前記第１の方向に垂直な第２の方向に動かすための第２の移動手段とをさらに含み、
各移動手段の少なくとも一方は、前記レンズの一方の側の上にカム、および前記レンズの対向する側の上にばねを含む、請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項４】
ある材料を含むレンズのシステムであって、
前記材料は所望の周波数における電磁放射線に対しある屈折率を有し、
前記屈折率は前記材料内で前記所望の周波数における電磁放射線の所望の波長を生成し、
前記材料は表面および裏面を有し、
前記表面は平坦であり、
前記裏面は複数個の階段状フレネルゾーンを含み、
各階段状フレネルゾーンは、概念的に同様に屈折する従来のフレネルゾーンに対応し、
各階段状フレネルゾーンは本質的に複数個の段からなり、
各段は前記表面に平行でありかつ前記表面から固定された距離を有しており、
各階段状フレネルゾーンの各段は、概念的に同様に屈折する従来のフレネルゾーンに対応する部分の裏面上の位置と同じ裏面上の位置を有し、従来のフレネルゾーンの当該部分は、階段状のフレネルゾーンの段の表面からの距離と同じ距離を有しており、
前記表面からの各段までの前記距離は前記レンズを構成する前記材料における前記所望の周波数での波長の半分の整数の倍数である、レンズシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明はレーダアンテナに関し、特にレードームとして機能し、かつそれらを通過する放射線の焦点を合わせるためのレンズとしても機能する、レーダアンテナに関する。
【０００２】
レーダは、自動車上で用いられる場合、そのレーダを空気だけでなく路上の破片からも保護するレードームを有することによって、路上の運転環境に応じたものにしなければならない。レードームは、アンテナのための焦点合わせ機能を果たすことも望ましい。そのような働きを提供するに足るだけの耐久性のある従来のレードームは一般に、準精密な焦点合わせにさえ、不適切であると考えられてきた。
【０００３】
レンズアンテナで迅速にアンテナビームを走査することは通常、複数のフィードホーン間で電子的に切換を行なうことによって達成される。しかしながら、ほとんどのミサイルセンサの応用では、これを行なうと実際的ではなくなってしまう。適切な走査視野をもたらすことで、結果として直列接続するスイッチにおける挿入損失が受入れられないほど高くなってしまう。また、遠くへの軸からずれたビームについて、アンテナのサイドローブレベルが受入れられないほど高くなってしまう。
【０００４】
走査は、耐久性の軽量アンテナレンズを固定されたアンテナフィードの前で前後に動かすことによってなし遂げられ得る。しかしながら、走査のスピードはレンズの重量に反比例しており、先行技術のレードームも重いものである。幸い、軽さと耐久性とは互いにトレードオフの対象とされてもよい。かなりの耐久性の、中くらいの重量のレンズが、保護された環境内に置かれるのであれば、それを耐久性はより低いが、非常に軽量なものに、簡単に変更することができる。別個になったレードームの背後の、ミサイルの前方端は、そのような保護された環境である。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は従来のフレネルレンズの設計を修正することによって、これらの欠点を克服する。従来の曲線状のレンズ表面は、それに近似する段、好ましくは３つの段で置換えられる。各段における階段状レンズの厚みは、レンズの中ほどにおけるレーダ動作周波数の半波長分、または複数の半波長分である。段の、半波長または複数の半波長の分割により、表面および裏面からの反射の相殺が引起こされる。これはほぼ完璧なインピーダンスの一致をもたらし、それによりレンズとフィードホーンとの間の（望ましくない）定常波を最低限にする。これによりさらに、（ａ）一方または双方の面を反射防止コーティングで被覆する、または（ｂ）曲線状の、または階段状の側を前方に提示して、アンテナフィードにおける反射した信号の合焦を回避する、などの他の定常波低減方法を用いる必要性が回避される。コーティングは高価であるし、レンズの平坦な側は（階段状の側とは違って）路上の破片から保護される必要がない。レンズとレードームとは、したがって自動車のセッティングに望ましい一体的なユニットとして成形することができる。
【０００６】
このレンズはまた、好ましくはカムおよびばねの組合せにより、非常に迅速に左右に動かすことができるよう十分に薄いものである（かつ、したがって、十分に軽いものである）。これにより、限られた視野にわたるものではあるが、非常に高速の走査をできるようになる。レンズとフィードホーンとをともにジンバルで支えることにより、走査は遅くなるが、無制限の考慮の範囲が与えられる。２つを組合せることで、ミサイルのセッティングでは望ましい、高速の走査と無制限の考慮とが与えられる。
【０００７】
【実施例の詳細な説明】
図１では、レンズ１４はある材料から、好ましくは所望の周波数の電磁放射線に対し適切な屈折率を有し、かつ硬くて強いプラスチックからなる。商標名レキサン（LEXAN ）で販売されるプラスチックが、所望の電気的および機械的特性を有しており、好ましいとされる。
【０００８】
レンズ１４は表面１６と裏面１８とを有し、表面１６は平坦である。裏面１８は複数個の階段状フレネルゾーン２０を含む。各階段状フレネルゾーン２０は、本質的に複数個の段２２、２４、２６、好ましくは３つの段からなる。各段２２、２４、２６は表面１６に対し平行であり、かつそこから固定された距離のところに置かれている。
【０００９】
図２は、概念的な同様に屈折している従来のフレネルゾーン２０に対応する、各階段状フレネルゾーン２０を示す。すなわち、実際のレンズ１４の裏面１８上の各階段状フレネルゾーン２０における各段の位置を決定するには、まずその表面２０からの距離ｄを定めることである。次に、概念的な従来のフレネルレンズ１０、すなわち同様に屈折しているものに目を向けられたい。これもまた、その裏面３０上の同様な数のゾーン２８に分割される。その表面３０から同じ距離ｄのところにある、対応する従来のゾーン２８の部分３２の位置を見つけられたい。ここが、段２２、２４、２６を位置付けるべきところである。
【００１０】
図３は、所望の周波数の電磁放射線３６の供給源３４によって駆動されているレンズ１４を示す。この供給源は好ましくは、レンズ１４の裏面１８に面した先細のエンクロージャ４０における先細になった端部３８に位置付けられる。先細のエンクロージャ４０は、所望に応じて導電性でも無線周波数吸収性でもよい。
【００１１】
図１および２では、表面１６からの各段２２、２４、２６に対する距離ｄは、所望の周波数における波長（λε）の半分の整数の倍数である。これにより、表面および裏面１６、１８、２２、２４、２６からの反射の相殺が許容される。この相殺により、エンクロージャ４０内での定常波が低減または排除される。
【００１２】
図４は、レンズ１４がそれを通過する放射線のビームに対して垂直に動かされ、それによってビームの方向を変えているのを示す。レンズ１４は非常に薄いため、大変軽量であり、したがっていかなる適切な手段によってでも、その表面１６に対し平行な方向に容易に移動されるであろう。好ましい移動手段は、レンズ１４の一方の側の上のカム４２と、対向する側の上のばね４４とである。レンズ１４を放射線３６に垂直に移動させることで、レンズ１４から発せられるビームの方向は変更されるし、フィードホーンまたは他の電磁放射線の供給源３４を動かそうとするよりもずっと容易である。この動作で、ビームの方向を良好に制御することができる。エンクロージャ４０の先細にされた端部３８における複数個のフィードホーン４６、４８、５０により、所望されるならば大きな動きがもたらされてもよい。各フィードホーン４６、４８、５０はわずかに異なる位置に置かれているため、各々がわずかに異なった方向においてレンズ１４から発せられるビームを生ずる。大きい動きは、装置全体をジンバルで支えることにより、もたらされてもよい。
【００１３】
レンズ１４をその表面１６に平行な第１および第２の方向、ならびに互いに対して垂直方向に動かすための第１および第２の移動手段が設けられてもよい。前と同じく、双方の方向における好ましい移動手段は、レンズ１４の一方の側の上のカム４２、５２と、対向する側の上のばね４４、５４である。
【００１４】
図５は、レンズ１４とフィードホーン４６、４８、５０とをともにジンバル５６で支えているところを示す。
【００１５】
【発明の範囲】
特定的な実施例をいくぶん詳細に示してきたが、本発明の真の精神および範囲はこれに限定されるものでなく、前掲の特許請求の範囲およびその等価物のみによって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】フレネルレンズの輪郭を、３つの実施例すなわちフルゾーン１０、部分的ゾーン１２、および階段状ゾーン１４において示す図である。
【図２】階段状ゾーンレンズ１４の細部を示す図である。
【図３】フィードホーン４６、４８、５０から直接的、および囲い込まれたハウジング４０から間接的のどちらにもレーダ信号を屈折させる、動作中のレンズ１４を示す図である。
【図４】それを通る放射線のビームに対し垂直方向に動かされ、それによりビームの方向を変化させている、レンズ１４を示す図である。
【図５】レンズ１４とフィードホーン４６、４８、５０とをともにジンバル５６で支える様を示す図である。
【符号の説明】
１４  レンズ
１６  表面
１８  裏面
２０  階段状フレネルゾーン
２２  段
２４  段
２６  段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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