JPH0575328A - スキヤニングビーム装置 - Google Patents

スキヤニングビーム装置

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JPH0575328A
JPH0575328A JP23017791A JP23017791A JPH0575328A JP H0575328 A JPH0575328 A JP H0575328A JP 23017791 A JP23017791 A JP 23017791A JP 23017791 A JP23017791 A JP 23017791A JP H0575328 A JPH0575328 A JP H0575328A
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JP
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wedge
axis
scanning
wedges
point
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JP23017791A
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English (en)
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Hajime Ishimaru
元 石丸
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ROBOTEC KENKYUSHO KK
Original Assignee
ROBOTEC KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ペンシルビームを、平面内に高速でスキャニ
ングすること。 【構成】 ２個のウェッジＷＡ，ＷＢを、走査の基準線
（Ｘ軸）を自転軸として互いに逆向きに、同じ大きさの
角速度ω，−ωで回転させ、ペンシルビーム束φをウェ
ッジＷＡ，ＷＢを通過させる。ウェッジＷＡ，ＷＢの頂
角（θ2 −θ1)，（θ4 −θ3)を作る面Ａ１，Ａ２；Ｂ
２，Ｂ１はこれらの面が作る稜がＸ軸に垂直な面内に在
る。 【効果】 ウェッジＷＡ，ＷＢの頂角（θ2 −θ1)，
（θ4 −θ3)の設定に任意性があるので、ペンシルビー
ムのスキャニングの角度設定の自由度が大きい。各々の
ウェッジＷＡ，ＷＢは、それぞれの向きに連続回転する
だけなので、耐久性・安定性が優れ、且つ高速のスキャ
ニングをすることができる。又、ペンシルビーム束φが
各々のウェッジを通過しても、任意の等位相面が保存さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ペンシルビーム状の
電磁波（以下「電波」ということがある。）が平面内で
扇形を描くように往復走査を繰返す手段を有するミリメ
ートル波（以下「ミリ波」という。）用のアンテナ系装
置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】移動体に搭載して進路前方の至近距離な
いし比較的近い距離の範囲に存在する障害物（以下「タ
ーゲット」という。）を検知する媒体としてミリ波を使
用する場合、感度・確度などの観点から、放射アンテナ
・受領アンテナの位置を要（かなめ）としてその前方の
走行面に平行な面内において扇形状に拡がる領域にペン
シルビーム状の電波の往復走査を繰返すことを要請され
ることがある。この発明は、この要請に応えるものであ
る。
【０００３】
【従来の技術】アンテナの指向方向を制御し、走査する
所謂ビームスキャニングをミリ波で行なうことは従来非
常に困難であった。マイクロ波においては、フエーズド
アレー型アンテナに見られるようにすでに電子的にビー
ムを走査するものが実用されている。しかしフエーズド
アレー型アンテナでは電子的に制御可能な可変移相器が
必要であるが、この移相器はミリ波帯では満足な特性の
ものを得ることが難しく、ミリ波帯のフエーズドアレー
型アンテナは実用されていない。
【０００４】又、機械的な方法でビームスキャニングを
行なうことも行なわれているが、高速のスキャニングが
困難なこと、長時間の連続運転では安定性・耐久性に問
題があって長期に亘って同一性能を維持することに困難
があるなどの問題があった。
【０００５】この問題を解決するための手段の１つとし
て、この発明の発明者は、先に、特願平３−９８６３８
号の明細書において、電磁波を放射するアンテナ、（例
えばパラボラアンテナ、レンズアンテナ）の前方（ター
ゲット側）に誘電体ウェッジ（ビーム束に沿った方向の
断面がくさび形のレンズ：以下「ウェッジ」という。）
を２枚置き、この２枚のウェッジを互いに逆向きに同じ
角速度で回転させることにより、平面内においてビーム
を扇形に往復走査させる発明（以下「先行技術」とい
う。）を提案した。
【０００６】この先行技術の場合、走査面の水平面に対
する傾きは２枚のウェッジの相互の姿勢関係が空間に対
して取る関係位置によって決まり、走査範囲の開き角度
（扇形の開き角度に相当するもの）はウェッジの誘電率
とウェッジの頂角によって決定され、又走査の繰返しの
速さは、ウェッジの回転の角速度によって決まる。
【０００７】そして、この先行技術によれば、ビームを
実用上の平面で走査させることができ、又、従来技術で
は極めて実現困難であった毎秒１０回以上の走査速度に
おいてビーム幅の１２倍以上の走査角度範囲を実現でき
た。
【０００８】この先行技術は、ウェッジを回転させる機
構部分を有するが、各々のウェッジは自転軸の周りに同
じ向きに連続して回転するだけなので、長期に亘って安
定に一定性能を維持できる。そして、ウェッジを連続し
て高速で回転させることができるので、往復扇形走査を
連続して高速で行うことができるものである。
【０００９】しかし、この先行技術は、各々のウェッジ
の１つの辺を走査の基準線に垂直に設定することを必須
の条件としている点で、自由度が少ない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、この点の
不備を解消する要請に応えるものであり、各々のウェッ
ジの各辺が走査の基準線に垂直な面に対して任意の角度
を取る場合のスキャニングビーム装置を得ることを目的
とする。
【００１１】
【発明の概要】この発明は、電波を放射するアンテナの
前方に、誘電体ウェッジを２枚設置し、その各々のウェ
ッジを同じ角速度で相互に逆向きに回転することによ
り、平面内に展開するスキャニングビームを得る。この
場合、各々のウェッジの回転（自転）軸は、走査の基準
線に一致させる。走査の基準線は、移動体の走行面に平
行な面（以下「基準面」という。）内に想定する１つの
方向線であり、例えば移動体の首尾線方向にとる。各々
のウェッジの稜は、Ｘ軸に垂直な面内に在る。
【００１２】
【発明の効果】この発明は、各々のウェッジにおいて、
頂角の大きさを任意に設定することができるので、設計
の際の自由度が大きい。
【００１３】この発明は、先行技術と同様の利点、即
ち、各々のウェッジは回転（自転）軸の周りに同じ向き
に連続して回転するだけなので、安定性・耐久性がよ
く、長期に亘って安定に一定性能を維持できる利点、を
有する。そして、ウェッジを高速度で連続回転できるの
で、扇形走査を高速度で連続して行うことができる。
【００１４】この発明は、各々のウェッジが回転するに
かかわらず、１枚目のウェッジへの入射面から２枚目の
ウェッジの出射面までの光学距離が同じになるので、１
枚目のウェッジへの入射前の任意の形状の等位相面は２
枚目のウェッジを出射した後にもそのまま保存されてい
る。
【００１５】
【実施例】図１は、この発明の基本構成を示す図であ
る。
【００１６】電波が送信器及びダウンコンバータからホ
ーンアンテナを通って、電波レンズからその前方に平面
波による平行な波束、所謂ペンシルビーム（以下「ビー
ム束」という。）となって、白抜きの太い矢印の方向
（前方：ターゲットの方向）に放射されることは既知で
あり、これを前提とする。
【００１７】走査の基準線をＸ軸にとって構成する。
【００１８】制御回路からの信号が駆動回路を通ってモ
ータを回転させ、ウェッジＷＡ，ＷＢがそれぞれＸ軸を
中心にして回転（自転）する。
【００１９】ウェッジＷＡ，ＷＢは誘電体を使って作
る。
【００２０】ビーム束φがウェッジＷＡ，ＷＢを通過す
ると、ビーム束φの指向線φaxがＸ軸から振れて偏倚す
る。
【００２１】図２及び図３は、それぞれウェッジＷＡ，
ＷＢの配置関係を説明する図である。
【００２２】これらの図において、電波レンズ側に置く
ウェッジをＷＡとし、ターゲット側に置くウェッジをＷ
Ｂとする。そして、ウェッジＷＡについて、電波レンズ
側の面をＡ１とし、ウェッジＷＢ側の面をＡ２とする。
又、ウェッジＷＢについて、ウェッジＷＡ側の面をＢ２
とし、ターゲット側の面をＢ１とする。
【００２３】ウェッジＷＡ、ＷＢは相互に最も接近した
部分の距離ｇを距てる。
【００２４】ウェッジＷＡにおいて面Ａ１と面Ａ２とが
作る稜をＪとし、ウェッジＷＢにおいて、面Ｂ２と面Ｂ
１とが作る稜をＳとする。
【００２５】図２，３の場合とも、ウェッジＷＡ，ＷＢ
の主断面は紙面に平行であり、頂角の大きさは、どの主
断面で截っても同じ値である。又、図２，３の場合とも
稜Ｊ，Ｓは紙面に垂直であり、且つウェッジＷＡ，ＷＢ
が回転しても、各々の稜Ｊ，ＳはＸ軸に垂直な面に含ま
れている。
【００２６】図２は、ウェッジＷＡ，ＷＢの各々の稜
Ｊ，ＳがＸ軸に関して同じ側で平行に位置した姿勢の場
合、図３はウェッジＷＡ，ＷＢの各々の稜Ｊ，ＳがＸ軸
に関して反対側で平行に位置した姿勢の場合である。
【００２７】（基準線からの偏倚角と偏倚距離）ウェッ
ジＷＡ，ＷＢの回転に伴って、ウェッジＷＢの辺Ｂ１か
ら出射するビーム束φは、Ｘ軸からの振れの角及びＸ軸
から垂直に離れる距離が変化する。
【００２８】又、ウェッジＷＡ，ＷＢの相互姿勢が同じ
でも、ウェッジＷＡの辺Ａ１に入射するビーム束φの角
度が変れば、ウェッジＷＢの辺Ｂ１から出射するビーム
束φの振れの角度とＸ軸から離れる距離が変る。
【００２９】図４は、ウェッジＷＡ，ＷＢが図２の姿勢
である場合に対応する。
【００３０】図４並びに他の図面において、ウェッジＷ
Ａの面Ａ１，Ａ２；ウェッジＷＢの面Ｂ１，Ｂ２は、図
形として「線」で表われているので、これを、「辺Ａ
１」，「辺Ａ２」，「辺Ｂ１」，「辺Ｂ２」のように表
現することがある。
【００３１】図４において、ＪＰはウェッジＷＡの辺Ａ
１，ＪＱは辺Ａ２であり、ＳＵはウェッジＷＢの辺Ｂ
２，ＳＶは辺Ｂ１である。Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４はそ
れぞれ辺Ａ１，Ａ２，Ｂ２，Ｂ１の法線である。
【００３２】図６に示すように、ウェッジＷＡにおい
て、稜ＪからＸ軸へ下した垂線と辺Ａ１との間の角をθ
1 とし、この垂線と辺Ａ２との間の角をθ2 とする。
又、図８に示すように、ウェッジＷＢにおいて、稜Ｓか
らＸ軸へ下した垂線と辺Ｂ２との間の角をθ3 とし、こ
の垂線と辺Ｂ１との間の角をθ4 とする。
【００３３】（総合偏倚角θT ，θTX）図４，５，６，
７，８を通じて、次の約束をする。
【００３４】（ａ）角度の回転は反時計廻りを正、時計
廻りを負にとる。
【００３５】（ｂ）ウェッジＷＡにおいて、稜ＪからＸ
軸へ下した垂線を起点として、角度θ1 は辺Ａ１へ向
い、角度θ2 は辺Ａ２に向ってとる。
【００３６】ウェッジＷＢにおいて、稜ＳからＸ軸へ下
した垂線を起点として、角度θ3 は辺Ｂ２へ向い、角度
θ4 は辺Ｂ１に向ってとる。
【００３７】（ｃ）角度θA ，θB ，θC ，θD ，θ
E ，θF ，θG ，θHは法線を起点にとる。
【００３８】（ｄ）角度θO ，θX ，θY ，θTXはＸ軸
を起点にとる。
【００３９】図４で、紙面が電波Ｗ（ビーム束φを代表
する。）の入射面である。
【００４０】電波Ｗが、図の左方からウェッジＷＡの辺
Ａ１の入射点ａ0に入射角θA で入射し、屈折角θB で
ウェッジＷＡの中に入り、辺Ａ２の入射点ｂ0 に入射角
θCで入射し、屈折角θD でウェッジＷＡの外に出る。
さらに、電波Ｗは、ウェッジＷＢの辺Ｂ２の入射点ｃ0
に入射角θE で入射し、屈折角θF でウェッジＷＢの中
を進んで辺Ｂ１の入射点ｄ0 に入射角θG で入射し、屈
折角θH でウェッジＷＢの外に出る。
【００４１】先の約束（ａ），（ｂ）を使うと、ウェッ
ジＷＡの頂角は、図２，６に示すように、（θ2 −θ
1 ）で表われ、ウェッジＷＢの頂角は、図３，８に示す
ように、（θ4 −θ3 ）で表われる。又、角度θ1 ，θ
2 ，θ3 ，θ4をＸ軸との間で測るときは、図６，７，
８のようにＸ軸を起点にとって、約束（ｂ）による向き
と合致させて使う。
【００４２】図４で、ウェッジＷＡの辺Ａ１のａ0 点に
入射した電波Ｗが、ウェッジＷＢの辺Ｂ１のｄ0 点で出
射するときの、ａ0点への入射方向とｄ0 での出射方向
との振れを示す総合偏倚角θT は、次の式で与えられ
る。
【００４３】 θT ＝−（θA ＋θ1 ）＋（θH ＋θ4 ） …（１） 又、図４のθαは、「法線Ｎ２から法線Ｎ３へ渡る角度
（向きを含む）」と決めて使用し、 θα＝θ3 −θ2 …（２） である。
【００４４】なお、図６のθO は、ウェッジＷＡの辺Ａ
１の入射点ａ0 に入射する電波ＷをＸ軸を基準にして測
ったときの角度であり、図６から、 θO ＝θA ＋θ1 …（３） である。
【００４５】又、図６のθX は、ウェッジＷＡの辺Ａ２
の出射点ｂ0 から出た電波ＷのＸ軸からの振れの角度で
あり、 θX ＝θD ＋θ2 …（４） である。
【００４６】同様に、図８のθY は、ウェッジＷＢの辺
Ｂ１の出射点ｄ0 から出た電波ＷのＸ軸からの振れの角
度である。これは又、ウェッジＷＡとＷＢの双方を通じ
て、電波ＷのＸ軸を基準にしての総合偏倚角θTXであ
る。即ち、 θTX＝θY ＝θH ＋θ4 …（５） である。
【００４７】（１）式，（４）式のθH は、スネルの式
の関係により、潜在的に、θA ，θB ，θC ，θD ，θ
E ，θF ，θG の各値を反映している。
【００４８】（３）式及び（５）式を使うと、総合偏倚
角θT を表わす（１）式は、 θT ＝−θO ＋θY …（６） で表わされる。
【００４９】（総合偏倚距離δT ）図５において紙面が
入射面であり、ウェッジＷＡの辺Ａ１，Ａ２並びにウェ
ッジＷＢの辺Ｂ２，Ｂ１を共通に截るＸ軸を考えて、こ
のＸ軸が辺Ａ１，Ａ２，Ｂ２，Ｂ１を截る点をそれぞれ
ａ1,ｂ1,ｃ1,ｄ1 とする。又、このＸ軸が、ウェッジＷ
Ａを截取る長さ（ａ1 点とｂ1 点との間の距離）をＬ
1 、ウェッジＷＢを截取る長さ（ｃ1 点とｄ1 点との間
の距離）をＬ3 とし、このＸ軸が辺Ａ２と辺Ｂ２との間
に張る長さ（ｂ1 点とｃ1 点との間の長さ）をＬ2 とす
る。
【００５０】さらに、図５においてウェッジＷＡの辺Ａ
１の、Ｘ軸からの垂直距離がδ1 である入射点ａ0 に、
電波Ｗが左方から入射するとき、このａ0 点と辺Ａ２の
出射点ｂ0 との間でＸ軸に垂直に偏倚する距離をδ2 ，
ウェッジＷＡとウェッジＷＢとの間において辺Ａ２の出
射点ｂ0 と辺Ｂ２の入射点ｃ0 との間でＸ軸に垂直に偏
倚する距離をδ3 、ウェッジＷＢにおいて辺Ｂ２の入射
点ｃ0 と辺Ｂ１の出射点ｄ0 との間でＸ軸に垂直に偏倚
する距離をδ4 とする。
【００５１】図６，７，８はこの関係をそれぞれ部分的
に説明する図である。
【００５２】なお、図６，７，８において、ウェッジＷ
Ａ，ＷＢの姿勢並びに電波Ｗの経路が図５の場合と一致
していない処があるが、これによって所論の一般性を失
うものではない。
【００５３】ここで、図５，６，７，８を通じて次の約
束をする。
【００５４】（ｅ）Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ；△Ｌ1 ，△Ｌ
2 ，△Ｌ3 ，△Ｌ4 の符号は、起点から右向きを正、左
向きを負にとる。
【００５５】（ｆ）δ1 ，δ2 ，δ3 ，δ4 の符号は、
起点から上向きを正、下向きを負にとる。
【００５６】なお、右向き，左向き，上向き，下向き
は、図上の向きをいう。
【００５７】ウェッジＷＡについて、図６のように、辺
Ａ１の入射点ａ0からＸ軸にした垂線の足をａ2 、辺Ａ2
の出射点ｂ0 からＸ軸に下した垂線の足をｂ2 とす
る。
【００５８】距離Ｌ2 はａ1 点を起点としてｂ1 点に向
う向きにとり、又ａ1 点を起点としてａ2 点に向う向き
にこの２点間の距離△Ｌ1 をとり、ｂ1 点を起点として
ｂ2点に向う向きにこの２点間の距離△Ｌ2 をとる。
【００５９】そして、δ1 はＸ軸を起点としてａ0 点を
通りＸ軸に平行な線に向う向きにとり、δ2 はδ1 の終
端、即ちａ0 点を通りＸ軸に平行な線を起点としてｂ0
点を通りＸ軸に平行な線に向う向きにとる。
【００６０】図６において、次の関係が成立つ。
【００６１】 δ2 ＝（Ｌ1 −△Ｌ1 ＋△Ｌ2 ）・ｔａｎ（θB ＋θ1 ） …（７） △Ｌ1 ＝−δ1 ・ｔａｎθ1 …（８） △Ｌ2 ＝−（δ1 ＋δ2 ）・ｔａｎθ2 …（９） 整理して、
【００６２】
【数１】
【００６３】を得る。
【００６４】図７は、紙面が入射面であり、ウェッジＷ
Ａの辺Ａ２の部分とウェッジＷＢの辺Ｂ２の部分とを示
してある。
【００６５】図７において、ｂ1 ，ｂ2 点は図６の場合
と同じであり、ウェッジＷＢの辺Ｂ２の入射点ｃ0 から
Ｘ軸に下した垂線の足をｃ2 とする。
【００６６】△Ｌ2 は図６の場合と同じである。ｃ1 点
を起点としてｃ2 点に向う向きにこの２点間の距離△Ｌ
3 をとり、又δ3 は、δ2 の終端（ｂ0 点を通りＸ軸に
平行な線）を起点としてｃ0 点を通りＸ軸に平行な線に
向う向きにとる。
【００６７】図７で次の関係が成立つ。
【００６８】 δ3 ＝（Ｌ2 −△Ｌ2 ＋△Ｌ3 ）・ｔａｎ（θD ＋θ2 ） …（１１） △Ｌ3 ＝−（δ1 ＋δ2 ＋δ3 ）・ｔａｎθ3 …（１２） （９）式の△Ｌ2 を使って整理すると、
【００６９】
【数２】
【００７０】である。
【００７１】図８において、紙面が入射面であり、ウェ
ッジＷＢの辺Ｂ２のｃ2 点及び△Ｌ3 は図７の場合と同
じであり、辺Ｂ１の出射点ｄ0 からＸ軸へ下した垂線の
足をｄ2 とする。ｄ1点を起点としてｄ2 点に向う向き
にこの２点間の距離△Ｌ4 をとる。δ4 はδ3 の終点
（ｃ0 点を通りＸ軸に平行な線）を起点にしてｄ0 点を
通りＸ軸に平行な線に向う向きにとる。
【００７２】図８について、次の関係が成立つ。
【００７３】 δ4 ＝（Ｌ3 −△Ｌ3 ＋△Ｌ4 ）・ｔａｎ（θF ＋θ3 ） …（１４） △Ｌ4 ＝−（δ1 ＋δ2 ＋δ3 ＋δ4 ）・ｔａｎθ4 …（１５） （１２）式の△Ｌ3 を使って整理すると、
【００７４】
【数３】
【００７５】である。
【００７６】従って、電波ＷがウェッジＷＡの辺Ａ１の
ａ0 点に入射してからウェッジＷＢの辺Ｂ１のｄ0 点を
出射するまでに、Ｘ軸に垂直な方向にＸ軸から離れる総
合偏倚距離δTXは、 δTX＝δ1 ＋δ2 ＋δ3 ＋δ4 …（１７） である。
【００７７】なお、入射点ａ0 を通りＸ軸に平行な線か
ら測った、Ｘ軸に垂直な方向の偏倚距離δT は、 δT ＝δ2 ＋δ3 ＋δ4 …（１８） である。
【００７８】ウェッジＷＡ，ＷＢを図２又は図３の状態
で実施するに際して、実施空間との姿勢関係について、
その主な場合は図９及び図１０のようになる。
【００７９】ここで、Ｘ軸とそれに直交するＹ軸とで作
る面を基準面に合致させ、Ｘ軸及びＹ軸の双方に直交し
てＺ軸をとる。
【００８０】図９及び図１０では、紙面が入射面であっ
て且つＸ軸が紙面に含まれ、電波ＷはＸ軸に沿って左方
からウェッジＷＡの辺Ａ１に入射する。
【００８１】図９（ａ）は、ウェッジＷＡの稜Ｊ、ウェ
ッジＷＢの稜ＳがともにＺ軸方向で且つＸ軸に関して同
じ側に位置する姿勢関係の状態である。
【００８２】この状態から、ウェッジＷＡ，ＷＢが同じ
大きさで互いに逆向きの角速度（ω，−ω）でそれぞれ
９０度回転すると図９（ｂ）の状態になり、さらにそれ
ぞれ９０度回転を進めると図９（ｃ）の状態になり、さ
らにそれぞれ９０度回転を進めると図９（ｄ）の状態に
なる。そしてさらにそれぞれ９０度回転を進めると図９
（ａ）の状態に戻る。
【００８３】この図９（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）
の状態について、どれか１つの状態を規制するとそれに
制約されて他の３つの状態が規制される。
【００８４】図１０（ａ）は、ウェッジＷＡの稜Ｊ、ウ
ェッジＷＢの稜ＳがともにＹ軸方向で且つＸ軸に関して
同じ側に位置する姿勢関係の場合である。この状態か
ら、ウェッジＷＡ，ＷＢが同じ大きさで反対向きの角速
度（ω，−ω）でそれぞれ回転すると、各々のウェッジ
の回転が９０度進むごとに順次（ｂ），（ｃ），（ｄ）
の状態となり、さらにそれぞれ９０度回転を進めると
（ａ）の状態に戻る。この図１０（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）の場合も、どれか１つの状態を規制する
と、それに制約されて他の３つの状態が規制される。
【００８５】そして、図９（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）の状態の各々と図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）の状態の各々とのどれにも重複するものはない。
【００８６】図９（ａ）〜（ｄ）の場合は、Ｘ−Ｙ面内
においてＸ軸の両側に扇形に拡がるスキャニングビーム
を得る。
【００８７】又、図１０（ａ）〜（ｄ）の場合は、Ｘ−
Ｚ面内においてＸ軸の両側に拡がるスキャニングビーム
を得る。
【００８８】ここで、図９（ａ）及び（ｃ）並びに図１
０（ａ）及び（ｃ）が、それぞれ図２の状態に対応する
場合であり、図４から、走査面内でのビーム束φのＸ軸
からの所定の振れの角θT の最大値を得る。この場合の
δT は、ウェッジ ＷＢの辺Ｂ１において出射点ｄ0 が
走査面に沿った方向に偏倚する量の最大値を与える。
【００８９】図９（ｂ）及び（ｄ）並びに図１０（ｂ）
及び（ｄ）が、それぞれ図３の状態に対応する場合であ
って、図４から、この場合のθT はウェッジＷＢの辺Ｂ
１から出るビーム束φが走査面に垂直な方向へ拡がる角
度θT の最大値を与え、又この場合のδT は、同様にビ
ーム束φの出射点ｄ0 が走査面に垂直な方向に偏倚する
量の最大値を与える。
【００９０】ウェッジＷＡの稜ＪとウェッジＷＢの稜Ｓ
がＸ軸に関して同じ側で平行な姿勢を取る位置（初期位
置として考えてよい）が、Ｘ−Ｙ面とＸ−Ｚ面との双方
に対して傾いている場合は、基準軸を含んでこの傾きに
対応した傾きを有する走査面となり、その走査面の面内
に扇形に展開するスキャニングビームを得る。この場合
に、走査面内でＸ軸からの振れの角度θT の大きさ及び
Ｘ軸から離れる距離δTXの大きさは、図９（ａ）〜
（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｄ）の場合と同様である。
【００９１】実施装置においては、ウェッジＷＡ，ＷＢ
の回転軸（自転軸）を一致させて、この軸を図２，３，
４，５，６，７，８，９（ａ）〜（ｄ）、１０（ａ）〜
（ｄ）にＸ軸として示したものに一致させ、さらにその
軸を図１のＸ軸に一致させる。これにより、図１の、電
波レンズを出た個所でのビーム束φの指向方向（振れが
ないときのビーム束φの指向線φaxの方向）がＸ軸に一
致する。
【００９２】（実施例のまとめ） （１）基準線が水平でない場合、即ちＸ，Ｙ，Ｚの３軸
の相互関係を固定したままＸ−Ｙ面が水平面に対して傾
いている場合、でもこの発明の実施は何等差支えない。
例えば、走行面が坂道である場合の適合性を否定する必
要はない。この意味でＸ−Ｙ面即ち移動体の走行面を水
平面に限定しないで、傾斜面の場合を含めて一般的に
「走査の基準面」として理解できる。
【００９３】（２）ウェッジＷＡの辺Ａ１，Ａ２のいず
れか１つ及び／又はウェッジＷＢの辺Ｂ１，Ｂ２のいず
れか１つがそれぞれＸ軸に垂直、即ち角度θ1 ，θ2 の
いずれか１つ及び／又は角度θ3 ，θ4 のいずれか１つ
が“０（零）”であるようにして実施することは、この
発明の技術的範囲に含まれる。
【００９４】（３）ウェッジＷＡの辺Ａ１，Ａ２；ウェ
ッジＷＢの辺Ｂ２，Ｂ１がそれぞれＸ軸に垂直な面に対
して同じ側で傾いていても、この発明は成立する。
【００９５】（４）実施に当っては、ウェッジＷＡの辺
Ａ１に対して、ビーム束φが常にＸ軸に平行に入射する
ようにして実施することが多い。この場合、 θO ＝０，θA ＝−θ1 …（１９） である。
【００９６】さらに、ビーム束φがＸ軸に一致して入射
する場合は、（１９）式の条件の他に δ1 ＝０ …（２０） の条件が付加される。
【００９７】前出の各式は、これらの条件に従って処理
される。
【００９８】（５）さきに導出した（１）〜（２０）の
各式は、ウェッジＷＡ，ＷＢの姿勢関係が図２，図３の
いずれの場合であるかにかかわらず、又ウェッジＷＡの
辺Ａ１に入射する電波Ｗの角度（θO ，θA ）、入射点
ａ0 がＸ軸上か又はＸ軸上でないか、Ｘ軸より、図上
で、上方か又は下方かにかかわらず一般に成立する。
【００９９】（６）ビーム束φがＸ軸と平行でない角度
でウェッジＷＡの辺Ａ１に入射すると、ウェッジＷＢの
辺Ｂ１から出るビーム束φの指向線φaxの総合偏倚角θ
TXが走査面内でＸ軸に関して非対称になる。これを意図
的に利用して、Ｘ軸の一方への走査範囲が他方への走査
範囲より大きいとか、Ｘ軸の一方の範囲のみでのスキャ
ニングを行わせる、などのことができる。
【０１００】このような観点から、実施装置において辺
Ａ１への入射角を可変的に設定・調整できるようにして
あることは、装置の使用目的から見て有意義なことがあ
る。
【０１０１】（７）図１の構成を用いて、２枚のウェッ
ジＷＡ，ＷＢを同じ向きに同じ角速度で回転させればコ
ニカルスキャニングができる。１枚のウェッジのみを回
転させる場合のコニカルスキャニングでは、その走査の
角度（円錐の頂角）は固定であるのに対し、２枚のウェ
ッジＷＡ，ＷＢの相対位置関係（斜面相互の位置関係）
を変えることにより、スキャニングの円錐頂角の角度を
零からθTXまで連続的に変えることができる。
【０１０２】コニカルスキャニングは、移動ターゲット
の自動追尾・検知に利用できる。
【０１０３】（８）図１の構成で、２枚のウェッジＷ
Ａ，ＷＢを同じ向きに異なる角速度で回転させれば、ビ
ーム束φはウェッジＷＢを出た後はスパイラル状に走査
する。スパイラル走査はターゲットの捜索に利用でき
る。
【０１０４】（９）図１の構成の装置を２組用いて、１
組によってＸ軸を基準線として水平面内に走査し、もう
１組によって同じくＸ軸を基準線として（基準線をさき
の組のそれに一致又は平行させて）鉛直面のＸ−Ｚ面内
に走査することにより、空間的立体的に走査することが
可能となる。このようにビーム幅の狭いミリ波のビーム
を立体的に走査し、ターゲットからのエコーを受信すれ
ば、ターゲットの影像を、Ｙ−Ｚ面内における２次元の
描図として表示することが可能である。
【０１０５】（１０）放射ビームに、時間幅の短いパル
ス波を利用すると前後方向（Ｘ軸方向：パルス波束の進
行・反射の方向）の分解能が得られ、これによりＸ−Ｙ
−Ｚの３次元影像を表示するも可能となる。このような
ことは、例えば濃霧のように可視光ではターゲットが見
えないような天候状態においても、移動体前方の影像
を、マイクロ波では波長が長くて鮮明さが望めないが、
ミリ波ないしサブミリ波の領域では波長が短くなって鮮
明さが向上するとともに、遠赤外領域よりも散乱が一層
少いので、ミリ波ないしサブミリ波の領域特有の鮮明な
画像として表示することが可能になる。
【０１０６】（１１）移動体前方の障害物を検知する目
的でビーム束φを水平方向に走査している場合、移動体
のピッチングによってビーム束φが上下に振れて走行面
方向やその逆方向に向いてしまうことがあったが、この
発明の装置を２組用いて、１組によって水平方向に走査
し、もう１組によって移動体のピッチングによるビーム
束φの上下方向移動を打消すように制御して走査すれ
ば、移動体のピッチングにかかわらずビーム束φが常に
走行面と平行に走査でき非常に都合が良い。このように
この発明の装置を複数組組み合わせて使用することによ
り、ミリ波ビームの立体的放射とその方向の制御をして
高速の走査をすることができる。
【０１０７】（１２）２枚のウェッジの初期位置を任意
に設定するには、実施の際には、各ウェッジを駆動する
モータの駆動回路の中に調整回路を作っておいて、ここ
で電気的な操作で調整して各ウェッジの相互姿勢を適宜
変更できるようにするのが便利である。勿論、ウェッジ
のマウントを直接操作して角度を変更且つ設定できるよ
うにしておいても差支えない。
【０１０８】（１３）この発明は、電波又は光波等、波
長領域を制約されないで実施できる。ウェッジの材質
は、使用する波の性質・波長により選定採択する。
【０１０９】（１４）音波・超音波によってこの発明を
実施することも可能である。
【０１１０】（１５）屈折率がウェッジを包む周囲の媒
体と異る物体によってウェッジを作れば、この発明を実
施する環境として空気中であることを制約されない。例
えば、超音波により水中で実施する途が開かれる。
【０１１１】（１６）人工誘電体の中には誘電率が可変
で１より小さい値のものが得られているので、そのよう
な物質によってウェッジを作っても実施できる。ウェッ
ジの形状と、頂角の具体的な値は実施の都合により定め
る。
【０１１２】（１７）使用する信号波は、単一の周波数
だけでなく種々の周波数のものが混在していても実施で
きる。周波数ごとに、この発明が妥当する。
【０１１３】（１８）移動体は陸上の自動車等の他、軌
道上の車両、水上・水中の船舶等による実施も可能であ
り、これらの近距離レーダーに有効である。又、小型飛
行機とか空中に係留する装置に実施するなどの短距離レ
ーダーにも途が開かれる。
【０１１４】（１９）レーダーに実施するには平面波が
必要であるが、この発明は平面波で実施できる。又平面
波以外の任意の形状の波面でも実施できるので、有用性
が大きい。
【０１１５】（２０）この発明は、送信用のアンテナ系
装置にも、受信用のアンテナ系装置にも実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の説明図
【図２】実施例の説明図
【図３】実施例の説明図
【図４】実施例の説明図
【図５】実施例の説明図
【図６】実施例の説明図
【図７】実施例の説明図
【図８】実施例の説明図
【図９】実施例の説明図
【図１０】実施例の説明図
【符号の説明】
ＷＡ，ＷＢ…ウェッジ Ａ１，Ａ２…ウェ
ッジＷＡの面 Ｂ１，Ｂ２…ウェッジＷＢの面 φ…ビーム束 φax…ビーム束φの指向線 Ｘ…操作の基準線
（Ｘ軸） Ｙ，Ｚ…Ｘ軸に直交し且つ互いに直交する軸 Ｗ…電波（ビーム束φを代表）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 スキャニングビーム装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ペンシルビーム状の
電磁波（以下「電波」ということがある。）が平面内で
扇形を描くように往復走査を繰返す手段を有するミリメ
ートル波（以下「ミリ波」という。）用のアンテナ系装
置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】移動体に搭載して進路前方の至近距離な
いし比較的近い距離の範囲に存在する障害物（以下「タ
ーゲット」という。）を検知する媒体としてミリ波を使
用する場合、感度・確度などの観点から、放射アンテナ
・受領アンテナの位置を要（かなめ）としてその前方の
走行面に平行な面内において扇形状に拡がる領域にペン
シルビーム状の電波の往復走査を繰返すことを要請され
ることがある。この発明は、この要請に応えるものであ
る。
【０００３】
【従来の技術】アンテナの指向方向を制御し、走査する
所謂ビームスキャニングをミリ波で行なうことは従来非
常に困難であった。マイクロ波においては、フエーズド
アレー型アンテナに見られるようにすでに電子的にビー
ムを走査するものが実用されている。しかしフエーズド
アレー型アンテナでは電子的に制御可能な可変移相器が
必要であるが、この移相器はミリ波帯では満足な特性の
ものを得ることが難しく、ミリ波帯のフエーズドアレー
型アンテナは実用されていない。
【０００４】又、機械的な方法でビームスキャニングを
行なうことも行なわれているが、高速のスキャニングが
困難なこと、長時間の連続運転では安定性・耐久性に問
題があって長期に亘って同一性能を維持することに困難
があるなどの問題があった。
【０００５】この問題を解決するための手段の１つとし
て、この発明の発明者は、先に、特願平３−９８６３８
号の明細書において、電磁波を放射するアンテナ、（例
えばパラボラアンテナ、レンズアンテナ）の前方（ター
ゲット側）に誘電体ウェッジ（ビーム束に沿った方向の
断面がくさび形のレンズ：以下「ウェッジ」という。）
を２枚置き、この２枚のウェッジを互いに逆向きに同じ
角速度で回転させることにより、平面内においてビーム
を扇形に往復走査させる発明（以下「先行技術」とい
う。）を提案した。
【０００６】この先行技術の場合、走査面の水平面に対
する傾きは２枚のウェッジの相互の姿勢関係が空間に対
して取る関係位置によって決まり、走査範囲の開き角度
（扇形の開き角度に相当するもの）はウェッジの誘電率
とウェッジの頂角によって決定され、又走査の繰返しの
速さは、ウェッジの回転の角速度によって決まる。
【０００７】そして、この先行技術によれば、ビームを
実用上の平面で走査させることができ、又、従来技術で
は極めて実現困難であった毎秒１０回以上の走査速度に
おいてビーム幅の１２倍以上の走査角度範囲を実現でき
た。
【０００８】この先行技術は、ウェッジを回転させる機
構部分を有するが、各々のウェッジは自転軸の周りに同
じ向きに連続して回転するだけなので、長期に亘って安
定に一定性能を維持できる。そして、ウェッジを連続し
て高速で回転させることができるので、往復扇形走査を
連続して高速で行うことができるものである。
【０００９】しかし、この先行技術は、各々のウェッジ
の１つの辺を走査の基準線に垂直に設定することを必須
の条件としている点で、自由度が少ない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、この点の
不備を解消する要請に応えるものであり、各々のウェッ
ジの稜が走査の基準線に垂直な面に含まれ且つ各々のウ
ェッジの各面がこの基準線に垂直な面に対して任意の角
度を取る場合においてビームが平面内に存在するスキャ
ニングビーム装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【発明の概要】この発明は、電波を放射するアンテナの
前方に、誘電体ウェッジを２枚設置し、その各々のウェ
ッジを同じ角速度で相互に逆向きに回転することによ
り、平面内に展開するスキャニングビームを得る。この
場合、各々のウェッジの回転（自転）軸は、走査の基準
線に一致させる。走査の基準線は、移動体の走行面に平
行な面（以下「基準面」という。）内に想定する１つの
方向線であり、例えば移動体の首尾線方向にとる。各々
のウェッジの稜は、走査の基準線に垂直な面内に在る。
【００１２】
【発明の効果】この発明は、各々のウェッジにおいて、
頂角の大きさを任意に設定することができるので、設計
の際の自由度が大きい。
【００１３】この発明は、先行技術と同様の利点、即
ち、各々のウェッジは回転（自転）軸の周りに同じ向き
に連続して回転するだけなので、安定性・耐久性がよ
く、長期に亘って安定に一定性能を維持できる利点、を
有する。そして、ウェッジを高速度で連続回転できるの
で、扇形走査を高速度で連続して行うことができる。
【００１４】この発明は、各々のウェッジが回転するに
かかわらず、１枚目のウェッジへの入射面から２枚目の
ウェッジの出射面までの光学距離が同じになるので、１
枚目のウェッジへの入射前の任意の形状の等位相面は２
枚目のウェッジを出射した後にもそのまま保存されてい
る。
【００１５】
【実施例】図１は、この発明の基本構成を示す図であ
る。
【００１６】電波が送信器及びダウンコンバータからホ
ーンアンテナを通って、電波レンズからその前方に平面
波による平行な波束、所謂ペンシルビーム（以下「ビー
ム束」という。）となって、白抜きの太い矢印の方向
（前方：ターゲットの方向）に放射されることは既知で
あり、これを前提とする。
【００１７】走査の基準線をＸ軸にとって構成する。
【００１８】制御回路からの信号が駆動回路を通ってモ
ータを回転させ、ウェッジＷＡ，ＷＢがそれぞれＸ軸を
中心にして回転（自転）する。
【００１９】ウェッジＷＡ，ＷＢは誘電体を使って作
る。
【００２０】ビーム束φがウェッジＷＡ，ＷＢを通過す
ると、ビーム束φの指向線φａｘがＸ軸から振れて偏倚
する。
【００２１】図２及び図３は、それぞれウェッジＷＡ，
ＷＢの配置関係を説明する図である。
【００２２】これらの図において、電波レンズ側に置く
ウェッジをＷＡとし、ターゲット側に置くウェッジをＷ
Ｂとする。そして、ウェッジＷＡについて、電波レンズ
側の面をＡ１とし、ウェッジＷＢ側の面をＡ２とする。
又、ウェッジＷＢについて、ウェッジＷＡ側の面をＢ２
とし、ターゲット側の面をＢ１とする。
【００２３】ウェッジＷＡ、ＷＢは相互に最も接近した
部分の距離ｇを距てる。
【００２４】ウェッジＷＡにおいて面Ａ１と面Ａ２とが
作る稜をＪとし、ウェッジＷＢにおいて、面Ｂ２と面Ｂ
１とが作る稜をＳとする。
【００２５】図２，３の場合とも、ウェッジＷＡ，ＷＢ
の主断面は紙面に平行であってＸ軸はこの主断面に含ま
れており、頂角の大きさは、どの主断面で截っても同じ
値である。又、図２，３の場合とも稜Ｊ，Ｓは紙面に垂
直であり、且つウェッジＷＡ，ＷＢが回転しても、各々
の稜Ｊ，ＳはＸ軸に垂直な面に含まれている。
【００２６】図２は、ウェッジＷＡ，ＷＢの各々の稜
Ｊ，ＳがＸ軸に関して同じ側で平行に位置した姿勢の場
合、図３はウェッジＷＡ，ＷＢの各々の稜Ｊ，ＳがＸ軸
に関して反対側で平行に位置した姿勢の場合である。
【００２７】（基準線からの偏倚角と偏倚距離）ウェッ
ジＷＡ，ＷＢの回転に伴って、ウェッジＷＢの面Ｂ１か
ら出射するビーム束φは、Ｘ軸からの振れの角及びＸ軸
から垂直に離れる距離が変化する。
【００２８】又、ウェッジＷＡ，ＷＢの相互姿勢が同じ
でも、ウェッジＷＡの面Ａ１に入射するビーム束φの角
度が変れば、ウェッジＷＢの面Ｂ１から出射するビーム
束φの振れの角度とＸ軸から離れる距離が変る。
【００２９】図４は、ウェッジＷＡ，ＷＢが図２の姿勢
である場合に対応する。
【００３０】図４並びに他の図面において、ウェッジＷ
Ａの面Ａ１，Ａ２；ウェッジＷＢの面Ｂ１，Ｂ２は、図
形として「線」で表われているので、これを、「辺Ａ
１」，「辺Ａ２」，「辺Ｂ１」，「辺Ｂ２」のように表
現することがある。
【００３１】図４において、ＪＰはウェッジＷＡの辺Ａ
１，ＪＱは辺Ａ２であり、ＳＵはウェッジＷＢの辺Ｂ
２，ＳＶは辺Ｂ１である。Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４はそ
れぞれ辺Ａ１，Ａ２，Ｂ２，Ｂ１の法線である。
【００３２】図６に示すように、ウェッジＷＡにおい
て、稜ＪからＸ軸へ下した垂線と辺Ａ１との間の角をθ
1 とし、この垂線と辺Ａ２との間の角をθ2 とする。
又、図８に示すように、ウェッジＷＢにおいて、稜Ｓか
らＸ軸へ下した垂線と辺Ｂ２との間の角をθ3 とし、こ
の垂線と辺Ｂ１との間の角をθ4 とする。
【００３３】（総合偏倚角θT ，θTX）図４，５，６，
７，８を通じて、次の約束をする。
【００３４】（ａ）角度の回転は反時計廻りを正、時計
廻りを負にとる。
【００３５】（ｂ）ウェッジＷＡにおいて、稜ＪからＸ
軸へ下した垂線を起点として、角度θ1 は辺Ａ１へ向
い、角度θ2 は辺Ａ２に向ってとる。
【００３６】ウェッジＷＢにおいて、稜ＳからＸ軸へ下
した垂線を起点として、角度θ3 は辺Ｂ２へ向い、角度
θ4 は辺Ｂ１に向ってとる。
【００３７】（ｃ）角度θA ，θB ，θC ，θD ，θ
E ，θF ，θG ，θHは法線を起点にとる。
【００３８】（ｄ）角度θO ，θX ，θY ，θTXはＸ軸
を起点にとる。
【００３９】図４で、紙面が電波Ｗ（ビーム束φを代表
する。）の入射面である。
【００４０】電波Ｗが、図の左方からウェッジＷＡの辺
Ａ１の入射点ａ0に入射角θA で入射し、屈折角θB で
ウェッジＷＡの中に入り、辺Ａ２の入射点ｂ0 に入射角
θCで入射し、屈折角θD でウェッジＷＡの外に出る。
さらに、電波Ｗは、ウェッジＷＢの辺Ｂ２の入射点ｃ0
に入射角θE で入射し、屈折角θF でウェッジＷＢの中
を進んで辺Ｂ１の入射点ｄ0 に入射角θG で入射し、屈
折角θH でウェッジＷＢの外に出る。
【００４１】先の約束（ａ），（ｂ）を使うと、ウェッ
ジＷＡの頂角は、図２，３，４，６に示すように、（θ
2 −θ1 ）で表われ、ウェッジＷＢの頂角は、図２，
３，４，８に示すように、（θ4 −θ3 ）で表われる。
又、角度θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 をＸ軸との間で測ると
きは、図６，７，８のようにＸ軸を起点にとって、約束
（ｂ）による向きと合致させて使う。
【００４２】図４で、ウェッジＷＡの辺Ａ１のａ0 点に
入射した電波Ｗが、ウェッジＷＢの辺Ｂ１のｄ0 点で出
射するときの、ａ0点への入射方向とｄ0 での出射方向
との振れを示す総合偏倚角θT は、次の式で与えられ
る。
【００４３】 θT ＝−（θA ＋θ1 ）＋（θH ＋θ4 ） …（１） 又、図４のθαは、「法線Ｎ２から法線Ｎ３へ渡る角度
（向きを含む）」と決めて使用し、 θα＝θ3 −θ2 …（２） である。
【００４４】なお、図６のθO は、ウェッジＷＡの辺Ａ
１の入射点ａ0 に入射する電波ＷをＸ軸を基準にして測
ったときの角度であり、図６から、 θO ＝θA ＋θ1 …（３） である。
【００４５】又、図６のθX は、ウェッジＷＡの辺Ａ２
の出射点ｂ0 から出た電波ＷのＸ軸からの振れの角度で
あり、 θX ＝θD ＋θ2 …（４） である。
【００４６】同様に、図８のθY は、ウェッジＷＢの辺
Ｂ１の出射点ｄ0 から出た電波ＷのＸ軸からの振れの角
度である。これは又、ウェッジＷＡとＷＢの双方を通じ
て、電波ＷのＸ軸を基準にしての総合偏倚角θTXであ
る。即ち、 θTX＝θY ＝θH ＋θ4 …（５） である。
【００４７】（１）式，（４）式のθH は、スネルの式
の関係により、潜在的に、θA ，θB ，θC ，θD ，θ
E ，θF ，θG の各値を反映している。
【００４８】（３）式及び（５）式を使うと、総合偏倚
角θT を表わす（１）式は、 θT ＝−θO ＋θY …（６） で表わされる。
【００４９】（総合偏倚距離δT ）図５において紙面が
入射面であり、ウェッジＷＡの辺Ａ１，Ａ２並びにウェ
ッジＷＢの辺Ｂ２，Ｂ１を共通に截るＸ軸を考えて、こ
のＸ軸が辺Ａ１，Ａ２，Ｂ２，Ｂ１を截る点をそれぞれ
ａ1 ,ｂ1 ,ｃ1 ,ｄ1 とする。又、このＸ軸が、ウェッ
ジＷＡを截取る長さ（ａ1 点とｂ1 点との間の距離）を
Ｌ1 、ウェッジＷＢを截取る長さ（ｃ1 点とｄ1 点との
間の距離）をＬ3 とし、このＸ軸が辺Ａ２と辺Ｂ２との
間に張る長さ（ｂ1 点とｃ1 点との間の長さ）をＬ2 と
する。
【００５０】さらに、図５においてウェッジＷＡの辺Ａ
１の、Ｘ軸からの垂直距離がδ１である入射点ａ0 に、
電波Ｗが左方から入射するとき、このａ0 点と辺Ａ２の
出射点ｂ0 との間でＸ軸に垂直に偏倚する距離をδ2 ，
ウェッジＷＡとウェッジＷＢとの間において辺Ａ２の出
射点ｂ0 と辺Ｂ２の入射点ｃ0 との間でＸ軸に垂直に偏
倚する距離をδ3 、ウェッジＷＢにおいて辺Ｂ２の入射
点ｃ0と辺Ｂ１の出射点ｄ0 との間でＸ軸に垂直に偏倚
する距離をδ4 とする。
【００５１】図６，７，８はこの関係をそれぞれ部分的
に説明する図である。
【００５２】なお、図６，７，８において、ウェッジＷ
Ａ，ＷＢの姿勢並びに電波Ｗの経路が図５の場合と一致
していない処があるが、これによって所論の一般性を失
うものではない。
【００５３】ここで、図５，６，７，８を通じて次の約
束をする。
【００５４】（ｅ）Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ；△Ｌ1 ，△Ｌ
2 ，△Ｌ3 ，△Ｌ4 の符号は、起点から右向きを正、左
向きを負にとる。
【００５５】（ｆ）δ1 ，δ2 ，δ3 ，δ4 の符号は、
起点から上向きを正、下向きを負にとる。
【００５６】なお、右向き，左向き，上向き，下向き
は、図上の向きをいう。
【００５７】ウェッジＷＡについて、図６のように、辺
Ａ１の入射点ａ0からＸ軸にした垂線の足をａ2 、辺Ａ2
の出射点ｂ0 からＸ軸に下した垂線の足をｂ2 とす
る。
【００５８】距離Ｌ1 はａ1 点を起点としてｂ1 点に向
う向きにとり、又ａ1 点を起点としてａ2 点に向う向き
にこの２点間の距離△Ｌ1 をとり、ｂ1 点を起点として
ｂ2点に向う向きにこの２点間の距離△Ｌ2 をとる。
【００５９】そして、δ1 はＸ軸を起点としてａ0 点を
通りＸ軸に平行な線に向う向きにとり、δ2 はδ1 の終
端、即ちａ0 点を通りＸ軸に平行な線を起点としてｂ0
点を通りＸ軸に平行な線に向う向きにとる。
【００６０】図６において、次の関係が成立つ。
【００６１】 δ2 ＝（Ｌ1 −△Ｌ1 ＋△Ｌ2 ）・ｔａｎ（θB ＋θ1 ） …（７） △Ｌ1 ＝−δ1 ・ｔａｎθ1 …（８） △Ｌ2 ＝−（δ1 ＋δ2 ）・ｔａｎθ2 …（９） 整理して、
【００６２】
【数１】
【００６３】を得る。
【００６４】図７は、紙面が入射面であり、ウェッジＷ
Ａの辺Ａ２の部分とウェッジＷＢの辺Ｂ２の部分とを示
してある。
【００６５】図７において、ｂ1 ，ｂ2 点は図６の場合
と同じであり、ウェッジＷＢの辺Ｂ２の入射点ｃ0 から
Ｘ軸に下した垂線の足をｃ２とする。
【００６６】△Ｌ2 は図６の場合と同じである。ｃ1 点
を起点としてｃ2 点に向う向きにこの２点間の距離△Ｌ
3 をとり、又δ3 は、δ2 の終端（ｂ0 点を通りＸ軸に
平行な線）を起点としてｃ0 点を通りＸ軸に平行な線に
向う向きにとる。
【００６７】図７で次の関係が成立つ。
【００６８】 δ3 ＝（Ｌ2 −△Ｌ2 ＋△Ｌ3 ）・ｔａｎ（θD ＋θ2 ） …（１１） △Ｌ3 ＝−（δ1 ＋δ2 ＋δ3 ）・ｔａｎθ3 …（１２） （９）式の△Ｌ2 を使って整理すると、
【００６９】
【数２】
【００７０】である。
【００７１】図８において、紙面が入射面であり、ウェ
ッジＷＢの辺Ｂ２のｃ2 点及び△Ｌ3 は図７の場合と
同じであり、辺Ｂ１の出射点ｄ0 からＸ軸へ下した垂線
の足をｄ2 とする。ｄ1 点を起点としてｄ2 点に向う向
きにこの２点間の距離△Ｌ4 をとる。δ4 はδ3 の終点
（ｃ0 点を通りＸ軸に平行な線）を起点にしてｄ0 点を
通りＸ軸に平行な線に向う向きにとる。
【００７２】図８について、次の関係が成立つ。
【００７３】 δ4 ＝（Ｌ3 −△Ｌ3 ＋△Ｌ4 ）・ｔａｎ（θF ＋θ3 ） …（１４） △Ｌ4 ＝−（δ1 ＋δ2 ＋δ3 ＋δ4 ）・ｔａｎθ4 …（１５） （１２）式の△Ｌ3 を使って整理すると、
【００７４】
【数３】
【００７５】である。
【００７６】従って、電波ＷがウェッジＷＡの辺Ａ１の
ａ0 点に入射してからウェッジＷＢの辺Ｂ１のｄ0 点を
出射するまでに、Ｘ軸に垂直な方向にＸ軸から離れる総
合偏倚距離δTXは、 δTX＝δ1 ＋δ2 ＋δ3 ＋δ4 …（１７） である。
【００７７】なお、入射点ａ0 を通りＸ軸に平行な線か
ら測った、Ｘ軸に垂直な方向の偏倚距離δT は、 δT ＝δ2 ＋δ3 ＋δ4 …（１８） である。
【００７８】ウェッジＷＡ，ＷＢを図２又は図３の状態
で実施するに際して、実施空間との姿勢関係について、
その主な場合は図９及び図１０のようになる。
【００７９】ここで、Ｘ軸とそれに直交するＹ軸とで作
る面を基準面に合致させ、Ｘ軸及びＹ軸の双方に直交し
てＺ軸をとる。
【００８０】図９及び図１０では、紙面が入射面であっ
て且つＸ軸が紙面に含まれ、電波ＷはＸ軸に沿って左方
からウェッジＷＡの辺Ａ１に入射する。
【００８１】図９（ａ）は、ウェッジＷＡの稜Ｊ、ウェ
ッジＷＢの稜ＳがともにＺ軸に平行になっていて且つＸ
軸に関して同じ側に位置する姿勢関係の状態である。
【００８２】この状態から、ウェッジＷＡ，ＷＢが同じ
大きさで互いに逆向きの角速度（ω，−ω）でそれぞれ
９０度回転すると図９（ｂ）の状態になり、さらにそれ
ぞれ９０度回転を進めると図９（ｃ）の状態になり、さ
らにそれぞれ９０度回転を進めると図９（ｄ）の状態に
なる。そしてさらにそれぞれ９０度回転を進めると図９
（ａ）の状態に戻る。
【００８３】この図９（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）
の状態について、どれか１つの状態を規制するとそれに
制約されて他の３つの状態が規制される。
【００８４】図１０（ａ）は、ウェッジＷＡの稜Ｊ、ウ
ェッジＷＢの稜ＳがともにＹ軸に平行になっていて且つ
Ｘ軸に関して同じ側に位置する姿勢関係の場合である。
この状態から、ウェッジＷＡ，ＷＢが同じ大きさで反対
向きの角速度（ω，−ω）でそれぞれ回転すると、各々
のウェッジの回転が９０度進むごとに順次（ｂ），
（ｃ），（ｄ）の状態となり、さらにそれぞれ９０度回
転を進めると（ａ）の状態に戻る。この図１０（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）の場合も、どれか１つの状態を
規制すると、それに制約されて他の３つの状態が規制さ
れる。
【００８５】そして、図９（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）の状態の各々と図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）の状態の各々とのどれにも重複するものはない。
【００８６】図９（ａ）〜（ｄ）の場合は、Ｘ−Ｙ面内
においてＸ軸の両側に扇形に拡がるスキャニングビーム
を得る。
【００８７】又、図１０（ａ）〜（ｄ）の場合は、Ｘ−
Ｚ面内においてＸ軸の両側に拡がるスキャニングビーム
を得る。
【００８８】ここで、図９（ａ）及び（ｃ）並びに図１
０（ａ）及び（ｃ）が、それぞれ図２の状態に対応する
場合であり、図４から、走査面内でのビーム束φのＸ軸
からの所定の振れの角θT の最大値を得る。この場合の
δT は、ウェッジ ＷＢの辺Ｂ１において出射点ｄ0 が
走査面に沿った方向に偏倚する量の最大値を与える。
【００８９】図９（ｂ）及び（ｄ）並びに図１０（ｂ）
及び（ｄ）が、それぞれ図３の状態に対応する場合であ
って、図４から、この場合のθT はウェッジＷＢの辺Ｂ
１から出るビーム束φが走査面に垂直な方向へ拡がる角
度θT の最大値を与え、又この場合のδT は、同様にビ
ーム束φの出射点ｄ0 が走査面に垂直な方向に偏倚する
量の最大値を与える。
【００９０】ウェッジＷＡの稜ＪとウェッジＷＢの稜Ｓ
がＸ軸に関して同じ側で平行な姿勢を取る位置（初期位
置として考えてよい）が、Ｘ−Ｙ面とＸ−Ｚ面との双方
に対して傾いている場合は、Ｘ軸を含んでこの傾きに対
応した傾きを有する走査面となり、その走査面の面内に
扇形に展開するスキャニングビームを得る。この場合
に、走査面内でＸ軸からの振れの角度θＴ の大きさ及
びＸ軸に垂直な方向にＸ軸から離れる距離δＴＸの大き
さは、図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｄ）の場
合と同様である。
【００９１】実施装置においては、ウェッジＷＡ，ＷＢ
の回転軸（自転軸）を一致させて、この軸を図２，３，
４，５，６，７，８，９（ａ）〜（ｄ）、１０（ａ）〜
（ｄ）にＸ軸として示したものに一致させ、さらにその
軸を図１のＸ軸に一致させる。これにより、図１の、電
波レンズを出た個所でのビーム束φの指向方向（振れが
ないときのビーム束φの指向線φaxの方向）がＸ軸に一
致する。
【００９２】（実施例のまとめ） （１）基準面が水平でない場合、即ちＸ，Ｙ，Ｚの３軸
の相互関係を固定したままＸ−Ｙ面が水平面に対して傾
いている場合でもこの発明の実施は何等差支えない。例
えば、走行面が坂道である場合の適合性を否定する必要
はない。この意味でＸ−Ｙ面即ち移動体の走行面を水平
面に限定しないで、傾斜面の場合を含めて一般的に「走
査の基準面」として理解できる。
【００９３】（２）ウェッジＷＡの辺Ａ１，Ａ２のいず
れか１つ及び／又はウェッジＷＢの辺Ｂ１，Ｂ２のいず
れか１つがそれぞれＸ軸に垂直、即ち角度θ1 ，θ2 の
いずれか１つ及び／又は角度θ3 ，θ4 のいずれか１つ
が“０（零）”であるようにして実施することは、この
発明の技術的範囲に含まれる。
【００９４】（３）ウェッジＷＡの辺Ａ１，Ａ２；ウェ
ッジＷＢの辺Ｂ２，Ｂ１がそれぞれＸ軸に垂直な面に対
して同じ側で傾いていても、この発明は成立する。
【００９５】（４）実施に当っては、ウェッジＷＡの辺
Ａ１に対して、ビーム束φが常にＸ軸に平行に入射する
ようにして実施することが多い。この場合、 θO ＝０，θA ＝−θ1 …（１９） である。
【００９６】さらに、ビーム束φがＸ軸に一致して入射
する場合は、（１９）式の条件の他に δ1 ＝０ …（２０） の条件が付加される。
【００９７】前出の各式は、これらの条件に従って処理
される。
【００９８】（５）さきに導出した（１）〜（２０）の
各式は、ウェッジＷＡ，ＷＢの姿勢関係が図２，図３の
いずれの場合であるかにかかわらず、又ウェッジＷＡの
辺Ａ１に入射する電波Ｗの角度（θO ，θA ）、入射点
ａ0 がＸ軸上か又はＸ軸上でないか、Ｘ軸より、図上
で、上方か又は下方かにかかわらず一般に成立する。
【００９９】（６）ビーム束φがＸ軸と平行でない角度
でウェッジＷＡの辺Ａ１に入射すると、ウェッジＷＢの
辺Ｂ１から出るビーム束φの指向線φaxの総合偏倚角θ
TXが走査面内でＸ軸に関して非対称になる。これを意図
的に利用して、Ｘ軸の一方への走査範囲が他方への走査
範囲より大きいとか、Ｘ軸の一方の範囲のみでのスキャ
ニングを行わせる、などのことができる。
【０１００】このような観点から、実施装置において辺
Ａ１への入射角を可変的に設定・調整できるようにして
あることは、装置の使用目的から見て有意義なことがあ
る。
【０１０１】（７）図１の構成を用いて、２枚のウェッ
ジＷＡ，ＷＢを同じ向きに同じ角速度で回転させればコ
ニカルスキャニングができる。１枚のウェッジのみを回
転させる場合のコニカルスキャニングでは、その走査の
角度（円錐の頂角）は固定であるのに対し、２枚のウェ
ッジＷＡ，ＷＢの相対位置関係（斜面相互の位置関係）
を変えることにより、スキャニングの円錐頂角の角度を
零からθTXまで連続的に変えることができる。
【０１０２】コニカルスキャニングは、移動ターゲット
の自動追尾・検知に利用できる。
【０１０３】（８）図１の構成で、２枚のウェッジＷ
Ａ，ＷＢを同じ向きに異なる角速度で回転させれば、ビ
ーム束φはウェッジＷＢを出た後はスパイラル状に走査
する。スパイラル走査はターゲットの捜索に利用でき
る。
【０１０４】（９）図１の構成の装置を２組用いて、１
組によってＸ軸を基準線としてＸ−Ｙ面内に走査し、も
う１組によって同じくＸ軸を基準線として（基準線をさ
きの組のそれに一致又は平行させて）Ｘ−Ｚ面内に走査
することにより、空間的立体的に走査することが可能と
なる。このようにビーム幅の狭いミリ波のビームを立体
的に走査し、ターゲットからのエコーを受信すれば、タ
ーゲットの影像を、Ｙ−Ｚ面内における２次元の描図と
して表示することが可能である。
【０１０５】（１０）放射ビームに、時間幅の短いパル
ス波を利用すると前後方向（Ｘ軸方向：パルス波束の進
行・反射の方向）の分解能が得られ、これによりＸ−Ｙ
−Ｚの３次元影像を表示することも可能となる。
【０１０６】（１１）このように２次元又は３次元の像
とすることにより、例えば濃霧のように可視光ではター
ゲットが見えないような天候状態においても、移動体前
方の影像を、マイクロ波では波長が長くて鮮明さが望め
ないが、ミリ波ないしサブミリ波の領域では波長が短く
なって鮮明さが向上するとともに、遠赤外領域よりも散
乱が一層少いので、ミリ波ないしサブミリ波の領域特有
の鮮明な像として表示することが可能になる。
【０１０７】（１２）移動体前方の障害物を検知する目
的でビーム束φを水平方向に走査している場合、移動体
のピッチングによってビーム束φが上下に振れて走行面
方向やその逆方向に向いてしまうことがあったが、この
発明の装置を２組用いて、１組によって水平方向に走査
し、もう１組によって移動体のピッチングによるビーム
束φの上下方向移動を打消すように制御して走査すれ
ば、移動体のピッチングにかかわらずビーム束φが常に
走行面と平行に走査でき非常に都合が良い。このように
この発明の装置を複数組組み合わせて使用することによ
り、ミリ波ビームの立体的放射とその方向の制御をして
高速の走査をすることができる。
【０１０８】（１３）２枚のウェッジの初期位置を任意
に設定するには、実施の際には、各ウェッジを駆動する
モータの駆動回路の中に調整回路を作っておいて、ここ
で電気的な操作で調整して各ウェッジの相互姿勢を適宜
変更できるようにするのが便利である。勿論、ウェッジ
のマウントを直接操作して角度を変更且つ設定できるよ
うにしておいても差支えない。
【０１０９】（１４）この発明は、電波又は光波等、波
長領域を制約されないで実施できる。ウェッジの材質
は、使用する波の性質・波長により選定採択する。音波
・超音波によってこの発明を実施することも可能であ
る。
【０１１０】（１５）屈折率がウェッジを包む周囲の媒
体と異る物体によってウェッジを作れば、この発明を実
施する環境として空気中であることを制約されない。例
えば、超音波により水中で実施する途が開かれる。
【０１１１】（１６）人工誘電体の中には誘電率が可変
で１より小さい値のものが得られているので、そのよう
な物質によってウェッジを作っても実施できる。ウェッ
ジの形状と、頂角の具体的な値は実施の都合により定め
る。
【０１１２】（１７）使用する信号波は、単一の周波数
だけでなく種々の周波数のものが混在していても実施で
きる。周波数ごとに、この発明が妥当する。
【０１１３】（１８）移動体は陸上の自動車等の他、軌
道上の車両、水上・水中の船舶等による実施も可能であ
り、これらの近距離レーダーに有効である。又、小型飛
行機とか空中に係留する装置に実施するなどの短距離レ
ーダーにも途が開かれる。
【０１１４】（１９）レーダーに実施するには平面波が
必要であるが、この発明は平面波で実施できる。又平面
波以外の任意の形状の波面でも実施できるので、有用性
が大きい。
【０１１５】（２０）この発明は、送信用のアンテナ系
装置にも、受信用のアンテナ系装置にも実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の説明図
【図２】実施例の説明図
【図３】実施例の説明図
【図４】実施例の説明図
【図５】実施例の説明図
【図６】実施例の説明図
【図７】実施例の説明図
【図８】実施例の説明図
【図９】実施例の説明図
【図１０】実施例の説明図
【符号の説明】 ＷＡ，ＷＢ…ウェッジ Ａ１，Ａ２…ウェ
ッジＷＡの面 Ｂ１，Ｂ２…ウェッジＷＢの面 φ…ビーム束 φax…ビーム束φの指向線 Ｘ…走査の基準線
（Ｘ軸） Ｙ，Ｚ…Ｘ軸に直交し且つ互いに直交する軸 Ｗ…電波（ビーム束φを代表）
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 屈折率が周囲の媒体の屈折率と異なる材
    質からなる２個のウエッジを、ビーム束の行路中に配置
    し、上記ウエッジの各々は２つの面によって作る稜が走
    査の基準線に垂直な面に含まれ、上記ウェッジの各々は
    上記基準線を軸として回転するようにしてあることを特
    徴とするスキャニングビーム装置。
  2. 【請求項２】 各々のウェッジの双方又はいずれか一方
    の１つの面が基準線に対して垂直であることを特徴とす
    る請求項１に記載のスキャニングビーム装置。
  3. 【請求項３】 ２個のウェッジを、基準線を軸として、
    同じ角速度で相互に逆向きに回転させることを特徴とす
    る請求項１又は２に記載のスキャニングビーム装置。
  4. 【請求項４】 ２個のウェッジの稜が平行になる空間位
    置が任意に設定できることを特徴とする請求項１，２又
    は３に記載のスキャニングビーム装置。
  5. 【請求項５】 ２個のウェッジの稜が、基準線に平行で
    且つ基準面に垂直な面内で、上記基準線に関して同じ側
    で平行になることを特徴とする請求項１，２，３又は４
    に記載のスキャニングビーム装置。
  6. 【請求項６】 ２個のウェッジの稜が、基準面に平行な
    面内で、基準線に関して同じ側で平行であることを特徴
    とする請求項１，２，３又は４に記載のスキャニングビ
    ーム装置。
  7. 【請求項７】 ビーム束が、最初のウェッジの第１の面
    に、常に、基準線に沿って入射するようにしてあること
    を特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載の
    スキャニングビーム装置。
  8. 【請求項８】 ２組の装置を、その各々の基準線が一致
    又は平行し且つ走査面が直交するように配置してあるこ
    とを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７に
    記載のスキャニングビーム装置。
  9. 【請求項９】 ビーム束がパルス波によるものであるこ
    とを特徴とする請求項８に記載のスキャニングビーム装
    置。
  10. 【請求項１０】 ビーム束が光もしくは電磁波によるも
    のであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，
    ６，７，８又は９に記載のスキャニングビーム装置。
  11. 【請求項１１】 ビーム束が音波若しくは超音波による
    ものであることを特徴とする請求項１，２，３，４，
    ５，６，７，８又は９に記載のスキャニングビーム装
    置。
  12. 【請求項１２】 ビーム束の等位相面が平面又はその他
    の任意形状の面であることを特徴とする請求項１，２，
    ３，４，５，６，７，８，９，１０又は１１に記載のス
    キャニングビーム装置。
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JP2009050005A (ja) * 2007-08-20 2009-03-05 Itt Manufacturing Enterprises Inc フォトニック結晶構造を利用する無線周波数ビームをステアリングおよび安定化するための方法および装置

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