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【発明の名称】 平板型焦点合わせ反射鏡
【発明者】 【氏名】マックス ロバート ミノスヤン

【氏名】細野 義彦

【要約】 【課題】大面積反射鏡の場合でも設置場所の空間を大きく専有せず、また反射鏡の面積が大きい場合でも、この反射鏡の折りたたみ、収納や持ち運びなどが可能な平板型焦点合わせ反射鏡を提供すること。

【解決手段】平板状の本体の表面に、複数個のゾーンを形成するリング形状の凹凸面を同心状に配置し、或は所定の方向のみにロープロファイル状に湾曲し、且つ当該湾曲方向に対して直角の方向に延びる帯状のゾーンを複数個設け、これらの各ゾーンの凹面を電磁波の反射面とした。この平板型焦点合わせ反射鏡の表面に配置した各ゾーンの反射面は全てのゾーンの反射面で反射した電磁波が反射鏡の表面の前方に所定の位置に収束するように形成されている。また、これらの反射面の形状は、所定の数式にしたがった湾曲形状に成形することにより、反射鏡全体は平板構造でありながら、電磁波を反射させる各反射面の湾曲形状をロープロファイルにすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
平板状の本体の表面に、複数のゾーンを形成するリング形状の凹凸面を同心円状に配置して、これらの各ゾーンの凹面を電磁波の反射面としたことを特徴とする平板型焦点合わせ反射鏡。
【請求項2】
反射面の形状は、当該反射面で反射した所定の周波数の電磁波が反射鏡面の前方の所定の位置に収束するように形成されていることを特徴とする請求項1記載の平板型焦点合わせ反射鏡。
【請求項3】
電磁波の反射面の形状を数式により決定することを特徴とする請求項2記載の平板型焦点合わせ反射鏡。
【請求項4】
中心ゾーンの反射面の形状及び位置は、同心円の中心から半径方向外方へ向けて、下記の式で表わされることを特徴とする請求項3記載の平板型焦点合わせ反射鏡。
XYZ直交座標のXZ面に置かれた反射鏡の本体の表面に対してX軸方向にゾーニングを行う場合、中心ゾーン(ゾーン番号n=1)の中心ポイントおよびエンドポイントの位置を、
中心ポイント座標:   X1 A =0
エンドポイント座標:  X1 D =1/2{λ(4r0 −λ)}1/2
とし、
中心ゾーンの曲面形状を、XZ面に対する中心ゾーンの凹凸面(反射面)の相対的な高さh1 で表すと、
1 =(X2 /(4r0 −λ))+λ/4
ただし、0≦X≦X1 D である。
ここで、
λ:電磁波の波長
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル)と焦点間の法線上の距離
である。
【請求項5】
XYZ直交座標のXZ面に置かれた反射鏡の本体の表面に対してX軸上方向にゾーニングを行う場合、周辺ゾーンの反射面の形状及び位置は、同心円の中心から半径方向外方へ向けて、下記の式で表わされることを特徴とする請求項3記載の平板型焦点合わせ反射鏡。
周辺ゾーン(ゾーン番号n=2,3,4,・・・)のスタートポイントおよびエンドポイントの位置を、
スタートポイント座標:
n A =1/2{(2n−3)λ(4r0 +(2n−3)λ)}1/2
エンドポイント座標:
n D =1/2{(2n−1)λ(4r0 +(2n−3)λ)}1/2
とし、
周辺ゾーンの曲面形状を、XZ面に対する周辺ゾーンの凹凸面(反射面)の相対的な高さhn で表すと、
n =〔(X2 /{4r0 +(2n−3)λ}〕−(2n−3)λ/4
ただし、Xn A ≦X≦Xn D である。
ここで、
n:中心ゾーン(中心ゾーン番号n=1)から数えた周辺ゾーン番号
λ:電磁波の波長
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル)と焦点間の法線上の距離
である。
【請求項6】
平板状の本体の表面に、所定の方向のみにロープロファイル状に湾曲し、また、各ゾーンのプロファイル形状は当該湾曲方向に対して直角の方向に依存しておらず、これらのゾーンは略直線状に延びており、且つ、これらの各ゾーンが、湾曲方向に並列的に配置されるとともに、各ゾーンの湾曲凹面が電磁波の反射面となっていることを特徴とする平板型焦点合わせ反射鏡。
【請求項7】
ゾーンの湾曲形状は、前記各ゾーンの反射面で反射した所定の周波数の電磁波が反射鏡面の前方の所定の位置においてこれらのゾーンが延びる方向に平行して略直線状に収束するように形成されていることを特徴とする請求項6 記載の平板焦点合わせ反射鏡。
【請求項8】
反射鏡表面の一点を中心点にして、複数個のゾーンを形成する場合、この中心点を含む中心ゾーンの位置および反射面形状は反射鏡表面のこの中心点からゾーンのロープロファイル湾曲方向外方に向けて下記の式で表されることを特徴とする請求項7記載の平板型焦点合わせ反射鏡。
XYZ直交座標のXZ面に置かれた反射鏡の本体の表面に対してX軸方向にゾーニングを行う場合、中心ゾーン(ゾーン番号n=1)の中心ポイントおよびエンドポイントの位置を、
中心ポイント座標:   X1 A =0
エンドポイント座標:  X1 D =1/2{λ(4r0 −λ)}1/2
とし、
中心ゾーンの曲面形状を、XZ面に対する中心ゾーンの凹凸面(反射面)の相対的な高さh1 で表すと、
1 =(X2 /(4r0 −λ))+λ/4
ただし、0≦X≦X1 D である。
ここで、
λ:電磁波の波長
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル)と焦点間の法線上の距離
である。
【請求項9】
反射鏡表面の一点を中心点にして、複数個のゾーンを形成する場合、この中心点を含まないゾーン(周辺ゾーン)の位置および反射面形状は反射鏡表面のこの中心点からゾーンのロープロファイル湾曲方向外方に向けて下記の式で表されることを特徴とする請求項7記載の平板型焦点合わせ反射鏡。
XYZ直交座標のXZ面に置かれた反射鏡の本体の表面に対して、ゾーンのロープロファイル湾曲方向外方(これをX軸上方向とする)にゾーニングを行う場合、周辺ゾーン(ゾーン番号n=2,3,4,・・・)のスタートポイントおよびエンドポイントの位置を、
スタートポイント座標:
n A =1/2{(2n−3)λ(4r0 +(2n−3)λ)}1/2
エンドポイント座標:
n D =1/2{(2n−1)λ(4r0 +(2n−3)λ)}1/2
とし、
周辺ゾーンの曲面形状を、XZ面に対する周辺ゾーンの凹凸面(反射面)の相対的な高さhn で表すと、
n =〔(X2 /{4r0 +(2n−3)λ}〕−(2n−3)λ/4
ただし、Xn A ≦X≦Xn D である。
ここで、
n:中心ゾーン(中心ゾーン番号n=1)から数えた周辺ゾーン番号
λ:電磁波の波長
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル)と焦点間の法線上の距離
である。
【請求項10】
送受信機ユニットなどを収納するボックス本体と、このボックス本体に開閉可能に取り付けられた蓋部材とを備え、前記蓋部材は略平板状に形成されるとともに、当該蓋部材のボックス内側或いは外側の面には、請求項1または請求項6記載の平板型焦点合わせ反射鏡が設けられていることを特徴とする平板型焦点合わせ反射鏡付き送受信機ユニット収納ボックス。
【請求項11】
平板状の本体の表面に形成した各ゾーンの反射面は全てのゾーンの反射面で反射した所定周波数の電磁波が反射鏡面の前方の所定の位置に収束するように形成するとともに、前記平板状の本体の反射鏡面の前方方向の前記反射電磁波の収束位置とは異なった所定の位置に、電磁波を折り返し反射する反射部材を取り付け、前記平板状の本体側に電磁波取り込み或いは電磁波放射機能に適応した部材を備え、前記平板状の本体側で電磁波の送受信を行なうようにしたことを特徴とする請求項1または6記載の平板型焦点合わせ反射鏡。
【請求項12】
車両の屋根部外面に平板状の本体を取り付け、この平板状の本体の表面に、請求項1または請求項6記載の平板型焦点合わせ反射鏡を設けたことを特徴とする通信中継車両。
【請求項13】
建造物の平面状の屋根部または側壁の外面に平板状の本体を取り付け、この平板状の本体の表面に、請求項1または請求項6記載の平板型焦点合わせ反射鏡が設けられていることを特徴とする平板型焦点合わせ反射鏡付き建造物。
【請求項14】
電磁波反射面と反射部材のそれぞれの面の対向角度および位置は任意に調整可能であることを特徴とする請求項11記載の平板型焦点合わせ反射鏡。
【請求項15】
送受信機ユニットなどを収納するボックス本体と、このボックス本体に開閉可能に取り付けられた蓋部材とを備え、前記ボックス本体の底面および前記蓋部材の上面は略平板状に形成されるとともに、前記ボックス本体の外表面および前記蓋部材の外表面には、請求項1または請求項6記載の平板型焦点合わせ反射鏡が設けられており、前記蓋部材を開けて裏返すと反射鏡アンテナの反射鏡として電磁波の送信或いは受信操作が可能であることを特徴とする平板型焦点合わせ反射鏡付き送受信機ユニット収納ボックス。
【請求項16】
ボックス本体の外側底面および/または蓋部材の外側上面にはそれぞれ板部材が開閉可能に取り付けられており、これらの板部材の、前記底面および/または上面に連続する面には請求項1または請求項6記載の平板型焦点合わせ反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項15記載の平板型焦点合わせ反射鏡付き送受信機ユニット収納ボックス。
【請求項17】
平板型焦点合わせ反射鏡には当該反射鏡全体として1種類の反射鏡を構成する複数の反射面が前記ボックス本体の外側底面から前記蓋部材の外側上面にかけて形成されていることを特徴とする請求項15または16記載の平板型焦点合わせ反射鏡付き送受信機ユニット収納ボックス。
【請求項18】
ボックス本体の外側底面と前記蓋部材の外側上面には、互いに異なった2種類又はそれ以上の種類の反射鏡を構成する複数の反射面が形成されていることを特徴とする請求項15または16記載の平板型焦点合わせ反射鏡付き送受信機ユニット収納ボックス。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は平板型焦点合わせ反射鏡、特に、大面積反射鏡の場合でも設置場所の空間を大きく専有せず、また折りたたみ、収納や持ち運びが可能な平板型焦点合わせ反射鏡に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から衛星通信、衛星放送などの電磁波を送信或いは受信するためのアンテナ装置としては、パラボラ型の反射鏡を用いたアンテナ装置が使用されている。
【0003】
図14は従来から多く使用されているパラボラ型の反射鏡を示す斜視図である。このパラボラ型反射鏡100は、図14に示すように、比較的大径の湾曲面本体と、この湾曲面本体のほぼ中心から一定の距離(パラボラの焦点距離)だけ離れた空間部分に設けられて電磁波の取り込みを行なう電磁波取込或は電磁波放射機能に適応した部材(ここでは電磁波放射/取込部材101という)とを備えて成る。そして、パラボラ型反射鏡100を用いた反射鏡アンテナ(パラボラ反射鏡アンテナ)は受信アンテナとして利用される場合、上記パラボラ型反射鏡100に遠方から到達した平面な同位相前線をもつ電磁波(平面波)は、その湾曲面で反射されて上記電磁波放射/取込部材101の部分に収束され、当該電磁波放射/取込部材101により取り込まれて信号が検波部などへ送られる。また、パラボラ反射鏡アンテナは送信アンテナとして利用される場合、パラボラ反射鏡100の焦点付近に置かれた電磁波放射/取込部材101による反射鏡への、球面な同位相前線をもつ入射電磁波(球面入射波)は、パラボラ型反射鏡100の湾曲面で反射されて上記のパラボラ型反射鏡100の開口面上に平面な同位相前線をもつ反射波(平面反射波)が成り立つ。このようにして、パラボラ型反射鏡100の開口面上に同一位相をもつ電磁界分布が存在することよって、パラボラ反射鏡アンテナの遠方領域において鋭い指向性パターンが得られる。また、図14のパラボラ型反射鏡100の開口面積は電磁波の波長に対して大きいほど、指向性パターンは鋭く、アンテナ利得が高いことが知られている。
【0004】
上述した図14のパラボラ型反射鏡アンテナと同様にして、所定の方向のみにパラボラ状の湾曲をもつ反射鏡、すなわち、パラボラ型円筒反射鏡(Parabolic Cylindrical Reflector )を用いたパラボラ型円筒反射鏡アンテナも従来の衛星通信用アンテナとして知られている。図15は上述のような従来から多く使用されているパラボラ型円筒反射鏡を示す斜視図である。図15に示したように、パラボラ型円筒反射鏡アンテナは、パラボラ型円筒反射鏡102と、このパラボラ型円筒反射鏡102の焦平面に置かれた電磁波放射/取込部材103とで構成されている。
【0005】
ただし、(図14と図15から分かるように)、図14のパラボラ型反射鏡アンテナの電磁波放射/取込部材101がパラボラ型反射鏡100への球面入射波を放射する機能に適応しているのに対して、図15のパラボラ型円筒反射鏡アンテナの電磁波放射/取込部材103はパラボラ型円筒反射鏡102に向けて円筒入射波を放射する機能に適応しており、パラボラ型円筒反射鏡102の中心軸に対して平行な態勢で、パラボラ型円筒反射鏡102の焦平面に置かれている。
【0006】
また、図15のパラボラ型円筒反射鏡102は、図14に示した電磁波放射/取込部材101による球面入射波に対応して全ての方向に湾曲をもつ図14のパラボラ型反射鏡100と異なり、電磁波放射/取込部材103より放射される円筒入射波に対応して所定の方向のみに湾曲している。
【0007】
図15のパラボラ型円筒反射鏡アンテナを利用して電磁波受信を行う場合は、遠方から到達した平面な同位相前線をもつ電磁波(平面波)は、パラボラ型円筒反射鏡102で反射され、反射鏡の焦平面においてパラボラ型円筒反射鏡102の中心軸に平行な直線にそって収束し、焦平面上に円筒の中心軸に平行して置かれた電磁波放射/取込部材103によって受信される。
【0008】
図15のパラボラ型円筒反射鏡アンテナを利用して電磁波送信を行う場合は、パラボラ型円筒反射鏡102の焦平面におかれた電磁波放射/取込部材103(円筒波波源)による円筒入射波がパラボラ型円筒反射鏡102で反射され、このパラボラ型円筒反射鏡102の開口面上に平面な同位相前線をもつ反射波(平面反射波)が形成され、パラボラ型円筒反射鏡102の開口面積が大きいほど、図14のパラボラ型反射鏡アンテナと同様な原理で遠方界の指向性パターンは鋭く、高いアンテナ利得を得ることができる。
【0009】
図16は、上述のように電磁波の送受信を行う場合における、図14或は図15に示したアンテナ装置の動作原理を説明する図である。ただし、図16(a)は電磁波受信を行う場合に対応し、図16(b)は電磁波送信を行う場合に対応しており、両図とも、垂直面におけるパラボラ状のプロファイルをもつ反射鏡による作用を示す概要図である。図16(a)及び(b)における矢印は、電磁波電力の流れ方向を示している。電磁波電力の流れ方向は電磁波の同位相前線に直交しているために、球面の同位相前線をもつ電磁波(球面波)電力流れの方向は放射状に配置される。また、平面の同位前線をもつ電磁波(平面波)電力の流れ方向を示す矢印は平行的に配置されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のパラボラ型反射鏡100或いはパラボラ型円筒反射鏡102にあっては、その反射鏡本体の部分が湾曲状に形成されているため、深さ方向(面方向に直角の方向)の寸法が大きくとられ、設置場所によっては反射鏡の据え付けが困難であったり設置不可能であったりする。また、パラボラ型反射鏡の開口面積を大きくした場合、湾曲による深さ寸法があるため、大面積パラボラ反射鏡は折りたたみにくかったり、収納しにくかったり、持ち運びに不便であったりするという不具合があった。
【0011】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、設置場所の空間を大きく専有せず、また反射鏡の面積は大きいときに、この反射鏡の折りたたみ、収納や持ち運びなどが可能な平板型焦点合わせ反射鏡を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、平板状の本体の表面に、複数のゾーン(反射部)を形成するリング形状の凹凸面を同心円状に配置して、これらの各ゾーンの凹面を電磁波の反射面としたことを要旨としている。この平板型焦点合わせ反射鏡に設けられた各ゾーンの反射面は、遠方から到達し全てのゾーンの反射面で反射した電磁波が反射鏡面の前方に所定の位置に収束するように形成されている。
【0013】
また、これらの反射面の形状は、所定の数式にしたがった湾曲形状に成形することにより、反射鏡自体は全体的に平板構造でありながら、電磁波を反射させる各反射面の湾曲形状をロープロファイルにすることができる。
【0014】
上記のような構成により、反射鏡の設置場所についての制約が軽減されるとともに、反射鏡の面積は大きくても折りたたみと持ち運びに便利で、収納も楽に行なえるロープロファイル反射鏡或いはこれを用いたアンテナ装置が提供される。本発明はまた、平板状の本体の表面に、所定の方向のみにロープロファイル状に湾曲した複数のゾーンを形成し、また、各ゾーンのプロファイル形状は当該湾曲方向に対して直角の方向に依存しておらず、これらのゾーンは前記湾曲の方向に略直角の方向に略直線状に延びており、且つ、これらの各ゾーンが、湾曲方向に並列的に配置されるとともに、各ゾーンの湾曲凹面を電磁波の反射面としたことを要旨としている。この平板型焦点合わせ反射鏡の各ゾーンの反射面の湾曲形状は、遠方から到達し全てのゾーンの反射面で反射した所定の周波数の電磁波が反射鏡面の前方の所定の位置においてこれらのゾーンが延びる方向に平行して略直線状に収束するように形成されている。ここにおいて、「湾曲方向に対して直角の方向に依存しておらず、」とは、湾曲方向に対して直角の方向には湾曲やうねり、凹凸、或いは段差などの形状変化がないことを意味する。すなわち、各ゾーンの湾曲凹面は、当該湾曲の方向とは略直角の方向に、その湾曲形状を保持したまま略直線状に延びている。
【0015】
上記のような構成により、パラボラ型円筒反射鏡(Parabolic Cylindrical Reflector )と同様な作用をもつロープロファイル平板型反射鏡が実現され、反射鏡の設置場所についての制約が軽減されるとともに、反射鏡の面積は大きくても折りたたみと持ち運びに便利で、収納も楽に行なえるロープロファイル反射鏡或いはこれを用いたアンテナ装置が提供される。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の平板型焦点合わせ反射鏡の概略構造を示す側方断面図である。この反射鏡1は、平板状の本体2と、この本体2の表面に形成された複数の凹凸状のゾーン3とを有している。ゾーン3は、中心ゾーン(ゾーン番号n=1とする)3−1と、周辺ゾーン(ゾーン番号n=2,3,4,・・・とする)3−2,3−3,3−4,・・・とから成る。
【0017】
これらの複数個のゾーン3は、いずれもが、反射鏡1の一点を中心点として、この点を中心とするリング形状に成形されている。なお、図1では、中心点は反射鏡1の略中央部分に設定してあるが、ここにいう「中心点」とは反射の中心という意味であり、上記中央の位置に限らず、反射鏡1の任意の位置(例えば中央から偏在した位置)に設定されていてもよい。また、複数個のゾーン3は上記中心点から同心円状に配置され、これらの各ゾーンの凹面が電磁波の反射面となっている。そして、各ゾーン3の反射面の形状は、遠方から所定の周波数の電磁波は到達した場合に、全てのゾーンの反射面で反射した電磁波が反射鏡1 の表面の前方の所定の位置に収束するように形成されている。
【0018】
図2及び図3は、ゾーン3の反射面の形状と位置を決定する論理を説明する原理図である。ただし、図2及び図3 は、反射鏡の前方にある焦点から反射鏡表面に向けて球面な同位相前線をもつ電磁波(球面入射波)が入射された場合を想定した図であり、この球面入射波は、反射鏡の各ゾーンの反射面で反射され、反射鏡の開口面上に平面な同位相前線をもつ反射波(平面反射波)が成り立つ過程を示す図である。上述の作用は、反射鏡まで到達した球面入射波の同位相前線の各点と、反射鏡の開口面上に成り立った平面反射波の同位相前線の当該各点との間に生じる位相差が2π(1周期、すなわち、360度)である条件のもとに成立する。この2πの位相差の内に、π(1/2周期、すなわち、180度)の位相差は電磁波が完全導体から反射されることを伴うπ値の位相ずれより生じるが、残りの必要なπの位相差を、各ゾーンの反射面の形状および位置を決定することによって得ることができる。この場合に、反射鏡まで到達した球面入射波の同位相前線の各点は、反射鏡の開口面における平面反射波の同位相前線の当該各点まで伝達する距離が電磁波の波長λの二分の一の距離(λ/2)である条件を定め、この条件のもとに各ゾーンの反射面を形成し、λ/2の伝達距離間で生じる残りの必要なπ値の位相遅れを得ることができる。
【0019】
以下に、図2および図3を参考にして、上述の作用原理の説明を行う。ただし、図2および図3における矢印は、電磁波電力の流れ方向を示している。電磁波電力の流れ方向は電磁波の同位相前線に直交しているために、球面な同位相前線をもつ電磁波(球面波)電力の流れ方向は放射状に配置され、平面な同位前線をもつ電磁波(平面波)の電力流れ方向を示す矢印が平行的に配置されることになっている。また、図2および図3において平板型反射鏡の本体の表面はXYZ直交座標のXZ面に置かれているものとする。
【0020】
図2は、反射鏡1の一点を中心点にして複数個のゾーンを形成した場合、この中心点を含む中心ゾーン以外のゾーン3(周辺ゾーン)の反射面の位置及び形状を決定する理論を説明している。
【0021】
この図において、一つの周辺ゾーン(例えば3−2とする)が描かれているものとする。このゾーン3−2の最下端を通って水平方向(X方向)へ直線QLが引かれている。この直線QLはXYZ直交座標のXZ面上に配置され、平板型反射鏡の本体の表面レベルを示す(レベルに対応する)直線である。
【0022】
この直線QLから上方へ電磁波の波長λの二分の一の距離に水平方向(X方向)へ直線WSが引かれている。この直線WSは反射鏡の開口面上に配置され、XZ面に置かれた反射鏡の本体の表面の位置(レベルQL)に対して反射鏡の開口面の相対的な位置を示す直線である。
【0023】
図2中の一点鎖線Φ1およびΦ2は反射鏡の焦点Fから反射鏡の表面に対向して入射された球面入射波の同位相前線(同一位相面(或いは同位相線))であるが、Φ1とΦ2 間距離はλ/2であるため、Φ1とΦ2 間の位相差はπである。また太い実線はゾーン3−2の反射面を表す。
【0024】
ゾーン3−2の反射面で反射した球面の同位相前線Φ1は反射鏡の開口面上に(直線WS上に)平面な同位相前線に変換(或いは変形)される条件を満たすために、まず、ゾーン3−2の位置を決定する。この場合、図2に示したように、ゾーン3−2のX軸上のスタートポイント及びエンドポイントは、それぞれΦ1と直線QLとの交差点及びΦ2 と直線WSとの交差点で与えられる。次には、ゾーン3−2の反射面に対してパラボラ状のプロファイル形状を与えることによって、放射状に配置した球面入射波電力の流れ方向は平行的に配置した反射波電力の流れ方向に変換(或いは変形)されることを可能にさせる(図2参照)。
【0025】
ただし、電磁波はゾーン3−2の反射面で反射するとき、その球面の同位相前線Φ1は反射鏡の開口面上に(直線WS上に)平面な同位相前線WSに変換されるために、両者の同位相前線間の位相差を2πに等しくする。つまり同位相前線Φ1上の各点と同位相前線WS上の当該各点の間に相対的な位相差は存在しない条件を満たす必要がある。図2のゾーンの場合に、前記の必要な2π値の位相差のうちに、π値の位相ずれは、電磁波がゾーン3−2の反射面の完全導体から反射される時に生じるものである。また、図2から分かるように、残りの必要なπ値の位相遅れは、同位相前線Φ1上の各点A1,B1,C1,・・・,D1が同位相前線WS上の当該各点A3,B3,C3,・・・,D2の位置までのλ/2の距離を伝達することによって生じる位相差である。したがって、ゾーン3−2の反射面の形状を定めるには、下記の条件を満足することが必要である:
{(A1A3),(B2B3),・・・,(C2C3)}⊥WS
A1A3=B1B2+B2B3=C1C2+C2C3=・・=D1D2=λ/2・・・・・(式1)
【0026】
上記式(1)の条件が満足された場合に、図2の周辺ゾーンの作用に関して以下のように述べることができる。球面の同位相前線Φ1上の各点{A1,B1,C1,・・・,D1}における位相、及び平面の同位相前線WS上の当該各点  {A3,B3,C3,・・・,D2}における位相は、それぞれ{φA1,φB1,φC1,・・・,φD1}及び{φA3,φB3,φC3,・・・,φD2}とすれば、これらの点は当該同位相前線の点であるため、以下のような関係が成り立つ:
φA1=φB1=φC1=・・・・=φD1・・・・・(式2a)
φA3=φB3=φC3=・・・・=φD2・・・・・(式2b)
【0027】
また、(式1)の条件が満足された場合に、同位相前線WSと同位相前線Φ1との間の相対的な位相差( 位相遅れ) は2π値に等しくなるために、以下の関係も成立する:
φA3=φA1+2π=φA1,
φB3=φB1+2π=φB1,
φC3=φC1+2π=φC1,
・・・・・・・・・
φD2=φD1+2π=φD1,・・・・・(式3)
【0028】
このようにして、(式1)の条件が満足された場合に、(式2)及び(式3)の関係が成立するために、周辺ゾーンの反射面の作用によって電磁波の球面の同位相前線Φ1が反射鏡1の開口面上に平面な同位相前線WSに変換されることが明らかとなる。
【0029】
(式1)の条件を満足させる上述の作用をもつ周辺ゾーンの反射面のプロファイル形状は、図面上に以下のような要領で決定される(図2参照)。まず、周辺ゾーンの反射面の一点C2の位置を決定することにする。そのために、図2に示したように、焦点Fから点C1を通して直線FKを引く。また、直線FKは同位相前線Φ2と交差する点Kにおいて前記同位相前線Φ2に対して接線ENを引く。これによって、角∠WENが成立する。つぎに、角∠WENの二等分線を引く。次いで前記二等分線が直線FKと交差する点を求め、この点の位置は反射面のプロファイルを形成する一点C2の位置となる。図2の反射面のプロファイルを形成する全ての残りの点の位置は同様な要領で図面上に決定される。
【0030】
上述の要領と同様に、中心ゾーンの反射面のプロファイル形状も決定されるが、中心ゾーンの位置などを決定する要領は周辺ゾーンと違うため、以下に、これらの要領の説明を行う。
【0031】
図3は、中心ゾーン3−1の位置及びその反射面のプロファイル形状を決定する論理を説明する原理図である。図1でみても明らかなように、中心ゾーン3−1はその反射鏡1の中央部分に位置するから、その中心点から片方半分(図1の右方半分)について考える(ただし、この部分と前記中心点を通る垂直軸に対してこの部分に対称的な部分を含む凹面領域全体が反射鏡1の中心ゾーンであることは明らかである。)。図3において、一点鎖線Φ1およびΦ2は反射鏡の焦点Fから反射鏡の表面に対向して入射された球面入射波の同位相前線(或いは同一位相面)であるが、Φ1とΦ2間の距離はλ/2であるため、Φ1とΦ2間の位相差はπである。また、太い実線は中心ゾーン3−1の右方半分を表すが、曲線GC2D2(G→C2→D2を結ぶ曲線)は中心ゾーン3−1の反射面の右方半分である。
【0032】
図2と違って、図3中において、直線WSは同位相前線Φ1に対する点Wでの接線である。Fはこの反射鏡1の焦点であり点Wの垂直上方にある。直線OXは同位相前線Φ2に対する点Oでの接線であり、X軸でもある。点Eおよび点Kは、図2中における点Eおよび点Kと同様に得られた点である。また、中心ゾーンの反射面のプロファイルを形成する点の位置を求める際、点(図3中の点C2が相当する)が反射鏡1の中心に近いほど、点Eは直線WSに沿って反射鏡1の中心から離れて行く。また点Kは点Oに近づいて行く。
【0033】
中心ゾーン3−1の中心ポイントは、中心ゾーン3−1の中央に当たる反射面プロファイルの一番低い点を点Gとし、この点Gの位置を与える座標をx=0,y=λ/4とする。この点Gの座標を求めるには、点Kは点Oと重ね、接線ENは軸OXと一致する。また、点Eは直線WSに沿って移動し、無限遠の点(図3中E∞で示す)になることによって、∠WENの二等分線は直線GE∞になる。ここで、直線GE∞は、軸OXに対する平行線になり、λ/2長の間隔WOの二等分線にもなる。したがって、中心ゾーン3−1の中心点Gの座標はx=0,y=λ/4で与えられる。
【0034】
中心ゾーン3−1のエンドポイントは、当該中心ゾーン3−1の反射面プロファイルの一番高い点D2であり、この点D2は、曲率半径r0 を持つ球面な同位相前線Φ2と反射鏡の開口面上に置かれた(反射鏡の開口面の位置を示す)直線WSとの交点である。
【0035】
中心ゾーン3−1の反射面のプロファイルを形成する全ての点の位置を求める要領は図2中の周辺ゾーン3−2,3−3,3−4,・・・におけると同様であり、(式1)と同様な条件を満足させる原理に従っている。このようにして求められた反射鏡1の中心ゾーン3−1の反射面のプロファイル形状の作用によって、電磁波の球面な同位相前線Φ1は、電磁波が反射された後、反射鏡1の開口面上に(直線WS上に)平面の同位相前線WD2に変換される。この場合に、図2の周辺ゾーン3−2,3−3,3−4,・・・と同様な原理で、図3の中心ゾーン3−1の反射面の作用によって、同位相前線WD2と同位相前線Φ1の間の相対的な位相差( 位相遅れ) は2π値に等しくなる、つまり同位前線Φ1上の各点と同位相前線WD2上の当該各点の間に相対的な位相差は存在しない条件は満たされる。
【0036】
一例として、中心ゾーン3−1の反射面の中心点Gから反射された電磁波は点Wにおいて、入射波位相に対して2πの位相遅れをもつことを示す。図3の構成から分かるように、焦点Fから入射された電磁波は点Wを通過してから、点Gから反射されて、Y軸の正方向に伝達し、改めて点Wを通過する。また、距離WGは電磁波の波長の4分の1に等しいことも分かる。電磁波は波長の2分の1に等しい往復距離W→G→Wの経路を伝達することによって、波の位相においてπ値の遅れが生じることも明らかである。すなわち、
WG+WG=λ/4+λ/4=λ/2・・・・・(式4)
である。
【0037】
さらに、このπの位相遅れに加えて、電磁波は完全導体により反射されることにより、点Gにおいてπ値の位相差が生じる。この位相差を含めて、開口面上の点Wにおいて平面反射波の位相は球面入射波の位相に対して累計で2π値の位相遅れをもつことが分かる。また、図3の反射面GC2D2の中心点G以外の各点における電磁波反射は、図2で説明したような原理に従っているため、同位相前線Φ1は開口面上に同位相前線WD2に変換(変形)されている。
【0038】
次に、本発明の反射鏡1全体のゾーニングを行う要領について説明する。すなわち、反射鏡1の一点を中心点(反射の中心)にして、この中心点を極座標(ρ,φ)の原点とする。また、この一点を中心ゾーンの中心点(中心ポイント)と決定し、中心ゾーンを半径ρ方向の外方へどこまでするのか(エンドポイント)の決定を行う。同様に、各周辺ゾーンを半径方向の外方へどこから(スタートポイント)とどこまで(エンドポイント)にするか(或はするべきなのか)の決定を行い、中心ゾーン及び各周辺ゾーンの反射面形状の決定を行う。これらの処理を反射鏡1のゾーニングという。
【0039】
図4は本発明におけるゾーニングの原理を説明する図である。ただし、図4の反射鏡のゾーニングは、反射鏡1の中心に合わせた焦点からの球面入射波を想定した場合について行われ、反射鏡1の中心にあたる一点を中心点(極座標の原点)とした特定の一例に対応している。この図においても反射鏡1の中心から右半分について考える。反射鏡1の中心ゾーンを第1ゾーン3−1とし、以下半径ρ方向の外方へ順次第2ゾーン3−2、第3ゾーン3−3、・・・第nゾーン3−nというようにゾーンが割り当てられる。また、図4に示したように、反射鏡1はXYZ直交座標に置かれ、反射鏡1の本体の表面はXZ面上に配置されている。
【0040】
図4において、図3と同様に、一点鎖線Φ1およびΦ2は反射鏡の焦点Fから反射鏡の表面に対向して入射された球面入射波の同位相前線であるが、Φ1とΦ2 間距離はλ/2であるため、Φ1とΦ2 間の位相差はπである。直線WSは同位相前線Φ1に対する点Wでの接線である。Fはこの反射鏡1の焦点であり点Wの垂直上方にある。直線OXは同位相前線Φ2に対する点Oでの接線であり、X軸でもある。
【0041】
図4に示した一例の場合に、反射鏡1の中心にあたる一点をゾーニング中心点にするので、反射鏡1のゾーニングは、当該反射鏡1の中心から始まり、反射鏡1の縁に向かって行なわれる。反射鏡1の中心部にあたる第1ゾーン(n=1)3−1の中心ポイントおよびエンドポイントの位置は、図3を参照して行なった説明において述べられている。すなわち、図3にしたがって、x=0からD2のx座標までである。
【0042】
第nゾーン(n=2,3,4,・・・)の境目(スタートポイントおよびエンドポイント)の位置は、以下のようにして求められる。先ず第nゾーンのスタートポイントであるA点の位置(つまり、第nゾーンの反射面の凹面形状の一番低い点の位置)は、FAの曲率半径をもつ同位相前線Φ1がOX軸と交差する点として求められる。ただし、
FA=r0 +(2n−3)λ/2・・・・・(式5)
である。ここで、
n=2,3,4,・・・
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル(OX軸上のレベル))と焦点F間の法線上の距離
λ:電磁波の波長
である。
【0043】
第nゾーンのエンドポイントであるD点の位置(つまり、第nゾーンの反射面の凹面形状の一番高い点の位置)は、FDの曲率半径をもつ同位相前線Φ2が直線WSと交差する点として求められる。ただし、
FD=r0 +(n−1)λ・・・・・(式6)
である。ここで、
n=2,3,4,・・・
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル(OX軸上のレベル))と焦点F間の法線上の距離
λ:電磁波の波長
である。
【0044】
反射鏡1の中心に当たる第1ゾーン(n=1)の反射面のプロファイル形状は、図3を用いた説明により算出可能である。第nゾーン(n=2,3,4,・・・)の反射面のプロファイル形状は、図2を用いた説明により算出可能である。
【0045】
以上により求めたゾーニング結果は次の通りとなる。
ゾーン番号:  n=1
ゾーンの中心ポイントおよびエンドポイントの位置(座標)
スタートポイント座標:  ρ1 A =0
エンドポイント座標:   ρ1 D =1/2{λ(4r0 −λ)}1/2
中心ゾーンの曲面形状を、XZ面に対する中心ゾーン3−1の凹凸面(反射面)の相対的な高さh1 で表すと、
1 =(ρ2 /(4r0 −λ))+λ/4・・・・・(式7)
ただし、0≦ρ≦ρ1 D である。
ここで、
λ:電磁波の波長
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル)と焦点間の法線上の距離
である。
【0046】
また、反射鏡1の周辺ゾーン3−2,3−3,3−4,・・・の位置およびその反射面のプロファイル形状は次の式で求められる。
ゾーン番号:  n≠1,n=2,3,4,・・・・
ゾーンのスタートポイントおよびエンドポイントの位置(座標)
スタートポイント座標:
ρn A =1/2{(2n−3)λ(4r0 +(2n−3)λ)}1/2
エンドポイント座標:
ρn D =1/2{(2n−1)λ(4r0 +(2n−3)λ)}1/2
とし、
周辺ゾーンの曲面形状を、XZ面に対する周辺ゾーンの凹凸面(反射面)の相対的な高さhn で表すと、
n =〔(ρ2 /{4r0 +(2n−3)λ}〕−(2n−3)λ/4・・・・・(式8)
ただし、ρn A ≦ρ≦ρn D である。
ここで、
n:中心ゾーン(中心ゾーン番号n=1)から数えた周辺ゾーン番号(n=2,3,4,・・・)
λ:電磁波の波長
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル)と焦点間の法線上の距離
である。
【0047】
以上により本発明の平板型焦点合わせ反射鏡における各ゾーンおよびその反射面のプロファイル形状が決定される。
【0048】
(実施例1)
以下、本発明の平板型焦点合わせ反射鏡の種々の実施例(使用例)を説明する。本発明の平板型焦点合わせ反射鏡は、直接に導体材料(高電導率金属などの材料)を用いること、或いは表面導体層(金属層)を有する誘電体材料を用いることによって製作可能なものである。
【0049】
図5は本発明の平板型焦点合わせ反射鏡を反射鏡アンテナ装置の反射鏡として用い、送受信機ユニットなどを収納する収納ボックスの表面に施す例を示す。この収納ボックス11は、ボックス本体12と、このボックス本体12に開閉可能に取り付けられた蓋部材13とを備えて成る。ボックス本体12には、送受信機ユニットなどの各種機材が収納される。蓋部材13は略平板状に形成されるとともに、当該蓋部材13のボックス内側の面14には、複数のゾーンを形成するリング形状の凹凸面が同心円状に配置され、各ゾーンの凹面が電磁波の反射面となっている。
【0050】
このような構成を有するため、収納ボックス11は、蓋部材13を開けてこの蓋部材13が天空を向いた所定の仰角度に固定し、反射鏡の焦平面に電磁波放射および電磁波取込機能に適応した部材を備え、一定の送受信操作を行なうことにより電磁波の送信或いは受信を行なうことができ、通信や放送といったデータ伝送動作を行なうことができる。そして、操作が終了したきは、各種機材を収納ボックス11内に納めるとともに蓋部材13を閉めるだけで平板型焦点合わせ反射鏡を収納することができる。この場合反射鏡全体が平面構造であるために、収納ボックス内に納められた他の機材に干渉したりすることは極力抑えられ、反射鏡の占める空間も最小限に抑えることができる。
【0051】
(実施例2)
次に、本発明第2の実施例について説明する。図6は本発明の平板型焦点合わせ反射鏡の第2の実施例を示す。この平板型焦点合わせ反射鏡15は、平板状の本体16の表面に形成した全ての複数個の凹面17で反射した所定の周波数の電磁波が反射鏡面の前方の所定の位置に収束するように形成するとともに、前記平板状の本体16の表面18の前方へ一定の距離だけ離れた所定の位置に反射部材19を取り付けて成る。反射部材19は、電磁波反射面で反射され且つ収束された電磁波を折り返し反射させて反射鏡表面18の方へ送るためのものである。この反射部材19は、上記所定の位置に支持部材20により支持される。
【0052】
なお、反射部材19の設置のしかたとしては、図7(a)、(b)に示すように、いくつかの態様が考えられる。図7(a)の例では、反射部材19aは、反射鏡表面18の前方の、電磁波反射面の焦点Fの外側に、反射部材19aの凹面を反射鏡表面18に対向させた状態で取り付けられている。また、反射鏡の略中心部分には電磁波源となる電磁波放射/取込部材21が取り付けられている。そして、反射部材19aは、電磁波放射/取込部材21から放射された電磁波が反射部材19aにより折り返し反射されて電磁波反射面の焦点Fに収束するように配置されている。これにより、電磁波放射/取込部材21から放射された電磁波は、反射部材19aにより折り返し反射されて、一旦電磁波反射面の焦点Fに収束し、その後発散して、球面波として反射鏡表面18の全体に到達し、そこで反射された電磁波は平面の同位相前線を持つ平面波となる。
【0053】
図7(b)の例では、反射部材19bは、反射鏡表面18の前方の、電磁波反射面の焦点Fの内側に、反射部材19bの凸面を反射鏡表面18に対向させた状態で取り付けられている。また、反射鏡の略中心部分には電磁波源となる電磁波放射/取込部材22が取り付けられている。そして、反射部材19bは、電磁波放射/取込部材22から放射された電磁波をあたかも電磁波反射面の焦点Fから放射されたような方向へ折り返し反射するように配置されている。これにより、電磁波放射/取込部材22から放射された電磁波は、反射部材19bにより折り返し反射されて反射鏡表面18の全体に到達し、そこで反射された電磁波は平面の同位相前線を持つ平面波となる。なお、電磁波放射/取込部材21および22は電磁波受信の場合は電磁波の取込み部材となる。
【0054】
このような構成により、本実施例では、平板状の本体16側で電磁波の発射或いは電磁波の取り込みと信号検知などの処理動作を行なうことができる。
【0055】
(実施例3)
次に、本発明第3の実施例について説明する。図8は本発明の平板型焦点合わせ反射鏡を通信中継車両に適用した第3の実施例を示す。この実施例で使用される平板型焦点合わせ反射鏡25は、上記第1の実施例或いは第2の実施例における平板型焦点合わせ反射鏡と同様の構成を有する。本実施例においては、車両26の屋根部27の外面に平板状の本体28を取り付け、この平板状の本体28の表面29に複数個の反射部(ゾーン)を形成するリング形状の凹凸面を同心状に配置して、これらの各ゾーンの凹面を電磁波の反射面として成る。表面29に配置した各ゾーンの反射面は全てのゾーンの反射面で反射した電磁波が反射鏡の表面29の前方に所定の位置に収束するように形成されている。なお、反射鏡折りたたみ構造とし、広げることにより、反射鏡面積を更に増やすこともできる。
【0056】
このような構成により、車両26の屋根部27の面積を反射鏡の全面積或いは反射鏡面積の一部として利用し、これに対応して高い利得をもつロープロファイル反射鏡アンテナを実現可能である。車両26の屋根部27に備え付けた反射鏡は電磁波の送受信にあたって必要な仰角度で設置して利用されるものとなるが、車両の移動中に屋根部上に平らに載置された状態で設置されるから車両の外観がすっきりし、且つ強風が吹いたりしてもアンテナが飛ばされるといった心配もない。さらに車両の走行に際してはアンテナによる高さの増大がないために、天頂部分が他の建造物に衝突したり、駐車場への進入が困難になるといった不具合も起こらない。
【0057】
なお、本発明の平板型焦点合わせ反射鏡の通信中継車両への取り付けは、上記のような屋根部27に限らず、車両26の側壁などに取り付けることもできる。この場合においてもアンテナが壁面から大きく突出することはなく他の車両に接触したりすることもない。
【0058】
(実施例4)
次に、本発明第4の実施例について説明する。図9は本発明の平板型焦点合わせ反射鏡を建造物に取り付けた第4の実施例を示す。この実施例で使用される平板型焦点合わせ反射鏡30もまた、上記第1の実施例或いは第2の実施例における平板型焦点合わせ反射鏡と同様の構成を有する。本実施例においては、建造物31の外側壁32に平板状の本体33を取り付け、この平板状の本体33の表面34に複数個の反射部(ゾーン)を形成するリング形状の凹凸面を同心状に配置して、これらの各ゾーンの凹面を電磁波の反射面として成る。表面34に配置した各ゾーンの反射面は全てのゾーンの反射面で反射した電磁波が反射鏡の表面34の前方に所定の位置に収束するように形成されている。このような構成により、建造物31の外部壁32の全面積或いは面積の一部を反射鏡の面積として利用し、これに対応して高い利得をもつロープロファイル反射鏡アンテナを実現可能である。
【0059】
なお、本発明の平板型焦点合わせ反射鏡30の建造物31 への取り付けは、上記のような外側壁32に限らず、屋上などに取り付けることもできる。この場合は、建造物31にアンテナを据え付けるにあたって、ロープロファイルアンテナを簡単に取り付けることができ、設置工事等が簡単且つ安価に行なえる。また、平板型焦点合わせ反射鏡30を傾斜した屋根に取り付けることもできる。この場合は、屋根の面積の一部或は全部をアンテナの反射鏡面積に用いることができ、これに対応して高い利得をもつ反射鏡アンテナを実現可能である。さらに、屋根の傾斜により反射鏡の傾きを衛星の仰角方向に合わせやすくなる。また、大面積反射鏡の場合でも、風が吹いたりしても、アンテナが飛ばされるといった心配はない。
【0060】
(実施例5)
図10および図11は本発明の第5の実施例として、平板型焦点合わせ反射鏡を反射鏡アンテナ装置の反射鏡として用い、これを収納する収納ボックスの別の例を示す。このうち、図10は収納ボックスを同図中矢印Sの方向に完全に開けて裏返しにした状態を示す斜視図であり、図11は裏返しにした収納ボックスの板部材を広げてボックス自体の外表面とともにアンテナとして使用する、使用状態を示す斜視図である。
【0061】
この収納ボックス41は、ボックス本体42と、このボックス本体42に開閉可能に取り付けられた蓋部材43とを備えて成る。収納ボックス41は、全体として四角い箱形構造を有し、ボックス本体42の底面および蓋部材43の上面は略平板状に形成される。また、ボックス本体42の外側底面には2枚の板部材44a、44bが取り付けられる一方、蓋部材43の外側上面には2枚の板部材45a、45bが取り付けられている。板部材44a、44bはボックス本体42の外側底面において、左右両側に分割した状態で据え付けられ、それぞれ左右両端縁部でヒンジ結合されることにより矢印S1、S2方向に開閉可能に取り付けられている。板部材45a、45bもまた同様に、蓋部材43の外側上面において、左右両側に分割した状態で据え付けられ、それぞれ左右両端縁部でヒンジ結合されることにより矢印S3、S4方向に開閉可能に取り付けられている。符号46、47、48、49はそれぞれヒンジ部である。
【0062】
そして、収納ボックス41の蓋部材43を開けて裏返した状態でボックス本体42の板部材44a、44bおよび蓋部材43の板部材45a、45bを開くと(図11)、ボックス本体42の外側底面、蓋部材43の外側上面、および各板部材44a、44b、45a、45bの内側面にかけてリング形状の凹凸面50が同心円状に形成されている。リング形状の凹凸面50は電磁波の反射面となっている。
【0063】
このような構成を有するため、収納ボックス41は、蓋部材43を開けて裏返し、さらに各板部材44a、44b、45a、45bを開くと、大面積の板状部材となり、この板状部材が天空を向いた所定の傾斜角度に固定し、電磁波取込或いは電磁波放射機能に適応した部材を備えた場合に、一定の送受信操作を行なうことにより電磁波の送信或いは受信を行なうことができ、通信や放送といったデータ伝送動作を行なうことができる。この態様は、上述の第1の実施例における収納ボックス11が蓋部材13を用い、またその内側面を反射面としていたのに比べると、別の態様の反射鏡を実現している。また、本実施例の反射鏡の面積は第1の実施の形態例に比較して約4倍となり、これに対応して高いアンテナ利得を得ることができる。
【0064】
通信や放送といったデータ伝送の操作が終了したきは、各板部材44a、44b、45a、45bを畳み、各種機材を収納ボックス41内に納めるとともに蓋部材43を閉めるだけで平板型焦点合わせ反射鏡を収納することができる。この場合反射鏡が平面構造であるために、収納ボックス内に納められた他の機材に干渉したりすることは極力抑えられ、反射鏡の占める空間も最小限に抑えることができる。また、上記各板部材44a、44b、45a、45bを畳んだことにより、電磁波の反射面となるリング形状の凹凸面50は各板部材44a、44b、45a、45bの内側にしまい込まれるから、外則に露出することはなく、保護される。
【0065】
(実施例6)
図12は本発明の第6の実施例として、平板型焦点合わせ反射鏡を反射鏡アンテナの反射鏡として用いたものを示す斜視図である。この図は、平板型焦点合わせ反射鏡をを収納可能に備えた収納ボックスのさらに別の例として、実施例5の場合と同様、収納ボックス41を同図中矢印Sの方向に完全に開けて裏返しにしてアンテナとして使用する。
【0066】
この収納ボックス41は、構造的には第5の実施例のものと同様であり、ボックス本体42と、このボックス本体42に開閉可能に取り付けられた蓋部材43とを備えて成る。収納ボックス41は、全体として四角い箱形構造を有し、ボックス本体42の底面および蓋部材43の上面は略平板状に形成されている。しかし、第5の実施例とは異なり、ボックス本体42の底部の外表面53には第1のリング形状の凹凸面51が同心円状に形成されている一方、蓋部材43の上面(外表面)54には上記第1のリング形状の凹凸面51とは異なるピッチを有する第2のリング形状の凹凸面52が同心円状に形成されている。第1および第2のリング形状の凹凸面51、52はそれぞれ異なった波長の電磁波を反射する複数の反射面となっている。
【0067】
このような構成を有するため、収納ボックス41は、蓋部材43を開けて裏返すと2つの平板型焦点合わせ反射鏡を持つアンテナ装置を実現することが可能になる。すなわち、一方の反射鏡(例えば第1のリング形状の凹凸面52を有する反射鏡)に電磁波放射部材を備え、この反射鏡を電磁波送信のためのアンテナの反射鏡として用いる。また他方の反射鏡(第2のリング形状の凹凸面51を有する反射鏡)に電磁波取込部材を備え、この反射鏡を電磁波受信のためのアンテナの反射鏡として用いる。これにより、収納ボックスを開くだけで、電磁波送信と電磁波受信を異なった周波数で行う用途に適応したアンテナを実現することができる。
【0068】
なお、この第6の実施例の場合は、ボックス本体42および蓋部材43の外表面にリング形状の凹凸面51および52が設けられているため、これらのリング形状の凹凸面51および52が傷つけられ易くなるが、いずれの凹凸面51および52にもカバーなどの適切な保護部材を取り付けることにより守ることができる。
【0069】
(実施の形態2)
図13は本発明の第2の実施の形態として、平板型の反射面を有し、この反射面を平行な帯状区域(ゾーン)に分け各ゾーンに所定の凹凸面を形成した平板型焦点合わせ反射鏡の正面図である。この平板型焦点合わせ反射鏡は、従来例で述べたパラボラ型円筒反射鏡(Parabolic Cylindrical Reflector:従来型の円筒反射鏡)と原理的に同等の機能を有する。図13において、上下方向(垂直方向)をXYZ直交座標におけるX軸方向、左右方向(水平方向)をZ軸方向とする。また図13の紙面に対して垂直な方向をY軸方向とする。
【0070】
この実施の形態に係る平板型焦点合わせ反射鏡61もまた、外観上は、第1の実施の形態で述べたリング形状の凹凸面を同心円状に形成した反射鏡1と同様な構成を有する。しかしこの反射鏡61は、平板状の本体62と、この本体62の表面に形成された複数の凹凸のゾーン63(63−1、63−2、63−3、・・・・)とを有している。そして、ゾーン63は、反射鏡61の一点を中心点として、この点を含み上下方向に一定の幅を持ったゾーンを中心ゾーン(ゾーン番号n=1)63−1としている。中心ゾーン63−1の上下両方向には複数列のX軸の方向にロープロファイル状に湾曲し、且つZ軸の方向に延びる周辺ゾーン63−2、63−3、・・・・(ゾーン番号n=2,3,4,・・・・)が配置されてなる。
【0071】
中心ゾーン63−1および周辺ゾーン63−2、63−3、・・・・は、それぞれがX軸の方向にロープロファイル状に湾曲している。また、各ゾーン63−1、63−2、63−3、・・・・のプロファイル形状は当該湾曲方向に対して直角の方向(つまりZ軸の方向)に依存しておらず、これらのゾーン63−1、63−2、63−3、・・・・はZ軸方向に略直線的に延びている。ここにおいて、上記「湾曲方向に対して直角の方向に依存しておらず、」とは、湾曲方向に対して直角の方向には湾曲やうねり、凹凸、或いは段差などの形状変化がないことを意味する。すなわち、各ゾーン63−1、63−2、63−3、・・・・の湾曲凹面は、当該湾曲の方向とは略直角の方向に、その湾曲形状を保持したまま略直線状に延びている。さらに、各ゾーン63−1、63−2、63−3、・・・・は、湾曲方向に並列的に配置されるとともに、各ゾーンの湾曲凹面が電磁波の反射面となっている。
【0072】
以上から、本実施の形態における反射鏡61の構成上の特徴は、所定の方向に湾曲し、且つ当該湾方向に対して直角の方向に略直線状に延びる略部分円筒形状のゾーンが複数個設けられ、且つ、この複数のゾーンが、湾曲方向に並列配置されてなる点にある。
【0073】
なお、上記中心点は、図13で見て、反射鏡61の上下方向略中央部分に設定してあるが、ここにいう「中心点」とは反射の中心という意味であり、上記中央の位置に限らず、反射鏡61の任意の位置(例えば中央から上下方向いずれか一方に偏在した位置)に設定されていてもよい。また、各ゾーン63−1、63−2、63−3、・・・・の凹面の形状は、当該各ゾーン63−1、63−2、63−3、・・・・の凹面で反射した電磁波が反射鏡61の反射鏡面の前方の所定の位置に直線状において、これらのゾーンが延びる方向に平行な直線状に収束するように形成されている。その収束状態は、図15に示すような、従来において使用されていたパラボラ型円筒反射鏡102によって反射された電磁波が、その反射面の前方の所定の位置に直線状に収束するのと等価である。
【0074】
かかる電磁波の反射を行なわせるために、各ゾーン63の凹面の形状は、図13に示すようなXYZ直交座標において、XとYの関数で表現される。なおZ方向へは変化はしない(湾曲しない)。
【0075】
反射鏡61の中心点を含む中心ゾーン63−1(ゾーン番号n=1)の位置および反射面形状は反射鏡表面の上記中心点からゾーンのロープロファイル湾曲方向外方に向けて、第1の実施の形態における図3を用いた説明により算出可能であり、下記の式で表される。
【0076】
XYZ直交座標のXZ面に置かれた反射鏡の本体の表面に対してX軸方向にゾーニングを行う場合、中心ゾーン(ゾーン番号n=1)の中心ポイント(スタートポイント座標でもある)およびエンドポイントの位置は、
中心ポイント座標:   X1 A =0
エンドポイント座標:  X1 D =1/2{λ(4r0 −λ)}1/2
であり、
中心ゾーンの曲面形状は、XZ面に対する中心ゾーンの凹凸面(反射面)の相対的な高さh1 で表すと、
1 =(X2 /(4r0 −λ))+λ/4
ただし、0≦X≦X1 D である。
ここで、
λ:電磁波の波長
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル)と焦点間の法線上の距離
である。
【0077】
また、反射鏡61の周辺ゾーン63−2、63−3、・・・・(ゾーン番号n=2,3,4,・・・)の位置および反射面形状は反射鏡表面の上記中心点からゾーンのロープロファイル湾曲方向外方に向けて(式1)〜(式5)から算出可能であり、下記の式で表される。
ゾーン番号:  n≠1,n=2,3,4,・・・・
ゾーンのスタートポイントおよびエンドポイントの位置(座標)
スタートポイント座標:
n A =1/2{(2n−3)λ(4r0 +(2n−3)λ)}1/2
エンドポイント座標:
n D =1/2{(2n−1)λ(4r0 +(2n−3)λ)}1/2
とし、
周辺ゾーンの曲面形状を、XZ面に対する周辺ゾーンの凹凸面(反射面)の相対的な高さhn で表すと、
n =〔(X2 /{4r0 +(2n−3)λ}〕−(2n−3)λ/4
ただし、Xn A ≦X≦Xn D である。
ここで、
n:中心ゾーン(中心ゾーン番号n=1)から数えた周辺ゾーン番号
λ:電磁波の波長
0 :XZ面(反射鏡の本体の表面レベル)と焦点間の法線上の距離
である。
【0078】
以上により本実施の形態の平板型焦点合わせ反射鏡における各ゾーンの位置および曲面形状が決定される。また、本発明の平板型焦点合わせ反射鏡では、第1の実施の形態におけるようなリング形状の凹凸面を同心円状に形成した反射鏡1の場合でも、或いは第2の実施の形態におけるような、所定の方向に湾曲し、且つ当該湾曲方向に対して直角の方向に延びる帯状区域が、湾曲方向に区分けされて複数個配置されてなる反射鏡61の場合でも、そのゾーンの位置および曲面形状は同じ式で表現されることが明らかとなった。
【0079】
なお、第1の実施の形態に係る平板型焦点合わせ反射鏡の利用例として実施例1〜実施例6にわたる事例を説明したが、同様の利用態様は、この第2の実施の形態に係る平板型焦点合わせ反射鏡においても実現することができる。
【0080】
以上のように、本発明の平板型焦点合わせ反射鏡は種々の適用形態が考えられ、それぞれの適用状況において、優れた効果を発揮する。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、衛星放送や通信に用いられるアンテナの反射鏡を平面型にしたため、大面積反射鏡の場合でもアンテナの設置場所についての制約が軽減されるという効果が得られる。
【0082】
また反射鏡の面積が大きい場合でも、この反射鏡の折りたたみ、収納や持ち運びなどが便利で、種々の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の平板型焦点合わせ反射鏡の概略構造を示す側方断面図。
【図2】本発明の反射鏡表面における周辺ゾーンの位置および反射面形状を決定する論理を説明する原理図である。
【図3】本発明の反射鏡表面の一点をゾーニングの中心点にした場合、この点を含む中心ゾーンの位置および反射面形状を決定する論理を説明する原理図である。
【図4】本発明におけるゾーニングの原理を説明する図である。
【図5】本発明の第1の実施例として送受信機ユニットを収納するための平板型焦点合わせ反射鏡を備えた収納ボックスを示す斜視図である。
【図6】本発明の平板型焦点合わせ反射鏡の第2の実施例を示す斜視図である。
【図7】(a)前記第2の実施例において、反射部材を反射鏡の電磁波反射面の焦点の外側に凹面を対向配置させた取付け状態を示す側面図
(b)前記第2の実施例において、反射部材を反射鏡の電磁波反射面の焦点の内側に凸面を対向配置させた取付け状態を示す側面図
【図8】本発明の平板型焦点合わせ反射鏡を通信中継車両に備え付けた第3の実施例を示す側面図である。
【図9】本発明の平板型焦点合わせ反射鏡を建造物に取り付けた第4の実施例を示す斜視図である。
【図10】本発明の第5の実施例として、平板型焦点合わせ反射鏡を反射鏡アンテナ装置の反射鏡として用い、送受信器ユニットなどを収納するこの反射鏡を備えた別の例の収納ボックスを開けて裏返しにした状態を示す斜視図
【図11】前記第5の実施例において、収納ボックスを開けて裏返しにし、さらに板部材を広げてボックス自体の外表面とともに反射鏡アンテナ装置の反射鏡として使用する、使用状態を示す斜視図
【図12】本発明の第6の実施例として、平板型焦点合わせ反射鏡を反射鏡アンテナ装置の反射鏡として用いたものを示す斜視図
【図13】本発明の第2の実施の形態として、平板型の反射鏡表面を有し、この反射鏡表面を平行なゾーンに分け各ゾーンに所定の凹凸面を形成した平板型焦点合わせ反射鏡の正面図
【図14】従来から多く使用されているパラボラ型の反射鏡アンテナを示す斜視図
【図15】従来から多く使用されているパラボラ型円筒反射鏡アンテナを示す斜視図
【図16】(a)図14或は図15に示したアンテナ装置の電磁波受信を行う場合の動作原理を説明する図
(b)図14或は図15に示したアンテナ装置の電磁波送信を行う場合の動作原理を説明する図
【符号の説明】
1、15、30、61  反射鏡
2 (反射鏡)本体
3、63  ゾーン
11 収納ボックス
12、42  ボックス本体
13、43  蓋部材
14 内側面
16、28、33  本体
17 凹面
18、29  反射鏡表面
19 反射部材
20 支持部材
21 電磁波放射/取込部材
25 反射鏡
26 車両
27 屋根部
31 建造物
32 外側壁
34 表面
41 収納ボックス
44a、44b、45a、45b板部材
46、47、48、49 ヒンジ部
50、51、52  (リング形状)凹凸面
【出願人】 【識別番号】500309632
【氏名又は名称】株式会社テレマン・コミュニケーションズ
【出願日】 平成14年6月28日(2002.6.28)
【代理人】 【識別番号】100081514
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 一

【識別番号】100082692
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵合 正博

【公開番号】 特開2004−40163(P2004−40163A)
【公開日】 平成16年2月5日(2004.2.5)
【出願番号】 特願2002−190298(P2002−190298)