特許 7244234 屈折率分布型（ＧＲＩＮ）スポークレンズ及び動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】屈折率分布型（ＧＲＩＮ）スポークレンズ及び動作方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 3/00 20060101AFI20230314BHJP

   H01Q 15/08 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

G02B3/00 B

H01Q15/08

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018153887

(22)【出願日】2018-08-20

(65)【公開番号】P2019056902

(43)【公開日】2019-04-11

【審査請求日】2021-07-21

(31)【優先権主張番号】15/710,159

(32)【優先日】2017-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】コリン・アンソニー・マイナー・ディール

(72)【発明者】

【氏名】コーリー・マッキニー・タッカー

【審査官】植野 孝郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第０１／０１１７２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／００３９３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第５６７７７９６（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３２２７０３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ３／００－ ３／１４

Ｇ０２Ｂ １／００－ １／０８

Ｈ０１Ｑ１５／００－１９／３２

Ｈ０１Ｑ２１／００－２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心部分（１０４）と、
前記中心部分（１０４）と接触し、周縁領域に延在する複数のスポーク部分（１０８、１１２）であって、前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）が、前記中心部分（１０４）から前記周縁領域まで延在する少なくとも第１のモノリシックスポーク部分（１０８、１１２）を含む、複数のスポーク部分（１０８、１１２）と、を含み、
前記中心部分（１０４）及び前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）が、前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）の間に複数のキャビティ領域（１１０）を画定し、
前記中心部分（１０４）、前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）、及び前記複数のキャビティ領域（１１０）が、前記中心部分（１０４）からの半径方向距離に基づく複数の有効誘電率を有する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ（１００）に含まれ、
前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）の各スポーク部分（１０８、１１２）が、前記中心部分から前記周縁領域に向かうにつれて太くなる幅を有する、装置。

【請求項2】

前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）に結合され、前記周縁領域を画定する外側リング構造（１２０）をさらに含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）の各スポーク部分（１０８、１１２）が、テーパー形状（４２２）を有する、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

前記第１のモノリシックスポーク部分（１０８、１１２）の幅（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４）が、前記テーパー形状（４２２）を形成するために前記半径方向距離に基づいて変化する、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）の数が、前記ＧＲＩＮレンズ（１００）に関連付けられた周波数と関係する、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記複数の有効誘電率が、連続的な範囲の有効誘電率（４１２）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記ＧＲＩＮレンズがさらに、集束された電磁信号（３１４）を送信するために、電磁信号（３１２）を集束し、または集束された電磁信号（３１８）を受信するために、電磁信号（３１４）を集束するように構成された、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項8】

集束された電磁信号（３１４）を前記ＧＲＩＮレンズ（１００）を介して送信するように構成されたアンテナ（３０４）または集束された電磁信号（３１８）を前記ＧＲＩＮレンズ（１００）を介して受信するように構成されたアンテナ（３０８）をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項9】

屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ（１００）において電磁信号（３１２）または電磁信号（３１４）を受信する段階と、
前記ＧＲＩＮレンズ（１００）の中心部分（１０４）からの半径方向距離に基づき、さらに前記ＧＲＩＮレンズ（１００）の中心部分（１０４）及び複数のスポーク部分（１０８、１１２）によって画定される複数のキャビティ領域（１１０）に基づく、複数の有効誘電率に基づいて、前記ＧＲＩＮレンズ（１００）において前記電磁信号（３１２）または前記電磁信号（３１４）を変更する段階と、を含み、
前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）が、前記ＧＲＩＮレンズ（１００）の前記中心部分（１０４）から周縁領域へ延在する少なくとも第１のモノリシックスポーク部分（１０８、１１２）を含み、
前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）の各スポーク部分（１０８、１１２）が、前記中心部分から前記周縁領域に向かうにつれて太くなる幅を有する、方法。

【請求項10】

前記電磁信号（３１４）を集束して、電磁信号（３１８）を受信器アンテナ（３０８）に送信する段階をさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記電磁信号（３１４）が、通信チャンネル（３２０）を介して送信器アンテナ（３０４）から受信される、請求項９または１０に記載の方法。

【請求項12】

前記複数の有効誘電率が、連続的な範囲の有効誘電率（４１２）を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記複数のスポーク部分（１０８、１１２）の数が、前記電磁信号（３１２）または前記電磁信号（３１４）の周波数に関係する、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

集束された前記電磁信号（３１４）を送信し、または集束された前記電磁信号（３１８）を受信するように、前記ＧＲＩＮレンズ（１００）が前記電磁信号（３１２）または前記電磁信号（３１４）を集束する、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

前記ＧＲＩＮレンズ（１００）を通して、アンテナ（３０４）が集束された前記電磁信号（３１４）を送信し、またはアンテナ（３０８）が集束された前記電磁信号（３１８）を受信する、請求項１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に電磁信号を集束するレンズに関する。

【背景技術】

【0002】

電子デバイスは、電磁（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ、ＥＭ）信号を使用して通信しうる。例えば、データは、ＥＭ信号を使用して表され、ＥＭ信号は１つの電子デバイスのアンテナから別の電子デバイスのアンテナへ、無線ネットワークなどの通信ネットワークを介して提供されうる。

【0003】

長距離通信に関して、アンテナからのＥＭ信号は、皿構造（例えばパラボラディッシュ）またはレンズ、例えば屈折率分布型（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ、ＧＲＩＮ）レンズを用いて集束されうる。皿構造またはレンズは重く、大きくなることがあり、これはコストを増大させうる。皿構造またはレンズの大きさを低減することにより、ＥＭ信号の増幅率が減少する可能性があり、これはＥＭ信号の信号品質を低下させることとなる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

例示的な例において、本装置は、中心部分と、中心部分と接触し、周縁領域に延在する複数のスポーク部分と、を含む。複数のスポーク部分が、中心部分から周縁領域まで延在する少なくとも第１のモノリシックスポーク部分を含み、中心部分及び複数のスポーク部分が、複数のスポーク部分の間に複数のキャビティ領域を画定する。中心部分、複数のスポーク部分、及び複数のキャビティ領域が、中心部分からの半径方向距離に基づく複数の有効誘電率を有する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズに含まれる。

【0005】

別の例において、本方法は、ＧＲＩＮレンズにおいて電磁波形を受信する段階を含む。本方法はさらに、複数の有効誘電率に基づいて、ＧＲＩＮレンズにおいて電磁波形を変更する段階を含む。複数の有効誘電率は、ＧＲＩＮレンズの中心部分からの半径方向距離に基づき、さらにＧＲＩＮレンズの中心部分及び複数のスポーク部分によって画定される複数のキャビティ領域に基づく。複数のスポーク部分が、ＧＲＩＮレンズの中心部分から周縁領域へ延在する少なくとも第１のモノリシックスポーク部分を含む。

【0006】

別の例において、本装置は、中心部分と、中心部分と接触し、周縁領域へ延在する複数のスポーク部分と、を含む。中心部分及び複数のスポーク部分は、複数のスポーク部分の間に複数のキャビティ領域を画定する。複数のキャビティ領域は、中心部分から周縁領域まで延在する少なくとも第１のモノリシックキャビティ領域を含む。中心部分、複数のスポーク部分、及び複数のキャビティ領域は、中心部分からの半径方向距離に基づく複数の有効誘電率を有するＧＲＩＮレンズに含まれる。

【0007】

説明された特徴、機能及び利点は、様々な実施形態で独立に達成され、またはさらに別の実施形態と組み合わされてもよく、そのさらなる詳細は以下の説明及び図面を参照して明らかにされうる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ハブアンドスポーク構成を有する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズの１つの例の特定の態様の斜視図を示す概略図である。

【図2】図１のＧＲＩＮレンズの特定の態様の平面図を示し、さらに図１のＧＲＩＮレンズの態様の詳細図を示す別の概略図である。

【図3】図１のＧＲＩＮレンズを含む通信システムの一例を示す図である。

【図4】図１のＧＲＩＮレンズの特定の例に関するグラフを示す図である。

【図5】図１のＧＲＩＮレンズの動作方法の一例を示すフロー図である。

【図6】本開示に従う、コンピュータ実装された方法の実施形態及び、コンピュータ実行可能なプログラム命令（またはコード）をサポートするように構成された汎用計算デバイスを含む計算環境のブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

例示的な例において、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズは、「ハブアンドスポーク」構成を有する。ＧＲＩＮレンズは、３Ｄ印刷プロセスを用いて製造されてもよく、これによってＧＲＩＮレンズに関するコストを低減する。例えば、ＧＲＩＮレンズのスポークの数及び幅は、ＧＲＩＮレンズの機能する周波数を変更するために変更されてもよく、各周波数ごとに新しいレンズ構成を生成するのに比べてコスト及び複雑さを低減する。

【0010】

ＧＲＩＮレンズのスポークは、テーパー形状を有する。例えば、ＧＲＩＮレンズの幅は、ＧＲＩＮレンズのハブからの半径方向距離の関数として減少しうる。結果的に、ＧＲＩＮレンズの有効誘電率は半径方向距離の関数として「連続的に」変化し、誘電率の「離散的な」変化を有する従来のＧＲＩＮレンズと比べてレンズの性能が向上する。

【0011】

図１は、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ１００の特定の例示的な例の特定の態様を示している。ＧＲＩＮレンズ１００はハブアンドスポーク構成を有し、（例えば、従来のＧＲＩＮデバイスのように「離散的に」または「段階的に」誘電率が変化するのではなく）ＧＲＩＮレンズ１００の中心部分１０４からの半径方向距離に基づいて変化する「連続的に」変化する誘電率に基づいて、電磁放射を集束するように構成される。

【0012】

特定の例において、ＧＲＩＮレンズ１００は、通信システムに含まれる。例えば、ＧＲＩＮレンズ１００は、送信アンテナから提供された電磁（ＥＭ）信号を集束するように構成されうる。代替的に、または追加的に、ＧＲＩＮレンズ１００は、送信アンテナから（例えば通信ネットワークを介して）受信され、受信アンテナへ提供されることとなるＥＭ信号を集束するように構成されうる。例示的な例において、システムは、ＧＲＩＮレンズ１００を通してＥＭ信号を送信または受信するように構成されたアンテナを含む。

【0013】

ＧＲＩＮレンズ１００は、中心部分１０４及び、中心部分１０４と接触した複数のスポーク部分を含む。例えば、複数のスポーク部分は、第１のスポーク部分１０８及び第２のスポーク部分１１２を含む。

【0014】

中心部分１０４及び複数のスポーク部分は、複数のスポーク部分の間の複数のキャビティ領域を画定する。例えば、第１のスポーク部分１０８及び第２のスポーク部分１１２は、キャビティ領域１１０を画定する。例示的な例において、複数のキャビティ領域は、エアギャップまたは真空ギャップに対応する。別の実装例において、複数のキャビティ領域のうち１つまたは複数は、複数のスポーク部分に含まれる第１の材料とは異なる第２の材料（例えば、プラスチックまたはその他の材料）などの材料で満たされ、またはそのような材料を含みうる。第２の材料は、第１の材料とは異なる誘電率を有しうる。

【0015】

複数のスポーク部分は、ＧＲＩＮレンズ１００の周縁領域へ延在する。図１の例において、ＧＲＩＮレンズ１００は、外側リング構造１２０を含む。別の実装例において、外側リング構造１２０は省略されうる。図１において、外側リング構造１２０は複数のスポーク部分に結合され、ＧＲＩＮレンズ１００の周縁領域を画定する。

【0016】

特定の例において、中心部分１０４は、ＧＲＩＮレンズ１００の複数のスポーク部分に関連付けられた誘電率よりも大きな誘電率に関連付けられる。この例において、ＧＲＩＮレンズ１００は凸レンズに対応し、電磁信号を集束するように構成されうる。別の例において、ＧＲＩＮレンズは凹レンズのような別のレンズに対応しうる。この場合、中心部分１０４は、ＧＲＩＮレンズ１００の複数のスポーク部分に関連付けられた誘電率よりも小さな誘電率に関連付けられうる。さらに、ＧＲＩＮレンズ１００の複数のスポーク部分は、中心部分１０４または外側リング構造１２０に向かってテーパー形状でありうる（例えば、複数のスポーク部分の幅は、中心部分１０４からの半径方向距離とともに増大または減少しうる）。いくつかの実装例において、外側リング構造１２０は、ＧＲＩＮレンズ１００から省略される（例えば、複数のスポーク部分は中心部分１０４で接続するが、ＧＲＩＮレンズ１００の周縁部分で接続しない）。別の実装例において、中心部分１０４はＧＲＩＮレンズ１００から省略される（例えば、複数のスポーク部分は外側リング構造１２０で接続するが、ＧＲＩＮレンズ１００の中心で接続しない）。

【0017】

複数のスポーク部分は、少なくとも第１のモノリシックスポーク部分を含む。特定の例において、複数のスポーク部分の各スポーク部分は、中心部分１０４から周縁領域へ延在するモノリシックスポーク部分に対応する。本明細書で使用されるように、「モノリシック」スポーク部分は、直線を形成する少なくとも何らかの材料を含む連続的な領域を含むスポーク部分を指す。モノリシックスポーク部分の特定の例示的な例が、図２を参照してさらに説明される。

【0018】

ＧＲＩＮレンズ１００は、中心部分１０４からの半径方向距離に基づく、複数の有効誘電率を有する（例えば、ＧＲＩＮレンズ１００の各半径は、特定の有効誘電率に関連付けられる）。本明細書で使用されるように、「有効」誘電率は、ＧＲＩＮレンズ１００の一部分に関連付けられた平均誘電率を指し、平均誘電率はＧＲＩＮレンズ１００の別の部分の誘電率に影響される。例えば、有効誘電率は、その部分への距離に基づいて別の誘電率に重みづけをする重みづけ平均を用いて決定されうる。特定の例において、有効誘電率は、ＧＲＩＮレンズ１００を製造するために使用される１つまたは複数の材料の誘電率によって、及びＧＲＩＮレンズ１００のキャビティの誘電率（これは１にほぼ等しくなりうる）によって影響される。

【0019】

特定の例において、ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分はテーパー形状を有し、スポーク部分の幅は、テーパー形状を形成するために中心部分１０４からの半径方向距離に基づいて変化する。結果的に、この例において、複数の有効誘電率が、複数のスポーク部分のテーパー形状に基づいて連続的な範囲の有効誘電率を含む。さらに例示すると、複数のスポーク部分の「スムーズな」テーパー形状は、ＧＲＩＮレンズ１００の有効誘電率の「スムーズな」遷移をもたらしうる（例えば、有効誘電率の不連続な、または段階的な変化の代わりに）。ＧＲＩＮレンズ１００に関する誘電率の特定の例示的な例が、さらに図４を参照して説明される。

【0020】

ＧＲＩＮレンズ１００は、高さＬを有しうる。いくつかの実装例において、高さＬは、ＧＲＩＮレンズ１００の各部分において実質的に一定でありうる。別の実装例において、高さＬは、例えば高さＬが中心位置１０４からの半径方向距離に従って増加するか、または減少するように、中心位置１０４からの半径方向距離に従って変化しうる。

【0021】

特定の例において、ＧＲＩＮレンズ１００に含まれるスポーク部分の数は、ＧＲＩＮレンズ１００に関する周波数に関連する。例えば、スポーク部分の数は、ＧＲＩＮレンズ１００に提供されることとなる信号の特定の周波数または周波数範囲に基づいて選択されうる。

【0022】

特定の例において、ＧＲＩＮレンズ１００は、光通信ネットワークなどの通信ネットワークを介して送信されることとなる、または受信されることとなるＥＭ信号を集束する（例えば、コリメートする）ように構成される。ＧＲＩＮレンズ１００は、遠距離場高利得信号を送信または受信するためにＥＭ放射を集束するように構成されうる。

【0023】

特定の例において、ＧＲＩＮレンズ１００は、例示的な例として、３Ｄ印刷プロセスまたは焼成プロセスなどの、付加的コンピュータ処理製造プロセスを用いて製造される。代替的に、または追加的に、ＧＲＩＮレンズ１００は、例示的な例としてミリングプロセスなどの、除去的コンピュータ処理製造プロセスを用いて製造されうる。特定の例において、ＧＲＩＮレンズは、例示的な例として、フォトリソグラフィとエッチングの複合プロセスなどの、１つまたは複数の付加的コンピュータ処理製造プロセス並びに１つまたは複数の付加的及び１つまたは複数の除去的コンピュータ処理製造プロセスの組合せを用いて製造される。

【0024】

ＧＲＩＮレンズ１００は、単一の材料または複数の材料を用いて（例えば、例示的な例として、主材料及び１つまたは複数のドーパント材料を用いて）製造されうる。例を示すと、図１の例において、ＧＲＩＮレンズ１００は、主材料１３０及びドーパント材料１３２を含む。図１の例は主材料１３０及びドーパント材料１３２を、外側リング構造１２０に含まれるものとして示しているが、主充填材料１３０及びドーパント材料１３２は、（外側リング構造１２０に含まれることに代えて、またはそれに加えて）ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の１つもしくは複数、またはＧＲＩＮレンズ１００の中心部分１０４に含まれうることは了解されるべきである。

【0025】

ＧＲＩＮレンズ１００は、中心部分１０４からの距離に基づき、勾配関数に従う誘電率を有する。例えば、誘電率は、中心位置１０４からの距離が大きくなるほど減少しうる。特定の応用例に応じて、ＧＲＩＮレンズ１００は、小型軽量アンテナとして（例えば、重いパラボラディッシュアンテナの代替として）、モバイルデバイスのための薄型高利得アンテナとして、低出力スイッチビームアンテナとして（例えば、フェーズドアレイの代替として）、ホーンアンテナとして、別のデバイスとして、またはそれらの組合せとして実装されうる。

【0026】

図１のＧＲＩＮレンズ１００は、特定のデバイスに関するコストを低減しうる。例えば、ＧＲＩＮレンズ１００は、より大きなデバイス（例えば、重いパラボラディッシュアンテナ）の代わりに実装されてもよく、これは送信デバイス、受信デバイスまたはその両方のコスト及び複雑さを低減しうる。

【0027】

図２は、図１のＧＲＩＮレンズ１００の特定の態様の平面図を示している。図２はさらに、図１のＧＲＩＮレンズの一部の詳細図２５０を示している。

【0028】

詳細図２５０は、第１のスポーク部分１０８、キャビティ領域１１０及び第２のスポーク部分１１２の特定の例示的な態様を示している。図２において、スポーク部分１０８、１１２は、中心部分１０４から外側リング構造１２０に延在するモノリシックスポーク部分に対応する。図２はまた、キャビティ領域１１０が、中心部分１０４から外側リング構造１２０へ延在するモノリシックキャビティ領域に対応することも示している。本明細書で使用されるように、「モノリシック」キャビティ領域は、連続的なキャビティ領域を指しうる。

【0029】

スポーク部分１０８、１１２はそれぞれ、中心部分１０４からの半径方向距離に従って変化するテーパー形状を有する。例えば、図２において、中心部分１０４からの第１の半径方向距離における第１のスポーク部分１０８の第１の幅Ｗ１は、中心部分１０４からの第２の半径方向距離における第１のスポーク部分１０８の第２の幅Ｗ２とは異なる。例えば、第１の半径方向距離は第２の半径方向距離よりも小さくてもよく、第１の幅Ｗ１は第２の幅Ｗ２よりも小さくてもよい。別の例として、中心部分１０４からの第３の半径方向距離における第２のスポーク部分１１２の第３の幅Ｗ３は、中心部分１０４からの第４の半径方向距離における第２のスポーク部分１１２の第４の幅Ｗ４とは異なる。例えば、第３の半径方向距離は第４の半径方向距離よりも小さくてもよく、第３の幅Ｗ３は第４の幅Ｗ４よりも小さくてもよい。特定の例において、第１の幅Ｗ１は第３の幅Ｗ３に対応し、第１の半径方向距離は第３の半径方向距離に対応する。特定の例において、第２の幅Ｗ２は第４の幅Ｗ４に対応し、第２の半径方向距離は第４の半径方向距離に対応する。

【0030】

さらに、図２の例において、スポーク部分１０８、１１２はそれぞれ、「双」テーパー形状を有し、このときスポーク部分１０８、１１２の断面積は、中心部分１０４からの特定の距離まで、中心部分１０４からの半径方向距離とともに増大し、特定の距離を超えると半径方向距離に従って減少する。例えば、図２において、中心部分１０４からの第５の半径方向距離における第１のスポーク部分１０８の第５の幅Ｗ５は第２の幅Ｗ２よりも小さい。別の例において、中心部分１０４からの第６の半径方向距離における第２のスポーク部分１１２の第６の幅Ｗ６は第４の幅Ｗ４よりも小さい。

【0031】

図２はスポーク部分１０８、１１２の特定の形態を示しているが、その他の例も本開示の範囲内にあることは了解されるべきである。例えば、「双」テーパー形状ではなく、スポーク部分１０８、１１２は「単一」テーパー形状を有しうる（例えば、スポーク部分１０８、１１２の断面積が、スポーク部分１０８、１１２の延在部分全体にわたって中心部分１０４からの距離とともに増大する）。別の例として、スポーク部分１０８、１１２は「逆」双テーパー形状を有しうる（例えば、スポーク部分１０８，１１２の断面積は、中心部分１０４から特定の距離まで、中心部分１０４からの半径方向距離とともに減少し、特定の距離を超えると半径方向距離とともに増大する）。他の例において、スポーク部分１０８、１１２は、１つまたは複数の別の形状を有しうる。

【0032】

特定の例において、ＧＲＩＮレンズ１００は、ある充填比ｇを有する（例えば、ｇは、ＧＲＩＮレンズ１００のキャビティ体積に対するスポーク部分体積の比を示す）。充填比ｇは、ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の数、もしくはＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の幅の１つまたは複数に基づく。例示的な例として、充填比ｇはｇ＝（Ｎｗ）／（２πｒ）に従って決定されてもよく、ＮはＧＲＩＮレンズ１００のスポークの数を示し、ｗはＧＲＩＮレンズ１００の特定の半径ｒにおけるスポークの幅を示す。

【0033】

ＧＲＩＮレンズ１００は、有効誘電率ε＿ｌｅｎｓ＝ε＿０（１－（α／２）ｒ＾２）を有する自己集束（ＳＥＬＦＯＣ）構成を有してもよく、ｒはＧＲＩＮレンズ１００の特定の半径を示し、ε＿０はＧＲＩＮレンズ１００の中心部分１０４の誘電率（例えば、ＧＲＩＮレンズ１００を製造するのに使用される材料の誘電率）を示し、αは定数（例えば、ＧＲＩＮレンズ１００に関する「最大」及び「最小」誘電率に基づいて決定される値）を示す。特定の例において、α＝２（ε＿０－ε＿ｍｉｎ）／（ε＿ｏ（Ｒ＾２））であり、ε＿ｍｉｎは、ＧＲＩＮレンズ１００の縁における「最小」誘電率（例えば、外側リング構造１２０の有効誘電率）を指し、ＲはＧＲＩＮレンズ１００の「最大」半径（例えば、中心部分１０４から外側リング構造１２０までの半径方向距離）を指す。

【0034】

ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の幅は、充填比ｇに基づいて、有効誘電率ε＿ｌｅｎｓに基づいて、１つもしくは複数の別のパラメータに基づいて、またはそれらの組合せに基づいて決定されうる。特定の例において、ＧＲＩＮレンズ１００の有効誘電率ε＿ｅｆｆは、ε＿ｅｆｆ＝ｇ（ε＿０－１）＋１に対応する。有効誘電率ε＿ｅｆｆは特定の値（例えば、ＧＲＩＮレンズ１００の所望の有効誘電率）に設定されてもよく、ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の幅は数式１に基づいて決定されてもよい。

【0035】

【数1】

【0036】

特定の例示的な例において、ＧＲＩＮレンズ１００の高さは、ＧＲＩＮレンズ１００の特定の焦点距離を決定するために選択される。例えば、特定の例において、背面焦点距離（ｂａｃｋ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ、ｂｆｌ）は、ＧＲＩＮレンズ１００の背面からＧＲＩＮレンズ１００の焦点までの距離に対応しうる。非限定的な例示的な例において、ｂｆｌ＝１／（Ｎ＊ｓｑｒｔ（α）＊ｔａｎ（Ｌ＊ｓｑｒｔ（α）））であり、ＬはＧＲＩＮレンズ１００の高さを指す。その他の例において、ＧＲＩＮレンズ１００の焦点距離は異なるものであってもよく、１つまたは複数の別のパラメータを用いて決定されてもよい。

【0037】

図２を参照して説明された１つまたは複数の態様は、特定のデバイスに関するコストを低減しうる。例えば、図２の１つまたは複数の態様は、ＧＲＩＮレンズ１００の特定の態様を設計して特定の仕様に合わせるために使用されうる。例示的な例において、有効誘電率は、数式１に従ってＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の幅を選択する（または変化させる）ことによって達成され（または変更され）てもよく、これによって、異なる有効誘電率のそれぞれについてレンズを再設計する技術と比較して、コスト及び複雑さを低減しうる。

【0038】

図３は、図１のＧＲＩＮレンズに対応する１つまたは複数のＧＲＩＮレンズを含む通信システム３００の例を示している。

【0039】

通信システム３００は、送信器アンテナ３０４を含む。図３において、送信器アンテナ３０４は、ＥＭ信号３１２を発生させ、ＥＭ信号３１２を図１のＧＲＩＮレンズ１００のようなＧＲＩＮレンズに提供するように構成される。ＧＲＩＮレンズ１００は、ＥＭ信号３１２を変更して（例えばＥＭ信号３１２を集束することによって）ＥＭ信号３１４を発生させるように構成される。

【0040】

ＥＭ信号３１４は、通信チャンネル３２０（例えば、例示的な例として、無線通信チャンネルまたは光ファイバー通信チャンネル）を介して１つまたは複数の受信器デバイスに提供されうる。例えば、ＧＲＩＮレンズ（例えばＧＲＩＮレンズ１００）は、通信チャンネル３２０を介してＥＭ信号３１４を受信し、ＥＭ信号３１４を変更して（例えばＥＭ信号３１４を集束することによって）、ＥＭ信号３１８を生成するように構成されうる。ＥＭ信号３１８は、ＥＭ信号３１２に対応しうる。ＥＭ信号３１８は、受信器アンテナ３０８に提供されうる。

【0041】

図３の通信システム３００の１つまたは複数の態様は、特定のデバイスに関するコストを低減しうる。例えば、ＧＲＩＮレンズ１００は、通信システム３００内のより大きなデバイス（例えば、重いパラボラディッシュアンテナ）に代えて実装されてもよく、これによって送信器デバイス、受信器デバイスまたはその両方のコスト及び複雑さを低減しうる。

【0042】

図４は、図１のＧＲＩＮレンズの特定の例に関するグラフを示す図である。図４のグラフは例示のために提供されたものであり、その他の例も本開示の範囲内にあることは了解されるべきである。

【0043】

図４は、第１のグラフ４１０を示している。第１のグラフ４１０の横座標は、ＧＲＩＮレンズ１００の中心部分１０４からの半径方向距離に対応し、第１のグラフ４１０の縦座標は、ＧＲＩＮレンズ１００の有効誘電率に対応する。第１のグラフ４１０は、ＧＲＩＮレンズ１００が連続的な範囲の有効誘電率４１２を有しうることを示している。図４の例は、連続的な範囲の有効誘電率４１２が、放物線、または実質的に放物線の分布を有しうることを示している。別の実装例において、例示的な例として、連続的な範囲の有効誘電率４１２は、連続的な範囲の有効誘電率４１２の軸方向分布または連続的な範囲の有効誘電率４１２の半径方向分布などの別の分布を有しうる。

【0044】

図４は、第２のグラフ４２０も示している。第２のグラフ４２０は、ＧＲＩＮレンズ１００の１つまたは複数のスポーク部分に対応しうる。第２のグラフ４２０の横座標は中心部分１０４からの半径方向距離に対応し、第２のグラフ４２０の縦座標はＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の断面積に対応する。第２のグラフ４２０は、ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分がテーパー形状４２２を有しうることを示しており、スポーク部分の断面積は、中心部分１０４からの半径方向距離とともに減少する。図４の例は、テーパー形状４２２が、指数関数的に減少する、または実質的に指数関数的に減少する分布を有しうることを示している。別の実装例において、テーパー形状４２２は、別の分布（例えば線形分布またはその他の分布）を有しうる。

【0045】

図４は、さらに第３のグラフ４３０を示している。第３のグラフ４３０の横座標は、ＧＲＩＮレンズ１００に関する周波数に対応し、第３のグラフ４３０の縦座標はＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の数に対応する。例えば、ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の数を増加させると、ＧＲＩＮレンズ１００に関する周波数が増大することとなりうる。ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の数を増加させると、スポーク部分の幅を減少さえることとなり、スポーク部分の間のキャビティの大きさを減少させることとなり、ＧＲＩＮレンズ１００の均一性を増大させることとなりうる。いくつかの応用例において、ＧＲＩＮレンズ１００の均一性を増大させると、より高い周波数のＥＭ信号をより多く送信することとなりうる（スポーク幅を減少させることによって均一性を減少させた場合と比べて）。図４の例は、ＧＲＩＮレンズ１００に関する周波数が、ＧＲＩＮレンズ１００のスポークの数とともに対数関数的に増大しうることを示している。別の実装例において、周波数は別の分布（例えば、線形分布またはその他の分布）に関連付けられうる。

【0046】

図１の１つまたは複数の態様は、特定のデバイスに関するコストを低減しうる。例えば、ＧＲＩＮレンズ１００に関する周波数は、第３のグラフ４３０に従ってＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の数を選択（または変更）することによって達成（または変更）されてもよく、これは、異なる周波数のそれぞれに対してレンズを再設計する技術と比較してコスト及び複雑さを低減しうる。

【0047】

図５は、図１のＧＲＩＮレンズの動作方法５００の例を示すフロー図である。

【0048】

本方法５００は、５０２においてＧＲＩＮレンズで電磁波形を受信する段階を含む。例えば、ＧＲＩＮレンズ１００は、送信器アンテナ３０４からＥＭ信号３１２を受信しうる。別の例として、ＧＲＩＮレンズ１００は、通信チャンネル３２０を介して送信器デバイスからＥＭ信号３１４を受信しうる。

【0049】

本方法５００はさらに、５０４において、複数の有効誘電率に基づいてＧＲＩＮレンズで電磁波形を変更する段階を含む。例えば、ＧＲＩＮレンズは、ＥＭ信号３１２を変更してＥＭ信号３１４を発生しうる。別の例として、ＧＲＩＮレンズ１００は、ＥＭ信号３１４を変更してＥＭ信号３１８を発生しうる。

【0050】

複数の有効誘電率は、ＧＲＩＮレンズの中心部からの半径方向距離に基づく。複数の有効誘電率はさらに、ＧＲＩＮレンズの中心部分及び複数のスポーク部分によって画定された複数のキャビティ領域に基づく。例えば、有効誘電率４１２の連続的な範囲は、中心部分１０４からの半径方向距離に基づき、キャビティ領域１１０を含む複数のキャビティ領域及びスポーク部分１０８、１１２を含む複数のスポーク部分に関連付けられた誘電率に基づく。複数の誘電率は、ＧＲＩＮレンズを製造するために使用される材料の誘電率に基づき、さらに複数のキャビティに関連付けられた誘電率（例えば、ほぼ１である誘電率）に基づきうる。複数のスポーク部分は、ＧＲＩＮレンズの中心部分から周縁領域まで延在する少なくとも第１のモノリシックスポーク部分を含む。例えば、スポーク部分１０８、１１２の１つまたは両方は、中心部分１０４から外側リング構造１２０まで延在するモノリシックスポーク部分に対応しうる。

【0051】

特定の例において、本方法５００はさらに、電磁波形を受信器アンテナに（例えば、通信チャンネル３２０などの通信チャンネルを介して）送信する段階を含みうる。例えば、送信器アンテナ３０４は、電磁波形を受信器アンテナ３０８へ送信しうる。別の例において、電磁波形は、通信チャンネルを介して送信器アンテナから受信されうる。例えば、ＧＲＩＮレンズ１００は、送信器アンテナ３０４から通信チャンネル３２０を介してＥＭ信号３１４を受信しうる。

【0052】

特定の例において、複数の有効誘電率は、連続的な範囲の有効誘電率４１２などの連続的な範囲の有効誘電率を含む。例示的な例において、複数のスポーク部分の数は、電磁波形の周波数に関連する。特定の非限定的な例として、ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の数は、図４の第３のグラフ４３０に従って電磁波形の周波数に基づいて選択されうる。さらに例えば、ＧＲＩＮレンズ１００のスポーク部分の数を増加させると、スポーク部分の幅を減少し、スポーク部分間のキャビティの大きさを減少し、ＧＲＩＮレンズ１００の均一性を増大させ、その結果、より高い周波数のＥＭ信号の送信がより大きくなりうる。

【0053】

図６は、本開示に従うコンピュータで実装された方法及びコンピュータで実行可能なプログラム命令（またはコード）の実施形態をサポートするように構成された汎用計算デバイス６１０を含む計算環境６００のブロック図を示している。例えば、計算デバイス６１０またはその一部は、図５の方法５００の１つまたは複数の動作を開始、実行または制御するための命令を実行しうる。計算デバイス６１０またはその一部はさらに、本明細書で説明された方法のいずれかに従う命令を実行しうる。

【0054】

計算デバイス６１０は、１つまたは複数の通信構成要素６９０を含みうる。１つまたは複数の通信構成要素６９０は、ＧＲＩＮレンズ１００を含む。図６の例において、１つまたは複数の通信構成要素６９０はさらに、送信器アンテナ３０４及び受信器アンテナ３０８を含む。

【0055】

計算デバイス６１０はプロセッサ６２０を含みうる。プロセッサ６２０は、システムメモリ６３０、１つもしくは複数のストレージデバイス６４０、１つもしくは複数の入力／出力インターフェース６５０、１つもしくは複数の通信インターフェース６６０またはそれらの組合せと通信しうる。システムメモリ６３０は、揮発性メモリデバイス（例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス）、不揮発性メモリデバイス（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）デバイス、プログラム可能読み出し専用メモリ及びフラッシュメモリ）、またはその両方を含みうる。システムメモリ６３０は、オペレーティングシステム６３２を保存してもよく、これは計算デバイス６１０を起動するための基本入出力システムを、計算デバイス６１０を使用者、その他のプログラム及びその他のデバイスと相互作用可能にするための完全なオペレーティングシステムとともに含みうる。システムメモリ６３０は、システム（プログラム）データ６３６を保存しうる。

【0056】

システムメモリ６３０は、プロセッサ６２０によって実行可能な１つまたは複数のアプリケーション６３４を含みうる。例として、１つまたは複数のアプリケーション６３４は、本明細書で説明された１つまたは複数の動作、例えば図５の方法５００の１つまたは複数の動作を開始し、制御し、または実行するための、プロセッサ６２０によって実行可能な命令を含みうる。例示的な例として、１つまたは複数のアプリケーション６３４は、１つまたは複数の通信構成要素６９０の動作と関連した（例えば無線通信ネットワークにおける無線通信と関連した）信号を発生し、制御するための、プロセッサ６２０によって実行可能な命令を含みうる。代替的に、または追加的に、命令は、１つまたは複数のその他の動作を開始し、実行し、または制御するために、プロセッサ６２０によって実行可能でありうる。

【0057】

プロセッサ６２０はまた、１つまたは複数のストレージデバイス６４０と通信しうる。例えば、１つまたは複数のストレージデバイス６４０は、磁気ディスク、光学ディスク、またはフラッシュメモリデバイスなどの不揮発性ストレージデバイスを含みうる。ストレージデバイス６４０は、取り外し可能、または取り外し不可能なメモリデバイスの両方を含みうる。ストレージデバイス６４０は、オペレーティングシステム、オペレーティングシステムのイメージ、アプリケーション及びプログラムデータを保存するように構成されうる。具体的な実施形態において、システムメモリ６３０、ストレージデバイス６４０またはその両方は、有体的なコンピュータ可読媒体を含む。

【0058】

プロセッサ６２０はまた、使用者の相互作用を容易にするように、計算デバイス６１０が１つまたは複数の入力／出力デバイス６７０と通信することを可能にする１つまたは複数の入力／出力インターフェース６５０と通信しうる。プロセッサ６２０は、入力／出力インターフェース６５０を介して受信される使用者の入力に基づいて、相互作用イベントを検出しうる。さらに、プロセッサ６２０は、入力／出力インターフェース６５０を介してディスプレイデバイスに表示を送信しうる。プロセッサ６２０は、１つまたは複数の通信インターフェース６６０を介して、デバイスまたはコントローラ６８０と通信しうる。

【0059】

例示的な例において、非一時的コンピュータ可読保存媒体（例えばシステムメモリ６４０）は、プロセッサ（例えばプロセッサ６２０）によって実行されると、プロセッサに動作を開始させ、実行させ、または制御させる命令を含む。動作は、図５の方法５００を参照して説明された１つまたは複数の動作などの、本明細書で説明された１つまたは複数の動作を含む。

【0060】

さらに、本開示は、以下の項目に従う実施形態を含む。

【0061】

項目１ 中心部分と、
前記中心部分と接触し、周縁領域に延在する複数のスポーク部分であって、前記複数のスポーク部分が、前記中心部分から前記周縁領域まで延在する少なくとも第１のモノリシックスポーク部分を含む、複数のスポーク部分と、を含み、
前記中心部分及び前記複数のスポーク部分が、前記複数のスポーク部分の間に複数のキャビティ領域を画定し、
前記中心部分、前記複数のスポーク部分、及び前記複数のキャビティ領域が、前記中心部分からの半径方向距離に基づく複数の有効誘電率を有する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズに含まれる、装置。

【0062】

項目２ 前記複数のスポーク部分に結合され、前記周縁領域を画定する外側リング構造をさらに含む、項目１に記載の装置。

【0063】

項目３ 前記複数のスポーク部分の各スポーク部分が、テーパー形状を有する、項目１または２に記載の装置。

【0064】

項目４ 前記第１のモノリシックスポーク部分の幅が、前記テーパー形状を形成するために前記半径方向距離に基づいて変化する、項目３に記載の装置。

【0065】

項目５ 前記複数のスポーク部分の数が、前記ＧＲＩＮレンズに関連付けられた周波数と関係する、項目１から４のいずれか一項に記載の装置。

【0066】

項目６ 前記複数の有効誘電率が、連続的な範囲の有効誘電率を含む、項目１から５のいずれか一項に記載の装置。

【0067】

項目７ 前記ＧＲＩＮレンズがさらに、遠距離場高利得信号を送信または受信するために、電磁放射を集束するように構成された、項目１から６のいずれか一項に記載の装置。

【0068】

項目８ 電磁信号を前記ＧＲＩＮレンズを介して送信または受信するように構成されたアンテナをさらに含む、項目１から７のいずれか一項に記載の装置。

【0069】

項目９ 屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズにおいて電磁波形を受信する段階と、
前記ＧＲＩＮレンズの中心部分からの半径方向距離に基づき、さらに前記ＧＲＩＮレンズの中心部分及び複数のスポーク部分によって画定される複数のキャビティ領域に基づく、複数の有効誘電率に基づいて、前記ＧＲＩＮレンズにおいて前記電磁波形を変更する段階と、を含み、
前記複数のスポーク部分が、前記ＧＲＩＮレンズの前記中心部分から周縁領域へ延在する少なくとも第１のモノリシックスポーク部分を含む、方法。

【0070】

項目１０ 前記電磁波形を受信器アンテナに送信する段階をさらに含む、項目９に記載の方法。

【0071】

項目１１ 前記電磁波形が、通信チャンネルを介して送信器アンテナから受信される、項目９または１０に記載の方法。

【0072】

項目１２ 前記複数の有効誘電率が、連続的な範囲の有効誘電率を含む、項目９から１１のいずれか一項に記載の方法。

【0073】

項目１３ 前記複数のスポーク部分の数が、前記電磁波形の周波数に関係する、項目９から１２のいずれか一項に記載の方法。

【0074】

項目１４ 中心部分と、
前記中心部分と接触し、周縁領域に延在する複数のスポーク部分と、を含み、
前記中心部分及び前記複数のスポーク部分が、前記複数のスポーク部分の間に複数のキャビティ領域を画定し、前記複数のキャビティ領域が、前記中心部分から前記周縁領域まで延在する少なくとも第１のモノリシックキャビティ領域を含み、
前記中心部分、前記複数のスポーク部分、及び前記複数のキャビティ領域が、前記中心部分からの半径方向距離に基づく複数の有効誘電率を有する屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズに含まれる、装置。

【0075】

項目１５ 前記複数のスポーク部分に結合され、前記周縁領域を画定する外側リング構造をさらに含む、項目１４に記載の装置。

【0076】

項目１６ 前記複数のスポーク部分の少なくとも１つが、テーパー形状を形成するために前記半径方向距離に基づいて変化する幅を有する、項目１４または１５に記載の装置。

【0077】

項目１７ 前記ＧＲＩＮレンズに関連づけられた周波数が、前記複数のスポーク部分の数に対応する、項目１４から１６のいずれか一項に記載の装置。

【0078】

項目１８ 前記複数の有効誘電率が、前記複数のスポーク部分のテーパー形状に基づく連続的な範囲の有効誘電率を含む、項目１４から１７のいずれか一項に記載の装置。

【0079】

項目１９ 前記ＧＲＩＮレンズが、遠距離場高利得信号を送信または受信するように、電磁放射を集束するようにさらに構成された、項目１４から１８のいずれか一項に記載の装置。

【0080】

項目２０ 前記ＧＲＩＮレンズを通して、電磁信号を送信または受信するように構成されたアンテナをさらに含む、項目１４から１９のいずれか一項に記載の装置。

【0081】

前述の実施形態は例示的なものであり、本開示を限定しない。多くの改良及び変更が、本開示の原理に従って可能であることは理解されるべきである。

【0082】

本明細書で説明された実施形態の図は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図されている。図は、本明細書で説明された構造または方法を利用する装置及びシステムの要素及び特徴の全てを完全に説明するものとして働くことを意図されていない。その他多くの実施形態が、本開示を参照すれば、当業者には明らかになりうる。その他の実施形態は、構造的または論理的な置換及び変更が、本開示の範囲を逸脱することなくなされうるように、本開示から利用され、得られうる。例えば、方法の段階は、図面に示されたのとは異なる順序で実行されてもよく、１つまたは複数の方法の段階が省略されてもよい。したがって、本開示及び図面は、限定的ではなくむしろ例示的であるものと考えられるべきである。

【0083】

さらに、具体的な実施形態が本明細書において例示され、説明されたが、同じ、または類似の結果を達成するために設計されたいかなる後続の構成も、図示された特定の実施形態と置き換えられうることは了解されるべきである。この開示は、様々な実施形態の任意の、及び全ての後続の適用または変形をカバーするものと意図される。前述の実施形態の組合せ、及び本明細書で具体的に説明されなかったその他の実施形態は、説明を参照することによって当業者には明らかになるであろう。

【0084】

本開示の要約書は、特許請求の範囲の意味または範囲を解釈または限定するために使用されないとの理解のもと提出される。さらに、前述の発明の詳細な説明において、様々な特徴は、本開示を合理化する目的のために１つにグループ化され、または単一の実施形態において説明されうる。この開示は、特許請求される実施形態が、各請求項において簡単に記載されたよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映したものとして解釈されるべきでない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、特許請求される対象物は、開示された実施形態のいずれかの特徴の全てよりも少ないものとされうる。

【符号の説明】

【0085】

１００ 屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ
１０４ 中心部分
１０８ 第１のスポーク部分
１１０ キャビティ領域
１１２ 第２のスポーク部分
１２０ 外側リング構造
１３０ 主材料
１３２ ドーパント材料
３００ 通信システム
３０４ 送信器アンテナ
３０８ 受信器アンテナ
３１２、３１４、３１８ ＥＭ信号
３２０
４１０ 第１のグラフ
４１２ 有効誘電率
４２０ 第２のグラフ
４２２ テーパー形状
４３０ 第３のグラフ
５００ ＧＲＩＮレンズの動作方法
６００ 計算環境
６１０ 汎用計算デバイス
６２０ プロセッサ
６３０ システムメモリ
６３２ オペレーティングシステム
６３４ アプリケーション
６３６ システム（プログラム）データ
６４０ ストレージデバイス
６５０ 入力／出力インターフェース
６６０ 通信インターフェース
６９０ 通信構成要素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】