特許 7562861 レーダーセンサおよび屈折率分布型レンズを含む車両アセンブリ

(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】2024-09-27

(45)【発行日】2024-10-07

(54)【発明の名称】レーダーセンサおよび屈折率分布型レンズを含む車両アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/32 20060101AFI20240930BHJP

   G01S 13/931 20200101ALI20240930BHJP

   H01Q 15/08 20060101ALI20240930BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/32 Z

G01S13/931

H01Q15/08

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023533383

(86)(22)【出願日】2021-11-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-13

(86)【国際出願番号】 EP2021082048

(87)【国際公開番号】W WO2022117349

(87)【国際公開日】2022-06-09

【審査請求日】2023-07-27

(31)【優先権主張番号】2012491

(32)【優先日】2020-12-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】391011607

【氏名又は名称】ヴァレオ ビジョン

【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＥＯ ＶＩＳＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100106655

【弁理士】

【氏名又は名称】森 秀行

(72)【発明者】

【氏名】ピエール、ルノー

(72)【発明者】

【氏名】ピエール、アルボー

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００７６５８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １／３２

Ｇ０１Ｓ １３／９３１

Ｈ０１Ｑ １５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両（２）向けの車両アセンブリ（１）であって、
－ 視野（ＦＯＶ）を有し、前記視野（ＦＯＶ）の中へ波長（λ）範囲（Δ１）のレーダー波（Ｒ１）を送信するよう構成されているレーダーセンサ（１０）と、
－ 前記レーダーセンサ（１０）へ向けて配置されるレンズ（１１）と、
を含み、
－ 前記レンズ（１１）は屈折率分布型レンズであって、下層（１２）とサブ波長構造の誘電体素子を形成するパターン（１３０）の層（１３）とを含み、前記パターン（１３０）の繰り返し周期（Λ１、Λ２）は前記範囲（Δ１）内の前記波長（λ）の一つの４分の１未満であることを特徴とし、また前記パターン（１３０）の前記層（１３）は前記層（１３）内の前記パターン（１３０）の局所密度（τ_ｒ）に応じて算出される局所的屈折率（ｎ１）を有することを特徴とする、車両アセンブリ（１）。

【請求項2】

前記レーダーセンサ（１０）は、ミリ波、極超短波、またはマイクロ波のレーダーセンサである、請求項１に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項3】

前記レーダー波（Ｒ１）は、１００ＭＨｚ～５ＧＨｚから成る周波数帯域で送信される、請求項２に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項4】

前記パターン（１３０）の前記繰り返し周期（Λ１、Λ２）は、前記波長（λ）の１０分の１未満である、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項5】

前記レンズ（１１）は、それぞれが１つの前記パターン（１３０）を含む単位セル（１３２）から成り、前記レンズ（１１）の所与の点における前記層（１３）内の前記パターン（１３０）の前記局所密度（τ_ｒ）は、用いられる前記波長範囲（Δ１）内の前記波長（λ）の一つのオーダーの所与の値よりも前記レンズ（１１）上の問題の点から小さい距離に配置される前記単位セル（１３２）のそれぞれに対して得られる空間占有率（τ_ｒ１３２）のすべての加重平均と等しい、請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項6】

前記単位セル（１３２）のそれぞれの前記空間占有率（τ_ｒ１３２）は、前記パターン（１３０）の前記繰り返し周期（Λ１、Λ２）に前記単位セル（１３２）の前記パターン（１３０）の最大高さ（ｈｍａｘ）を乗じたもので前記単位セル（１３２）内の材料の体積（Ｖ_１３２）を割ったものと等しい、請求項５に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項7】

前記局所密度（τ_ｒ）は、前記パターン（１３０）の長さ（ａ２）を幅（ａ１）に乗じたものを前記パターン（１３０）の前記繰り返し周期（Λ１、Λ２）で割ったものと等しい、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項8】

前記局所的屈折率（ｎ１）は、前記局所密度（τ_ｒ）と、前記パターン（１３０）の誘電率（ε_ｍａｘ）と、空気の誘電率（ε_ｍｉｎ）とにより決まる、２つの有効屈折率（ｎ_{ｅｆｆＴＥ}、ｎ_{ｅｆｆＴＭ}）からなる、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項9】

前記パターン（１３０）は、円筒プリズム、直方体プリズム、ピラミッド型プリズム、立方体プリズム、または複数のトーラスから成る部分である、請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項10】

前記パターン（１３０）は０．４ｍｍ未満の寸法（ａ１、ａ２）を有する、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項11】

前記レンズ（１１）は、前記パターン（１３０）の高さ（ｈ１）と前記下層（１２）の厚さ（ｅ２）により形成される全厚（ｅ０）を有し、前記全厚（ｅ０）は、前記パターン（１３０）の前記層（１３）と前記下層（１２）の等価屈折率（ｎ_ｅｑ）の２倍に前記レーダー波（Ｒ１）の入射角（θ）に対応する屈折角（ｒ）のコサインを乗じたもので前記波長（λ）を割ったもののｍ倍（ｍは整数）と等しくなるような寸法とされる、請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項12】

前記入射角（θ）がゼロと等しい場合は、前記全厚（ｅ０）は、前記等価屈折率（ｎ_ｅｑ）の２倍で前記波長（λ）を割ったものと等しい、請求項１１に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項13】

前記全厚（ｅ０）はarctan(d1/(2e4))と等しい入射角（θ）を用いて規定され、ｅ４は前記レーダーセンサ（１０）と前レンズ（１１）の間の距離であり、ｄ１は前記レーダーセンサ（１０）の送信アンテナ（１００）と受信アンテナ（１０１）の間の距離である、請求項１１または１２に記載の車両アセンブリ（１）。

【請求項14】

レーダー波（Ｒ１）を送信するよう構成されている車両（２）のレーダーセンサ（１０）の視野（ＦＯＶ）を適合させるよう構成され、前記レーダーセンサ（１０）へ向けて配置されるレンズ（１１）であって、
－ 前記レンズ（１１）は屈折率分布型レンズであって、下層（１２）とサブ波長構造の誘電体素子を形成するパターン（１３０）の層（１３）とを含み、前記パターン（１３０）の繰り返し周期（Λ１、Λ２）は前記レーダー波（Ｒ１）が送信される波長（λ）範囲（Δ１）内の前記波長（λ）の一つの４分の１未満であり、前記パターン（１３０）の前記層（１３）は前記層（１３）内の前記パターン（１３０）の局所密度（τ_ｒ）に応じて算出される局所的屈折率（ｎ１）を有することを特徴とする、レンズ（１１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は車両アセンブリに関する。本発明は、特に自動車に対して適用可能であるが、これに限定されない。

【背景技術】

【0002】

当業者に既知の車両アセンブリは、
－ 視野を有し、前記視野の中へ波長範囲内のレーダー波を送信するよう構成されているレーダーセンサと、
－ 前記レーダーセンサへ向けて配置されるレンズと、
を含む。

【0003】

この車両アセンブリは、車両の外の環境にある物体のレーダーセンサによる検出に関する要求を満たすために、車両の前部または後部に設置される。レンズは、レーダーセンサの視野を適合させるために湾曲している。具体的には、レンズはレーダーセンサの視野を拡大または縮小することを可能とする。たとえば、レンズは、レーダーセンサの視野を小さくしてレーダーセンサの範囲を増加させる、またはレーダーセンサの視野を大きくして、車両の両側にある物体のより広い範囲での検出を実現する。このようにして、製造会社の要求に応じて、レンズはレーダーセンサの視野を調整することを可能とする。

【0004】

先行技術の一つの欠点は、そのようなカーブレンズは場所を取ってしまい、重く、高価であるということである。加えて、レンズの材料はレーダーセンサにより送信されるレーダー波をいくらか吸収してしまい、これによりレーダーセンサの検出性能が低下する。それゆえ、このためにレーダーセンサの検出範囲が小さくなる。その結果、物体が車両の外の環境に存在していたとしても、物体の誤検出や検出漏れが発生しうる。

【発明の概要】

【0005】

この文脈では、本発明は、前述した欠点の解決を可能とする車両アセンブリを提供することを目的とする。

【0006】

この目的のため、本発明は車両向けの車両アセンブリを提供し、前記車両アセンブリは、
－ 視野を有し、前記視野の中へ波長範囲内のレーダー波を送信するよう構成されているレーダーセンサと、
－ 前記レーダーセンサへ向けて配置されるレンズと、
を含み、
－ 前記レンズは屈折率分布型レンズであって、下層とサブ波長構造の誘電体素子を形成するパターンの層とを含み、パターンの繰り返し周期は前記範囲内の波長の４分の１未満であることを特徴とし、またパターンの層は前記層内の前記パターンの局所密度に応じて算出される局所的屈折率を有することを特徴とする。

【0007】

非限定的な実施形態によれば、前記車両アセンブリはさらに、以下の中から選択される１つまたは複数の更なるパターンを、単独または任意の技術的に可能な組み合わせで含みうる。

【0008】

非限定的な一実施形態によれば、前記レーダーセンサはミリ波、極超短波、またはマイクロ波を用いるレーダーセンサである。

【0009】

非限定的な一実施形態によれば、前記レーダー波は１００ＭＨｚ～５ＧＨｚから成る周波数帯域で送信される。

【0010】

非限定的な一実施形態によれば、前記パターンの繰り返し周期は、前記波長の１０分の１未満である。

【0011】

非限定的な一実施形態によれば、レンズは、それぞれが１つのパターンを含む単位セルから成り、レンズの所与の点における前記層内の前記パターンの局所密度は、用いられる波長範囲内の波長の一つのオーダーの所与の値よりもレンズ上の問題の点から小さい距離に配置される各単位セルに対して得られる空間占有率のすべての加重平均と等しい。

【0012】

非限定的な一実施形態によれば、各単位セルの空間占有率は、前記パターンの繰り返し周期に前記単位セルのパターンの最大高さを乗じたもので前記単位セル内の材料の体積を割ったものと等しい。

【0013】

非限定的な一実施形態によれば、局所密度は、パターンの長さを幅に乗じたものを前記パターンの繰り返し周期で割ったものと等しい。これは、立方体状または直方体状のパターンに対して当てはまる。

【0014】

非限定的な一実施形態によれば、局所的屈折率は、前記局所密度と、パターンの誘電率と、空気の誘電率とにより決まる、２つの有効屈折率から成る。

【0015】

非限定的な一実施形態によれば、前記パターンは円筒プリズム、直方体プリズム、ピラミッド型プリズム、立方体プリズム、または複数のトーラスから成る部分である。

【0016】

非限定的な一実施形態によれば、パターンは０．４ｍｍ未満の寸法を有する。

【0017】

非限定的な一実施形態によれば、前記レンズは前記パターンの高さと前記下層の厚さにより形成される全厚を有し、前記全厚は、パターンの層と下層の等価屈折率の２倍にレーダー波の入射角に対応する屈折角のコサインを乗じたもので前記波長を割ったもののｍ倍（ｍは整数）と等しくなるような寸法とされる。

【0018】

非限定的な一実施形態によれば、入射角がゼロと等しい場合は、全厚は、等価屈折率の２倍で前記波長を割ったものと等しい。

【0019】

非限定的な一実施形態によれば、全厚はarctan(d1/(2e4))と等しい入射角を用いて規定され、ｅ４は前記レーダーセンサと前記レンズの間の距離であり、ｄ１は前記レーダーセンサの送信アンテナと受信アンテナの間の距離である。

【0020】

レンズがさらに提供され、前記レンズはレーダー波を送信するよう構成されている車両のレーダーセンサの視野を適合させるよう構成されて、前記レーダーセンサへ向けて配置され、
－ 前記レンズは屈折率分布型レンズであって、下層とサブ波長構造の誘電体素子を形成するパターンの層とを含み、パターンの繰り返し周期は前記レーダー波が送信される波長範囲内の一つの波長の４分の１未満であり、局所的屈折率を有するパターンの層は前記層内の前記パターンの局所密度に応じて算出されることを特徴とする。

【0021】

本発明およびその様々な用途は、以下の明細書を読み、明細書に添付される図を観察することでより良く理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の非限定的な一実施形態に係る車両アセンブリの概略図であり、前記車両アセンブリはレーダーセンサとレンズとを含む。

【図2】非限定的な一実施形態に係る図１の車両アセンブリのレーダーセンサにより送信され、図１の車両アセンブリのレンズにより部分的に反射されるレーダー波の模式図である。

【図3】非限定的な一実施形態に係る図１の車両アセンブリのレンズの模式図であり、前記レンズは下層とパターンの層とを含む。

【図4】本発明の非限定的な一実施形態に係る図３のレンズのパターンの層のパターンの局所的領域の斜視図である。

【0023】

特に指定のない限り、２つ以上の図で現れる、構造または機能において同一の要素は、それらが現れるすべての図において同じ参照符号により指定されている。

【発明を実施するための形態】

【0024】

車両２向けの本発明に係る車両アセンブリ１について、図１～図４を参照して説明する。車両アセンブリ１は車両システム１とも呼ばれる。非限定的な一実施形態では、車両２は自動車である。自動車が意味するのは、任意の種類の電動車両である。この実施形態は、明細書の残りの部分を通して非限定的な例であるとみなされる。したがって、明細書の残りの部分において車両２は自動車２とも呼ばれる。非限定的な一実施形態では、車両アセンブリ１は、自動車２のグリルまたは自動車２の後部に位置する車体部分に組み込まれたロゴの後に設置される。非限定的な別の実施形態では、車両アセンブリ１は照明装置または信号装置の中に設置される。

【0025】

図１に示されるように、車両配列１とも呼ばれる車両アセンブリ１は、
－ 視野ＦＯＶを有し、前記視野ＦＯＶの中へ一次レーダー波Ｒ１とも呼ばれるレーダー波Ｒ１を送信するよう構成されているレーダーセンサ１０と、
－ 前記レーダーセンサ１０へ向けて配置されるレンズ１１と、
を含む。

【0026】

これらの要素について以下で説明する。

【0027】

レーダーセンサ１０について以下で説明する。図１に示されるように、レーダーセンサ１０はレンズ１１へ向けて配置される。非限定的な一実施形態では、レーダーセンサ１０はミリ波（２４ＧＨｚ～３００ＧＨｚの波）、極超短波（３００ＭＨｚ～８１ＧＨｚの波）、またはマイクロ波（１ＧＨｚ～３００ＧＨｚの波）を用いるレーダーセンサである。非限定的な実施形態の一つの変形では、レーダーセンサ１０は７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚから成るレーダー周波数で動作する。レーダー波Ｒ１は波長λの範囲Δ１で送信される。非限定的な一実施形態では、レーダー波Ｒ１は１００ＭＨｚ～５ＧＨｚから成る周波数帯域で送信される。したがって、非限定的な一例では、センサが７７ＧＨｚのレーダー周波数、すなわち３．９５ｍｍの波長λで１ＧＨｚの周波数帯域で動作する場合、レーダーセンサ１０は７６．５ＧＨｚから７７．５ＧＨｚの周波数帯域で動作する。それゆえ、レーダー波Ｒ１は７６．５ＧＨｚから７７．５ＧＨｚの周波数範囲、すなわち３．８７ｍｍから３．９２ｍｍの波長λの範囲Δ１で送信される。したがって、非限定的な他の一例では、レーダーセンサ１０が７８．５ＧＨｚのレーダー周波数で５ＧＨｚの周波数帯域で動作する場合、レーダーセンサ１０は７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数帯域で動作する。それゆえ、レーダー波Ｒ１は７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数範囲、すなわち３．７０１ｍｍから３．９４５ｍｍの波長λの範囲Δ１で送信される。

【0028】

図２に示されるように、送信されたレーダー波Ｒ１は入射角θでレンズ１１にぶつかる。非限定的な一実施形態では、入射角θは０°～±３０°から成る。したがって、視野ＦＯＶは－３０°～＋３０°の間で変化する。視野ＦＯＶの中心は、車両軸とも呼ばれる車両の前後軸に対して０°の角度にある。非限定的な別の実施形態では、視野ＦＯＶは－９０°～＋４５°の間で変化する。視野ＦＯＶの中心は車両軸に対して－４５°の角度にあり、レンズ１１へのレーダー波Ｒ１の入射角θは０°に近いままである（車両アセンブリ１は車両軸に対して約４５°に位置する）。

【0029】

レーダーセンサ１０は、レーダー波Ｒ１を送信することで自動車２の外の環境を走査するよう構成される。したがって、図１に示されるように、レーダーセンサ１０は、
－ 一次レーダー波Ｒ１とも呼ばれるレーダー波Ｒ１を送信するよう構成されている少なくとも１つの送信アンテナ１００と、
－ 二次レーダー波Ｒ２または反射レーダー波Ｒ２とも呼ばれるレーダー波Ｒ２を受信するよう構成されている少なくとも２つの受信アンテナ１０１と、
を含む。

【0030】

レーダーセンサ１０は、一次レーダー波Ｒ１を生成するよう構成されている少なくとも１つの送信機１０３と、代わりに受信される二次レーダー波Ｒ２を処理するよう構成されている少なくとも１つの受信機１０４とをさらに含む。非限定的な一実施形態では、一つの電子部品を送信機能と受信機能の両方に用いることができる。したがって、１つまたは複数の送受信機が存在する。前記送信機１０３は、後で送信アンテナ１００により送信される一次レーダー波Ｒ１を生成し、このレーダー波は、自動車２の外の環境にある物体３（ここでは、図示されている非限定的な例における歩行者）に遭遇すると、前記物体３で反射する。このように反射されたレーダー波は、レーダーセンサ１０へと送り返される波である。これらの波は、受信アンテナ１０１により受信される二次レーダー波Ｒ２である。これらの波は、レーダーセンサ１０の方向に再送信されるレーダー波である。非限定的な一実施形態では、一次レーダー波Ｒ１および二次レーダー波Ｒ２は無線周波数波である。非限定的な一実施形態では、レーダーセンサ１０は複数の送信機１０３および複数の受信機１０４を含む。

【0031】

アンテナ１００とも呼ばれる送信アンテナ１００は、送信機１０３により生成される一次レーダー波Ｒ１を送信するよう構成される。アンテナ１０１とも呼ばれる受信アンテナ１０１は、二次レーダー波Ｒ２を受信して、後でこの二次レーダー波Ｒ２を処理する受信機１０４へこの二次レーダー波Ｒ２を伝達するよう構成される。自動車２の外の環境に位置する物体３の自動車２に対する角度位置の推測を可能とする位相シフトが受信アンテナ１０１により受信される複数の二次レーダー波Ｒ２の間に存在する。非限定的な実施形態では、アンテナ１００、１０１はパッチアンテナまたはスロットアンテナである。

【0032】

非限定的な一実施形態では、アンテナ１００、１０１、送信機１０３、および受信機１０４はプリント基板１０５上に配置される。非限定的な一実施形態では、プリント基板は、プリント基板アセンブリ、すなわちＰＣＢＡとしても知られる硬いプリント基板、またはフレックスボードしても知られるフレキシブルプリント基板である。

【0033】

レーダーセンサ１０は、送信機１０３および受信機１０４を制御するよう構成されている電子制御装置１０６をさらに含む。そのようなレーダーセンサは当業者には既知であるため、本明細書でより詳細に説明されることはない。

【0034】

レンズ１１について以下で説明する。レンズ１１は屈折率分布型レンズである。つまり、レンズ１１は平坦であり、波長範囲Δ１内の波長λの程度の等価屈折率ｎ_ｅｑを有する。（層１３の）屈折率ｎ１は可変であり、（下層１２の）屈折率ｎ２は一定であるために等価屈折率ｎ_ｅｑは前記波長λの程度で可変する。

【0035】

レンズ１１により、（以下で説明される）パターン１３０の密度および大きさを利用して、それらに応じて等価屈折率ｎ_ｅｑを可変させることで車両アセンブリ１の視野ＦＶを適合させることができる。レーダーセンサ１０の視野ＦＯＶとは異なる視野ＦＶを有する車両アセンブリ１がこうして得られる。こうして、具体的には、製造会社の要求に応じて、長距離（縮小された視野ＦＯＶの）レーダーセンサ１０を用いて広い視野ＦＶを得ることができる、または短距離（大きな視野ＦＯＶの）レーダーセンサ１０を用いて縮小された視野ＦＶを得ることができる。レンズ１１は、レーダーセンサ１０と自動車２の外装の間に設置される。

【0036】

図２および図３に示されるように、レンズ１１は下層１２とパターン１３０の層１３とを含む。下層１２は、パターン１３０の層１３を保持するよう構成される。下層１２は屈折率ｎ２を有する。非限定的な実施形態では、下層１２はプラスチック、ガラス、またはセラミックで作られる。非限定的な一例では、プラスチックはポリカーボネートである。パターン１３０の層１３は、サブ波長構造の誘電体素子を形成する。パターン１３０の層１３は、パターン１３０およびその間隔により決まる屈折率ｎ１を有し、この屈折率は局所的屈折率ｎ１とも呼ばれる。非限定的な実施形態では、誘電体素子はプラスチック、ガラス、またはセラミックで作られる。非限定的な一例では、プラスチックはポリカーボネートである。誘電材料は非導電であり、それゆえ、導体とは異なりレーダー波Ｒ１が通過できることが思い出されるであろう。

【0037】

構造化されている、が意味するのは、層１３は構造物とも呼ばれるパターン１３０を含むということである。サブ波長が意味するのは、構造化された誘電体は前記範囲Δ１内の波長λよりも小さな規模であるということである。層１３のパターン１３０はサブ波長であるという事実により、層１３を可変屈折率の層としてモデル化することが可能となる。そうではない場合は、層１３は回折光学素子であるとみなさなければならなくなるであろう。

【0038】

層１３のパターン１３０の局所的領域Ｚ１の図である図４に示されるように、パターン１３０は、ａ１（幅）、ａ２（幅）、ｈ１（高さ）の寸法を有する。非限定的な実施形態では、パターン１３０は、円筒プリズム（円柱とも呼ばれる）、直方体プリズム（矩形柱とも呼ばれる）、ピラミッド型プリズム（角錐柱とも呼ばれる）、立方体プリズム（四角柱とも呼ばれる）（後者の場合が図４に示されている）、またはさらに複数のトーラスから成る部分である。また、パターン１３０は任意の他の平行六面体を有してもよい。非限定的な一実施形態では、パターン１３０は０．４ｍｍ未満の寸法、ａ１およびａ２を有する。この値は、前記範囲Δ１内の波長λと比べて非常に小さい。たとえば、前記範囲Δ１内の波長λは、７７ＧＨｚの周波数に対して４ｍｍであり、この場合はａ１およびａ２の値はλ／１０とほぼ等しい。

【0039】

図４に示されるように、レンズ１１は、それぞれが１つのパターン１３０と前記パターン１３０を取り囲む空気で満たされた部分を含む、単位セル１３２から成る。非限定的な一実施形態の変形（図示せず）では、パターン１３０は、層１３と下層１２の間の境界面に近接している（隣接している）。この非限定的な変形は、形状がピラミッド状またはトーラスから成る部分であるパターン１３０に対して当てはまる。単位セル１３２は、構造物１３０の繰り返し周期Λにより規定され、この周期はパターン１３０の繰り返し周期Λ、またはさらに格子周期Λとも呼ばれ、Λ＝Λ１×Λ２である。Λ１は格子の（図４に示される）第１方向Ａｘでの周期であり、Λ２は格子の（図４に示される）第２方向Ａｙでの周期である。ＡｘおよびＡｙは、互いに並行ではない任意の方向である。非限定的な一実施形態では、第２方向Ａｙは第１方向Ａｘに対して垂直である。非限定的な別の例では、単位セル１３２は、正方形、六角形、平行四辺形、または層１３と下層１２の間の境界面を周期的に並べられるようにする任意の他の形状である。第１方向Ａｘおよび第２方向Ａｙに対して垂直な第３方向はＡｚと表され、これらの方向は参照フレームＡｘ、Ａｙ、Ａｚを共に形成する。

【0040】

非限定的な第１実施形態では、層１３を形成するサブ波長構造の誘電体素子は、周期的なサブ波長構造の誘電体素子である。パターン１３０の寸法ａ１およびａ２は、レンズ１の屈折率を変化させるために層１３に沿って変化するが、Λ１およびΛ２は一定のままである。つまり、パターン１３０は、（図４に示される）第１方向Ａｘに互いに同一の間隔で離間しており、第１方向Ａｘに対して垂直な（図４に示される）第２方向Ａｙに同一の間隔で離間している。つまり、層１３は、（図４に示されるように）パターン１３０間に第１方向Ａｘに同一の間隔１３１ｘ、第２方向Ａｙに同一の間隔１３１ｙを有する、または換言すると、パターン１３０間には同じ比率の空気が存在する。

【0041】

（図３に示される）非限定的な別の実施形態では、層１３を形成するサブ波長構造の誘電体素子は周期的ではない。Λ１およびΛ２は、レンズ１の屈折率を変化させるために層１３に沿って変化するが、パターン１３０の寸法ａ１およびａ２は一定のままである。層１３は、パターン１３０間に可変する間隔１３１ｘおよび１３１ｙを含む、または換言すると、パターン１３０間に異なる比率の空気が存在する。また、レンズ１の屈折率を変化させるために、Λ１およびΛ２ならびにパターン１３０の寸法ａ１およびａ２を変化させることも可能である。

【0042】

サブ波長が意味するのは、格子周期Λ１およびΛ２は波長λの前記範囲Δ１の一つの波長λの４分の１未満であるということである。非限定的な一例では、問題の波長λは、前記範囲Δ１内の波長で最短のものである。したがって、Λ１＜λ／４であり、Λ２＜λ／４である。非限定的な一実施形態では、格子周期Λ１およびΛ２は、前記波長λの１０分の１未満である。したがって、Λ１＜λ／１０であり、Λ２＜λ／１０である。この波長λは前記範囲Δ１から選択され、以下の式で用いられるものであることに留意されたい。

【0043】

図２に示されるように、レーダー波Ｒ１がレーダーセンサ１０により送信されると、レーダー波Ｒ１は厚さｅ０を有するレンズ１１まで進む。レーダー波Ｒ１は、屈折角ｒに対応する入射角θでレンズ１１にぶつかる。レーダー波Ｒ１はレンズ１１で反射されて２つの反射波を生成し、そのうちの一つのＲ１１はレンズ１１の下層１２の外面で反射されたもので、他方はレンズ１１の内側で反射されたものである。２つの反射波Ｒ１１およびＲ１２は、第一次と言われる反射波であり、レーダーセンサ１０へ戻る。これらは寄生反射である。入射角θが０°とは異なる場合、対応する屈折角ｒも０°とは異なる。これら２つの反射波Ｒ１１とＲ１２の間の、位相シフトΔφとも呼ばれる位相差Δφは、以下と等しい。

【数1】

ここで、
－ ｎ_ｅｑは下層１２と層１３の等価屈折率であり、
－ δは2e0/cos(r)と等しい、材料を通る反射波Ｒ１２の進路であり、
－ ｎδ／λは材料を通る移動による位相シフトであり、
－ πは下層１２およびパターン１３０の層１３内での内部反射による位相シフトであり、
－ ((2e0tan(r)sin(θ))/λ)は反射波Ｒ１１の反射点Ｐｔ１と反射波Ｒ１２の出現点Ｐｔ２の間の距離による空気中での位相シフトである。

【0044】

sin(θ)＝ｎ_ｅｑ×sin(r)なので、以下が得られる。

【数2】

【0045】

すなわち、

【数3】

であり、これは屈折角ｒがいかなる値でも成り立つ。

【0046】

反射波Ｒ１１およびＲ１２がレーダーセンサ１０の方向へ戻ると仮定すると、これらの反射波はレーダーセンサ１０に混乱をもたらし、つまり信号対雑音比の減衰を引き起こす。こうした混乱を取り除くため、レンズ１１の全厚ｅ０は、相殺的干渉が作り出されるように反射波Ｒ１１およびＲ１２を逆位相とするように規定される。相殺的干渉を得るため、２つの反射波Ｒ１１とＲ１２の間の位相差Δφは２πを法とするπと等しくなければならない。したがって、ΔφはΔφ＝（２ｍ＋１）＊πである必要があり、ｍは自然数である。それゆえ、以下が得られる。

【数4】

【0047】

すなわち、
ｅ０＝ｍλ／（２ｎ_ｅｑcos(r)）
である。

【0048】

方程式ｅ０＝ｍλ／（２ｎ_ｅｑcos(r)）は角度ｒの値が何であっても適用されることに留意されたい。したがって、全厚ｅ０は、パターン１３０の層１３と下層１２の等価屈折率ｎ_ｅｑの２倍にレーダー波Ｒ１の入射角θに対応する屈折角ｒのコサインを乗じたもので前記波長λを割ったもののｍ倍（ｍは整数）と等しくなるような寸法とされる。それゆえ、等価屈折率ｎ_ｅｑとレーダーセンサ１０の動作周波数範囲内で用いられる波長λとに基づいて、全厚ｅ０を前記反射波Ｒ１１およびＲ１２がお互いに打ち消し合うように決定することができる。非限定的な一実施形態では、用いられる波長は、許容される範囲Δ１の中心にある波長である。

【0049】

理想的な全厚ｅ０は入射角が０と等しい場合に規定され、ｍは１と等しい。θ＝０の場合、ｒ＝０である。その結果、ｍ＝１に対して、レンズ１１の理想的な全厚ｅ０は、それゆえ、ｅ０＝λ／（２ｎ_ｅｑ）である。ｒ＝０°の場合はcos(r)＝１である。

【0050】

非限定的な一実施形態では、レンズ１１は、前記理想的な全厚ｅ０の０．８倍～１．２倍から成る全厚ｅ０を有する。この値の範囲は、レーダーセンサ１０の取り得る放射角度を考慮している。入射角θの取り得る値はレーダーセンサ１０の技術仕様において規定され、これは、入射角θの取り得る値はレーダーセンサ１０の視野ＦＯＶ内にあることを意味する。非限定的な一例では、入射角θは０°～±３０°から成る。この０．８～１．２という値の範囲により、全厚ｅ０の製造上の許容範囲を考慮することが可能となる。

【0051】

反射されたレーダー波Ｒ１１およびＲ１２がレーダーセンサ１０の受信アンテナ１０１で最大の混乱をもたらす入射角θの値が存在することに留意されたい。この入射角θは、入射の臨界角θと呼ばれる。非限定的な一実施形態では、この値はθ＝arctan(d1/(2e4))と等しく、図２に示されるように、ｄ１は送信アンテナ１００と受信アンテナ１０１の間の距離であり、ｅ４はレーダーセンサ１０とレンズ１１の間の距離である。非限定的な例では、ｄ１を計算する際に複数の受信アンテナ１０１の中点が考慮されることに留意されたい。

【0052】

したがって、局所的屈折率ｎ１の値およびレーダーセンサ１０の動作周波数範囲（所与の非限定的な例では７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚ）内で用いられる波長λに応じて、第一次の反射波Ｒ１１およびＲ１２がお互いに打ち消し合うように、全厚ｅ０が有している必要がある値を決定することができる。反射されたレーダー波Ｒ１１およびＲ１２は、限定された領域内でレンズ１１により反射される。その結果、受信アンテナ１０１は受けるノイズが少なくなる。より良い信号対雑音比が得られる。

【0053】

レンズ１１は、パターン１３０の高さｈ１および下層１２の厚さｅ２により形成される全厚ｅ０を有する。全厚ｅ０を出すために、所与のｒに対してｅ０＝ｍλ／（２ｎ_ｅｑcos(r)）となるように、パターン１３０の高さｈ１または厚さｅ２が調整される。非限定的な一実施形態では、所与のｒは入射の臨界角θに対応する。

【0054】

等価屈折率ｎ_ｅｑは以下と等しい。

【数5】

ここで、ｎ１はパターン１３０の層１３の局所的屈折率であり、ｎ２は下層１２の屈折率であり、ｅ１はパターン１３０高さｈ１であり、ｅ２は下層１２の厚さである。ｎ１は、計算が実行される層１３のパターン１３０の局所的領域Ｚ１の位置により決まることに留意されたい。したがって、等価屈折率ｎ_ｅｑは、層１３上の局所的領域Ｚ１の位置により決まる。

【0055】

パターン１３０の層１３は、層１３内の前記パターン１３０の局所密度τ_ｒに応じて算出される局所的屈折率ｎ１を有することに留意されたい。レンズ１１のある点における局所密度τ_ｒは、用いられる波長範囲Δ１内の波長λのうちの一つのオーダーの所与の値よりも問題の点から小さい距離に配置される各セル１３２の空間占有率τ_ｒ１３２の加重平均である。有効屈折率ｎ_ｅｆｆとも呼ばれる局所的屈折率ｎ１は、入射波、すなわち一次レーダー波Ｒ１の偏光により決まる２つの有効屈折率ｎ_{ｅｆｆＴＥ}およびｎ_{ｅｆｆＴＭ}からなり、局所密度τ_ｒ（空間占有率τ_ｒとも呼ばれる）の関数として表現することができて、低屈折率ｎ０の媒質、すなわちここでは空気とは対照的に高屈折率ｎ１の媒質、すなわちここではパターン１３０により占有される材料の割合を表す。局所密度τ_ｒは、用いられる波長範囲Δ１内の波長のうちの一つのオーダーの大きさを有する領域内で高屈折率ｎ１の媒質により占有される材料の割合を表すことに留意されたい。したがって、

【数6】

【数7】

であり、ここで、項ＴＥは、基板の面、すなわち下層１２に対して垂直な入射波、すなわちここではレンズ１１にぶつかるレーダー波Ｒ１の偏光を指し、ＴＭは基板の面に平行な偏光を指し、ε_ｍａｘは最も高い屈折率の媒質、すなわちパターン１３０の誘電率を指し、ε_ｍｉｎは最も低い屈折率の媒質、すなわちここでは空気の誘電率を指す。非限定的な別の実施形態では、空気は非常に低屈折率のプラスチックにより置き換えることができる。

【0056】

入射波、ここではレーダー波Ｒ１が構造化された誘電体素子、すなわちレンズ１１に照射されていて、構造物１３０の繰り返し周期Λ１およびΛ２よりもずっと大きい（λ＞＞Λ１でλ＞＞Λ２）（前記範囲Δ１内の）波長λを有している場合、これは静的限界と呼ばれる伝搬形態の問題であることに留意されたい。

【0057】

図４に示されるもののような二次元構造物１３０では、二次元構造物の有効屈折率ｎ_{ｅｆｆ２Ｄ}は、一次元における２つの偏光ＴＭおよびＴＥの有効屈折率の平方平均により、静的限界に対応する０の位まで近似しうる。単位セル１３２の空間占有率τ_ｒ１３２は、この特定の例では以下のようになる。

【数8】

【数9】

【0058】

より一般的な例では、任意のΛ１およびΛ２を持つ任意の形状のパターン１３０に対して、矩形状底面の単位セル１３２では、単位セル１３２の空間占有率τ_ｒ１３２は以下のようになる。

【数10】

これは、単位セル１３２内の材料の体積（Ｖ_１３２）の空の境界容積（Λ１Λ２ｈｍａｘ）に対する比率に対応し、ｈｍａｘは単位セル１３２におけるパターン１３０の最大高さ（すなわち、パターン１３０内で最も高い高さ）である。そして、

【数11】

であり、ここで、（Ｘ_１３２，Ｙ_１３２，０）は単位セル１３２の角Ｃ１の座標で、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の点が材料内に位置する場合はＭ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝１であり、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の点が材料内に位置しない場合、つまり座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の点が空中に位置する場合はＭ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝０である。材料内に位置する場合はこの点は単位セル１３２のパターン１３０内に位置し、空中に位置する場合は、（非限定的な一例では、パターン１３０は実際には通気孔を含みうるため）この点はパターン１３０の内部に位置する可能性があることに留意されたい。図４の非限定的な例では、上述されたようにｈｍａｘ＝ｈ１であることに留意されたい。

【0059】

材料の体積（Ｖ_１３２）に対するこの式は、矩形状底面の単位セル１３２におけるパターン１３０の形状がどうであっても任意の前記単位セル１３２に対して当てはまることに留意されたい。したがって、Λ１およびΛ２は一つの単位セル１３２から別の単位セル１３２で変わることがあり、最大高さｈｍａｘは一つのパターン１３０から別のパターン１３０で変わることがあるため、各単位セル１３２は異なる体積の材料を含むことがあって、それゆえ異なる空間占有率τ_ｒ１３２を有することがある。レンズ１１の所与の点におけるパターン１３０の層１３全体の空間占有率τ_ｒを求めるため、用いられる波長範囲Δ１内の波長λのうちの一つのオーダーの所与の値よりもレンズ１１上の問題の点から小さい距離に配置される各セル１３２の空間占有率τ_ｒ１３２の加重平均が算出される。この定義は、レンズ１１のすべての点に対して当てはまる。非限定的な一実施形態では、点は座標Ｚ＝０の下層１２の底面に属する。したがって、

【数12】

であり、ここで、ｎは、用いられる波長範囲Δ１内の波長λのうちの一つのオーダーの所与の値よりもレンズ１１上の問題の点から小さい距離に配置される単位セル１３２のうちのいずれか一つを指定する。

【0060】

レンズ１１を作るために、低コストの射出成形製造技術が製造方法として用いられることに留意されたい。特に、下層１２およびパターン１３０の層１３は、同じ材料で作って、同時に射出成型することで、製造コストが大きく削減される。また、３Ｄプリントとも呼ばれる付加製造技術を製造方法として用いることもできる。

【0061】

もちろん、本発明の説明は上述された実施形態、および上述された分野に限定されない。したがって、非限定的な別の実施形態では、レーダーセンサ１０は２つ以上の送信アンテナ１００と３つ以上の受信アンテナ１０１とを含む。

【0062】

したがって、記載された本発明は、特に以下の利点を有する：
－ レーダーセンサ１０の範囲を減少させないようにすることができる。
－ カーブレンズを平面レンズで置き換えることで、車両アセンブリ１の容積を小さくすることができる。
－ カーブレンズを平面レンズで置き換えることで、車両アセンブリ１のコストと重量を削減することができる。
－ カーブレンズを平面レンズで置き換えることで、レーダーセンサ１０により送信されるレーダー波Ｒ１の一部が吸収されるのを大幅に減少させることができる。
－ カーブレンズと同様に、レーダーセンサ１０の視野を製造会社の要求に適合させることができる。
－ レーダーセンサ１０の方向へ反射された第一次の反射波Ｒ１１およびＲ１２を抑制することができる。それゆえ、前記レーダーセンサ１０の信号対雑音比はもはや低くない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】