(57)【要約】【課題】防塵，防水，強度の点で有利で、導電体部を有効に用い、複数の操作を受付ける。【解決手段】入力装置は、第１，２部分（５０００Ａ，Ｂ），分離部分（５０１０Ａ）を含み、第１部分側に給電点（５００２）を有する導電体部（５００１）と、分離部分の近傍に配置され、電磁界の共振周波数である第１の周波数に対し負の誘電率，透磁率を発現可能なメタマテリアル（５１０１）と、第１，２周波数の電流を給電点に給電する給電部（５２００）とを備える。メタマテリアルは、導電体部の電流の第１周波数の近傍の成分を遮断する遮断部分を分離部分に形成するよう配置される。入力装置は、第１，２周波数の電流の変化を検知し（５４３０）、第１，２周波数の電流が所定態様で変化したと検知された場合、第１部分に接触と判断し、第２周波数の電流が変化したが第１周波数の電流は不変化と検知された場合、第２部分に接触と判断する（５４１０，５４２０）。【選択図】図７１
2014120989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の特定部分、第２の特定部分、および、前記第１の特定部分と前記第２の特定部分とを分離する分離部分を含み、前記分離部分から見て前記第１の特定部分の側に給電点を有する導電体部と、
前記分離部分の近傍に配置され、電磁界の共振周波数である第１の周波数に対して負の誘電率または負の透磁率を発現可能なメタマテリアルと、
前記第１の周波数および前記第１の周波数と異なる第２の周波数の電流を、前記導電体部の前記給電点に給電する給電部とを備え、
前記メタマテリアルは、前記導電体部を流れる電流の前記第１の周波数の近傍の成分を遮断する遮断部分を、前記分離部分に形成するように配置され、
前記導電体部に給電した前記第１の周波数および前記第２の周波数の電流の変化を検知する検知手段と、
前記第１の周波数および前記第２の周波数の電流が所定態様で変化したと前記検知手段によって検知された場合、前記第１の特定部分が触れられたと判断するとともに、前記第２の周波数の電流が前記所定態様で変化したが前記第１の周波数の電流は前記所定態様で変化していないと、前記検知手段によって検知された場合、前記第２の特定部分が触れられたと判断する判断手段とをさらに備える、入力装置。
【請求項２】
複数の特定部分、および、隣合う前記特定部分をそれぞれ分離する複数の分離部分を含み、一方端に近い側に給電点を有する導電体部と、
前記分離部分それぞれの近傍に配置され、電磁界の共振周波数でありそれぞれ相異なる所定の周波数に対して負の誘電率または負の透磁率を発現可能な複数のメタマテリアルと、
複数の前記所定の周波数の電流を、前記導電体部の前記給電点に給電する給電部とを備え、
前記メタマテリアルは、前記導電体部を流れる電流の前記所定の周波数それぞれの近傍の成分を遮断する複数の遮断部分を、それぞれ前記分離部分に形成するように配置され、
前記導電体部に給電した前記所定の周波数の電流の変化を検知する検知手段と、
ある特定部分について、当該特定部分の前記給電点の側の前記遮断部分を形成する前記メタマテリアルの前記共振周波数である前記所定の周波数の電流が所定態様で変化したが、当該特定部分の前記給電点と反対側の前記遮断部分を形成する前記メタマテリアルの前記共振周波数である前記所定の周波数の電流が前記所定態様で変化していないと、前記検知手段によって検知された場合、当該特定部分が触れられたと判断する判断手段とをさらに備える、入力装置。
【請求項３】
前記特定部分は、他の部分と区別可能な形態に形成される、請求項１または請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかの入力装置を備える、電気機器。
【請求項５】
金属部品を備え、
前記導電体部は、前記金属部品である、請求項４に記載の電気機器。
【請求項６】
表示部と、
前記特定部分の近傍の前記表示部に、当該特定部分が触れられたときの当該電気機器の動作を示す内容を表示させる表示制御手段とをさらに備える、請求項４または請求項５に記載の電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力装置、および、その入力装置を備えた電気機器に関し、特に、ユーザの操作を検知するのに適した入力装置、および、その入力装置を備えた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１で示されるように、通常、携帯端末に備えられる操作ボタンは、機械式の操作ボタンなどがある。また、電気スタンドなどの静電容量式タッチセンサを用いた操作ボタンがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
機械式の操作ボタンの場合、可動部が必要であるので、電気機器の筺体と操作ボタンとの間が、埃や水の進入口になってしまう。このため、シリコンなどで覆うことで、防塵や防水の機能を実現する場合がある。この場合、コストアップに繋がる。また、防塵や防水が完全になるわけではない。
【０００５】
携帯電話のキーなどでは、薄いフィルムの下に機械式ボタンを配置するものがある。このようなものでは、フィルムにたわみが必要なため、薄いフィルムにする必要がある。このため、強度的および信頼性的に問題が生じる。
【０００６】
また、機械式ボタンは、落下などの物理的な衝撃で、破損する可能性が高い。また、長期的な使用で、操作に必要な力が変化するなど、信頼性の問題も生じる。
【０００７】
静電式のボタンの場合、金属に触れたときの静電容量の変化を検出する。このため、ボタンを、複数、設ける場合、それぞれのボタンの金属部分を電気的に絶縁しなければならない。
【０００８】
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、防塵、防水および強度の点で有利であり、導電体部を有効に用いて、複数の操作を受付けることが可能な入力装置、および、その入力装置を備えた電気機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、この発明のある局面によれば、入力装置は、第１の特定部分、第２の特定部分、および、第１の特定部分と第２の特定部分とを分離する分離部分を含み、分離部分から見て第１の特定部分の側に給電点を有する導電体部と、分離部分の近傍に配置され、電磁界の共振周波数である第１の周波数に対して負の誘電率または負の透磁率を発現可能なメタマテリアルと、第１の周波数および第１の周波数と異なる第２の周波数の電流を、導電体部の給電点に給電する給電部とを備える。
【００１０】
メタマテリアルは、導電体部を流れる電流の第１の周波数の近傍の成分を遮断する遮断部分を、分離部分に形成するように配置される。入力装置は、さらに、導電体部に給電した第１の周波数および第２の周波数の電流の変化を検知する検知部と、第１の周波数および第２の周波数の電流が所定態様で変化したと検知部によって検知された場合、第１の特定部分が触れられたと判断するとともに、第２の周波数の電流が所定態様で変化したが第１の周波数の電流は所定態様で変化していないと、検知部によって検知された場合、第２の特定部分が触れられたと判断する判断部とを備える。
【００１１】
この発明に従えば、この入力装置が備えられる電気機器の筺体などの導電体部の一部を入力装置として用いることができる。また、導電体部の第１の特定部分および第２の特定部分のいずれに触れたかに応じた操作を受付けることができる。その結果、防塵、防水および強度の点で有利であり、導電体部を有効に用いて、複数の操作を受付けることが可能な入力装置を提供することができる。
【００１２】
この発明の他の局面によれば、入力装置は、複数の特定部分、および、隣合う特定部分をそれぞれ分離する複数の分離部分を含み、一方端に近い側に給電点を有する導電体部と、分離部分それぞれの近傍に配置され、電磁界の共振周波数でありそれぞれ相異なる所定の周波数に対して負の誘電率または負の透磁率を発現可能な複数のメタマテリアルと、複数の所定の周波数の電流を、導電体部の給電点に給電する給電部とを備える。
【００１３】
メタマテリアルは、導電体部を流れる電流の所定の周波数それぞれの近傍の成分を遮断する複数の遮断部分を、それぞれ分離部分に形成するように配置される。入力装置は、さらに、導電体部に給電した所定の周波数の電流の変化を検知する検知部と、ある特定部分について、当該特定部分の給電点の側の遮断部分を形成するメタマテリアルの共振周波数である所定の周波数の電流が所定態様で変化したが、当該特定部分の給電点と反対側の遮断部分を形成するメタマテリアルの共振周波数である所定の周波数の電流が所定態様で変化していないと、検知部によって検知された場合、当該特定部分が触れられたと判断する判断部とを備える。
【００１４】
この発明に従えば、この入力装置が備えられる電気機器の筺体などの導電体部の一部を入力装置として用いることができる。また、導電体部の複数の特定部分のいずれに触れたかに応じた操作を受付けることができる。その結果、防塵、防水および強度の点で有利であり、導電体部を有効に用いて、複数の操作を受付けることが可能な入力装置を提供することができる。
【００１５】
好ましくは、特定部分は、他の部分と区別可能な形態に形成される。この発明に従えば、ユーザが、複数の特定部分をそれぞれ区別して、操作を行なえるようにすることができる。
【００１６】
この発明のさらに他の局面によれば、電気機器は、上述のいずれかの入力装置を備える。
【００１７】
この発明に従えば、電気機器の筺体などの導電体部の一部を入力装置として用いることができる。また、導電体部の複数の特定部分のうちのいずれに触れたかに応じた操作を受付けることができる。その結果、防塵、防水および強度の点で有利であり、導電体部を有効に用いて、複数の操作を受付けることが可能な電気機器を提供することができる。
【００１８】
好ましくは、電気機器は、金属部品を備える。電気機器が備える入力装置の導電体部は、金属部品である。この発明に従えば、電気機器の筺体などの金属部品を有効に用いることができる。
【００１９】
好ましくは、電気機器は、さらに、表示部と、特定部分の近傍の表示部に、当該特定部分が触れられたときの当該電気機器の動作を示す内容を表示させる表示制御部とを備える。
【００２０】
この発明に従えば、特定部分が操作されたときの電気機器の動作を、状況に応じて流動的に切替えることができ、動作を切替えても、切替えた動作をユーザに分からせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】コンデンサ型共振器３００の概略の外観図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】共振周波数においてコンデンサ型共振器３００で形成される共振回路を説明するための図である。
【図４】コンデンサ型共振器３００で生じる比透磁率の周波数特性の一例を示す図である。
【図５】コイル型共振器１００を用いた負の誘電率を持つメタマテリアルを示す図である。
【図６】図５に示すメタマテリアルの比透磁率を示す図である。
【図７】図５に示すメタマテリアルの比誘電率を示す図である。
【図８】コイル型共振器１００を用いた負の透磁率を持つメタマテリアルを示す図である。
【図９】図８に示すメタマテリアルの比透磁率を示す図である。
【図１０】図８に示すメタマテリアルの比誘電率を示す図である。
【図１１】最外部の内部電極が直接接続されているコンデンサ型共振器とコイル型共振器とを示す図である。
【図１２】図１１に示す共振器群の比誘電率を示す図である。
【図１３】図１１に示す共振器群の比透磁率を示す図である。
【図１４】第１の実施の形態に係るメタマテリアルを示す図である。
【図１５】図１４に示す共振器群の比誘電率を示す図である。
【図１６】図１４に示す共振器群の比透磁率を示す図である。
【図１７】第２の実施の形態のメタマテリアルにおいて、コンデンサ型共振器の構成を変えた構成を示す図である。
【図１８】第２の実施の形態のメタマテリアルの概略図である。
【図１９】第２の実施の形態に係るメタマテリアルの構成を示す図である。
【図２０】ユニット６００の斜視図である。
【図２１】ユニット６００をｙ方向から見た側面図である。
【図２２】ユニット７００の斜視図である。
【図２３】ユニット７００の側面図である。
【図２４】ユニット８００の斜視図である。
【図２５】ユニット８００の側面図である。
【図２６】ユニット８００の上面図である。
【図２７】ユニット９００の斜視図である。
【図２８】ユニット９００の正面図である。
【図２９】ユニット９００の側面図である。
【図３０】第５の実施の形態に係るユニット９００の作成方法を説明するための図である。
【図３１】第６の実施の形態に係るユニット１０００の構造を示す図である。
【図３２】スプリットリング型共振器１２１０および半波長共振器１２２０を組み合わせたメタマテリアルと、信号線路２００と、グランド２２０との位置関係を模式的に示した図である。
【図３３】図３２に示すメタマテリアルが、負の誘電率を示すときの、電荷および電界の様子を模式的に示す図である。
【図３４】図３２に示すメタマテリアルが、負の透磁率を示すときの、磁界の様子を模式的に示す図である。
【図３５】図３４のメタマテリアルとは共振器の配置が異なるメタマテリアルと、信号線路２００と、グランド２２０との位置関係を模式的に示した図である。
【図３６】図３５に示すメタマテリアルが、負の誘電率を示すときの電界の集中する領域を説明するための図である。
【図３７】図３５に示すメタマテリアルが、負の透磁率を示すときの磁界の集中する領域を説明するための図である。
【図３８】透磁率μおよび誘電率εの値の範囲ごとの伝送線路上の電磁波の伝達を示す図である。
【図３９】第７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを示す図である。
【図４０】第７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをより詳しく示す図である。
【図４１】第７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを形成する構造の例を示す図である。
【図４２】メタマテリアルを用いない場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの構造を示す図である。
【図４３】メタマテリアルを用いない場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの結果を示す図である。
【図４４】メタマテリアルを用いた場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの構造を示す図である。
【図４５】メタマテリアルを用いた場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの結果を示す図である。
【図４６】第９の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。
【図４７】第１０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを形成する構造の例を示す図である。
【図４８】第１０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを形成する構造の一部を詳細に示す図である。
【図４９】第１０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｃを用いたアンテナのシミュレーションの結果を示す図である。
【図５０】第７の実施の形態から第９の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。
【図５１】第１１の実施の形態に係るメタマテリアを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。
【図５２】第１２の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。
【図５３】第１３の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。
【図５４】第１４の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。
【図５５】第１５の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を説明するための図である。
【図５６】第１６の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。
【図５７】第１７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。
【図５８】第１８の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を説明するための図である。
【図５９】第１９の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナの構造を説明するための図である。
【図６０】第２０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをスマートフォンに適用する場合の例を示す第１の図である。
【図６１】第２０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをスマートフォンに適用する場合の例を示す第２の図である。
【図６２】第２０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをスマートフォンに適用する場合の例を示す第３の図である。
【図６３】第２０の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナをスマートフォンに適用する場合の例を示す第４の図である。
【図６４】第２１の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた電気窓の構造を説明するための図である。
【図６５】第２１の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた電気窓の機能を説明するための図である。
【図６６】第２２の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた電気窓を製品に適用する場合の例を示す図である。
【図６７】ケースが樹脂で形成される場合の従来のアンテナの配置を示す図である。
【図６８】ケースが金属で形成される場合を示す図である。
【図６９】金属のケースの一部のケースが樹脂で形成される場合を示す図である。
【図７０】金属のケースの外部にアンテナを配置する場合を示す図である。
【図７１】第２３の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた入力装置を示す図である。
【図７２】第２４の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた入力装置を電気機器に適用する場合の例を示す図である。
【図７３】第２４の実施の形態に係る、触れた特定部分のボタンと、変動した共振周波数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［左手系メタマテリアルを実現する上での課題］
近年、メタマテリアル（metamaterial）と称されるデバイスが注目されている。このメタマテリアルとは、自然界に存在する物質が有さないような電磁気的あるいは光学的な特性をもつ人工物質である。このようなメタマテリアルの代表的な特性として、負の透磁率（μ＜０）、負の誘電率（ε＜０）、あるいは負の屈折率（透磁率および誘電率がいずれも負の場合）が挙げられる。なお、μ＜０かつε＞０の領域、またはμ＞０かつε＜０の領域は「エバネッセント解領域」とも称され、μ＜０かつε＜０の領域は「左手系領域」とも称される。
【００２３】
μ＜０かつε＜０である左手系メタマテリアルは、負の誘電率と負の透磁率を同時に実現するため、負の誘電率を持つ素子と、負の透磁率を持つ素子とを周期配置して作られる。
【００２４】
左手系メタマテリアルには、大きく分けて、回路系と共振系とがある。共振系において、負のμを実現する手段としては、例えば、スプリットリング共振器（ＳＲＲ：Split Ring Resonator）がある（例えば、「左手系メタマテリアル」（日経エレクトロニクス１月２日号、日経ＢＰ社、２００６年１月２日、ｐ．７５−８１）参照）。
【００２５】
一方、負のεを実現する手段としては、電磁波の波長に対して十分長い金属細線がある。この金属細線によれば、プラズマ周波数が下がり、負のεが実現される。"Low Frequency Plasmons in thin-wire structures"（J B Pendry他, J. Phys.: Condens. Matter Vol.10 (1998) 4785-4809）には、金属細線のアレイにより負のεを実現できることが記載されている。また、特表２００８−５０７７３３号公報には、周期格子のワイヤが負の誘電率となるとの記述がある。
【００２６】
また、電磁波の波長λの半分の長さの金属細線が、電磁波との共振によって負の誘電率を発生することも知られている。
【００２７】
負のεの実現のために電磁波の波長に対して十分長い金属細線を用いる方法では、メタマテリアルを小型化できない。そこで、電磁波の波長λの半分の長さの金属線を用いることが考えられる。
【００２８】
しかしながら、λ／２長の金属線を負のμを実現するための共振器と組み合わせて左手系メタマテリアルを実現しようとした場合、λ／２長の金属線は、一種の共振器であるので、負のμを実現するための共振器との間で干渉を起こすおそれがある。そして、その結果、金属線と共振器との組み合わせは、負のεおよび負のμを同時に発現しないおそれがある。
【００２９】
上述した課題を解決するための、負の誘電率および負の透磁率を同時に発現することが可能なメタマテリアルの実施の形態を以下に記載する。
【００３０】
［共振器について］
本発明に係る左手系メタマテリアルは、共振器を組み合わせた共振系のものである。そこで、まず、本発明の左手系メタマテリアルを構成する共振器について説明する。
【００３１】
（多層コンデンサ型共振器）
本実施の形態において用いられる共振器の１つに、複数の電極を含む多層コンデンサ型共振器がある。この共振器には、当該電極間に生じる静電容量（キャパシタンス）を主体とした共振回路が形成される。この共振回路は、共振器の周辺に配置された信号線路に交流電流が流れることで発生する電磁波の特定の周波数成分に感受性をもち、この周波数成分の電磁波を受けて電気的な共振現象を生じ得る。この共振現象によって、負の透磁率が発現する。
【００３２】
ここで、メタマテリアルとしての機能である透磁率の共振を生じさせるためには、各共振器の電流の伝搬方向における長さが、対象とすべき周波数における電磁波の波長λに対して、少なくともλ／４より短い必要がある。さらに、各共振器の電流の伝搬方向における長さは、λ／２０以下であることが好ましい。
【００３３】
共振器としては、複数の平板電極を絶縁物（誘電体）を積層して形成された積層コンデンサなどを用いることができる。以下では、積層コンデンサを用いて共振器を実現する構成について例示する。この構成によれば、市販されている積層セラミックコンデンサなどの積層コンデンサを用いて、容易に共振器を構成できる。ただし、本発明に係る共振器を構成するための専用に設計された電極部材を用いてもよい。
【００３４】
図１は、コンデンサ型共振器３００の概略の外観図である。図１を参照して、コンデンサ型共振器３００は、非磁性体である外装部１０により覆われている。なお、外装部１０としては、テフロン（登録商標）などの樹脂材料が適している。このコンデンサ型共振器３００は、所定の周波数成分を含む電流が流れる信号線路２００に近接して配置されることで、当該電流が発生する電磁波の特定の周波数成分（共振周波数）を受けて共振を生じる。また、コンデンサ型共振器３００の信号線路２００に接する面とは反対側の面には、グランド２２０が配置される。
【００３５】
コンデンサ型共振器３００内での共振によって、コンデンサ型共振器３００に磁束が発生し、負の透磁率が発現する。
【００３６】
なお、コンデンサ型共振器３００が負の透磁率を発現する、すなわちメタマテリアルとしての機能である負の透磁率を発揮するためには、コンデンサ型共振器３００の信号線路２００における電流の伝搬方向における長さｌ’が、共振周波数における電磁波の波長λに対して、少なくともλ／４より短い必要がある。さらに、コンデンサ型共振器３００の長さｌは、λ／２０以下であることが好ましい。
【００３７】
以下では、コンデンサ型共振器３００の一例として、長さｌ’＝１．６ｍｍ、幅Ｗ＝０．８ｍｍ、高さＨ＝１．２ｍｍの８層の内部電極を有する積層コンデンサを用いる場合について例示する。なお、信号線路２００と積層コンデンサとの距離ｈ＝０．２ｍｍ、積層コンデンサとグランドの距離ｈ’＝０．２ｍｍとする。
【００３８】
ここで、λ／４＝長さｌ’＝１．６ｍｍとすると、λ＝６．４ｍｍとなり、これは、空気中では周波数ｆｍａｘ＝４６．８７５ＧＨｚに相当する。従って、このコンデンサ型共振器３００をλ／４以下のピッチで並べると、ギガヘルツ帯においてメタマテリアルとして用いることができる。当然のことながら、適用すべき周波数領域に応じて、共振器の長さｌを適宜設計することができる。
【００３９】
次に、図１および図２を参照して、コンデンサ型共振器３００の構造について説明する。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００４０】
図１を参照して、信号線路２００に電流が流れることによって、信号線路２００を中心とした円周方向に交流の磁界が発生する。すなわち、磁界の磁力線は、信号線路２００を中心とする同心円となる。また、信号線路２００には電流が流れる際に電位が発生するので、信号線路２００とグランド２２０との間には交流の電界が発生する。
【００４１】
図２を参照して、コンデンサ型共振器３００は、各々が比誘電率の高い絶縁物であるスペーサ６を介して互いに対向する第１内部電極４および第２内部電極５をそれぞれ複数含む。複数の第１内部電極４は、第１外部電極２と電気的に接続されており、複数の第２内部電極５は、第２外部電極３と電気的に接続されている。このように、コンデンサ型共振器３００では、平板状の複数の内部電極４，５が積層されており、隣接する第１内部電極４と第２内部電極５との間には、その電極の面積、電極間の距離、スペーサ６の比誘電率などによってその値が定まる静電容量（キャパシタンス）が生じる。
【００４２】
コンデンサ型共振器３００を構成する第１内部電極４および第２内部電極５の各電極面は、磁界の磁力線に対して実質的に平行となるように配置される。それとともに、第１外部電極２および第２外部電極３の各電極面が、第１外部電極２および第２外部電極３の各電極面とは異なる面において、磁界の磁力線に対して実質的に平行となるように配置される。すなわち、図２に示すように、信号線路２００を流れる電流によって生じる磁界の磁力線が紙面前後方向に発生している場合において、コンデンサ型共振器３００は、第１内部電極４および第２内部電極５の電極断面長手方向が紙面左右方向と一致し、かつ第１外部電極２および第２外部電極３の電極断面長手方向が紙面上下方向と一致するように配置される。
【００４３】
コンデンサ型共振器３００が図２に示すような位置関係を保って配置されることで、所定の周波数成分に対して図３に示すような共振回路が形成され、この共振回路によって、負の透磁率が発現する。
【００４４】
図３は、共振周波数においてコンデンサ型共振器３００で形成される共振回路を説明するための図である。
【００４５】
図３を参照して、その電極面が磁界の磁力線に対して実質的に平行となるように配置される第１内部電極４および第２内部電極５、ならびに第１外部電極２および第２外部電極３は、その経路長さに応じたコイル（インダクタ）として作用する。
【００４６】
コンデンサ型共振器３００では、第１内部電極のうち最上層の電極４ａと、第１外部電極２と、第１内部電極のうち最下層の電極４ｂとは互いに電気的に接続されており、これらを含む電流経路が形成される。同様に、第２内部電極のうち最上層の電極５ａと、第２外部電極３と、第２内部電極のうち最下層の電極５ｂとも互いに電気的に接続されており、これらを含む電流経路が形成される。ここで、電極４ａと電極５ａとの間の静電容量（キャパシタンスＣ１）と、電極４ｂと電極５ｂとの間の静電容量（キャパシタンスＣ２）とを介して、両電流経路は互いに電気的に接続され、キャパシタンスＣ１，Ｃ２と各電極によって生じるインダクタンスＬ１〜Ｌ６とを含む共振回路が形成される。したがって、本実施の形態に従うコンデンサ型共振器３００は、キャパシタンス（Ｃ１＋Ｃ２）と、インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６）とによって定まる共振周波数をもち、この共振周波数の電磁波が入射することで、透磁率共振が発現する。
【００４７】
なお、コンデンサ型共振器３００では、隣接する内部電極の間の各々で静電容量が発生するが、最上位の静電容量および最下位の静電容量を除いた他の静電容量は、この共振回路の形成への影響は小さい。これは、共振を起こす循環経路の最外層に電流が集中するためである。
【００４８】
図４は、コンデンサ型共振器３００で生じる比透磁率の周波数特性の一例を示す図である。なお、図４に示す変化特性は、シミュレーションによって算出されたものである。ここで、比透磁率とは、真空の透磁率に対する透磁率の比を表す。
【００４９】
図４を参照して、コンデンサ型共振器３００は、その１つの共振周波数として約４．９ＧＨｚをもち、その前後で比透磁率が大きく変動し、負の透磁率が生じることが分かる。
【００５０】
上述の説明では、第１内部電極４および第２内部電極５、ならびに第１外部電極２および第２外部電極３の各電極面が磁界の磁力線に対して実質的に平行となるように配置されることで、メタマテリアルとしての機能である負の透磁率を発現させることができることについて述べた。ここで、「実質的に平行」とは、各電極面が磁界の磁力線と直交する状態を除外する意味であり、各電極面が磁界の磁力線とまったく平行である状態以外にも、磁力線に対して所定角度をもつ状態をも含む。実用上は、コンデンサ型共振器３００で発現する負の透磁率の大きさが適用アプリケーションなどの要求を満足できる値であれば、「実質的に平行」とみなすことができる。
【００５１】
（コイル型共振器）
次に、本実施の形態のメタマテリアルに用いられるもう１つの種類の共振器である、コイル型共振器について説明する。コンデンサ型共振器が負の透磁率を発現するものであったのに対し、コイル型共振器は、中心軸が電界方向に対して平行（磁界に対して直角）になるように配置されたとき、負の誘電率を実現できる。また、中心軸が電界方向に対し直角（磁界方向に対して平行）になるように配置されたコイル型共振器は、負の透磁率を実現できる。
【００５２】
まず、コイル型共振器を用いて負の誘電率を発現するメタマテリアルの構成を図５を参照して説明する。図５は、コイル型共振器を用いて負の誘電率を発現するメタマテリアルの構成を説明するための図である。
【００５３】
図５を参照して、メタマテリアルは、コイル型共振器１００と外装部１０とを備える。コイル型共振器１００は、非磁性体である外装部１０により覆われている。コイル型共振器１００は、信号線路２００と、グランド２２０との間に配置されている。グランド２２０は、コイル型共振器１００の信号線路２００に接する面とは反対側の面にある外装部１０の面に配置される。
【００５４】
信号線路２００には、所定の周波数成分を含む電流が流れる。本実施の形態においては、信号線路２００は、ストリップラインであるとする。ただし、信号線路２００は、電流を流す導体の一例であって、導体の形態はこれに限られるものではない。
【００５５】
コイル型共振器１００は、金属線を周回したものである。コイル型共振器１００の全長（金属線の全長）は、信号線路２００を流れる電流の波長の半分程度である。ここでは、信号線路２００を流れる電流の周波数はＧＨｚ帯であり、コイル型共振器１００の長さは、２８ｍｍである。
【００５６】
図５では、コイル型共振器１００として、中心軸１１０を中心に巻かれている、すなわち、ばね形状を有するものを示した。ただし、コイル型共振器１００の形状は、図５に示した、円筒面に沿うように巻かれたものに限られない。例えば、コイル型共振器１００は、四角柱に沿って巻かれたような形状であってもよい。あるいは、コイル型共振器１００は、球面に沿って巻かれたような形状であってもよい。
【００５７】
コイル型共振器１００は、上述のような長さおよび形状を有していればよい。コイル型共振器１００としては、金属線を巻いたコイルなどを利用できる。コイル型共振器１００としては、既成のもの（例えば、既成のコイル）を用いてもよいし、専用に作成したものを用いてもよい。
【００５８】
外装部１０は、コイル型共振器１００の位置を固定する。外装部１０としては、テフロン（登録商標）などの樹脂材料が適している。ただし、外装部１０は、コイル型共振器１００の位置を固定する支持部材の一例であり、コイル型共振器１００は、他の部材により固定されていてもよい。
【００５９】
コイル型共振器１００の中心軸１１０は、信号線路２００を流れる電流が作る電界、より詳しくは、信号線路２００とグランド２２０との間に生じる電界に対して平行である。すなわち、外装部１０は、中心軸１１０が電界に平行になるように、コイル型共振器１００を固定する。言い換えると、コイル型共振器１００は、電界の勾配に沿って、コイルの両端の電位に差があるように、配置される。
【００６０】
図５に示す例では、中心軸１１０を、信号線路２００からグランド２２０に向かう方向にとっている。すなわち、中心軸１１０は、グランド２２０面に直交し、かつ、信号線路２００を貫通する。この配置により、中心軸１１０は、信号線路２００を流れる電流が作る電界に平行（信号線路２００を流れる電流が作る磁界に垂直）になっている。
【００６１】
信号線路２００に対して、コイル型共振器１００は、信号線路２００を流れる電流が発生する電場の特定の周波数（共振周波数）成分を受けて、共振を生じる。
【００６２】
コイル型共振器１００の電磁的性質を図６および図７に示す。図５に示すメタマテリアルが示す比透磁率および比誘電率をそれぞれ図６、図７に示す。ここで、比誘電率とは真空の誘電率に対する誘電率の比を表し、比透磁率とは真空の透磁率に対する透磁率の比を表わす。図７に示すように、図５のメタマテリアルは、２．６ＧＨｚ付近で負の誘電率を示す。一方、比透磁率は、図６に示すように、常に正である。
【００６３】
以上のとおり、波長の１／２の長さのコイル状の金属線によって、負の誘電率が発現することが分かる。このようにコイル状の金属線を用いたメタマテリアルは、直線状の金属線を用いて負の誘電率を実現するメタマテリアルに比べ、小型にできる。
【００６４】
次に、ばね状の金属線を用いて負の透磁率（μ）を持つメタマテリアルを実現する例について説明する。負のμを持つメタマテリアルは、図５に示したコイル型共振器１００と同様の長さおよび形状のコイル型共振器１００を、その中心軸１１０が磁界に平行になるように置くことで実現される。このように配置されたコイル型共振器１００が、負の透磁率を示すことを、図８から図１０を参照して、以下、説明する。
【００６５】
図８は、コイル型共振器を用いて負の誘電率を発現するメタマテリアルの構成を説明するための図である。図８に示すメタマテリアルは、図６に示すコイル型共振器１００をＹ軸周りに９０度回転して、コイル型共振器１００の中心軸が、信号線路２００を流れる電流により生じる磁界と平行（信号線路２００を流れる電流が作る電界に垂直）になるように配置したものである。
【００６６】
図８に示すメタマテリアルが示す比透磁率および比誘電率をそれぞれ図９、図１０に示す。図９に示すように、図８のメタマテリアルは、２．６ＧＨｚ付近で負の透磁率を示す。一方、図１０に示すように、比誘電率は常に正である。
【００６７】
このように中心軸方向を変えることにより、同じ構造のコイル型共振器１００が、負の誘電率を示す場合も、負の透磁率を示す場合もあることが分かる。なお、中心軸方向が磁界方向および電界方向に対して非直交になるように配置されたコイル型共振器１００は、負の誘電率および透磁率を同時に示す。
【００６８】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係るメタマテリアルとして、コイル型共振器と、コンデンサ型共振器とを並べて配置したものを説明する。
【００６９】
これらの共振器の組み合わせが、左手系メタマテリアルとなる、すなわち、負の透磁率および負の誘電率を同時に発現するためには、各共振器の配置および構造が重要となる。まず、コイル型共振器が負の誘電率を発現し、コンデンサ型共振器が負の透磁率を発現するよう、各共振器を配置しなければならない。さらに、共振器同士が不適切な干渉を起こさないように、共振器の構造にも配慮する必要がある。
【００７０】
コイル型共振器が負の誘電率を発現するためには、コイル型共振器を、その軸が電界方向（ｚ方向とする）に平行となるように配置すればよい。一方、コンデンサ型共振器については、コンデンサ型共振器が負の透磁率を発現するように、その内部極板が、磁界方向に平行、すなわち、ｚ方向を法線とする平面（ｘ−ｙ平面）に平行となるように配置すればよい。
【００７１】
以上の配置の条件に加えて、コンデンサ型共振器は、最外部の２枚の内部電極が逆相、すなわち、それぞれの内部電極に蓄えられる電荷の符号が逆、という条件を満たすことが好ましい。これは、コンデンサ型共振器とコイル型共振器とが干渉することを避けるためである。以下、図１１から図１６を参照して、このことについて、さらに詳しく説明する。
【００７２】
図１１は、最外部の内部電極が直接接続されているコンデンサ型共振器とコイル型共振器とを示す図である。これらの共振器は、近接して配置されている。ただし、コイル型共振器およびコンデンサ型共振器はお互いに電気的に接触していない。コイル型共振器は、電界中に置かれているので、両端に異なる符号の電荷が現れる。図１１においては、上端に正の電荷（図１１の＋）を、下端に負の電荷（図１１の−）が現れている状況を示している。反共振の周波数では、両端の電荷の符号が反転し、逆向きの電界ベクトルが発生し、負の誘電率が発現する。
【００７３】
一方、コンデンサ型共振器の図１１における最上面の電極と最下面の電極とは、外部電極によって最上面の電極により電気的に直接接続されているので、同符号の電荷を蓄えることになる。図１１では、最上面の電極および最下面の電極が、負の電荷を帯びている場合を示している。
【００７４】
図１１に示した状況では、近接する最下面の電極とコイル型共振器の下端とに蓄えられた負の電荷同士が干渉する。そのため、負の誘電率と負の透磁率とが、同時に発生しない。すなわち、負の誘電率の反共振周波数と、負の透磁率の反共振周波数とが、一致することがない。
【００７５】
このことを図１２および図１３を用いて具体的に説明する。図１２は、図１１に示す共振器群の比誘電率を示す図である。図１３は、図１１に示す共振器群の比透磁率を示す図である。
【００７６】
図１２には、コイル型共振器の形状（長さなど）を変化させたときの、共振器群全体の比誘電率特性を示している。コイル型共振器の形状変化にしたがい、誘電率の共振周波数が変化し、したがって、負の誘電率が生じる周波数が変化する。
【００７７】
図１３には、コイル型共振器の形状（長さなど）を変化させたときの、共振器群全体の比透磁率特性を示している。コイル型共振器の形状変化にしたがい、透磁率の共振周波数が変化し、したがって、負の透磁率が生じる周波数が変化する。コンデンサ型共振器の形状を変化させていないのにもかかわらず透磁率の共振周波数が変化するのは、各共振器の端部の電荷の干渉によるものである。
【００７８】
このようにコイル型共振器の形状を変化させると、負の誘電率が生じる帯域と、負の透磁率が生じる帯域との双方が変化する。そのために、負の誘電率および負の透磁率を同じ周波数で発現させることができない。負の誘電率（透磁率）を示す周波数を増加させていくと、負の透磁率（誘電率）を示す周波数も増加してしまう。逆に、負の誘電率（透磁率）を示す周波数を減少させていくと、負の透磁率（誘電率）を示す周波数も減少してしまう。このように、透磁率（誘電率）の共振周波数が、誘電率（透磁率）の共振周波数から離れてしまう現象が生じるので、負の誘電率および負の透磁率を同じ周波数で発現するように共振器を設計することが難しい。
【００７９】
そこで、本実施の形態に係るメタマテリアルにおいては、図１４のように２種類の共振器を配置する。本実施の形態に係るメタマテリアルは、コイル型共振器１００とコンデンサ型共振器３００と外装部１０（図１４には図示せず）とを備える。図１１に示す場合と同様、外装部１０は、コンデンサ型共振器とコイル型共振器とを、近接する位置に固定する。なお、先の説明と同様、外装部１０のかわりに他の支持部材を用いてもかまわない。
【００８０】
コイル型共振器は、図１１の場合と同様、電界中に置かれているので、両端に異なる符号の電荷が現れる。図１４においても、図１１と同様、上端に正の電荷（図１４の＋）を、下端に負の電荷（図１４の−）が現れている状況を示している。反共振の周波数では、両端の電荷の符号が反転し、逆向きの電界ベクトルが発生し、負の誘電率が発現する。
【００８１】
一方、コンデンサ型共振器は、図１１に示すものと異なる。コンデンサ型共振器の図１４における最上面の電極と最下面の電極とは、外部電極によって電気的に直接接続されておらず、電気容量を介して接続されている。そのため、最上面の電極と最下面の電極とは、逆相になる（逆符号の電荷を蓄える）。図１４では、最上面の電極が負の電荷を、最下面の電極が正の電荷を帯びている場合を示している。
【００８２】
図１４に示した状況では、図１１に示した状況と異なり、近接する最下面（あるいは最上面）の電極とコイル型共振器の下端（あるいは上端）とに蓄えられた電荷の干渉を抑えることができる。したがって、負の誘電率と負の透磁率とを、同時に発生することができる。すなわち、負の誘電率の反共振周波数と、負の透磁率の反共振周波数とを一致させることができる。
【００８３】
このことを図１５および図１６を参照して説明する。図１５には、コイル型共振器の形状を変化させたときの、共振器群全体の比誘電率特性を示している。コイル型共振器の形状変化にしたがい、誘電率の共振周波数が変化し、したがって、負の誘電率が生じる周波数が変化する。
【００８４】
図１６には、コイル型共振器の形状を変化させたときの、共振器群全体の比透磁率特性を示している。コイル型共振器の形状を変化させても、透磁率の共振周波数はほぼ変化しない。これは、各共振器の端部の電荷の干渉が抑えられており、コンデンサ型共振器の共振特性が変化しないためである。
【００８５】
以上のように、本実施の形態に係るメタマテリアルは、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発生でき、左手系となる。
【００８６】
なお、図１４では、１つのコイル型共振器と１つのコンデンサ型共振器とのセットを示したが、メタマテリアルは、このセットを複数備えていてもよい。この場合、例えば、セットを１次元的あるいは２次元的に連続する位置に、支持部材で固定する。
【００８７】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、負のεをもつ共振器としてコイル型共振器を用いる例を示した。しかしながら、本発明においては、負のεをもつ共振器として、コイル型共振器に限られず、電磁波に共振する略λ／２の長さの線路を含む共振器を用いることができる。
【００８８】
また、負のεをもつ共振器と負のμを持つ共振器（第１の実施の形態ではコンデンサ型共振器）は、第１の実施の形態で説明したように、必ずしも横に並べる必要はない。
【００８９】
第２の実施の形態では、負のεをもつ共振器として、λ／２長の線路と線路の両端に接続した２枚の導電板とを含む共振器を用い、負のεを持つ共振器と、負のμをもつコンデンサ型共振器とを共通の空間に組み合わせる構成について説明する。
【００９０】
第２の実施の形態に係るメタマテリアルの構成の概略を図１７および図１８を用いて説明する。図１８が、第２の実施の形態のメタマテリアルの概略図である。図１７は、第２の実施の形態のメタマテリアルにおいて、コンデンサ型共振器の構成を変えたものである。
【００９１】
図１７、図１８のいずれにおいても、コンデンサ型共振器の２つの最外電極の外部に、それぞれの最外電極と対向するように、２つの導電板が配置される。また、導電板は、巻かれた線路で接続されている。線路は、その長さが共振波長の略λ／２になるように設計される。
【００９２】
線路は、巻かれているため、小型のスペースでその長さを確保することができる。ただし、共振波長によっては、あるいは、小型化が必要ない場合には、線路は巻かれていなくてもよい。また、図１７、図１８では、コイル状に巻かれた線路を示したが、小型化は、線路を巻く方法に限られず、線路を屈曲させることにより実現される。例えば、ミアンダ線路などを用いてもよい。
【００９３】
各導電板は、線路との間の容量を大きくし、共振周波数における負の誘電率の絶対値を大きくする。また、容量による波長短縮効果により、実質的なλ／２の長さを短かくできる。なお、求められる負の誘電率の値によっては、各導電板は設置しなくてもよい。また、設計上の理由等により、線路の一方の端部のみに導電板を接続してもよい。
【００９４】
図１７と図１８の差異は、図１７では、コンデンサ型共振器の２つの最外電極が直接接続されているのに対し、図１８では、２つの最外電極が直接接続されず、逆相である点にある。図１８に示す本実施の形態に係るメタマテリアルは、第１の実施の形態に係るメタマテリアルと同様、電荷の干渉を抑えられるので、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現することができる。図１７に示す構造では、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現することが困難である。
【００９５】
図１８で概略を示した本実施の形態に係るメタマテリアルの具体的な構成を図１９に示す。図１９を参照して、本実施の形態に係るメタマテリアルは、負の誘電率用の共振器および負の透磁率用の共振器を基板材料内に作りこんだユニット６００を複数備える。このユニットは、多層基板のような技術を使って、１チップ内に、負の誘電率用の共振器および負の透磁率用の共振器を作りこんだものである。この構成では、基板材料が支持部材に相当する。
【００９６】
各ユニット６００は、信号線路２００の直下に、かつ、信号線路２００とグランド２２０との間に配置されている。また、各ユニット６００は、空間的に連続的に配置される。図１９では、４つのユニット６００を、信号線路２００に沿った方向で配置した例を示しているが、ユニット６００の配置はこれに限られるものではない。１次元状に配置された共振器を、同一平面内に並べて、平面状のメタマテリアルを構成することも可能である。さらに、平面状のメタマテリアルを重ねて、立体的なメタマテリアルを構成することも可能である。
【００９７】
ユニット６００の構造を図２０および図２１を参照して説明する。図２０は、ユニット６００の斜視図である。図２１は、ユニット６００をｙ方向から見た側面図である。
【００９８】
図２０に示すように、ユニット６００は、最上部電極６１０ａと、最下部電極６１０ｂと、第１の内部電極６２２と、第２の内部電極６２４と、第３の内部電極６３２と、第４の内部電極６３４と、線路６４０とを備える。また、図２１に示すように、ユニット６００は、さらに、第１の外部電極６５０と、第２の外部電極６６０とを備える。
【００９９】
最上部電極６１０ａは、第１の内部電極６２２、第２の内部電極６２４、第３の内部電極６３２、第４の内部電極６３４よりも上に（ｚ座標が大きな位置に）配置される。最下部電極６１０ｂは、第１の内部電極６２２、第２の内部電極６２４、第３の内部電極６３２、第４の内部電極６３４よりも下に（ｚ座標が小さな位置に）配置される。最上部電極６１０ａは、−ｚ方向に伸びた側面部分を有する。最下部電極６１０ｂは、＋ｚ方向に伸びた側面部分を有する。また、最上部電極６１０ａは、信号線路２００の真下に配置される。
【０１００】
線路６４０は、最上部電極６１０ａの−ｚ方向に伸びた側面部分と、最下部電極６１０ｂの＋ｚ方向に伸びた側面部分とを接続する。線路６４０は、最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂと、各側面部分とをつなぐことで、負の誘電率を実現するλ／２線路の一部として機能する。
【０１０１】
線路６４０と各側面部分により構成される線路の長さは、共振周波数に応じて設計される。ここでは、λ／２の長さをとるため、線路６４０を、中央層に引いたミアンダ線路としている。ただし、線路６４０の形状はこれに限られるわけではなく、例えば、ヘリカルでもスパイラルでも構わない。
【０１０２】
なお、最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂは、負の誘電率の絶対値を大きくするとともに、共振波長を短縮するために備えられているものである。共振波長が短縮されるのは、最上部電極６１０ａと信号線路との容量による波長短縮効果による。最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂは、要求される負の誘電率や共振波長により省略することも可能である。
【０１０３】
第１の内部電極６２２および第２の内部電極６２４は、近接して対向して配置される。また、第３の内部電極６３２および第４の内部電極６３４は、近接して対向して配置される。第１の内部電極６２２および第２の内部電極６２４の対（上部電極対とよぶ）は、最上部電極６１０ａの側に配置される。第３の内部電極６３２および第４の内部電極６３４の対（下部電極対とよぶ）は、最下部電極６１０ｂの側に配置される。各々の内部電極面は、信号線路２００を流れる電流により生じる磁界方向と平行（電界方向と垂直）に配置される。
【０１０４】
第１の外部電極６５０は、図２１に示すとおり、第１の内部電極６２２と第３の内部電極６３２とを接続する。第２の外部電極６６０は、図２１に示すとおり、第２の内部電極６２４と第４の内部電極６３４とを接続する。各々の外部電極面は、信号線路２００を流れる電流により生じる磁界方向と平行（電界方向と垂直）に配置される。
【０１０５】
上述の線路６４０と最上部電極６１０ａと最下部電極６１０ｂとは、負の誘電率を実現する。第１〜第４の内部電極６２２，６２４，６３２，６３４、ならびに第１の外部電極６５０および第２の外部電極６６０は、上下２枚ずつの電極をもつコンデンサ型共振器を形成し、負の透磁率を実現する。負の誘電率を実現するλ／２線路および負の透磁率を実現するコンデンサ型共振器は、当然ながら、互いに電気的に直接接続されていない。また、λ／２線路およびコンデンサ型共振器は、信号線路２００、グランド２２０に対しても電気的に接続されておらず、浮いた状態となっている。また、各ユニット６００も、お互いに接触していない。
【０１０６】
以上説明したようなユニット６００を空間的に連続に配置することにより、本実施の形態に係るメタマテリアルは、左手系メタマテリアルとして機能する。なお、ユニット６００の配置の仕方は、上述のものに限られない。例えば、平面内に２次元状に配置してもよい。
【０１０７】
本実施の形態に係るメタマテリアルは、負の誘電率用の共振器および負の透磁率用の共振器をユニット内に作りこむことで作成されるため、工業的な製造が容易である。
【０１０８】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、第２の実施の形態におけるコンデンサ型共振器のかわりにスプリットリング型の共振器を用いたメタマテリアルについて説明する。
【０１０９】
第３の実施の形態に係るメタマテリアルの１つのユニット７００の構造を図２２および図２３に示す。図２２は、ユニット７００の斜視図である。図２３は、ユニット７００の側面図である。
【０１１０】
図２２を参照して、ユニット７００は、最上部電極７１０ａと、最下部電極７１０ｂと、第１の内部電極７２２と、第２の内部電極７２４ａと、第３の内部電極７２４ｂと、第４の内部電極７３０と、線路７４０を備える。図２３を参照して、ユニット７００は、さらに、第１の外部電極７５０および第２の外部電極７６０を備える。
【０１１１】
最上部電極７１０ａおよび最下部電極７１０ｂは、第２の実施の形態に係る最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂと同様の構造をもち、各内部電極よりも外部に配置される。
【０１１２】
線路７４０は、最上部電極７１０ａおよび最下部電極７１０ｂを接続する。線路７４０は、第２の実施の形態の線路６４０と同様、λ／２線路の一部として機能し、負の誘電率を実現する。なお、本実施の形態では、線路７４０として、水平面内を１周半するヘリカル構造のものを用いている。
【０１１３】
第２の内部電極７２４ａおよび第３の内部電極７２４ｂは、同一面内で、離して配置される。第１の外部電極７５０は、第２の内部電極７２４ａと第４の内部電極７３０とを接続する。第２の外部電極７６０は、第３の内部電極７２４ｂと第４の内部電極７３０とを接続する。つまり、第２の内部電極７２４ａ、第１の外部電極７５０、第３の内部電極７２４ｂ、第２の外部電極７６０、第４の内部電極７３０は、スプリットリング型の共振器と同様の構造を有する。したがって、これらの電極は、負の透磁率を発現する。
【０１１４】
第１の内部電極７２２は、第２の内部電極７２４ａおよび第３の内部電極７２４ｂと対向して、第２の内部電極７２４ａおよび第３の内部電極７２４ｂとは電気的に接触しないように配置される。第１の内部電極７２２は、第２の内部電極７２４ａと第３の内部電極７２４ｂとの間の切れ目部分の静電容量を補い、共振周波数を下げる役割を果たす。
【０１１５】
［第４の実施の形態］
１チップ内に、負の誘電率用の共振器および負の透磁率用の共振器を作りこむメタマテリアルの他の例として、周辺に配置したコイルの中に負の透磁率用の共振器を配置したものを作ることもできる。第４の実施の形態では、そのようなメタマテリアルの一例を示す。
【０１１６】
第４の実施の形態に係るメタマテリアルの１つのユニット８００の構造を図２４、図２５、図２６を参照しつつ説明する。図２４は、ユニット８００の斜視図である。図２５は、ユニット８００の側面図である。図２６は、ユニット８００の上面図である。
【０１１７】
ユニット８００は、コイル状導体８１０と、第１の電極８２２と、第２の電極８２４と、第３の電極８３２と、第４の電極８３４と、第１のビア８４２と、第２のビア８４４とを備える。
【０１１８】
コイル状導体８１０は、ユニット８００の表面に近い領域を複数（ここに示す例では、８回）周回する。コイル状導体８１０は、第１の電極８２２、第２の電極８２４、第３の電極８３２、第４の電極８３４、第１のビア８４２、第２のビア８４４を囲むように配置される。
【０１１９】
第１の電極８２２および第２の電極８２４は、近接して対向して配置される。また、第１の電極８２２および第２の電極８２４は、それぞれの水平面内の位置を互いにずらして配置される。
【０１２０】
第３の電極８３２および第４の電極８３４は、近接して対向して配置される。また、第３の電極８３２および第４の電極８３４は、それぞれの水平面内の位置を互いにずらして配置される。
【０１２１】
第１の電極８２２と第２の電極８２４の対は、ユニット８００内の上部に形成される。第３の電極８３２と第４の電極８３４の対は、ユニット８００内の下部に形成される。なお、ここでの上部、下部とは、図２４および図２５に即したものである。
【０１２２】
第１のビア８４２は、第１の電極８２２と第３の電極８３２とを接続する。また、第２のビア８４４は、第２の電極８２４と第４の電極８３４とを接続する。
【０１２３】
以上の構造により、第１〜第４の電極８２２，８２４，８３２，８３４ならびに第１のビア８４２および第２のビア８４４は、コンデンサ型の共振器として機能し、負の透磁率を発現する。
【０１２４】
本実施の形態の構成によれば、第２および第３の実施の形態に比べ、ユニットの大きさを保ちつつ、線路（コイル）の長さを長く取れる。そのため、低い共振周波数を得ることができる。
【０１２５】
［第５の実施の形態］
第３の実施の形態や、第４の実施の形態に係るメタマテリアルを作成するためのユニット（メタマテリアルユニット）では、負の透磁率用の共振器は、内部電極を接続するための外部電極を有していた。これに対し、本実施の形態に係る負の透磁率用の共振器では、内部電極を接続するための導電部が、ビアにより実現される。
【０１２６】
第５の実施の形態に係るメタマテリアルの１つのユニット９００の構造を図２７から図２９に示す。図２７は、ユニット９００の斜視図である。図２８は、ユニット９００の正面図である。図２９は、ユニット９００の側面図である。
【０１２７】
図２７から図２９を参照して、ユニット９００は、最上部電極９１０ａと、第１のビア９１２ａと、第２のビア９１２ｂと、最下部電極９１０ｂと、第１の内部電極９２２と、第２の内部電極９２４ａと、第３の内部電極９２４ｂと、第４の内部電極９３０と、線路９４０と、第３のビア９５０と、第４のビア９６０とを備える。
【０１２８】
第１のビア９１２ａ、線路９４０および第２のビア９１２ｂは、最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂを接続する。
【０１２９】
第１のビア９１２ａ、線路９４０および第２のビア９１２ｂの全長は、共振波長の略１／２の長さである。第１のビア９１２ａ、線路９４０および第２のビア９１２ｂは、λ／２線路の一部として機能し、負の誘電率を実現する。なお、線路９４０の形状は、図示したミアンダ線路に限られず、例えば、ヘリカルでもスパイラルでも構わない。
【０１３０】
最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂは、図２１に示す最上部電極６１０ａおよび最下部電極６１０ｂと同様に、負の誘電率の絶対値を大きくするとともに、共振波長を短縮する機能を発揮する。ただし、最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂは、省略することも可能である。
【０１３１】
なお、第１のビア９１２ａの外部端部（線路９４０に接続されていないほうの端部）および第２のビア９１２ｂの外部端部（線路９４０に接続されていないほうの端部）は、最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂの有無にかかわらず、λ／２線路の両端に電荷がたまるように、負の透磁率用の共振器の外部にあることが好ましい。
【０１３２】
第３のビア９５０は、第２の内部電極９２４ａと第４の内部電極９３０とを接続する。第４のビア９６０は、第３の内部電極９２４ｂと第４の内部電極９３０とを接続する。第２の内部電極９２４ａ、第３のビア９５０、第３の内部電極９２４ｂ、第４のビア９６０、第４の内部電極９３０は、スプリットリング型の共振器と同様の構造を有し、負の透磁率を発現する共振器として機能する。第１の内部電極９２２は、第４の実施の形態の第１の内部電極７２２と同様、第２の内部電極９２４ａと第３の内部電極９２４ｂとの間の切れ目部分の静電容量を補い、共振周波数を下げる役割を果たす。
【０１３３】
本実施の形態に係るユニット９００は、外部電極を必要としない。したがって、このユニットは、製造が容易である。外部電極を備えるユニットを作成する場合、通常、外部電極以外の部分を積層形成したあと、外部電極を積層形成した部品に貼り付ける。一方、本実施の形態に係るユニット９００は、積層形成のみで、作成することができる。
【０１３４】
また、ユニット９００は、複数のユニットを並べたメタマテリアルの作成に好適である。外部電極をもつユニット同士が接触してしまうと、一方のユニットの外部電極に流れる電流が、他方のユニットの外部電極にも流れることになり、適切に電磁波の共振が起きなくなる。したがって、ユニット同士を離して配置する、あるいは、外部電極を絶縁体で覆うなどのユニット加工を行なう必要があった。本実施の形態に係るユニット９００は、互いに隣接させて配置できるので、メタマテリアルをさらに小さくできる。また、加工が不要なため、ユニット９００を用いたメタマテリアルの作成は、容易である。
【０１３５】
ユニット９００の作成方法を、図３０を参照して説明しておく。図３０は、第６の実施の形態に係るユニット９００の作成方法を説明するための図である。
【０１３６】
図３０を参照して、ユニット９００は、複数の層を順次重ねて作成される。図３０には、ユニット９００の主要な構成要素を含む層Ｌ１〜Ｌ６を示している。各層の材料（基板材料）は、樹脂などの絶縁性材料である。いくつかの層の基板材料上には金属部品が形成されている。また、いくつかの層の基板材料には、基板材料を貫通するようにビアが形成されている。なお、図３０に示しているのは、層Ｌ１〜Ｌ６の一部である。実際には、層Ｌ１〜Ｌ６は、図３０における横方向にさらにのびている。
【０１３７】
層Ｌ１〜Ｌ６には、それぞれ、周期的に配置された複数の（図３０では３×３の）ユニットの構成部品が配置されている。層Ｌ１は、複数の最下部電極９１０ｂを含む。層Ｌ２は、複数の第４の内部電極９３０を含む。層Ｌ３は、複数の線路９４０を含む。層Ｌ４は、第２の内部電極９２４ａと第３の内部電極９２４ｂとの対を複数含む。層Ｌ５は、複数の第１の内部電極９２２を含む。層Ｌ６は、複数の最上部電極９１０ａを含む。
【０１３８】
また、各層のうち、第１のビア９１２ａ、第２のビア９１２ｂ、第３のビア９５０、および、第４のビア９６０に相当する領域には、ビアが形成されている。図３０中では、ビアを垂直方向の細線にて示している。
【０１３９】
各層を積み重ねて積層体を作った後、積層体を切断して、ユニット９００を作成する。図３０に示す部分からは、９つのユニット９００ができる。なお、積層体を１つ１つのユニット９００にばらすのではなく、いくつかのユニット９００をひとまとまりにして積層体から切り出してもよい。
【０１４０】
なお、本実施の形態では、第３の実施の形態で示したスプリット型共振器の導電部をビアとする構造を示したが、他のタイプの共振器の導電部をビアとすることもできる。例えば、第２の実施の形態で示した多層コンデンサ型共振器の外部電極をビアにしてもよい。
【０１４１】
［第６の実施の形態］
第２、第３、第５の実施の形態に係るメタマテリアルユニットでは、負の誘電率を発現するための線路を、ＬＣ共振器（具体的には、多層コンデンサ型共振器およびスプリット型共振器）の中に形成していた。しかしながら、線路は、必ずしも、ＬＣ共振器の内部になくてもよい。第６の実施の形態では、λ／２線路を、ＬＣ共振器の外部に配置したユニット１０００について説明する。
【０１４２】
第６の実施の形態に係るユニット１０００の構造を図３１に示す。図３１は、第６の実施の形態に係るユニット１０００の構造を示す図である。
【０１４３】
図３１を参照して、ユニット１０００は、最上部電極１０１０ａと、第１のビア１０１２と、最下部電極１０１０ｂと、第１の内部電極１０２２と、第２の内部電極１０２４ａと、第３の内部電極１０２４ｂと、第４の内部電極１０３０と、第２のビア１０５０と、第３のビア１０６０とを備える。
【０１４４】
第１のビア１０１２は、最上部電極１０１０ａおよび最下部電極１０１０ｂを接続する。第１のビア１０１２の長さは、共振波長の略１／２である。したがって、第１のビア１０１２は、共振波長の電磁波に対して負の誘電率を発現する。
【０１４５】
なお、本実施の形態では、最上部電極１０１０ａおよび最下部電極１０１０ｂが、直線の第１のビア１０１２で接続されている。しかしながら、図２７に示す構造のように、複数のビアと、水平面内の線路とを組み合わせて、λ／２線路を実現してもよい。ユニットの小型化のためには、この場合の線路は、他の実施の形態で説明したように、ミアンダ線路など屈曲したものであることが好ましい。
【０１４６】
最上部電極１０１０ａおよび最下部電極１０１０ｂは、第５の実施の形態における最上部電極９１０ａおよび最下部電極９１０ｂと同様に、負の誘電率の絶対値を大きくするとともに共振周波数を短縮する機能を発揮する。
【０１４７】
第２の内部電極１０２４ａ、第２のビア１０５０、第３の内部電極１０２４ｂ、第４の内部電極１０３０、第３のビア１０６０、および、第３の内部電極１０２４ｂは、スプリットリング型の共振器と同様の構造を有し、負の透磁率を発現する共振器として機能する。第１の内部電極１０２２は、第４の実施の形態の第１の内部電極７２２と同様、第２の内部電極１０２４ａと第３の内部電極１０２４ｂとの間の切れ目部分の静電容量を補い、共振周波数を下げる役割を果たす。
【０１４８】
第１の内部電極１０２２、第２の内部電極１０２４ａ、第２のビア１０５０、第３の内部電極１０２４ｂ、第３のビア１０６０、および、第４の内部電極１０３０は、最上部電極１０１０ａおよび最下部電極１０１０ｂに挟まれる空間内に配置される。つまり、本実施の形態に係るユニットでは、負の誘電率を発現する共振器の中に、負の透磁率を発現する共振器が形成されている。
【０１４９】
本実施の形態に係るユニット１０００は、第５の実施の形態に係るユニット９００と同様に、ビアによって、内部電極を接続しているため、容易に作成できる。また、ユニット１０００は、ユニットの表面に電極を有さないため、メタマテリアルの作成に好適である。
【０１５０】
［補足］
メタマテリアルが、ある共振周波数において、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現するための、共振器の位置関係について、まとめておく。ここでは、第５の実施の形態で説明したような、スプリットリング型共振器と、半波長共振器とを組み合わせたメタマテリアル（あるいはメタマテリアルユニット）を例にとって、説明する。
【０１５１】
図３２は、スプリットリング型共振器１２１０および半波長共振器１２２０を組み合わせたメタマテリアルと、信号線路２００と、グランド２２０との位置関係を模式的に示した図である。このメタマテリアルは、第５の実施の形態で説明したとおり、負の透磁率と負の誘電率とを同時に発現する。これは、メタマテリアルが電磁界に共振する際に電界が集中する領域と、磁界が集中する領域とが重複しないためである。
【０１５２】
電界が集中する領域について図３３を参照して説明する。図３３は、図３２に示すメタマテリアルが、負の誘電率を示すときの、電荷および電界の様子を模式的に示す図である。図３３を参照して、半波長共振器１２２０は、第１の最外電極１２２２と、第２の最外電極１２２４と、線路１２２６とを含む。第１の最外電極１２２２は、信号線路２００側に配置されている。第２の最外電極１２４４は、グランド２２０側に配置されている。
【０１５３】
図３３には、信号線路２００に電流が流れ、信号線路２００からグランド２２０に向かう電界が発生している状況を示している。共振周波数をもつ電流が流れると、第１の最外電極１２２２には負電荷がたまり、第２の最外電極１２２４には、正電荷がたまる。そして、第１の最外電極１２２２と信号線路２００との間の領域１２３０、ならびに、第２の最外電極１２２４とグランド２２０との間の領域１２４０に大きな電界が発生する。
【０１５４】
つまり、半波長共振により電荷がたまる半波長共振器１２２０の端部と、信号線路２００あるいはグランドとに挟まれる領域が、共振による電界が集中する領域である。なお、ここでは、半波長線路の両端に接続された電極が、半波長共振器１２２０の端部に相当する。しかし、半波長共振器１２２０が電極を含まない場合、半波長線路の両端が半波長共振器１２２０の端部に相当する。
【０１５５】
磁界が集中する領域について図３４を参照して説明する。図３４は、図３２に示すメタマテリアルが、負の透磁率を示すときの、磁界の様子を模式的に示す図である。図３４を参照して、スプリットリング型共振器１２１０は、第１の導体１２１２と、第２の導体１２１４とを含む。
【０１５６】
図３４には、信号線路２００に電流が流れ、スプリットリング型共振器１２１０から磁界が発生している状況を示している。共振周波数をもつ電流が流れると、電流とスプリットリング型共振器１２１０がＬＣ共振し、第２の導体１２１４の内部の領域１２５０に、信号線路２００を流れる電流により発生する磁界を打ち消す、大きな磁界が発生する。発生する磁界は、主に紙面に直交する。
【０１５７】
つまり、ＬＣ共振の生じるループの内部領域が、共振による磁界が集中する領域である。言い換えると、キャパシタンスを形成する電極対と、インダクタンスを形成する導電部とに囲まれた空間が、共振による磁界が集中する領域である。
【０１５８】
図３３と図３４とを比較して、電界が集中する領域（領域１２３０および領域１２４０）と、磁界が集中する領域（領域１２５０）とは互いに離れている。そのため、半波長共振器１２２０の共振により発生する電界は、スプリットリング型共振器１２１０の共振に影響をほぼ及ぼさない。逆もまた同様である。したがって、図３２に示したメタマテリアルは、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現することができる。図３２に示す構造をもつメタマテリアルは、誘電率共振により発生する電界が集中する領域とは異なる領域に、透磁率共振により発生する磁界が集中する。
【０１５９】
比較のため、スプリットリング型共振器と、半波長共振器との位置関係を変更したメタマテリアルについて、図３５から図３７を参照して説明する。
【０１６０】
図３５は、図３４のメタマテリアルとは共振器の配置が異なるメタマテリアルと、信号線路２００と、グランド２２０との位置関係を模式的に示した図である。
【０１６１】
図３５に示すメタマテリアルは、スプリットリング型共振器１３１０および半波長共振器１３２０を備える。スプリットリング型共振器１３１０は、第１の導体１３１２および第２の導体１３１４を含む。半波長共振器１３２０は、全体が、第２の導体１３１４の中に配置されている。
【０１６２】
このメタマテリアルでは、メタマテリアルが電磁界に共振する際に電界が集中する領域と、磁界が集中する領域とに重なりがある。そのため、負の透磁率と負の誘電率とを同時に安定に発現することがやや難しくなる。
【０１６３】
電界が集中する領域を図３６に示す。図３６は、図３５に示すメタマテリアルが、負の誘電率を示すときの電界の集中する領域を説明するための図である。図３６を参照して、半波長共振器１３２０は、第１の最外電極１３２２と、第２の最外電極１３２４と、線路１３２６とを含む。第１の最外電極１３２２は、信号線路２００側に配置されている。第２の最外電極１３４４は、グランド２２０側に配置されている。
【０１６４】
負の誘電率の発生時には、第１の最外電極１３２２と信号線路２００との間の領域１３３０、ならびに、第２の最外電極１３２４とグランド２２０との間の領域１３４０に大きな電界が発生する。
【０１６５】
磁界が集中する領域について図３７を参照して説明する。図３７は、図３５に示すメタマテリアルが、負の透磁率を示すときの磁界の集中する領域を説明するための図である。負の透磁率の発現時には、第２の導体１３１４の内部の領域１３５０に、信号線路２００を流れる電流により発生する磁界を打ち消す方向の大きな磁界が発生する。
【０１６６】
図３６と図３７とを比較して、電界が集中する領域（領域１３３０および領域１３４０）の一部と、磁界が集中する領域（領域１３５０）の一部とは重複する。そのため、半波長共振器１２２０の共振により発生する電界が、スプリットリング型共振器１２１０の共振に影響を及ぼす。逆もまた同様である。したがって、図３５に示したメタマテリアルは、負の誘電率と負の透磁率とを同時に発現することがやや難しくなる。
【０１６７】
なお、以上の説明は、他の種類の共振器をもつメタマテリアルにもあてはまる。例えば、スプリット型共振器を多層コンデンサ型共振器に替えたメタマテリアルについても、以上の説明はあてはまる。
【０１６８】
ただし、多層コンデンサ型共振器を用いる場合には、第１の実施の形態や第２の実施の形態で説明したように、同極性の電荷が、不干渉であることが好ましい。つまり、同極性の電荷が、互いの発現に影響しない程度に離れて発生するように、共振器が構成されていることが好ましい。具体的には、静電容量を形成する複数の電極のうち、最も外部にある２つの最外電極の極性が逆であることが好ましい。
【０１６９】
［第７の実施の形態から第２２の実施の形態の背景技術］
アンテナの歴史は古く、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、および、逆Ｆアンテナなど数多くの公知技術がある。通常のアンテナは、λ／４の長さの線路を、棒または板状にしたり、フィルム上またはプリント基板上に導電体で形成したりすることで、構成される。また、小型化のために、ミアンダ状に折り曲げて形成したり、誘電体を使って波長短縮したり、多層構造で立体的に形成したりする方法もある。
【０１７０】
さらに、セラミックス用いたチップタイプのアンテナもある（たとえば、特許第３１４７７５６号公報）。メタマテリアルを用いたものでは、マッシュルーム構造と呼ばれる、表面にスリットを入れた構造が提案されている（たとえば、特表２００９−５３５９４２号公報および特表２０１０−５０２１３１号公報）。
【０１７１】
［第７の実施の形態から第２２の実施の形態で解決しようとする課題］
たとえば、携帯電話・移動体端末向けの１セグメント部分受信サービス、いわゆる、ワンセグ放送を受信するためのモノポールアンテナは、機器の外側に、伸縮可能なロッドタイプとして設けられる。また、携帯電話のアンテナは、プリント基板上に構成されることも多い。チップアンテナは、基板上にマウントされる。
【０１７２】
図６７は、ケース３００１が樹脂で形成される場合の従来のアンテナ３０００の配置を示す図である。図６７を参照して、携帯電話などの基板３３００の上にアンテナ３０００が形成される場合、携帯電話の外側のケース３００１が樹脂であれば、電波を通すため問題はない。
【０１７３】
図６８は、ケース４００１が金属で形成される場合を示す図である。図６８を参照して、ケース４００１が金属であったり、導電性の樹脂であったりすると、電波を通さないため、内部の基板４３００の上にアンテナ４０００を形成したとしても、アンテナ４０００として機能させることができない。
【０１７４】
また、上述の特許第３１４７７５６号公報、特表２００９−５３５９４２号公報および特表２０１０−５０２１３１号公報までで示したアンテナについても、電波を通さないケースの内部に形成された場合、アンテナとして機能させることができない。
【０１７５】
図６９は、金属のケース４００１の一部のケース４００２が樹脂で形成される場合を示す図である。ケース４００１が電波を通さない場合、第１の方法として、金属のケース４００１の一部分のケース４００２の部分だけ電波を通す樹脂にして、電波が遮断されないようにする。たとえば、最近のノートＰＣ（Personal Computer）では、金属の天板の一部を樹脂にして、そこにアンテナを形成している。
【０１７６】
図７０は、金属のケース４００１の外部にアンテナ４１００を配置する場合を示す図である。図７０を参照して、ケース４００１が電波を通さない場合、第２の方法として、アンテナ４１００を機器の外側に設けるようにする。
【０１７７】
アンテナ４１００を機器の外側に付ければ、アンテナ４１００の機能的には問題はない。しかし、その場合、アンテナ４１００が邪魔となったり、アンテナ４１００を出すのが面倒であったりといったこともあるため、消費者のニーズに合わないといった問題があった。このため、やはり、内蔵アンテナが望まれる。
【０１７８】
上述したように、金属のケース４００１の一部を樹脂にした場合、強度および放熱の性能が落ちたり、部分的に質感が変わるため、デザイン上、好まれなかったりといった問題がある。
【０１７９】
また、樹脂に置き換える部分は、必要最小限に抑えられるので、狭いスペースにアンテナを搭載しなければならず、小型のアンテナが必要になり、利得を犠牲にすることもある。さらに、数多くの無線規格が乱立する中、アンテナの必要本数も増えてきており、アンテナの搭載位置が不足してきている。
【０１８０】
金属のケースの一部を電磁気的に分離できれば、この分離された部分をアンテナとして機能させることができるので、上述のような問題は解決される。
【０１８１】
［第７の実施の形態から第２２の実施の形態の課題を解決するための手段］
上述の問題点を解決するために以下のような課題を解決するための手段を執り得る。
【０１８２】
上述の目的を達成するために、ある局面によれば、電気装置は、深さ方向の一定の範囲に導電層を有する平板（たとえば、金属層のみ、表皮深さ未満の金属層＋絶縁体層）と、電磁界の所定の共振波長に対して負の誘電率または負の透磁率を発現可能なメタマテリアルとを備える。メタマテリアルは、導電層を流れる電流の共振波長近傍の成分を遮断させる遮断領域（たとえば、高インピーダンス領域、反射領域）を、導電層の特定領域を他の領域と区画する区画領域に形成するように配置される。電気装置は、特定領域に、電磁波を放射可能な放射部を有する。
【０１８３】
平板の深さ方向の一定の範囲とは、平板の一方の面からの深さがたとえばａ〜ｂ（平板の厚さをｔとすると、０≦ａ＜ｂ≦ｔ）の範囲をいう。たとえば、ａ＝０、ｂ＝ｔの場合、導電層が、平板の厚さの全ての範囲を占める。ａ＝０、ｂ＜ｔの場合、導電層が、平板の一方の面から深さｂまでの範囲を占める。ａ＞０、ｂ＜ｔの場合、導電層が、平板の一方の面から深さａまでの層と他方の面から深さｔ−ｂまでの層とに挟まれた範囲を占める。ａ＞０、ｂ＝ｔの場合、導電層が、平板の他方の面から深さｔ−ａまでの範囲を占める。
【０１８４】
これに従えば、特定領域が、電磁界の共振波長の成分との共振において、区画領域の外と分離される。このため、平板の特定領域を他の領域と電磁気的に分離することが可能な電気装置を提供することができる。
【０１８５】
また、特定領域が、給電点から給電されたときに、区画領域の外と電磁気的に分離されて、電磁界の共振波長近傍の成分と共振するアンテナとして機能する。このため、平板の一部をアンテナとして機能させることができる。
【０１８６】
また、一方の面からの電磁波を他方の面に通過させる電気窓としての特定領域を、導電層を有する平面に形成することができる。
【０１８７】
好ましくは、導電層は、導電層の材料に応じた表皮深さ未満の厚さである。放射部は、特定領域の導電層の表面に形成される。
【０１８８】
好ましくは、特定領域は、平板の輪郭（平板の端部、スリットが設けられている場合、スリットの輪郭）に接する。放射部は、平板の輪郭に接した部分の特定領域の導電層の端面（たとえば、特定領域に接して設けられるスリット部に露出する導電層の端面、平板の端部に設けられた特定領域の導電層の端面）に形成される。
【０１８９】
好ましくは、特定領域には、給電点が設けられる。導電層を流れる電流は、給電点から給電された電流である。特定領域は、給電点から給電されるアンテナである。
【０１９０】
さらに好ましくは、平板は、外部に対して内部を遮蔽するように成型された筐体の一部を構成する。メタマテリアルは、筐体の内部に設けられる。筐体の内部に設けられ、給電点に給電するとともに特定領域で共振した共振波長近傍の電磁波を処理する回路（たとえば、同調回路、増幅回路、出力回路など）をさらに備える。
【０１９１】
好ましくは、電気装置は、メタマテリアルを挟んで特定領域と反対側に配置される接地平板をさらに備える。
【０１９２】
好ましくは、電気装置は、区画領域の給電点の近くの一部に、メタマテリアルに替えて設けられる接地部をさらに備える。
【０１９３】
好ましくは、電気装置は、所定の機能（カメラ機能など）を有する部品ユニット（カメラユニットなど）をさらに備える。メタマテリアルは、部品ユニットが所定位置に取り付けられることによって、メタマテリアルが遮断領域を区画領域に形成するような位置に配置されるように、部品ユニットに予め組み込まれる。
【０１９４】
好ましくは、特定領域の一方の面には、電磁波が入射される。導電層を流れる電流は、特定領域の一方の面に入射された電磁波により生じる電流である。特定領域は、入射された電磁波の波長の電磁波を放射する。
【０１９５】
好ましくは、メタマテリアルは、積層セラミックコンデンサまたはチップコイルで構成される。
【０１９６】
好ましくは、電気装置は、携帯端末、ＰＣ、ビデオ、テレビ、冷蔵庫もしくはエアコン等の電気機器、自動車もしくは電車等の輸送機器、または、電気錠付住宅用ドア等の建築設備機器である。
【０１９７】
以下、第７の実施の形態から第２２の実施の形態において、上述の課題を解決するための手段の具体例を説明する。
【０１９８】
［第７の実施の形態］
第１の実施の形態から第６の実施の形態までにおいては、メタマテリアル単体について説明した。第７の実施の形態では、メタマテリアルを用いたアンテナについて説明する。
【０１９９】
図３８は、透磁率μおよび誘電率εの値の範囲ごとの伝送線路上の電磁波の伝達を示す図である。図３８を参照して、μ＞１かつε＞１の領域、および、μ＜０かつε＜０の領域（前述した左手系領域）では、電磁波は減衰せずに伝達される。
【０２００】
μ＞１かつε＞１の領域において、εを１に近付けて、μを無限大に近付ければ、インピーダンスを十分に大きくすることができるので、電磁波を遮断することができる。ただし、μ＞１かつε＞１の領域の自然界の材料では、実際にはμを無限大に近付けることは不可能であるため、実現することはできない。
【０２０１】
しかし、メタマテリアルでは、μ＜０かつε＜０が可能なだけでなく、自然界の材料では不可能な０＜ε＜１の値を取ることもできる。そこで、εを０に近づけることでインピーダンスを理論的に無限大に近づけることが可能となる。これにより、電磁波を遮断することができる。
【０２０２】
また、εまたはμのいずれか一方が負の「エバネッセント解領域」を使うことでも電磁界を遮断することができる。さらに、これらを組合わせて、ε＝０かつμ＜０とすることで、さらに遮断効果を高めることができる。このような領域のメタマテリアルを用いれば、高インピーダンス領域を形成することができる。
【０２０３】
このようなメタマテリアルとしては、第１の実施の形態で説明した負の透磁率を発現可能なＭＬＣＣ（multi-layer ceramic capacitor、積層セラミックコンデンサ）を用いてもよいし、スプリットリング共振器を用いるようにしてもよい。また、第１の実施の形態で説明した負の誘電率を発現可能なヘリカルコイルを用いてもよいし、チップコイルを用いてもよいし、金属細線樹脂を用いてもよい。
【０２０４】
また、ＬＣ共振器、半波長共振器、および、左手系メタマテリアルチップを用いてもよい。また、半波長共振器として、特に成型していないλ／２の長さの金属線でもよい。また、後述する図４０で示すように、金属筐体２００１の領域２０００のメタマテリアルを挟んで反対側にグランドを設けるようにすれば、λ／４の長さの共振器であってもよい。
【０２０５】
図３９は、第７の実施の形態に係るメタマテリアル２１００を用いたアンテナを示す図である。図３９を参照して、上述したようなメタマテリアル２１００を、アンテナとして機能させたい領域２０００を他の領域と区画する領域の金属筐体２００１の内側に、複数、貼り付ける。
【０２０６】
これにより、メタマテリアル２１００が貼り付けられた金属筐体２００１の部分が、メタマテリアル２１００の共振波長の近傍の電磁波の成分に対して高インピーダンス領域と等価的な当該電磁波の成分を大きく遮断させる領域、または、当該電磁波の成分をほぼ遮断させる領域となる。このため、領域２０００が、電磁界の共振波長の成分との共振において、他の領域と分離される。
【０２０７】
このため、回路基板２３００から給電線２２００を介して、領域２０００に給電すると、領域２０００が、他の領域と電磁気的に分離されて、電磁界のメタマテリアル２１００の共振波長の近傍の成分の電磁波と共振するアンテナとして機能する。その結果、金属筐体２００１の一部をアンテナとして機能させることができる。つまり、金属筐体２００１の全面が金属であったとしても、外部にアンテナを設けたり、筐体の一部を開放したり絶縁体としたりする必要がない。このため、コストを低くすることができたり、デザインに自由度を持たせたり、強度を低下させないようにしたりすることができる。
【０２０８】
なお、回路基板には、給電線２２００を介してアンテナとして機能する領域２０００の給電点に給電するための回路、および、アンテナとして機能する領域２０００で共振した共振波長の近傍の電磁波を処理する回路（たとえば、同調回路、増幅回路、出力回路）などが搭載される。
【０２０９】
また、領域２０００は、アンテナとして機能するので、図３９に示したような長辺の長さがλ／４で、短辺の長さがλ／４未満の長方形の形状のアンテナに限定されず、長さがλ／４の短冊状のアンテナであってもよいし、ミアンダ形状に折り曲げて省スペースとしたものであってもよいし、逆Ｆ形状であってもよいし、折り返しダイポール形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。
【０２１０】
また、メタマテリアルによるＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）の帯域は狭いので、メタマテリアル２１００として、少しずつ共振周波数（共振波長）の異なるメタマテリアルを混在させると、領域２０００によって構成されるアンテナの帯域を広げることができる。
【０２１１】
前述した特許文献２および特許文献３のマッシュルーム構造のＣＲＬＨ（Composite Right/Left-Handed）のＥＢＧは、信号が流れる面に静電容量を形成する必要があり、マッシュルーム構造のような切れ目を入れなければならないので、金属筐体の表面をそのままとすることはできない。
【０２１２】
一方、本実施の形態のように、共振型のメタマテリアルを用いると、金属筐体の表面はそのままで、裏面にメタマテリアルを付けることで、特定の領域２０００を電磁気的に分離することができる。このため、金属筐体の強度やデザインの上でメリットがある。
【０２１３】
また、従来のように、ノートＰＣにおいて金属筐体のうちの一部を樹脂化して、その部分にアンテナを搭載する場合、樹脂化する部分が狭いため、アンテナの搭載位置が限られる。
【０２１４】
しかし、本実施の形態のようにアンテナを構成すれば、ノートＰＣ等の天板などの電気装置の金属筐体をすべて金属のまま、アンテナとして機能させることができるので、アンテナとして使える面積が広く取れる。このため、複数のアンテナを搭載することができる。また、同じ金属筐体に複数のアンテナを設けたとしても、各アンテナ部分は、ＥＢＧで分離されているので、電磁気的に結合することはない。
【０２１５】
また、広い面積を使えるので、誘電体などによる波長短縮を使わなくてもよい。このため、誘電体などを用いている小型アンテナと比較して、本実施の形態のアンテナは、利得および帯域の面で有利である。
【０２１６】
メタマテリアルのＥＢＧを使ったアンテナは、帯域および利得の点で、同サイズの金属アンテナよりも不利となる。しかし、前述したように、アンテナの面積が制約されないメリットにより、そのような不利な点を補える。
【０２１７】
図４０は、第７の実施の形態に係るメタマテリアル２１００を用いたアンテナをより詳しく示す図である。図４０を参照して、メタマテリアルを挟んで金属筐体２００１の領域２０００の反対側に、グランド２４００を設けるようにしてもよい。また、グランド２４００の周囲を、金属筐体２００１に接続するようにしてもよい。これにより、シールドとして機能する部分は残り、アンテナの放射面は、主に、金属筐体２００１の外側となるので、ノイズの問題も無くすることができる。
【０２１８】
図４１は、第７の実施の形態に係るメタマテリアル２１００を用いたアンテナを形成する構造の例を示す図である。図４１を参照して、本実施の形態では、メタマテリアル２１００としてチップコイルが用いられる。
【０２１９】
このようにチップコイルのメタマテリアル２１００が配置され貼り付けられて、メタマテリアル２１００が貼り付けられた領域の内側に金属筐体２００１に領域２０００が形成される。このため、金属筐体２００１で覆われた装置であっても、アンテナ機能を追加することができる。
【０２２０】
［第８の実施の形態］
第８の実施の形態においては、第７の実施の形態で説明したようなメタマテリアルを用いたアンテナのシミュレーションについて説明する。
【０２２１】
図４２は、メタマテリアルを用いない場合の金属平板４００１Ａでの電磁波の共振のシミュレーションの構造を示す図である。図４２を参照して、金属平板４００１Ａの中心部の裏面に給電線４２００Ａが接続される。また、金属平板４００１Ａの裏面から微小距離離れてグランド平板４４００Ａが配置される。
【０２２２】
図４３は、メタマテリアルを用いない場合の金属平板４００１Ａでの電磁波の共振のシミュレーションの結果を示す図である。図４３を参照して、図４２で説明した給電線４２００Ａから給電すると、電磁界の様々な周波数の電磁波と共振することによって、図４３（Ａ）、図４３（Ｂ）および図４３（Ｃ）で示すように、金属平板４００１Ａの全体で、様々な共振を示す電界強度分布のシミュレーション結果が得られる。
【０２２３】
図４４は、メタマテリアルを用いた場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの構造を示す図である。図４４を参照して、金属平板２００１Ａの中心部の裏面に給電線２２００Ａが接続される。また、金属平板２００１Ａの裏面から微小距離離れてグランド平板２４００Ａが配置される。
【０２２４】
さらに、金属平板２００１Ａの給電線２２００Ａが接続される給電点を含む領域を、他の領域と区画する領域にメタマテリアル２１００Ａが貼り付けられる。これにより、金属平板２００１Ａとグランド平板２４００Ａとの間にメタマテリアル２１００Ａが配置される。
【０２２５】
また、金属平板２００１Ａとグランド平板２４００Ａとが、メタマテリアル２１００Ａが貼り付けられる領域よりも外で、電気的に接続される。
【０２２６】
本実施の形態のシミュレーションにおいては、メタマテリアル２１００Ａの誘電率はε＝０．０１であり、透磁率はμ＝−１００であることとする。
【０２２７】
図４５は、メタマテリアルを用いた場合の金属平板での電磁波の共振のシミュレーションの結果を示す図である。図４５を参照して、図４４で説明した給電線２２００Ａから給電すると、電磁界の様々な周波数の電磁波と共振することによって、図４５（Ａ）および図４５（Ｂ）で示すように、メタマテリアル２１００Ａが貼り付けられる領域の内側でのみ様々な共振を示し、メタマテリアル２１００Ａが貼り付けられる領域の外側では共振を示さない電界強度分布のシミュレーション結果が得られる。このように、金属平板２００１Ａの一部を切り取ったような状態となる。
【０２２８】
［第９の実施の形態］
第９の実施の形態においては、第７の実施の形態で示したメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例について説明する。
【０２２９】
図４６は、第９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｂを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。図４６を参照して、メタマテリアル２１００Ｂを用いたアンテナを、スマートフォンなどの携帯端末に適用する場合について説明する。中央の図は、携帯端末の表面の液晶ディスプレイを備えた面を開けた状態の金属筐体２００１Ｂを示す。
【０２３０】
図４６の中央の図で示すように、金属筐体２００１Ｂの内側の中央部付近に、メタマテリアル２１００Ｂを用いたアンテナが形成される。図４６の右上の図は、中央の図の金属筐体２００１Ｂを裏返した状態を示す。このように、金属筐体２００１Ｂの領域２０００Ｂにアンテナが形成される。そして、メタマテリアル２１００Ｂ等のアンテナを形成するための部品は、金属筐体２００１Ｂの内側に設けられるため、外側からは視認することができない。このため、金属筐体２００１Ｂの筐体のデザインおよび質感に影響を与えることもない。
【０２３１】
図４６の右下の図は、図４６の中央の図のアンテナが形成される部分を拡大した図である。この状態では、給電線２２００Ｂおよびグランド平面２４００Ｂが視認できる。
【０２３２】
図４６の左下の図は、アンテナを形成するための部品を金属筐体２００１Ｂから外して、金属筐体２００１Ｂとの貼り付け面側から見た状態を示す。また、図４６の左上の図は、図４６の左下の図の給電線２２００Ｂを含む部分を拡大した図である。このように、グランド平面２４００Ｂの金属筐体２００１Ｂの側の、給電線２２００Ｂを含む領域の外に、メタマテリアル２１００Ｂが配列される。
【０２３３】
［第１０の実施の形態］
第１０の実施の形態においては、第７の実施の形態で説明したメタマテリアルを用いたアンテナの変形例について説明する。
【０２３４】
図４７は、第１０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｃを用いたアンテナを形成する構造の例を示す図である。図４７を参照して、本実施の形態においては、ヘリカルコイルで構成されるメタマテリアル２１００Ｃが、直接、金属平板２００１Ｃに貼り付けられるのではなく、メタマテリアル２１００Ｃと金属平板２００１Ｃとの間に透磁率μ＝３０の磁性体２７００が設けられるようにする。
【０２３５】
また、給電線２２００Ｃを含む矩形状の領域２０００Ｃのうち一辺は、矩形状の金属平板２００１Ｃの一辺の一部であり、他の３辺は、メタマテリアル２１００Ｃおよび磁性体２７００が設けられる領域に接する。
【０２３６】
給電線２２００Ｃが接続される給電点は、金属平板２００１Ｃの一辺の一部である領域２０００Ｃの辺の近傍に設けられる。
【０２３７】
図４８は、第１０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｃを用いたアンテナを形成する構造の一部を詳細に示す図である。図４８を参照して、ヘリカルコイルで構成されるメタマテリアル２１００Ｃの金属平板２００１Ｃの側に、磁性体２７００が設けられる。
【０２３８】
図４９は、第１０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｃを用いたアンテナのシミュレーションの結果を示す図である。図４９（Ａ）は、金属平板２００１Ｃの電界分布を示す。図４９（Ｂ）は、金属平板２００１Ｃの電流分布を示す。
【０２３９】
図４９（Ａ）おおび図４９（Ｂ）で示すように、メタマテリアル２１００Ｃおよび磁性体２７００が設けられている金属平板２００１Ｃの領域の内側でのみ様々な共振を示し、メタマテリアル２１００Ｃおよび磁性体２７００が設けられている金属平板２００１Ｃの領域の外側では、共振を示さないシミュレーションの結果が得られる。このように、金属平板２００１Ｃの一部を切り取ったような状態となる。
【０２４０】
［第１１の実施の形態］
第７の実施の形態から第９の実施の形態においては、金属筐体２００１の特定の領域２０００の全周を取囲むことによって区画する領域に、メタマテリアル２１００が貼り付けられることで、領域２０００がアンテナとして機能するものについて説明した。
【０２４１】
図５０は、第７の実施の形態から第９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００を用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５０を参照して、第７の実施の形態から第９の実施の形態においては、特定の領域２０００の全周を取囲むように、メタマテリアル２１００が貼り付けられる領域があるものについて説明した。
【０２４２】
第１１の実施の形態においては、金属平板２００１Ｄの特定の領域２０００Ｄの全周を、メタマテリアル２１００Ｄの貼り付けられる領域が取囲まないものについて説明する。
【０２４３】
図５１は、第１１の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｄを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５１を参照して、第１１の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｄを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｄの２つの長辺および１つの短辺は、メタマテリアル２１００が貼り付けられた領域と接するが、領域２０００Ｄの給電線２２００が接続される給電点の近傍の残りの１つの短辺は、接地面２５００と接続される。接地面２５００は、グランド２４００Ｄと接続される。このような構成であっても、領域２０００Ｄは、アンテナとして機能する。
【０２４４】
λ／４のモノポールアンテナでは、先端が開放で電圧最大かつ電流最小、他方が電圧最小かつ電流最大となるので、給電点の付近は接地してもよい。アンテナとして機能する領域２０００を、メタマテリアル２１００が貼り付けられた領域ですべて囲む場合と比較して、本実施の形態の場合、少なくとも１面を接地面２５００とするので、メタマテリアル２１００Ｄの量が少なくて済み、コストを削減できる。
【０２４５】
また、メタマテリアルのＥＢＧといっても、電磁波の伝達を完全に遮断して、電磁気的に分離することができるわけではないので、グランドに落とした方が、遮断効率が高く、領域２０００Ｄに形成されるアンテナの特性的にも有利である。
【０２４６】
また、１面をグランドに落とさない場合には、アンテナ長がλ／２必要であるが、１面をグランドに落とした場合には、アンテナ長をλ／４とすることができるので、小型化することができる。
【０２４７】
なお、インピーダンスが低くなるが、逆Ｆアンテナのように、給電点を接地面から少し離してもよい。また、折り返しモノポールアンテナのような構造にして、インピーダンスを高くするようにしてもよい。
【０２４８】
［第１２の実施の形態］
第１２の実施の形態においては、第１１の実施の形態と同様、金属平板２００１Ｅの特定の領域２０００Ｅの全周を、メタマテリアル２１００Ｅの貼り付けられている領域が取囲まないものについて説明する。
【０２４９】
図５２は、第１２の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｅを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５２を参照して、第１２の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｅを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｄの２つの長辺は、それぞれ、金属平板２００１Ｅの辺の一部で構成される。また、特定の領域２０００Ｄの２つの短辺は、それぞれ、メタマテリアル２１００Ｅが貼り付けられた領域と接する。このような構成であっても、領域２０００Ｅは、アンテナとして機能する。
【０２５０】
このように波長と同程度の大きさの金属平板２００１Ｅの場合は、一部分だけをメタマテリアル２１００Ｅで、電磁気的に分離して、分離した領域２０００Ｅをアンテナとして機能させることができる。
【０２５１】
［第１３の実施の形態］
第１３の実施の形態においては、第１１の実施の形態および第１２の実施の形態と同様、金属平板２００１Ｆの特定の領域２０００Ｆの全周を、メタマテリアル２１００Ｆの貼り付けられている領域が取囲まないものについて説明する。
【０２５２】
図５３は、第１３の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｆを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５３を参照して、第１３の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｅを用いたアンテナの構造においては、金属平板２００１Ｆの特定の領域２０００Ｆがミアンダ形状のように屈曲した形状となるように、メタマテリアル２１００Ｆの貼り付けられた領域が設けられる。これにより、領域２０００Ｆは、金属平板２００１Ｆをそのままアンテナとして用いる場合よりも長い共振波長（短い共振周波数）のアンテナとして機能する。
【０２５３】
［第１４の実施の形態］
第１４の実施の形態においては、第１１の実施の形態から第１３の実施の形態と同様、金属平板２００１Ｇの特定の領域２０００Ｇの全周を、メタマテリアル２１００Ｇの貼り付けられている領域が取囲まないものについて説明する。
【０２５４】
図５４は、第１４の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｇを用いたアンテナの構造を模式的に説明するための図である。図５４を参照して、第１４の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｇを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｄの１つの長辺および１つの短辺は、それぞれ、金属平板２００１Ｇの辺の一部で構成される。また、特定の領域２０００Ｄの残りの長辺および短辺は、それぞれ、メタマテリアル２１００Ｅが貼り付けられた領域と接する。このような構成であっても、領域２０００Ｇは、アンテナとして機能する。
【０２５５】
このように、金属筐体の端または角に給電点を設けることができる状況であれば、アンテナとして機能させる領域の全周のうちの一部は、メタマテリアルの貼り付けられた領域でなくても構わない。
【０２５６】
［第１５の実施の形態］
第７の実施の形態から第１４の実施の形態においては、１つの共振波長のメタマテリアルを用いたアンテナについて説明した。第１５の実施の形態においては、複数の共振波長のメタマテリアルを用いたアンテナについて説明する。
【０２５７】
図５５は、第１５の実施の形態に係るメタマテリアル２１００ＨＡ，２１００ＨＢを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図５５を参照して、金属平板２００１Ｈにおいて、共振周波数がｆ1（共振波長がλ1）であるメタマテリアル２１００ＨＡの貼り付けられた領域で、特定の領域２０００Ｈを取囲むようにする。
【０２５８】
また、共振周波数がｆ2（共振波長がλ2）であるメタマテリアル２１００ＨＢの貼り付けられた領域で、メタマテリアル２１００ＨＡの貼り付けられた領域を取囲むようにする。そして、給電線２２００Ｈが接続される給電点を特定の領域２０００Ｈの短辺の近傍に設ける。
【０２５９】
さらに、特定の領域２０００Ｈの長辺の長さをλ1／４とし、メタマテリアル２１００ＨＡの貼り付けられた領域の長辺の長さをλ2／４とする。
【０２６０】
このように構成することによって、領域２０００Ｈを、共振波長λ1，λ2の両方で共振するアンテナとして機能させることができる。このように、特定の領域２０００Ｈを２重で囲むことに限定されず、もっと多くの共振波長のメタマテリアルの貼り付けられた領域で囲むようにしてもよい。
【０２６１】
また、複数の種類のメタマテリアルの共振波長の差を狭く取れば、特定の領域２０００Ｈに形成されるアンテナの帯域を広く取ることができる。
【０２６２】
［第１６の実施の形態］
第１６の実施の形態においては、第１２の実施の形態で説明したメタマテリアル２１００Ｅを用いたアンテナを製品に適用する場合の例について説明する。
【０２６３】
図５６は、第１６の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。図５６を参照して、メタマテリアル２１００ＫＡ，２１００ＫＢを用いたアンテナを、スマートフォンなどの携帯端末に適用する場合について説明する。
【０２６４】
この図は、携帯端末の表面の液晶ディスプレイを備えた面を開けた状態の金属筐体２００１Ｋおよび非金属筐体２００２Ｋを示す。なお、液晶ディスプレイを備えた面の筐体の金属筐体２００１Ｋと接する部分についても、非金属で形成される。ここでは、非金属の材質は、たとえば、樹脂であることとする。
【０２６５】
金属筐体２００１Ｋの全周の領域を２つの領域に分けるように、メタマテリアル２１００ＫＡ，２１００ＫＢの貼り付けられた領域が設けられる。これにより、給電線２２００Ｋが接続される給電点を含む特定の領域２０００Ｋの２つの短辺がそれぞれ、メタマテリアル２１００ＫＡ，２１００ＫＢの貼り付けられた領域と接し、２つの長辺がそれぞれ、非金属の筐体と接する。これにより、特定の領域２０００Ｋは、アンテナとして機能する。
【０２６６】
［第１７の実施の形態］
第１６の実施の形態においては、金属筐体２００１Ｋの全周の領域を２つの領域に分けるようにした。第１７の実施の形態においては、金属筐体２００１Ｊの全周を２つの領域に分けずにアンテナとして機能させる例について説明する。
【０２６７】
図５７は、第１７の実施の形態に係るメタマテリアルを用いたアンテナを製品に適用する場合の例を示す図である。図５７を参照して、金属筐体２００１Ｊおよび非金属筐体２００２Ｊは、第１６の実施の形態の金属筐体２００１Ｋおよび非金属筐体２００２Ｋと同様である。
【０２６８】
第１６の実施の形態と異なり、金属筐体２００１Ｊの全周の領域のうち、１箇所に、メタマテリアル２１００Ｊの貼り付けられた領域が設けられる。これにより、給電線２２００Ｊが接続される給電点を含む特定の領域２０００Ｊの２つの短辺がそれぞれ、メタマテリアル２１００Ｊの貼り付けられた領域と接し、２つの長辺がそれぞれ、非金属の筐体と接する。これにより、特定の領域２０００Ｊは、アンテナとして機能する。
【０２６９】
［第１８の実施の形態］
図５０を再び参照して、第７の実施の形態から第９の実施の形態における金属筐体２００１は、金属筐体２００１の材料に応じた表皮深さ未満の厚さであることが望ましい。これは、表皮深さよりも厚いと給電線２２００から給電された電流が、特定の領域２０００の金属筐体２００１の内側のみに流れ、特定の領域２０００の金属筐体２００１の外側には流れないため、特定の領域２０００がアンテナとして機能し難いからである。
【０２７０】
このため、金属筐体２００１は、表皮深さ未満の厚さの金属層と金属筐体２００１の強度を保つための絶縁体層とで構成されるようにする。たとえば、樹脂などの絶縁体層に金属めっきを施すことによって表皮深さ未満の厚さの金属層が形成される。
【０２７１】
表皮深さの値は、導電体の金属の中でも、比較的、小さい値となる銀の場合、１ＧＨｚの周波数の電磁波に対して約２μｍであり、周波数が低くなるほど大きくなり、銅、金、アルミおよび鉄などの他の金属では銀と比較して大きくなる。
【０２７２】
なお、金属層は、表皮深さ未満の厚さであることが好ましいが、領域２０００がアンテナとして機能するのに必要な電磁波を放射可能な厚さであれば、表皮深さよりも厚くてもよい。
【０２７３】
また、第１２の実施の形態から第１４の実施の形態まで、および、第１６の実施の形態から第１７の実施の形態までで説明したように、特定の領域２０００Ｅ〜２０００Ｇ，２０００Ｊ，２０００Ｋの端面が、金属平板２００１Ｅ〜２００１Ｇ，金属筐体２００１Ｊ，２００１Ｋの端面でもあれば、その端面から電磁波が放射可能であるので、金属層の厚さは、表皮深さ以上であってもよい。このため、強度を保つことが可能な厚さの金属層のみで筐体を構成しても、特定の領域２０００Ｅ〜２０００Ｇ，２０００Ｊ，２０００Ｋをアンテナとして機能させることができる。
【０２７４】
しかし、第１８の実施の形態で説明するように、特定の領域２０００Ｍの端面が、金属平板２００１Ｍに設けられたスリット２９００Ｍの内面に露出するようにしても、その端面から電磁波が放射可能となるので、金属層の厚さが、表皮深さ以上であっても、特定の領域２０００Ｍをアンテナとして機能させることができる。
【０２７５】
図５８は、第１８の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｍを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図５８を参照して、第１８の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｍを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｍの２つの長辺は、それぞれ、メタマテリアル２１００Ｍが貼り付けられた領域と接する。また、特定の領域２０００Ｍの短辺の１つは、スリット２９００Ｍに接する。また、特定の領域２０００Ｍの給電線２２００Ｍが接続される給電点の近傍のもう１つの短辺は、接地面２５００Ｍと接続される。接地面２５００Ｍは、第１１の実施の形態の図５１の接地面２５００と同様、グランドと接続される。このような構成であっても、領域２０００Ｍは、アンテナとして機能する。
【０２７６】
このように、金属層の厚さが表皮深さ以上であっても、特定の領域２０００Ｍの端面が、金属平板２００１Ｍに設けられたスリット２９００Ｍの内面に露出するようにしているので、その端面から電磁波が放射可能となるので、特定の領域２０００Ｍをアンテナとして機能させることができる。
【０２７７】
また、アンテナとして機能する領域２０００Ｍを、メタマテリアルが貼り付けられた領域ですべて囲む場合と比較して、本実施の形態の場合、少なくとも１面を接地面２５００Ｍとするだけでなく、他の１面もスリットにするので、メタマテリアル２１００Ｍの量が少なくて済み、コストを削減できる。
【０２７８】
なお、接地面２５００Ｍを設けないようにしてもよい。この場合は、λ／４のアンテナ長をλ／２とする必要がある。
【０２７９】
［第１９の実施の形態］
第１８の実施の形態においては、スリットを領域２０００Ｍの短辺側に接して設けるようにした。第１９の実施の形態においては、スリットを領域２０００Ｎの長辺側に接して設けるようにする。
【０２８０】
図５９は、第１９の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｎを用いたアンテナの構造を説明するための図である。図５９を参照して、第１９の実施の形態におけるメタマテリアル２１００Ｎを用いたアンテナの構造においては、矩形の特定の領域２０００Ｎの２つの長辺は、スリット２９００Ｎに接する。また、特定の領域２０００Ｎの短辺の１つは、メタマテリアル２１００Ｎが貼り付けられた領域と接する。また、特定の領域２０００Ｎの給電線２２００Ｎが接続される給電点の近傍のもう１つの短辺は、接地面２５００Ｎと接続される。接地面２５００Ｎは、第１１の実施の形態の図５１の接地面２５００と同様、グランドと接続される。このような構成であっても、領域２０００Ｎは、アンテナとして機能する。
【０２８１】
このように、金属層の厚さが表皮深さ以上であっても、特定の領域２０００Ｎの端面が、金属平板２００１Ｎに設けられたスリット２９００Ｎの内面に露出するようにしているので、その端面から電磁波が放射可能となるので、特定の領域２０００Ｎをアンテナとして機能させることができる。
【０２８２】
また、アンテナとして機能する領域２０００Ｎを、メタマテリアルが貼り付けられた領域ですべて囲む場合と比較して、本実施の形態の場合、少なくとも１面を接地面２５００Ｎとするだけでなく、他の２面もスリットにするので、メタマテリアル２１００Ｎの量が、第１８の実施の形態と比較して、さらに少なくて済み、コストを削減できる。
【０２８３】
ただし、第１８の実施の形態と比較して、スリットが多くなるので、強度的に不利である。第１８の実施の形態および第１９の実施の形態のように、スリットを設ける場合は、絶縁体でスリット部を補強するなどして、強度を担保することが好ましい。また、製品に用いる場合、内部は、電気部品であるため、スリット部を防水するための構造を設けることが好ましい。
【０２８４】
なお、接地面２５００Ｎを設けないようにしてもよい。この場合は、λ／４のアンテナ長をλ／２とする必要がある。
【０２８５】
［第２０の実施の形態］
第２０の実施の形態においては、アンテナとして用いる領域をメタマテリアルだけでなくスリットで区画するようにした、第１８の実施の形態および第１９の実施の形態で説明したアンテナを製品に適用する場合の例について説明する。
【０２８６】
また、第２０の実施の形態においては、カメラユニット２８００のような部品ユニットにメタマテリアル２１００Ｌを予め組み込んでおく。そして、部品ユニットがスマートフォン２０１０などの電気装置の所定位置に取り付けられることによって、メタマテリアル２１００Ｌが、当該メタマテリアル２１００Ｌの共振波長の近傍の電磁波の成分を減衰させる領域を、特定の領域２０００Ｌを他の領域と区画する領域に形成するような位置に配置されるようにする。
【０２８７】
図６０は、第２０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｌを用いたアンテナをスマートフォン２０１０に適用する場合の例を示す第１の図である。図６０を参照して、スマートフォン２０１０は、カメラユニット２８００を備える。カメラユニット２８００が金属筐体２００１Ｌに取り付けられた状態では、カメラユニット２８００のレンズ部のみが、金属筐体２００１Ｌの外部に出ている。
【０２８８】
図６１は、第２０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｌを用いたアンテナをスマートフォン２０１０に適用する場合の例を示す第２の図である。図６１を参照して、カメラユニット２８００の金属筐体２００１Ｌと接する部分には、メタマテリアル２１００Ｌが、カメラユニット２８００の生産時に埋め込まれる。
【０２８９】
図６２は、第２０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｌを用いたアンテナをスマートフォン２０１０に適用する場合の例を示す第３の図である。図６２を参照して、カメラユニット２８００を金属筐体２００１Ｌに取り付けた状態を示す。
【０２９０】
図６３は、第２０の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｌを用いたアンテナをスマートフォン２０１０に適用する場合の例を示す第４の図である。図６３を参照して、上述のようにカメラユニット２８００が金属筐体２００１Ｌに取り付けられると、メタマテリアル２１００Ｌが接する金属筐体２００１Ｌの領域、および、カメラユニット２８００のレンズが貫通する金属筐体２００１Ｌの穴に囲まれた特定の領域２０００Ｌが電磁気的に分離される。なお、特定の領域２０００Ｌの図面において下端付近に給電線が接続される。また、特定の領域２０００Ｌの図面において下端部に接地部が設けられるようにしてもよい。これにより、分離された特定の領域２０００Ｌが、アンテナとして機能する。
【０２９１】
このように、金属筐体２００１Ｌのカメラユニット２８００を取り付ける部分には、元々、穴が開けられており、この穴と、カメラユニット２８００に予め組み込んでおいたメタマテリアル２１００Ｌとによって、特定の領域２０００Ｌを電磁気的に分離することができ、アンテナとして機能させることができる。このため、スマートフォン２０１０などの携帯端末のカメラユニット２８００などのデバイスを取り付けるための穴またはスリットなどを利用して、容易に、金属筐体２００１Ｌの一部に、アンテナを形成することができる。
【０２９２】
また、穴のない金属筐体に所定の機能を有する部品ユニットを近接させて配置させる場合であっても、当該部品ユニットに予めメタマテリアルを組み込んでおいてもよい。これにより、当該部品ユニットが所定位置に取り付けられることによって、メタマテリアルが、特定の領域を他の領域と区画する領域に、メタマテリアルの共振波長の近傍の電磁波の成分を遮断させる領域を形成するような位置に配置されるようにすれば、特定の領域をアンテナとして機能させることができる。
【０２９３】
また、電気装置の金属筐体に新たにメタマテリアルを取り付けるための設計をするよりも、すでに電気装置に取り付けられることになっている部品ユニットにメタマテリアルを組み込んでおくほうが、電気装置の部品を配置するための設計を大きく変更する必要がないので、開発コストを抑えることができる。
【０２９４】
［第２１の実施の形態］
第７の実施の形態から第２０の実施の形態まででは、メタマテリアルまたは平板の輪郭によって区画された特定の領域に給電線を接続してアンテナとして機能させるようにした。第２１の実施の形態においては、メタマテリアルまたは平板の輪郭によって区画された特定の領域に給電線を接続せず電気窓として機能させるようにする。
【０２９５】
図６４は、第２１の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｐを用いた電気窓の構造を説明するための図である。図６４（Ａ）は、平面図である。図６４（Ｂ）は、側面図である。図６４（Ａ），（Ｂ）を参照して、電気窓として機能させたい領域２０００Ｐを他の領域と区画する領域の金属筐体２００１Ｐの内側の面に、メタマテリアル２１００Ｐが、複数、貼り付けられる。
【０２９６】
これにより、メタマテリアル２１００Ｐが貼り付けられた金属筐体２００１Ｐの部分が、メタマテリアル２１００Ｐの共振波長の近傍の電磁波の成分に対して高インピーダンス領域と等価的な当該電磁波の成分を大きく遮断させる領域、または、当該電磁波の成分をほぼ遮断させる領域となる。このため、領域２０００Ｐが、電磁界の共振波長の成分との共振において、他の領域と分離される。
【０２９７】
このため、回路基板２３００Ｐに設けられたアンテナから内側の面に電磁波を入射させると、領域２０００が、他の領域と電磁的に分離されて、電磁界のメタマテリアル２１００Ｐの共振波長の近傍の成分の電磁波と共振し、内側の面から入射された電磁波の波長の電磁波を外側の面から放射する電気窓として機能する。その結果、金属筐体２００１Ｐの一部を電気窓として機能させることができる。つまり、金属筐体２００１Ｐの全面が金属であったとしても、金属筐体２００１Ｐの内側にアンテナを搭載することができる。
【０２９８】
図６５は、第２１の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｐを用いた電気窓の機能を説明するための図である。図６５（Ａ）は、従来の金属筺体６００１の場合の電磁波の進行状況を示す。図６５（Ｂ）は、本実施の形態の電気窓の場合の電磁波の進行状況を示す。
【０２９９】
図６５（Ａ）を参照して、従来の金属筺体６００１の場合、電磁波は、金属筺体６００１を通過することができない。図６５（Ｂ）を参照して、本実施の形態の電気窓の場合、金属筐体２００１Ｐの領域２０００Ｐの電気窓の部分を、電磁波が通過することができる。
【０３００】
［第２２の実施の形態］
第２２の実施の形態においては、第２１の実施の形態で説明した電気窓を製品に適用する場合について説明する。
【０３０１】
図６６は、第２２の実施の形態に係るメタマテリアル２１００Ｑを用いた電気窓を製品に適用する場合の例を示す図である。図６６を参照して、金属筐体２００１Ｑの内側にメタマテリアル２１００Ｑが貼り付けられることによって、電気窓として機能する領域２０００Ｑが形成される。内部の回路基板２３００Ｑには、アンテナ２６００が複数設けられる。
【０３０２】
これらの複数のアンテナ２６００から放射された電磁波は、それぞれ、領域２０００Ｑの電気窓を通過する。なお、電磁波は、領域２０００Ｑの電気窓の部分以外の金属筐体２００１Ｑを通過できない。
【０３０３】
このように、電気窓を設けることによって、金属筐体２００１Ｑの内部に、複数のアンテナを設けることができる。これにより、アンテナ２６００としては、たとえば、チップアンテナおよびプリント基板上の配線によるアンテナを用いることができる。このため、アンテナを複数設ける場合に、省スペースを図ることができ、製造コストを下げることができる。
【０３０４】
［第７の実施の形態から第２２の実施の形態までの変形例］
（１）  前述した実施の形態においては、メタマテリアルを用いたアンテナを適用する装置の例として、スマートフォンなどの携帯端末を示した。しかし、これに限定されず、メタマテリアルを用いたアンテナを適用する装置は、金属の外板（たとえば、筐体、ボディーなど）を持ちアンテナが搭載する必要のある電気装置であれば、どのような装置であってもよい。
【０３０５】
たとえば、携帯端末、ＰＣ、ビデオ、テレビ、冷蔵庫もしくはエアコン等の電気機器、自動車もしくは電車等の輸送機器、または、電気錠付住宅用ドア等の建築設備機器であってもよい。いずれの装置に適用しても、外部アンテナを無くすことができ、外板を全面金属のままとすることができるため、剛性および美しい質感を損ねることのない商品を実現することが可能である。
【０３０６】
また、輸送機器に適用した場合、たとえば、車のルーフまたはボンネットの内側にメタマテリアルを用いたアンテナを構成する部品を備える場合は、従来のアンテナのような外部部品がなくなることによって、空気抵抗およびデザイン面で有利になる。また、ガラス面に埋め込んだアンテナであれば、ユーザの視界に入るので、ユーザには好まれないが、本実施の形態のようにすれば、ガラス面にアンテナを埋め込む必要を無くすることができる。キーレスエントリーに適用することもできる。
【０３０７】
なお、車のルーフまたはボンネットなどの外板が当該材料の表皮深さよりも厚い場合に、当該外板にメタマテリアルを用いたアンテナを構成する場合であっても、第１２の実施の形態から第１４の実施の形態まで、および、第１６の実施の形態から第１７の実施の形態までで説明したように、特定の領域の端面が金属平板または金属筐体の端面でもあるか、第１８の実施の形態から第２０の実施の形態までで説明したように、特定の領域の端面がスリットの内面に露出していれば、当該アンテナから電磁波を放射することができる。
【０３０８】
携帯端末であれば、通信用のアンテナだけでなく、ＧＰＳ、ワンセグ放送およびＦＭ放送のアンテナにも適用可能である。ノートＰＣおよびスレートＰＣなど薄型のＰＣの裏側のパネルまたは液晶裏のパネルなど、デスクトップＰＣの側面パネルなど、および、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を搭載したＰＣなどにも適用可能である。
【０３０９】
ビデオ、テレビ、冷蔵庫もしくはエアコン等の家電製品の外部金属パネルに、メタマテリアルを用いたアンテナを適用して、無線でコントロールできるようにすることも可能である。この場合も、輸送機器の外板と同様、外板が当該材料の表皮深さよりも厚い場合に、当該外板にメタマテリアルを用いたアンテナを構成する場合であっても、特定の領域の端面が金属平板または金属筐体の端面でもあるか、特定の領域の端面がスリットの内面に露出していれば、当該アンテナから電磁波を放射することができる。
【０３１０】
また、金属筐体で中にアンテナを搭載できなかった場合であっても、非金属化することなく、金属筐体を利用して、アンテナ機能を追加することができる。また、金属部分および非金属部分のいずれも有するが、前述したような自動車のガラス埋め込みアンテナのようなものは、見た目および機能を重視するため、金属部分に搭載することができる。
【０３１１】
また、アンテナを内部に搭載するため現在は非金属筐体であるものについては、金属筐体化して、アンテナ機能は金属筐体に構成することによって、外観および強度的に有利とすることができる。
【０３１２】
また、外付けアンテナを、アンテナ機能を金属筐体に構成することによって、アンテナの強度を高めたり、機器のサイズを小さくしたりできる。
【０３１３】
（２）  筐体の金属部分を物理的に分離して、アンテナとして用いた例があったが、分離した部分を手で押さえると、ユーザの体がアンテナの一部となって、共振周波数が変わって、アンテナが正常に機能しなくなるといった問題が発生している。
【０３１４】
本実施の形態におけるメタマテリアルを用いたアンテナでは、メタマテリアルの貼り付けられた領域で区画された、アンテナとして機能する特定の領域を、手で押さえたとしても、共振周波数（共振波長）が変動するといったことは起こらない。
【０３１５】
（３）  前述した実施の形態においては、アンテナを構成するためのメタマテリアルとして様々なものを用いることができることについて説明した。しかし、メタマテリアルとして、積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）またはチップコイルなどを用いれば、小型にでき、市販のＭＬＣＣおよびチップコイルの製造工程で生産することができるので、安価に製造することができる。
【０３１６】
（４）  前述した実施の形態においては、特定領域に、給電点を設け、給電点から給電された電流の共振波長の近傍の成分に対する高インピーダンス領域と等価的な当該電磁波の成分を大きく遮断させる領域、または、当該電磁波の成分をほぼ遮断させる領域を、金属平板の特定領域を他の領域と区画する区画領域に形成するように、金属平板にメタマテリアルを配置することによって、特定領域をアンテナとして機能させるようにした。
【０３１７】
しかし、特定領域をアンテナとして機能させるものには限定されず、金属平板を流れる電流の共振波長の近傍の成分に対する高インピーダンス領域と等価的な当該電磁波の成分を大きく遮断させる領域、または、当該電磁波の成分をほぼ遮断させる領域を、金属平板の特定領域を他の領域と区画する区画領域に形成するように、メタマテリアルを配置するものであればよい。
【０３１８】
［第２３の実施の形態］
第１の実施の形態から第６の実施の形態までにおいては、メタマテリアル単体について説明した。第７の実施の形態から第２０の実施の形態までにおいては、メタマテリアルを用いたアンテナについて説明した。第２１の実施の形態および第２２の実施の形態においては、メタマテリアルを用いた電気窓について説明した。第２３の実施の形態においては、メタマテリアルを用いた入力装置について説明する。
【０３１９】
本実施の形態で用いるＥＢＧとしては、第７の実施の形態の図３８および図３９で説明したようなメタマテリアルを用いたＥＢＧとすることが考えられる。具体的には、ＥＢＧは、電磁界の共振周波数に対して負の誘電率または負の透磁率を発現可能なメタマテリアルである。
【０３２０】
図７１は、第２３の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた入力装置を示す図である。図７１を参照して、図７１（Ａ）は、この実施の形態の入力装置の構成の概略を示す。この実施の形態の入力装置の主な構成としては、上述のＥＢＧの他、何らかの電気機器の金属フレーム５００１が用いられる。電気機器としては、たとえば、後述するスマートフォン５５００などの携帯できる装置の他、コンピュータ、ディスプレイ、ＡＶ（Audio Visual）機器、洗濯機、照明機器などの家庭用、業務用電化製品、製造機械、および、輸送機械など、操作部を有するすべての機器が考えられる。
【０３２１】
金属フレーム５００１は、たとえば、特定部分（Ａ部）５０００Ａ、特定部分（Ｂ部）５０００Ｂ、および、特定部分（Ｃ部）５０００Ｃなどの複数の特定部分を含む。また、隣合う特定部分をそれぞれ分離する１つまたは複数の分離部分５０１０Ａ，５０１０Ｂを含む。
【０３２２】
２ＧＨｚのＥＢＧ５１０１および１ＧＨｚのＥＢＧ５１０２は、それぞれ、共振周波数が２ＧＨｚおよび１ＧＨｚのＥＢＧである。このように、本実施の形態で用いられるＥＢＧとしては、それぞれ相異なる共振周波数のものが用いられる。ＥＢＧ５１０１、５１０２は、それぞれ、分離部分５０１０Ａ，５０１０Ｂの近傍に配置される。
【０３２３】
また、金属フレーム５００１は、いずれかの位置（本実施の形態においては、特定部分（Ａ部）５０００Ａの側の端部）に給電点５００２を含む。
【０３２４】
給電点５００２には、交流源５２００から給電される。給電される電流の周波数には、金属フレーム５００１の分離部分５０１０Ａ，５０１０Ｂそれぞれの近傍に配置されるＥＢＧ５１０１，５１０２の共振周波数である２ＧＨｚおよび１ＧＨｚに加えて、これらより低い、たとえば７００ＭＨｚもある。また、交流源５２００の給電点５００２の側と反対側はアース５３００に接続される。
【０３２５】
ＥＢＧ５１０１，５１０２は、金属フレーム５００１を流れる電流の当該ＥＢＧ５１０１，５１０２の共振周波数の近傍の成分を遮断する遮断部分を、それぞれ、分離部分５０１０Ａ，５０１０Ｂに形成するように配置される。
【０３２６】
図７１（Ｂ）は、金属フレーム５００１を流れる電流の遮断の様子を示す。図７１（Ｂ）で示されるように、２ＧＨｚのＥＢＧ５１０１の共振周波数の２ＧＨｚの電流は、ＥＢＧ５１０１によって分離部分５０１０Ａに形成される遮断部分で遮断される。つまり、２ＧＨｚの電流は、ＥＢＧ５１０１によって形成される遮断部分の給電点５００２と反対側には流れない。
【０３２７】
また、１ＧＨｚのＥＢＧ５１０２の共振周波数の１ＧＨｚの電流は、ＥＢＧ５１０２によって分離部分５０１０Ｂに形成される遮断部分で遮断される。つまり、１ＧＨｚの電流は、ＥＢＧ５１０２によって形成される遮断部分の給電点５００２と反対側には流れない。
【０３２８】
一方、いずれのＥＢＧ５１０１，５１０２の共振周波数とも異なる７００ＭＨｚの電流は、ＥＢＧ５１０１，５１０２によって分離部分５０１０Ａ，５０１０Ｂにそれぞれ形成されるいずれの遮断部分でも遮断されない。つまり、７００ＭＨｚの電流は、金属フレーム５００１の給電点５００２と反対側の端部まで流れる。
【０３２９】
金属フレーム５００１のような導電体に所定周波数の電流を流している状態において、手などの導電体で触れると、金属フレーム５００１の電気的な長さが変わって金属フレーム５００１自体の共振周波数が変動する。
【０３３０】
図７１（Ｃ）は、触れた特定部分と、変動した共振周波数との関係を示す図である。いずれの特定部分５０００Ａ〜５０００Ｃへの接触もない場合は、７００ＭＨｚ，１ＧＨz，２ＧＨｚのいずれの周波数の電流も変動しない。
【０３３１】
特定部分（Ｃ部）５０００Ｃへの接触があった場合は、特定部分（Ｃ部）５０００Ｃに流れている電流は、７００ＭＨｚの電流だけであるので、７００ＭＨｚの電流が変動する。
【０３３２】
特定部分（Ｂ部）５０００Ｂへの接触があった場合は、特定部分（Ｂ部）５０００Ｂに流れている電流は、７００ＭＨｚ，１ＧＨｚの電流であるので、７００ＭＨｚ，１ＧＨｚの電流が変動する。
【０３３３】
特定部分（Ａ部）５０００Ａへの接触があった場合は、特定部分（Ａ部）５０００Ａに流れている電流は、７００ＭＨｚ，１ＧＨｚ，２ＧＨｚの電流であるので、７００ＭＨｚ，１ＧＨｚ，２ＧＨｚの電流が変動する。
【０３３４】
入力装置に備えられる変動検知部５４３０は、交流源５２００から金属フレーム５００１に供給された電流と、金属フレーム５００１の遮断部分または端部で反射されて戻ってきた電流とに基づいて、電流の変化を検知する。
【０３３５】
入力装置の制御部５４１０は、記憶部５４２０に記憶されたプログラムおよびデータに基づいて所定の処理を実行することによって、変動検知部５４３０で検知された電流の変化に基づいて、いずれかの周波数の電流が所定態様で変化したか否かを判断する。
【０３３６】
所定態様とは、たとえば、所定時間（たとえば、０．５秒以上５秒未満）の間、周波数の値が所定割合（たとえば、５％）以上、変動するような態様である。このような所定態様とすることによって、ごく短い一瞬の時間だけ触れた場合、および、周辺の電磁波などの環境が変化した場合などであっても、電流が変動したと判断しないようにすることができる。一方、操作する意思を持って特定部分に触れたと考えられる場合のみ、電流が変動したと判断することができる。
【０３３７】
そして、制御部５４１０は、いずれかの周波数の電流が所定態様で変化したか否かの判断および図７１（Ｃ）の図に基づいて、変化したと判断される周波数が無い場合は、いずれの特定部分の接触も無いと判断し、７００ＭＨｚの電流が変化したと判断した場合は、特定部分（Ｃ部）５０００Ｃの接触が有ったと判断し、７００ＭＨｚ，１ＧＨｚの電流が変化したと判断した場合は、特定部分（Ｂ部）５０００Ｂの接触が有ったと判断し、７００ＭＨｚ，１ＧＨｚ，２ＧＨｚの電流が変化したと判断した場合は、特定部分（Ａ部）５０００Ａの接触が有ったと判断する。
【０３３８】
これにより、この入力装置が備えられる電気機器の筺体などの金属フレーム５００１の一部を入力装置として用いることができる。また、金属フレーム５００１のいずれの特定部分５０００Ａ〜５０００Ｃに触れたかに応じた操作を受付けることができる。その結果、機械式のボタンのような筺体とボタンとの隙間がなく、物理的に動く部分が必要ないので、防塵、防水および強度の点で有利な入力装置を提供することができる。また、電気機器の一部である金属フレーム５００１を有効に用いて、複数の操作を受付けることが可能な入力装置を提供することができる。
【０３３９】
なお、制御部５４１０によって実行される処理は、この実施の形態においては、記憶部５４２０に記憶されたプログラムのようなソフトウェアに基づいて実行されるようにするが、これに限定されず、同様の処理を実行可能なようにハードウェア回路で構成してもよい。
【０３４０】
また、上述のように、複数のＥＢＧの共振周波数が給電点５００２の側から降順になるように、ＥＢＧが配置される場合は、交流源５２００によって、各ＥＢＧの共振周波数に加えて、各ＥＢＧの共振周波数よりも低い周波数も給電されるようにした。この場合は、電流の周波数が高いほど、給電点からの距離が近いＥＢＧで遮断される。
【０３４１】
一方、複数のＥＢＧの共振周波数が給電点５００２の側から昇順になるように、ＥＢＧが配置される場合は、交流源５２００によって、各ＥＢＧの共振周波数に加えて、各ＥＢＧの共振周波数よりも高い周波数が給電されるようにする。この場合は、電流の周波数が低いほど、給電点からの距離が近いＥＢＧで遮断される。
【０３４２】
［第２４の実施の形態］
第２４の実施の形態においては、メタマテリアルを用いた入力装置を電気機器に適用する場合の例について説明する。
【０３４３】
図７２は、第２４の実施の形態に係るメタマテリアルを用いた入力装置を電気機器に適用する場合の例を示す図である。図７２を参照して、メタマテリアルを用いた入力装置を、スマートフォン５５００などの携帯端末に適用する場合について説明する。
【０３４４】
スマートフォン５５００の筺体の側面の外周には、強度を高めることおよび意匠を目的として、金属フレーム５００１Ａが設けられる。この金属フレーム５００１Ａを利用して、スマートフォン５５００に、第２３の実施の形態で説明したような入力装置を設ける。
【０３４５】
金属フレーム５００１Ａの一部を、特定部分５０００ＡＡ〜５０００ＡＤとする。そして、隣合う特定部分５０００ＡＡ〜５０００ＡＤをそれぞれ分離する複数の部分を、分離部分５０１０ＡＡ〜５０１０ＡＣとする。特定部分５０００ＡＤを、その先の金属フレームと分離する部分を、分離部分５０１０ＡＤとする。
【０３４６】
特定部分５０００ＡＡの、他の特定部分５０００ＡＢ〜５０００ＡＤと反対側には、給電点５００２Ａが設けられる。また、給電点５００２Ａの、特定部分５０００ＡＡと反対側の、その先の金属フレームと分離する部分を、分離部分５０１０ＡＥとする。
【０３４７】
分離部分５０１０ＡＡ〜５０１０ＡＣの近傍には、それぞれ、共振周波数５００ＭＨｚ，１．０ＧＨｚ，２．０ＧＨｚのＥＢＧ５１０３Ａ〜５１０５Ａが、金属フレーム５００１Ａを流れる電流のそれぞれのＥＢＧ５１０３Ａ〜５１０５Ａの共振周波数の近傍の成分を遮断する遮断部分を、それぞれの分離部分５０１０ＡＡ〜５０１０ＡＣに形成するように、配置される。
【０３４８】
分離部分５０１０ＡＤの近傍には、共振周波数２．５ＧＨｚのＥＢＧ５１０６Ａが、金属フレーム５００１Ａを流れる電流のＥＢＧ５１０６Ａの共振周波数の近傍の成分を遮断する遮断部分を、分離部分５０１０ＡＤに形成するように、配置される。
【０３４９】
分離部分５０１０ＡＥの近傍には、共振周波数５００ＭＨｚ，１．０ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，２．５ＧＨｚのＥＢＧが組合せられたＥＢＧ５１０７Ａが、金属フレーム５００１Ａを流れる電流のＥＢＧ５１０７Ａの共振周波数の近傍の成分を遮断する遮断部分を、分離部分５０１０ＡＥに形成するように、配置される。
【０３５０】
給電点５００２Ａに給電される電流の周波数は、金属フレーム５００１Ａの分離部分５０１０ＡＡ〜５０１０ＡＤそれぞれの近傍に配置されるＥＢＧ５１０３Ａ〜５１０６Ａの共振周波数である５００ＭＨｚ，１．０ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，２．５ＧＨｚである。
【０３５１】
給電点５００２Ａから給電される５００ＭＨｚの電流は、ＥＢＧ５１０３Ａによって分離部分５０１０ＡＡに形成される遮断部分で遮断される。つまり、５００ＭＨｚの電流は、ＥＢＧ５１０３Ａによって形成される遮断部分の給電点５００２と反対側には流れない。
【０３５２】
同様に、給電点５００２Ａから給電される１．０ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，２．５ＧＨｚの電流は、それぞれ、ＥＢＧ５１０４Ａ〜５１０６Ａによって分離部分５０１０ＡＢ〜５０１０ＡＤに形成される遮断部分で遮断される。つまり、１．０ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，２．５ＧＨｚの電流は、それぞれ、ＥＢＧ５１０４Ａ〜５１０６Ａによって形成される遮断部分の給電点５００２と反対側には流れない。
【０３５３】
また、給電点５００２Ａから給電される５００ＭＨｚ，１．０ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，２．５ＧＨｚの電流は、それぞれ、ＥＢＧ５１０７Ａによって分離部分５０１０ＡＥに形成される遮断部分で遮断される。つまり、５００ＭＨｚ，１．０ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，２．５ＧＨｚの電流は、それぞれ、ＥＢＧ５１０７Ａによって形成される遮断部分の給電点５００２と反対側には流れない。
【０３５４】
これにより、２．５ＧＨｚの電流は、金属フレーム５００１Ａのうちの特定部分５０００ＡＡから特定部分５０００ＡＤまでの部分を流れる。２．０ＧＨｚの電流は、金属フレーム５００１Ａのうちの特定部分５０００ＡＡから特定部分５０００ＡＣまでの部分を流れる。１．０ＧＨｚの電流は、金属フレーム５００１Ａのうちの特定部分５０００ＡＡから特定部分５０００ＡＢまでの部分を流れる。５００ＭＨｚの電流は、金属フレーム５００１Ａのうちの特定部分５０００ＡＡの部分を流れる。
【０３５５】
特定部分５０００ＡＡ〜５０００ＡＤには、ボタン状の導電体である金属ボタン５０２０Ａ〜５０２０Ｄが、それぞれ、特定部分５０００ＡＡ〜５０００ＡＤと電気的に接続されるように、固着される。固着方法は、導電性を有する接着剤を用いた接着であってもよいし、溶接であってもよい。これにより、金属ボタン５０２０Ａ〜５０２０Ｄを操作部分として他の部分と区別可能とすることができる。
【０３５６】
なお、上述のように、金属フレーム５００１Ａに別部品で突起を持たせるものに限定されず、金属フレーム５００１Ａの成型時に一体成型で同様の突起を持たせるようにしてもよい。また、操作部分を突起状とすることに替えて、操作部分を、他の部分と異なる表面加工、たとえば、エンボス加工や視覚障害者用の点字のような加工としてもよい。また、操作部分を、他の部分と異なる色彩または模様とするようにしてもよい。
【０３５７】
図７３は、第２４の実施の形態に係る、触れた特定部分５０００ＡＡ〜５０００ＡＤの金属ボタン５０２０Ａ〜５０２０Ｄと、変動した共振周波数との関係を示す図である。いずれの特定部分５０００ＡＡ〜５０００ＡＤ（金属ボタン５０２０Ａ〜５０２０Ｄ）への接触もない場合は、２．５ＧＨｚ，２ＧＨｚ，１ＧＨz，５００ＭＨｚのいずれの周波数の電流も変動しない。
【０３５８】
特定部分（Ｄ部）５０００ＡＤ（金属ボタン５０２０Ｄ）への接触があった場合は、特定部分（Ｄ部）５０００ＡＤに流れている電流は、２．５ＧＨｚの電流であるので、２．５ＧＨｚの電流が変動する。
【０３５９】
特定部分（Ｃ部）５０００ＡＣ（金属ボタン５０２０Ｃ）への接触があった場合は、特定部分（Ｃ部）５０００ＡＣに流れている電流は、２．５ＧＨｚ，２．０ＧＨｚの電流であるので、２．５ＧＨｚ，２．０ＧＨｚの電流が変動する。
【０３６０】
特定部分（Ｂ部）５０００ＡＢ（金属ボタン５０２０Ｂ）への接触があった場合は、特定部分（Ｂ部）５０００ＡＢに流れている電流は、２．５ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，１．０ＧＨｚの電流であるので、２．５ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，１．０ＧＨｚの電流が変動する。
【０３６１】
特定部分（Ａ部）５０００ＡＡ（金属ボタン５０２０Ａ）への接触があった場合は、特定部分（Ａ部）５０００ＡＡに流れている電流は、２．５ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，１．０ＧＨｚ，５００ＭＨｚの電流であるので、２．５ＧＨｚ，２．０ＧＨｚ，１．０ＧＨｚ，５００ＭＨｚの電流が変動する。
【０３６２】
これにより、第２３の実施の形態で説明したような制御部５４１０，記憶部５４２０，変動検知部５４３０によって、いずれの特定部分５０００ＡＡ〜５０００ＡＤ（金属ボタン５０２０Ａ〜５０２０Ｄ）の接触が有ったか否かを判断することができる。
【０３６３】
これにより、この入力装置が備えられるスマートフォン５５００などの電気機器の筺体などの金属フレーム５００１Ａの一部を入力装置として用いることができる。また、金属フレーム５００１Ａのいずれの特定部分５０００ＡＡ〜５０００ＡＤ（金属ボタン５０２０Ａ〜５０２０Ｄ）に触れたかに応じた操作を受付けることができる。その結果、機械式のボタンのような筺体とボタンとの隙間がなく、物理的に動く部分が必要ないので、防塵、防水および強度の点で有利な入力装置を備えた電気機器を提供することができる。また、電気機器の一部である金属フレーム５００１Ａを有効に用いて、複数の操作を受付けることが可能な入力装置を備えた電気機器を提供することができる。
【０３６４】
また、スマートフォン５５００などの携帯端末では、ディスプレイ上にタッチパネルが設けられ、ディスプレイの表示画面のうちの一部が操作のための表示として用いられるため、操作のため以外の表示の面積が制限されるといった問題がある。しかし、上述したような入力装置であれば、表示画面の面積を操作のための表示に割く必要がなく、表示画面を有効に用いることができる。
【０３６５】
また、スマートフォン５５００などの携帯端末における日本語入力など文字入力の際の補助的なボタンとして上述の入力装置を用いれば、実際の文字の選択操作と、補助的な操作とを、右手と左手とで分担できるため、より効率よく文字入力をすることができる。
【０３６６】
また、デジタルカメラおよび携帯音楽プレーヤなどは、タッチパネルを持たない機種もある。この場合であっても、操作ボタンを配置するエリアが必要となる。しかし、上述したような入力装置を設ければ、操作ボタンを配置する特別なエリアを設ける必要がなく、機器を小型化できる点で有利である。
【０３６７】
また、最近は、シンプルな機器のデザインが好まれる傾向がある。このため、デザイン上は、操作ボタンなどの突起部分ができるだけ少ない方がよい。上述した入力装置では、上述したような突起を設けず、模様または色彩のみで、操作ボタン部分を区別可能にするだけでもよいので、よりシンプルな機器の形状のデザインとすることができる。
【０３６８】
なお、各金属ボタン５０２０Ａ〜５０２０Ｄが備えられる部分に近い、ディスプレイ５６００で表示される画面内の位置に、各金属ボタン５０２０Ａ〜５０２０Ｄが操作されたときの当該電気機器の動作を示す内容、たとえば、「入力文字種切替」、「メニュー表示」などといった文字、または、そのような内容を示す記号を表示させるようにしてもよい。
【０３６９】
また、上述したような入力装置は、電力が供給されていないと動作しないので、スマートフォン５５００のような電気機器には、電気機器をオン状態にするために、ハードウェアボタン５０３０を残しておくことが考えられる。しかし、上述したような入力装置のみには、電気機器がオン状態でなくても、常に電力が供給されるようにしてもよい。この場合であっても、入力装置に供給する電力は微少でよいので、蓄電電力をそれ程、消費することはない。
【０３７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０３７１】
２  外部電極、３  外部電極、４  内部電極、４ａ  電極、４ｂ  電極、５  内部電極、５ａ  電極、５ｂ  電極、６  スペーサ、１０  外装部、１００  コイル型共振器、１１０  中心軸、２００  信号線路、２２０  グランド、３００  コンデンサ型共振器、６００  ユニット、６１０ａ  最上部電極、６１０ｂ  最下部電極、６２２，６２４，６３２，６３４  内部電極、６４０  線路、６５０，６６０  外部電極、７００  ユニット、７１０ａ  最上部電極、７１０ｂ  最下部電極、７２２，７２４ａ，７２４ｂ，７３０  内部電極、７４０  線路、７５０，７６０  外部電極、８００  ユニット、８１０  コイル状導体、８２２，８２４，８３２，８３４  電極、８４２，８４４  ビア、９１０ａ  最上部電極、９１０ｂ  最下部電極、９１２ａ  第１のビア、９１２ｂ  第２のビア、９２２  第１の内部電極、９２４ａ  第２の内部電極、９２４ｂ  第３の内部電極、９３０  第４の内部電極、９４０  線路、９５０  第３のビア、９６０  第４のビア、２０００，２０００Ｂ〜２０００Ｈ，２０００Ｊ〜２０００Ｎ，２０００Ｐ，２０００Ｑ  領域、２００１，２００１Ｂ，２００１Ｊ〜２００１Ｌ，２００１Ｐ，２００１Ｑ，５００１  金属筐体、２００１Ａ，２００１Ｃ〜２００１Ｈ，２００１Ｍ，２００１Ｎ，４００１Ａ  金属平板、２００２Ｊ，２００２Ｋ  非金属筐体、２１００，２１００Ａ〜２１００Ｇ，２１００ＨＡ，２１００ＨＢ，２１００Ｊ，２１００ＫＡ，２１００ＫＢ，２１００Ｌ〜２１００Ｎ，２１００Ｐ，２１００Ｑ  メタマテリアル、２０１０  スマートフォン、２２００，２２００Ａ〜２２００Ｃ，２２００Ｈ，２２００Ｊ，２２００Ｋ，２２００Ｍ，２２００Ｎ，４２００Ａ  給電線、２３００，２３００Ｐ，２３００Ｑ  回路基板、２４００Ａ，４４００Ａ  グランド平板、２４００Ｂ  グランド平面、２５００，２５００Ｍ，２５００Ｎ  接地面、２６００  アンテナ、２７００  磁性体、２８００  カメラユニット、２９００Ｍ，２９００Ｎ  スリット、３０００，４０００，４１００  アンテナ、３００１，４００１，４００２  ケース、３３００，４３００  基板、５０００Ａ〜５０００Ｃ，５０００ＡＡ〜５０００ＡＤ  特定部分、５００１，５００１Ａ  金属フレーム、５００２，５００２Ａ  給電点、５０１０Ａ，５０１０Ｂ，５０１０ＡＡ〜５０１０ＡＥ  分離部分、５０２０Ａ〜５０２０Ｄ  金属ボタン、５０３０  ハードウェアボタン、５１０１，５１０２，５１０３Ａ〜５１０７Ａ  ＥＢＧ、５２００  交流源、５３００  アース、５４１０  制御部、５４２０  記憶部、５４３０  変動検知部、５５００  スマートフォン、５６００  ディスプレイ。
【図１】
2014120989.tif 000003
【図２】
2014120989.tif 000004
【図３】
2014120989.tif 000005
【図４】
2014120989.tif 000006
【図５】
2014120989.tif 000007
【図６】
2014120989.tif 000008
【図７】
2014120989.tif 000009
【図８】
2014120989.tif 000010
【図９】
2014120989.tif 000011
【図１０】
2014120989.tif 000012
【図１１】
2014120989.tif 000013
【図１２】
2014120989.tif 000014
【図１３】
2014120989.tif 000015
【図１４】
2014120989.tif 000016
【図１５】
2014120989.tif 000017
【図１６】
2014120989.tif 000018
【図１７】
2014120989.tif 000019
【図１８】
2014120989.tif 000020
【図１９】
2014120989.tif 000021
【図２０】
2014120989.tif 000022
【図２１】
2014120989.tif 000023
【図２２】
2014120989.tif 000024
【図２３】
2014120989.tif 000025
【図２４】
2014120989.tif 000026
【図２５】
2014120989.tif 000027
【図２６】
2014120989.tif 000028
【図２７】
2014120989.tif 000029
【図２８】
2014120989.tif 000030
【図２９】
2014120989.tif 000031
【図３０】
2014120989.tif 000032
【図３１】
2014120989.tif 000033
【図３２】
2014120989.tif 000034
【図３３】
2014120989.tif 000035
【図３４】
2014120989.tif 000036
【図３５】
2014120989.tif 000037
【図３６】
2014120989.tif 000038
【図３７】
2014120989.tif 000039
【図３９】
2014120989.tif 000040
【図４０】
2014120989.tif 000041
【図４１】
2014120989.tif 000042
【図４２】
2014120989.tif 000043
【図４４】
2014120989.tif 000044
【図４６】
2014120989.tif 000045
【図４７】
2014120989.tif 000046
【図４８】
2014120989.tif 000047
【図５０】
2014120989.tif 000048
【図５１】
2014120989.tif 000049
【図５２】
2014120989.tif 000050
【図５３】
2014120989.tif 000051
【図５４】
2014120989.tif 000052
【図５５】
2014120989.tif 000053
【図５６】
2014120989.tif 000054
【図５７】
2014120989.tif 000055
【図５８】
2014120989.tif 000056
【図５９】
2014120989.tif 000057
【図６０】
2014120989.tif 000058
【図６１】
2014120989.tif 000059
【図６２】
2014120989.tif 000060
【図６３】
2014120989.tif 000061
【図６４】
2014120989.tif 000062
【図６５】
2014120989.tif 000063
【図６６】
2014120989.tif 000064
【図６７】
2014120989.tif 000065
【図６８】
2014120989.tif 000066
【図６９】
2014120989.tif 000067
【図７０】
2014120989.tif 000068
【図７１】
2014120989.tif 000069
【図７２】
2014120989.tif 000070
【図７３】
2014120989.tif 000071
【図３８】
2014120989.tif 000072
【図４３】
2014120989.tif 000073
【図４５】
2014120989.tif 000074
【図４９】
2014120989.tif 000075