(57)【要約】本発明は、メタマテリアルなどの人工物質は調整可能な特性を含む。一部の手法においては、該特性は、電磁波との相互作用の能動的フィードバックに応じて調整可能である。特に、可変装置であって、相対的空間位置に配置された複数の人工要素の配置を備え、前記配置は、選択周波数で、前記要素の前記相対的空間位置と前記選択周波数での前記要素の前記回路応答との関数である、不均一な実効誘電率および／または透磁率を有し、複数の前記要素の前記回路応答は制御信号に応答して変化する、装置を提供する。
2009527943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変装置であって、
相対的空間位置に配置された複数の人工要素の配置を備え、前記配置は、選択周波数で、前記要素の前記相対的空間位置と前記選択周波数での前記要素の前記回路応答との関数である、不均一な実効誘電率および／または透磁率を有し、複数の前記要素の前記回路応答は制御信号に応答して変化する、装置。
【請求項２】
前記回路応答は、
リアクタンスおよび前記制御信号に応答する前記リアクタンスの増加または減少、
利得および前記制御信号に応答する前記利得の増加または減少、または
プラズマ周波数および前記制御信号に応答する前記プラズマ周波数の変化、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記要素の前記相対的空間位置を変化させるように操作可能な位置制御機構をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記人工要素を支える支持構造物をさらに含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記位置制御メカニズムは、前記支持構造物に一体化している、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記支持構造物は、 電磁場に応答して寸法的に変化する物質を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
電磁場に応答して寸法的に変化する前記物質は、
圧電性物質、または
電気活性物質のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記要素の前記相対的空間位置を変化するように操作可能な位置制御機構をさらに含み、前記位置制御メカニズムは、 熱エネルギーに応答して、前記要素の前記相対的空間位置を変化させる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記選択周波数は、前記配置の一部分の特性周波数である、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記配置の一部分の前記特性周波数は、プラズマ周波数である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記配置は、前記選択周波数で不均一な実効誘電率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記選択周波数での前記不均一な実効誘電率は、負の実成分を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記配置は、前記選択周波数で不均一な実効透磁率を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記実効透磁率の前記実成分は、前記制御信号に応答して変化し得る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記実効透磁率は、前記制御信号に応答して変化し得る、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記回路応答は、利得を含み、前記利得は、前記制御信号に応答して増加または減少する、請求項１１に記載の装置
【請求項１７】
前記配置は、前記選択周波数で不均一な実効透磁率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記実効透磁率は、前記制御信号に応答して変化し得る、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
調整可能な人工媒体であって、
特性周波数で不均一な実効誘電率および／または透磁率を発生するパターンに配置された、電磁気応答構造の配置であって、前記電磁気応答構造のそれぞれは、それぞれに対する制御信号に対して応答して変数変化し得る電磁気特性を有する、配置と、
前記電磁気応答構造のそれぞれに結合され、前記制御信号を発生するように操作可能な制御回路と、を備える、
調整可能な人工媒体。
【請求項２０】
前記特性周波数は、１つ以上の赤外線波長に対応する、請求項１９に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２１】
前記制御回路と前記個別の電磁気応答構造との間の結合はエバネセントである、請求項１９および２０のうちのいずれか１項に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２２】
前記制御回路はプロセッサを含む、請求項１９に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２３】
前記制御回路は、前記制御信号を提供するように、前記人工媒体の応答の表示に応答する比較回路をさらに含む、請求項２２に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２４】
前記電磁気応答構造のそれぞれに結合されたそれぞれの検出器をさらに含み、前記検出器の各々は前記制御装置に結合している、請求項１９に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２５】
前記それぞれの応答検出器の各々は、光学応答媒体を含む、請求項２５に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２６】
前記光学応答媒体は、前記電磁気応答構造に結合している電磁場のために配置された電気光学媒体を含む、請求項２５に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２７】
前記それぞれの検出器の各々は、検出するように配置された１つ以上の構成要素と、前記電磁気応答構造の電磁気特性に対応する電場電位と、を含む、請求項２５に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２８】
前記それぞれの電磁気応答構造は、
信号増幅器、
光学増幅器、
調整可能な位相遅延回路、
圧電物質、または
ＭＥＭＳ構成要素、のうちの１つ以上を含む、請求項１９に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項２９】
前記それぞれの電磁気応答構造は、信号増幅器を含み、前記信号増幅器はＭＭＩＣを含む、請求項１９に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項３０】
前記それぞれの電磁気応答構造は、信号増幅器と調整可能な位相遅延回路とを含み、前記調整可能な位相遅延回路は前記信号増幅器と一体化している、請求項１９に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項３１】
前記それぞれの電磁気応答構造は、
電磁気特性を変化させる仕方で物理的に変形可能である、あるいは、
電磁場に応答して物理的に変形可能である、うちの少なくとも１つである、請求項１９に記載の調整可能な人工媒体。
【請求項３２】
電磁放射と相互作用するための装置であって、
各々がそれぞれ個別の応答を有する複数の要素であって、前記要素のうちの選択された要素と前記要素のうちの１つ以上のその他の要素との間の相互作用の関数である、前記電磁放射への選択された群応答に対応するパターンに配置されている、前記複数の要素と、
前記要素のうちの前記選択された要素と前記要素のうちの前記１つ以上のその他の要素とに結合した結合制御装置であって、前記要素のうちの前記選択された要素と前記要素のうちの前記１つ以上のその他の要素との間の相互作用を調整する制御信号に応答する、結合制御装置と、
を備える、装置。
【請求項３３】
前記複数の要素を支える支持構造をさらに含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記結合制御装置は、前記支持構造物に一体化している、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記結合制御装置は信号伝送構造を含み、前記信号伝送構造は前記支持構造によって支えられる、請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記信号伝送構造は、
前記支持構造に一体化している導波管、
前記支持構造に一体化している光導波管、
前記支持構造によって支えられるプラズモンガイド、または
前記支持構造によって支えられるマイクロストリップ導波管、のうちの少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記信号伝送構造は、前記支持構造によって支えられるプラズモン（Ｐｌａｓｍｏｎ）ガイドを含み、前記プラズモンガイドは、金属を含む、請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
前記結合制御装置は、個別要素の少なくとも一部で物理的に再配置および／または再配向するように結合される機構を含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３９】
電磁気エネルギーと相互作用する方法であって、
一連の空間に分散した場所で有効な電磁気特性の分散を確立するステップと、
前記一連の空間的に分散した場所で前記電磁気エネルギーのそれぞれの部分と相互作用するステップであって、その相互作用は、前記電磁気エネルギーの前記それぞれの部分の振幅および／または位相を変化させ、前記振幅および／または位相の変化は、有効な電磁気特性の前記確立された分散の関数であるステップと、
前記電磁気エネルギーの前記それぞれの部分の増幅および／または位相の前記変化に対応する群応答を特定するステップと、
前記特定された群応答に応答して、前記有効な電磁気特性を調整するステップと、
を備える、方法。
【請求項４０】
前記特定された群応答と、選択された群応答との間の差を決定するステップをさらに含み、
前記特定された群応答に応答して前記有効な電磁気特性を調整するステップは、前記決定された差に応答して、前記有効な電磁気特性を調整するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記空間的に分散した場所は第１の領域内にあり、前記電磁気エネルギーの前記それぞれの部分の振幅および／または位相の前記変化に対応する群応答を特定するステップは、
前記第１の領域から空間的に離間した場所で電磁気エネルギーを検出するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記群応答は遠距離領域を画定し、前記第１の領域から空間的に離間した前記場所は実質的に前記遠距離領域内である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
一連の空間的に分散した場所で有効な電磁気特性の分散を確立するステップは、前記一連の空間的に分散した場所で人工実効誘電率および／または透磁率のパターンを画定するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記一連の空間的に分散した場所で人工実効誘電率および／または透磁率のパターンを画定するステップは、前記一連の空間的に分散した場所に応答する位置で電磁気応答構造を配置するステップを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記特定された群応答に応答して前記実効電磁気特性を調整するステップは、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を物理的に再配置するステップ、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を物理的に再配向するステップ、または、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つに対して、不均一電磁気特性を有する物質の位置を調整するステップ、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記特定された群応答に応答して、前記実効電磁気特性を調整するステップは、前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つに対して、不均一電磁気特性を有する物質の位置を調整するステップを含み、前記不均一電磁気特性は、誘電率を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
電磁放射と相互作用するための装置であって、
複数の要素を備え、前記要素の各々はそれぞれ個別の応答を有し、前記複数の要素は、前記要素のうちの選択された要素と前記要素のうちの１つ以上のその他の要素との間の相互作用の関数である、電磁放射への選択された群応答に対応するパターンに配置され、
前記要素の選択された要素と、前記要素の１つ以上のその他の要素との間の相互作用は、外部の入力に応答して可変である、
装置。
【請求項４８】
前記要素の前記選択された要素と、前記要素の１つ以上の選択された要素との間の相互作用は、前記要素のプラズマ周波数の関数である、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記１つ以上の要素に結合されて、前記１つ以上の要素の前記プラズマ周波数を変化させるように操作可能である結合制御装置をさらに含む、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記結合制御装置は、選択された入力に応答して可変である誘電率および／または透磁率を有する物質を含む、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記結合制御装置は、前記選択された入力に応答して可変である誘電率および／または透磁率を有する前記物質に前記選択された入力を提供するように、前記制御信号に応答する電気回路を含む、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記要素の２つ以上の間に操作的に設置される結合制御装置を含み、前記結合制御装置は、前記電磁気応答構造の少なくとも１つに対して配置された不均一電磁気特性を有する物理的物質を含む、請求項４８に記載の装置。
【請求項５３】
前記結合制御装置は、不均一電磁気特性を有する前記物理的物質に結合され、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つに対して不均一電磁気特性を有する物理的物質の位置、または、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つに対して不均一電磁気特性を有する物理的物質の配向位置、
のうちの少なくとも１つを変化させるように、前記制御信号に応答する、再配置機構を含む、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
電磁放射と相互作用するための装置であって、
複数の要素を備え、前記要素のそれぞれは、それぞれ個別の応答を有し、前記複数の要素は、前記個別の応答の関数である前記電磁放射に対する選択された群応答に対応するパターンで配置され、
前記要素の前記個別の応答の１つ以上は、外部入力に応答して可変である、装置。
【請求項５５】
前記個別の応答は、共振周波数を含む、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記要素のうちの選択された要素の前記共振周波数は、前記外部入力に応答して可変である、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記外部入力に応答して可変である前記要素のうちの前記選択された要素の前記共振周波数は、前記群応答には実質的に影響を与えないそれぞれ個別の応答を調整するように、前記外部入力に応答して十分に可変である、請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記外部入力は電場である、請求項５４に記載の装置。
【請求項５９】
前記要素は、前記外部入力に応答して変形する、請求項５４に記載の装置。
【請求項６０】
前記要素は、
前記外部入力に応答して変化する実効誘電率、あるいは、
前記外部入力に応答して変化する実効透磁率、
のうちの１つ以上を含む、請求項５８に記載の装置。
【請求項６１】
前記要素は、
前記外部入力に応答する損失、または、
前記外部入力に応答する利得、
のうちの１つを含む、請求項５４に記載の装置。
【請求項６２】
前記外部入力は制御信号であり、前記要素は、前記制御信号に応答する少なくとも１つの能動コンポーネントを含む、請求項５４に記載の装置。
【請求項６３】
前記制御信号に応答する前記少なくとも１つの能動コンポーネントは、
増幅器、
電気回路、または、
集積回路、
のうちの少なくとも１つである、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記電磁放射に対する前記選択された群応答は、波形整形応答である、請求項５４に記載の装置。
【請求項６５】
前記波形整形応答は集束である、または、
前記波形整形応答は焦点距離に対応し、前記それぞれの応答は、異なる焦点距離に対応する異なる波形応答に対して波形応答を変化させるのに十分可変である、
うちの少なくとも１つである、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記配置は、少なくとも１つの配向で実質的に周期的である、請求項５４に記載の装置。
【請求項６７】
前記外部入力は、
磁場、
音響入力、または、
前記電磁放射とは異なった電磁波、
のうちの少なくとも１つである、請求項５４に記載の装置。
【請求項６８】
前記外部入力は、前記電磁放射とは異なる電磁波で、前記個別の応答は特性周波数を含み、前記電磁波は前記特性周波数とは異なる周波数での電磁波である、請求項５４に記載の装置。
【請求項６９】
前記特性周波数は共振周波数で、前記電磁放射と異なる前記電磁波は前記共振周波数とは異なる周波数での電磁波である、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記外部入力は、前記電磁放射とは異なる電磁波で、前記個別の応答は特性周波数を含み、前記電磁放射とは異なる前記電磁波は前記特性周波数での電磁波である、請求項５４に記載の装置。
【請求項７１】
前記特性周波数は共振周波数で、前記電磁波は前記共振周波数とは異なる周波数での電磁波である、請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記外部入力は、前記電磁放射とは異なる電磁波で、前記群応答は、前記電磁放射に対して選択された配向に対応し、外部入力に応答して可変である前記要素の前記個別の応答のうちの前記１つ以上は、前記選択された配向とは異なる配向で、前記電磁放射とは異なる電磁波に応答する、請求項５４に記載の装置。
【請求項７３】
前記外部入力は、前記電磁放射とは異なる電磁波で、前記要素の前記個別の応答の前記１つ以上は、前記電磁放射とは異なる電磁波に応答して可変であり、前記外部入力に応答して可変である前記要素の前記選択された要素の応答は、前記電磁放射とは異なる電磁波によって飽和可能である、請求項５４に記載の装置。
【請求項７４】
前記要素の前記個別の応答の前記１つ以上は、前記電磁放射とは異なる電磁波に応答して可変であり、前記外部入力に応答して可変である前記要素の前記選択された要素の応答は、前記電磁放射とは異なる前記電磁波に応答する特性周波数を含む、請求項７３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、概して、メタマテリアルや同様の構造などの人工物質に関する。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】Ｐｅｎｄｒｙらによる、Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｍａｋｅｓ  ａ  Ｐｅｒｆｅｃｔ  Ｌｅｎｓ，Ｐｅｎｄｒｙ，ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８５，３９６６-３９６９（２０００）
【非特許文献２】Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ，Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ，Ｍ．Ｃ．Ｋ．Ｗｉｌｔｓｈｉｒｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，３０５，７８８（２００４）
【非特許文献３】Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｔｈａｔ  ｅｘｈｉｂｉｔ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ，Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｐ．Ｒｙｅ，Ｄ．Ｃ．Ｖｉｅｒ，Ａ．Ｆ．Ｓｔａｒｒ，Ｊ．Ｊ．Ｍｏｃｋ，Ｔ．Ｐｅｒｒａｍ，ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｅ８７−Ｃ，３５９（２００４）
【非特許文献４】Ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｗ．Ｊ．Ｐａｄｉｌｌａ，Ｄ．Ｃ．Ｖｉｅｒ，Ｒ．Ｓｈｅｌｂｙ，Ｓ．Ｃ．Ｎｅｍａｔ−Ｎａｓｓｅｒ，Ｎ．Ｋｒｏｌｌ  ａｎｄ  Ｓ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｄ．Ｃ．Ｍ．Ｓｏｕｋｏｕｌｉｓ（Ｋｌｕｗｅｒ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，２０００）
【非特許文献５】Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｗ．Ｐａｄｉｌｌａ，Ｄ．Ｃ．Ｖｉｅｒ，Ｓ．Ｃ．Ｎｅｍａｔ−Ｎａｓｓｅｒ，ａｎｄ  Ｓ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍｅｄｉｕｍ  ｗｉｔｈ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，」Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，８４，４１８４−４１８７（２０００）
【非特許文献６】Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ  Ｃａｌｏｚ，Ｔａｔｓｕｏ  Ｉｔｏｈ，Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ；ＩＳＢＮ：０−４７１−６６９８５−７；Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２００５，Ｗｉｌｅｙ−ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ
【非特許文献７】Ｇ．Ｖ．Ｅｌｅｆｔｈｅｒｉａｄｅｓ，Ｋ．Ｇ  Ｂａｌｍａｉｎ，Ｎｅｇａｔｉｖｅ−Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩＳＢＮ：０−４７１−７４４７４−３；Ａｕｇｕｓｔ  ２００５
【非特許文献８】「Ｂｒｏａｄ−ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ａｎｄ  ｌｏｗ−ｌｏｓｓ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，」Ｌｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ  Ｚｈｅｊｉａｎｇ  Ｕｎｉｖ  ＳＣＩＥＮＣＥ  Ａ  ２００６  ７（１）：５−２３（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｊｚｕｓ／２００６／Ａ０６０１／Ａ０６０１０２．ｐｄｆ）
【非特許文献９】Ｗｕ，ｅｔ．ａｌ，ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＯＮＳＴＩＴＵＴＩＶＥ  ＲＥＬＡＴＩＯＮ  ＴＥＮＳＯＲ  ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ  ＯＦ  ＳＲＲ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＬＩＮＥ  ＴＨＥＯＲＹ，Ｊ．ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌ．，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．０１，１３-２５，２００６
【非特許文献１０】Ｓｍｉｔｈ，ｅｔ．ａｌ，Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｅ，ｖｏｌ．７１，Ｉｓｓｕｅ  ３，ｉｄ．０３６６０９（ｈｔｔｐ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ｆｔｐ／ｐｈｙｓｉｃｓ／ｐａｐｅｒｓ／０４０７／０４０７０６３．ｐｄｆ）
【非特許文献１１】Ｐｈｉｌｉｐｐｅ  Ｇａｙ−Ｂａｌｍａｚ  ａｎｄ  Ｏｌｉｖｉｅｒ  Ｊ．Ｆ．Ｍａｒｔｉｎ，Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ａｎｄ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｓｐｌｉｔ−ｒｉｎｇ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．９２，Ｎｏ．５，（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００２）
【特許文献１】米国特許出願第２００４００６６２５１号
【特許文献２】米国特許第６，９３８，３２５
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は以下からなる；
１．可変装置であって、
相対的空間位置に配置された複数の人工要素の配置を備え、前記配置は、選択周波数で、前記要素の前記相対的空間位置と前記選択周波数での前記要素の前記回路応答との関数である、不均一な実効誘電率および／または透磁率を有し、複数の前記要素の前記回路応答は制御信号に応答して変化する、装置。
２．前記回路応答は、
リアクタンスおよび前記制御信号に応答する前記リアクタンスの増加または減少、
利得および前記制御信号に応答する前記利得の増加または減少、または
プラズマ周波数および前記制御信号に応答する前記プラズマ周波数の変化、のうちの少なくとも１つを含む、前項１に記載の装置。
３．前記要素の前記相対的空間位置を変化させるように操作可能な位置制御機構をさらに含む、前項１に記載の装置。
４．前記人工要素を支える支持構造物をさらに含む、前項３に記載の装置。
５．前記位置制御メカニズムは、前記支持構造物に一体化している、前項４に記載の装置。
６．前記支持構造物は、 電磁場に応答して寸法的に変化する物質を含む、前項５に記載の装置。
７．電磁場に応答して寸法的に変化する前記物質は、
圧電性物質、または
電気活性物質のうちの少なくとも１つを含む、前項６に記載の装置。
８．前記要素の前記相対的空間位置を変化するように操作可能な位置制御機構をさらに含み、前記位置制御メカニズムは、 熱エネルギーに応答して、前記要素の前記相対的空間位置を変化させる、前項１に記載の装置。
９．前記選択周波数は、前記配置の一部分の特性周波数である、前項１に記載の装置。
１０．前記配置の一部分の前記特性周波数は、プラズマ周波数である、前項９に記載の装置。
１１．前記配置は、前記選択周波数で不均一な実効誘電率を有する、前項１に記載の装置。
１２．前記選択周波数での前記不均一な実効誘電率は、負の実成分を含む、前項１１に記載の装置。
１３．前記配置は、前記選択周波数で不均一な実効透磁率を有する、前項１１に記載の装置。
１４．前記実効透磁率の前記実成分は、前記制御信号に応答して変化し得る、前項１１に記載の装置。
１５．前記実効透磁率は、前記制御信号に応答して変化し得る、前項１４に記載の装置。
１６．前記回路応答は、利得を含み、前記利得は、前記制御信号に応答して増加または減少する、前項１１に記載の装置
１７．前記配置は、前記選択周波数で不均一な実効透磁率を有する、前項１に記載の装置。
１８．前記実効透磁率は、前記制御信号に応答して変化し得る、前項１７に記載の装置。
１９．調整可能な人工媒体であって、
特性周波数で不均一な実効誘電率および／または透磁率を発生するパターンに配置された、電磁気応答構造の配置であって、前記電磁気応答構造のそれぞれは、それぞれに対する制御信号に対して応答して変数変化し得る電磁気特性を有する、配置と、
前記電磁気応答構造のそれぞれに結合され、前記制御信号を発生するように操作可能な制御回路と、を備える、
調整可能な人工媒体。
２０．前記特性周波数は、１つ以上の赤外線波長に対応する、前項１９に記載の調整可能な人工媒体。
２１．前記制御回路と前記個別の電磁気応答構造との間の結合はエバネセントである、前項１９および２０のうちのいずれか１項に記載の調整可能な人工媒体。
２２．前記制御回路はプロセッサを含む、前項１９に記載の調整可能な人工媒体。
２３．前記制御回路は、前記制御信号を提供するように、前記人工媒体の応答の表示に応答する比較回路をさらに含む、前項２２に記載の調整可能な人工媒体。
２４．前記電磁気応答構造のそれぞれに結合されたそれぞれの検出器をさらに含み、前記検出器の各々は前記制御装置に結合している、前項１９に記載の調整可能な人工媒体。
２５．前記それぞれの応答検出器の各々は、光学応答媒体を含む、前項２５に記載の調整可能な人工媒体。
２６．前記光学応答媒体は、前記電磁気応答構造に結合している電磁場のために配置された電気光学媒体を含む、前項２５に記載の調整可能な人工媒体。
２７．前記それぞれの検出器の各々は、検出するように配置された１つ以上の構成要素と、前記電磁気応答構造の電磁気特性に対応する電場電位と、を含む、前項２５に記載の調整可能な人工媒体。
２８．前記それぞれの電磁気応答構造は、
信号増幅器、
光学増幅器、
調整可能な位相遅延回路、
圧電物質、または
ＭＥＭＳ構成要素、のうちの１つ以上を含む、前項１９に記載の調整可能な人工媒体。
２９．前記それぞれの電磁気応答構造は、信号増幅器を含み、前記信号増幅器はＭＭＩＣを含む、前項１９に記載の調整可能な人工媒体。
３０．前記それぞれの電磁気応答構造は、信号増幅器と調整可能な位相遅延回路とを含み、前記調整可能な位相遅延回路は前記信号増幅器と一体化している、前項１９に記載の調整可能な人工媒体。
３１．前記それぞれの電磁気応答構造は、
電磁気特性を変化させる仕方で物理的に変形可能である、あるいは、
電磁場に応答して物理的に変形可能である、うちの少なくとも１つである、前項１９に記載の調整可能な人工媒体。
３２．電磁放射と相互作用するための装置であって、
各々がそれぞれ個別の応答を有する複数の要素であって、前記要素のうちの選択された要素と前記要素のうちの１つ以上のその他の要素との間の相互作用の関数である、前記電磁放射への選択された群応答に対応するパターンに配置されている、前記複数の要素と、
前記要素のうちの前記選択された要素と前記要素のうちの前記１つ以上のその他の要素とに結合した結合制御装置であって、前記要素のうちの前記選択された要素と前記要素のうちの前記１つ以上のその他の要素との間の相互作用を調整する制御信号に応答する、結合制御装置と、
を備える、装置。
３３．前記複数の要素を支える支持構造をさらに含む、前項３２に記載の装置。
３４．前記結合制御装置は、前記支持構造物に一体化している、前項３３に記載の装置。
３５．前記結合制御装置は信号伝送構造を含み、前記信号伝送構造は前記支持構造によって支えられる、前項３３に記載の装置。
３６．前記信号伝送構造は、
前記支持構造に一体化している導波管、
前記支持構造に一体化している光導波管、
前記支持構造によって支えられるプラズモンガイド、または
前記支持構造によって支えられるマイクロストリップ導波管、のうちの少なくとも１つを含む、前項３５に記載の装置。
３７．前記信号伝送構造は、前記支持構造によって支えられるプラズモン（Ｐｌａｓｍｏｎ）ガイドを含み、前記プラズモンガイドは、金属を含む、前項３５に記載の装置。
３８．前記結合制御装置は、個別要素の少なくとも一部で物理的に再配置および／または再配向するように結合される機構を含む、前項３２に記載の装置。
３９．電磁気エネルギーと相互作用する方法であって、
一連の空間に分散した場所で有効な電磁気特性の分散を確立するステップと、
前記一連の空間的に分散した場所で前記電磁気エネルギーのそれぞれの部分と相互作用するステップであって、その相互作用は、前記電磁気エネルギーの前記それぞれの部分の振幅および／または位相を変化させ、前記振幅および／または位相の変化は、有効な電磁気特性の前記確立された分散の関数であるステップと、
前記電磁気エネルギーの前記それぞれの部分の増幅および／または位相の前記変化に対応する群応答を特定するステップと、
前記特定された群応答に応答して、前記有効な電磁気特性を調整するステップと、
を備える、方法。
４０．前記特定された群応答と、選択された群応答との間の差を決定するステップをさらに含み、
前記特定された群応答に応答して前記有効な電磁気特性を調整するステップは、前記決定された差に応答して、前記有効な電磁気特性を調整するステップを含む、前項３９に記載の方法。
４１．前記空間的に分散した場所は第１の領域内にあり、前記電磁気エネルギーの前記それぞれの部分の振幅および／または位相の前記変化に対応する群応答を特定するステップは、
前記第１の領域から空間的に離間した場所で電磁気エネルギーを検出するステップを含む、前項３９に記載の方法。
４２．前記群応答は遠距離領域を画定し、前記第１の領域から空間的に離間した前記場所は実質的に前記遠距離領域内である、前項４１に記載の方法。
４３．一連の空間的に分散した場所で有効な電磁気特性の分散を確立するステップは、前記一連の空間的に分散した場所で人工実効誘電率および／または透磁率のパターンを画定するステップを含む、前項３９に記載の方法。
４４．前記一連の空間的に分散した場所で人工実効誘電率および／または透磁率のパターンを画定するステップは、前記一連の空間的に分散した場所に応答する位置で電磁気応答構造を配置するステップを含む、前項４３に記載の方法。
４５．前記特定された群応答に応答して前記実効電磁気特性を調整するステップは、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を物理的に再配置するステップ、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を物理的に再配向するステップ、または、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つに対して、不均一電磁気特性を有する物質の位置を調整するステップ、
のうちの少なくとも１つを含む、前項４４に記載の方法。
４６．前記特定された群応答に応答して、前記実効電磁気特性を調整するステップは、前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つに対して、不均一電磁気特性を有する物質の位置を調整するステップを含み、前記不均一電磁気特性は、誘電率を含む、前項４５に記載の方法。
４７．電磁放射と相互作用するための装置であって、
複数の要素を備え、前記要素の各々はそれぞれ個別の応答を有し、前記複数の要素は、前記要素のうちの選択された要素と前記要素のうちの１つ以上のその他の要素との間の相互作用の関数である、電磁放射への選択された群応答に対応するパターンに配置され、
前記要素の選択された要素と、前記要素の１つ以上のその他の要素との間の相互作用は、外部の入力に応答して可変である、
装置。
４８．前記要素の前記選択された要素と、前記要素の１つ以上の選択された要素との間の相互作用は、前記要素のプラズマ周波数の関数である、前項４７に記載の装置。
４９．前記１つ以上の要素に結合されて、前記１つ以上の要素の前記プラズマ周波数を変化させるように操作可能である結合制御装置をさらに含む、前項４８に記載の装置。
５０．前記結合制御装置は、選択された入力に応答して可変である誘電率および／または透磁率を有する物質を含む、前項４９に記載の装置。
５１．前記結合制御装置は、前記選択された入力に応答して可変である誘電率および／または透磁率を有する前記物質に前記選択された入力を提供するように、前記制御信号に応答する電気回路を含む、前項５０に記載の装置。
５２．前記要素の２つ以上の間に操作的に設置される結合制御装置を含み、前記結合制御装置は、前記電磁気応答構造の少なくとも１つに対して配置された不均一電磁気特性を有５３．前記結合制御装置は、不均一電磁気特性を有する前記物理的物質に結合され、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つに対して不均一電磁気特性を有する物理的物質の位置、または、
前記電磁気応答構造のうちの少なくとも１つに対して不均一電磁気特性を有する物理的物質の配向位置、
のうちの少なくとも１つを変化させるように、前記制御信号に応答する、再配置機構を含む、前項５２に記載の装置。
５４．電磁放射と相互作用するための装置であって、
複数の要素を備え、前記要素のそれぞれは、それぞれ個別の応答を有し、前記複数の要素は、前記個別の応答の関数である前記電磁放射に対する選択された群応答に対応するパターンで配置され、
前記要素の前記個別の応答の１つ以上は、外部入力に応答して可変である、装置。
５５．前記個別の応答は、共振周波数を含む、前項５４に記載の装置。
５６．前記要素のうちの選択された要素の前記共振周波数は、前記外部入力に応答して可変である、前項５５に記載の装置。
５７．前記外部入力に応答して可変である前記要素のうちの前記選択された要素の前記共振周波数は、前記群応答には実質的に影響を与えないそれぞれ個別の応答を調整するように、前記外部入力に応答して十分に可変である、前項５６に記載の装置。
５８．前記外部入力は電場である、前項５４に記載の装置。
５９．前記要素は、前記外部入力に応答して変形する、前項５４に記載の装置。
６０．前記要素は、
前記外部入力に応答して変化する実効誘電率、あるいは、
前記外部入力に応答して変化する実効透磁率、
のうちの１つ以上を含む、前項５８に記載の装置。
６１．前記要素は、
前記外部入力に応答する損失、または、
前記外部入力に応答する利得、
のうちの１つを含む、前項５４に記載の装置。
６２．前記外部入力は制御信号であり、前記要素は、前記制御信号に応答する少なくとも１つの能動コンポーネントを含む、前項５４に記載の装置。
６３．前記制御信号に応答する前記少なくとも１つの能動コンポーネントは、
増幅器、
電気回路、または、
集積回路、
のうちの少なくとも１つである、前項６２に記載の装置。
６４．前記電磁放射に対する前記選択された群応答は、波形整形応答である、前項５４に記載の装置。
６５．前記波形整形応答は集束である、または、
前記波形整形応答は焦点距離に対応し、前記それぞれの応答は、異なる焦点距離に対応する異なる波形応答に対して波形応答を変化させるのに十分可変である、
うちの少なくとも１つである、前項６４に記載の装置。
６６．前記配置は、少なくとも１つの配向で実質的に周期的である、前項５４に記載の装置。
６７．前記外部入力は、
磁場、
音響入力、または、
前記電磁放射とは異なった電磁波、
のうちの少なくとも１つである、前項５４に記載の装置。
６８．前記外部入力は、前記電磁放射とは異なる電磁波で、前記個別の応答は特性周波数を含み、前記電磁波は前記特性周波数とは異なる周波数での電磁波である、前項５４に記載の装置。
６９．前記特性周波数は共振周波数で、前記電磁放射と異なる前記電磁波は前記共振周波数とは異なる周波数での電磁波である、前項６８に記載の装置。
７０．前記外部入力は、前記電磁放射とは異なる電磁波で、前記個別の応答は特性周波数を含み、前記電磁放射とは異なる前記電磁波は前記特性周波数での電磁波である、前項５４に記載の装置。
７１．前記特性周波数は共振周波数で、前記電磁波は前記共振周波数とは異なる周波数での電磁波である、前項７０に記載の装置。
７２．前記外部入力は、前記電磁放射とは異なる電磁波で、前記群応答は、前記電磁放射に対して選択された配向に対応し、外部入力に応答して可変である前記要素の前記個別の応答のうちの前記１つ以上は、前記選択された配向とは異なる配向で、前記電磁放射とは異なる電磁波に応答する、前項５４に記載の装置。
７３．前記外部入力は、前記電磁放射とは異なる電磁波で、前記要素の前記個別の応答の前記１つ以上は、前記電磁放射とは異なる電磁波に応答して可変であり、前記外部入力に応答して可変である前記要素の前記選択された要素の応答は、前記電磁放射とは異なる電磁波によって飽和可能である、前項５４に記載の装置。
７４．前記要素の前記個別の応答の前記１つ以上は、前記電磁放射とは異なる電磁波に応答して可変であり、前記外部入力に応答して可変である前記要素の前記選択された要素の応答は、前記電磁放射とは異なる前記電磁波に応答する特性周波数を含む、前項７３に記載の装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
以下の詳細説明においては、本明細書の一部を成す添付の図面を参照する。図面中、同様の記号は、文中において特に指示がない限り、典型的に同様の構成部分を特定する。詳細説明、図面、および請求項において説明される具体的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書に開示される発明の精神または範囲を逸脱することなく、その他の実施形態を利用することができるとともに、その他の変更を行うことができる。
【０００５】
メタマテリアルは、近年、さまざまな周波数における多用な用途において記述されている。一般的には、メタマテリアルは、物質構成ではなく、その構造から、電磁気特性を取得する物質である。
【０００６】
メタマテリアルの用途の一例は、Ｐｅｎｄｒｙらによる、Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｍａｋｅｓ  ａ  Ｐｅｒｆｅｃｔ  Ｌｅｎｓ，Ｐｅｎｄｒｙ，ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８５，３９６６-３９６９（２０００）により示されている。また、Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ，Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ，Ｍ．Ｃ．Ｋ．Ｗｉｌｔｓｈｉｒｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，３０５，７８８（２００４）およびＤｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｔｈａｔ  ｅｘｈｉｂｉｔ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ，Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｐ．Ｒｙｅ，Ｄ．Ｃ．Ｖｉｅｒ，Ａ．Ｆ．Ｓｔａｒｒ，Ｊ．Ｊ．Ｍｏｃｋ，Ｔ．Ｐｅｒｒａｍ，ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｅ８７−Ｃ，３５９（２００４）のメタマテリアルにおいて明示されている。これらの各々は参照することによって組み入れられる。
【０００７】
他の多数のメタマテリアルおよび負の屈折性物質が記述されているが、一例においては、メタマテリアルは、分割リング共振器の配列から形成される。このような物質は、物質の特性、形状、構成、および結合に応じて、選択された誘電率および透磁率を画定するように設計することが可能である。例えば、メタマテリアルは、Ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｗ．Ｊ．Ｐａｄｉｌｌａ，Ｄ．Ｃ．Ｖｉｅｒ，Ｒ．Ｓｈｅｌｂｙ，Ｓ．Ｃ．Ｎｅｍａｔ−Ｎａｓｓｅｒ，Ｎ．Ｋｒｏｌｌ  ａｎｄ  Ｓ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｄ．Ｃ．Ｍ．Ｓｏｕｋｏｕｌｉｓ（Ｋｌｕｗｅｒ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，２０００）に記載されているように左手系物質を画定するように、あるいは、上記に組み入れられたＰｅｎｄｒｙおよびＳｍｉｔｈの参考文献、および、Ｅｌｅｆｔｈｅｒｉａｄｅｓの米国特許出願第２００４００６６２５１号、Ｐｌａｎａｒ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｗａｖｅ  ｇｕｉｄａｎｃｅ  ａｎｄ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ、およびＴａｎｉｅｌｉａｎの米国特許第６，９３８，３２５、「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｅｔａ−ｍａｔｅｒｉａｌｓ」など、多数の特許および特許出願開示に記載されるように、負の屈折を有するように、製造されてきた。これらの各々は参照することにより本明細書に組み入れられる。
【０００８】
さらに、誘電率および透磁率の両方は、参照することによって本明細書に組み入れられる、Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ，Ｗ．Ｐａｄｉｌｌａ，Ｄ．Ｃ．Ｖｉｅｒ，Ｓ．Ｃ．Ｎｅｍａｔ−Ｎａｓｓｅｒ，ａｎｄ  Ｓ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍｅｄｉｕｍ  ｗｉｔｈ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，」Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，８４，４１８４−４１８７（２０００）に記載されるように、負に画定することが可能である。
【０００９】
メタマテリアルを組み入れる多数の構造および系は、手作業、フォトリソグラフィー、機械組み立てまたは同様の工程などの従来の手法を使用して形成することができる、分割リング発振器、送電線、スイスロール、または、同様の構造などの、別個の不連続な構成要素を採用する。より詳細な分析および種々の実例となるメタマテリアル構造は、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ  Ｃａｌｏｚ，Ｔａｔｓｕｏ  Ｉｔｏｈ，Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ；ＩＳＢＮ：０−４７１−６６９８５−７；Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２００５，Ｗｉｌｅｙ−ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ、およびＧ．Ｖ．Ｅｌｅｆｔｈｅｒｉａｄｅｓ，Ｋ．Ｇ  Ｂａｌｍａｉｎ，Ｎｅｇａｔｉｖｅ−Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩＳＢＮ：０−４７１−７４４７４−３；Ａｕｇｕｓｔ  ２００５に記載されている。各々を参照することにより、本明細書に組み入れる。
【００１０】
一つの、よく言及されるメタマテリアルの特性は、メタマテリアルの多様な要素の有限のＱによる損失である。有限Ｑは、物理的構造の抵抗損失、または、伝導体と誘電体との間の界面に沿ったプラズモン伝播による損失によることが多い。メタマテリアルの損失および帯域幅のより詳細な検討は、例えば、「Ｂｒｏａｄ−ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ａｎｄ  ｌｏｗ−ｌｏｓｓ  ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，」Ｌｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ  Ｚｈｅｊｉａｎｇ  Ｕｎｉｖ  ＳＣＩＥＮＣＥ  Ａ  ２００６  ７（１）：５−２３（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｊｚｕｓ／２００６／Ａ０６０１／Ａ０６０１０２．ｐｄｆ）に記載されており、参照することにより本明細書に組み入れられる。
【００１１】
メタマテリアルの多数の用途において、設計は、メタマテリアルを形成する物質中の明白な損失による影響を受ける。損失は物質の抵抗、あるいは、金属と誘電体の界面でのプラズモン伝播の衰退によることが多い。このような損失は、参照することにより本明細書に組み入れられる、Ｗｕ，ｅｔ．ａｌ，ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＯＮＳＴＩＴＵＴＩＶＥ  ＲＥＬＡＴＩＯＮ  ＴＥＮＳＯＲ  ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ  ＯＦ  ＳＲＲ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＬＩＮＥ  ＴＨＥＯＲＹ，Ｊ．ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｖｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌ．，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．０１，１３-２５，２００６によって説明されるように、メタマテリアルの要素の同等の回路内の抵抗器としてモデル化することができる。
【００１２】
図１に示されるように、メタマテリアル構造１００は、直線的配列に配置された要素１０２の配列から形成される。メタマテリアル構造１００は、直線的配列に示されているが、設計の要件に応じて、要素１０２のその他のパターンを実施することができる。さらに、要素１０２は、構造または応答において必ずしも同一ではない。例えば、Ｓｍｉｔｈ，ｅｔ．ａｌ，Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｅ，ｖｏｌ．７１，Ｉｓｓｕｅ  ３，ｉｄ．０３６６０９（ｈｔｔｐ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ｆｔｐ／ｐｈｙｓｉｃｓ／ｐａｐｅｒｓ／０４０７／０４０７０６３．ｐｄｆ）には、屈折率分布型メタマテリアルが説明された。これは、参照することにより、本明細書に組み入れられる。
【００１３】
さらに、図１は、平面図を示し、本明細書の説明は、一般的に、提示の明確化のために２次元のパターンを中心とするが、３次元構造も実施することができる。さらに、要素および／または構造の残りの部分を形成する実際の物理的物質は、指定の周波数で実質的に均一である実効誘電率または透磁率を有することができるが、メタマテリアルの全体的な応答または群応答は、指定の周波数で均一とは大きく異なることが可能であるとともに、本明細書に説明されるように負であることも可能である。一部の実施形態では、メタマテリアルを形成する物質は、低周波数で不均一な誘電率または透磁率を有することがあり、光周波数のような高周波数で、実質的に均一となる誘電率または透磁率を有することがある。しかしながら、本明細書の要素１１２の配置の説明的実施形態に関して説明されるように、メタマテリアル構造は、不均一な誘電率および透磁率を発生させる可能性がある。さらに、本明細書にさらに説明されるように、メタマテリアルの実効誘電率、または、誘電率の実部分も、不均一な場合がある。一般的に、このようなメタマテリアルによって、集束など、広範囲の波形整形効果を実施することができる。
【００１４】
図２は、１組の分割リング１０２、１０４によって形成された実例となる要素１０２を示す。分割リング共振器の一般的な共振応答、および、分割リング共振器の配列の実効誘電率および透磁率は、参照することによって本明細書に組み入れられたいくつかの文献、および、Ｐｈｉｌｉｐｐｅ  Ｇａｙ−Ｂａｌｍａｚ  ａｎｄ  Ｏｌｉｖｉｅｒ  Ｊ．Ｆ．Ｍａｒｔｉｎ，Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  ａｎｄ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｓｐｌｉｔ−ｒｉｎｇ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．９２，Ｎｏ．５，（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００２）に、分析および実験によって説明されている。
【００１５】
図３に示されるように、能動制御される要素３００は、共振構造を形成するように、互いに相互作用するように配置された１組の分割リング３０２、３０４を含む。さらに、第１の能動回路３０６は、分割リング３０２、３０４の両方に結合される。ある手法においては、第１の能動回路３０６は、内部の分割リング３０２と外部の分割リング３０４との間の電磁差を検出する検出回路を含む。ある手法においては、電磁差は、分割リング３０２、３０４のそれぞれの１つ以上の場所で、電位の相対振幅および／または位相を含むことができる。図３に示されるように、第１の能動回路３０６は、分割リング３０２、３０４のそれぞれの単独の場所で結合される。しかしながら、第１の能動回路３０６は、分割リング３０２、３０４のそれぞれの１つ以上の場所で結合することができる。さらに、結合は、直接の電気接続、容量結合、または、電気または磁気状態のより間接的な措置にすることができる。例えば、光学的測定系は、分割リング３０２、３０４の１つ以上の周辺に配置された、あるいは、これを支持する物質の光応答の変化を検出することができる。このような実施においては、例えば、支持物質は、屈折率が電場に応じて変化することができる、ＬｉＮｂＯ３などの電気光学物質にすることができる。
【００１６】
図４に示されたこのような一つの実施の方法においては、電気光学物質４０２は、内部の分割リング３０２と外部の分割リング３０４の中間に配置される。光ビーム４０４は、第１の角度Θで電気光学物質４０２に当たり、第１の射線４０６によって表されるように、垂線に向かって屈折する。屈折の量は、矢印Ｅによって表されるように、内部の分割リング３０２と外部の分割リング３０４との間のベクトルの電場によって決定される。電場Ｅが変化すると、第２の射線４０８によって表されるように、光ビームの屈折の量が変化する。角度Θの変化の量と、角度Θが増加するか減少するかは、電気光学物質の電気光学テンソルに依存する。
【００１７】
光検出器４１０は、屈折した光ビームを受け取って、屈折量を表す電気信号を第１の能動回路３０６に提供する。光検出器は多様な方式で実現することができる。例えば、配列された複数の光センサーは、光センサーのそれぞれに当たっている光エネルギーの量を示す個別の信号を提供することができる。別の手法では、光レジスタは、光ビームが当たるレジスタの場所を示す情報を提供することができる。また別の手法では、開口に位置合わせをされた光センサーは、開口に対する光ビームの位置合わせの度合いに対応するエネルギー量を受け取る。位置合わせの度合いは光ビーム４０４の偏向の角度に依存するため、光センサーは、偏向量に対応する信号を提供する。
【００１８】
図３の考察に戻ると、内部の分割リング３０２と外部の分割リング３０４との間の電磁差を検出することに加えて、第１の能動回路３０６は、実際に検出した電磁差と、要素１０２の選択応答に対応する目標値との間の偏差に対して能動的に補正を行なうこともできる。一手法では、検出された信号の位相が目標値と異なる場合、第１の能動回路３０６は、位相補正に対応するＳＥＮＳＥ信号を提供することができる。
【００１９】
図５に示されるように、補正回路５０２は、ＳＥＮＳＥ信号を受け取って、要素１０２の物理的または電磁気特性を変更する。図５に表されるように、補正回路は、分割リング３０２、３０４と基準電極５０６との間に配置された物質５０４の実効誘電率εを変更する電気信号を適用することができる。物質５０４の変更された誘電率εは、実効キャパシタンスＣにおける差、ひいては、要素１０２の電磁応答における変化を発生させ、相対位相を変化させる。
この説明例では実効キャパシタンスＣの変更に関連するが、より完全な実施の方法では、要素１０２の共振周波数の位相を補正することが可能である。例えば、要素１０２の物理的寸法を変化させることによって、あるいは、誘導コンポーネントの変動を誘発させることによって、目標周波数に関して共振周波数を実現するように、共振周波数を維持または位相するように、周波数応答において補正変化を発生させることが可能である。文献には、多様な同等の回路モデルおよび／または共振構造モデルが記述されている。このような手法は、選択された相対位相および周波数応答を実現するように、実効キャパシタンス、寸法、インダクタンス、またはその他のパラメータにおける変更を決定するために使用することができる。さらに、検出に関して前述したように、補正回路５０２は、１つ以上の場所でキャパシタンス、寸法、インダクタンス、またはその他のパラメータを変更すること、あるいは、分散方式において変更することができる。また、補正回路５０２は第１の能動回路３０６とは分離した構造として表されているが、補正回路５０２は、第１の能動回路３０６のコンポーネントなること、および／または第１の能動回路３０６と一体化することができる。
【００２０】
さらに、図５に関して説明された手法は、電極間の適用された電場からこのようなパラメータの変更を実現するが、このような変更パラメータを発生するのに、他の多様な手法を適用することができる。例えば、圧縮力の適用によって、圧電物質における実効誘電率に変化を発生させることが可能である。同様に、分割リング３０２、３０４に関して、あるいは、要素１０２の他の周辺部分に関して、異なる位置に強磁性体または強誘電体物質を移動させることによって、このようなパラメータにおいて対応する変化を発生させることが可能である。また別の手法においては、機械力、電場、磁場、または、その他の刺激によって、要素内の構成部分の物理的変形を発生させて、パラメータを変化させることが可能である。例えば、２枚の板の間に配置された誘電体を物理的に変形すると、実効キャパシタンスが変化して、有効なパラメータを変化させることが可能である。別の例では、音響信号または他の力学的な波が物理的変形を発生させることができる。
【００２１】
前述の手法は、主に、直流タイプの調整あるいは緩慢な調整に関する。しかしながら、一部の用途においては、はるかにより急速な、または交流方式の調整が望ましい場合がある。また別の手法では、非線形効果によって、要素１０２の応答において変動を発生させることができる。実施が可能なある一つの種類の非線形効果では、２つ以上の波動を要素１０２に適用することが関与する。一つの波動混合手法では、要素１０２の１つに到達する複数の波動が、その組み合わせである、調和振動数またはビート周波数を発生させることができる。さらに、波動の１つまたは両方によって、要素１０２において有効な変化を発生させることができる。例えば、要素１０２は、非線形光学物質を含む場合、波動の１つは、非線形光学物質の誘電率に変動を発生させることができ、これによって、要素１０２の有効なパラメータを変化させる。このように、波動のうちの１つまたは両方は、有効なパラメータの変化を発生させることができて、これによって、もう一方の波動に対する要素１０２の応答を変化させる。変化を発生させる波動が、一連の要素１０２全体で実質的に均一である場合、要素における変化は実質的に均一な場合がある。しかしながら、要素の変化の量における変動が適切であると判断される場合、変化を発生させる波動は不均一な場合がある。不均一性または均一性は、図８を参照しながら説明されるように、経験的方法、フィードバック方法または他の方法に従って、生み出すことができる。
【００２２】
分割リング３０２、３０４によってあるいはその中で伝送される信号の相対的位相や周波数を制御すること、あるいは、分割リング３０２、３０４の有効なパラメータを変化させることに加えて、第１の能動回路３０６は、分割リング３０２、３０４のうちの１つまたは両方の電流または相対的電圧の振幅も調整することができる。図６に図式的に示されるように、インライン増幅器６０２は、分割リング３０２、３０４の１つ以上によって伝送される信号の振幅を増加することができる。当業者は、図６の表示が略図であること、および、分割リング３０２、３０４内に、あるいはこれらの１つ以上に能動構成部分を統合することなど、信号の振幅は多様な方式で実現することができることを認識する。伝導体によってあるいは伝導体内で伝送される信号を増幅するための多様な構造が説明されている。例えば、マイクロ波の周波数では、多様なモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）が利用可能である。さらに、位相および振幅は、別個の複数機器によって、あるいは、可変位相増幅器など統合された一つの機器によって、制御可能である。
【００２３】
分割リング３０２、３０４の間の電場を検出することに加えて、あるいは、その代わりに、第２の能動回路３０８が、分割リング３０２、３０４のうちの１つあるいは両方の電荷の移動、または、電荷分布の変化を検出することができる。図３に示されるように、第２の能動回路３０８は、誘導体として示されて、外側の分割リング３０４に隣接して配置された、結合センサー３１０を含む。
【００２４】
第２の能動回路３０８は、外側の分割リング３０４内の電荷の移動を検出して、外側の分割リング３０４上または内で伝送される信号の振幅と位相を示す信号を発生することができる。
【００２５】
一部の用途においては、分割リング３０２、３０４のうちの１つ以上によって伝送される信号の振幅は、分割リング３０２のために、図７に図式的に示されるように、それぞれの分割リング３０２または３０４に対して、エバネセント的に結合しているエネルギーによって、増加することができる。この手法では、補正回路５０２は、分割リング３０２の周辺に配置されているエバネセント結合導波管７０２に信号を提供する。導波管７０２によって伝送されているエネルギーは、分割リング３０２にエバネセント的に結合する。エバネセント的に結合したエネルギーが、分割リング３０２の信号の振幅を増加する周波数および位相である場合、分割リング３０２によって伝送されるエネルギーは、効果的に増幅される。
【００２６】
図７のエバネセント結合導波管７０２の図式表現は、分割リング３０２のセグメントの隣に配置されたエバネセント結合導波管７０２を示しているが、一部の用途では、エバネセント結合導波管７０２は、外部分割リング３０４の製造または相対的位置など、他の設計要件に応じて、分割リング３０２のセグメントの真下に配置することができる。さらに、エバネセント結合導波管７０２は、抵抗Ｚによって終端処理されているように示されているが、このような終端は、例えば、エバネセント結合導波管７０２が損失の多い導波管または光導波管である場合、必ずしも必要ではない。
【００２７】
エバネセント結合の代わりに、あるいはこれに加えて、誘導結合も分割リング３０２、３０４のうちの１つ以上で伝送される信号の振幅および／または位相制御を提供することができる。ある手法においては、図３の第２の能動回路３０８は、分割リング３０４内で追加の信号強度を提供することができる。この手法では、第２の能動回路３０８は、制御信号に応答して、結合センサー３１０内で電流を発生させて、この設定においては、センサーとしての機能に加えて、あるいはその代わりに、磁界発生器として機能する。磁界発生器と分割リング３０４などの伝導体との間の信号の結合によって、伝送された従来の電磁気に応じて、伝導体に電流を発生させる。
【００２８】
前述したエバネセント、誘導、および、リング間の電場手法に加えて、あるいは、この代わりに、別の手法は、分割リング３０２、３０４の隙間３１２、３１４のうちの１つまたは両方で信号に対応する。この手法では、第３の能動回路３１６は、隙間３１２を越えて結合する。第３の能動回路３１６は、隙間３１２を越えて電場を検出することができ、および／または、隙間３１２を越えて、電位を発生することによって、分割リング３０４に信号を提供することができる。第３の能動回路３１６は、図３に図式的に示されるように、分割リング３０４に直接結合することができる。あるいは、図４に関して説明されるように、隙間３１２の電場を監視することによるなど、その他任意の周知の方式で結合することができる。
【００２９】
要素１０２の考察は、主に、個別の要素における効果を、測定、調整、あるいは、別の方法で適合することに集中しているが、本明細書に説明される手法は、典型的に、メタマテリアル構造１００の２つ以上の要素１０２に適用される。一部の用途では、要素１０２のうちの複数の個別の要素の応答は、選択された一組として変更することができる。例えば、一手法では、予想される入射波の周波数とは異なる周波数に、中心応答が位相するように、交互の要素（例えば、偶数番または奇数番の要素）を調整する場合がある。一部の手法においては、共振周波数を位相すると、特定の周波数でのエネルギーとの個別の要素の相互作用を減少することによって、有効なパラメータを変更することができる。同様に、個別の要素の、他の個別の要素に対する共振周波数を位相することによって、要素間結合を減少することができ、そそれによって、要素１０２の配置の全体的な応答が変化する。選択的要素の相互作用を削除あるいは減少する同様の手法では、要素１０２の配向を変えることができる。例えば、分割リング共振器を第１の位置から、入射波に対して垂直の位置に回転させると、要素あるいは要素の一部を、要素１０２の配置から、効果的に排除することができる。このような手法は、物理的操作または要素１０２のすべてまたは一部を、ＭＥＭＳデバイスあるいは類似構造などの、回転可能な支持構造に取り付けることによって、実現することができる。また別の手法では、介在物質または周辺物質が、要素１０２の間の結合に影響を与えることができる。例えば、不均一な誘電率を有する物質は、要素１０２の間の場結合を増加することができる。この効果は、要素間結合の変化を発生させることができるため、不均一な誘電率を有する物質は、要素１０２のうちの１つ以上に相対的に移動させる。
【００３０】
中心周波数が十分に位相すると、交互の要素は、入射波に対して実質的に影響を与えないため、要素１０２の全体的な配置から効果的に排除される。従って、要素１０２の配置において選択的に要素を排除または配置を変更することによって、要素１０２の配置は、一定の自由裁量性で実現することができるようになる。さらに、要素１０２の配置から排除するのではなく、一部の要素を変更して、その他の要素を選択的に排除または配置を変更する場合、要素１０２の配置の実現における自由度は増加する。一連の要素１０２の他の要素１０２に対する物理的可動度を提供することによって、さらに自由度を追加することができる。これは、機械的構造、電気活性構造によって、あるいは、要素のすべてまたは一部分をそれぞれ対応するＭＥＭＳデバイス上に取り付けることによって、提供することができる。
【００３１】
一部のより高度な手法においては、個別要素の応答は、一連の要素にわたる応答の均一性を高めるように、あるいは、実効屈折率の調整パターンを発生させるように、わずかに調整することができる。より多くの割合の要素が、中心点からの半径距離の関数として、パターンから効果的に削除することができる。あるいは、選択された要素の応答性は、中心点からの半径距離に応じて削減することができる。他の調整も実現することができる。例えば、要素の効果は、多様な設計手法または要件に従って変化させることができる。ある実例では、要素の領域は、実効屈折率の局部変動を発生させるように、効果的に排除することができる。このような手法は、回折分布、勾配分布、周期分布、非対称分布またはその他多様な分布を発生することができる。
【００３２】
前述のように、要素間結合は、要素１０２の配置の全体的な応答に影響を与える可能性がある。一部の配置は、要素１０２の操作によって生じる場による結合など、それぞれの要素の間の受動的な結合に依存する場合がある。このような配置では、個別の共振器は、典型的に、比較的弱く相互作用する傾向があるが、かかる結合は全体的な応答において顕著な影響を与える可能性がある。
【００３３】
別の手法では、能動構造によって、要素間結合を改善あるいは制御する手助けとすることができる。一手法では、第１、第２、または第３の能動回路３０６、３０８、３１６によって検出されたパラメータに対応する信号は、要素１０２のそれぞれの要素または要素群の間を、それぞれに対応する伝導体または導波管によって伝送される可能性がある。このような手法においては、伝送される信号は、第１、第２、または第３の能動回路３０６、３０８、あるいは３１６内の電気回路によって発生させることができる。または、伝送される信号は、要素１０２内の信号に対する直接的応答とすることができる。このような配置においては、３１６への三つの分割リング共振器内のフィールドは、要素１０２の第１と要素１０２の第２の間を延在する導波管にエバネセント的に結合することができる。導波管の信号の振幅および位相は、その後、第１の要素の振幅および位相に対応する。導波管が要素１０２の第２に近づくと、導波管の信号からのエネルギーが、第２の要素１０２にエバネセント的に結合する。一部の周波数では、結合したエネルギーは、ガイドされたマイクロ波モードの場合がある。より高い周波数では、結合したエネルギーは、プラズモンの形でガイドされる場合がある。プラズモンのガイドと伝播、および集中、損失および方向転換は、広く開発されており、光周波数で要素間の結合を可能にする。さらに、多様なプラズモン要素が開発されており、プラズモンを使用する要素間結合は、受動的な結合または送信に限定されない。例えば、表面プラズモン増幅は、Ｂｅｒｇｍａｎらによって、Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ：Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎｓ  ｉｎ  Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．９０，０２７４０２（２００３）に提案されており、参照することにより本明細書に組み入れられる。同様に、プラズモンガイドおよびデバイスは一般に説明されている。
【００３４】
上記のパターンのそれぞれは、固定された設計パラメータに応じて実現することができ、能動手法によって調整または実現することができ、あるいは、混合の組み合わせにすることができる。固定された設計手法においては、実効屈折率のパターンが選択される。選択は、第三者またはコンピュータまたは分析モデルなど、別の情報源によって提供される一連のデータに準拠する場合がある。このように、要素の排除、個別の要素のパラメータの変更、要素の相対的移動、または、要素の配置を調整するその他の手法など、要素１０２の配置を調整する多様な手法は、データセットに基づくことができる。２つ以上のデータセットがメモリに格納されている場合、要素１０２の配置の応答は、検索された一連のデータに従って制御することができる。
【００３５】
一態様では、モデルは、実効誘電率および／または透磁率を含むことができる。さらに、一部の手法では、実効誘電率および／または透磁率の実成分および虚数成分を考慮することができる。特定の場合においては、個別の要素の応答は、負の実成分を有する実効誘電率を発生するように、変えることができる。さらに、個別の要素の応答を変えることによって、実効誘電率を、負の実成分を有する誘電率から、正の実成分を有する誘電率に変換、あるいは、その逆を行なうことができる。
【００３６】
図８に図式で示された相互作用の手法においては、一連の要素１０２は、要素の初期の一連の個別応答を有する初期パターンに従って、配置することができる。周知の平面波８０２のような入力信号は、その後、要素１０２の初期配置に適用することができ、対応する出力を、例えば、画像フィールド８０４で測定することができる。
【００３７】
ある手法において、フィールドプローブ８０６は、画像フィールド８０４内を移動して、一連の場所で、場強度を測定する。フィールドプローブ８０６は、測定回路８０８に電気信号を提供する。フィールドプローブ８０６が画像フィールド内を移動すると、測定回路８０８は、画像フィールドの場強度の描写を形作ることができる。一部の手法においては、フィールドプローブ８０６は、場強度のより完全な描写を提供するように、相対位相も検出することができる。
【００３８】
場強度の描写から、プロセッサ８１０は、平面波８０２に対する、要素１０２の全体的または群応答を割り出すことができる。要素１０２の配置の群応答が測定されると、１つ以上の要素の応答を調整することができる。典型的に、このような調整は、実際の応答を予想応答と比較することによって開始する。その後、分析、デジタル、または同様のモデルに基づいて、あるいは、反復手順に基づいて、あるいは、両方に基づいて、個別の要素の応答は、予想応答により近似に実際の応答をもたらすように調整される。
【００３９】
具体例の手順では、プロセッサ８１０は、要素１０２の割出された全体的な応答を、要素１０２の予想された全体的応答に比較して、これらの間の差を判断する。判断された差を使用して、プロセッサ８１０は、上記の手法、あるいは同様の手法に従って、個別の要素の応答を調整する制御信号を提供することができる。プロセッサ８１０は、典型的に、 マイクロプロセッサベースの構成として実施されるが、その他の種類の画像処理回路またはその他の電気回路を追加、あるいは、マイクロプロセッサベースの構成の代わりとすることができる。さらに、場強度の描写は、電気機械系または画像処理回路、またはこれらの組み合わせを使用して、割り出すことができる。一部の用途では、要素の調整には、伝統的なフィードバック技術、あるいは、割り出された要素１０２の全体的な応答の処理に基づくより複雑な技術を使用することができる。さらに、本明細書に説明した典型的な構造は、フィードバックを含むが、フィードフォーワード技術をフィードバック技術の代わりに、あるいはこれに加えて使用することができる。
【００４０】
図８に示されるように、画像フィールド８０４は、要素１０２の配置に近接した位置に配置される。一部の用途において、画像フィールドは、要素１０２の配置の有効な近接場内にあってもよい。このような配置は、参照することにより本明細書に組み入れられる、Ｆａｎｇ，ｅｔ  ａｌ．，Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｕｐｅｒｌｅｎｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８２，Ｎｏ．２，（Ｊａｎ．１３，２００３）に説明されているようなスーパーレンズの応答を測定するなど、多様な用途で利用することができる。あるいは、または、近接場測定に加えて、フィールドプローブ８０６は、遠距離場領域など、その他の場所で場強度および／あるいは位相を測定することができる。さらに、遠距離場での測定は、集束レンズの焦点サイズ、屈折効果、散乱または同様の特性など、要素１０２の配置の全体的あるいは群応答を評価するように、簡素化することができる。
【００４１】
当業者は、多数のシステムにおいて、最先端の技術は、システムのある側面では、ハードウェアとソフトウェアの実装の間にほとんど区別がない状態にまで発展したことを認識する。ハードウェアまたはソフトウェアの使用は、一般的に（しかし、ハードウェアとソフトウェアとの間の選択が重要になることがあるという意味においては、必ずしもそうではないが）コストと効率性の妥協点を示す設計の選択である。当業者は、本明細書に説明された工程および／またはシステムおよび／またはその他の技術を実現できる多様な 媒体および方法 が存在すること、および、好ましい媒体や方法は、工程および／またはシステムおよび／またはその他の技術が展開される状況によって変わることを認識する。例えば、開発者が、速度および正確性が最重要であると判断すれば、開発者は、主にハードウェアおよび／またはファームウェアの媒体および方法を選択してもよい。あるいは、柔軟性が最重要である場合は、開発者は、主にソフトウェアによる実現化を選ぶ場合がある。また、さらにその他の場合、開発者は、ハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアの何らかの組み合わせを選択してもよい。従って、本明細書に説明された工程および／またはデバイスおよび／またはその他の技術を実現する、いくつかの可能な媒体および方法が存在するが、使用される、いかなる媒体および方法も、それが展開される状況、および開発者の特定の関心（例えば、速度、柔軟性、あるいは予測可能性）に応じて、選択されるものであって、いずれもが変わる可能性があるという意味で、これらのうちどれもが、他に対して本質的に優れているということはない。当業者は、実施の光学的側面は、典型的に、光学指向のハードウェア、ソフトウェアおよびあるいはファームウェアを採用することを認識する。
【００４２】
本明細書に説明された説明的実施形態は、ＲＦ周波数で操作可能なメタマテリアルに主に関連するが、メタマテリアルは、光周波数を含む、高周波数で構成することができる。このような構成については、 本明細書に説明された要素１０２および 分割リング共振器３０２、３０４の大きさは、典型的に、より顕著に小型である。このような寸法では、その物理的構造は、ナノピラー、水晶構造、伝送線、あるいはこれらの相当物、あるいは、その他多様な構造など、顕著に異なる形状で実現することができる。
【００４３】
前述の詳細説明は、模式図、図式、流れ図、および／または例を使用することによって、デバイスおよび／または工程の多様な実施形態を説明した。このような模式図、流れ図、および／あるいは、例は、１つ以上の機能および／または操作を含む場合、当業者は、このような模式図、流れ図、または例における各機能および／または操作は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、あるいは 実質上 これらの すべての組み合わせによって、個別に、および／または全体として、実施することが可能であることを理解する。ある実施例では、本明細書に説明された本発明のいくつかの部分は、 特定用途向け集積回路 （Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ；ＡＳＩＣ）、 フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ （ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはその他の集積形態によって実施することができる。しかしながら、当業者は、本明細書に開示された実施形態の一部の側面は、全体 で、あるいは部分的に、１つ以上のコンピュータ上で実行される１つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１つ以上のコンピュータシステム上で実行される １つ以上のプログラムをとして）、１つ以上のプロセッサ上で実行される１つ以上のプログラムとして、（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ上で実行される １つ以上のプログラムをとして）、ファームウェアとして、あるいは、 実質上 これらの すべての組み合わせとして、集積回路で同様に実装することができること、さらに、回路の設計および／またはソフトウェアおよびまたはファームウェアのコードの作成は、本開示の対象の当業者の技術内であること、を認識する。さらに、当業者は、本明細書で開示された本発明の機構は、多様な形態でプログラム製品として配布することが可能であること、および、本明細書に開示された本発明の説明的な実施形態は、実際に分配を実行するために使用される信号搬送媒体の特定の種類に関係なく適用されること、を理解する。信号搬送媒体の例は、 フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなどの記録可能媒体、および、デジタルおよび／またはアナログ式通信媒体（例えば、光ファイバーケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど）のような送信媒体を含むが、それらに限定されない。
【００４４】
一般的に、当業者は、本明細書に説明された多様な実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの実質上すべての組み合わせなど、広範囲の電気的な構成要素を有する、多様な種類の電子機械システムによって、および、剛性本体、ばね、または、ねじれ本体のような、機械力または運動に影響を与える広範囲の構成要素、水力学、および電気磁気的に動作する機器、圧電物質、電気活性、あるいは、これらの事実上すべての組み合わせによって、個別および／または全体として実施することができることを認識する。従って、本明細書に使用される「電子機械システム」は、トランスデューサと操作可能に結合された電気回路（例えば、作動装置、モータ、圧電水晶など）、少なくとも１つの個別の電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つのアプリケーション専用集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムによって構成された汎用コンピュータ機器を形成する電気回路（例えば、本明細書に説明される処理を 少なくとも部分的に 実行するコンピュータプログラム、および／またはデバイスによって構成された汎用コンピュータ、あるいは、本明細書に説明される処理を少なくとも部分的に 実行するコンピュータプログラム、および／またはデバイスによって構成されたマイクロプロセッサ）、メモリデバイスを形成する電気回路（例えば、ランダムアクセスメモリの形態）、通信機器を形成する電気回路（例えば、モデム、通信スイッチ、または、光学電気機器）、および、光学または他の類似形態など、前記電気回路との、いかなる非電気的類似形態を含むが、これらに限定されない。当業者は、本明細書に使用されるように、電子機械は、その他特に指示されることを除いて、電子と機械両方の作用を有するシステムには必ずしも限定されないことを認識する。
【００４５】
一般的に、当業者は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、あるいはこれらの任意の組み合わせによって、個別におよび／または全体として実施することができる本明細書に説明される多様な側面は、多様な種類の「電気回路」から構成されていると考えることができることを認識する。従って、本明細書に使用されるように、「電気回路」は、少なくとも１つの個別の電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つのアプリケーション専用集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムによって構成された汎用コンピュータ機器を形成する電気回路（例えば、 本明細書に説明される処理 を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラム、および／またはデバイスよって構成された汎用コンピュータ、あるいは、 本明細書に説明される処理を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラム、および／またはデバイスによって構成されたマイクロプロセッサ）、メモリデバイスを形成する電気回路（例えば、ランダムアクセスメモリの形態）、および／または通信機器を形成する電気回路（例えば、モデム、通信スイッチ、または、光学電気機器）を含むが、これらに限定されない。当業者は、本明細書に説明された本発明は、アナログまたはデジタル方式、あるいは、これらの何らかの組み合わせで実施することができることを認識する。
【００４６】
当業者は、当分野において、前述の方式でデバイスおよび／または工程を説明し、その後、工学技術を使用して、このような説明されたデバイスおよび／または過程を画像処理システムに統合することは一般的であることを認識する。つまり、本明細書に説明されたデバイスおよび工程の少なくとも一部は、正当な量の実験によって、画像処理システムに統合することができる。当業者は、典型的な画像処理システムは、一般的に、システムユニットハウジング、ビデオ表示デバイス、揮発性および非揮発性メモリなどのメモリ、マイクロプロセッサやデジタル信号プロセッサなどのプロセッサ、オペレーティングシステム、ドライバ、およびアプリケーションプログラムなどの計算構成要素、タッチキーまたは画面などの１つ以上の相互作用デバイス、フィードバックループや制御モータなどの制御システム（例えば、レンズ位置および／または速度を検出するためのフィードバック、望ましい焦点を与えるように、レンズを移動／変形するための制御モータ）をのうちの一つ以上を含むことを認識する。典型的な画像処理システムは、デジタル静止画システムおよび／またはデジタル動画システムに典型的に見られるような、任意の適切な市販の構成要素を利用して実施することができる。
【００４７】
多様な側面および実施形態が本明細書において開示されたが、当業者にはその他の態様および実施形態が明らかとなるであろう。本明細書で開示される多様な態様および実施形態は、説明を目的とするものであり、 限定することを意図せず、 真の範囲および精神 は、請求項によって示される 。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、要素の配置の平面図である。
【図２】図２は、分割リング共振器の図表示である。
【図３】図３は、分割リング共振器の一部と関連回路の図表示である。
【図４】図４は、要素内の場の光学的検出を示す図表示である。
【図５】図５は、要素内の場の電気的検出を示す図表示である。
【図６】図６は、要素内の増幅回路の表示である。
【図７】図７は、エバネセント的に結合されたガイドの一部の図表示である。
【図８】図８は、要素の配置の検出および制御の図表示である。
【符号の説明】
【００４９】
100:メタマテリアル構造
102:直線的配列に配置された要素
102,104:１組の分割リング
300:能動制御される要素
302,304:共振構造を形成するように、互いに相互作用するように配置された１組の分割リング
302,304:分割リング共振器
302:内部の分割リング
304:外部の分割リング
306:第１の能動回路
308:第２の能動回路
310:結合センサー
312,314:分割リング302、394の隙間
312:隙間
316:第３の能動回路
402:電気光学物質
404:光ビーム
408:第２の射線
410:光検出器
502:補正回路
504: 基準電極との間に配置された物質
506:基準電極
602:インライン増幅器
502:補正回路
702:エバネセント結合導波管
802:平面波
802:周知の平面波
804:画像フィールド
806:フィールドプローブ
808:測定回路
810:プロセッサ
Θ:第１の角度
E:矢印
C:実効キャパシタンス
【図１】
2009527943.tif 000003
【図２】
2009527943.tif 000004
【図４】
2009527943.tif 000005
【図５】
2009527943.tif 000006
【図６】
2009527943.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図３】
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【国際調査報告】
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