(57)【要約】  小型の電磁波検出装置を提供することを目的とする。  対向する金属板で覆われた、電磁波の入射方向に応じ電磁波の射出方向を変える平面のルネベルグレンズを有し、前記金属板と電気的に接続した電界センサと、を有し、前記電界センサで前記ルネベルグレンズから射出された電磁波を検知し、電磁波の到来方向と該検知した電磁波のエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号を出力する電磁波検出装置。
2015132846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する金属板で覆われた、電磁波の入射方向に応じ電磁波の射出方向を変える平面のルネベルグレンズを有し、
前記金属板と電気的に接続した電界センサと、を有し、
前記電界センサで前記ルネベルグレンズから射出された電磁波を検知し、電磁波の到来方向と該検知した電磁波のエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号を出力する電磁波検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁波検出装置であって、
前記電界センサに接続された信号検出回路を有し、
前記電界センサは、板状の誘電体の表面層に複数の金属片を格子上に設け、隣接した複数の金属片の各々は抵抗および容量により接続され、各金属片の中央部には前記表面層と対向して前記誘電体内部に設けられたグランド層に接続するグランドビアが設けられ、前記抵抗の両端には前記信号検出回路と接続する検出用ビアが設けられていることを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁波検出装置であって、
前記金属板は前記電界センサの金属片と接続されており、前記電界センサの端部の複数の金属片は、該金属片の中央位置から半分になった構造をしていることを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電磁波検出装置であって、
前記金属板に隣接する前記電界センサの端部の金属片と前記金属板との距離は、前記周期構造を有する金属片同士の距離の半分であることを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電磁波検出装置であって、
前記金属板は前記電界センサの金属片に接続された抵抗及び容量と接続されており、該抵抗及び容量の長さは、金属片どうしを接続する他の抵抗及び容量の長さの半分であることを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電磁波検出装置であって、
前記電界センサと伝送線路によって接続された信号処理部と、
前記信号処理部と接続し、前記信号処理部で処理した情報を表示する表示部と、を有し、
前記信号処理部で前記検知信号を受信すると、該検知信号に含まれる前記センサの位置情報に基づき、当該センサの位置に基づいた電磁波の到来方向情報を前記表示部に送り、前記表示部で表示することを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電磁波検出装置であって、
前記処理部は、前記センサから受信した検知信号の強さが所定値以上の場合に、前記表示部へ電磁波の到来方向情報を送り、前記表示部で表示することを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電磁波検出装置であって、
測定対象の画像を撮影し、該撮影した画像の画像信号を出力するカメラ部を備え、
前記信号処理部は、前記カメラ部からの画像信号と前記センサからの検知信号とを受信すると、前記画像信号と前記検知信号を送信したセンサの位置情報からテーブルを参照して得た電磁波の到来方向とを含む表示信号を出力し、
前記表示部は、前記表示信号を受信すると、該表示信号に含まれる前記画像信号と前記センサの位置情報を元にえた電磁波の到来方向情報とに基づき、前記画像信号による画像上に重ねて、前記電磁波の到来方向の表示を行うことを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項９】
請求項６または７に記載の電磁波検出装置であって、
前記信号処理部と接続された電磁波検出装置を回転させる回転部を有し、
前記回転部は、基準位置からの回転角度の情報を前記信号処理部に出力し、前記信号処理部は回転角度の情報と電磁波を検出したセンサの位置情報に基づいた電磁波の到来方向情報を前記表示部に送り、前記表示部で表示することを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電磁波検出装置であって、
測定対象の画像を撮影し、該撮影した画像の画像信号を出力するカメラ部を備え、
前記処理部は、前記カメラ部からの画像信号と前記センサからの検知信号とを受信すると、前記画像信号と前記検知信号を送信したセンサの位置情報からテーブルを参照して得た電磁波の到来方向とを含む表示信号と前記回転部からの装置全体の回転情報を出力し、
前記表示部は、前記表示信号を受信すると、該表示信号に含まれる前記画像信号と、前記センサの位置情報及び回転情報を元に得た電磁波の到来方向情報とに基づき、前記画像信号による画像上に重ねて、前記電磁波の到来方向の表示を行うことを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項１１】
請求項６または７に記載の電磁波検出装置であって、
受信する電磁波の方向を電気的に変化させる機構を持ち、前記受信方向の情報と、センサの位置に基づいた電磁波の到来方向を表示する表示部とを備える事を特徴とする電磁波検出装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電磁波検出装置であって、
測定対象の画像を撮影し、該撮影した画像の画像信号を出力するカメラ部を備え、
前記処理部は、前記カメラ部からの画像信号と前記センサからの検知信号とを受信すると、前記画像信号と前記検知信号を送信したセンサの位置情報からテーブルを参照して得た電磁波の到来方向とを含む表示信号と電磁波の受信方向の情報を出力し
前記表示部は、前記表示信号を受信すると、該表示信号に含まれる前記画像信号と前記センサの位置情報を元に得た電磁波の到来方向情報とに基づき、前記画像信号による画像上に重ねて、前記電磁波の到来方向の表示を行うことを特徴とする電磁波検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
社会インフラを支えるさまざまな電子装置は、高機能化に伴い高速化・高密度化し、これらの機器から放射される電磁ノイズは、他の機器、もしくは自機器内部に対し電磁干渉を起こさないよう設計される必要がある。また電磁干渉問題が発生した際には、現場での迅速なサーベイが必要であり、これらの電磁ノイズの発生源をリアルタイムに検出し、また可視化する装置が求められている。
電磁波の検出や可視化技術として、特許文献１（特開２０１３−１３０４６６号公報）や特許文献２（ＷＯ２０１０／０１３４０８号公報）がある。特許文献１には、「電磁波可視化装置が、電磁波の入射方向に応じて電磁波の射出方向を変える射出方向分離部と、前記射出方向分離部から射出された電磁波のエネルギーを感知して、該感知したエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号をそれぞれ出力する複数のセンサと、前記複数のセンサのそれぞれから前記検知信号を受信可能であって、前記センサから前記検知信号を受信すると、該検知信号を送信したセンサの位置情報を基にテーブルを参照して得た電磁波の到来方向情報を含む表示信号を出力する処理部と、前記複数の電磁波の到来方向をそれぞれ表示可能であって、前記表示信号を受信すると、該表示信号に含まれる前記センサの位置情報から得る電磁波到来方向情報に基づき、当該電磁波の到来方向を表示する表示部とを備える」と記載されている。【０００３】
また、特許文献２には、「複数のセルを有する平面を有し、平面に入射される電波を吸収する電波吸収部と、複数のセルにおける、電波の強度を測定する測定部とを備えることにより、電波強度を短時間で測定することが可能な電波強度計測装置および電波強度計測システムを提供する」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３０４６６号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１０／０１３４０８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Non-Uniform Metasurface Luneburg Lens Antenna Design,” M. Bosiljevac, M. Casaletti, F. Caminita, Z. Sipus, and S. Maci, IEEE Trans. Ant. and Prop. vol. 60, no. 9, pp. 4065-4073, 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、球体の電波レンズもしくは、非球面レンズを使用し、２次元の電界センサで電磁波のエネルギーを受信し可視化する装置である。特許文献１の構成では、装置のサイズはレンズのサイズに依存し、電磁波の分離能力を確保するにはレンズ径を大きくする必要があるため、装置全体としての小型化が困難であった。【０００７】
また、球体の電波レンズや非球面レンズよりも小型のレンズを用いた受信装置の構成として、非特許文献１にあるような平面のルネベルグレンズと受信アンテナがあるが、この構成では、受信部が１点のみしかなく、電磁波の検出は可能だが、電磁波の到来方向を検出することはできない。【０００８】
また、複数の受信部を有する構造として、特許文献２の記載にあるようなＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）型の電界センサがある。このセンサは、電磁波の波長に対して十分に小さい金属片を周期的に配置することで、従来にはない材料特性を等価的に持つメタマテリアルの一種である。ＥＢＧ型電界センサは、金属片とビアによる周期構造をもち、各金属片間に空気中の波動インピーダンス377Ωと同等の抵抗を設けることにより、到来する電磁波を反射させない状態を実現できる。しかし、上記の平面のルネベルグレンズには、レンズの特性を制御するために、レンズ上下に金属の平行平板が必要であり、この平行平板があるためレンズに設置するセンサの周期構造数は限られ、低反射を実現することが困難である。また、周期構造の端部に金属壁があるため、電磁界が金属壁の影響を受け、低反射状態が劣化する可能性もある。【０００９】
そこで、本発明は上記課題を考慮し、小型の電磁波検出装置を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電磁波検出装置であって、対向する金属板で覆われた、電磁波の入射方向に応じ電磁波の射出方向を変える平面のルネベルグレンズを有し、前記金属板と電気的に接続した電界センサと、を有し、前記電界センサで前記ルネベルグレンズから射出された電磁波を検知し、電磁波の到来方向と該検知した電磁波のエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型の電磁波検出装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例に係る電磁波検出装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る平面電磁波レンズの俯瞰図および断面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る平面電磁波レンズの実効的な比誘電率の条件を満たす誘電率の厚みを示した例である。
【図４】本発明の第１実施例に係る平面電磁波レンズの電波伝播特性を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る電界センサの俯瞰図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る電界センサの部分俯瞰図である。
【図７】本発明の第１実施例に係る電界センサの部分断面図である。
【図８】本発明の第１実施例に係る電界センサの等価回路の図である。
【図９】本発明の第１実施例に係るセンサ部である電界センサの基板端部における詳細図である。
【図１０】本発明の第１実施例に係るセンサ部である電界センサの基板端部における等価回路図である。
【図１１】本発明の第１実施例に係るセンサ部である電界センサの電磁波反射特性の解析結果である。
【図１２】本発明の第１実施例に係るセンサ部である電界センサと、平面レンズの組合せ時の電磁波伝播特性の解析結果である。
【図１３】本発明の第１実施例に係るセンサ部である電界センサと、平面レンズの組合せ時の電磁波到来方向推定結果例である。
【図１４】本発明の第２実施例に係るセンサ部である電界センサの構成図である。
【図１５】本発明の第３実施例に係るセンサ部である電界センサの俯瞰図である。
【図１６】本発明の第３実施例に係るセンサ部である電界センサの等価回路図である。
【図１７】本発明の第３実施例に係るセンサ部である電界センサの電磁波反射特性の解析結果である。
【図１８】本発明の第４実施例に係るセンサ部である電界センサの俯瞰図である。
【図１９】本発明の第４実施例に係るセンサ部である電界センサの等価回路図である。
【図２０】本発明の第４実施例に係るセンサ部である電界センサの電磁波反射特性の解析結果である。
【図２１】本発明の第５実施例に係る電波の仰角方向の分離機能の構成図である。
【図２２】本発明の第６実施例に係る電波の仰角方向の分離機能の構成図である。
【図２３】本発明の第６実施例に係る電波の仰角方向の分離機能部の構成図である。
【図２４】本発明の第６実施例に係る電波の仰角方向の分離機能部の金属片のリアクタンス変化を表す図である。
【図２５】本発明の第６実施例に係る電波の仰角方向の分離機能部の構成図である。
【図２６】本発明の第６実施例に係る電波の仰角方向の分離機能部の部分俯瞰図である。
【図２７】本発明の第６実施例に係る電波の仰角方向の分離機能部の部分断面図である。
【図２８】本発明の第６実施例に係る可変容量の、電圧に対する容量変化特性例である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
実施例１では、電磁波の可視化構成を備えた電磁波検出装置の構成について、図１から図１３を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電磁波検出装置の構成図である。図２は、本実施形態に係る電磁波検出装置の到来方向分離部である２次元のルネベルグレンズである。図３は本実施形態に係るルネベルグレンズの誘電体の厚みを示す図である。図４は本実施形態に係るルネベルグレンズの電波伝播特性の電磁界解析例を示す図である。図５は本実施形態に係る電界センサの理想的な構成例である。図６は本実施形態に係る電界センサの部分的な俯瞰図である。図７は本実施形態に係る電界センサの部分的な断面図である。図８は本実施形態に係る電界センサの理想的な等価回路である。図９は本実施形態に係る電界センサの基板端部における構成例である。図１０は本実施形態に係る電界センサの基板端部における等価回路である。図１１は本実施形態に係る電界センサの反射特性を示す図である。図１２は本実施形態に係る電界センサと平面のルネベルグレンズを組合せた際の電磁波の伝播特性の解析結果例である。図１３は本実施形態に係る電界センサと平面のルネベルグレンズを組合せた際の電磁波の到来方向の可視化例である。【００１４】
図１に示すように、本実施形態では、電磁波検出装置は、電磁波の到来方向（入射方向）に応じて電磁波の射出方向を分離する機能を有する射出方向分離部である平面ルネベルグレンズ１を有し、このレンズの一両面を覆うように導波路１２が設けられている。【００１５】
この導波路１２の一端には、平面ルネベルグレンズ１の一側面を覆うようにして、電磁波のエネルギーによって電圧を誘起する複数のセンサを配置した電界センサ２が接続されている。【００１６】
電界センサ２は、誘電体２０４上に複数の金属片２０１を有し、隣り合った金属片２０１同士は抵抗２０２及び容量２０３で接続されている。そして、金属片２０１の中央部にはビア２０５が設けられている。当該センサの更なる詳細構造については、後述する。【００１７】
電界センサ２には、電界センサ２からの信号を検出する信号検出部３が接続され、信号検出部３には伝送線路２１０を介して信号処理／結果表示部４が接続されている。また、電磁波検出装置には対象物の画像を撮影するカメラ７が備えられ、信号処理／結果表示部４に接続されている。【００１８】
信号処理／結果表示部４はカメラ７からの画像情報と、検出信号を処理する信号処理部と処理結果等を表示する表示部を有する信号処理／結果表示部４とを備える。ここで、信号処理部と表示部は一体の構成として記載しているが、これらはそれぞれ独立した構成であってもよい。【００１９】
図２には、射出方向分離部である平面ルネベルグレンズ１の構造を示す。平面ルネベルグレンズ１は上下に金属の導波路１２を有し、例えばこの導波路１２間に図３のように誘電体１１を厚みを変えながら構成することにより、実効的な誘電率を変化させることで、球体のルネベルグレンズと同様に電磁波の射出方向により、それぞれ異なる位置にエネルギーを収束させることが可能である。レンズの厚みは比誘電率εｒ、半径Ｒａｄｉｕｓ、中心からの距離ｒ、レンズの金属の平行平板の高さｄとしたときに、実効的な比誘電率εＳおよび、距離ｒにおける誘電率の厚みｔはそれぞれ［数１］および［数２］により表される。【００２０】
【数１】
2015132846.tif 000003
【００２１】
【数２】
2015132846.tif 000004
【００２２】
図４に本構成のレンズに正面上方から電磁波を照射した場合の電波伝播特性を示す。上方から到来した電磁波のエネルギーは平面レンズ内部で次第に曲がり、レンズの反対側の中央部にエネルギーが収束することがわかる。電界センサ２は、平面ルネベルグレンズ１から射出された電磁波のエネルギーを感知して、該感知したエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号を出力するセンサを複数配置している。【００２３】
したがって、レンズに入射する電磁波の収束位置（焦点）に対応する位置にあるセンサが電圧、もしくは電力などの検知信号を出力するようになっている。すなわち、レンズに入射する電磁波の収束位置に応じて、検知信号を出力するセンサが異なるものである。【００２４】
そして、カメラ７で得た画像と、電界センサ２の検知信号を元にした電磁波の到来方向推定結果を重ね合わせることで可視化を実現する。【００２５】
ここで、本実施例の電界センサ２の各センサによる電磁波計測原理について説明する。本実施例の電界センサは、例えばマッシュルーム状の金属の周期構造で実現される。マッシュルーム状の金属の周期構造は、低反射を実現する電気的な容量、インダクタンスをマッシュルームの寸法により制御できるため広く用いられている。【００２６】
図５、図６に示すように、板状の誘電体２０４の表面である第１層に、金属片２０１が周期状に配置されている。詳しく言えば、複数の金属片２０１が行方向（横方向）と列方向（縦方向）に、碁盤の目状に配置されている。各金属片２０１は、抵抗２０２および容量２０３により接続されている。そして、各金属片２０１の中央には、それぞれ、後述するビア２０５が設けられている。【００２７】
各金属片２０１は、測定する電磁波の波長λに対して十分小さい大きさであり、金属片２０１の１辺の長さは、（１／１０）λ以下である。例えば、測定する電磁波の周波数が２．４ＧＨｚの場合は、図６に示すように金属片２０１の１辺の長さＤは１２．５ｍｍ以下とする。金属片２０１は、本実施例では正方形の金属板であるが、正方形に限られるものではない。【００２８】
図７は図６のａの部分の断面図である。誘電体２０４の下面に、第１層と対向する第２層として導体であるグランド（ＧＮＤ）２０６が、誘電体２０４の面と略同じ大きさの面として設けられている。ＧＮＤ２０６は、誘電体２０４を挟んで導体であるビア２０５により、各金属片２０１に接続されている。【００２９】
また、抵抗２０３の両端に誘起する電圧を検出する電圧検出用ビア２２５は検出回路に接続されている。図１に示した信号検出部３である電圧検出回路は、例えば、増幅器やＡＤ変換器や電圧測定器等により構成される。【００３０】
電磁波が、低反射電磁界シートを構成する金属片２０１のいずれかに照射されると、照射された金属片２０１に接続された抵抗２０２にのみ電圧が誘起されるため、その抵抗２０２に接続された電圧検出回路の電圧検出位置から電磁波の到来方向がわかる。【００３１】
このとき、抵抗２０２を波動インピーダンスと同様の３７７Ωとすれば、空間と電界センサ２のインピーダンスが整合され、電磁波が反射せず電界センサ２に電磁波のエネルギーが吸収される。このとき、インピーダンス整合のために、抵抗２０２を設けず、電圧検出回路側に３７７Ωに整合する整合回路を設けてもよい。【００３２】
インピーダンス整合についてさらに説明する。図６に記載の２セル分の金属片２０１について、金属片２０１の幅をＤ、金属片間の距離をｗ、金属片とＧＮＤ層の高さをｈとすると、図８のような等価回路で表現することができる。ここで寄生容量Ｃと寄生インダクタンスＬはそれぞれ［数３］、［数４］より求まる。【００３３】
【数３】
2015132846.tif 000005
【００３４】
【数４】
2015132846.tif 000006
【００３５】
ここで、図８のＺＡｉｒは空間の波動インピーダンス、Ｒ２は電圧検出回路の入力抵抗である。容量２０３は、固定の容量の他に、可変容量を用いてもよい。可変容量は、素子両端にかけるバイアス電圧値により容量値が変わるものである。
この電界センサが無反射状態となるためには、所望の周波数においてインダクタンスＬとキャパシタンス（Ｃ＋Ｃａｄｄ）が並列共振となり、抵抗Ｒが波動インピーダンスＺＡｉｒと同値の３７７Ωであればよい。このとき共振周波数は［数５］より求まる。【００３６】
【数５】
2015132846.tif 000007
【００３７】
所望の周波数において条件を満足するためには、容量２０３の電気定数Ｃａｄｄを決めればよい。また周波数を可変としたい場合には、可変容量に電圧をかけ、容量値を変化させればよい。【００３８】
ただし、図２に示したとおり、２次元のルネベルグレンズは上下に金属の導波路が必要である。このため、金属導波路を有するルネベルグレンズに適した構造の、ＥＢＧ型電界センサが必要であり、これらを考慮した本実施例の構造を図９〜図１１を用いて説明する。【００３９】
図９は本実施例に使用する導波路型ＥＢＧ電界センサの詳細図であり、誘電体２０４上に配置された周期的な金属片２０１と、金属片同士を接続する抵抗２０２、および容量２０３と、金属片２０１と第２層のＧＮＤに接続するビア２０５で構成されている。【００４０】
抵抗２０２の両端には、図７と同様に、電圧検出用ビア２２５が設けられており、このビアは第２層のＧＮＤには接続されず第３層に接続されている。本電界センサは図９に示すとおり、ルネベルグレンズの金属導波路１２が、周期構造の金属片の中央の位置になるように構成する。このような構造にすると、電気影像により電気的に周期構造が折り返したように見える。【００４１】
導波路１２と接する部分の電気影像を含む点線ｂ部の等価回路を図１０に示す。端部抵抗２１２と端部容量２１３をそれぞれＲ’,Ｃａｄｄ'とすると、電気影像によりＲ',Ｃａｄｄ'がそれぞれ２つずつ並列になったように見える。このため、Ｒ'=２×３７７Ω、Ｃａｄｄ'= Ｃａｄｄ /２とすると、図８の等価回路と同様になる。【００４２】
本構造の電磁波反射特性を図１１に示す。金属導波路間に、金属片を２〜４セル並べた場合の反射特性と、無限の周期構造を持つ場合の電界センサの反射特性を比較した。金属片のセル数は、金属導波路と接する半分のサイズのセルは１/２とカウントする。図１１の通り、無限の周期構造の電界センサと同様の低反射特性が得られることがわかる。【００４３】
図１２，図１３に本実施例の構成で、電磁波の到来方向を推定した例を示す。図１２は平面ルネベルグレンズと導波路型の電界センサを組み合わせ、レンズ正面方向から入射角を０〜１０度と変化させた電磁波の伝播特性を表す図である。レンズの入射角０度に対して垂直な平面に導波路型の金属片３セルの電界センサを設けた。各角度から入射する電磁波が電界センサで吸収されている様子がわかる。【００４４】
図１３に電界センサの誘起電圧を示す。横軸が角度、縦軸が縦軸方向のセル位置である。０度〜１０度において正しくセンサが反応しており、電磁波の到来方向の可視化が可能であることがわかる。【００４５】
本実施例においては、平面ルネベルグレンズとして、誘電体厚を段階的に変えるレンズを用いたが、同一厚さの誘電体に孔をあけて実効的な誘電率を変えるものや、誘電体表面に金属の周期構造を設け実効的な誘電率を変えるような別タイプの平面ルネベルレンズを使用してもよい。【００４６】
以上のことから、本実施例によれば、平面型レンズを用いて電磁波の到来方向や電磁波の強さを検出できるものであり、球体や非球面レンズを用いた電磁波検出装置よりも小型化を実現可能である。また、電磁波の受信感度が低減するのを抑制し、精度良く電磁波の到来を検出することができるものである。
【実施例２】
【００４７】
図１４に本発明の第２の実施の形態を示す。第１の実施の形態では、レンズの入射角０度に垂直な平面に導波路型の電界センサを設けたが、本実施例では、レンズ形状に沿うように電界センサを設ける。【００４８】
本実施例では、レンズ形状に沿って、レンズ周面の半分が覆われるようにセンサを配置している。実施例１ではレンズ表面から離れた位置にあるセンサは、レンズ表面よりもエネルギーの減少が見込まれるが、レンズの各焦点にセンサを配置することで最大のエネルギーを受けることができ検出感度が向上する。センサの横方向の長さは任意でよい。
【実施例３】
【００４９】
図１５〜図１７を用いて、本発明の第３の実施の形態を示す。図１５は本発明の第３の実施の形態の導波路型電界センサである。図１５は導波路型電界センサの俯瞰図であり、平面ルネベルグレンズの金属導波路１２が周期構造の金属片と金属片の中央の位置になるように構成する。【００５０】
周期構造の金属片は電気影像により、周期構造が電気的に折り返したように見える。この導波路１２と接する部分の電気影像を含む点線ｃ部の等価回路を図１６に示す。端部抵抗２１２と端部容量２１３をそれぞれＲ”,Ｃａｄｄ”とすると、電気影像により図１６のようにＲ”,Ｃａｄｄ”がそれぞれ２つずつ直列になったように見える。このため、Ｒ”＝３７７/２Ω、Ｃａｄｄ”＝２×Ｃａｄｄとすると、図８の等価回路と同様になる。【００５１】
本構造の電磁波反射特性を図１７に示す。金属導波路間に、金属片を２〜４セル並べた場合の反射特性と、無限の周期構造を持つ場合の電界センサの反射特性を比較した。図１７の通り、無限の周期構造を持つ電界センサと同様の特性が得られることがわかる。セル数が少ない場合には、共振周波数が設計値から若干変動するため、設計時にはこの変動分を考慮して設計する。【００５２】
なお、本実施例の電界センサの構成は、実施例１及び実施例２に記載の平面ルネベルグレンズに対する電界センサの取り付け態様のいずれにも適用可能である。
【実施例４】
【００５３】
図１８〜図２０を用いて、本発明の第４の実施の形態を示す。図１８は本発明の第４の実施の形態の導波路型電界センサである。図１８は導波路型電界センサの俯瞰図であり、ルネベルグレンズの金属導波路１２が周期構造の金属片と金属片の中央の位置になるように構成する。【００５４】
周期構造の金属片２０１は電気影像により、周期構造が電気的に折り返したように見える。この導波路１２と接する部分の電気影像を含む点線ｄ部の等価回路を図１９に示す。点線ｄ部には抵抗２０２と容量２０３が無いように見える為、点線ｄ部分の等価回路は、図８のような他の周期構造の等価回路とは異なり、図１９に示す様に寄生容量Ｃと寄生インダクタンスＬのみの並列共振となる。反射特性を比較すると、図２０のようにセル数が少ない場合に影響が大きくなり、周波数のずれや反射特性の劣化が生じる。【００５５】
本構造の導波路型ＥＢＧ電界センサを使用する場合には、周波数のずれや反射特性の劣化を考慮し、受信感度に応じてセル数を決定することで、小型で、また、受信感度の低下を抑制することが可能な電磁波検出装置を提供することができる。なお、本実施例の電界センサの構成は、実施例１及び実施例２に記載の平面ルネベルグレンズに対する電界センサの取り付け態様のいずれにも適用可能である。
【実施例５】
【００５６】
図２１に本発明の第５の実施の形態を示す。平面ルネベルグレンズと電界センサを用いた電磁波の到来方向可視化は、方位角の到来方向分離は可能であるが、仰角方向θの分離はできない。【００５７】
そこで、第１から第４の実施の形態の電磁波検出装置に、仰角方向に回転可能な回転部６を設ける。回転部６には、例えば回転制御する機構と回転度を検知するセンサを有し、このセンサからの情報を伝送線路２１１を介して信号処理／結果表示部４に伝送し、仰角方向θの情報を得る。【００５８】
方位角電磁波可視化結果と、仰角θの情報、およびカメラ７で得た画像を信号処理／結果表示部４で組み合わせることにより２次元の電磁波の到来方向推定を可能とする。
【実施例６】
【００５９】
図２２に本発明の第６の実施の形態を示す。実施例５は仰角方向の分離機能を機械的に実現するものであるが、本実施例では仰角方向の分離を電気的に実現する。図２２に示す様に、平面レンズの前にビーム走査部として漏れ波アンテナ８を設ける。【００６０】
漏れ波アンテナ８は図２３に示す様に、例えば誘電体９４上に設けた金属パッチ９２の周期構造により電磁波の位相を制御し、特定の方向に強い指向性を持つように設計されたアンテナである。【００６１】
金属パッチの周期構造により決まるリアクタンスをリアクタンスの平均値として、図２４に示す様にｓｉｎ波で変調をかけたリアクタンスを持つように金属の周期構造を設計することで、強い指向性を持つアンテナの実現が可能である。波長λ、周期構造の変調の一周期ｄ、空間の波動インピーダンスη、入射角θとしたときの平均リアクタンスを表す関係式は［数６］に示すとおりである。【００６２】
【数６】
2015132846.tif 000008
【００６３】
また、基板上の各位置ρでのリアクタンスは変調度をＭとしたときに［数７］に従う。【００６４】
【数７】
2015132846.tif 000009
【００６５】
［数６］より指向性角度θを可変とする為には、リアクタンスを変化させる必要があることがわかる。図２６の構造が無限遠まで広がっていると仮定すると、リアクタンスは金属片の幅Ｄと間隔ｗ、ＧＮＤからの高さｈ、比誘電率εrにより、［数８］〜［数１３］により求まる。【００６６】
【数８】
2015132846.tif 000010
【００６７】
【数９】
2015132846.tif 000011
【００６８】
【数１０】
2015132846.tif 000012
【００６９】
【数１１】
2015132846.tif 000013
【００７０】
【数１２】
2015132846.tif 000014
【００７１】
【数１３】
2015132846.tif 000015
【００７２】
つまり、リアクタンスを変化させる場合には構造を変更しなくてはならない。しかし、構造を動的に変化させる事は非常に困難である。そこで、図２５、図２６に示す通り、金属パッチ間に可変容量を設け、リアクタンスを制御する。【００７３】
可変容量９５は、素子両端に電圧をかけると図２８の通り容量値が変化する素子である。この可変容量により、周期構造のリアクタンスを変化させることで、角度θを変更することが可能である。この漏れ波アンテナ部８をレンズ前面に図２２のように取り付けることにより、仰角方向の電磁波の分離が可能となる。【００７４】
実際には、可変容量９５に与える電圧と仰角θの関係を示すテーブルを有し、電圧制御部５で制御しながら可変容量に電圧を与えると共に、電圧値と紐付けられた仰角θの情報、およびカメラ７の画像を信号処理／結果表示部４において組み合わせることにより２次元の電磁波の到来方向推定を可能とする。【００７５】
以上のことから、球体や非球面レンズを用いた電磁波検出装置よりも小型化を実現可能である。また、電磁波の受信感度が低減するのを抑制し、精度良く電磁波の到来を検出することができるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１…平面ルネベルグレンズ、１１…誘電体、１２…導波路、２…電界センサ、２０１…金属片、２０２…抵抗、２０３…容量、２０４…誘電体、２０５…ビア、２０６…ＧＮＤ、２１０〜２１２…伝送線路、２２５…電圧検出用ビア、３…信号検出部、４…信号処理／結果表示部、５…電圧制御部、６…回転部、７…カメラ、７１…電磁波a、７２…電磁波b、８…ビーム走査部漏れ波アンテナ
９１…受信用アンテナ、９２…金属パッチ、９３…GND、９４…誘電体、９５…可変容量、９６…ビア
９０１…射出方向分離部、９０２…センサ部、９０３…信号検出部、９０４…カメラ部、９０５…信号処理／結果表示部、９３３…信号伝送線路、９１１…ルネベルグレンズ
【図１】
2015132846.tif 000016
【図２】
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【図３】
2015132846.tif 000018
【図４】
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【図５】
2015132846.tif 000020
【図６】
2015132846.tif 000021
【図７】
2015132846.tif 000022
【図８】
2015132846.tif 000023
【図９】
2015132846.tif 000024
【図１０】
2015132846.tif 000025
【図１１】
2015132846.tif 000026
【図１２】
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【図１３】
2015132846.tif 000028
【図１４】
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【図１５】
2015132846.tif 000030
【図１６】
2015132846.tif 000031
【図１７】
2015132846.tif 000032
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2015132846.tif 000036
【図２２】
2015132846.tif 000037
【図２３】
2015132846.tif 000038
【図２４】
2015132846.tif 000039
【図２５】
2015132846.tif 000040
【図２６】
2015132846.tif 000041
【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月19日(2016.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する金属板で覆われた、電磁波の入射方向に応じ電磁波の射出方向を変える平面のルネベルグレンズを有し、
前記金属板と電気的に接続した電界センサと、
前記電界センサに接続された信号検出回路と、を有し、
前記電界センサは、板状の誘電体の表面層に複数の金属片を格子上に設け、隣接した複数の金属片の各々は抵抗および容量により接続され、各金属片の中央部には前記表面層と対向して前記誘電体内部に設けられたグランド層に接続するグランドビアが設けられ、前記抵抗の両端には前記信号検出回路と接続する検出用ビアが設けられており、
前記金属板は前記電界センサの金属片と接続されており、前記電界センサの端部の複数の金属片は、該金属片の中央位置から半分になった構造をしており、
前記電界センサで前記ルネベルグレンズから射出された電磁波を検知し、電磁波の到来方向と該検知した電磁波のエネルギーの大きさに応じた強さの検知信号を出力する電磁波検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁波検出装置であって、
前記金属板に隣接する前記電界センサの端部の金属片と前記金属板との距離は、前記周期構造を有する金属片同士の距離の半分であることを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁波検出装置であって、
前記金属板は前記電界センサの金属片に接続された抵抗及び容量と接続されており、該抵抗及び容量の長さは、金属片どうしを接続する他の抵抗及び容量の長さの半分であることを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電磁波検出装置であって、
前記電界センサと伝送線路によって接続された信号処理部と、
前記信号処理部と接続し、前記信号処理部で処理した情報を表示する表示部と、を有し、
前記信号処理部で前記検知信号を受信すると、該検知信号に含まれる前記センサの位置情報に基づき、当該センサの位置に基づいた電磁波の到来方向情報を前記表示部に送り、前記表示部で表示することを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電磁波検出装置であって、
測定対象の画像を撮影し、該撮影した画像の画像信号を出力するカメラ部を備え、
前記信号処理部は、前記カメラ部からの画像信号と前記センサからの検知信号とを受信すると、前記画像信号と前記検知信号を送信したセンサの位置情報からテーブルを参照して得た電磁波の到来方向とを含む表示信号を出力し、
前記表示部は、前記表示信号を受信すると、該表示信号に含まれる前記画像信号と前記センサの位置情報を元にえた電磁波の到来方向情報とに基づき、前記画像信号による画像上に重ねて、前記電磁波の到来方向の表示を行うことを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電磁波検出装置であって、
前記信号処理部と接続された電磁波検出装置を回転させる回転部を有し、
前記回転部は、基準位置からの回転角度の情報を前記信号処理部に出力し、前記信号処理部は回転角度の情報と電磁波を検出したセンサの位置情報に基づいた電磁波の到来方向情報を前記表示部に送り、前記表示部で表示することを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電磁波検出装置であって、
測定対象の画像を撮影し、該撮影した画像の画像信号を出力するカメラ部を備え、
前記処理部は、前記カメラ部からの画像信号と前記センサからの検知信号とを受信すると、前記画像信号と前記検知信号を送信したセンサの位置情報からテーブルを参照して得た電磁波の到来方向とを含む表示信号と前記回転部からの装置全体の回転情報を出力し、
前記表示部は、前記表示信号を受信すると、該表示信号に含まれる前記画像信号と、前記センサの位置情報及び回転情報を元に得た電磁波の到来方向情報とに基づき、前記画像信号による画像上に重ねて、前記電磁波の到来方向の表示を行うことを特徴とする電磁波検出装置。
【請求項８】
請求項４に記載の電磁波検出装置であって、
受信する電磁波の方向を電気的に変化させる機構を持ち、前記受信方向の情報と、センサの位置に基づいた電磁波の到来方向を表示する表示部とを備える事を特徴とする電磁波検出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電磁波検出装置であって、
測定対象の画像を撮影し、該撮影した画像の画像信号を出力するカメラ部を備え、
前記処理部は、前記カメラ部からの画像信号と前記センサからの検知信号とを受信すると、前記画像信号と前記検知信号を送信したセンサの位置情報からテーブルを参照して得た電磁波の到来方向とを含む表示信号と電磁波の受信方向の情報を出力し
前記表示部は、前記表示信号を受信すると、該表示信号に含まれる前記画像信号と前記センサの位置情報を元に得た電磁波の到来方向情報とに基づき、前記画像信号による画像上に重ねて、前記電磁波の到来方向の表示を行うことを特徴とする電磁波検出装置。
【国際調査報告】
2015132846.tif 000044
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2015132846.tif 000046
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