(57)【要約】【課題】５ＧＨｚ乃至１０ＴＨｚの周波数範囲で周波数選択性をもって反射し、かつ他の周波数範囲に対しほぼ透過性がある平坦な光学素子を製造することである。【解決手段】５ギガヘルツ（ＧＨｚ）と１０テラヘルツ（ＴＨｚ）の間の基準周波数（ｆ）の電磁放射線に対し光学的に透過性がありかつ第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の材料（ｍ１）からなる少なくとも１つの第１の層（１）を具備し、第１の層は、第１の材料（ｍ１）における、基準周波数（ｆ）の電磁放射線の、約４分の１の波長（λ）の光学的厚さを有する光学素子によって解決される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
５ギガヘルツ（ＧＨｚ）と１０テラヘルツ（ＴＨｚ）の間の基準周波数（ｆ）の電磁放射線に対して光学的に透過性があり、かつ第１の屈折率（ｎ１）と、前記基準周波数（ｆ）の電磁放射線の約４分の１の波長（λ）の光学的厚さとを有する第１の材料（ｍ１）からなる少なくとも１つの第１の層（１，３，５）と、
この第１の層（１）の下方に、前記基準周波数（ｆ）の電磁放射線に対し光学的に透過性があり、かつ第２の屈折率（ｎ２）と、前記基準周波数（ｆ）の電磁放射線の、約４分の１又は半分の波長（λ）の光学的厚さを有する第２の材料（ｍ２）からなる少なくとも１つの第２の層（２）とを具備し、
前記第１の屈折率（ｎ１）と、前記第２の屈折率（ｎ２）とは異なっている、ギガヘルツ及びテラヘルツの周波数範囲で周波数選択性をもって反射し、かつ波透過性を有する光学素子。
【請求項２】
前記第１の及び／又は第２の材料（ｍ１，ｍ２）は、プラスチック、例えばポリエチレン及び／又はポリスチレンであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記基準周波数（ｆ）は、５ＧＨｚ乃至５ＴＨｚ、好ましくは５０ＧＨｚ乃至２ＴＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第２の屈折率（ｎ２）は前記第１の屈折率（ｎ１）よりも大きく、前記光学素子は放射線レシーバ又は放射線エミッタ、例えばアンテナとして、あるいは放射線に対し透過性がある光学素子として、好ましくは、放射線導体、レンズ又はプリズム又はビームディバイダとして形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の屈折率（ｎ１）は、前記第２の屈折率（ｎ２）よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の光学素子。
【請求項６】
複数の第１の層（１，３，５）と、複数の第２の層（２，４）とは、これらが交互に重なり合って設けられていることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記最上の層（１）及び最下の層（５）は、奇数番目の層であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１の層（１）の下方には、第２の層（８）が設けられており、この第２の層（８）は、前記基準周波数（ｆ）の電磁放射線に対して光学的に透過性があり、かつ第２の屈折率（ｎ２）と、前記基準周波数（ｆ）の電磁放射線の、約半分の波長（λ）の第２の厚さとを有する第２の材料（ｍ２）から形成されており、前記第２の層（８）の下方には、前記基準周波数（ｆ）の電磁放射線に対して光学的に透過性があり、かつ第３の屈折率（ｎ３）を有する第３の材料（ｍ３）からなる下領域（９）が形成されており、
前記第１の屈折率（ｎ１）は前記第２の屈折率（ｎ２）より大きく、前記第２の屈折率（ｎ２）は前記第３の屈折率（ｎ３）よりも大きいこと特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の光学素子。
【請求項９】
建物の壁部の外面又は内部部分の少なくとも１つの広い領域には、請求項５乃至８のいずれか１に記載の少なくとも１つの光学素子が設けられている建物の壁部。
【請求項１０】
請求項５乃至８のいずれか１に記載されている２以上の光学素子を有し、これらの光学素子は、互いに異なっており、好ましくは互いに近い基準周波数（ｆ１，ｆ２）を有し、壁厚の方向に重ね合わせて設けられていることを特徴とする請求項９に記載の建物の壁部。
【請求項１１】
外壁の一部、好ましくは、内壁の一部も、請求項９又は１０に記載の建物の壁部として形成されている内壁及び外壁を有する建物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギガヘルツ及びテラヘルツの周波数範囲での使用のための光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線の範囲より下の周波数を有する電磁波の光路に影響を与えるために、現在、電磁放射線を部分的に吸収し、大部分反射する金属面が用いられる。この周波数範囲で電磁放射線を選択的に濾過するために、金属格子からなり、かつその都度適切な格子定数をもって製造される帯域フィルタが知られている。このタイプの帯域通過フィルタは『Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ』（２０巻、１９８１年４月１５日の８号、１３６１頁）に記載されている。
【０００３】
ドイツ国特許公開公報（ＤＥ）第３９　１８　３８３号には、打ち当たる波を吸収して、反射を減らすために、金属箔が互いにλ／４の波長の間隔でファサードの面に覆われている高層建築のファサード構造部が記載されている。この場合、反射された波成分の干渉の打ち消しが利用される。金属箔のために、ファサードは波を透過しない。
【０００４】
ドイツ国特許公開公報（ＤＥ）第３９　１３　４２１号には、レーダビーム用の高い反射減衰機能を有する建物用の外壁要素が記載されている。外壁要素は、反射される表面が深さにおいて交互にずらされているので、その都度２つの隣り合った表面セグメントが、用いられるレーダ放射線の４分の１の波長に対応する間隔だけ互いに離隔して設けられている多数のセグメントからなる。隣り合った表面セグメントによって反射されるレーダ波は、表面セグメントの、深さにおけるずれのために、半波長の位相差を有する。そのため、反射される波は互いに打ち消される。吸収が周波数選択性を有していないことは欠点である。
【０００５】
ドイツ国特許（ＤＤ）第　１４６　２２４号には、多数の干渉可能な層が、交互に屈折率の低い及び屈折率の高い個々の層が設けられている、電磁放射線の吸収を生じる装置が記載されている。しかし、誘電体ミラー上に設ける装置は、吸収のためにのみ適当であって、周波数選択性の反射のために適当ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、５ＧＨｚ乃至１０ＴＨｚの周波数範囲で周波数選択性をもって反射し、かつ他の周波数範囲に対してほぼ透過性がある平坦な光学素子を製造することである。従って、光学素子は、透過の際、同時に、周波数選択性のフィルタを実現する。光学素子が安価にかつ比較的僅かなコストで製造可能であることは好都合である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により、５ＧＨｚと１０ＴＨｚの間の基準周波数の電磁放射線に対して光学的に透過性があり、かつ第１の屈折率と、基準周波数の電磁放射線の約４分の１の波長の光学的厚さとを有する第１の材料からなる少なくとも１つの第１の層とを備えている光学素子によって解決される。第１の層は、基準周波数の電磁放射線に対し光学的に透過性がある第２の層の上に覆われる。これらの層の第２の屈折率は第１の屈折率とは異なっている。第２の層の光学的厚さは基準周波数の約４分の１又は２分の１の波長である。
【０００８】
従って、本発明では、２つの光学的に透過性のある材料の異なる誘電性特性又は異なる屈折率に基づく、ギガヘルツ又はテラヘルツの周波数範囲での電磁放射線の干渉現象は、例えば部屋を遮蔽すべく周波数選択性の反射を引き起こすために、利用される。このことは、ＧＨｚ及びＴＨｚ範囲での無線の「イン・ドア」通信にとって重要である。他の周波数範囲では、光学素子は実質的に透過性がある。一般的には、基準周波数の調波がより高い場合でも、反射作用は生じる。
【０００９】
光学素子は誘電体ミラーの物理的性質を利用する。部屋を周波数選択性をもって遮蔽するために誘電体ミラーを用いることは、従来用いられた周波数では、マイクロ波範囲で従来不可能であった。何故ならば、このことはかなりの厚さの積層を必要とするからである。
【００１０】
光学的に透過性のある材料は、面領域が大きくても比較的安価に製造することができ、層の厚さも非常に正確かつ均等であるポリエチレン又はポリスチレンのようなプラスチック材料であり得ることが好都合である。その都度選択される基準周波数の吸収が低い光学的に透過性のある材料が選択されるのは好都合である。その目的は、本発明に係わる光学素子が、基準周波数の放射線の出来る限り完全な反射又は透過を可能にするためである。
【００１１】
放射線の波長範囲にある光学的厚さを有する層の中を電磁放射線が通過するときに干渉現象を用いることは、可視範囲にある光のために既に知られている。これに関しては、特に、誘電体ミラーが製造される。誘電体ミラーでは、異なった誘電率又は異なった屈折率を有する複数の層が相互に重なり合って設けられており、常に、基準周波数の４分の１の波長の光学的厚さを有する。この場合、反射条件のために、強め合い干渉（ｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｚ）が生じる。これに対し、透過条件のためには、弱め合い干渉が生じる。更に、光学部材、例えば光学レンズのコーティングは知られている。このようなコーティングを用いて、空気とコーティング層との間の境界面及びコーティング層と部材との間の境界面で反射された波の弱め合い干渉によって、空気と光学部材との間の境界面における反射を少なく保つことができる。
【００１２】
本発明では、このような干渉現象は、今や、ギガヘルツ及びテラヘルツの周波数範囲での電磁放射線のために用いられる。
【００１３】
用いられた材料の異なる誘電性特性に基づく干渉現象を利用する光学素子のために、数１００マイクロメートル範囲までのマイクロメートルの範囲又はミリメートルの範囲にある層の厚さが、正しく、０．５ＧＨｚ、好ましくは５ＧＨｚより上と、１０ＴＨｚとの間の本発明に係わる周波数範囲において、形成されなければならない、という知識が本発明の基礎になっている。このような層を、工業的に、非常に正確に及び非常に均等に製造することができる。この場合、特に、例えばポリエチレン又はポリスチレンのようなプラスチック材料を用いることができる。これらのプラスチックを、非常に正確な厚さを有する広い領域のためにも、この厚さ範囲で製造することができる。特別には、プラスチック材料を用いるとき、異なった屈折率を有する、異なった層、例えば、異なったプラスチック材料、あるいは他の成分が異なってドープされているプラスチック材料も、広い領域のためにも安価に互いに結び付けることができる。マイクロメートルの範囲又はミリメートルの範囲にある、本発明に係わる層の厚さは、広い用途のためにも、僅かな材料コストのみを要する。更に、特に、このような厚さのプラスチック材料は、良好な機械的性質を、突然の機械的負荷の際でも、特に、機械的損傷に対する高い柔軟性を有する。
【００１４】
本発明により、所望の周波数範囲を反射させるための誘電体ミラーを製造することができることは、好都合である。このことは、一方では、基準放射線の４分の１の波長の各々の光学的厚さを有する複数の交互の層によって、又は他の適切な層の積層によってもなされることができる。
【００１５】
本発明では、ギガヘルツ及びテラヘルツの周波数範囲での放射線のための誘電体ミラーは、一方では、この周波数範囲で放射線を放出又は検出する、装置内の光学素子のために、用いられることができる。
【００１６】
更に、本発明に係わる誘電体ミラーを、特に、薄いプラスチックフィルムからの製造の際に、部屋ユニットの遮蔽のために大きな面で用いることができる。この遮蔽を、例えば、多層の光学素子を例えば部屋の内張りのために用いることによって、達成することができる。このことは、壁部において又は壁紙においてあるいは壁部の内側で、例えば壁紙の下方に、複数の厚紙壁部の間であるいはレンガ壁の内側でなされることができる。更に、窓及びガラス板にも、本発明に係る光学素子を張ることができるのは、用いられる材料が可視の周波数範囲で同様に透過性がある場合である。
【００１７】
本発明では、このことによって、１つの建物に、基準放射線がギガヘルツ又はテラヘルツの周波数範囲で種々のユニットの間の無線のデータ伝送のためにその都度用いられる小区画の領域が形成されることができる。この場合、小区画の領域が、この周波数範囲に関して、外界に対し少なくとも広範囲に完全に遮蔽されているのは好都合である。従って、建物の内部で、複数の小区画の領域を形成することができる。あるいは、建物又は建物内の階層を、全体として、外界に対し遮蔽することができる。本発明に係わる遮蔽は、例えば広い金属層による遮蔽に比べて、他の周波数範囲が関係ないので、例えば移動式無線装置、ラジオ等による、他の周波数範囲に亘ってのデータ伝送が影響を受けていない、という利点を有する。
【００１８】
このような用途は、特に、高いデータ伝送にとって重要である。何故ならば、本発明で用いられるギガヘルツ又はテラヘルツの周波数範囲が、メガヘルツの周波数範囲での知られたデータ伝送に比べて高いデータ伝送速度を可能にするからである。これによって、大きなデータセットも即座に伝送することができる。このようなデータセットのためには、従来のように、平行なインタフェース、例えば、コンピュータからプリンタへの無線のデータ伝送が用いられる。
【００１９】
建物の壁部に、互いに僅かにずらされた基準周波数を有する複数の光学要素を形成することも好都合である。反射又は透過の望ましい作用が、理想的には、正確に垂直な入射の場合にのみ発生する。僅かに斜めの入射の場合、良好な反射がなお十分に達成される。しかし、浅い入射の場合、場合によっては、より大きな放射線強度が光学素子の中を通ることができる。本発明では、第２の光学素子によって、浅い角度で壁部に入射する放射線が適切に反射される。そのため、結局、放射線はどの空間方向にも反射されることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１には、第１の屈折率ｎ１を有する第１の材料ｍ１からなる第１の層１，３，５が、第２の屈折率ｎ２を有する第２の材料ｍ２からなる第２の層２，４と交互にしている誘電体多層膜ミラーが示されている。この材料は特にプラスチック、例えばポリエチレン又はポリスチレンであってもよい。この場合、ｎ１はｎ２よりも大きい。層１乃至５は夫々、５ＧＨｚ乃至１０ＴＨｚの周波数範囲にある基準放射線の４分の１の波長λの光学的厚さを有する。この場合、適切な基準周波数は、特に、５０ＧＨｚ乃至２ＴＨｚの範囲にある。基準放射線が夫々の媒質で異なった屈折率及びそれと共に異なった波長を有するので、第１の層１，３，５は、第２の屈折率のより低い層２及び４よりも薄い。垂直方向に入射する放射線に関しては、空気と第１の層の間の第１の境界面１０における基準放射線の入射の際に、反射された放射線に関するより屈折率の高い媒質における反射のために、半分の波長の周波数偏位が生じる。屈折率のより高い第１の層と、屈折率のより低い第２の層との間の中間面１２において、位相シフトのない反射が生じる。屈折率のより低い第２の層と、屈折率のより高い第１の層との間の境界面１３の反射において、同様に、半分の波長の位相シフトでの反射が生じる。
【００２１】
層全体が適切な基準周波数の４分の１の光学的厚さを有するので、基準周波数の放射線は垂直入射の際に完全に反射される。この実施の形態では、最後の層５が屈折率のより高い媒質の第１の層であることは好都合である。
【００２２】
図２は、第１の屈折率ｎ１を有する第１の材料ｍ１の、屈折率の高い第１の層１に、第２の屈折率ｎ２を有する第２の材料ｍ２の、屈折率の低い第２の層８が続いている誘電体ミラーの、他の実施の形態を示している。第２の層８の下方には、屈折率のより低い材料ｍ３を有する第３の材料からなる下領域９が形成されている。従って、ｎ１はｎ２より大きく、ｎ２はｎ３よりも大きい。この実施の形態では、第１の層は同様に基準放射線の４分の１の波長の厚さを有し、第２の層８は基準放射線の半分の波長の厚さを有する。任意な大きさの下領域９が続くことができる。
【００２３】
この実施の形態では、基準放射線は反射されて離れる。そのため、他の周波数範囲のみが光学的に透過性のあるベース９に入ることができる。この場合、図１の境界面に対応する境界面１０及び１２における反射に加えて、境界面１４では、屈折率のより低い媒質における反射が生じる。このことによって、半分の波長の位相シフトを伴って波が元へ反射される。この元へ反射された波は、第２の層８の中の通過の際に、境界面１２で反射された波に比べλの位相シフトを生じる。そのため、境界面１２及び１４で反射された波及び境界面１０で反射された波は、構成的に重ね合わされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施の形態に係る反射に用いる光学素子の断面を示している。
【図２】
本発明の第２の実施の形態に係る反射に用いる光学素子の断面を示している。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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