JP6905191B2 - レンズ及び複眼レンズ - Google Patents

Description

本発明は、レンズ及び複眼レンズに関する。

第５世代移動通信システム（以下「５Ｇ」という。）において、電波の届く範囲が広い基地局（以下「マクロセル基地局」という。）を展開することが検討されている。また、５Ｇにおいて、人が密集するエリアに対しては、マクロセル基地局だけでなく、電波の届く範囲が狭い基地局（以下「スモールセル基地局」という。）を展開することが検討されている。さらに、５Ｇにおいて、無線通信機能と各種の計測機能とを有するＩｏＴ（Internet of things）デバイスを街中に設置することと、スモール基地局のトラフィックをオフロードすることでスモール基地局の負荷を軽減するため、無線ＬＡＮ（Local Area Network）アクセスポイントを設置することが検討されている。そのため、５Ｇにおいては、マイクロセル基地局及びスモールセル基地局だけでなく、多数のＩｏＴデバイス及び無線ＬＡＮアクセスポイントを設置する必要がある。以下、ＩｏＴデバイス、無線ＬＡＮアクセスポイント等の無線通信に使用される装置をそれぞれ区別しない場合、無線装置という。

図１９は、従来のスモールセル基地局の使用例を示す図である。図１９のようにビル８００が立ち並ぶ通り（例えば、銀座の中央通り）にスモールセル基地局８０１を設置する場合、スモールセル基地局を設置する場所としては、ビル８００の壁面の比較的高所（例えば、地上から２０[ｍ]）が考えられる。ビル８００の壁面の比較的高所にスモールセル基地局８０１を設置することで、歩道上にいるユーザーに無線通信サービスを提供することが可能になる。しかしながら、スモールセル基地局８０１や無線装置をビル壁面に多数設置する場合、通りの景観が損なわれる可能性がある。そこで、多くのビル８００には比較的高所に看板８０２が設置されていることに着目し、看板８０２の看板面の内側（以下「看板内」という。）にスモールセル基地局８０１又は無線装置を設置することが提案されている。この場合、看板８０２は電磁波の伝搬を妨げる障害物となる。そのため、看板内にスモールセル基地局８０１及び無線装置を設置することで、景観を損なうことなく、ビルが立ち並ぶ通りにおける無線通信が可能になる。さらに、看板内にスモールセル基地局８０１又は無線装置を設置する場合、多くの看板８０２には電源用ケーブルは既に敷設されているため、新たに電源用ケーブルを敷設する工事が不要である。なお、スモールセル基地局８０１が受信したデータは、エントランス基地局８０３に送信され、マイクロ波や、光等で、基地局制御装置に送信される。そしてさらに光回線等により通信事業会社などの集約局８０４に送信される。

図２０は、従来のスモールセル基地局の使用例を示す図である。スモールセル基地局を設置する場所としては、ビルが立ち並ぶ通り以外にも例えば、駅のコンコース、駅周辺の地下街又はデパート等が考えられる。このような場合には、天井、柱、壁等に無線装置を設置することが提案されている。しかしながら、この場合にも、景観を損ねる場合がある。そこで、図２０のように、天井９００、柱９０１、壁９０２等に既に照明機器９０３が設置されていることに着目し、照明機器９０３の筐体内部にスモールセル基地局及び無線装置９０４を設置することが提案されている。照明機器９０３においてはグローブが電磁波にとっての障害物である。そのため、照明機器９０３の内側にスモール基地局及び無線装置９０４を設置することで、景観が損なわれることなく、駅コンコース等での無線通信が可能になる。さらに、照明機器９０３には電源用管路が既に敷設されているため、新たに電源用管路を敷設する工事が不要である。なお、無線装置９０４が受信したデータは、ネットワーク接続ポイント９０５に送信され、イーサネット(登録商標）、光ファイバなどで、ゲートウェー装置９０６を介して（インターネット／イントラネットなどの）ネットワーク９０７へ送信される。
この図２０に取り上げた無線装置９０４がＩｏＴデバイスの場合、図２０でハッチを施し示す領域（スモールセル基地局における「通信可能範囲」に相当）は、例えば、ＩｏＴデバイスが（焦電センサ・赤外線センサあるいは魚眼型の監視カメラなど）人感センサとするならば、屋内・室内・施設内に居たり、移動したりする状況の人を検知する事が可能な範囲を表す。他に、ＩｏＴデバイスが赤外線を利用し離れた所から高温な箇所を把握する熱感知センサや炎の光を高感度にキャッチする照度センサとするならば、火災の出火を捉えられることができる検出範囲とも云い換えられる。そして、これらの無線通信の機能を搭載した無線装置９０４は照明機器９０３の内側に設置することができる。

このように、５Ｇを想定した上記の検討によれば、今後、看板や照明機器の内側に無線装置が設置される機会が増えていくと考えられる。

土屋 貴寛、後藤 和人、菅 瑞紀、黄 俊翔、坪井 秀幸、黒崎 聰、 太田 厚、飯塚 正孝、"75GHz 帯伝搬測定によるストリートスモールセル基地局向け無線エントランス環境の実験的評価"、信学技報 IEICE Technical Report RCS2017-74(2017-06)

しかしながら、無線装置を看板や照明機器等の構造物内に設置する場合、無線装置が出力した電磁波の一部が障害物によって反射される。そのため、反射波が生じることによって障害物を透過する電磁波の強度が減少するため、無線装置の通信可能距離が短くなるという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、通信可能距離が短くなることを抑制することができる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、屈折率がｎ_１である媒質を伝搬する波長λの電磁波に対する屈折率がｎ_ｃの複数の薄膜が層状に並び、前記複数の薄膜の一部又は全部が凸レンズの形状に略同一の形状を成し、ｎ_ｃ＝（ｎ_１×ｎ_２）^１／２であって、前記複数の薄膜のうちの最も大きな面積を有する薄膜が、前記電磁波を所定の透過率で透過させる障害物が有する面のうち前記電磁波が入射する側の面に接し、前記複数の薄膜の前記面に垂直な方向の厚さが、λ／（４×ｎ_ｃ）の奇数倍である、レンズである。

本発明の一態様は、屈折率がｎ_１である媒質を伝搬する波長λの電磁波に対する屈折率がｎ_２の複数の薄膜が層状に並び、前記複数の薄膜の一部又は全部が凸レンズの形状に略同一の形状を成し、前記複数の薄膜のうちの最も大きな面積を有する薄膜が、前記電磁波を所定の透過率で透過させる障害物が有する面のうち前記電磁波が入射する側の面に接するレンズ状部材と、前記電磁波に対する屈折率がｎ_２であって、前記障害物が有する面のうち、前記屈折率がｎ_２の薄膜が接する面に平行であり、前記屈折率がｎ_２の薄膜が接する面の反対側に存在する面に接する薄膜状部材と、を備え、前記レンズ状部材の前記電磁波が入射する側の面に垂直な方向の厚さと、前記障害物の前記電磁波が入射する側の面に垂直な方向の厚さと、前記薄膜状部材の前記電磁波が入射する側の面に垂直な方向の厚さとの合計の厚さが、λ／（４×ｎ_２）の奇数倍である、レンズである。

本発明の一態様は、上記のレンズであって、前記凸レンズの形状に略同一の形状を成す前記複数の薄膜と前記電磁波を放射する第一のアンテナとの距離ｄ_ｉｎが、前記第一のアンテナの開口の長さＤと、ｄ_ｉｎ≧２Ｄ２／λである場合において、前記凸レンズの形状に略同一の形状は、前記第一のアンテナと前記電磁波を受信する第二のアンテナとの距離をｄ_ａｌｌとし、前記凸レンズの形状に略同一の形状を成す前記複数の薄膜の厚さの合計ｄ_ｌとした場合に、Ｒ＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｆ、ｄ_ｆ＝ｄ_ａｌｌ−（ｄ_ｉｎ＋ｄ_ｌ）を満たす曲率半径Ｒの球面に接する形状である。

本発明の一態様は、上記のレンズであって、前記凸レンズの形状に略同一の形状を成す前記複数の薄膜と前記電磁波を放射する第一のアンテナとの距離ｄ_ｉｎが、前記第一のアンテナの開口の長さＤと、ｄ_ｉｎ＜２Ｄ^２／λである場合において、前記凸レンズの形状に略同一の形状は、Ｒ＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｉｎを満たす曲率半径Ｒの球面に接する形状である。

本発明の一態様は、上記のレンズを複数備える複眼レンズである。

本発明により、通信可能距離を伸ばすことが可能となる。

従来の無線通信システム７の具体例を示す図。 第一の実施形態の透過部材１の具体的な断面図を示す図。 第一の実施形態の透過部材１を送信アンテナ７０１側から見た具体的な構成を示す図。 第一の実施形態の透過部材１が送信アンテナ７０１に対して十分遠方にある場合における、曲率半径Ｒ１を説明する図。 第一の実施形態の透過部材１が送信アンテナ７０１の近傍にある場合における、曲率半径Ｒ２を説明する図。 第一の実施形態の透過部材１が反射波を抑制することができる原理を説明する図。 障害物７０２に接する第一の薄膜１１が、曲率半径Ｒ１の円に接しない場合の具体例を示す図。 第二の実施形態の透過部材２の具体的な断面図を示す図。 図１の無線通信システム７における第二の実施形態の透過部材２の使用例を示す図。 図９における、透過部材２の曲率半径Ｒ２と送信アンテナ７０１と受信アンテナ７０３との距離ｄａｌｌとの関係を示すシミュレーション結果の図。 送信アンテナ７０１と障害物７０２との水平方向の距離ｄｉｎ＋ｄＬ２と透過部材２の曲率半径Ｒ２との関係を示す図。 障害物７０２に接する第二の薄膜１２が、曲率半径Ｒ２の円に接しない場合の具体例を示す図。 変形例の透過部材１を正面から見た構成の具体例を示す図。 複数の透過部材１が障害物７０２に接する場合の透過部材１の具体的な配置を示す図。 図１３に示す変形例の透過部材１をＹＺ面内に複数の配置する場合の透過部材１の具体例な配置を示す図。 障害物７０２を伝搬する電磁波の経路を示す図。 透過部材１又は２が非近似成立システムにおいて使用される場合の具体的な例を示す図。 障害物７０２ａを伝搬する電磁波の経路を示す図。 従来のスモールセル基地局の使用例を示す図。 従来のスモールセル基地局の使用例を示す図。

（概略）
図１は、従来の無線通信システム７の具体例を示す図である。従来の無線通信システム７は、送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３を有する。図１において、直交座標系であるＸＹＺ座標系のＸ軸は水平方向に平行な軸であり、Ｙ軸は鉛直方向に平行な軸である。

送信アンテナ７０１は、例えば、スモールセル基地局、ＩｏＴデバイス、無線ＬＡＮアクセスポイント等に備えられる。送信アンテナ７０１は、開口径がＤである。送信アンテナ７０１は、所定の位置を座標原点として自身の中心点の座標がｈ_１である位置に存在する。以下では、このような位置に存在することを、高さｈ_１の位置に存在する、と表現する。座標原点は、例えば、地表面であってもよい。

障害物７０２は、入射した電磁波を所定の透過率で透過させる部材であって、例えば、看板面や、照明機器のグローブである。障害物７０２の厚さ（すなわち、Ｘ軸方向の幅）はｄ_ｂである。障害物７０２の波長λの電磁波に対する屈折率はｎ_２である。

受信アンテナ７０３は、例えば、エントランス基地局やネットワーク接続ポイントに備えられる。受信アンテナ７０３は、送信アンテナ７０１に対して、Ｘ軸方向に距離ｄ_ａｌｌ離れた場所に存在する。受信アンテナ７０３は、ｈ_１よりもＹ軸正方向にＨ１だけ離れた高さｈ_２の位置に存在する。なお、受信アンテナ７０３と送信アンテナ７０１との鉛直方向の距離の差は、受信アンテナ７０３と送信アンテナ７０１との水平方向の距離の差よりも十分短い。すなわち、Ｈ１は、Ｈ１＜＜ｄ_ａｌｌの関係を満たす。
送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３は、Ｘ軸方向に、送信アンテナ７０１、障害物７０２、受信アンテナ７０３の順番に配置される。

送信アンテナ７０１が放射した電磁波の一部は、屈折率がｎ_１の外気中を水平方向に対して角度θ_ａの方向に伝搬し、障害物７０２を透過する。障害物７０２を透過した電磁波は、屈折率ｎ_１の外気中を水平方向に対して角度θ_ａの方向に伝搬し受信アンテナ７０３に到達する。なお、θ_ａは、ｔａｎ（θ_ａ）＝Ｈ１／ｄ_ａｌｌの関係を満たす。

受信アンテナ７０３と送信アンテナ７０１との鉛直方向の距離の差Ｈ１は、受信アンテナ７０３と送信アンテナ７０１との水平方向の距離の差ｄ_ａｌｌよりも十分短く、Ｈ１／ｄ_ａｌｌ≒０である。すなわち、θ_ａは、θ_ａ≒０の関係を満たす。このことは、電磁波の障害物７０２への入射角度が０ｄｅｇに近いことを意味し、電磁波の障害物７０２による屈折の屈折角を０と近似できることを意味する。

無線通信システム７において、障害物７０２内を通過する電磁波が、障害物７０２内で進む距離はｄ_ｂ／ｃｏｓ（θ_ａ）である。また、無線通信システム７において、電磁波が障害物７０２内で進む距離はｄ_ｂに略同一の長さである。以下簡単のため、特にことわりがない限りは、θ_ａ≒０であり、無線通信システム７において、電磁波が障害物７０２内を進む距離はｄ_ｂであるとして説明する。

例えば、屋外のビルが立ち並ぶ通りは、無線通信システム７の使用シーンの一例である。この場合、送信アンテナ７０１は、例えば、ビル壁の看板の内側に設置されてもよく、この場合、例えば、送信アンテナ７０１と受信アンテナ７０３との高低差Ｈ１は７ｍであって、水平距離ｄ_ａｌｌは７０ｍであってもよい。また、例えば、駅のコンコースは、無線通信システム７の使用シーンの一例である。送信アンテナ７０１は、屋内の壁や柱に設置された照明機器内に設置されてもよい。この場合、例えば送信アンテナ７０１と受信アンテナ７０３（ＮＷ接続ポイント等）との高低差Ｈ１が３ｍであって、水平距離ｄ_ａｌｌは３０ｍであってもよい。これらの使用シーンにおいては、１０≦ｄ_ａｌｌ／Ｈ１の関係と、θ_ａ＜５．７１ｄｅｇの関係とが満たされる。すなわち、この場合１／ｃｏｓ（θ_ａ）は約１．００５であって、１に略同一である。

なお、無線通信システム７はこのようなシステムに限られるものではなく、送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３が、θ_ａ≒０を満たすように送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３の順番に配置される無線通信システムであれば、どのような無線通信システムであってもよい。

以下に説明する各実施形態は、図１に示す従来の無線通信システムの障害物７０２に、所定の条件を満たすように構成された透過部材を配置することにより、通信可能距離が短くなることを抑制する。

以下、実施形態の透過部材を、図面を参照して説明する。

（第一の実施形態）
図２は、第一の実施形態の透過部材１の具体的な断面図を示す図である。透過部材１は、図１の無線通信システム７における障害物７０２のＹＺ面に平行な表面のうち、送信アンテナ７０１側の表面に接する。透過部材１は、入射した電磁波の障害物７０２の表面における反射を抑制するとともに、その入射した電磁波を受信アンテナ７０３に集光する。なお、図２のＸＹＺ座標は、図１のＸＹＺ座標と同じである。

透過部材１は、第一の薄膜１１−１〜５を備える。第一の薄膜１１−１〜５は、厚さがｄ_ｓ１であり、後述するように第一の薄膜１１−１〜５を積層した合計の厚さはｄ_Ｌ１であり、屈折率がｎ_ｃの誘電体の薄膜である。屈折率ｎ_ｃは、
ｎ_ｃ＝（ｎ_１×ｎ_２）^１／２ ・・・（１）
を満たす。
合計の厚さｄ_Ｌ１は、
ｄ_Ｌ１＝ｍ×λ／（４×ｎ_ｃ） ・・・（２）
の関係を満たす。この式（２）において，ｍは奇数（ｍ＝１、３、５、・・・）であり、λは、透過部材１に入射する電磁波の真空中の波長である。第一の薄膜１１−１〜５は、それぞれ同じ厚さｄ_ｓ１及び屈折率ｎ_ｃを有するものの、形状又は大きさが異なる。なお、第一の薄膜１１−５は障害物７０２に接する。第一の薄膜１１−５が、障害物７０２に接する面は、Ｘ軸正方向（すなわち、厚さ方向）に垂直な面である。

図３は、第一の実施形態の透過部材１を送信アンテナ７０１側から見た具体的な構成を示す図である。第一の薄膜１１−１〜５は、ＹＺ面において円形であり、第一の薄膜１１−１、第一の薄膜１１−２、第一の薄膜１１−３、第一の薄膜１１−４、第一の薄膜１１−５の順番に半径が短い。

図２の説明に戻る。第一の薄膜１１−１〜５は、第一の薄膜１１−１、第一の薄膜１１−２、第一の薄膜１１−３、第一の薄膜１１−４、第一の薄膜１１−５の順番に層状に重ねられる。より詳細には、第一の薄膜１１−１〜５は、凸レンズ状の形状と略同一の形状を形成するように積層される。そのため、透過部材１は、入射した電磁波を集光する凸レンズとして機能する。なお、透過部材１のＸ軸方向の厚さｄ_Ｌ１は、前述したように第一の薄膜１１−１〜５を重ねた（積層した）厚さであって、この図２の例ではｄ_Ｌ１＝ｄ_ｓ１×５の関係を満たす。従って、先の式（２）よりｄ_ｓ１＝（ｍ／５）×λ／（４×ｎ_ｃ）となる。ここで、ｍは奇数である。

第一の薄膜１１−１〜５が形成する凸レンズ状の形状の曲率半径は長さＲ１である。すなわち、第一の薄膜１１−１〜５の大きさは、曲率半径Ｒ１の円の境界に接するよう調整された大きさである。曲率半径Ｒ１は、送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３間の距離に基づいて、市販のレンズの曲率半径の長さの算出方法と同様の方法で算出される。

以下、屈折率が式（１）の関係を満たし、厚さが式（２）の関係を満たす薄膜を第一の薄膜１１という。
なお、透過部材１は、必ずしも５枚の第一の薄膜１１を備える必要はなく、ｍを奇数として、複数枚の積層した全体の厚さが物質内波長のｍ／４倍であれば何枚であってもよい。
また、実施形態の透過部材１は、必ずしも同じ厚さの第一の薄膜１１によって構成される必要はなく、屈折率が（ｎ_１×ｎ_２）^１／２である複数枚の薄膜によって構成され、透過部材１の厚さ（すなわち、Ｘ軸方向の幅であり、図２におけるｄ_Ｌ１）が物質内波長の１／４の奇数倍であって、透過部材１の形状が凸レンズに略同一の形状であれば、どのように構成されてもよい。
また、透過部材１は、第一の薄膜１１をシールのように張り合わせることで形成されてもよいし、第一の薄膜１１同士を接着剤で張り合わせることで形成されてもよい。

図４は、第一の実施形態の透過部材１が送信アンテナ７０１に対して十分遠方にある場合における、曲率半径Ｒ１を説明する図である。

図４において、送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３の配置は、図１の無線通信システム７と同様である。
また、図４において、透過部材１は送信アンテナ７０１に対して十分遠方にある。そのため、送信アンテナ７０１が放射する電磁波は、透過部材１の入射面において、近似的に平面波である。例えば、送信アンテナ７０１と透過部材１との間の距離をｄ_ｉｎとすると、ｄ_ｉｎは、ｄ_ｉｎ≧２Ｄ^２λの関係を満たす。

一般に、自身に入射した平面波の電磁波を焦点距離ｆ_０の焦点に集光する凸レンズの曲率半径の長さｒ_０は、外気の屈折率を１とし、自身の屈折率をｎ_０として、ｒ_０＝（ｎ_０−１）ｆ_０の関係を満たす。
一方、図４における透過部材１は、送信アンテナ７０１が放射し、透過部材１に入射する平面波である電磁波を受信アンテナ７０３に集光する。
そのため、図４において焦点距離がｄ_ｆに略同一である透過部材１の曲率半径Ｒ１は、
Ｒ１＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｆ ・・・（３）
と表される。なお、ｄ_ｆは、受信アンテナ７０３と障害物７０２の送信アンテナ７０１側の表面との水平距離である。すなわち、ｄ_ｆは、図４においてはｄ_ｏｕｔとｄ_ｂとの和である。つまり、この図４に示す状況で透過部材１が送信アンテナ７０１に対して十分遠方にある場合、曲率半径を求める上記の式（３）はＲ１＝（ｎ_ｃ−１）（ｄ_ｏｕｔ＋ｄ_ｂ）となる。なお、ｄ_ｏｕｔは、受信アンテナ７０３と、障害物７０２の受信アンテナ７０３側の表面との水平距離である。

図５は、第一の実施形態の透過部材１が送信アンテナ７０１の近傍にある場合における、曲率半径Ｒ２を説明する図である。

図５において、送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３の配置は、図１の無線通信システム７と同様である。また、図５において、透過部材１は送信アンテナ７０１の近傍にある。そのため、送信アンテナ７０１が放射する電磁波は、透過部材１の入射面において、近似的に球面波である。例えば、送信アンテナ７０１と透過部材１との距離ｄ_ｉｎは、ｄ_ｉｎ＜２Ｄ^２λの関係を満たす。

図５において、送信アンテナ７０１上の点Ｐから放射された電磁波は、透過部材１を透過することで平面波となって外気を伝搬し、受信アンテナ７０３に到達する。
そのため、焦点距離がｄ_ｉｎであり、図４における透過部材１の曲率半径Ｒ１は、
Ｒ１＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｉｎ ・・・（４）
の関係を満たす。

なお、図５において、透過部材１を透過した電磁波は受信アンテナ７０３上の一点には集光しない。しかしながら、透過部材１を透過した電磁波は、拡散する球面波の電磁波が拡散しない平面波の電磁波に変換され受信アンテナ７０３によって受信される。以下、この場合についても、集光という。

図６は、第一の実施形態の透過部材１が反射波を抑制することができる原理を説明する図である。

図６において、入射波Ｌ_ｉ１と入射波Ｌ_ｉ２とは同位相で外気を伝搬し透過部材１に入射する電磁波である。入射波Ｌ_ｉ１は、透過部材１と障害物７０２との境界で反射され、反射波Ｌ_Ｒ１として障害物７０２を伝搬し外気に出射する。入射波Ｌ_ｉ２は、外気と透過部材１との境界で反射され、反射波Ｌ_Ｒ２として外気を伝搬する。以下、入射波Ｌ_ｉ１と反射波Ｌ_Ｒ１とを区別しない場合、電磁波Ｌ１という。また、以下、入射波Ｌ_ｉ２と反射波Ｌ_Ｒ２とを区別しない場合、電磁波Ｌ２という。

一般に、電磁波は屈折率が異なる物質が接する箇所において反射される。すなわち、屈折率が異なる物質が接する箇所に入射した電磁波によって反射波が生じる。しかしながら、複数箇所で反射された電磁波の反射波の位相差が１８０度の奇数倍である場合には、反射波同士が互いに打消し合う。そのため、反射波の発生は抑制される。

透過部材１は、複数枚の薄膜を積層した構成であり、その積層した薄膜の全体の厚さが物質内波長（すなわち、λ／n_ｃ）のｍ／４（ｍ：奇数）を有する。そのため、透過部材１に入射する電磁波Ｌ１は、反射波Ｌ_Ｒ１として外部に出射されるまでに、電磁波Ｌ２と比較して半波長の奇数倍の距離だけ長く伝搬する。そのため、電磁波Ｌ１は伝搬によって１８０度の奇数倍に略同一な位相だけ余分に電磁波Ｌ２よりも位相が進む。

また、透過部材１は、屈折率が（ｎ_１×ｎ_２）^１／２である第一の薄膜１１を備える。第一の薄膜１１の屈折率が満たすｎ_ｃ＝（ｎ_１×ｎ_２）^１／２の式は、光学素子の反射防止膜の屈折率を与える式として一般に知られた式である。透過部材１の屈折率がｎ_ｃ＝（ｎ_１×ｎ_２）^１／２の式を満たすため、電磁波Ｌ１が透過部材１から障害物７０２に入射し反射される時の位相のずれと、電磁波Ｌ２が外気から透過部材１に入射し反射される時の位相のずれとは略同一である。

このように透過部材１は、屈折率が（ｎ_１×ｎ_２）^１／２であり、第一の薄膜１１を層状に複数枚積層して備え、ｍを奇数として、全体の厚さが物質内波長のｍ／４であるため、電磁波Ｌ１の反射波Ｌ_Ｒ１と電磁波Ｌ２の反射波Ｌ_Ｒ２とは外気において互いに打消し合う。そのため、透過部材１は、反射波の発生を抑制する。

また、このように構成された透過部材１は、屈折率が（ｎ_１×ｎ_２）^１／２である第一の薄膜１１を層状に複数枚積層して、ｍを奇数として、全体の厚さが物質内波長のｍ／４であるため、障害物７０２に入射する電磁波の反射波の発生を抑制するとともに、電磁波を受信アンテナ７０３に集光し、送信アンテナ７０１の通信可能距離を伸ばすことができる。特に、ＩｏＴデバイスのような小型の無線装置を使う場合には、利得があまり稼げず短い通信距離となるが、このように構成された透過部材１により通信可能距離を伸ばすことができる。
さらに、このように構成された透過部材１は、障害物７０２の表面に設置されるだけで、送信アンテナ７０１の通信可能距離を伸ばすことができる。そのため、例えば、利用するアンテナ口径の拡大や弱い信号の増幅に対応するアンプの高利得化などの方法と比較して、実施形態の透過部材１によれば通信可能距離を伸ばすための装置の大型化及び設置コストの増大を抑制しつつ、通信可能距離を伸ばすことができる。

（変形例）
図７は、障害物７０２に接する第一の薄膜１１が、曲率半径Ｒ１の円に接しない場合の具体例を示す図である。図７の透過部材１は、図２の透過部材１における第一の薄膜１１−１に代えて第一の薄膜１１−６を備える。第一の薄膜１１−６の屈折率及び厚さは、第一の薄膜１１と同じである。第一の薄膜１１−６は、第一の薄膜１１−４と同じかそれよりも広い面積を有する（後述する図１３や図１４を参照）。第一の薄膜１１−６は、障害物７０２に接し、曲率半径Ｒ１の円に接しない。第一の薄膜１１−６は、第一の薄膜１１−４と同じかそれよりも広い面積を有し、屈折率及び厚さが第一の薄膜１１と同じ薄膜であって、曲率半径Ｒ１の円に接しない薄膜であればどのような薄膜であってもよい。例えば、第一の薄膜１１−６は、自身が接する障害物７０２の面の全面を覆う形状であってもよい。この場合には、第一の薄膜１１−６を曲率半径Ｒ１の円に接する形状に加工する必要がないため、透過部材１の作成を容易にする効果を奏する。また、ユーザーが第一の薄膜１１−６を備えた透過部材１を障害物７０２に取り付ける際には、透過部材１が第一の薄膜１１−６を備えるため、ユーザーは障害物７０２を覆うように透過部材１を取り付ければよい。そのため、このように構成された透過部材１は、ユーザーが透過部材１を障害物７０２に取り付けることを容易にするという効果を奏する。なお、第一の薄膜１１の面積とは、第一の薄膜１１のＹＺ面に平行な面の面積である。

（第二の実施形態）
図８は、第二の実施形態の透過部材２の具体的な断面図を示す図である。透過部材２は、図１の無線通信システム７における障害物７０２のＹＺ面に平行な表面に接する。透過部材２は、入射した電磁波の入射面における反射を抑制するとともに、その入射した電磁波を受信アンテナ７０３に集光させる。なお、図８のＸＹＺ座標は、図１のＸＹＺ座標と同じである。以下、図２〜５と同様のものに対しては、同じ符号を付して説明を省略する。
また、先の図６で説明した２つの反射波Ｌ１及びＬ２に関して、この図８においては、第三の薄膜１３の表面での反射波（先のＬ１が第一の薄膜１１−１であった点とは異なる）と、第二の薄膜１２−５の表面での反射波（先のＬ２に相当）になる。

透過部材２は、レンズ状部材２１及び第三の薄膜１３を備える。レンズ状部材２１及び第三の薄膜１３は屈折率ｎ_２を有する。レンズ状部材２１は、凸レンズ状の形状であって、障害物７０２の、送信アンテナ７０１側の面に接する。一方、第三の薄膜１３は、障害物７０２の他方の面（すなわち、受信アンテナ７０３側の面）に接する。透過部材２のレンズ状部材２１の厚さｄ_Ｌ２と第三の薄膜１３の厚さｄ_ｓ３とは、障害物７０２の厚さをｄ_ｂとして、ｄ_L２＋ｄ_ｂ＋ｄ_ｓ３＝ｍ×λ／（４×ｎ_２）の関係を満たす厚さである。レンズ状部材２１は、第二の薄膜１２−１〜５を備える。第二の薄膜１２−１〜５は、それぞれ同じ厚さｄ_ｓ２及び屈折率ｎ_２を有するものの、形状又は大きさが異なる。第二の薄膜１２−１〜５は、ＹＺ面において円形であり、第二の薄膜１２−１、第二の薄膜１２−２、第二の薄膜１２−３、第二の薄膜１２−４、第二の薄膜１２−５の順番に半径が短い。第二の薄膜１２は、第一の薄膜１１と同様に、凸レンズ状の形状と略同一の形状を形成するように積層される。したがって、レンズ状部材２１の形状は凸レンズに略同一の形状である。また、第二の薄膜１２−１〜５は、第一の薄膜１１−１〜５と同様に、曲率半径Ｒ２の円に接するように積層される。曲率半径Ｒ２は、曲率半径Ｒ１と同様の方法によって算出される。

以下、屈折率がｎ_２であり、厚さがｄ_ｓ２である薄膜を第二の薄膜１２という。
なお、透過部材２は、必ずしも５枚の第二の薄膜１２を備える必要はなく、第三の薄膜１３と障害物７０２の厚さを全て合せた全体の厚さが、ｍを奇数として、物質内波長のｍ／４倍であれば、どのような枚数の第二の薄膜１２を備えてもよい。
また、実施形態のレンズ状部材２１は、必ずしも同じ厚さの第二の薄膜１２によって構成される必要はない。レンズ状部材２１は、以下の３つの条件を満たすように構成されればどのように構成されてもよい。第一の条件は、自身の屈折率をｎ_２として、自身の厚さと、屈折率ｎ_２の障害物７０２の厚さと、屈折率ｎ_２の第三の薄膜１３の厚さとの合計の厚さが物質内波長の１／４の奇数倍の関係を満たす厚さであることである。第二の条件は、凸レンズに略同一の形状であることである。第三の条件は、屈折率がｎ_２の複数枚の薄膜によって構成されることである。
また、透過部材２は、第二の薄膜１２をシールのように張り合わせることで形成されてもよいし、第二の薄膜１２同士を接着剤で張り合わせることで形成されてもよい。

第三の薄膜１３は、障害物７０２を伝搬する電磁波が障害物７０２から外気に入射する場合に生じる反射波の発生を抑制する。
第三の薄膜１３は、屈折率がｎ_２の薄膜であって、障害物７０２の有する表面のうち第二の薄膜１２が接する表面とは反対側の表面に接する。なお、障害物７０２に接する第三の薄膜１３の面は厚さ方向に垂直な面である。第三の薄膜の厚さｄ_ｓ３は、ｄ_Ｌ２＋ｄ_ｂ＋ｄ_ｓ３がλ／（４×ｎ_２）の奇数倍となる厚さである。
すなわち、第三の薄膜の厚さｄ_ｓ３は、
ｄ_Ｌ２＋ｄ_ｂ＋ｄ_ｓ３＝λ／（４×ｎ_２）×ｍ（ｍ：奇数） ・・・（５）
の関係を満たす。なお、ｄ_Ｌ２は、第二の薄膜１２−１〜５を重ねた厚さであってｄ_Ｌ２＝ｄ_ｓ２×５の関係を満たす。
第三の薄膜の厚さｄ_ｓ３がλ／（４×ｎ_２）の奇数倍であるため、図６と同様の物理現象によって、障害物７０２から外気に入射する電磁波の反射波の発生が抑制される。
第三の薄膜１３は、自身が接する障害物７０２の表面の全体を覆ってもよいし、一部を覆ってもよい。

次に、図９〜１１によって、第二の実施形態の透過部材２の曲率半径Ｒ２と、送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３の水平方向の配置との関係を説明する。

図９は、図１の無線通信システム７における第二の実施形態の透過部材２の使用例を示す図である。図９において、透過部材２と送信アンテナ７０１との距離をｄ_ｉｎとして、ｄ_ｉｎは（ｄ_ｉｎ≧２Ｄ^２／λの関係を満たす。そのため、送信アンテナ７０１が放射した電磁波は、透過部材２の入射面において、近似的に平面波である。透過部材２は、入射した電磁波を受信アンテナ７０３に集光する。

そのため、図９における透過部材２は、第一の実施形態の図４の説明と同様に、曲率半径Ｒ２が、
Ｒ２＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｆ ・・・（６）
の関係を満たす。前述したようにｄ_ｆは、受信アンテナ７０３と障害物７０２の送信アンテナ７０１側の表面との水平距離である。そのため、図９においては、ｄ_ｆ＝ｄ_ａｌｌ−（ｄ_ｉｎ＋ｄ_Ｌ２）であり、曲率半径を求める（６）式は、Ｒ２＝（ｎ_ｃ−１）｛ｄ_ａｌｌ−（ｄ_ｉｎ＋ｄ_Ｌ２）｝となる。ここでｄ_ａｌｌは、送信アンテナ７０１と受信アンテナ７０３との水平方向の距離である。

図１０は、図９における、透過部材２の曲率半径Ｒ２と送信アンテナ７０１と受信アンテナ７０３との距離ｄ_ａｌｌとの関係を示すシミュレーション結果の図である。なお、図１０のシミュレーションにおいて、図９のｄ_ａｌｌは１０≦ｄ_ａｌｌ／Ｈ１の関係を満たす。 また、図９において、送信アンテナ７０１の中心と受信アンテナ７０３の中心とを結ぶ直線と障害物７０２の表面とのなす角θ_ａ は、θ _ａ ＜５．７１ｄｅｇの関係を満たす。
図１０は、図９において、ｎ_１＝１．００、ｎ_２＝１．５０、ｎ_ｃ＝１．２２、ｄ_ｉｎ＝５ｃｍ、ｄ_Ｌ１＝１５λ／（４×ｎ_ｃ）＝１５×０．４／（４×１．２２）≒１．２３ｃｍである場合に、周波数が７５ＧＨｚの電磁波を受信アンテナ７０３に集光する透過部材２の曲率半径Ｒ２とｄ_ａｌｌとの関係を表す。ここで、ｄ_ｉｎ＋ｄ_Ｌ２≒６．７ｃｍが固定値であり、ｄ_ａｌｌが０〜２００ｍの範囲内の値である場合における曲率半径Ｒ２を求めて示す。なお、図１０は、第二の薄膜１２を積層し構成した透過部材２の全体の厚さｄ_Ｌ２が４５λ／（４×n_ｃ）＝４５×０．４／（４×１．２２）≒３．７ｃｍとしたシミュレーションの結果である。図１０のグラフは、ｄ_ａｌｌが大きいほど曲率半径Ｒ２が大きいことを示す。

図１１は、送信アンテナ７０１と障害物７０２との水平方向の距離ｄ_ｉｎ＋ｄ_Ｌ２と透過部材２の曲率半径Ｒ２との関係を示す図である。なお、図１１のシミュレーションにおいて、図９のｄ_ａｌｌは１０≦ｄ_ａｌｌ／Ｈ１の関係を満たす。
図１１のグラフは、図９において、ｎ_１＝１．００、ｎ_２＝１．５０、ｎ_ｃ＝１．２２、ｄ_ａｌｌ＝２００ｍである場合に、周波数が７５ＧＨｚの電磁波を受信アンテナ７０３に集光する透過部材２の曲率半径Ｒ２とｄ_ａｌｌとの関係を表す。ここで，ｄ_ａｌｌ＝２００ｍが固定値であり、ｄ_ｉｎ＋ｄ_Ｌ２が０〜４０ｃｍの範囲内の値である場合における曲率半径Ｒ２のグラフを示す。曲率半径Ｒ２はｄ_ｉｎ＋ｄ_Ｌ２が大きいほど小さい値である。

このように構成された透過部材２は、屈折率が障害物７０２と同じ屈折率であり、ｄ_Ｌ２＋ｄ_ｂ＋ｄ_ｓ３がλ／（４ｎ_２）の奇数倍の関係を満たす第二の薄膜１２−１〜５及び第三の薄膜１３を備えるため、障害物７０２を透過し外気に出力される電磁波の強度を、透過部材２がない場合と比較して増大することができる。また、このように構成された透過部材２は、複数枚の第二の薄膜１２を凸レンズ状の形状を形成するように層状に積層して、ｍを奇数として全体の厚さが物質内波長のｍ／４とするため、電磁波を受信アンテナ７０３に集光することができる。また、このように構成された透過部材２は、障害物７０２と同じ屈折率を有するため、障害物７０２と同じ素材によって作製可能であり、透過部材の作製を容易にするという効果を奏する。
（変形例）

透過部材２は、必ずしも全ての第二の薄膜１２が曲率半径Ｒ２の円に接する必要はなく、例えば、障害物７０２に接する第二の薄膜１２が、障害物７０２の片面の全面を覆う広さであって、曲率半径Ｒ２の円に接しなくてもよい。

図１２は、障害物７０２に接する第二の薄膜１２が、曲率半径Ｒ２の円に接しない場合の具体例を示す図である。図１２の透過部材２は、図８の透過部材２における第二の薄膜１２−１に代えて第二の薄膜１２−６を備える。第二の薄膜１２−６の屈折率及び厚さは、第二の薄膜１２でと同じである。第二の薄膜１２−６は、障害物７０２に接し、曲率半径Ｒ２の円に接しない。第二の薄膜１２−６は例えば、障害物７０２の透過部材２に接する面の全面を覆う形状であってもよい。この場合には、第二の薄膜１２−６を曲率半径Ｒ２の円に接する形状に加工する必要がないため、透過部材２の作成を容易にする効果を奏する。また、ユーザーにとって、第二の薄膜１２−６を備えた透過部材２を障害物７０２に取り付けることは、第二の薄膜１２−１を備えた透過部材２を障害物７０２に取り付ける場合と異なり、取り付け前に第二の薄膜１２を曲率半径Ｒ２の円に接する形状に加工する手間が減少する。そのため、このように構成された透過部材１は、ユーザーが透過部材２を取り付けることを容易にするという効果を奏する。

なお、第二の薄膜１２−６の形状及び面積は、第二の薄膜１２−４と同じかそれよりも広い面積を有し、障害物７０２の有する表面の一部又は全部を覆う形状及び面積であればどのような形状及び面積であってもよい。

以下、図１３〜図１５によって、第一の実施形態の透過部材１と、第二の実施形態の透過部材２とに共通の変形例を説明する。ただし、簡単のため、透過部材が透過部材１であるとして説明を行う。なお、図１３〜１５における、かっこ内の数字は、その符号で表される部材であってもよいことを示す。すなわち、例えば、図１３における、１（２）との符号は、透過部材１であってもよいし、２であってもよいことを示す。

図１３は、変形例の透過部材１を正面から見た構成の具体例を示す図である。透過部材１の第一の薄膜１１は、必ずしも全ての第一の薄膜１１がＹＺ面内で円形でなくてもよく、本図が示すように、ＹＺ面内の形状が四角形や八角形等の非円形であってもよい。
また、図７に示したように、透過部材１の第一の薄膜１１の一部は、障害物７０２を覆う面積を有する第一の薄膜１１であってもよい。

変形例の透過部材１は、必ずしも障害物７０２に一つだけの透過部材１が接しなくてもよく、複数の透過部材１が障害物７０２に接してもよい。

図１４は、複数の透過部材１が障害物７０２に接する場合の透過部材１の具体的な配置を示す図である。以下、実施形態の透過部材１を複数個備えた部材を第一の集合部材１０１という。第一の集合部材１０１において、透過部材１は、互いに外接するように配置されてもよい。この場合、第一の集合部材１０１における透過部材１の面内密度が高まる。そのため、第一の集合部材１０１は、障害物７０２への電磁波の照射面積が透過部材１の面積より広い場合には、透過部材１がひとつの場合よりも高効率に、電磁波を集光する効果を奏する。

図１５は、図１３に示す変形例の透過部材１をＹＺ面内に複数の配置する場合の透過部材１の具体例な配置を示す図である。以下、変形例の透過部材１を複数個、備えた部材を第二の集合部材１０２という。第二の集合部材１０２において、変形例の透過部材１は、本図が示すように、ＹＺ面内の形状が四角形や八角形等の非円形や円形である薄膜が、障害物７０２に、互いに接するように複数枚配置されてもよい。

＜θ_ａ≒０とみなせない場合について＞
以下、送信アンテナ７０１、障害物７０２及び受信アンテナ７０３を無線通信システム７と同様の順番で備えるものの、θ_ａ≒０とみなせない無線通信システム（以下「非近似成立システム」という。）について説明する。非近似成立システムにおいては、透過部材１又は２は式（３）〜（６）においてそれぞれ、ｄ_ｆをｄ_ｆ／ｃｏｓ（θ_ａ）に置換し、ｄ_ｂをｄ_ｂ／ｃｏｓ（θ_ａ）に置換した以下の式（７）〜（１０）を満たす。
Ｒ１＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｆ／ｃｏｓ（θ_ａ）・・・（７）
Ｒ１＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｉｎ／ｃｏｓ（θ_ａ）・・・（８）
（ｄ_Ｌ２＋ｄ_ｂ＋ｄ_ｓ３）／ｃｏｓ（θ_ａ）＝λ／（４×ｎ_２）×ｍ・・・（９）
Ｒ２＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｆ／ｃｏｓ（θ_ａ）・・・（１０）

なお、非近似成立システムの使用シーンの一例は、例えば、地上から１０ｍの位置のビル壁の看板内に送信アンテナ７０１が設置され、３０ｍ幅の道路を挟んでそのビルと向き合うビルの屋上（地上から２０ｍ）に受信アンテナ７０３が設置された無線通信システムである。この場合、両アンテナ間の水平距離ｄ_ａｌｌが３０ｍで高低差Ｈ１が１０ｍなので、１０＞ｄ_ａｌｌ／Ｈ１（＝３）となり、１０≦ｄ_ａｌｌ／Ｈ１の関係とθ_ａ＜５．７１ｄｅｇの関係とが満たされない。すなわち、θ_ａ≒０がみたされない。

以下、非近似成立システムにおける電磁波の屈折を説明する。

図１６は、障害物７０２を伝搬する電磁波の経路を示す図である。図１６には、電磁波の経路を顕著にするため、図１における障害物７０２を拡大して記載してある。
送信アンテナ７０１が放射した電磁波は、障害物７０２に入射する。障害物７０２に入射した電磁波は屈折し、障害物７０２を伝搬する。障害物７０２から外気へ伝搬する境界においては，この境界へ入射角θ_ｂで入射して、外気中に出射角θ_ａの方向に伝搬する。
電磁波が障害物７０２を通過する距離（以下「伝搬経路長」という。）をＵとして、Ｕは、Ｕ＝ｄ_ｂ／ｃｏｓ（θ_ｂ）である。

スネルの法則を考えると、ｎ_１×ｓｉｎ（θ_ｂ）＝ｎ_２×ｓｉｎ（θ_ａ）であるため、
θ_ｂ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１×ｓｉｎ（θ_ａ））／ｎ_２ …（１１）
を満たす。
そのため、伝搬経路長Ｕは
Ｕ＝ｄ_ｂ／ｃｏｓ｛ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１×ｓｉｎ（θ_ａ））／ｎ_２｝ …（１２）
である。

式（１１）及び（１２）を用いて、障害物７０２による電磁波の屈折によって電磁波が到達する受信アンテナ７０３上の箇所がズレることと、その大きさとを具体的に示す。図１６において、ｄ_ａｌｌ＝３０ｍ、Ｈ１＝１０ｍ、ｄ_ｂ＝８ｍｍ、ｎ_１＝１．００及びｎ_２＝１．５０の場合を検討する。まず、ｄ_ａｌｌ＝３０ｍ、Ｈ１＝１０ｍであるため、ｔａｎ（θ_ａ）＝Ｈ１／ｄ_ａｌｌ＝１０／３０≒０．３３３である。またこの場合、θ_ａ＝１８．４３ｄｅｇである。ｓｉｎ（θ_ａ）＝０．３１６であるため、式（１１）を用いて、
θ_ｂ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１×ｓｉｎ（θ_ａ））／ｎ_２
＝ａｒｃｓｉｎ（１．００×０．３１６）／１．５０
＝１８．４３／１．５０
＝１２．２９ｄｅｇ
である。
そのため、ｔａｎ（θ_ｂ）＝０．２１８であり、ｄ_ｂ｛ｔａｎ（θ_ａ）−ｔａｎ（θ_ｂ）｝≒８×｛０．３３３−０．２１８｝＝０．９２ｍｍである。したがって、Ｈ１＝１０ｍなので、０．９２ｍｍ／１０ｍは０．０００１以下の非常に小さい値である。
このことは、非近似成立システムであっても、条件次第では無線通信システム７と略同一の経路を伝搬する電磁波が存在することを示す。さらに、このことは、非近似成立システムであっても条件次第では、透過部材１又は２は式（３）〜（１０）を満たすことを示す。

なお、θ_ａ≒０とみなせないものの電磁波の障害物７０２による屈折を考慮しない場合（すなわち、伝搬経路長をｄ_２／ｃｏｓ（θ_ａ）とする場合）と、屈折を考慮する場合との伝搬経路長の差は次の通りである。屈折を考慮しない場合の伝搬経路長は、ｄ_ｂ／ｃｏｓ（θ_ａ）＝８／０．９８９＝８．０９ｍｍである。一方、屈折を考慮する場合の伝搬経路長は、ｄ_ｂ／ｃｏｓ（θ_ｂ）＝８／０．９４９＝８．１９ｍｍである。これらの差（以下「式依存経路長差」という。）は０．２４ｍｍである。式依存経路長差は、屈折を考慮する場合の伝搬経路長の３％程度の大きさであり、屈折を考慮する場合の伝搬経路長と比較して小さな値である。また、式依存経路長差は障害物の厚さｄ_ｂと比較しても小さな値である。このことは、透過部材１又は２は、非近似成立システムにおいても条件次第では、式（３）〜（１０）の一部又は全部をよい精度で満たすことを意味する。よい精度とは、式（３）〜（１０）の一部又は全部を満足する透過部材１又は２は、式（１１）及び（１２）を満足する透過部材１又は２が集光する位置及び範囲に略同一の位置及び範囲に集光する、ことを意味する。

図１７は、透過部材１又は２が非近似成立システムにおいて使用される場合の具体的な例を示す図である。図１と同様の機能をもつものに対しては、同じ符号を付すことで説明を省略する。
図１７において、直交座標系であるＸＹＺ座標系のＸ軸は水平方向に平行な軸であり、Ｙ軸は鉛直方向に平行な軸である。

送信アンテナ７０１ａは、例えば、屋内の天井に設置されたスモールセル基地局、ＩｏＴデバイス、無線ＬＡＮアクセスポイント等である。送信アンテナ７０１ａは、開口径がＤである。送信アンテナ７０１ａは、高さｈ_３（すなわち、Ｙ座標がｈ_３）の位置に存在する。高さｈ_３の位置に存在するとは、自身の中心点のＹ座標がｈ_３であることを意味する。送信アンテナ７０１はＹ軸負方向であって、鉛直方向に対して角度θ_ａの方向に電磁波を放射する。角度θ_ａは送信アンテナ７０１ａと受信アンテナ７０３ａとの中心を結ぶ直線が鉛直方向となす角である。

障害物７０２ａは、入射した電磁波を所定の透過率で透過させる部材であって、例えば、天井や、看板面や、照明機器のグローブである。障害物７０２ａは、厚さ（すなわち、Ｙ軸方向の幅）がｄ_ｂである。障害物７０２ａの波長λの電磁波に対する屈折率はｎ_２である。

受信アンテナ７０３ａは、例えば、屋内の壁に設置されたエントランス基地局やネットワーク接続ポイントである。受信アンテナ７０３ａは、送信アンテナ７０１ａに対して、Ｘ軸方向に距離ｄ_ａｌｌ離れた場所に存在する。受信アンテナ７０３ａは、ｈ_３よりもＹ軸負方向にＨ２だけ離れた高さｈ_５に存在する。なお、Ｈ２は、Ｈ２＜＜ｄ_ａｌｌの関係を満たさない。Ｈ２は例えば５ｍであって、ｄ_ａｌｌは例えば、３０ｍである。そして、この図１７での屋内における天井の高さがｈ４であり，この高さｈ４には障害物７０２ａも存在する。
送信アンテナ７０１ａ、障害物７０２ａ及び受信アンテナ７０３ａは、Ｙ軸負方向に、送信アンテナ７０１ａ、障害物７０２ａ、受信アンテナ７０３ａの順番に配置される。

送信アンテナ７０１がＹ軸負方向であって、鉛直方向に対して角度θ_ａの方向に放射した電磁波は、障害物７０２ａを透過する。障害物７０２ａを通過した電磁波は、屈折率ｎ_１の外気中を垂直方向に対して角度θ_ａの方向に伝搬し、受信アンテナ７０３ａに到達する。角度θ_ａは、例えば、Ｈ２が５ｍであって、ｄ_ａｌｌが３０ｍである場合には、５８．９９ｄｅｇである。また、この場合、１／ｃｏｓ（θ_ａ）は、１．９４１に略同一である。

図１８は、障害物７０２ａを伝搬する電磁波の経路を示す図である。図１８には、電磁波の経路を顕著にするため、図１７における障害物７０２ａを拡大して記載してある。

送信アンテナ７０１ａが放射した電磁波は、障害物７０２ａに入射する。障害物７０２ａに入射した電磁波は屈折し、障害物７０２ａを伝搬する。障害物７０２ａから外気へ伝搬する境界においては，この境界へ入射角θ_ｂで入射して、外気中に出射角θ_ａの方向に伝搬する。出射した電磁波は受信アンテナ７０３ａに入射する。

図１６と同様にして、角度θ_ｂは、
θ_ｂ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１×ｓｉｎ（θ_ａ））／ｎ_２ ・・・（１３）
を満たす。また、図１６と同様にして、ｄ_ｂは、
ｄ_ｂ／cosθ_ｂ ＝ ｄ_ｂ／cos｛ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１×sinθ_ａ）/ｎ_２｝ ・・・（１４）
を満たす。
そのため、図１７及び１８においては、透過部材１又は２は式（３）〜（６）においてそれぞれ、ｄ_ｆをｄ_ｆ／cos｛ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１×sinθ_ａ）/ｎ_２｝に置換し、ｄ_ｂをｄ_ｂ／cos｛ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１×sinθ_ａ）/ｎ_２｝に置換した式（７）〜（１０）を満たす。

式（１３）及び（１４）を用いて、障害物７０２ａによる電磁波の屈折によって電磁波が到達する受信アンテナ７０３ａ上の箇所がズレることと、その大きさとを具体的に示す。図１８において、ｄ_ａｌｌ＝３０ｍ、Ｈ２＝５ｍ、ｄ_ｂ＝８ｍｍ、ｎ_１＝１．００及びｎ_２＝１．５０の場合を検討する。まず、ｄ_ａｌｌ＝３０ｍ、Ｈ２＝５ｍであるため、ｔａｎ（θ_ａ）＝Ｈ２／ｄ_ａｌｌ＝５／３０≒０．１６６である。またこの場合、θ_ａ＝９．４６ｄｅｇである。ｓｉｎ（θ_ａ）＝０．１６４であるため、式（１３）を用いて、
θ_ｂ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_１×ｓｉｎ（θ_ａ））／ｎ_２
＝ａｒｃｓｉｎ（１．００×０．１６４）／１．５０
＝９．４６／１．５０
＝６．３１ｄｅｇ
である。
そのため、ｔａｎ（θ_ｂ）＝０．１１１であり、ｄ_ｂ｛ｔａｎ（θ_ａ）−ｔａｎ（θ_ｂ）｝≒８×｛０．１６６−０．１１１｝＝０．４４ｍｍである。したがって、このことは、Ｈ２＝５ｍなので、アンテナ間の高低差に比べて、電磁波が集光される位置のズレは非常に小さいことを意味する。
このことは、図１６と同様に、非近似成立システムであっても、条件次第では無線通信システム７と略同一の経路を伝搬する電磁波が存在することを示す。

なお、透過部材は、レンズの一例である。なお、外気は媒質の一例である。なお、第三の薄膜１３は、薄膜状部材の一例である。なお、第一の集合部材１０１及び第二の集合部材１０２は、複眼レンズの一例である。なお、図２における第一の薄膜１１−１と、図７における第一の薄膜１１−６と、図８における第二の薄膜１２−１とは、前記複数の薄膜のうちの最も大きな面積を有する薄膜の一例である。送信アンテナ７０１は、第一のアンテナの一例である。受信アンテナ７０３は、第二のアンテナの一例である。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…第一の実施形態の透過部材、２…第二の実施形態の透過部材、 １１…第一の薄膜、１２…第二の薄膜、１３…第三の薄膜、２１…レンズ状部材、７０１…送信アンテナ、７０２…障害物、７０３…受信アンテナ、１０１…第一の集合部材、１０２…第二の集合部材

Claims (5)

1. 屈折率がｎ_１である媒質を伝搬する波長λの電磁波に対する屈折率がｎ_ｃの複数の薄膜が層状に並び、前記複数の薄膜の一部又は全部が凸レンズの形状に略同一の形状を成し、前記複数の薄膜のうちの最も大きな面積を有する薄膜が、前記電磁波に対する屈折率がｎ _２ であって、前記電磁波を所定の透過率で透過させる障害物が有する面のうち一方の面に接し、
   ｎ _ｃ ＝（ｎ _１ ×ｎ _２ ） ^１／２ であり、前記複数の薄膜の前記一方の面に垂直な方向の厚さがλ／（４×ｎ_ｃ）の奇数倍である、
   レンズ。
2. 屈折率がｎ_１である媒質を伝搬する波長λの電磁波に対する屈折率がｎ_２の複数の薄膜が層状に並び、前記複数の薄膜の一部又は全部が凸レンズの形状に略同一の形状を成し、前記複数の薄膜のうちの最も大きな面積を有する薄膜が、前記電磁波に対する屈折率がｎ _２ であって、前記電磁波を所定の透過率で透過させる障害物が有する面のうち一方の面に接するレンズ状部材と、
   前記電磁波に対する屈折率がｎ_２であって、前記障害物が有する面のうち、前記レンズ状部材が接する面に平行であり、前記レンズ状部材が接する面の反対側に存在する面に接する薄膜状部材と、
   を備え、
   前記レンズ状部材の前記一方の面に垂直な方向の厚さと、前記障害物の前記一方の面に垂直な方向の厚さと、前記薄膜状部材の前記一方の面に垂直な方向の厚さとの合計の厚さが、
   λ／（４×ｎ_２）の奇数倍である、
   レンズ。
3. 前記複数の薄膜と、前記障害物の前記一方の面の側に配置され前記電磁波を放射する第一のアンテナとの距離ｄ_ｉｎが、前記第一のアンテナの開口の長さをＤとして、ｄ_ｉｎ≧２Ｄ^２／λである場合において、前記凸レンズの形状に略同一の形状は、前記第一のアンテナと、前記障害物の前記一方の面の反対側に配置され前記電磁波を受信する第二のアンテナとの距離をｄ_ａｌｌとし、前記複数の薄膜の厚さの合計をｄ_ｌとした場合に、Ｒ＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｆ、ｄ_ｆ＝ｄ_ａｌｌ−（ｄ_ｉｎ＋ｄ_ｌ）を満たす曲率半径Ｒの球面に接する形状である、
   請求項１に記載のレンズ。
4. 前記複数の薄膜と、前記障害物の前記一方の面の側に配置され前記電磁波を放射する第一のアンテナとの距離ｄ_ｉｎが、前記第一のアンテナの開口の長さをＤとして、ｄ_ｉｎ＜２Ｄ^２／λである場合において、前記凸レンズの形状に略同一の形状は、Ｒ＝（ｎ_ｃ−１）ｄ_ｉｎを満たす曲率半径Ｒの球面に接する形状である、
   請求項１に記載のレンズ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズを複数備える、
   複眼レンズ。

Images