JP2017152958A - 不可視化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不可視包囲体を取り除かなくても不可視包囲体の外側と内側とで電磁波のやり取りが可能なアクティブな不可視化装置を提供する。
【解決手段】不可視包囲体（３）は、物体（Ｍ）を格納する空洞部（３１）及び前記空洞部を囲む放電空間（３２）を有する。プラズマ生成部（４）は、放電空間（３２）の内部にプラズマを生成し、プラズマ分布制御部（５）が、存在する電磁波に応じて印加電力を変化させて放電空間（３２）の電子密度分布を変化させることにより、プラズマの比誘電率を変化させ、以て物体（Ｍ）の可視化と不可視化とを切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、包囲体と包囲体の内部に配置した物体とに対する電磁波、特にマイクロ波帯以下の電磁波を用いた検出を困難にする不可視化装置に関するものである。なお、ここで言う「不可視」とは、包囲体内に物体が配置されているか否かに拘わらず、包囲体が存在している状況で所定の位置を通過した電磁波の伝搬状態を、包囲体が存在していない状況でその所定の位置を通過した電磁波の伝搬状態と同様にすることを意味する。

従来より、電磁波散乱による電波障害の抑制などを目的として、人工的に内部の屈折率を制御した包囲体で物体を包囲する技術が知られている。このような技術を用いると、包囲体及び包囲体の内部に配置した物体が存在している状況で所定の位置を通過した電磁波の伝搬状態が、包囲体及び包囲体の内部に配置した物体が存在していない状況でその所定の位置を通過した電磁波の伝搬状態と同様になり、包囲体及び包囲体の内部に配置した物体を特定の電磁波に対して不可視化できることになる。そのため、物体を不可視化する不可視化装置の研究が進められている。

このような不可視化装置としては、例えば、金属、誘電体、磁性体等の小片（粒子、棒、薄膜など）、又は金属、誘電体、磁性体等の混合膜を、波長に対して十分短い間隔で配列した包囲体の断面の屈折率分布を人為的に調整することによって、電磁波に対する包囲体と物体との不可視化を実現したパッシブな不可視包囲体がある（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、この特許文献１の不可視包囲体は、内部に空洞部を備えた円筒状の中央包囲体と、均質材料から成る外郭体とを備え、空洞部にある物体と中央包囲体自身とを電磁波に対して不可視化するものである。中央包囲体は、誘電率の異なる複数種類の材料を半径方向に積層したものである。中央包囲体の半径に応じて、中央包囲体各部の誘電率の実効的な値が調整されている。誘電テンソルの半径方向成分は、中央包囲体の半径に応じて増加する。最外周における誘電テンソルの半径方向成分は、外郭体の誘電率よりも小さな所定値となる。この不可視包囲体は、複雑な構造を使用せず、通常媒質材料による簡単な構造体によって構成されている。そのため、広範囲の周波数帯域において不可視特性を実現している。

国際公開第ＷＯ２０１１／１１８７１０号

上述したような従来の不可視化装置としての不可視包囲体では、通常媒質材料（例えば、誘電体又は磁性体）の小片又は混合膜を用いて包囲体の誘電テンソルが構成されている。そのため、空洞部の内側にある物体を電磁波に対して不可視状態とすることができる。
しかしながら、空洞部の内側にある物体は常に不可視状態となる。従って、電波障害の防止を目的として建築物などの周囲に従来の不可視包囲体を設けた場合、この不可視包囲体を取り除かない限り、不可視包囲体の外側と内側とでは電磁波のやり取りができないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、不可視包囲体を取り除かなくても不可視包囲体の外側と内側とで電磁波のやり取りが可能なアクティブな不可視化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る不可視化装置は、物体を格納する空洞部、及び前記空洞部を囲む放電空間を有する不可視包囲体と、前記放電空間の内部にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部によって生成された前記プラズマの電子密度分布を、存在する電磁波に応じて印加電力を変化させることにより前記放電空間の比誘電率を変化させ、以て前記物体の可視化と不可視化とを切り替えるプラズマ分布制御部とを備えるものである。

本発明によれば、プラズマ化した放電ガスの電子密度分布を制御することによって放電空間内部の比誘電率が制御される。そのため、空洞部内側の物体に依存した電磁波の散乱を抑制できる比誘電率となるように制御することによって物体の不可視化を実現する一方、放電ガスの励起を停止して物体に依存した電磁波の散乱を促す比誘電率となるように制御することによって物体の可視化を実現することができる。
すなわち、電子密度分布を制御して比誘電率を変化させることによって、物体の可視化と不可視化とを切り替えることができる。従って、不可視包囲体を取り除くことなく物体の可視化と不可視化との切り替えが可能な不可視化装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る不可視化装置を概略的に示した図である。 図２に示す不可視化装置を具体的に示した図である。 図２に示す不可視化装置の実施例１を示した図である。 図３に示す不可視化装置において、プラズマを生成しない場合に、電磁波（平面波）が不可視包囲体の周囲を伝搬する様子をシミュレートした結果を示す図である。 図３に示す不可視化装置において、プラズマを生成した場合に、電磁波（平面波）が包囲体周囲を伝搬する様子をシミュレートした結果を示す図である。 図２に示す不可視化装置の実施例２を示した図である。 図２に示す不可視化装置の実施例３を示した図である。 図２に示す不可視化装置の実施例４を示した図である。 図８のＡ−Ａ’線で切断した断面図である。 図２に示す不可視化装置の実施例５を示した図である。 図２に示す不可視化装置の実施例６を示した図である。 図２に示す不可視化装置の実施例７を示した図である。 図１２に示す不可視化装置において、包囲体の軸に電界が平行な電磁波が入射した場合の包囲体の散乱特性を計算した結果の図である。 図１２に示す不可視化装置において、包囲体の軸に電界が垂直な電磁波が入射した場合の包囲体の散乱特性を計算した結果の図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示する不可視化装置の種々の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
本発明の本実施の形態１に係る不可視化装置を、図１及び図２を参照して説明する。
不可視化装置１１は、図１に示すように、不可視包囲体（以下、単に包囲体と称することがある。）３と、プラズマ生成部４と、プラズマ分布制御部５と、電磁波探知部６と、ガス制御部７とを備える。
包囲体３は、電磁波を透過する絶縁性材質によって構成された円筒状の容器であり、内部に空洞部３１と、放電空間３２とを備えている。
空洞部３１は、包囲体３と中心軸を同一とする円筒状の空洞であり、図２に示すように、物体Ｍを格納する空間である。
放電空間３２は、包囲体３の内部に設けられた空間であり、図示しないガス供給口及びガス排出口を有する。包囲体３の中心軸と放電空間３２の中心軸とは同一である。放電空間３２は、内部に所定の放電ガスを保持できるように、ガス供給口及びガス排出口を除いて密封された構造となっている。

プラズマ生成部４は、放電ガスを励起してプラズマＰを生成するための部材であり、放電電極４１と、電源４２と、電力制御器４３と、電源線４４とを備える。
放電電極４１は、プラズマを発生させる要素であり、後述する実施例に示すように、放電空間３２の壁面、ここでは放電空間３２の底面に設けられている。
電源４２は、プラズマ生成部４の各部に電力を供給する要素であり、直流電力、正弦波の波形を有する交流電力、又はパルス波形を有する交流電力を発生する。電源４２によって発生された電力は、電源線４４を通って放電電極４１に印加される。この放電電極４１に供給された電力は、放電ガスをプラズマＰに励起する。
電力制御器４３は、放電電極４１と電源４２との間に電源線４４を介して接続されており、電源４２から放電電極４１への電力の供給を制御する。

プラズマ分布制御部５は、放電空間３２内部のプラズマＰの電子密度分布を制御するための部材であり、分布制御電極５１と、電圧源５２と、電圧制御器５３と、電圧線５４とを備える。
分布制御電極５１は、プラズマＰ内部の電子を制御する要素であり、後述する実施例に示すように、空洞部３１の内部に設けられている。
電圧源５２は、負、ゼロ又は正の直流電圧を発生する。電圧源５２によって発生された電圧は、電圧線５４を通って分布制御電極５１に印加される。この分布制御電極５１に供給された電圧によって、プラズマＰ内部の電子を空洞部３１側に引き付けたり、又は、排斥したりする制御を行うことができる。すなわち、分布制御電極５１に電圧を供給することによって、放電空間３２内部のプラズマＰの電子密度分布を制御することができる。
電圧制御器５３は、分布制御電極５１と電圧源５２の間に電圧線５４を介して接続されており、電圧源５２から分布制御電極５１への電圧の供給を制御する。

電磁波探知部６は、電磁波を受信するアンテナ６１と、受信した電磁波を解析する受信器６２とを備える。受信器６２としては、例えば、同調受信器、スーパーヘテロダイン受信器又はチャネライズド受信器などを用いても良い。電磁波探知部６は、包囲体３の外側に設けられる。

電磁波探知部６の受信器６２は、電力制御器４３と、電圧制御器５３と、吸排気制御器７４とに接続され、受信した電磁波信号に応じて、これらの制御器４３、５３、及び７４に制御信号を送信する。電力制御器４３は、電磁波探知部６からの制御信号に応じて、放電電極４１に供給する電力を制御する。電圧制御器５３は、電磁波探知部６からの制御信号に応じて、分布制御電極５１に供給する電圧を制御する。吸排気制御器７４は、電磁波探知部６からの制御信号に応じて、吸気弁７３ａ及び排気弁７３ｂの開閉を制御する。

ガス制御部７は、ガスボンベ７１と、真空ポンプ７２と、弁７３と、吸排気制御器７４と、配管７５とを備える。
ガスボンベ７１は、プラズマＰを生成するための放電ガスを放電空間３２に供給するためのボンベである。真空ポンプ７２は、放電空間３２の内部を排気するためのポンプである。
弁７３は、吸気弁７３ａと排気弁７３ｂとを有しており、放電空間３２内の吸排気に用いられる。弁７３の開閉は、吸排気制御器７４によって制御されている。弁７３の開閉によって、放電空間３２の内部に供給されるガスの圧力が制御される。
配管７５は、ガスボンベ７１、真空ポンプ７２などと、放電空間３２のガス吸排気口とを接続する。

（プラズマの生成方法）
ここで、放電空間３２の内部でプラズマＰを生成する方法について説明する。
初期状態において、放電空間３２の内部に空気が充填されている。この空気を真空ポンプ７２よって排気し、放電空間３２の内部を真空状態にする。真空状態になった放電空間３２の内部に対し、ガスボンベ７１を用いて、アルゴン等の所定の放電ガスを送り込み、放電空間３２の内部を放電ガスで充たす。送り込まれた放電ガスの放電空間３２内部における圧力は、吸排気制御器７４を用いた吸気弁７３ａ及び排気弁７３ｂの開閉制御によって調整される。

送り込まれた放電ガスの放電空間３２内部における圧力を調整した後、電源４２から放電電極４１に向けた電力の供給を開始する。これにより、放電空間３２内のガスを電離してプラズマＰを生成することができる。

この場合、電磁波探知部６のアンテナ６１が電磁波ＥＭ１を受信すると、受信器６２は、受信した電磁波ＥＭ１の信号に応じて、電力制御器４３と、電圧制御器５３と、吸排気制御器７４とに制御信号を送信する。電源４２から供給される電力を電力制御器４３が制御信号に基づいて制御することによって、また、放電空間３２内のガス圧力を吸排気制御器７４が制御信号に基づいて制御することによって、プラズマＰの電子密度と、電子及び中性粒子の衝突周波数とを制御することができる。電圧源５２から分布制御電極５１に供給する電圧を電圧制御器５３が、上記の制御信号に基づいて制御することによって、放電空間３２内の電子を空洞部３１側に引き付けたり、又は排斥することができる。これにより、放電空間３２内の電子密度分布の制御が可能となる。

放電空間３２の比誘電率は、放電ガスをプラズマ化していない場合の比誘電率（≒１）から、プラズマＰを有する場合の比誘電率へと変化する。本実施の形態１に係る不可視化装置１１では、プラズマＰの電子密度分布を変化させることでこの放電空間３２内の比誘電率を変化させ、包囲体３による電磁波の散乱状態を制御し、電磁波に対する包囲体３及び物体Ｍの可視化及び不可視化を切り替えることができる。

次に本実施の形態１に係る不可視化装置１１の動作原理について説明する。なお、この原理は、後述する各実施例においても同様である。
本実施の形態１に係る不可視化装置１１では、プラズマＰの電子密度分布を制御することによって包囲体３の比誘電率を制御する。プラズマ中には、一般的に、電子及びイオンなどの自由に動くことができる荷電粒子が存在する。そのため、プラズマを有する場合の包囲体３の比誘電率は、上記のように、放電ガスをプラズマ化していない場合の包囲体３の比誘電率（≒１）と異なる。例えば、非磁化で冷たいプラズマの場合、包囲体３の比誘電率ε_ｐは次式（１）によって表わされることが知られている。

ここで、ｅは電気素量であり、ｍ_ｅは電子の質量であり、ε_０は真空中の誘電率である。また、ｎ_ｅはプラズマ中の電子密度であり、ν_ｍはプラズマ中に存在する中性粒子と電子との間の衝突周波数（以下、単に「衝突周波数」という）であり、ω／２πは電磁波の周波数である。

上記の式（１）に示されているように、プラズマを有する場合の包囲体３の比誘電率ε_ｐはプラズマ中の電子密度ｎ_ｅに依存する。プラズマ中の電子密度ｎ_ｅが０の場合、すなわち、プラズマがない場合の包囲体３の比誘電率ε_ｐは、放電ガスをプラズマ化していない場合の包囲体３の比誘電率と同じ（ε_ｐ≒１）になる。プラズマ中の電子密度ｎ_ｅが増加するにつれて、包囲体３の比誘電率ε_ｐは１よりも小さくなる。プラズマの電子密度ｎ_ｅは、プラズマに投入する電力に依存するため、電力を変化させることによって電子密度ｎ_ｅを変化させることができる。従って、印加電力を変化させることで包囲体３の比誘電率ε_ｐを制御することができる。

上記の式（１）に示されているように、プラズマを有する場合の包囲体３の比誘電率ε_ｐは衝突周波数ν_ｍにも依存する。衝突周波数ν_ｍが電磁波の周波数よりも十分に小さい場合、電力を増加して電子密度ｎ_ｅを或る一定以上の値にすることによって、比誘電率ε_ｐを近似的に負の実数にすることができる。また、衝突周波数ν_ｍが増加するにつれて、比誘電率ε_ｐは１に近づく。衝突周波数ν_ｍは、プラズマ中の中性粒子密度及びガスの種類に依存するため、ガス圧及び／又はガスの種類を変化させることによって、衝突周波数ν_ｍを変化させることができる。従って、ガス圧及び／又はガスの種類を制御することによっても、プラズマを有する場合の包囲体３の比誘電率ε_ｐを制御することができる。

電磁波ＥＭ１が物体Ｍに入射すると、入射した電磁波ＥＭ１の電界によって物体Ｍの内部に分極が誘起される。物体Ｍの内部で誘起された分極は、元の電磁波ＥＭ１の進行方向とは異なる方向に電磁波ＥＭ１を放射（散乱）する。その結果、包囲体３から放出される電磁波ＥＭ２は、元の進行方向とは異なる方向に伝搬し、物体Ｍが可視化される。

電磁波によって誘起される分極は、分極が誘起される物質の形状、その物質の比誘電率、及び／又はその物質の比透磁率に依存する。物体Ｍの周囲に包囲体３を設置した場合、物体Ｍ及び包囲体３それぞれの中に異なる分極が生じる。包囲体３の外側で観測される電磁波の散乱は、それぞれの分極による散乱を足し合わせたものとなる。

そのため、周囲を伝搬する電磁波に応じてプラズマＰの電子密度分布を制御して包囲体３の比誘電率を制御し、物体Ｍの中に誘起される分極と逆位相を有する分極とを包囲体３の中に誘起させることによって、物体Ｍ及び包囲体３に起因した電磁波の散乱を抑制又は消滅させることができる。すなわち、物体Ｍ及び包囲体３を電磁波に対して不可視化することができる。

プラズマの比誘電率は、電力、ガス圧力、及び／又はガスの種類を制御することによって変更することが可能である。また、プラズマ中の電子密度分布は、周囲の電圧分布に応じて変化する。

従って、電磁波探知部６で探知した電磁波に応じて、プラズマに供給する電力を電力制御器４３にて制御し、空洞部３１内部の電圧を電圧制御器５３によって制御し、空洞部３１内部のガス圧力又はガスの種類を吸排気制御器７４にて制御し、プラズマＰの電子密度分布を制御して包囲体３の比誘電率を制御することにより、広い周波数範囲の電磁波に対して物体を不可視化することができることになる。

本発明の原理は、不可視化装置１１及び物体Ｍが電磁波の電界から一様な影響を受ける場合、すなわち、不可視化装置１１及び物体Ｍの寸法が電磁波の波長と同程度以下の場合に特に有効である。

以下に、図１及び図２に示した実施の形態１に係る不可視化装置１１における電磁波に対する物体Ｍの可視化と不可視化との切替えのための実施例１〜７を以下に説明する。

＜実施例１＞
図３は、本発明の実施の形態１に係る不可視化装置の実施例１における、特に包囲体３を断面で示している。
不可視化装置１１に対して使用する電磁波ＥＭ１は、ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドに相当し、一般的に無線通信に供される２．４５ＧＨｚとする。包囲体３は、軸に半径１５ｍｍの円筒型の空洞部３１が設けられた半径４０ｍｍの円筒型容器であり、電磁波ＥＭ１を透過するガラス（厚み１．５ｍｍ）で構成される。

図３に示すように、空洞部３１内部には、図２に示した物体Ｍとして金属円柱ＭＥが配置してあり、この金属円柱ＭＥの半径は１５ｍｍである。なお、空洞部３１と金属円柱ＭＥとは同じ寸法である。また、包囲体３と金属円柱ＭＥとの上下方向の間には隙間がなく、包囲体３の上下面と金属円柱ＭＥの上下面とは接している。

金属円柱ＭＥは分布制御電極５１の役割を兼ねており、電圧線５４を介して電圧源５３に接続されている。放電空間３２内部の電子を空洞部３１側から排斥する場合、電圧源５３は、負の電圧を金属円柱ＭＥに印加する。

放電空間３２の底部には、１対の円筒状の放電電極４１が設けられており、その一方が電源４２の高圧電極、もう一方が電源４２のＧＮＤ電極に接続されている。電源４２が放電電極４１に電力を供給する場合、１対の放電電極４１の間に電界が形成される。形成された電界によって、放電空間３２内にプラズマＰが生成される。生成されるプラズマＰの電子密度は、放電空間３２の中央部で５×１０^１０ｃｍ^−３、壁面で０ｃｍ^−３ある。放電空間３２内のガス圧力は１３３Ｐａであり、ガス種はアルゴンである。

制御パラメータを上記の通りに設定した不可視化装置１１の電磁波の特性について、数値計算を用いてシミュレートした結果に基づき、以下に説明する。

図４は、図３に示した実施例１の不可視化装置において、プラズマを生成しない場合に、電磁波（平面波）が包囲体周囲を伝搬する様子をシミュレートした結果を示している。図の中央の円形部分が金属円柱ＭＥであり、不可視化装置１１に近づく電磁波ＥＭ１は、図の左側から矢印の方向（図の右方向）に伝搬している。電磁波の偏波は、電磁波の磁界成分が紙面に垂直な方向を向いている。図４に示すように、金属円柱ＭＥに入射した電磁波ＥＭ１は、金属円柱ＭＥによって散乱され、金属円柱ＭＥの周囲で電磁界は干渉による複雑な散乱状態を示している。すなわち、電磁波ＥＭ１に対して金属円柱ＭＥが可視化されていることになる。

図５は、本実施例１の不可視化装置において、プラズマを生成した場合に、電磁波（平面波）が包囲体周囲を伝搬する様子をシミュレートした結果を示している。図５に示すように、プラズマＰによって金属円柱ＭＥによる電磁波ＥＭ１の散乱が抑制され、金属円柱ＭＥの前後で電磁界は平面波状の分布を示している。すなわち、包囲体３及び金属円柱ＭＥが入射電磁波ＥＭ１に対して不可視化されていることになる。

以上のとおり、図４及び図５の結果から、本実施例１の不可視化装置１１は、放電空間３２の内部にプラズマＰを生成しない場合は、電磁波に対して物体Ｍを可視化し、放電空間３２の内部にプラズマＰを生成する場合は、電磁波に対して物体Ｍを不可視化することになる。従って、不可視化装置１１は、包囲体３を物理的に取り除かなくても、プラズマＰの電子密度分布を変化させ、以て放電空間３２内の比誘電率を変化させることにより、物体Ｍの可視化と不可視化とを切り替えることができる。

本実施例１では、入射する電磁波ＥＭ１の周波数を２．４５ＧＨｚとしたが、プラズマＰの電子密度分布を制御することによって、制御可能な電磁波ＥＭ１の周波数を変更することができる。一般に無線通信に使用されるマイクロ波（３０ＭＨｚ〜３０ＧＨｚ）の電磁波であれば、低圧容器内で容易に生成できる電子密度１×１０^１３ｃｍ^−３以下のプラズマＰを適用することによって、物体Ｍを不可視化することができる。

また、本実施例１では、物体Ｍとして金属円柱ＭＥを用いたが、物体Ｍは導電性を有すれば良く、金属、半導体、磁性体、又はそれらを組み合せた材質でもよい。また、物体Ｍが絶縁性である場合であっても、空洞部３１内部に分布制御電極５１を設けることによって、放電空間３２内部の電子密度分布を制御して放電空間３２内の比誘電率を変化させ、以て電磁波に対する包囲体３及び物体Ｍの可視化と不可視化とを切り替えることができる。

本実施例１の不可視化装置１１においては、ガス制御部７によって放電空間内部のガス圧力を調整できる構成をとっている。しかしながら、予め放電空間３２内部に所定のガスを所定の圧力で封入しておくことによって、ガス制御部７を省いてもよい。

＜実施例２＞
図１及び図２に示した本発明の実施の形態１の実施例２に係る不可視化装置について、図６を参照して以下に説明する。

図６に示す通り、不可視化装置１２には、放電空間３２の上部と底部とに一対の円筒状の放電電極４１が設けられている。一方の放電電極４１は、電源４２の高圧電極に接続してあり、もう一方の放電電極４１は、電源４２のＧＮＤ電極に接続されている。放電空間３２の上部に設けられた放電電極４１に接続された電源線４４は、空洞部３１の内部を通って、電源４２の高圧電極、又は電源４２のＧＮＤ電極に接続される。電源線４４を空洞部３１の内部に設けることで、電源線４４も包囲体３によって物体Ｍとともに不可視化することができる。このような構成が不可視化装置１１と１２との相違である。

動作においては、電源４２から放電電極４１に電力を供給することによって、上下一対の放電電極４１の間に電界が形成される。形成された電界によって、放電空間３２内にプラズマＰが生成される。プラズマＰの電子密度分布を制御して放電空間３２内の比誘電率を変化させることによって、電磁波に対する包囲体３及び物体Ｍの可視化と不可視化とを切り替えることができる。

本実施例２の不可視化装置１２においては、放電空間３２内の包囲体３の軸方向の電子密度を均一化することができる。そのため、不可視化を実現するに際し、包囲体３の軸方向位置の影響を回避できる。従って、軸方向に長い物体Ｍに適用可能な不可視化装置を提供することができる。

本実施例の不可視化装置１２においては、ガス制御部７によって放電空間内部のガス圧力を調整できる構成を採っている。しかしながら、予め放電空間３２内部に所定のガスを所定の圧力で封入しておくことにより、ガス制御部７を省くことができる。

＜実施例３＞
図１及び図２に示した本発明の実施の形態１の実施例３に係る不可視化装置について、図７を参照して以下に説明する。

図７に示す通り、不可視化装置１３は、図３に示す実施例１と同様に、放電空間３２の底部に１対の円筒状の放電電極４１が設けられている。一方の放電電極４１が電源４２の高圧電極に接続され、もう一方の放電電極４１が電源４２のＧＮＤ電極に接続されている。また、放電空間３２の上部に引出し電極８１が設けられている。引出し電極８１は、電源線８２を介して引出し電圧源８３に接続されている。これにより、一対の放電電極４１の間に形成されたプラズマＰの放電空間３２への広がりを制御できる。このような構成が不可視化装置１１と１３との相違である。

引出し電圧源８３によって引出し電極８１の電圧を制御し、プラズマＰの電子密度分布を制御して放電空間３２内の比誘電率を変化させることにより、電磁波に対する包囲体３及び物体Ｍの可視化と不可視化とを切り替えることができる。

本実施例３の不可視化装置１３においては、放電空間３２内の包囲体３の軸方向の電子密度を均一化することができる。そのため、不可視化を実現するに際し、包囲体３の軸方向位置の影響を回避できる。従って、軸方向に長い物体Ｍに適用可能な不可視化装置を提供することができる。

また、この不可視化装置１３においては、ガス制御部７によって放電空間内部のガス圧力を調整できる構成を採っているが、予め放電空間３２内部に所定のガスを所定の圧力で封入しておくことによって、ガス制御部７を省いてもよい。

＜実施例４＞
図１及び図２に示した本発明の実施の形態１の実施例４に係る不可視化装置について、図８及び図９を参照して以下に説明する。

図８及び図９に示す通り、不可視化装置１４は、放電空間３２の包囲体の外周側壁面と内周側壁面に、包囲体３の縦軸に平行な一対の細線状の放電電極４１が設けられている。一方の放電電極４１が電源４２の高圧電極に接続されており、もう一方の放電電極４１が電源４２のＧＮＤ電極に接続されている。電源４２から放電電極４１に電力を供給することにより、１対の放電電極４１の間に電界が形成される。形成された電界によって、放電空間内にプラズマＰが生成される。生成するプラズマＰの電子密度分布を制御して放電空間３２内の比誘電率を変化させることによって、電磁波に対する包囲体３及び物体Ｍの可視化と不可視化とを切り替えることができる。

外周側壁面の放電電極４１は、電磁波の散乱を抑制するため、その直径が電磁波ＥＭ１の波長よりも十分小さいことが好ましく、電磁波ＥＭ１の波長の２０分の１以下になるように選ばれることがより好ましい。包囲体３によって、物体Ｍとともに内周側壁面の放電電極４１を電磁波ＥＭ１に対して不可視化することができる。

本実施例４に係る不可視化装置１４においては、放電空間３２内の包囲体３の軸方向の電子密度を均一化することができ、包囲体３の軸方向の位置に依存せず同様の不可視化の効果を得ることができる。このため、軸方向に長い物体Ｍに適用可能な不可視化装置を提供することができる。

また、本実施例４の不可視化装置１４においては、ガス制御部７によって放電空間３２内部のガス圧力を調整できる構成をとっているが、予め放電空間３２内部に所定のガスを所定の圧力で封入しておくことによって、ガス制御部７を省いてもよい。

＜実施例５＞
図１及び図２に示した本発明の実施の形態１の実施例５に係る不可視化装置について、図１０を参照して以下に説明する。

図１０に示す通り、不可視化装置１５は、包囲体の半径方向及び円周方向に、複数の放電空間３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと、複数の放電電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄとが設けられている。複数の放電電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、電力制御器４３を介して電源４２に接続されている。なお、図１０では、図を簡略化するため、プラズマ分布制御部５、電磁波探知部６、及びガス制御部７は図示を省略している。

本実施例５の不可視化装置１５においては、複数の放電電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄに投入する電力を変化させ、各放電空間３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの電子密度を個別に調整することができる。すなわち、プラズマＰの電子密度分布をより高精度に制御することができる。そのため、放電空間３２内の比誘電率をより高精度に制御することができる。従って、物体Ｍが複雑な構造の場合でも、物体Ｍの形状に合わせて各放電空間３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの電子密度を変化させることにより、物体Ｍを電磁波ＥＭ１に対して不可視化することができる。

本実施例５に係る不可視化装置１５においては、ガス制御部７によって放電空間内部のガス圧力を調整できる構成を採っているが、予め放電空間３２内部に所定のガスを所定の圧力で封入しておくことによって、ガス制御部７を省いてもよい。

＜実施例６＞
図１及び図２に示した本発明の実施の形態１の実施例６に係る不可視化装置１６について、図１１を参照して以下に説明する。

図１１に示す通り、本実施例６の不可視化装置１６は、空洞部３１の外周壁面に、特定の周波数帯域で特定の偏波を有する電磁波に対して物体Ｍを不可視化する金属パターン９を有している。

この金属パターン９は、電圧線５４を介して電圧源５２に接続されている。そのため、電圧源５２によって金属パターン９へ電圧を印加した場合、金属パターン９は分布制御電極５１として機能する。そのため、プラズマ分布制御部５によって放電空間３２内部の電子密度分布を制御することができる。したがって不可視化装置１６は、包囲体３を物理的に取り除かずとも、プラズマＰの電子密度分布を変化させて放電空間３２内の比誘電率を変化させることによって、物体Ｍの可視化と不可視化とを切り替えることができる。

金属パターン９を有する構成とすることによって、物体Ｍを偏波の異なる電磁波に対して同時に不可視化することもできる。このような不可視化装置１６の動作原理を以下に説明する。

物体Ｍに電磁波ＥＭ１が入射する場合、物体Ｍの内部に誘起される分極は一般的に、電磁波の電界の向きに依存する。すなわち、電磁波の偏波に依存する。そのため、従来の不可視包囲体及び本実施例１から５に示す不可視化装置を用いた場合、同一のプラズマ生成条件では、偏波の異なる複数種類の電磁波に対して同様に不可視化することはできない。

しかしながら、本実施例６に係る不可視化装置１６は金属パターン９を備える。一方の偏波を有する電磁波に対しては、金属パターン９を用いて物体Ｍを不可視化し、もう一方の偏波を有する電磁波に対しては、プラズマの電子密度分布制御によって物体Ｍを不可視化する。そのため、偏波の異なる複数種類の電磁波に対しても物体Ｍを同時に不可視化することができる。

なお、金属パターン９は、放電空間３２側ではなく空洞部３１側にある方が好ましい。金属パターン９は、包囲体３内へ埋め込まれる構成でも良く、放電空間３２側の壁面に設置される構成でも良い。

また、本実施例では、金属パターン９を分布制御電極５１としたが、金属パターン９とプラズマ分布制御部５とを別々に設けてもよい。この場合、金属パターン９は、電気的にどの部材とも接続されていない浮遊状態とする。浮遊状態とすることで、分布制御電極５１の電圧を金属パターン９に妨げられることなく、放電空間３２内の電子に伝えることができ、プラズマ分布制御部５によって放電空間３２内部の電子密度分布が制御できる。

＜実施例７＞
図１及び図２に示した本発明の実施例７に係る不可視化装置１７について、図１２〜図１４を参照して以下に説明する。なお、本実施例７に係る不可視化装置１７は、実施例２の不可視化装置１２と、実施例６の不可視化装置１６とを組み合わせた構成を有している。すなわち、不可視化装置１２の一対の円筒状放電電極４１と、不可視化装置１６の金属パターン９とを組み合わせた構成を有している。そのため、同一の構成要素には同一の符号を付している。

図１２に示す通り、本実施例７では、不可視化装置１７に対して使用する電磁波ＥＭ１は、ＩＳＭバンドに相当し一般的に無線通信に供される２．４ＧＨｚ帯とする。包囲体３は、軸に半径１０ｍｍの円筒型の空洞部３１が設けられた半径２０ｍｍの円筒型容器であり、電磁波を透過するテフロン（登録商標：厚み３ｍｍ）で構成される。空洞部３１内部に半径１０ｍｍの金属円柱ＭＥが配置される。

なお、空洞部３１と金属円柱ＭＥは同じ寸法であり、包囲体３と金属円柱ＭＥとの間には隙間が無く、接している。金属円柱ＭＥは分布制御電極５１の役割を兼ねており、電圧線５４を介して電圧源５３に接続されている。金属円柱ＭＥには、放電空間３２内部の電子を空洞部３１側に引き付けるため、電圧源５３から正の電圧が印加される。

また、放電空間３２の上部と底部に一対の円筒状の放電電極４１が設けられており、その一方が電源４２の高圧電極、もう一方が電源４２のＧＮＤ電極に接続されている。電源４２から放電電極４１に電力を供給することで、１対の放電電極４１の間に電界が形成され、その電界によって放電空間３２内にプラズマＰが生成される。プラズマＰの電子密度は５×１０^１０ｃｍ^−３であり、放電空間３２内のガス圧力は５３２Ｐａ、ガス種はネオンである。

金属パターン９は、例えば、包囲体３の軸方向に周期的に配列された円筒状の金属箔で構成された金属ストライプであり、放電空間３２側の壁面に設置されている。各金属箔の幅は３７ｍｍ、隣り合う金属箔の間隔は１ｍｍである。

本実施例７に係る不可視化装置１７の電磁波の散乱特性を、図１３及び図１４に示す理論解析により計算した結果を用いて以下に説明する。

まず、図１２に示すように、包囲体３の円筒の軸に電界が平行な電磁波ＥＭ１が入射した際に、包囲体３無しで物体Ｍのみが配置されている場合（実線特性１）、金属パターン９を有する包囲体３内に物体Ｍが配置されている場合（一点鎖線特性２）、及び金属パターン９を有しプラズマＰを発生させた包囲体３内に物体Ｍが配置されている場合（点線特性３）について、電磁波ＥＭ１の散乱量を計算した結果を図１３に示す。

図１３では、プラズマＰを発生させた場合（特性２）とプラズマＰを発生させない場合（特性３）とで、電磁波ＥＭ１の散乱量における顕著な相違は見られなかった。
一方、包囲体３無しで物体Ｍのみが配置されている場合（特性１）とプラズマＰの有無に拘わらず金属パターン９を有する包囲体３内に物体Ｍが配置されている場合（特性２及び３）とでは、２．４ＧＨｚ帯における電磁波の散乱量に顕著な相違がみられた。
具体的には、プラズマＰの有無に拘わらず金属パターン９を有する包囲体３内に物体Ｍが配置されている場合、２．４ＧＨｚ帯における電磁波の散乱が抑制された。

一方、包囲体３の円筒の軸に電界が垂直な電磁波ＥＭ１が入射した際に、包囲体３無しで物体Ｍのみが配置されている場合（実線特性４）、金属パターン９を有する包囲体３内に物体Ｍが配置されている場合（一点鎖線特性５）、金属パターン９を有しプラズマＰを発生させた包囲体３内に物体Ｍが配置されている場合（点線特性６）について、電磁波ＥＭ１の散乱量を計算した結果を図１４に示す。

図１４では、包囲体３無しで物体Ｍのみが配置されている場合（特性４）と、プラズマＰを発生させず金属パターン９を有する包囲体３内に物体Ｍが配置されている場合（特性５）とで、散乱量に顕著な相違がみられた。

すなわち、金属パターン９を設けた場合（特性５）に、電磁波の散乱が増加したが、この散乱増加は、図１４の条件における偏波を有する電磁波を金属パターン９によって不可視化できないからである。

しかしながら、プラズマＰを発生させ金属パターン９を有する包囲体３内に物体Ｍが配置されている場合（特性６）には、２．４ＧＨｚ帯で物体Ｍによる電磁波の散乱波が抑制され、以て図１４の条件における偏波を有する電磁波を金属パターン９によって不可視化できることとなる。

図１４及び図１５の結果から、本実施例７に係る不可視化装置１７は、金属パターン９の材質・配置状況等を調整することによって、偏波の異なる電磁波に対しても物体Ｍを同時に不可視化することができることが分かる。

１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７ 不可視化装置、
３ 包囲体、
３１ 空洞部、
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 放電空間、
４ プラズマ生成部、
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ 電極、
４２ 電源、
４３ 電力制御器、
４４ 電源線、
５ プラズマ分布制御部、
５１ 電極、
５２ 電圧源、
５３ 電圧制御器、
５４ 電圧線、
６ 電磁波探知部、
６１ アンテナ、
６２ 受信器、
７ ガス制御部、
７１ ガスボンベ、
７２ 真空ポンプ、
７３ 弁、
７３ａ 吸気弁、
７３ｂ 排気弁、
７４ 吸排気制御機器、
７５ 配管、
８１ 引出し電極、
８２ 電源線、
８３ 電圧源、
９ 金属パターン、
Ｍ 物体、
ＭＥ 金属円柱、
Ｐ プラズマ、
ＥＭ１、ＥＭ２ 電磁波。

Claims (14)

1. 物体を格納する空洞部、及び前記空洞部を囲む放電空間を有する不可視包囲体と、
   前記放電空間の内部にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   前記プラズマ生成部によって生成された前記プラズマの電子密度分布を、存在する電磁波に応じて印加電力を変化させることにより前記放電空間の比誘電率を変化させ、以て前記物体の可視化と不可視化とを切り替えるプラズマ分布制御部とを備える
   不可視化装置。
2. 前記放電空間には、放電ガスが封入してあり、
   前記プラズマ生成部は、前記放電ガスをプラズマ化する
   請求項１に記載の不可視化装置。
3. 前記電磁波を探知する電磁波探知部を備え、
   前記プラズマ生成部は、前記電磁波探知部が探知した前記電磁波に応じて、前記放電空間の内部に前記プラズマを生成する
   請求項１又は２に記載の不可視化装置。
4. 前記プラズマ生成部は、
   前記放電空間に設けられた放電電極と、
   前記放電電極に電力を供給する電源と、
   前記電源が供給する前記電力を、前記電磁波探知部が探知した前記電磁波に応じて制御する電力制御器とを備える
   請求項３に記載の不可視化装置。
5. 前記放電電極が、前記放電空間の底部に対で設けられており、共に前記電力制御器に接続されている
   請求項４に記載の不可視化装置。
6. 前記放電電極が、前記放電空間の上部と底部にそれぞれ設けられており、共に前記電力制御器に接続されている
   請求項４に記載の不可視化装置。
7. 前記放電空間の上部にも、別の電源から電力が供給される放電電極が設けられている
   請求項５に記載の不可視化装置。
8. 前記放電電極が、前記放電空間の両側面に対で設けられており、共に前記電力制御器に接続されている
   請求項４に記載の不可視化装置。
9. 前記放電空間が複数に分割されており、それぞれの放電空間の底部に対で前記放電電極が設けられており、共に前記電力制御器に接続されている
   請求項４に記載の不可視化装置。
10. 前記電磁波を探知する電磁波探知部を備え、
    前記プラズマ分布制御部は、前記電磁波探知部が探知した前記電磁波に応じて、前記電子密度分布を変化させることにより前記放電空間の比誘電率を変化させる
    請求項１に記載の不可視化装置。
11. 前記プラズマ分布制御部は、
    前記空洞部の内部に設けられた分布制御電極と、
    前記分布制御電極に電圧を供給する電圧源と、
    前記電圧源が供給する前記電圧を、前記電磁波探知部が探知した前記電磁波に応じて制御する電圧制御器とを備える
    請求項１０に記載の不可視化装置。
12. 前記空洞部の壁面に金属パターンを備えた
    請求項１１に記載の不可視化装置。
13. 前記金属パターンが前記分布制御電極である
    請求項１２に記載の不可視化装置。
14. 前記放電ガスの圧力を制御するガス制御部をさらに備える
    請求項２に記載の不可視化装置。

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