特開 2024-64837 レンズ装置、およびレンズ装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064837

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】レンズ装置、およびレンズ装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/06 20060101AFI20240507BHJP

   H01Q 15/08 20060101ALI20240507BHJP

   G02B 7/00 20210101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

H01Q19/06

H01Q15/08

G02B7/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022173743

(22)【出願日】2022-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】矢嶋 悟

(72)【発明者】

【氏名】梶原 健

【テーマコード（参考）】

2H043

5J020

【Ｆターム（参考）】

2H043AB03

2H043AB05

2H043AB26

5J020AA02

5J020BB01

5J020BB12

(57)【要約】

【課題】導波路を導波される電磁波の強度分布及び位相分布を調整するための装置であって、短時間で安価に製造することが可能な装置を実現する。
【解決手段】レンズ装置（１）は、導波路（２）を導波される電磁波に順に作用する複数の誘電体レンズ（１１ａ，１２ａ）を備えており、これら複数の誘電体レンズ（１１ａ，１２ａ）によって、電磁波の強度分布及び位相分布を調整する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導波路を導波される電磁波に順に作用する複数の誘電体レンズを備え、
前記複数の誘電体レンズによって、前記電磁波の強度分布及び位相分布を調整する、
ことを特徴とするレンズ装置。

【請求項2】

前記複数の誘電体レンズは、前記電磁波の進行方向、または、前記電磁波の進行方向に直交する面上での前記電磁波の強度分布の中心または対称性を変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。

【請求項3】

前記複数の誘電体レンズは、第１誘電体レンズと第２誘電体レンズとを含んでおり、
前記第１誘電体レンズは、前記導波路を導波された前記電磁波の進行方向を、前記導波路の中心軸と平行な第１方向から、前記第１方向とは異なる第２方向に変化させ、
前記第２誘電体レンズは、前記第１誘電体レンズを透過した前記電磁波の進行方向を、前記第２方向から第３方向に変化させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。

【請求項4】

前記導波路は、導波管であり、
一端側の底面が前記第１誘電体レンズとして機能し、他端側がテーパー状に広がって開口した円筒状の第１ユニットと、
一端側の底面が前記第２誘電体レンズとして機能し、他端側がテーパー状に広がって開口した円筒状の第２ユニットと、によって構成され、
前記第２ユニットの前記一端側が前記第１ユニットの前記他端側に挿嵌されている、
ことを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。

【請求項5】

前記電磁波は、ミリ波であり、
前記導波路は、ミリ波をマルチモード伝送する導波管である、
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。

【請求項6】

前記複数の誘電体レンズは、それぞれ、前記導波路に挿抜可能なユニットに収められている、
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。

【請求項7】

前記複数の誘電体レンズは、それぞれ、リボルバー型のユニットに収められており、当該ユニットを回転させることによって、前記導波路に挿入される誘電体レンズを切り替え可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。

【請求項8】

請求項１に記載のレンズ装置の製造方法であって、
前記誘電体レンズを３Ｄプリンタにより造形するレンズ造形工程を含んでいる、
ことを特徴とするレンズ装置の製造方法。

【請求項9】

請求項１に記載のレンズ装置の製造方法であって、
前記誘電体レンズの各部の厚みを多項式により表現し、前記レンズ装置から出力される電磁波の強度分布及び位相分布が目標とする強度分布及び位相分布に近づくよう、前記多項式の係数を設定する伝搬計算工程を含んでいる、
ことを特徴とするレンズ装置の製造方法。

【請求項10】

前記多項式は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式である、
ことを特徴とする請求項９に記載のレンズ装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導波路を導波される電磁波に作用するレンズ装置に関する。また、本発明は、そのようなレンズ装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

導波路を導波されるミリ波の強度分布及び位相分布を調整するための装置として、２枚のミラーを組み合わせたＭＯＵ（Matching Optical Unit）が広く用いられている。ＭＯＵを開示した文献としては、例えば、非特許文献１が挙げられる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Yasuhisa Oda et al.,“A Method for Gyrotron Beam Coupling into a Corrugated Waveguide”, Fusion Science and Technology, Vol. 61, Apr. 2012

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ＭＯＵには、その製造に長い時間と高い費用とが掛かるという問題があった。

【0005】

本発明の一態様は、この問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、導波路を導波される電磁波の強度分布及び位相分布を調整するための装置であって、短時間で安価に製造することが可能な装置を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るレンズ装置は、導波路を導波される電磁波に順に作用する複数の誘電体レンズを備え、前記複数の誘電体レンズによって、前記電磁波の強度分布及び位相分布を調整する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、導波路を導波される電磁波の強度分布及び位相分布を調整するための装置であって、短時間で安価に製造することが可能な装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るレンズ装置の断面図であり、（ｂ）は、そのレンズ装置及び導波路の断面図である。

【図2】（ａ）は、図１に示すレンズ装置及び導波路の断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、そのレンズ装置に入力される電磁波の強度分布及び位相分布を示すグラフであり、（ｄ）及び（ｅ）は、そのレンズ装置から出力される電磁波の強度分布及び位相分布を示すグラフである。

【図3】図１に示すレンズ装置の製造方法の流れを示すフロー図である。

【図4】図３に示す伝搬計算工程の一具体例を示す模式図である。

【図5】図１に示すレンズ装置の第１の変形例を示す斜視図である。

【図6】図１に示すレンズ装置の第２の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（レンズ装置の構成）
本実施形態に係るレンズ装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１の（ａ）は、レンズ装置１の断面図である。図１の（ｂ）は、レンズ装置１及び導波路２の断面図である。

【0010】

レンズ装置１は、導波路２を導波される電磁波の強度分布及び位相分布を調整するための装置である。本実施形態においては、この導波路２として、プラズマ加熱用のミリ波をマルチモード伝送可能な導波管、例えば、周波数１７０ＧＨｚのミリ波をマルチモード伝送する口径５０ｍｍのコルゲート導波管を想定する。また、本実施形態においては、レンズ装置１に入力される電磁波のモードとして、基本モードもしくは、基本モードを主に含む実測混合モードを想定する。

【0011】

レンズ装置１は、導波路２を導波される電磁波に順に作用する複数の誘電体レンズを備えている。本実施形態においては、これら複数の誘電体レンズとして、第１誘電体レンズ１１ａと第２誘電体レンズ１２ａとを用いている。

【0012】

本実施形態においては、屈折率１．６の紫外線硬化樹脂により構成された円筒状の第１ユニット１１の一端側の底面を、第１誘電体レンズ１１ａとして利用する。第１ユニット１１の他端側は、開口している。第１ユニット１１の側壁１１ｂは、中間部から開口端までがテーパー状に広がっている。また、本実施形態においては、屈折率１．６の紫外線効果樹脂により構成された円筒状の第２ユニット１２の一端側の底面を、第２誘電体レンズ１２ａとして利用する。第２ユニット１２の他端側は、開口している。第２ユニット１２の側壁１２ｂは、レンズ端から開口端までがテーパー状に広がっている。第１ユニット１１及び第２ユニット１２は、例えば、３Ｄプリンタにより造形することができる。

【0013】

第１ユニット１１は、側壁外周面のレンズ端から中間部までが導波路２の側壁内周面に面接触するように、導波路２に挿嵌される。この際、テーパー開始位置において第１ユニット１１の側壁外周面が導波路２の側壁端面に当接することによって、第１誘電体レンズ１１ａの中心軸が導波路２の中心軸と一致するように、導波路２に対する第１ユニットの位置が決められる。また、第２ユニット１２は、側壁外周面のレンズ端から開口端までが第１ユニット１１の側壁内周面に面接触に当接するように、第１ユニット１１に挿嵌される。この際、第２ユニット１２の側壁外周面に設けられた凸部１２ｃが第１ユニット１１の側壁外周面に設けられた凸部１１ｃに当接することによって、第２誘電体レンズ１２ａの中心軸が第１誘電体レンズ１１ａの中心軸と一致するように、第１ユニット１１に対する第２ユニットの位置が決められる。

【0014】

レンズ装置１によれば、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａの各部における位相遅延量を適宜設定することによって、出力される電磁波の強度分布及び位相分布を目標とする強度分布及び位相分布に近づけることができる。例えば、目標とする強度分布及び位相分布を、レンズ装置１に入力される電磁波のモードと異なるモードの強度分布及び位相分布とした場合、レンズ装置１は、モード変換器として機能することになる。

【0015】

本実施形態においては、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａの各部における位相遅延量の設定を、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａの各部の厚みを設定することにより実現する。ただし、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａの各部における位相遅延量の設定を、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａの各部の誘電率を設定する（例えば、各部に添加するドーパントの量を設定する）ことにより実現してもよい。

【0016】

なお、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを構成する材料は、誘電体であればよく、紫外線硬化樹脂に限定されない。例えば、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを構成する材料は、ダイヤモンドであってもよい。この場合、レンズ装置１を、１ＭＷ級のミリ波に作用させることができる。

【0017】

また、導波路２を導波される電磁波は、プラズマ加熱用のミリ波（周波数１７０ＧＨｚ程度）に限定されない。例えば、導波路２を導波される電磁波は、５Ｇ通信用のミリ波（最大周波数５０ＧＨｚ程度）やＢｅｙｏｎｄ－５Ｇ通信用のミリ波（周波数１００ＧＨｚ程度）などであってもよい。或いは、導波路２を導波される電磁波は、赤外光や可視光であってもよい。この場合、導波路２として、光ファイバを用いてもよい。

【0018】

（レンズ装置の機能）
本実施形態に係るレンズ装置１の機能について、図２を参照して説明する。図２の（ａ）は、レンズ装置１及び導波路２の断面図である。図２の（ｂ）及び（ｃ）は、レンズ装置１に入力される電磁波の強度分布及び位相分布を示すグラフである。図２の（ｄ）及び（ｅ）は、レンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布を示すグラフである。

【0019】

図２に示すレンズ装置１において、目標とする強度分布は、ピーク位置が導波路２の中心軸からｘ軸負方向側にシフトした強度分布であり、目標とする位相分布は、フラットな（一様な）位相分布である。このため、第１誘電体レンズ１１ａは、導波路２を導波された電磁波の進行方向（等位相面に直交する方向）を、導波路２の中心軸と平行な第１方向ｖ１から、第１方向ｖ１（ｖ１ｘ＝０，ｖ１ｙ＝０）とは異なる第２方向ｖ２（ｖ２ｘ＜０，ｖ２ｙ＝０）に変化させるように、各部の厚みが設計されている。また、第２誘電体レンズ１２ａは、第１誘電体レンズ１１ａを透過した電磁波の進行方向を、第２方向ｖ２から第１方向ｖ１に変化させるように、各部の厚みが設計されている。

【0020】

これにより、導波路２を導波される電磁波に関して、図２の（ｂ）に示すように、導波路２の中心軸上にピークを有する強度分布を、図２の（ｄ）に示すように、目標とする強度分布、すなわち、導波路２の中心軸よりもＸ軸負方向側にピークを有する強度分布に近づけることができる。また、図２の（ｃ）に示すように、導波路２の中心軸にピークを有する位相分布を、図２の（ｅ）に示すように、目標とする位相分布、すなわち、フラットな位相分布に近づけることができる。

【0021】

例えば、ＩＴＥＲ計画に含まれる水平ランチャーの設計では、入力されるミリ波ビームにピーク位置ずれが生じても動作が破綻しないことを検証する必要がある。このような検証作業を行うためには、ミリ波ビームのピーク位置ずれを人為的に生じさせることが必要になる。ミリ波ビームのピーク位置ずれを人為的に生じさせることが可能な手段としては、例えば、モード生成器又はＭＯＵ（Matching Optical Unit）が挙げられる。しかしながら、理想的なモードを生成するモード生成器は製造されているものの、ピーク位置ずれを生じさせる（理想的なモードを壊す）モード生成器は製造されていない。このため、モード生成器を用いてミリ波ビームのピーク位置ずれを生じさせる場合、長い時間（例えば年単位）と高い費用（例えば百万円単位）とを掛けて専用品を製造する必要がある。ＭＯＵについても、同様のことが言える。これに対して、レンズ装置１を用いれば、水平ランチャーの検証作業を容易に実施することができる。しかも、レンズ装置１は、例えば３Ｄプリンタを用いれば、短時間（例えば、１週間程度）で安価（例えば、千円程度）に製造することができる。したがって、このような検証作業に要する時間を大幅に短縮し、かつ、このような検証作業に要する費用を大幅に低減することができる。

【0022】

なお、ここでは、水平ランチャーの検証作業に適したレンズ装置１について説明したが、レンズ装置１の用途はこれに限定されない。また、強度分布及び位相分布の変化のさせ方も、レンズ装置１の用途によって自由に設定することができる。例えば、ここでは、強度分布のピークを導波路２の中心軸上から導波路２の中心軸外に変化させるレンズ装置１について説明したが、逆に、強度分布のピークを導波路２の中心軸外から導波路２の中心軸上に変化させるレンズ装置１を実現することも可能である。

【0023】

（レンズ装置の製造方法）
本実施形態に係るレンズ装置１の設計方法について、図３を参照して説明する。図３は、レンズ装置１の製造方法Ｓ１の流れを示すフロー図である。

【0024】

製造方法Ｓ１は、屈折率測定工程Ｓ１０１、伝搬計算工程Ｓ１０２、自由度追加工程Ｓ１０３、３Ｄモデル生成工程Ｓ１０４、レンズ造形工程Ｓ１０５、性能試験工程Ｓ１０６、計算方法変更工程Ｓ１０７、及び造形方法変更工程Ｓ１０８を含んでいる。これらの工程は、人が実施してもよいし、人の制御により装置が実施してもよいし、計算機が実施してもよいし、計算機の制御によって装置が実施してもよい。

【0025】

第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを構成する誘電体材料の屈折率が未知である場合、屈折率測定工程Ｓ１０１が実施される。屈折率測定工程Ｓ１０１は、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを構成する誘電体材料の屈折率を測定する工程である。第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを構成する誘電体材料の屈折率が既知である場合、その屈折率を用いて伝搬計算工程Ｓ１０２が実施される。第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを構成する誘電体材料の屈折率が未知である場合、屈折率測定工程Ｓ１０１において測定された屈折率を用いて伝搬計算工程Ｓ１０２が実施される。

【0026】

伝搬計算工程Ｓ１０２は、レンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布が目標とする強度分布及び位相分布に近づくように、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａの各部の厚みを設定する工程である。また、伝搬計算工程Ｓ１０２においては、更に、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａの各部の厚みが設定された厚みに一致する場合にレンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布が算出される。伝搬計算工程Ｓ１０２の具体例については後述する。

【0027】

伝搬計算工程Ｓ１０２において算出された、レンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布の精度が低い場合（目標とする強度分布及び位相分布との差が予め定められた閾値を上回る場合）、自由度追加工程Ｓ１０３が実施される。自由度追加工程Ｓ１０３は、伝搬計算工程Ｓ１０２において考慮する第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａの各部の厚みの自由度（例えば、各部の厚みを表現する多項式の次数）を増やす工程である。伝搬計算工程Ｓ１０２及び自由度追加工程Ｓ１０３は、伝搬計算工程Ｓ１０２において算出された、レンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布の精度が十分に高くなるまで（目標とする強度分布及び位相分布との差が予め定められた閾値を下回るまで）、繰り返し実施される。

【0028】

３Ｄモデル生成工程Ｓ１０４は、各部の厚みが伝搬計算工程Ｓ１０２において設定された厚みに一致する第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを表現する３Ｄモデルを生成する工程である。本実施形態では、３Ｄモデル生成工程Ｓ１０４において、第１ユニット１１全体及び第２ユニット１２全体を表現する３Ｄモデルが生成される。

【0029】

レンズ造形工程Ｓ１０５は、３Ｄモデル生成工程Ｓ１０４にて生成された３Ｄモデルに従って第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを造形する工程である。本実施形態では、レンズ造形工程Ｓ１０５において、第１ユニット１１全体及び第２ユニット１２全体が造形される。レンズ造形工程Ｓ１０５における第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａ（本実施形態では第１ユニット１１全体及び第２ユニット１２全体）の造形には、例えば、３Ｄプリンタを用いることができる。

【0030】

性能試験工程Ｓ１０６は、レンズ造形工程Ｓ１０５において造形された第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａ（本実施形態では第１ユニット１１全体及び第２ユニット１２全体）を導波路２に取り付け、レンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布を実測する工程である。

【0031】

性能試験工程Ｓ１０６において実測された、レンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布の精度が十分に高い場合（目標とする強度分布及び位相分布との差が予め定められた閾値を下回る場合）、製造方法Ｓ１が完了する。

【0032】

一方、性能試験工程Ｓ１０６において実測された、レンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布の精度が低く（目標とする強度分布及び位相分布との差が予め定められた閾値を上回り）、且つ、その誤差要因が伝搬計算工程Ｓ１０２における計算にある場合、計算方法変更工程Ｓ１０７においてその計算方法が変更され、伝搬計算工程Ｓ１０２以降の工程が再び実施される。また、性能試験工程Ｓ１０６において実測された、レンズ装置１から出力される電磁波の強度分布及び位相分布の精度が低く（目標とする強度分布及び位相分布との差が予め定められた閾値を上回り）、且つ、その誤差要因がレンズ造形工程Ｓ１０５における造形にある場合、造形方法変更工程Ｓ１０８においてその造形方法が変更され、レンズ造形工程Ｓ１０５以降の工程が再び実施される。

【0033】

製造方法Ｓ１によれば、出力される電磁波の強度分布及び位相分布が目標とする強度分布及び位相分布に一致するレンズ装置１を製造することができる。

【0034】

（伝搬計算工程の具体例）
伝搬計算工程Ｓ１０２の一具体例について、図４を参照して説明する。図４は、伝搬計算工程Ｓ１０２の一具体例を示す模式図である。

【0035】

本具体例においては、位置（ｘ，ｙ）における第１誘電体レンズ１１ａの厚みδ₁（ｘ，ｙ）及び第２誘電体レンズ１２ａの厚みδ₂（ｘ，ｙ）を、それぞれ、動径次数ｎ次以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式により表現する。例えば、動径次数２次以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いた場合、位置（ｘ，ｙ）における第１誘電体レンズ１１ａの厚みδ₁（ｘ，ｙ）及び第２誘電体レンズ１２ａの厚みδ₂（ｘ，ｙ）は、それぞれ、下記の式により表現される。

【0036】

【数1】

また、複素電場分布Ｅ_in（ｘ，ｙ）の電磁波がレンズ装置１に入力された場合、レンズ装置１から出力される電磁波の複素電場分布Ｅ_out（ｘ，ｙ）は、下記の式により表現される。下記の式において、Ｄはモード分解演算を表す演算子であり、Ｄ^-1はモード合成演算（モード分解演算の逆演算）を表す演算子である。また、ｆ_mnはｍｎモードの基底関数を表し、ｋ_mnはｍｎモードの波数を表し、ｄは第１誘電体レンズ１１ａから第２誘電体レンズ１２ａまでの距離を表す。なお、第１誘電体レンズ１１ａから第２誘電体レンズまでの空間が自由空間である場合、モード分解演算はフーリエ変換により実現される。なお、複素電場分布Ｅ_out（ｘ，ｙ）は、レンズ装置１から出力される電磁波の位相分布及び強度分布の両方を表す。したがって、複素電場分布Ｅ_out（ｘ，ｙ）を目標とする複素電場分布Ｅ（ｘ，ｙ）に近づけることは、レンズ装置１から出力される電磁波の位相分布及び強度分布を、目標とする位相分布及び強度分布に近づけることと等価である。

【0037】

【数2】

本具体例においては、上記の式により表された複素電場分布Ｅ_out（ｘ，ｙ）が、目標とする複素電場分布Ｅ（ｘ，ｙ）に近づくように係数ｐ１～ｐ５，ｑ１～ｑ５を更新する処理を、上記の式により表された複素電場分布Ｅ_out（ｘ，ｙ）が十分に収束するまで繰り返す。これにより、位置（ｘ，ｙ）における第１誘電体レンズ１１ａの厚みδ₁（ｘ，ｙ）及び第２誘電体レンズ１２ａの厚みδ₂（ｘ，ｙ）が設定される。

【0038】

なお、発明者らは、位置（ｘ，ｙ）における第１誘電体レンズ１１ａの厚みδ₁（ｘ，ｙ）及び第２誘電体レンズ１２ａの厚みδ₂（ｘ，ｙ）を表現する多項式系として、（１）動径次数２以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式（自由度４）、（２）動径次数４以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式（自由度１４）、（３）動径次数６以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式（自由度２７）、（４）動径次数８以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式（自由度４４）、（５）動径次数１０以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式（自由度６５）を用いた場合のそれぞれについて、精度判定を行った。その結果、何れの場合においても、水平ランチャーの検証作業に利用可能なミリ波ビームを生成できることが確かめられた。また、高次モードを抑制するためには、動径次数８以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いれば十分であることが確かめられた。すなわち、徒に計算コストを上昇させることなく、高次モードを抑制した伝搬計算を行うためには、動径次数８以下のＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いることが好ましいことが確かめられた。

【0039】

（変形例１）
レンズ装置１の第１の変形例について、図５を参照して説明する。図５は、レンズ装置１の第１の変形例を示す斜視図である。

【0040】

本変形例において、第１誘電体レンズ１１ａを納めた第１ユニット１１は、導波路２に形成されたスロット２ａに挿抜可能に構成されている。また、本変形例において、第２誘電体レンズ１２ａを納めた第２ユニット１２は、導波路２に形成されたスロット２ｂに挿抜可能に構成されている。

【0041】

このように、第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを、それぞれ、導波路２に挿抜可能な第１ユニット１１及び第２ユニット１２に収めることによって、導波路２を導波する電磁波に作用させる第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを、レンズ装置１の用途に応じて簡単に交換することができる。

【0042】

（変形例２）
レンズ装置１の第２の変形例について、図６を参照して説明する。図６は、レンズ装置１の第２の変形例を示す斜視図である。

【0043】

本変形例において、複数の第１誘電体レンズ１１ａを納めた第１ユニット１１は、リボルバー型に構成されている。このため、第１ユニット１１を回転させることによって、複数の第１誘電体レンズ１１ａの何れを導波路２に形成されたスロット２ａに挿入するかを切り替え可能である。また、本変形例において、複数の第２誘電体レンズ１２ａを納めた第２ユニット１２は、リボルバー型に構成されている。このため、第２ユニット１２を回転させることによって、複数の第２誘電体レンズ１２ａの何れを導波路２に形成されたスロット２ｂに挿入するかを切り替え可能である。

【0044】

このように、複数の第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを、それぞれ、リボルバー型の第１ユニット１１及び第２ユニット１２に収めることによって、導波路２を導波する電磁波に作用させる第１誘電体レンズ１１ａ及び第２誘電体レンズ１２ａを、レンズ装置１の用途に応じて更に簡単に交換することができる。

【0045】

（まとめ）
態様１に係るレンズ装置は、導波路を導波される電磁波に順に作用する複数の誘電体レンズを備え、前記複数の誘電体レンズによって、前記電磁波の強度分布及び位相分布を調整する、ことを特徴とする。

【0046】

上記の構成によれば、導波路を導波される電磁波の強度分布及び位相分布を調整するための装置であって、短時間で安価に製造することが可能な装置を実現することができる。

【0047】

態様２に係るレンズ装置は、態様１に係るレンズ装置において、前記複数の誘電体レンズは、前記電磁波の進行方向、または、前記電磁波の進行方向に直交する面上での前記電磁波の強度分布の中心または対称性を変化させる、ことを特徴とする。

【0048】

上記の構成によれば、（１）導波路を導波される電磁波の進行方向、または（２）前記電磁波の進行方向に直交する面上での前記電磁波の強度分布の中心または対称性を変化させることができる。電磁波の強度分布の中心の変化として、強度分布の中心を導波路の中心からずらすことが挙げられる（例えば、図２の（ｂ）と（ｄ））。電磁波の強度分布の対称性の変化として、中心に対して円形に近い等強度線から楕円形に近い等強度線への変化を挙げることができる（例えば、図２の（ｂ）と（ｄ））。

【0049】

態様３に係るレンズ装置は、態様１に係るレンズ装置において、前記複数の誘電体レンズは、第１誘電体レンズと第２誘電体レンズとを含んでおり、前記第１誘電体レンズは、前記導波路を導波された前記電磁波の進行方向を、前記導波路の中心軸と平行な第１方向から、前記第１方向とは異なる第２方向に変化させ、前記第２誘電体レンズは、前記第１誘電体レンズを透過した前記電磁波の進行方向を、前記第２方向から第３方向に変化させる、ことを特徴とする。

【0050】

上記の構成によれば、ピーク位置が導波路の中心軸からずれた強度分布を有する電磁波を生成することができる。これにより、例えば、入力されるミリ波ビームにピーク位置ずれや傾きが生じても水平ランチャーの動作が破綻しないことを検証する検証作業を容易に行うことができる。なお、第３方向の一例として、第1方向が挙げられる。

【0051】

態様４に係るレンズ装置は、態様３に係るレンズ装置において、前記導波路は、導波管であり、一端側の底面が前記第１誘電体レンズとして機能し、他端側がテーパー状に広がって開口した円筒状の第１ユニットと、一端側の底面が前記第２誘電体レンズとして機能し、他端側がテーパー状に広がって開口した円筒状の第２ユニットと、によって構成され、前記第２ユニットの前記一端側が前記第１ユニットの前記他端側に挿嵌されている、ことを特徴とする。

【0052】

上記の構成によれば、第１誘電体レンズ及び第２誘電体レンズを導波路に容易に取り付けることができる。

【0053】

態様５に係るレンズ装置は、態様１～４の何れか一態様に係るレンズ装置において、前記電磁波は、ミリ波であり、前記導波路は、ミリ波をマルチモード伝送する導波管である、ことを特徴とする。

【0054】

上記の構成によれば、導波路を導波されるミリ波の強度分布及び位相分布を調整するための装置であって、短時間で安価に製造することが可能な装置を実現することができる。

【0055】

態様６に係るレンズ装置は、態様１～５の何れか一態様に係るレンズ装置において、前記複数の誘電体レンズは、それぞれ、前記導波路に挿抜可能なユニットに収められている、ことを特徴とする。

【0056】

上記の構成によれば、電磁波に作用させる誘電体レンズを容易に取り換えることができる。

【0057】

態様７に係るレンズ装置は、態様１～５の何れか一態様に係るレンズ装置において、前記複数の誘電体レンズは、それぞれ、リボルバー型のユニットに収められており、当該ユニットを回転させることによって、前記導波路に挿入される誘電体レンズを切り替え可能である、ことを特徴とする。

【0058】

上記の構成によれば、電磁波に作用させる誘電体レンズを容易に切り替えることができる。

【0059】

本発明の態様８に係る製造方法は、態様１～７の何れか一態様に係るレンズ装置の製造方法であって、前記誘電体レンズを３Ｄプリンタにより造形するレンズ造形工程を含んでいる、ことを特徴とする。

【0060】

上記の構成によれば、更に短時間で更に安価に製造することが可能なレンズ装置を実現することができる。

【0061】

本発明の態様９に係る製造方法は、態様１～７の何れか一態様に係るレンズ装置の製造方法であって、前記誘電体レンズの各部の厚みを多項式により表現し、前記レンズ装置から出力される電磁波の強度分布及び位相分布が目標とする強度分布及び位相分布に近づくよう、前記多項式の係数を設定する伝搬計算工程を含んでいる、ことを特徴とする。

【0062】

上記の構成によれば、誘電体レンズの各部の厚みを容易に設定することができる。

【0063】

ｅ多項式である、ことを特徴とする。

【0064】

上記の構成によれば、誘電体レンズの各部の厚みを精度良く設定することができる。

【0065】

（付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0066】

１ レンズ装置
１１ 第１ユニット
１１ａ 第１誘電体レンズ
１２ 第２ユニット
１２ａ 第２誘電体レンズ
２ 導波路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】