JP2017067614A - 画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物を透過した電磁波に基づいて該測定対象物の高空間分解能の画像を取得することができる画像取得装置を提供する。
【解決手段】画像取得装置１は、電磁波照射部１０Ａおよび電磁波検出部２０を備える。電磁波照射部１０Ａは、電磁波Ｔ_１を発生させて、その電磁波Ｔ_１を測定対象物９０に照射する。電磁波Ｔ_１のビーム断面は各々波長以下のサイズの複数の領域に区分され、これら複数の領域のうちの各領域の偏光状態は隣接領域の偏光状態と異なる。電磁波検出部２０は、電磁波照射部１０Ａにより測定対象物９０に照射された電磁波のうち測定対象物９０を透過した電磁波を受光する受光面を有する。その受光面において区分される複数の受光領域のうちの各受光領域は、受光する電磁波のビーム断面の複数の領域のうちの何れかの領域に対応し、該領域の電磁波の偏光状態に対して選択的に高い検出感度を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物を透過した電磁波に基づいて該測定対象物の画像を取得する装置に関するものである。

電磁波は測定対象物を透過する際に減衰を受けることから、測定対象物を透過した電磁波に基づいて該測定対象物の画像を取得することができる。このような画像取得に用いられる電磁波には、可視光や赤外光等の光波や、マイクロ波等の電波の他、光波と電波との間の波長域であるテラヘルツ波も含まれる。近年では、テラヘルツ波の物質透過性を利用した非破壊の画像取得技術が注目されている。

比較的高い周波数（１ＴＨｚ以上）のテラヘルツ波を用いる場合、一部のプラスチックや紙などの透過性が高い物質については透過画像を取得することができるが、透過性が低い物質については透視画像を取得することは困難である。これに対して、比較的低い周波数（１ＴＨｚ以下）のサブテラヘルツ波を用いる場合、多くの材料において透過性が高いことから、様々な材料からなる測定対象物の透過画像を取得することができる。

しかし、電磁波の周波数が低くなる（すなわち、波長が長くなる）と、空間分解能が悪化する。例えば、周波数が０.１ＴＨｚの場合、波長は３ｍｍに相当するので、３ｍｍより高い空間分解能を実現することができない。これでは、測定対象物の内部の状態や内容物の形状を正確に判別することが困難であり、実用的でない。

特許文献１，２および非特許文献１に記載された画像取得技術は、テラヘルツ波を集光光学系により測定対象物に集光して、該測定対象物を透過したテラヘルツ波の強度を検出し、また、測定対象物におけるテラヘルツ波集光位置を走査することで、２次元のテラヘルツ波画像を取得する。この画像取得技術は、２次元のテラヘルツ波画像を取得するために、測定対象物におけるテラヘルツ波集光位置を走査する必要があることから、画像取得に長時間を要する。

非特許文献２に記載された画像取得技術は、測定対象物を透過したテラヘルツ波を結像光学系により撮像部の撮像面に結像して、その像を撮像部により撮像することで、２次元のテラヘルツ波画像を取得する。この画像取得技術は、短時間で画像を取得することができる。

特開２００８−８８４２号公報 特許第４４６８１５３号公報

田中覚、向井俊和、「小型半導体素子"共鳴トンネルダイオード"を用いたテラヘルツイメージング」、Isotope News 2013年10月号 No.714 Naoki Oda, Tsutomu Ishi, SeijiKurashina, Takayuki Sudou, Masaru Miyoshi, Takao Morimoto, Takao Yamazaki, TakuTsuboi, And Tokuhito Sasaki, "Palm-Size and Real-Time Terahertz Imager, and its Application to Development of Terahertz Sources," Proc. ofSPIE, Vol.8716 (2013).

特許文献１，２および非特許文献１，２の何れに記載された画像取得技術でも、取得される画像の空間分解能は、レンズ等の光学系により形成されるテラヘルツ波の集光スポットの径で決まる。何故なら、テラヘルツ波の集光径が大きいと、撮像面における画素ピッチを小さくしても、集光したテラヘルツ波を本来検出させたい画素に隣接する画素においても該テラヘルツ波が検出され、分解能が悪化するからである。

高空間分解能という観点では、波長はできる限り小さいことが好ましい。しかし、およそ波長程度の大きさが空間分解能の限界である。したがって、物質に対する透過性が高いのはサブテラヘルツ波であるが、サブテラヘルツ波の波長は数ｍｍ程度であるので、空間分解能も数ｍｍ程度となり、測定対象物の中身の状態や内容物の形状を判別することは困難となるという問題がある。

非特許文献１では、周波数０.３ＴＨｚのテラヘルツ波を利用して透過画像を取得した例が示されており、画像の空間分解能は波長と同程度の１ｍｍ弱であるが、これを改善するにはより高周波にする必要があると記載されている。非特許文献２でも、画像の空間分解能は波長程度であることが記載されている。しかし、仮に、周波数を上げることで分解能を改善することができるとしても、物質透過後のテラヘルツ波のパワーが低下し、画像が取得できないか又はコントラストが劣化するなどの問題がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、測定対象物を透過した電磁波に基づいて該測定対象物の高空間分解能の画像を取得することができる画像取得装置を提供することを目的とする。

本発明の画像取得装置は、(1) ビーム断面において区分される各々波長以下のサイズの複数の領域のうちの各領域の偏光状態が隣接領域の偏光状態と異なる電磁波を発生させて、その電磁波を測定対象物に照射する電磁波照射部と、(2) 電磁波照射部により測定対象物に照射された電磁波のうち測定対象物を透過した電磁波を受光する受光面を有し、受光面において区分される複数の受光領域のうちの各受光領域が、受光する電磁波のビーム断面の複数の領域のうちの何れかの領域に対応し、該領域の電磁波の偏光状態に対して選択的に高い検出感度を有する電磁波検出部と、(3) 電磁波検出部の受光面の各受光領域における検出結果に基づいて測定対象物の画像を取得する解析部と、を備える。

本発明において、電磁波照射部は、ビーム断面の各領域を直線偏光として電磁波を出力する複数の素子が配列された偏光素子配列部を含むのが好適である。偏光素子配列部は、入力電磁波のうち特定方位の直線偏光の電磁波を選択的に透過させて出力する複数の偏光子を含む構成とすることができる。偏光素子配列部は、直線偏光の入力電磁波の波長を変換しタイプに応じた方位の直線偏光の電磁波を出力する複数の波長変換素子を含む構成とすることができる。偏光素子配列部は、入力電磁波により励起されて配置の向きに応じた方位の直線偏光の電磁波を出力する複数の光伝導アンテナ素子を含む構成とすることができる。偏光素子配列部は、直線偏光の入力電磁波により励起されて結晶方位に応じた方位の直線偏光の電磁波を出力する複数の光非線形光学素子を含む構成とすることができる。偏光素子配列部は、直線偏光の入力電磁波の偏光面を右旋または左旋させて直線偏光の電磁波を出力する複数の旋光素子を含む構成とすることができる。また、偏光素子配列部は、円偏光の入力電磁波を直線偏光の電磁波に変換して該電磁波を出力する複数の１／４波長板を含む構成とすることができる。

本発明において、電磁波照射部は、直線偏光の入力電磁波のビーム断面の各領域を円偏光の電磁波に変換して該電磁波を出力する複数の１／４波長板を含み、測定対象物と電磁波検出部との間に設けられ、測定対象物を透過した円偏光の電磁波を直線偏光の電磁波に変換して該電磁波を出力する１／４波長板を更に備える構成としてもよい。

本発明において、電磁波検出部は、ビーム断面の各領域について特定方位の直線偏光の電磁波を選択的に透過させる複数の素子が配列された偏光素子配列部を含む構成としてもよい。

本発明において、電磁波検出部は、受光面の各受光領域が複数に分割されて配置されている構成としてもよい。

本発明において、電磁波検出部は、電磁波照射部により測定対象物に照射された電磁波のうち測定対象物を透過した電磁波を互いに直交する第１直線偏光成分と第２直線偏光成分とに２分岐する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから出力された第１直線偏光成分の電磁波を受光する第１検出部と、偏光ビームスプリッタから出力された第２直線偏光成分の電磁波を受光する第２検出部と、を含み、解析部は、第１検出部および第２検出部それぞれによる検出結果に基づいて測定対象物の画像を取得する構成としてもよい。

また、本発明の画像取得装置は、測定対象物を透過した電磁波を電磁波検出部の受光面に結像する結像光学系を更に備える構成としてもよい。

本発明によれば、測定対象物を透過した電磁波に基づいて該測定対象物の高空間分解能の画像を取得することができる。

図１は、第１実施形態の画像取得装置１の構成を示す図である。 図２は、偏光素子配列部１１Ａの或る１つの素子１１_１から出力され測定対象物９０を透過した電磁波Ｔ_２１が電磁波検出部２０の受光面に入射する様子を示す図である。 図３は、第１実施形態の画像取得装置１の構成例を示す斜視図である。 図４は、偏光素子配列部１１Ａの構成を示す図である。 図５は、偏光素子配列部１１Ａの作製方法の一例を説明する図である。 図６は、偏光素子配列部１１Ａの作製方法の他の一例を説明する図である。 図７は、電磁波検出部２０の一構成例を示す図である。 図８は、電磁波検出部２０の他の一構成例を示す図である。 図９は、偏光素子配列部１１Ｂの構成を示す図である。 図１０は、偏光素子配列部１１Ｃの構成を示す図である。 図１１は、偏光素子配列部１１Ｅの構成を示す図である。 図１２は、偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２それぞれの形状の一例を示す図である。 図１３は、偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２それぞれの形状の一例を示す図である。 図１４は、偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２それぞれの形状の一例を示す図である。 図１５は、偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２それぞれの形状の一例を示す図である。 図１６は、偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２それぞれの形状の一例を示す図である。 図１７は、偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２それぞれの形状の一例を示す図である。 図１８は、第２実施形態の画像取得装置２の構成を示す図である。 図１９は、第３実施形態の画像取得装置３の構成を示す図である。 図２０は、第４実施形態の画像取得装置４の構成を示す図である。 図２１は、第４実施形態における第１検出部２１および第２検出部２２それぞれの受光面を説明する図である。 図２２は、第５実施形態の画像取得装置５の構成を示す図である。 図２３は、第６実施形態の画像取得装置６の構成を示す図である。 図２４は、第７実施形態の画像取得装置７の構成を示す図である。 図２５は、第８実施形態の画像取得装置８の構成を示す図である。 図２６は、第８実施形態の画像取得装置８の構成例を示す斜視図および断面図である。 図２７は、偏光素子配列部１１Ｋの構成を示す図である。 図２８は、偏光素子配列部１１Ｋの作製方法の一例を説明する図である。 図２９は、偏光素子配列部１１Ｋの作製方法の他の一例を説明する図である。 図３０は、偏光素子配列部１１Ｋの作製方法の他の一例を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の画像取得装置１の構成を示す図である。画像取得装置１は、電磁波照射部１０Ａ、電磁波検出部２０、解析部３０および結像光学系４０を備える。

電磁波照射部１０Ａは、電磁波Ｔ_１を発生させて、その電磁波Ｔ_１を測定対象物９０に照射する。電磁波Ｔ_１は、特に限定されるものではないが、例えば周波数０.０１ＴＨｚ〜１０００ＴＨｚのテラヘルツ波である。電磁波Ｔ_１のビーム断面は各々波長以下のサイズの複数の領域に区分され、これら複数の領域のうちの各領域の偏光状態は隣接領域の偏光状態と異なる。

電磁波照射部１０Ａは、ビーム断面の各領域を直線偏光として電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）を出力する複数の素子が配列された偏光素子配列部１１Ａを含む。偏光素子配列部１１Ａは、第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１１を出力する素子１１_１と、第１方位と直交する第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１２を出力する素子１１_２とを含む。なお、図１において、電磁波Ｔ_１１と電磁波Ｔ_１２とは異種のハッチングで区別されて表示され、また、素子１１_１と素子１１_２とは異種のハッチングで区別されて表示されている。以降の図でも同様である。

偏光素子配列部１１Ａにおいて上下および左右の双方の方向について素子１１_１と素子１１_２とは交互に配置されている。素子１１_１および素子１１_２は、入力電磁波Ｔ_０のうち特定方位の直線偏光の電磁波を選択的に透過させて出力する偏光子であってよい。入力電磁波Ｔ_０は、例えば、第１方位および第２方位の双方に対して４５°だけ傾いた方位の直線偏光、またはランダム偏光である。

偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２の配列ピッチΛを電磁波Ｔ_１の波長以下とすることにより、電磁波Ｔ_１のビーム断面において、第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１１の各領域のサイズを波長以下とすることができ、第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１２の各領域のサイズを波長以下とすることができる。このような電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）は、偏光素子配列部１１Ａから出力された後、ビーム断面における偏光分布が維持された状態で測定対象物９０に照射される。

電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）が測定対象物９０に照射されると、その測定対象物９０の透過率分布に応じて、測定対象物９０を透過した電磁波Ｔ_２（Ｔ_２１，Ｔ_２２）が出力される。電磁波Ｔ_２のうち電磁波Ｔ_２１は、測定対象物９０に照射された第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１１のうち測定対象物９０を透過したものであり、第１方位の直線偏光である。電磁波Ｔ_２のうち電磁波Ｔ_２２は、測定対象物９０に照射された第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１２のうち測定対象物９０を透過したものであり、第２方位の直線偏光である。

結像光学系４０は、測定対象物９０を透過して出力された電磁波Ｔ_２を電磁波検出部２０の受光面に結像する。結像光学系４０は、凸レンズであってもよいし、凹面鏡であってもよい。

電磁波検出部２０は、測定対象物９０を透過した電磁波Ｔ_２を受光する受光面を有する。電磁波検出部２０の受光面は、各々波長以下のサイズの複数の受光領域２０_１，２０_２に区分される。電磁波検出部２０の受光面において上下および左右の双方の方向について受光領域２０_１と受光領域２０_２とは交互に配置されている。これら複数の受光領域２０_１，２０_２それぞれは、受光する電磁波Ｔ_２のビーム断面の複数の領域のうちの何れかの領域に対応し、該領域の電磁波の偏光状態に対して選択的に高い検出感度を有する。なお、図１において、受光領域２０_１と受光領域２０_２とは異種のハッチングで区別されて表示されている。以降の図でも同様である。

受光領域２０_１は、電磁波Ｔ_２のうち第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２１を受光するものであって、第１方位の直線偏光に対して選択的に高い検出感度を有する。受光領域２０_２は、電磁波Ｔ_２のうち第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２２を受光するものであって、第２方位の直線偏光に対して選択的に高い検出感度を有する。結像光学系４０による結像の際の倍率を１とすると、電磁波検出部２０の受光面における各受光領域の配列ピッチΛ’は、偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２の配列ピッチΛと等しくされる。各受光領域中には、１個以上の画素が含まれる。

解析部３０は、電磁波検出部２０の受光面の各受光領域における検出結果に基づいて測定対象物９０の画像を取得する。

図２は、偏光素子配列部１１Ａの或る１つの素子１１_１から出力され測定対象物９０を透過した電磁波Ｔ_２１が電磁波検出部２０の受光面に入射する様子を示す図である。電磁波検出部２０の受光面において、結像光学系４０による集光径ｄは、各受光領域の配列ピッチΛ’と比べて大きい。このとき、第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２１は、対応する受光領域２０_１に入射するだけでなく、これに隣接する受光領域２０_２にも入射する。また、或る受光領域２０_１に入射する電磁波は、対応する第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２１だけでなく、第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２２も含まれる。

しかし、本実施形態では、各受光領域２０_１は、第１方位の直線偏光に対して選択的に高い検出感度を有するので、電磁波Ｔ_２のビーム断面における対応する領域の第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２１を検出することができる一方で、隣接する領域の第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２２を検出することができない。同様に、各受光領域２０_２は、第２方位の直線偏光に対して選択的に高い検出感度を有するので、電磁波Ｔ_２のビーム断面における対応する領域の第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２２を検出することができる一方で、隣接する領域の第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_２１を検出することができない。

このように、電磁波Ｔ_２のビーム断面における波長以下のサイズの各領域で取得した測定対象物９０の情報を、電磁波検出部２０の受光面において対応する受光領域で分離して検出することができる。したがって、波長と比べて高空間分解能の画像を取得することができる。

また、電磁波の直線偏光の方位と測定対象物の向きとの関係によって透過画像が異なるような材料や構造からなる測定対象物であっても、本実施形態のように電磁波Ｔ_２のビーム断面において互いに異なる方位の直線偏光が交互に分布していることにより、測定対象物の向きに依らず同一の透過画像を取得することができる。

図３は、第１実施形態の画像取得装置１の構成例を示す斜視図である。この図では、電磁波照射部１０Ａは、電磁波を放射する電磁波放射器１２Ａと、偏光素子配列部１１Ａとを含む構成とされている。偏光素子配列部１１Ａは、電磁波放射器１２Ａから放射された電磁波Ｔ_０を入力して、各素子１１_１，１１_２によりビーム断面の各領域を直線偏光として電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）を出力する。また、測定対象物９０は、設置台９１により保持されている。

図４は、偏光素子配列部１１Ａの構成を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示された偏光素子配列部１１Ａのうち或る１つの素子１１_１の一部を拡大して示す。素子１１_１は、上下方向に延在する複数本の金属線１３が波長より短い一定ピッチで配列されたものであり、上下方向に電界成分を有する直線偏光の電磁波を選択的に遮断し、左右方向に電界成分を有する直線偏光の電磁波を選択的に透過させることができる。

図５は、偏光素子配列部１１Ａの作製方法の一例を説明する図である。この例では、偏光素子配列部１１Ａは、金属板１４を所定パターンでエッチングしてスリット状の貫通孔を形成することで作製される。隣接する２つのスリットの間の金属部分が、図４中の金属線１３に相当する。

図６は、偏光素子配列部１１Ａの作製方法の他の一例を説明する図である。この例では、偏光素子配列部１１Ａは、透明平板１５の主面上にフォトリソグラフィ等により所定パターンでストライプ状の金属膜を形成することで作製される。ストライプ状の金属膜が、図４中の金属線１３に相当する。透明平板１５は例えば高抵抗シリコンからなる。

電磁波の周波数を０.１ＴＨｚとし波長を３ｍｍとした場合、画像取得装置１の構成の具体例は以下のとおりである。各素子１１_１，１１_２の金属線１３の幅は５０μｍである。金属線１３の配列のピッチは１５０μｍである。電磁波放射器１２Ａから出力される電磁波の総平均パワーは数１００ｍＷ〜数μＷである。偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２の配列ピッチΛは１.５ｍｍである。電磁波検出部２０の受光面における受光領域の配列ピッチΛ’は１.５ｍｍである。電磁波検出部２０の受光面の画素数は５０×５０である。結像光学系４０としての結像レンズの直径は４０ｍｍである。結像レンズの焦点距離は５０ｍｍである。結像光学系４０のＦナンバーは０.５〜５である。測定対象物９０の大きさは７５×７５ｍｍである。偏光素子配列部１１Ａと測定対象物９０との間の距離は１ｍｍである。測定対象物９０と結像レンズとの間の距離は１００ｍｍである。結像レンズと電磁波検出部２０の受光面との間の距離は１００ｍｍである。なお、ここに挙げた数値は一例であり、上記数値に限定するものではない。

偏光によって感度が異なる画素を有する電磁波検出部２０として、例えば、アンテナを備えたボロメータセンサがアレイ配置されていて、そのアンテナの方向が異なる向きに交互に配置されているものが用いられる。偏光方位に対してアンテナの向きが平行な場合は検出効率が高く、逆に偏光方位に対してアンテナの向きが垂直な場合は検出効率が低くなるので、アンテナの方向を交互に配置することで、上記の電磁波検出部２０を実現することができる。

図７は、電磁波検出部２０の一構成例を示す図である。この例では、電磁波検出部２０の受光面における各受光領域２０_１，２０_２は、１つの領域とされている。図８は、電磁波検出部２０の他の一構成例を示す図である。この例では、電磁波検出部２０の受光面における各受光領域２０_１，２０_２は、複数（この図では４個）に分割されて配置されている。図８における各受光領域２０_１，２０_２の分割された個々の領域は、図７における各受光領域２０_１，２０_２と比べてサイズが小さく、感度を有さない領域で囲まれているので、高空間分解能で検出することが可能である。

次に、偏光素子配列部の変形例について図９〜図１７を用いて説明する。これらの変形例の偏光素子配列部は、図１に示された画像取得装置１において偏光素子配列部１１Ａに替えて用いられる。

図９は、第１変形例の偏光素子配列部１１Ｂの構成を示す図である。この偏光素子配列部１１Ｂは、直線偏光の入力電磁波Ｔ_０（基本波）の波長を変換しタイプに応じた方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）を出力する複数の波長変換素子１１_１，１１_２を含む。タイプＩの波長変換素子１１_１は、波長変換前の電磁波Ｔ_０の偏光方位に対して波長変換後の電磁波Ｔ_１１の偏光方位を同じにすることができる。タイプIIの波長変換素子１１_２は、波長変換前の電磁波Ｔ_１の偏光方位に対して波長変換後の電磁波Ｔ_１２の偏光方位を直交させることができる。すなわち、この偏光素子配列部１１Ｂも、偏光素子配列部１１Ａと同様の電磁波Ｔ_１を出力することができる。このような波長変換素子として、水晶、ＫＤＰ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＢＩＢＯ、ＣＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＮｂＯ_３、ＫＴＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの結晶が挙げられる。

図１０は、第２変形例の偏光素子配列部１１Ｃの構成を示す図である。この偏光素子配列部１１Ｃは、入力電磁波Ｔ_０（励起光）により励起されて配置の向きに応じた方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）を出力する複数の光伝導アンテナ素子１１_１，１１_２を含む。或る向きに配置された光伝導アンテナ素子１１_１は、波長変換前の電磁波Ｔ_０の偏光方位に対して波長変換後の電磁波Ｔ_１１の偏光方位を同じにすることができる。光伝導アンテナ素子１１_１の向きと直交する向きに配置された光伝導アンテナ素子１１_２は、波長変換前の電磁波Ｔ_１の偏光方位に対して波長変換後の電磁波Ｔ_１２の偏光方位を直交させることができる。すなわち、この偏光素子配列部１１Ｃも、偏光素子配列部１１Ａと同様の電磁波Ｔ_１を出力することができる。

第３変形例の偏光素子配列部１１Ｄは、図１０に示される構成と同様の構成を有し、直線偏光の入力電磁波Ｔ_０（励起光）により励起されて結晶方位に応じた方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）を出力する複数の光非線形光学素子１１_１，１１_２を含む。或る結晶方位を有する光非線形光学素子１１_１は、波長変換前の電磁波Ｔ_０の偏光方位に対して波長変換後の電磁波Ｔ_１１の偏光方位を同じにすることができる。光非線形光学素子１１_１の結晶方位と異なる結晶方位を有する光非線形光学素子１１_２は、波長変換前の電磁波Ｔ_１の偏光方位に対して波長変換後の電磁波Ｔ_１２の偏光方位を直交させることができる。すなわち、この偏光素子配列部１１Ｄも、偏光素子配列部１１Ａと同様の電磁波Ｔ_１を出力することができる。このような非線形光学素子として、ＧａＰ、ＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＳｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＡｓ、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＤＡＳＴ、ＢＮＡなどの結晶が挙げられる。

図１１は、第４変形例の偏光素子配列部１１Ｅの構成を示す図である。この偏光素子配列部１１Ｅは、直線偏光の入力電磁波Ｔ_０の偏光面を右旋または左旋させて直線偏光の電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）を出力する複数の旋光素子１１_１，１１_２を含む。旋光素子１１_１は、直線偏光の入力電磁波Ｔ_０の偏光面を４５°だけ右旋させる。旋光素子１１_２は、直線偏光の入力電磁波Ｔ_０の偏光面を４５°だけ左旋させる。すなわち、この偏光素子配列部１１Ｅも、偏光素子配列部１１Ａと同様の電磁波Ｔ_１を出力することができる。

偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２それぞれの形状（光軸方向に見たときの形状）は、図１２に示されるように正方形であってもよいし、図１３に示されるように三角形であってもよいし、図１４に示されるように正方形以外の矩形であってもよい。また、素子１１_１，１１_２それぞれの形状は、図１５に示されるように円形であってもよいし、図１６に示されるように八角形であってもよいし、図１７に示されるように六角形であってもよい。図１５〜図１７に示される形状例では、素子１１_１，１１_２以外の領域１１_３が存在するが、この領域１１_３は電磁波を遮断する。電磁波検出部２０の受光面における各受光領域は、偏光素子配列部１１Ａにおける素子１１_１，１１_２それぞれの形状に合わせた形状とされる。偏光素子配列部１１Ｂ〜１１Ｅについても同様である。

（第２実施形態）
図１８は、第２実施形態の画像取得装置２の構成を示す図である。画像取得装置２は、電磁波照射部１０Ｆ、電磁波検出部２０Ｆ、解析部３０および結像光学系４０を備える。図１に示された第１実施形態の画像取得装置１の構成と比較すると、図１８に示される第２実施形態の画像取得装置２は、素子１１_１，１１_２が交互に２次元配列された偏光素子配列部１１Ａを含む電磁波照射部１０Ａに替えて、素子１１_１，１１_２が交互に１次元配列された偏光素子配列部１１Ｆを含む電磁波照射部１０Ｆを備える点で相違し、また、受光領域２０_１，２０_２が交互に２次元配列された電磁波検出部２０に替えて、受光領域２０_１，２０_２が交互に１次元配列された電磁波検出部２０Ｆを備える点で相違する。

また、画像取得装置２は、電磁波検出部２０Ｆの受光面における受光領域２０_１，２０_２の配列方向に対して垂直な方向に測定対象物９０を移動させる駆動部５０を更に備える。解析部３０は、駆動部５０による測定対象物９０の移動の際の各位置において電磁波検出部２０Ｆにより取得された測定対象物９０の１次元の透過画像を取得する。そして、解析部３０は、各位置での１次元の透過画像に基づいて、測定対象物９０の２次元の透過画像を構成することができる。

なお、本実施形態では、偏光素子配列部１１Ｆは、素子１１_１，１１_２が交互に２次元配列されたものであってもよい。

本実施形態においても、電磁波検出部２０の受光面に到達する電磁波は第１実施形態の場合と同様であり、第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
図１９は、第３実施形態の画像取得装置３の構成を示す図である。画像取得装置３は、電磁波照射部１０Ｇ、電磁波検出部２０、解析部３０および結像光学系４０を備える。図１に示された第１実施形態の画像取得装置１の構成と比較すると、図１９に示される第３実施形態の画像取得装置３は、偏光素子配列部１１Ａを含む電磁波照射部１０Ａに替えて、電磁波照射部１０Ｇを備える点で相違する。

本実施形態における電磁波照射部１０Ｇは、偏光素子配列部を含むことなく、第１実施形態と同様の電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）を発生させる。電磁波照射部１０Ｇは、第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１１を出力する発光素子１０_１と、第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１２を出力する発光素子１０_２とを含む。電磁波照射部１０Ｇにおいて上下および左右の双方の方向について発光素子１０_１と発光素子１０_２とは交互に配置されている。電磁波照射部１０Ｇにおける発光素子１０_１，１０_２の配列ピッチΛを電磁波Ｔ_１の波長以下とすることにより、電磁波Ｔ_１のビーム断面において、第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１１の各領域のサイズを波長以下とすることができ、第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１２の各領域のサイズを波長以下とすることができる。

このような発光素子として、量子カスケードレーザ、共鳴トンネルダイオード、ＩＭＰＡＴＴダイオード、Ｇｕｎｎダイオード、ショットキーバリアダイオードおよびトランジスタなどの半導体素子、ならびに、ＢＷＯなどの電子管などが挙げられる。

本実施形態においても、電磁波検出部２０の受光面に到達する電磁波は第１実施形態の場合と同様であり、第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。

（第４実施形態）
図２０は、第４実施形態の画像取得装置４の構成を示す図である。画像取得装置４は、電磁波照射部１０Ａ、電磁波検出部２０Ｈ、解析部３０および結像光学系４０を備える。図１に示された第１実施形態の画像取得装置１の構成と比較すると、図２０に示される第４実施形態の画像取得装置４は、電磁波検出部２０に替えて電磁波検出部２０Ｈを備える点で相違する。

本実施形態における電磁波検出部２０Ｈは、第１検出部２１、第２検出部２２および偏光ビームスプリッタ２３を含む。偏光ビームスプリッタ２３は、電磁波照射部１０Ａにより測定対象物９０に照射された電磁波Ｔ_１のうち測定対象物９０を透過した電磁波を、第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１１と、第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１２とに２分岐する。第１検出部２１は、偏光ビームスプリッタ２３から出力された第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１１を受光する。第２検出部２２は、偏光ビームスプリッタ２３から出力された第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１２を受光する。

図２１は、第４実施形態における第１検出部２１および第２検出部２２それぞれの受光面を説明する図である。第１検出部２１の受光面において、この図にハッチング領域として示された受光領域は、第１方位の直線偏光について感度を有し、電磁波Ｔ_１１を検出する。第２検出部２２の受光面において、この図にハッチング領域として示された受光領域は、第２方位の直線偏光について感度を有し、電磁波Ｔ_１２を検出する。第１検出部２１の受光領域と第２検出部２２の受光領域とは、互いに相補的な位置関係にある。

解析部３０は、第１検出部２１の受光領域での検出結果および第２検出部２２の受光領域での検出結果に基づいて、測定対象物９０の透過画像を取得する。なお、第１検出部２１および第２検出部２２それぞれの受光面において受光領域（図２１中のハッチング領域）以外の領域は感度を有していてもよく、この場合には、解析部３０は、受光領域以外の領域での検出結果を用いなければよい。

本実施形態においても、電磁波検出部２０の受光面に到達する電磁波は第１実施形態の場合と同様であり、第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。

（第５実施形態）
図２２は、第５実施形態の画像取得装置５の構成を示す図である。画像取得装置５は、電磁波照射部１０Ａ、電磁波検出部２０Ｉ、偏光素子配列部２４、解析部３０および結像光学系４０を備える。図１に示された第１実施形態の画像取得装置１の構成と比較すると、図２２に示される第５実施形態の画像取得装置５は、電磁波検出部２０に替えて電磁波検出部２０Ｉを備える点で相違し、偏光素子配列部２４を更に備える点で相違する。

本実施形態における電磁波検出部２０Ｉの受光面における各受光領域は、偏光依存性のない感度を有する。そこで、本実施形態では、電磁波検出部２０Ｉの受光面の前に偏光素子配列部２４が配置される。この偏光素子配列部２４は、第１実施形態およびその変形例で説明したものと同様の構成とすることができる。

本実施形態では、第１実施形態の場合と同様の効果を奏する他、次のような効果も期待できる。すなわち、本実施形態では、電磁波検出部２０Ｉの受光面の前に消光比が高い偏光素子配列部２４を配置することで、電磁波検出部２０Ｉの受光面において一方の偏光成分を受光すべき受光領域に他方の偏光成分が入射することを効率的に抑制することができるので、第１実施形態の場合と比べて高い空間分解能で測定対象物９０の透過画像を取得することができる。

（第６実施形態）
図２３は、第６実施形態の画像取得装置６の構成を示す図である。画像取得装置６は、電磁波照射部１０Ｊ、電磁波検出部２０、解析部３０および結像光学系４０を備える。図１に示された第１実施形態の画像取得装置１の構成と比較すると、図２３に示される第６実施形態の画像取得装置６は、偏光素子配列部１１Ａを含む電磁波照射部１０Ａに替えて、偏光素子配列部１１Ｊを含む電磁波照射部１０Ｊを備える点で相違する。

本実施形態における偏光素子配列部１１Ｊは、円偏光の入力電磁波Ｔ_０を直線偏光の電磁波Ｔ_１（Ｔ_１１，Ｔ_１２）に変換して該電磁波を出力する複数の１／４波長板１１_１，１１_２を含む。１／４波長板１１_１は、円偏光の入力電磁波Ｔ_０を第１方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１１に変換する。１／４波長板１１_２は、円偏光の入力電磁波Ｔ_０を第２方位の直線偏光の電磁波Ｔ_１２に変換する。偏光素子配列部１１Ｊにおいて上下および左右の双方の方向について１／４波長板１１_１と１／４波長板１１_２とは交互に配置されている。

本実施形態においても、電磁波検出部２０の受光面に到達する電磁波は第１実施形態の場合と同様であり、第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。

（第７実施形態）
図２４は、第７実施形態の画像取得装置７の構成を示す図である。画像取得装置７は、電磁波照射部１０Ｊ、電磁波検出部２０、１／４波長板２５、解析部３０および結像光学系４０を備える。図２３に示された第６実施形態の画像取得装置６の構成と比較すると、図２４に示される第７実施形態の画像取得装置７は、１／４波長板２５を更に備える点で相違する。

本実施形態では、入力電磁波Ｔ_０は、第１方位および第２方位の双方に対して４５°だけ傾いた方位の直線偏光とされる。そして、偏光素子配列部１１Ｊの１／４波長板１１_１，１１_２それぞれから出力される電磁波は、互いに偏光面の回転方向が逆である円偏光となる。

１／４波長板２５は、測定対象物９０と電磁波検出部２０との間に設けられ、測定対象物９０を透過した円偏光の電磁波を直線偏光の電磁波に変換して該電磁波を出力する。この１／４波長板２５は、一方の回転方向の円偏光を第１方位の直線偏光に変換し、他方の回転方向の円偏光を第２方位の直線偏光に変換する。

本実施形態においても、電磁波検出部２０の受光面に到達する電磁波は第１実施形態の場合と同様であり、第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。

（第８実施形態）
図２５は、第８実施形態の画像取得装置８の構成を示す図である。画像取得装置８は、電磁波照射部１０Ａ、電磁波検出部２０および解析部３０を備える。図１に示された第１実施形態の画像取得装置１の構成と比較すると、図２５に示される第８実施形態の画像取得装置８は、結像光学系４０を備えていない点で相違する。

本実施形態では、電磁波照射部１０Ａと測定対象物９０とは互いに近接して配置され、また、測定対象物９０と電磁波検出部２０とは互いに近接して配置される。装置の組み立ての際の調整が容易となり、装置を小型化することができる。

図２６は、第８実施形態の画像取得装置８の構成例を示す斜視図および断面図である。図２６（ａ）は斜視図であり、図２６（ｂ）は断面図である。この図に示される構成例では、直方体形状を有する下ケース６１に電磁波検出部２０が収納され、直方体形状を有する上ケース６２に電磁波放射器１２Ａおよび偏光素子配列部１１Ａを含む電磁波照射部１０Ａが収納されている。下ケース６１に対して上ケース６２は例えば蝶番により開閉自在となっている。下ケース６１の上に測定対象物９０を載置して上ケース６２を閉じることで、図２５に示されたような配置となり、測定対象物９０の透過画像を取得することができる。

（変形例）
本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、偏光素子配列部の具体的構成は、図４〜図６で説明したものに限定されず、図２７〜図３０で説明する構成であってもよい。

図２７は、偏光素子配列部１１Ｋの構成を示す図である。この偏光素子配列部１１Ｋは、これまで説明した偏光素子配列部１１Ａ等に替えて用いられる。偏光素子配列部１１Ａは、長方形（長辺ａ、短辺ｂ）の電磁波透過窓（図中で白抜きの領域）が２次元状に配列されたものであり、隣り合う電磁波透過窓では長辺の方向が互いに異なる。各電磁波透過窓は、短辺の方向に平行な方位の直線偏光の電磁波を選択的に透過させることができる素子として作用する。例えば、電磁波の周波数を０.１ＴＨｚとし波長を３ｍｍとした場合、長辺ａは１ｍｍであり、短辺ｂは０.５ｍｍであり、電磁波透過窓の配列ピッチΛは１.５ｍｍである。

図２８は、偏光素子配列部１１Ｋの作製方法の一例を説明する図である。この例では、偏光素子配列部１１Ｋは、金属板１４を所定パターンでエッチングして電磁波透過窓を形成することで作製される。

図２９は、偏光素子配列部１１Ｋの作製方法の他の一例を説明する図である。この例では、偏光素子配列部１１Ｋは、透明平板１５の主面上にフォトリソグラフィ等により所定パターンで金属膜１７を形成することで作製される。金属膜形成の際に一部の長方形領域に金属膜を形成せず、その金属膜が形成されていない長方形領域が電磁波透過窓となる。透明平板１５は例えば高抵抗シリコンからなる。

図３０は、偏光素子配列部１１Ｋの作製方法の他の一例を説明する図である。この例では、偏光素子配列部１１Ｋは、誘電体基板１６に所定パターンで貫通孔を設け、その誘電体基板１６の主面上に蒸着により金属膜１７を形成することで作製される。誘電体基板１６に設けられる貫通孔の断面は長方形である。誘電体基板１６の貫通孔の領域には金属膜が形成されない。その金属膜が形成されていない長方形領域が電磁波透過窓となる。

１〜８…画像取得装置、１０Ａ〜１０Ｊ…電磁波照射部、１１Ａ〜１１Ｋ…偏光素子配列部、１２Ａ…電磁波放射器、２０，２０Ｆ，２０Ｈ，２０Ｉ…電磁波検出部、２１…第１検出部、２２…第２検出部、２３…偏光ビームスプリッタ、２４…偏光素子配列部、２５…１／４波長板、３０…解析部、４０…結像光学系、５０…駆動部、９０…測定対象物。

Claims (13)

1. ビーム断面において区分される各々波長以下のサイズの複数の領域のうちの各領域の偏光状態が隣接領域の偏光状態と異なる電磁波を発生させて、その電磁波を測定対象物に照射する電磁波照射部と、
   前記電磁波照射部により前記測定対象物に照射された電磁波のうち前記測定対象物を透過した電磁波を受光する受光面を有し、前記受光面において区分される複数の受光領域のうちの各受光領域が、受光する電磁波のビーム断面の前記複数の領域のうちの何れかの領域に対応し、該領域の電磁波の偏光状態に対して選択的に高い検出感度を有する電磁波検出部と、
   前記電磁波検出部の前記受光面の各受光領域における検出結果に基づいて前記測定対象物の画像を取得する解析部と、
   を備える画像取得装置。
2. 前記電磁波照射部は、前記ビーム断面の各領域を直線偏光として前記電磁波を出力する複数の素子が配列された偏光素子配列部を含む、
   請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記偏光素子配列部は、入力電磁波のうち特定方位の直線偏光の電磁波を選択的に透過させて出力する複数の偏光子を含む、
   請求項２に記載の画像取得装置。
4. 前記偏光素子配列部は、直線偏光の入力電磁波の波長を変換しタイプに応じた方位の直線偏光の電磁波を出力する複数の波長変換素子を含む、
   請求項２に記載の画像取得装置。
5. 前記偏光素子配列部は、入力電磁波により励起されて配置の向きに応じた方位の直線偏光の電磁波を出力する複数の光伝導アンテナ素子を含む、
   請求項２に記載の画像取得装置。
6. 前記偏光素子配列部は、直線偏光の入力電磁波により励起されて結晶方位に応じた方位の直線偏光の電磁波を出力する複数の光非線形光学素子を含む、
   請求項２に記載の画像取得装置。
7. 前記偏光素子配列部は、直線偏光の入力電磁波の偏光面を右旋または左旋させて直線偏光の電磁波を出力する複数の旋光素子を含む、
   請求項２に記載の画像取得装置。
8. 前記偏光素子配列部は、円偏光の入力電磁波を直線偏光の電磁波に変換して該電磁波を出力する複数の１／４波長板を含む、
   請求項２に記載の画像取得装置。
9. 前記電磁波照射部は、直線偏光の入力電磁波のビーム断面の各領域を円偏光の電磁波に変換して該電磁波を出力する複数の１／４波長板を含み、
   前記測定対象物と前記電磁波検出部との間に設けられ、前記測定対象物を透過した円偏光の電磁波を直線偏光の電磁波に変換して該電磁波を出力する１／４波長板を更に備える、
   請求項１に記載の画像取得装置。
10. 前記電磁波検出部は、前記ビーム断面の各領域について特定方位の直線偏光の電磁波を選択的に透過させる複数の素子が配列された偏光素子配列部を含む、
    請求項１〜９の何れか１項に記載の画像取得装置。
11. 前記電磁波検出部は、前記受光面の各受光領域が複数に分割されて配置されている、
    請求項１〜１０の何れか１項に記載の画像取得装置。
12. 前記電磁波検出部は、前記電磁波照射部により前記測定対象物に照射された電磁波のうち前記測定対象物を透過した電磁波を互いに直交する第１直線偏光成分と第２直線偏光成分とに２分岐する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタから出力された前記第１直線偏光成分の電磁波を受光する第１検出部と、前記偏光ビームスプリッタから出力された前記第２直線偏光成分の電磁波を受光する第２検出部と、を含み、
    前記解析部は、前記第１検出部および前記第２検出部それぞれによる検出結果に基づいて前記測定対象物の画像を取得する、
    請求項１〜１１の何れか１項に記載の画像取得装置。
13. 前記測定対象物を透過した電磁波を前記電磁波検出部の前記受光面に結像する結像光学系を更に備える、
    請求項１〜１２の何れか１項に記載の画像取得装置。

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