JP5089982B2 - 非侵襲的電界検出ならびに測定デバイスおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学的活性媒体（これは、公知の構造のものであり得る）中の電界または電位あるいは空間的および／またはその時間的導関数の非侵襲的定量的検出およびマッピングのデバイスおよび方法に関する。この文書において、「光学的活性媒体」という表現は、電気光学特性を呈する媒体を意味するものとして理解され、より詳細には、線形的な電気光学的効果（またはポッケルス効果）または二次電気光学的効果を呈する媒体を意味するものとして理解される。しかし、その明示閾値は、線形のものと比較してより高く、それでもなお、短パルスパワーレーザの使用に匹敵する。

詳細には、本発明は、以下のようなデバイスに関する。このデバイスは、試験対象媒体の少なくとも１つの領域を光線で照射するため、経路が光軸を規定する光線を伴う光源と、上記光線の位相シフトをマッピングする手段であって、上記位相シフトは、上記試験対象領域中において、電界または電位あるいはその導関数によって誘起される手段とを含む。

米国特許公開第５，３９４，０９８号文書において、光電子コンポーネントの試験に用いられるこのようなデバイスの一例に関する記載がある。本デバイスにおいて、光源はレーザであり、光線の位相シフトをマッピングする手段は、干渉計からなる。電気光学特性を有する媒体は、試験対象コンポーネントの少なくとも一部を被覆する適切なポリマーの層からなる。

しかし、この種のデバイスは、電界測定を表面のみに依存させるという欠陥を有する。この依存は、このアプローチ固有の第１の未知の電気光学媒体と第２の人工電気光学媒体との間の分離に起因する。第１の未知の電気光学媒体は、測定ターゲットであり、それ自身が、決定されるべき電界部位（または決定されるべき電気光学分布またはこれら２つの組み合わせの部位）である。第２の人工電気光学媒体は、試験対象媒体から出される電界線を明らかにする手段である。さらに、この種のデバイスの用途は、薄膜蒸着型の処理（例えば、光電子コンポーネントの製造技術において一般的に用いられているもの）を受け入れることのできる媒体中の電界の検出に限定される。詳細には、この種のデバイスは、生物媒体の量中の電界の検出に使用することができない。

詳細には、本発明の目的は、上記の欠陥を軽減することである。

本発明は、上記目的のため、線形電気光学的効果または二次電気光学的効果を呈する媒体における電界または電位あるいはその導関数の非侵襲的検出のためのデバイスを提供する。このデバイスは、既述した特徴とは別に、上記光線の位相シフトをマッピングする手段は、共焦点顕微鏡を含む点において特徴付けられる。上記共焦点顕微鏡中に、上記試験対象領域が、上記試験対象領域の一平面の画像を形成するのに適した様態で配置される。

上記共焦点顕微鏡のおかげで、３次元空間分解能を達成することが可能となる。そのため、媒体の量を調査することが可能となる。この構成により、当該媒体が電気光学特性を持つ場合、特段の作製の必要無く、当該媒体の調査が可能となる。また、電気光学特性を有するかまたは当該媒体上の電気光学特性を提供する分子またはイオンなどで当該媒体をドープし、これにより、当該媒体の電気光学特性を強調することも可能である。ただし、これは後者に既にそれが備わっている場合であり、あるいは、このような特性を内在的に所有しない媒体中の電界の存在を明らかにすることもできる。

本発明によれば、調査対象媒体の性質が大幅に変わり得る。既述した光電子コンポーネントとは別に、任意の固有電気光学活動をそれぞれ持たない２つの異なる誘電媒体の間の局所的分布（例えば界面）があり得る。これら２つの媒体の間の界面は、個々に非電気光学特性を有するため、不連続部近隣の中心対称性における構造破壊および電気光学的効果の可能性を誘起する。電気光学特性の局所的分布の別の例において、当該媒体は非晶質である。例えば、当該媒体は、非中心対称性の無秩序な順番で局所的に配置された電気光学分子からなる固溶体を含むポリマーマトリクスであり得る（これは、適切な電極または全光学的配置（これは、方向付けビームの焦点において局所的に機能する）と呼ばれる構成における光学フィールドによって局所的に誘起される電界の効果によるものである）。このような電気光学特性の局所的発生は、以下に示唆される手段のいずれによっても検出され得る：「電気光学表面」（細胞膜種の２次元または準２次元分布の場合）または周囲媒体に対して外因性の電気光学構造の内包物の場合の「電気光学アイランド」（またはボクセル）。例えば、この場合、固有電気光学特性を持たない非晶質ポリマーの膜中の電気光学構造の内包物があり得る（これらの内包物は、ナノスケール寸法またはミクロスケール寸法（例えば、二次非線形特性を有するナノ結晶）を有する）。逆に言えば、軸方向配向解除により、初期ホモジニアス電気光学構造（例えば、コロナニードル型の従来構成中の電界中の準一様配置によって得られるようなもの）内の電気光学的効果を有する局所的欠陥を生成することが可能である。詳細には、本発明は、以下の２つの対称的状況において有用である。第１に、本発明は、電気光学特性分布が不明な場合において、この先験的に不明の分布の空間マッピングを明らかにすることを可能にする。その際、１組の単純電極による電界を付加して、試料内の電界の分布を制御することを可能にする。第２に、電気光学特性の空間的分布が他の手段によって既知である場合（例えば、この分布の形成制御のための技術的方法の場合）において、本発明は、当該分布中の内部電界または外部電界のマッピングを決定することを可能にする。外部電界は、この電気光学特性の先験的に既知の分布だけにではなく、外部電界が付加される電極のジオメトリにも依存する。特定の中間的場合において、電界分布および当該構造の電気光学特性に関する知識は限られていることが分かっている。その場合において、本発明は、これらの２つの未知情報が有っても、当該媒体をプローブする入射波が経験する光学的位相シフトのマッピングを確実に行うことを可能にする。よって、これらの不確定性の解消を進展させるために、当業者は、電気光学媒体の構造または電界分布、あるいはこれらの組み合わせのいずれかに関する構造的かつ／または物理的仮説を提案する。

同様に、本発明のおかげで、電界測定の空間分解能は、用いられる光学部品のみによって限定される。

本発明の実施形態において、以下の提供物のうち１つ以上が、さらに必要に応じて用いられ得る。

上記光線の位相シフトをマッピングする手段は、光線を基準ビームおよびプローブビームに分け、上記プローブビームがこの干渉計中の試験対象領域を通過した後の基準ビームおよびプローブビーム間の位相シフトを測定する干渉計を含む。上記基準ビームおよび上記プローブビームの各経路長さのサーボ制御は、カットオフ周波数ｆ_ｃまで活性となる。これらのマッピング手段は、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い信号サンプリング周波数ｆ_ａを有する。電界検出の時間的解像度は、上記光線の位相シフトをマッピングする手段の電子および光電子コンポーネントのみによって限定される。

これは、プローブビーム中の空間中の３方向に沿って媒体を移動させる手段を含む。

これは、上記試験対象領域および基準領域の走査を上記光線でかつ取得周波数ｆで行うのに適した走査手段（３３）を含み、上記取得周波数ｆは、上記カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い上記光線の位相変化を測定する手段によって記録された画像のものである。

これは、上記試験対象領域および上記基準領域の走査を、空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘでかつ空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙで光線で適した様態で行って、画像を形成する手段を含む。この画像は、上記第１の方向に沿ったｎ個の画素および上記第２の方向に沿ったｍ個の画素から構成される。これらの周波数ｆ_ｘおよび周波数ｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎおよびｆ_ｙ＝ｆ_ａ／ｍとなるように選択される。そのため、観察された電気光学現象に対応する信号の変化の周波数は、より高い周波数ｆ_ｘおよび有利にはカットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い周波数で変調される。より正確には、上記走査手段は、４つの音響光学偏向器を含む。これらの４つの音響光学偏向器のうち２つは、光線を偏向させ、上記共焦点顕微鏡の上流に有り、空間中の第１の方向および第２の方向にそれぞれ有り、これらの４つの音響光学偏向器のうち２つは、光線を調整し、それぞれ空間中の第１の方向および第２の方向に有り、共焦点顕微鏡の下流に有る。実際、これらの空間中の第１の方向および第２の方向は、光軸に対して垂直である。

共焦点顕微鏡の下流の少なくとも１つの音響光学偏向器は、光軸に傾けられた光線の０次を作製し、かつ、近軸を１次に保持するように、設定される。必要に応じて、ガリレオ望遠鏡を用いて、１次と光軸との間の角度を増加させることができる。

これは、共焦点顕微鏡の上流において、試験対象領域上に入射するプローブビームの偏光を制御する手段をさらに含む。

別の局面によれば、本発明は、本発明によるデバイスをインプレメントする方法に関する。詳細には、これは、線形電気光学的効果または二次電気光学的効果を呈する媒体における電界または電位あるいはその導関数の非侵襲的検出のための方法である。本方法において、以下が行われる。

試験対象媒体の少なくとも１つの領域を、光線を生成する光源で照射する。上記光線の経路は、光軸を規定する。

試験対象領域中の電界または電位あるいはその導関数によって誘起される光線の位相シフトがマッピングされる。

上記試験対象領域は、共焦点顕微鏡中に設けられる点において特徴付けられる。この共焦点顕微鏡そのものは、上記試験対象領域中の一平面の一画像を形成するのに適した様態で、上記光線の位相シフトをマッピングする手段に挿入される。

本発明による方法を実施する方法において、以下の提供物のうち１つ以上が、さらに必要に応じて用いられ得る。

上記媒体の電気光学特性の分布が分かったので、上記電界が、上記媒体中にマッピングされる。

または、公知の構成の電界が、上記媒体の電気光学特性を明らかにするように、媒体中に生成される。

本発明の他の局面、目的および利点は、その実施形態の１つの記載を読めば明らかである。

また、本発明は、図面を参照すればより明確に理解される。

様々な図中、同一参照符号は同一構成要素を示す。

本発明によるデバイスの実施形態の一例を、図１および図２に関連して下記に示す。

図１に示すように、本デバイス１は顕微鏡である。本デバイス１は光源３および干渉計５を含む。これらは、光線の位相シフトをマッピングするための手段７を構成する。

光源３は例えばレーザである。もちろん、このレーザの波長、出力および性質（パルスまたは連続）は、試験対象媒体（より詳細には、媒体中の電界を明らかにする光学的に活性の種（分子、イオン電子材料など））に合わせて個別調整される。例えば、光電子コンポーネントの調査を伴う用途においては、数ミリワットの出力で６３２．８ｎｍで照射するＨｅ／Ｎｅレーザが必要となり得る。

干渉計５は、スプリッタ手段９（例えば、２分の１波長板および偏光器、サーボ制御鏡１１、試料ホルダ１３、共焦点顕微鏡１５および光学素子１７からなる手段）を含む。図１に示す顕微鏡の実施形態例によれば、伝送モードにおいて電界が検出される。本教示を置き換えて、反射モードにおいてこの検出を行うことももちろん当業者の能力の範囲内である。

干渉計５は、ホモダイン検出モードにおいて取り付けられる。スプリッタ手段９は、ソース３から照射された光線１９を基準ビーム２１およびプローブビーム２３に分ける。光学経路内の相対的な位相差を決定するために、基準ビーム２１とプローブビーム２３との間の直交位相差をπ／２にスレーブさせる。鏡１１のサーボ制御の例について、Ｐ．Ｆ．Ｃｏｈａｄｏｎによる博士論文（Ｌａｂｏｒａｔｏｉｒｅ Ｋａｓｔｌｅｒ−Ｂｒｏｓｓｅｌ、Ｐａｒｉｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＶＩ、２０００年１月）に記載がある。

プローブビーム２３は、共焦点顕微鏡１５の第１の光学部品２７により、試料ホルダ１３中に取り付けられた試料２５の一領域中に集束する。共焦点顕微鏡１５の第２の光学部品２８は、試料２５から出された光線をこの領域中に収集する。反射モードにおける検出の場合、第２の光学部品２８後に反射を必要に応じて行ってもよい点に留意されたい。その後、この光線を光学素子１７によってフィルタリングする。光学素子１７は、第２の光学部品２８の焦点を通らない信号全体を遮断するダイヤフラムを含む。

試料ホルダ１３を空間中の３方向に移動させる圧電ブロックにより、試料２５をプローブビーム２３中で移動させる。そのため、試料２５は、ボリューム方向にプローブされる。この圧電ブロックのおかげで、試料２５中の電界を３次元でマッピングすることが可能となる。

光線の位相シフトをマッピングするための手段７により、プローブビーム２３の検出および記録を行う。より正確には、これらの手段は、複数の検出器２９と、電子的処理およびサーボ制御ユニット３１とを含む。

これらの検出器２９は、超高速高感度フォトダイオード（例えば、上述したＰ．Ｆ．Ｃｏｈａｄｏｎの博士論文に記載のもの）である。これらの検出器２９は、基準ビーム２１およびプローブビーム２３の相対的光学経路長さのサーボ制御と、試料２５から伝送された信号の記録との両方に用いられる。

電子的処理およびサーボ制御ユニット３１は、当業者に公知の高周波数電子ユニットである。

上述したようなデバイス１を用いて、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い周波数において変化が発生する電界を検出して、基準ビーム２１およびプローブビーム２３の相対経路長さをサーボ制御することができる。そのため、これを用いて、再現可能な高周波数周期的信号を検出することができる。例えば、媒体は周波数ｆ_ｅで励起され、この同じ周波数ｆ_ｅで、プローブビームの位相の基準ビームの位相に対する変化を測定する。必要に応じて、ノイズ関連情報、あり得るアーチファクトまたは非線形現象を含み得る別の周波数におけるあり得る応答を記録することも可能である。

よって、周波数ｆ_ｅにおける励起信号（これは、内因性または外因性である）に対する電気的応答を、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い任意の周波数でマッピングすることが可能となる。

上述したデバイスは、多くの用途において用いられ得る。

一例として、本デバイスは、本発明による光電子コンポーネントの試験方法において用いられ得る。

本文書において、「光電子コンポーネント」という用語は、電子、マイクロ電子、またはオプトエレクトロニクスコンポーネント、あるいは、これらの種類のうち少なくとも１つのコンポーネントを含む回路を意味するものとして理解される。有利なことに、これらの光電子コンポーネントは、調査対象領域および／マッピング対称領域のうち少なくとも一部において電気光学的効果を呈する。

より詳細には、この種の方法において、再現可能な周期的励起電位が、２つの電極間に生成される。試験対象領域３４は、この電位が付与される光電子コンポーネントの少なくとも一部を含む。

この種の方法は、セグメント化された媒体（図２（ａ）を参照）の調査に用いられ得る。そのため、これは、光電子コンポーネント製造プロセスを、ミクロンスケールおよび／またはサブミクロンスケールで特徴付けかつ有効化することを可能にする。よって、例えば、光学的に活性エッチングされた領域の解像度を測定することが可能となる。

この種の方法はまた、電界勾配の調査（特に、自明でない形状の電極の使用によるもの（図２（ｂ）））にも用いられ得る。これらは、例えば、電位付与の経路となる多極電極（ｃｆ．Ｊ．Ｚｙｓｓによる、Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃｓの記事（Ｖｏｌ．１、ページ３、１９９１）に記載の八極ジオメトリ；図２（ｃ）も参照）である。電極の電気光学構造に適合した多極シンメトリの電気光学構造により、電界の導関数（例えば、図２（ｂ）に示すような１組の八極電極の中心における電界の第２の導関数、電界および同図中に図式的に示された配置ミクロセルの中心における対称によってゼロにされたその第１の導関数）が明らかになる。よって、本発明による方法のおかげで、光学的活性領域中の電界勾配または曲率をマッピングすることが可能となる。これらの電界マップは、モデルの有効かおよび精緻化のための計算と比較され得、あるいは、反対に、特定の特性の計算が容易ではない電界構成を調査することを可能にする。

この種の方法はまた、多極電界（図２（ｃ）を参照）の調査にも用いられ得る。この場合、少なくとも１つの電極を通じて多極シンメトリに電位が付加される。多極シンメトリを持つ電極の構成により、多極電界構造の検査が可能となる。このような多極電界構造により、例えば、これらの多極電界の影響下の分子の配置分布を理解することが可能となる。

本発明による方法の別の用途において、導体中のパルス伝播（ワイヤ、集積回路、光電子コンポーネントなど）が調査され得る。その後、この導体を光学的活性媒体中に配置する。この媒体を超短波パルスに晒すことにより、この導体中のこれらのパルスの伝搬の周波数分析により、超短波過渡レジームおよび当該導体のオーム抵抗に関する情報（図２（ｄ）を参照）を検査することが可能となる。

本発明による方法の別の用途は、電界移動、空間的オーバーラップなどの現象の調査におけるものである。光電子コンポーネントにおいて、電極間に付与される電界は、単純な形態（図２（ｅ）を参照）をいつも持つわけではない。詳細には、電界移動の問題および空間的オーバーラップの問題が、静的場合（コンポーネントの活性層のポーリング）および動的な場合（変調電界）の両方において生じ得る。本発明による方法を用いて電界をマッピングすることにより、これらのコンポーネントの形状および構造を（例えば、制御電圧の低減が得られるように）最適化することが可能となる。

本発明による方法の別の用途は、フラクタル凝集体（特に、これらの凝集体におけるパーコレーション）の調査にある。試験対象領域３４において、フラクタル凝集体の少なくとも一部があり得る（図２（ｆ）を参照）。

上述したデバイス１の変形例において、これは、試料２５上でプローブビーム２３を走査する手段３３も含む。

これらの走査手段３３を図３に示す。これらは、４つの音響光学偏向器３５を含む。

これらの偏向器３５のうち２つを共焦点顕微鏡１５の上流に配置して、プローブビーム２３を偏向させる。これらの共焦点顕微鏡上流の偏向器３５は、このビームのうち１次のみを光軸に対して平行に保持するよう、傾斜される。これらの２つの偏向器のうち１つは、プローブビーム２３による試料２５の走査を空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘ（これは、取得周波数でもある）で行わせる。これらの２つの偏向器のうちもう１つは、プローブビーム２３による試料２５の走査を空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙ（図４を参照）で行わせる。このようにして、第１の方向に沿ったｎ個の画素および第２の方向に沿ったｍ個の画素からなる１つの画像が形成される。信号サンプリング周波数がｆ_ａである場合、周波数ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎおよびｆ_ｙ＝ｆ_ａ／ｍであり、かつ、これらの双方がカットオフ周波数ｆ_ｃよりも高いように、選択される。

これら４つの偏向器３５のうち残り２つは、共焦点顕微鏡１５の下流に配置され、プローブビーム２３の調整を可能にする。これらはそれぞれ、空間中の第１の方向および第２の方向のうち１つに配置される。

走査手段３３は、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い周波数ｆ_ｘにおいて、検出された可能電界から来る信号を変調することを可能にする。

図４に示すように、走査時に第１の方向および第２の方向に沿って試料２５から出た信号が記録される。この走査は、試験対象領域３４および基準領域３６を通過する。この基準領域３６は、内部で電界が変化しない試料２５そのものの領域であり得る。基準画像とは、いわば無電位かまたは基準電位または残留電位を持つ位相の画像であり、その後、検出された可能電界から来た信号の画像から減算される。よって、電界の可能な検出された変化から来たこの信号の画像が、黒色背景上に表示される。そのため、これは同期検出であり、これにより、比較的低周波数のノイズが除去される。

検出された可能電界から来た信号は、電子的処理およびサーボ制御ユニット３１において従来の方式で復調される。

上述した本発明によるデバイスの変形例を用いて、カットオフ周波数ｆ_ｃよりも低い周波数において変化が発生する電界を検出して、基準ビーム２１およびプローブビーム２３の相対経路長さをサーボ制御することができる。そのため、これを用いて、周期的信号または非周期的信号（これは、過渡的であり得るかまたはあり得ず、かつ、再現可能であり得るかまたはあり得ない）を検出することができる。

この変形例の特に有用な別の用途として、生物学分野がある。この場合、試験対象領域３４は、天然生物媒体または人工生物媒体のうち少なくとも一部を含む。すなわち、例えば、試験対象領域３４は、天然生物媒体または人工生物媒体のうち少なくとも一部を含む。

そのため、本発明による方法の１つの用途は、バイオメトリックシステム（例えば、人工膜を通じた分子種の拡散）の研究がある。本発明によるデバイスのおかげで、様々な種類の現象（化学的、生化学的、電気的、電磁気的放射など）に起因するこれらの細胞膜の変化が検出され得る。この種の用途は、マイクロ流体システム、カプセル、ベシクルなどの研究も含まれる。

また、本発明による方法を、生物系（例えば、ニューロン、動物細胞または植物細胞）の研究に用いてもよい。

健康なニューロンを研究する目的のために、試験対象領域３４は、ニューロンまたは神経回路網の少なくとも１つの部分を含み、本発明によるデバイスにより、神経電気的信号および／またはニューロン間電気的信号の伝播、これらの信号の始点などを決定することが可能となる。この場合、本発明によるデバイスは、「パッチクランプ」技術に有利に取って代わる。この「パッチクランプ」技術の場合、例えば１０×１０μｍ^２と測定される電界の場合は、相当するマッピングを得るためには数万個（またはそれ以上）の電極が必要となる。本発明によるデバイスはまた、接触問題、ステアリン妨害問題などを解消する。

本発明によるデバイスはまた、障害ニューロンまたは病的ニューロン、硬化症ニューロン、変性ニューロンなどの研究にも使用可能である。

本発明によるデバイスのおかげで、化学的リアクタ（これはナノスケールで、ミセル中、腐食泥合成物中などであり得る）中の小規模電気的現象（例えば、電圧現象を介するものまたは酸化還元化学的反応において発生するもの）の観察が可能となる。そのため、試験対象領域３４は、化学的媒体の少なくとも一部を構成する。

図５に示す本発明によるデバイスの別の変形例（これは、既述した２つの実施形態のうち１つおよび／または他方と組み合わせ可能である）において、これは、プローブビーム２３の偏光を制御する手段３７を含む。これらの偏光制御手段３７により、試料２５上に入射したプローブビーム２３の偏光状態を、制御された方式で変化させることが可能となる。例えば、これらは、プローブビーム２３の線形偏光を得るのに適した偏光制御手段３７であり、プローブビーム２３の伝搬軸を横断する平面内の偏光角度ρは、３６０°よりも高くすることができる。このような偏光制御手段３７は、光軸を横断する平面内の線形偏光状態の作製および回転に関する当業者に公知の任意のデバイスによって形成され得る。詳細には、これらは、２分の１波長板および／または偏光器を含み得る。

このような偏光制御手段３７は、第１の光学部品２７および走査手段３３の上流に配置される。そして、当業者であれば、この第１の光学部品２７の上流の線形偏光状態を試料２５中の楕円偏光状態へと切り換えるために必要な修正計算を実施することができる。必要に応じた偏光分析器３９を、偏光制御手段３７に対する補完物として、第２の光学部品２８の下流に配置してもよい。

特定の場合において、電子中にしろ生物中にしろ、当該媒体を電気光学分子またはイオンでドープして、媒体の電気光学特性の強調および／またはこのような特性を持たない媒体中での電界の観察を行わなければならない。

電気光学分子の一例として、以下の分子が言及され得る。

分子「ＤＲ１」（Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｒｅｄ１）は、当業者にとって周知である。分子「ＤＲ１」は、光電子コンポーネントおよびバイオメトリックシステムの研究により多く用いられている。

「クリスタルバイオレット」分子も、当業者にとって周知である。「クリスタルバイオレット」分子は、八極の一例を構成する。これは、電界の連続的勾配に対して敏感であり、電界そのものに対しては敏感ではない。高次非線形性も用いられ得るため、本発明による方法は、二次非線形性を持つ電界の検出に限定されない。

フタロシアニンから導出された分子と、非中心対称ジオメトリ中の電子供与体群および受容体群との周辺置換も、当業者によって公知である。これらは、生物系の研究に使用可能である。

他の多くの分子が使用され得る。詳細には、上述したものと異なる形状を有する分子またはこれらの分子の導関数も用いられ得る。

走査手段３３の一実施形態について上述してきたが、他にも多くの種類の走査が想起され得る。そのうち、数種のみが記述され得る。

矩形走査：矩形走査は、試験対象領域および有効アクセス領域よりも小さな基準領域を含む対象領域上で行われる。この種の走査は、当該試験対象領域が小さい場合に特に有用である。その場合、これは、同一解像度でのより高い周波数での走査において有利に用いられ得、または、画素または任意の中間ソリューションを限定することによって解像度を増加させるために有利に用いられ得る。

マルチ矩形走査：マルチ矩形走査は、一連の矩形（例えば、上記段落において述べたもの）に対応する領域上で実施される。基準領域は単一領域であり得、一方、多様な試験対象領域が、異なる矩形に対応する。これは、試験対象領域を単一矩形でカバーできない場合に有用であり得る。

様々な形状の領域上の走査：この走査は、円形、楕円、三角などの領域またはこれらの領域の合成物の領域上で行われる。

複雑表面上の走査：この走査は、用途に応じて、複雑形状の表面上で行われる。このような用途としては、例えば、光電子コンポーネントまたは生物系（ニューロン、細胞膜、人工膜（例えば、ラングミュア−ブロジェット膜種））の全体または一部を調査するための用途がある。

パラメータ化走査：この走査は、下のようにパラメータ化された座標ｘおよびｙによる経路に沿って行われる。
ｘ＝ｃｏｓ（ｗ．ｎ．ｔ）
ｙ＝ｃｏｓ（ｗ．ｎ．ｍ．ｔ）
ここで、ｎおよびｍは実質的には、それぞれｘ座標およびｙ座標に沿った取得期間に対応する画素数である。この種の走査により、音響光学モジュレータの限界にできるだけ近づくことが可能となる。もちろん、これら２つの座標のうち１つのみの上でこのパラメータ化を保持することも可能である。

これらの様々な種類の走査を制御するシステムの構成は当業者にとって公知である点について留意されるべきである。

本発明によるデバイスの一実施形態例の要部を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明による方法の用途を示す数例のうちの一概要図である。 図１のデバイスの変形例の概要図である。 図３に示す変形例の走査手段によって実施される走査の概要図である。 図１および図３に示すデバイスの変形例の概要図である。

Claims (29)

1. 線形電気光学的効果または２次電気光学的効果を示す媒体において電界または電位あるいはその導関数の非侵襲的検出を行うデバイスであって、
   試験対象媒体の少なくとも１つの領域を照射するため、経路が光軸を規定する光線を伴う光源（３）と、
   前記光線の位相シフトをマッピングする手段（７）であって、前記位相シフトは、試験対象領域中のその電界または電位あるいは導関数によって誘起される、手段（７）と、
   を含み、
   前記光線の位相シフトをマッピングする手段（７）は、
   共焦点顕微鏡（１５）、そこでは、前記試験対象領域の一平面の画像を形成するのに適した様態で前記試験対象領域が配置される、と、
   ホモダイン検出モードにおいて取り付けられた干渉計（５）を含み、
   前記干渉計（５）は、前記光線（１９）を基準ビーム（２１）およびプローブビーム（２３）に分け、
   前記基準ビーム（２１）、および前記試験対象領域を通過した後の前記プローブビーム（２３）の位相シフトを測定し、
   前記基準ビーム（２１）およびプローブビーム（２３）の相対的経路長は、カットオフ周波数ｆ_ｃ 以下で、サーボ制御鏡（１１）を用いてサーボ制御され、
   さらに、前記光線の位相シフトをマッピングする手段（７）は、前記カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い信号サンプリング周波数ｆ_ａ で前記プローブビーム（２３）を走査することを特徴とするデバイス。
2. 前記プローブビーム（２３）において空間中の３方向に沿って前記媒体を移動させる手段を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記試験対象領域（３４）および基準領域（３６）の走査を前記光線でかつ取得周波数ｆで行うのに適した走査手段（３３）を含み、前記取得周波数ｆは、前記カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高く、前記光線の位相変化を測定する手段によって記録された画像のものである、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 前記走査手段（３３）は、前記試験対象領域（３４）および前記基準領域（３６）の走査を空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘでかつ空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙで行い、これにより、前記第１の方向に沿ったｎ個の画素および前記第２の方向に沿ったｍ個の画素からなる画像を形成し、前記周波数ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎでありかつｆ_ｙ＝ｆ_ａ／ｍとなるように選択される、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記走査手段（３３）は４つの音響光学偏向器（３５）を含み、前記音響光学偏向器（３５）のうち２つは前記光線を偏向させ、前記共焦点顕微鏡（１５）の上流にあり、空間中の前記第１の方向および第２の方向のうち１つにそれぞれ有り、前記音響光学偏向器（３５）のうち２つは前記光線を補正し、空間中の前記第１の方向および第２の方向のうち１つにそれぞれ有り、前記共焦点顕微鏡（１５）の下流にある、請求項４に記載のデバイス。
6. 前記共焦点顕微鏡（１５）の下流の少なくとも１つの音響光学偏向器が、前記光線の０次を前記光軸に向かって傾斜させかつ前記近軸１次を保持するように、設定される、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記１次と前記光軸との間の角度を増加させるためのガリレオ望遠鏡を含む、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記共焦点顕微鏡（１５）の上流において、前記試験対象領域上に入射する前記プローブビーム（２３）の偏光を制御する手段（３７）をさらに含む、請求項１〜７の１つに記載のデバイス。
9. 線形電気光学的効果または２次電気光学的効果を示す媒体において電界または電位あるいはその導関数の非侵襲的検出を行う方法であって、
   前記試験対象媒体の少なくとも１つの領域を光源（３）によって光線で照射し、前記光線の経路は光軸を規定し、
   電界または電位あるいはその導関数によって誘起される前記試験対象領域における前記光線の位相シフトをマッピングし、
   前記試験対象領域は共焦点顕微鏡内に配置され、前記共焦点顕微鏡そのものは、前記光線の位相シフトのマッピングを前記試験対象領域内の一平面の画像を形成するのに適した様態で行う手段（７）に挿入される点において特徴付けられる方法において、
   ホモダイン検出モードにおいて取り付けられた干渉計（５）を用いて、前記光線を基準ビーム（２１）およびプローブビーム（２３）に分け、
   前記基準ビーム（２１）、および前記試験対象領域を通過した後の前記プローブビーム（２３）の位相シフトを測定し、
   前記基準ビーム（２１）およびプローブビーム（２３）の相対的経路長は、光検出手段（２９）により、カットオフ周波数ｆ_ｃ以下で、サーボ制御鏡（１１）を用いてサーボ制御され、
   画像の取得を前記光検出手段（２９）により信号サンプリング周波数ｆ_ａ で前記プローブビーム（２３）を走査することにより行い、前記信号サンプリング周波数ｆ_ａ（２１）は、前記カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高い方法。
10. 前記媒体の電気光学特性の分布が分かった場合、前記媒体中の電界のマッピングを行う、請求項９に記載の方法。
11. 前記媒体中に構成の電界を生成して、前記媒体の電気光学特性を明らかにする、請求項９に記載の方法。
12. 前記プローブビーム（２３）中の空間中の３方向に沿って前記媒体を移動させる、請求項９に記載の方法。
13. 前記媒体は周波数ｆ_ｅで励起され、前記プローブビーム（２３）の位相の前記基準ビーム（２１）の位相に対する変化を前記周波数ｆ_ｅで測定する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記試験対象領域（３４）および基準領域（３６）は、前記プローブビーム（２３）で画像取得周波数ｆで走査され、前記画像取得周波数ｆは、前記カットオフ周波数ｆ_ｃよりも高く、前記光線の位相変化を測定する手段（７）によって記録された画像のためのものである、請求項９に記載の方法。
15. 前記試験対象領域（３４）および前記基準領域（３６）の走査は、空間中の第１の方向に沿って周波数ｆ_ｘでかつ空間中の第２の方向に沿って周波数ｆ_ｙで行い、これにより、前記第１の方向に沿ったｎ個の画素および前記第２の方向に沿ったｍ個の画素からなる画像を形成し、前記周波数ｆ_ｘおよびｆ_ｙは、ｆ_ｘ＝ｆ_ｙ／ｎでありかつｆ_ｙ＝ｆ_ａ／ｍとなるように選択される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記共焦点顕微鏡（１５）の下流の少なくとも１つの音響光学偏向器が、前記光線の０次を前記光軸に向かって傾斜させかつ前記近軸１次を保持するように、設定される、請求項９〜１４の１つに記載の方法。
17. 前記１次と前記光軸との間の角度は、ガリレオ望遠鏡によって増加される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記試験対象領域は、電位が付与される光電子コンポーネントの少なくとも一部を含む、請求項９〜１７の１つに記載の方法。
19. 前記電位は、少なくとも１つの電極を通じて付与され、前記少なくとも１つの電極の形状は、電界勾配を生成するのに適している、請求項１８に記載の方法。
20. 前記電位は、少なくとも１つの多極電極を通じて付与される、請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記光電子コンポーネントが光学的活性媒体内に配置される、請求項１８〜２０の１つに記載の方法。
22. 前記光電子コンポーネントにおける電気パルスの伝搬が調査される、請求項１８〜２１の１つに記載の方法。
23. 前記試験対象領域は、フラクタル凝集体の少なくとも一部を含む、請求項９〜１７の１つに記載の方法。
24. 前記試験対象領域は、生物媒体の少なくとも一部を含む、請求項９〜１７の１つに記載の方法。
25. 前記試験対象領域は、生物細胞膜の少なくとも一部を含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記試験対象領域は、ニューロンまたは神経回路網の少なくとも一部を含む、請求項２４または２５に記載の方法。
27. 前記試験対象領域は、人工膜の少なくとも一部を含む、請求項９〜１７の１つに記載の方法。
28. 前記試験対象領域は、化学的媒体の少なくとも一部を構成する、請求項９〜１７の１つに記載の方法。
29. 電気光学特性を有するかまたは前記媒体上の電気光学特性を提供する分子またはイオンで前記媒体をドープする、請求項９〜２８の１つに記載の方法。

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