KR20180121586A - 전자기장 촬상장치 - Google Patents

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KR20180121586A
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신지 후쿠이
무네오 요리나가
마사히로 츠치야
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코쿠리츠켄큐카이하츠호진 죠호츠신켄큐키코
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Abstract

본 발명의 일 양태에 따른 전자기장 촬상장치는, 촬상대상에 대향하도록 편광용 광학 부재가 배치된다. 레이저 광원으로부터의 변조광은 편광용 광학 부재 내에서 촬상대상으로부터의 전기장의 영향을 받는다. 전기장의 영향을 받은 변조광이 검출광으로서 촬상된다. 편광용 광학 부재는 해당 편광용 광학 부재의 두께 방향으로 이동 가능한 상태로 지지된다. 편광용 광학 부재의 두께는 촬상대상이 가지는 배선의 최소 공극 간격의 1.2배 이하이다.

Description

전자기장 촬상장치
본 발명은 촬상대상으로부터 발생하는 전자기장을 촬상하고 그 촬상 결과를 화상으로 표시하는 기술에 관한 것이다.
고주파 신호가 전파되는 각종 배선, 각종 전자부품, 또는 임의의 평면상의 전기장 또는 자기장의 공간 분포를 계측하고 그 계측 결과를 화상으로 출력하는 기술이 다양하게 제안되고 있다. 또한 전기장(전계,電界) 또는 자기장(자계, 磁界)을 합쳐서 전자기장(전자계, 電磁界)이라고 칭한다.
하기의 특허문헌1에는 전기 광학 결정에 의한 빛의 전기 광학 효과를 이용하고 회로 위의 전계 분포를 영상화하는 기술 및 자기 광학 결정에 의한 빛의 자기 광학 효과를 이용하고 회로 위의 전계 분포를 영상화하는 기술이 기재되어 있다.
전기 광학 결정 및 자기 광학 결정은 해당 결정 내에 전자기장(전자계)이 존재하고 있는 경우에 해당 결정에 입사된 빛의 편광 상태가 그 전자기장에 의해 변화하는 성질을 가진다.
특허문헌1: 특개2011-43375호 공보
특허문헌1에 기재되어 있는 전기 광학 결정 또는 자기 광학 결정을 이용하고 전자기장 분포를 화상화하는 기술에 있어서는 높은 분해능이 요구된다. 전자기장 분포의 분해능은 이용하는 전기 광학 결정 또는 자기 광학 결정 내부의 굴절 전자계 적분 효과의 영향을 받는다.
최근에 IC 칩 내의 배선 패턴의 미세화가 발전되어, 예를 들면 수 ㎛ 정도의 미세한 간격으로 복수의 배선이 형성되기도 한다. 이러한 배선 패턴 상의 전계 분포를 전기 광학 결정 또는 자기 광학 결정을 이용하고 계측하는 경우, 인접하는 배선의 간격이 작은만큼 전기 광학 결정 또는 자기 광학 결정 내부의 굴절 전계 적분 효과가 커져서 각각의 배선으로부터 발생하는 전기장이 영상 상에서 분해되지 않게 된다.
바람직하게는 본 발명의 일 양태로서 전기 광학 효과 또는 자기 광학 효과를 가지는 편광용 광학 부재를 안정적으로 지지하면서 그 편광용 광학 부재를 이용하여 미세한 배선을 포함하는 촬상대상으로부터 발생하는 전자계 분포를 높은 분해능으로 촬상하고 그 촬상 결과를 화상으로 표시하는 것이다.
본 발명의 일 양태로서의 전자기장 촬상장치는, 적어도 배선을 포함하는 촬상대상으로부터 발생하는 전기장 또는 자기장인 전자기장을 촬상하도록 구성되어 있다. 이러한 전자기장 촬상장치는 변조광 출력부, 편광용 광학 부재, 제1 지지부재, 반사부재, 제2 지지부재, 편광 처리부, 광전변환부, 촬상 처리부를 포함한다. 배선은 전기신호를 전달하는 도체이며, 전달되는 신호의 구체적인 태양, 예를 들면 전압값, 전류값, 주파수, 파형 등에 대해서 특히 제한되는 것은 아니다.
변조광 출력부는 특정의 변조 주파수로 변조된 변조광을 출력하도록 구성된다. 편광용 광학 부재는 전기 광학 효과 또는 자기 광학 효과를 가지는 판 모양의 부재이고, 양 판면 중 하나의 판면인 대향면이 촬상대상에 마주보도록 배치되고, 변조광 출력부에서 출력된 변조광이 양 판면 중 다른 하나의 판면인 입사면에 대해 수직 방향으로 입사되도록 배치되어, 해당 부재 내에 전자기장이 존재하고 있는 경우에 해당 부재에 입사된 변조광의 편광 상태 및 위상이 전자기장의 인가에 의해 변화하고 그 변화된 후의 변조광인 검출광이 출사되도록 구성된다. 또한 여기서 말하는 "수직"이란 엄밀한 의미에서의 수직에 한정하는 것은 아니며, 목적으로 하는 효과를 발휘한다면 엄격하게 수직이 아니어도 좋다.
제1 지지부재는 편광용 광학 부재를 지지하기 위해서 편광용 광학 부재의 입사면에 장착되어 변조광 및 검출광 모두 투과 가능하도록 구성된다. 반사부재는 편광용 광학 부재의 대향면에 장착되어 편광용 광학 부재에 입사되고 대향면까지 전파되는 변조광을 입사면 측에 반사시키기 위한 부재이다. 제2 지지부재는 제1 지지부재를 편광용 광학 부재의 판 두께 방향(즉, 상기 수직 방향)으로 이동 가능한 상태로 지지하도록 구성된다.
편광 처리부는 편광용 광학 부재로부터 제1 지지부재를 통해 출사된 검출광을 전자기장의 강도와 위상에 따라 변조된 광으로 변환하도록 구성된다.
광전변환부는 편광 처리부에서 출력된 전자기장의 강도와 위상에 의해 변조된 검출광이 수광되도록 배치되고, 수광한 검출광을 전기신호로 광전 변환하여 출력한다.
촬상 처리부는 광전변환부로부터 출력되는 전기신호와 변조 주파수에 기초하여 촬상대상으로부터 발생하는 전자기장의 분포를 나타내는 이차원 화상을 생성하고 이를 표시한다. 여기서 표시하는 이차원 화상은, 예를 들면 실시간 정지화면, 실시간 동영상, 녹화된 정지화면, 및 녹화된 동영상의 각종 화상 중 적어도 어느 하나여도 된다.
그리고, 편광용 광학 부재는 판 두께가 배선의 최소 공극 간격의 1.2배 이하가 되도록 구성된다. 또한 판 두께는 편광용 광학 부재에 있어서의 상기 수직 방향의 길이이다. 또한 배선의 최소 공극 간격이란, 촬상대상 내에서 인접하는 배선 간격 중 가장 작은 간격이다.
이러한 전자기장 촬상장치에 의하면, 편광용 광학 부재가 촬상대상에 대해 상대적으로 수직 방향으로 이동 가능하게 구성되고 있기 때문에, 편광용 광학 부재와 촬상대상을 상대적으로 밀착시킬 때에 양자가 서로 닿게 되어도 그로 인한 편광용 광학 부재가 파손되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 편광용 광학 부재를 안정적으로 지지하면서 촬상대상에 밀착시킬 수 있다. 게다가 편광용 광학 부재의 판 두께는 배선의 최소 공극 간격의 1.2배 이하이기 때문에, 배선을 포함한 촬상대상으로부터의 전자기장 분포를 높은 분해능 또는 저침습성(低侵襲性)으로 촬상하고 그 촬상 결과를 화상으로 표시할 수 있다. 또한 여기서 말하는 "저침습성"이란, 편광용 광학 부재 및 그를 지지하는 부재가 촬상대상에 가까워져도 촬상대상 및 주변의 전자기장을 흩트리지 않는 정도를 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전자기장 촬상장치는 편광용 광학 부재가 촬상대상에 대해 상대적으로 수직 방향으로 이동 가능하게 구성되어, 편광용 광학 부재가 촬상대상에 접근하여 맞닿게 되어도 수직 방향으로 이동할 수 있어 접촉으로 인한 편광용 광학 부재의 파손을 억제할 수 있다.
또한, 편광용 광학 부재의 두께가 배선의 최소 공극 간격의 1.2배 이하이기 때문에 촬상대상으로부터의 전자기장 분포를 높은 분해능 혹은 저침습성으로 촬상하고 그 촬상 결과를 화상으로 표시할 수 있다. 특히, 촬상 결과를 정지화면뿐만 아니라 동화상으로 표시시킬 수도 있기 때문에 전자기장의 시계열적 변화를 높은 정밀도로 관측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자기장 촬상장치에 있어서, 편광용 광학 부재가 촬상대상에서 발생하는 전자기장의 분포에 영향을 주지 않거나 그 영향이 작은 소재에 의해 지지되기 때문에, 촬상대상(10)으로부터의 전자기장을 저침습성에서 촬상할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자기장 촬상장치는 촬상대상과 편광용 광학 부재와의 상대적 위치 관계를 자유 자재로 조정할 수 있는데, 구체적으로, 촬상대상이 놓여지는 테이블을 x 축 방향, y 축 방향 및 z 축 방향으로 이동할 수 있으며 x 축 주위 앙각 및 y 축 주위 앙각도 각각 개별적으로 조정할 수 있다. 따라서, 촬상대상을 편광용 광학 부재에 평행인 상태로 밀착시키기 위한 밀착 평행도 조정을 용이하게 할 수 있다.
도 1은, 제 1 실시 형태에 따른 전자기장 촬상장치의 개요를 나타내는 설명도.
도 2는, 전기 광학 결정의 지지 구조의 개략을 나타내는 사시도.
도 3은, 전기 광학 결정의 지지 구조의 자세한 사항을 나타내는 측면도.
도 4는, 전기 광학 결정을 포함하는 결정 유닛의 지지 구조를 나타내는 사시도.
도 5는, 전기 광학 결정과 CMOS 이미지 센서 사이에 개재되는 광학계의 구성을 모식적으로 하나의 렌즈로서 간략화한 광학 모델.
도 6은, 도 5의 광학 모델의 이론적 분해능을 설명하기 위한 설명도.
도 7은, 촬상대상의 배선 패턴을 나타내는 설명도.
도 8은, 제 1 실시 형태의 전계 촬상 결과의 일례를 나타내는 설명도.
도 9는, 비교를 위한 전계 촬상 결과의 일례를 나타내는 설명도.
도 10은, 인접하는 배선으로부터의 전계가 분해되는 성능이 결정 두께 Dt에 의존하는 것을 나타내는 설명도.
도 11은, 제 2 실시 형태의 전기 광학 결정의 상세한 구조를 나타내는 사시도.
도 12는, 제 2 실시 형태에 따른 전자기장 촬상장치의 개요를 나타내는 설명도.
도 13은, 제 2 실시 형태의 전계 촬상의 흐름을 개략적으로 나타내는 플로우챠트.
이하 본 발명의 예시적인 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
[제1 실시형태]
(1) 전자기장 촬상장치의 개요
도 1에 나타난 본 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)는, 촬상대상(10)으로부터의 전자기장, 즉 촬상대상(10)으로부터 발생하는 전기장 또는 자기장을 촬상하고, 그 촬상 결과를 이차원 화상으로 출력하는 것이 가능하도로 구성된다. 또한 본 실시 형태에 따른 화상 출력 가능한 이차원 화상은 실시간 정지화면, 실시간 동영상, 녹화된 정지화면, 및 녹화된 동영상 중 적어도 하나이다. 전기장 및 자기장 중 어느 쪽이 촬상되는지에 대해서는, 후술하는 편광용 광학 부재가 전기 광학 효과를 가지는 부재(예를 들면, 전기 광학 결정) 및 자기 광학 효과를 가지는 부재(예를 들면, 자기 광학 결정) 중에 어느 쪽이 이용되는지에 따라 정해진다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 촬상대상(10)은 신호를 전달하는 배선을 포함한 배선 패턴(100)이 형성된 회로 기판이다. 배선 패턴(100)을 통해 전달되는 신호는, 예를 들면 수백 MHz ~ 수십 GHz 대역의 신호, 즉 마이크로파 ~ 밀리파 대역의 신호이다. 또한, 배선 패턴(100)을 통해 전달되는 신호의 주파수는 상기 주파수대로 한정되는 것은 아니며, 편광용 광학 부재에 있어서 전기 광학 효과 혹은 자기 광학 효과가 발생하는 것 같은 주파수대이면 된다.
전자기장 촬상장치(1)는, 배선 패턴(100)으로부터의 전자기장을 촬상할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)는, 변조광을 출력하는 레이저 광원(43)을 포함한다. 레이저 광원(43)에는, 광 변조용 발진기(42)(이하, “발진기(42)”라고 칭한다)로부터 광 변조 주파수 fLO의 광 변조 신호가 입력된다. 레이저 광원(43)은, 소정의 파장의 레이저광을 생성하고, 그 레이저광을 광 변조 신호에 의해 진폭 변조시켜 그 진폭 변조된 레이저광인 변조광을 출력한다. 본 실시 형태에 따라, 레이저 광원(43)으로부터 출력되는 변조광의 파장은, 예를 들어 780nm이다. 발진기(42)에는, CMOS 이미지 센서(41)로부터 소정의 참조신호(레퍼런스 신호)가 입력된다. 이 참조신호에 의해 발진기(42)와 CMOS 이미지 센서(41)가 동기하여 동작한다.
또한 변조광이 레이저광인 것은 어디까지나 일례이고, 변조광이 레이저광인 것은 필수가 아니다. 레이저 광원 이외의 광원이 이용되어 그 광원으로부터의 빛이 변조되고 변조광으로서 출력되도록 구성되어도 된다.
또한, 전자기장 촬상장치(1)는, 촬상대상(10)에 공급하는 전달 신호를 생성하기 위한 전달 신호용 발진기(44)(이하, “발진기(44)”라고 칭한다)를 포함한다. 발진기(44)는 신호 주파수 fRF의 전달 신호를 생성해 출력한다. 발진기(44)로부터 출력된 전달 신호는 앰프(45)에 의해 증폭되고, 촬상대상(10)에 공급된다. 이 전달 신호는 촬상대상(10)의 배선 패턴(100)에 전달된다. 전술한 참조신호는 발진기(44)에도 입력된다. 이 참조신호에 의해 발진기(44)와 CMOS 이미지 센서(41)가 동기하여 동작한다. 즉, 발진기(42), 발진기(44), 및 CMOS 이미지 센서(41)은 동기하여 동작한다.
레이저 광원(43)으로부터 출력된 변조광은 광섬유를 통해 파이버 끝(51)에 도입되어 파이버 끝(51)에서 출사된다. 파이버 끝(51)에서 출사된 변조광은 편광 광학계를 거쳐 대물렌즈(16)에 입사된다. 대물렌즈(16)에 입사된 변조광은 제2 지지 유리(13) 및 제1 지지 유리(12)를 투과하고, 편광용 광학 부재로서의 전기 광학 결정(11)에 입사된다.
전기 광학 결정(11)은 전기 광학 효과를 가지는 결정이다. 전기 광학 효과란, 주지된 바와 같이 전기 광학 결정 내에 입사된 빛의 편광 상태가 해당 전기 광학 결정 내의 전계의 영향을 받아 변화하는 현상이다. 본 실시 형태의 전기 광학 결정(11)은, 예를 들면 ZnTe이다. 전기 광학 결정(11)은 ZnTe 이외의 다른 종류의 결정이어도 된다. 또, 편광용 광학 부재는 결정인 것은 필수가 아니며, 전기 광학 결정 이외에 전기 광학 효과를 가지는 다른 편광용 광학 부재여도 된다.
본 실시 형태에 따른 편광용 광학 부재로서 전기 광학 결정(11)이 이용되는 예를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)는 촬상대상(10)으로부터 발생하는 전자기장 중 전기장을 촬상하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 전기 광학 결정(11)을 바꾸어 자기 광학 결정을 이용하면, 촬상대상(10)으로부터 발생하는 자기장을 촬상하는 것이 가능해진다. 자계 분포를 촬상하는 경우에 있어서도, 자기 광학 결정을 이용하는 것은 어디까지나 일례이며, 결정 이외에 자기 광학 효과를 가지는 다른 편광용 광학 부재를 이용해도 된다.
전기 광학 결정(11)은 전체적으로 판면이 사각형의 박판 형태를 가진다. 전기 광학 결정(11)은 양 판면 중 한 판면이 촬상대상(10)과 대향하도록 배치된다. 보다 구체적으로, 전기 광학 결정(11)은 촬상대상(10)으로부터의 전자기장 중 특히 배선 패턴(100)의 바로 위쪽 근방의 전자기장이 해당 전기 광학 결정(11) 내에 들어가도록 촬상대상(10)의 표면(구체적으로는 배선 패턴(100)의 표면)에 접촉하도록 배치된다. 아울러, 전기 광학 결정(11)과 촬상대상(10)을 접촉시키는 것은 필수가 아니라, 양자가 떨어진 상태로 배치되어도 된다. 단 그 경우, 양자의 간격은 원하는 분해능의 촬상 결과를 얻을 수 있는 짧은 간격인 것이 바람직하다.
파이버 끝(51)에서 출력된 변조광은 편광 광학계를 거쳐 대물렌즈(16)에 입사한다. 본 실시 형태에 따르면, 1/4 파장 판(53), 1/2 파장 판(54), 편광 빔 분할기(55), 1/4 파장 판(56), 및 1/2 파장 판(57)을 가지는 구조 전체가 편광 광학계이다. 편광 광학계란, 편광 상태를 취급하는 광학계이다. 편광 상태는 일반적으로 직교하는 편광면의 위상 관계를 말한다.
파이버 끝(51)에서 출력된 변조광은 콜리메이터 렌즈(52)에 의해 평행 광속으로 된다. 콜리메이터 렌즈(52)에 의해 평행 광속으로 된 변조광은 편광 광학계인 1/4 파장 판(53), 1/2 파장 판(54), 편광 빔 분할기(55)를 통과하면서 편광 상태와 강도가 조정된다. 편광 빔 분할기(55)를 통과한 변조광은 1/4 파장 판(56) 및 1/2 파장 판(57)을 통과하고, 1/2 파장 판(57)으로부터 출사한 후 타원 편광이 된다. 타원 편광이 된 변조광은, 광축이 다이크로익 미러(58)에서 대물렌즈(16) 방향으로 구부려진다. 그리고, 다이크로익 미러(58)에서 광축이 구부려진 변조광은 대물렌즈(16), 제2 지지 유리(13), 및 제1 지지 유리(12)를 거쳐 전기 광학 결정(11)에 입사한다. 변조광은 전기 광학 결정(11)에 대해 그 판면에 수직하도록 입사한다.
전기 광학 결정(11)에 입사된 변조광은 전기 광학 결정(11)에 있어서의 상기 변조광이 입사된 입사면과는 반대쪽 면에서 반사되고, 다시 입사면에서 출사된다.전기 광학 결정(11) 내에서 반사되고 입사면에서 출사되는 변조광은, 편광 상태가 전기 광학 결정(11) 내의 전기장(즉, 촬상대상(10)으로부터 방사되는 전기장)에 따라 변화한 빛이다. 이러한 전기 광학 결정(11) 내에서 반사되고 입사면에서 출사되는 변조광을 이하에서는 검출광이라고 칭한다.
전기 광학 결정(11)에 입사된 변조광은, 전기 광학 결정(11) 내에서 신호 주파수 fRF의 전달 신호가 전달되는 배선 패턴(100)으로부터 발생하는 전기장에 의해 국소적인 편광 상태의 변조를 받아 검출광으로서 전기 광학 결정(11)으로부터 출사된다. 전기 광학 결정(11)으로부터 출사되는 검출광은, 전기 광학 결정(11)에 입사된 변조광이 촬상대상(10)에서의 전기장 강도에 비례한 편광 성분의 일부가 위상 변조된 타원 편광의 빛이고, 전기 광학 결정(11) 내 전기장의 국소적 강도 분포와 국소적 위상의 정보를 가지는 빛이다.
전기 광학 결정(11)에 입사되는 변조광의 변조 주파수는 광 변조 주파수 fLO이다. 이에 비해, 전기 광학 결정(11) 내에서 반사되어 다시 출사되는 검출광은 입사된 변조광에 비해 편광 상태가 변화하고 있다. 구체적으로는, 검출광의 편광 상태는 촬상대상(10)으로부터 발생하고 전기 광학 결정(11) 내에 존재하고 있는 전기장의 강도, 주파수, 위상에 의존함과 동시에 전기장의 평면 분포 정보도 포함된 타원 편광이다.
전기 광학 결정(11)의 시간 응답은 극히 고속이며, 촬상대상(10)이 발생하는 전자기장의 신호 주파수 fRF에 추종하는 높은 주파수 응답 특성을 가지고, 편광 상태의 분포는 촬상대상(10) 근방 전자기장의 신호 주파수 fRF에도 응답한다.
전기 광학 결정(11)에서 출사된 타원 편광의 검출광은, 전술한 편광 광학계의 일부 및 결상렌즈(59)를 거쳐, CMOS 이미지 센서(41)에 입사된다. 여기서 말하는 편광 광학계의 일부는 구체적으로는 1/2 파장 판(57), 1/4 파장 판(56), 편광 빔 분할기(55)를 나타낸다.
전기 광학 결정(11)에서 출사된 검출광은, 후술하는 바와 같이, 촬상대상(10)의 전달 신호의 신호 주파수 fRF에 의해 편광 성분의 일부가 위상 변조된다. 그 위상 변조된 검출광은 전술한 편광 광학계의 일부를 거치는 것으로 강도 변조된 빛으로 변환된다. 그 강도 변조된 빛으로 변환된 검출광이 결상렌즈(59)를 거쳐 CMOS 이미지 센서(41)에 입사된다.
여기서 강도 변조는, CMOS 이미지 센서(41)에 수광될 때의 수광 광도(光度)가 촬상대상의 전기장 강도, 주파수, 위상을 반영하고 연속적으로 변화하도록 변조하는 것을 의미한다. 전술의 편광 광학계의 일부에 의한 강도 변조에 의해 전기 광학 결정(11)에서 출사된 검출광, 구체적으로 촬상대상(10)으로부터의 전기장 강도에 비례한 편광 성분의 일부가 위상 변조된 타원 편광의 검출광이, 촬상대상(10)에서의 전기장 강도에 비례하여 빛 강도가 변화한 레이저광으로 변환된다. 여기서, 편광 빔 분할기(55)는 입사된 검출광에 포함되는 2 개의 편광 성분 중 하나를 꺼내는 역할을 한다. 편광 빔 분할기(55)에 의해 상향, 구체적으로는 결상렌즈(59)쪽으로 꺼내진 편광 성분은 상기 강도 변조에 의해 촬상대상(10)의 전기장 강도, 주파수, 위상이 반영된 편광 성분이다.
즉, 편광 광학계의 일부인 편광 빔 분할기(55), 1/4 파장 판(56), 및 1/2 파장 판(57)은, 파이버 끝(51)에서 출력된 변조광이 전기 광학 결정(11)을 향해 나아가는 과정에 있어서는 변조광을 타원 편광으로 변환시키는 기능을 발휘한다. 한편, 편광 빔 분할기(55), 1/4 파장 판(56), 및 1/2 파장 판(57)은, 전기 광학 결정(11)으로부터 위상 변조를 받고 출사된 타원 편광의 검출광이 CMOS 이미지 센서(41)를 향해 나아가는 과정에 있어서는 검출광을 강도 변조된 빛으로 변환시키는 기능을 발휘한다.
결상렌즈(59)는 편광 빔 분할기(55)로부터의 검출광을 CMOS 이미지 센서(41) 상에 결상시킨다. CMOS 이미지 센서(41)에 결상된 검출광은 CMOS 이미지 센서(41)에서 전기신호에 광전 변환된다. CMOS 이미지 센서(41)에 의한 광전 변환 후의 전기신호는 촬상 제어 시스템(40)에 입력된다.
CMOS 이미지 센서(41)가 검출광을 수광하고 전기신호로 광전 변환하면, 전기신호에서 특정 주파수 성분을 여파(濾波)하고, 특정 주파수의 사인(정현,正弦) 성분과 코사인(여현,余弦) 성분을 출력한다. 촬상 제어 시스템(40)은 화상을 표시할 수 있는 표시 디바이스(예를 들면, 액정 디스플레이)를 구비하여, CMOS 이미지 센서(41)로부터 출력된 전기신호를 바탕으로 전기장이 가시화된 이차원 화상을 표시 디바이스에 출력한다. 구체적으로, 촬상 제어 시스템(40)은 CMOS 이미지 센서(41)로부터 입력된 전기신호에 포함되는 특정 주파수의 사인(정현,正弦) 성분과 코사인(여현,余弦) 성분을 바탕으로 촬상대상의 전자기장의 강도, 위상을 산출해 이차원 화상 데이터로서 출력한다.
촬상 제어 시스템(40)은 화소마다 시시각각 변화하는 촬상대상의 전자기장의 위상 정보나 진폭 정보를 색상·농도의 변화로 표시 디바이스에 표시함으로써, 촬상대상(10)으로부터의 전자기장의 변화를 움직이는 화상(동화상)으로 가시화할 수 있다. 즉, 촬상 제어 시스템(40)은 어떤 순간에 있어서의 촬상대상(10)으로부터의 전자기장을 정지 화상으로 표시할 수 있을 뿐만 아니라, 촬상대상(10)으로부터의 전자기장을 움직이는 화상(동화상)으로 표시할 수 있다. 또한, 그러한 화상들을 실시간으로 표시할 수도 있고, 녹화하고 나중에 확인할 수도 있다. 때문에, 사용자는 촬상대상(10)으로부터의 전자기장 발생 상태나 시간 경과에 따른 전자기장의 변화를 이차원 화상을 통해 리얼타임으로도 알 수 있고, 녹화 데이터에 기초하여 사후적으로 확인, 분석 등을 할 수도 있다.
전기 광학 결정(11)에 입사한 변조광은, 전기 광학 결정(11)의 반사막(21)에서 반사해 다시 전기 광학 결정(11)을 통과하여 검출광으로서 출사된다. 아울러, 반사막(21)은 도 1에서는 도시를 생략하며 후술하는 도 3에 도시된다. 촬상대상(10)에 신호 주파수 fRF의 신호가 전달되고 있는 경우, 전기 광학 결정(11) 내부를 통과하는 변조광은 신호 주파수 fRF의 변조를 받는다. 신호 주파수 fRF의 변조를 받은 변조광인 검출광은 전술의 편광 광학계의 일부 및 결상렌즈(59)를 거쳐 CMOS 이미지 센서(41)로 출력된다. CMOS 이미지 센서(41)에 입사되는 검출광은 광 변조 주파수 fLO 및 신호 주파수 fRF의 주파수 성분에 이외에, |fLO-fRF|의 주파수 성분을 가지는 중간 주파수 성분이 포함된다.
검출광에 |fLO-fRF |의 주파수 성분을 가지는 중간 주파수 성분을 발생시키는 것은 전술한 편광 광학계인, 1/4 파장 판(53), 1/2 파장 판(54), 편광 빔 분할기(55), 1/4 파장 판(56), 및 1/2 파장 판(57)이다. 파이버 끝(51)에서 출사되고, 주파수 fLO에서 변조된 변조광은 1/4 파장 판(53), 1/2 파장 판(54), 편광 빔 분할기(55)로 편광 상태와 신호 강도가 조정되고, 1/4 파장 판(56) 및 1/2 파장 판(57)에 의해 타원 편광된 후, 전기 광학 결정(11)으로 주파수 fRF의 위상 변조를 받는다. 이러한 위상 변조에 의해, 검출광에는 차이 주파수 성분인 |fLO-fRF| 주파수 성분을 가지고 위상 변조 성분을 가지는 타원 편광 성분이 포함된다. 이 타원 편광 성분을 포함한 검출광이, 1/2 파장 판(57), 1/4 파장 판(56), 및 편광 빔 분할기(55)에 의해, |fLO-fRF|의 주파수 성분을 가지는 편광 성분으로 변환되어, 결상 렌즈(59)를 거쳐 CMOS 이미지 센서(41)로 검출된다. 이때, 편광 광학계 및 전기 광학 결정(11)은, 신호 주파수 fRF의 전달 신호와 광 변조 주파수 fLO의 변조광에 대한 곱셈기로서의 기능을 가져, 신호 주파수 fRF와 광 변조 주파수 fLO의 차이 주파수인 |fLO-fRF|의 중간 주파수 성분을 생성하는 기구로서 동작한다.
따라서, 관측하고 싶은 신호 주파수 fRF에 대해 광 변조 주파수 fLO를 조정함으로써, 임의의 |fLO-fRF|의 중간 주파수 성분을 만들어 낼 수 있다. 이러한 |fLO-fRF| 중간 주파수 성분은 촬상대상(10)의 전기장 정보를 포함하고 있다. 촬상 제어 시스템(40)은 |fLO-fRF|의 중간 주파수 성분을 상대적으로 낮은 주파수로 조정하여 촬상대상(10)의 전기장 정보를 포함하는 이차원 상을 취득하고 표시 디바이스에 표시할 수 있다.
전자기장 촬상장치(1)는 테이블(5), 테이블 지지축(6), 위치 앙각 조정장치(7)를 구비한다. 테이블(5)은 촬상대상(10)이 적재된다. 테이블 지지축(6)은 테이블(5)을 지지하기 위한 부재이다. 테이블(5)은 테이블 지지축(6)의 일단 쪽에 고정된다. 테이블 지지축(6)의 타단은 위치 앙각 조정장치(7)에 접속된다. 위치 앙각 조정장치(7)는 바닥면(8) 위에 놓여져 있다.
위치 앙각 조정장치(7)는 테이블(5)의 위치(나아가 촬상대상(10)의 위치)나 앙각을 조정하기 위한 장치이다. 위치 앙각 조정장치(7)는 테이블 지지축(6)을 x 축 방향, y 축 방향, 및 z 축 방향의 3 축 방향으로 개별적으로 이동킬 수 있도록 구성된다. 즉, 위치 앙각 조정장치(7)는 테이블(5)에 적재된 촬상대상(10)을 3 축 방향으로 개별적으로 이동시킬 수 있다.
또한, 위치 앙각 조정장치(7)는 테이블 지지축(6)을 그 타단 쪽을 중심으로 x 축 주위 및 y 축 주위에 각각 개별적으로 회동(回動)시킬 수 있다. 테이블 지지축(6)이 x 축 주위에 회동하면 그에 따라 테이블(5)도 x 축 주위에 회동하고, 테이블 지지축(6)이 y 축 주위에 회동하면 그에 따라 테이블(5)도 y 축 주위에 회동한다.
여기서, 테이블(5)에 있어서 촬상대상(10)이 적재되는 적재면과 전기 광학 결정(11)의 양 판면 중 촬상대상(10)과 대향하는 면인 대향면과 이루는 각을 앙각이라고 정의한다. 또한, 앙각 중에서 x 축 주위의 각도 성분을 x 축 주위 앙각이라고 칭하고, y 축 주위의 각도 성분을 y 축 주위 앙각이라고 칭한다.
테이블(5)이 x 축 주위에 회동하면 x 축 주위 앙각이 변화하고, 테이블(5)이 y 축 주위에 회동하면 y 축 주위 앙각이 변화한다.
회로 기판 상에 부설된 배선 패턴(100)으로부터의 전기장을 배선 패턴(100) 전체에 걸쳐 고정밀도로 촬상하기 위해서 배선 패턴(100)이 부설된 회로 기판의 판면과 전기 광학 결정(11)의 대향면이 평행이 되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 앙각이 0도가 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)는 초기 상태에서 테이블(5)의 적재면과 전기 광학 결정(11)의 대향면이 평행하도록 구성되고 있다. 때문에, 설계 상으로는 초기 상태의 촬상대상(10)의 판면과 전기 광학 결정(11)의 대향면이 평행하다. 그러나, 실제로 테이블(5)에 촬상대상(10)을 적재한 경우에 여러 가지 요인에 의해 촬상대상(10)의 판면과 전기 광학 결정(11)의 대향면이 평행이 아닌 경우도 예상된다.
이에 대해서, 본 실시 형태로서, 전술한 바와 같이, 위치 앙각 조정장치(7)가 테이블(5)을 x 축 주위 및 y 축 주위에 회동시키는 것에 의해 앙각을 조정할 수 있도록 구성된다. 때문에, 만일 촬상대상(10)의 판면과 전기 광학 결정(11)의 대향면이 평행이 아니어도 위치 앙각 조정장치(7)에 의해 x 축 주위 및 y 축 주위의 앙각이 0도가 되도록 조정할 수 있다.
전기 광학 결정(11)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 양 판면 중 대향면과는 반대쪽의 입사면 측에서 제1 지지 유리(12)에 의해 지지된다. 제1 지지 유리(12)는 제2 지지 유리(13)에 의해 지지된다. 그리고, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 지지 유리(13)는 중공 원판 형상의 홀더 바닥판(14)에 적재된다.
보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 광학 결정(11)의 대향면에 레이저 광원(43)으로부터의 변조광을 반사시키는 반사막(21)이 설치되어 있다. 전기 광학 결정(11)에 입사한 변조광은 촬상대상(10)측으로 투과되지 않고 반사막(21)에 의해 반사되어 입사해 온 방향으로 출사된다.
또한, 전기 광학 결정(11)의 입사면에는 레이저 광원(43)으로부터의 변조광의 반사를 억제하기 위한 반사 방지막(22)이 설치된다. 도 3에 도시된 바와 같이,전기 광학 결정(11)은 반사 방지막(22)을 통해 제1 지지 유리(12)에 장착된다. 또한, 제2 지지 유리(13)의 표면에도 레이저 광원(43)으로부터의 변조광의 반사를 억제하기 위한 반사 방지막(23)이 설치된다. 또한, 도시는 되어 있지 않지만, 제1 지지 유리(12)와 제2 지지 유리(13)를 일체화했을 때, 제1 지지 유리(12)와 제2 지지 유리(13)의 경계에서 변조광이 반사할 경우 제1 지지 유리(12)와 제2 지지 유리(13)의 경계에 반사 방지막을 마련해도 된다.
홀더 바닥판(14)은 홀더 본체(15)에 대해 착탈이 가능도록 구성되어 있다. 도 1은 홀더 바닥판(14)이 홀더 본체(15)에 장착되고 있는 상태를 나타내고 있다.또한, 홀더 본체(15)에는 대물렌즈(16)가 나사 결합되어 고정된다.
홀더 바닥판(14) 및 홀더 본체(15)는 비금속의 소재, 예를 들면 나일론으로 형성된다. 홀더 바닥판(14) 및 홀더 본체(15)의 재질은 전기장 촬상 시 저 침습성을 유지하기 위해서 절연체, 보다 자세하게는 유전율이 가능한 한 작은 절연체인 것이 바람직하다.
또한, 편광용 광학 부재로서 자기 광학 결정을 이용하고 자기장을 촬상할 때에는 홀더 바닥판(14) 및 홀더 본체(15)의 소재가 비자성체인 것이 바람직하다. 홀더 바닥판(14) 및 홀더 본체(15)의 소재를 비자성체로 함으로써, 자기장 촬상시에 있어서도 저 침습성을 확보할 수 있다. 나일론은 절연체이고, 또한 비자성체이다. 그 때문에 나일론제의 홀더 바닥판(14) 및 홀더 본체(15)는 전기장 촬상 및 자기장 촬상의 모두에서 공용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 홀더 본체(15)는 전체적으로 원통 형태이다. 홀더 본체(15)는 표면 중앙부에 대물렌즈(16)를 지지하기 위한 지지 구멍(15a)이 형성되어 있다. 이 지지 구멍(15a)의 주위 면에는 나사 홈이 형성되어 있다. 또한, 대물렌즈(16)의 외주에는 도면에 표시되지 않은 나사 산이 형성되어 있다. 그로 인해 대물렌즈(16)가 지지 구멍(15a)에 나사 결합됨으로써 대물렌즈(16)가 홀더 본체(15)에 고정된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 홀더 본체(15)는 아래쪽 면이 개방되어 있어, 이러한 아래쪽 면에서 홀더 바닥판(14)이 착탈 가능하도록 구성되어 있다. 홀더 바닥판(14)은 중공 원판 형상을 가진다. 홀더 바닥판(14)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제2 지지 유리(13)의 외주 끝을 지지하기 위한 지지 요부(14a)를 형성하고 있다.
제2 지지 유리(13)는 홀더 바닥판(14)에 대해 고착되지 않고, 단지 홀더 바닥판(14)의 지지 요부(14a)에 적재되는 상태로 지지된다. 즉, 전기 광학 결정(11), 제1 지지 유리(12), 및 제2 지지 유리(13)를 포함하는 하나의 구성물(이하, “결정 블록”이라고 칭한다)은 홀더 바닥판(14)에 대해 고착되지 않고, 단지 홀더 바닥판(14)의 지지 요부(14a)에 적재되는 상태로 지지된다.
그로 인해, 결정 블록이 홀더 바닥판(14)에 적재된 상태에서, 결정 블록은 x 축 방향 및 y 축 방향의 움직임은 대체로 규제되지만, z 축 방향 위쪽(도 4의 윗 방향)에의 움직임은 규제되지 않는다. 즉, 결정 블록은 해당 결정 블록에 대해 z 축 방향 상측에 외력이 가해진 경우에 홀더 바닥판(14)에서 z 축 방향 위쪽에 떨어져 이동할 수 있다.
또한, 도 1, 도 2, 도 4에서는, 도 3에 나타낸 반사막(21) 및 각 반사 방지막(22, 23)에 대해서는 도시를 생략하고 있다.
홀더 바닥판(14)의 지지 요부(14a)는, 도 1, 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이, 해당 지지 요부(14a)를 수직 방향으로 관통하도록 3개의 나사 구멍(14b)이 형성되어 있다. 구체적으로, 중공 원판 형상의 지지 요부(14a)의 둘레 방향으로 소정의 각도 간격(예를 들면, 120도 간격)으로 3개의 나사 구멍(14b)이 형성되어 있다.
이들 3개의 나사 구멍(14b)에 지지 요부(14a)의 아래쪽 면으로부터 나사(18)가 인입된다. 각 나사(18)의 나사 축 길이는 지지 요부(14a)의 수직 방향 두께보다 길다. 그로 인해 나사(18)가 나사 구멍(14b)에 완전히 인입되면 지지 요부(14a)의 표면에 나사(18)의 끝단이 일정 길이로 돌출된 상태가 된다.
지지 요부(14a)의 표면으로부터의 나사(18)의 돌출량은 나사(18)마다 개별적으로 조정될 수 있으며, 제로로 될 수도 있다. 지지 요부(14a)의 표면에서 나사(18)가 돌출되면, 나사(18)의 끝단이 제2 지지 유리(13)에 맞닿게 되고, 나사(18)가 제2 지지 유리(13)를 지지 요부(14a)의 표면으로부터 들려올리게 한다.
그 때문에, 지지 요부(14a)의 표면으로부터의 나사(18) 돌출량이 나사(18)마다 개별적으로 조정됨으로써, 제2 지지 유리(13)의 기울기(나아가 전기 광학 결정(11)의 기울기)가 조정된다. 이로 인해, 전기 광학 결정(11)과 광학계의 위치 관계의 조정이 가능해진다. 즉, 변조광이 전기 광학 결정(11)에 수직 입사되도록 미세한 조정을 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태로서 홀더 바닥판(14)에 3개의 나사 구멍(14b)이 형성된 예를 나타냈지만, 나사 구멍(14b)의 수는 3개로 제한되지 않는다. 전기 광학 결정(11)의 수평 조정, 즉 전기 광학 결정(11)의 판면에 대해 변조광이 수직 입사되도록 하기 위한 조정을 적절하게 할 수 있는 한, 나사 구멍의 수나 나사 구멍의 위치는 특별히 제한되는 것은 아니다.
전기 광학 결정(11) 대향면의 네 모서리에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 형태(예를 들면, 원형)의 결정측 마커(25)가 부가되고 있다. 한편, 촬상대상(10)을 구성하는 회로 기판의 네 모서리에도 소정의 형태(예를 들면, 원형)의 대상측 마커(101)가 부가되고 있다. 또한, 결정측 마커(25) 및 대상측 마커(101)는 촬상시 z 축 방향으로 겹치는 것이 없는 듯한 위치에 부가되어 있다. 이들 마커(25,101)는, 후술하는 바와 같이, 전기 광학 결정(11)과 촬상대상(10)을 평행인 상태로 밀착시키기 위한 밀착 평행도 조정이 행해질 때에 이용된다.
여기서, 결정 블록을 구성하는 전기 광학 결정(11) 및 각 지지 유리(12, 13)의 수직 방향(z 축 방향) 치수는 도 3을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태로서, 제1 지지 유리(12)의 수직 방향 치수 Dh1은, 예를 들면 3mm이고, 제2 지지 유리(13)의 수직 방향 치수 Dh2는, 예를 들면 1mm이다.
또한, 전기 광학 결정(11)의 수직 방향 치수인 결정 두께 Dt는, 예를 들면 0.01mm이다. 이에 비해, 촬상대상(10)의 배선 패턴(100)에 있어서의 인접하는 패턴간의 간격 Dgi(도 7 참조) 중 가장 작은 간격인 최소 공극 간격 Dgm은, 예를 들면 0.01mm이다.
본 실시 형태로서, 전기 광학 결정(11)의 결정 두께 Dt가, 촬상대상(10)의 최소 공극 간격 Dgm의 1.2배 이하의 범위 내에 설정되어 있다. 즉, 촬상대상(10)의 최소 공극 간격 Dgm이 예를 들어 0.01mm이면, 전기 광학 결정(11)의 결정 두께 Dt는 0.012mm 이하의 범위 내에 설정된다. 바꿔 말하면, 촬상대상(10)의 최소 공극 간격 Dgm을 촬상대상(10)의 최소 분해능으로 했을 때, 전기 광학 결정(11)의 결정 두께 Dt는 촬상대상(10)의 최소 분해능의 1.2배 이하의 범위 내에 설정할 필요가 있다. 이와 같이, 본 실시 형태로서, 전기 광학 결정(11)은 촬상대상의 최소 공극 간격 Dgm을 기준(즉, 최소 분해능을 기준)으로 한 박판 형상의 형태를 갖춤으로써 촬상 결과로 취득된 전계 분포의 고 분해능화를 실현한다.
전자기장 촬상장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 촬상대상(10)을 z 축 방향으로 광학적으로 촬영하기 위한 구성도 포함한다. 구체적으로, 전자기장 촬상장치(1)는, LED 조명(30), 조리개(31), 렌즈(32), 하프 미러(33), 카메라(35)를 포함한다. LED 조명(30)은 촬상대상(10)을 비추기 위한 빛을 사출한다.
LED 조명(30)으로부터 사출된 빛은, 조리개(31), 렌즈(32), 하프 미러(33), 다이크로익 미러(58), 대물렌즈(16), 및 각 지지 유리(12, 13)를 거쳐, 전기 광학 결정(11)에 조사된다. 또한 그 빛은 전기 광학 결정(11)을 투과하여 촬상대상(10)에 도달한다. 여기서, 반사막(21)은 LED 조명(30)으로부터 온 빛의 파장 대역에 대해서는 반사막으로서 기능하지 않는다. 그 때문에 LED 조명(30)으로부터 온 빛은 반사막(21)을 투과하여 촬상대상(10)에 도달한다.
이로 인해, 촬상대상(10)이 대물렌즈(16)를 통해 시인 가능하게 되고, 촬상대상(10)의 화상이 하프 미러(33)를 통해 카메라(35)로 촬영된다. 카메라(35)로 촬영된 화상 데이터는 촬상 제어 시스템(40)에 입력된다. 촬상 제어 시스템(40)은 카메라(35)로부터 입력된 화상 데이터에 기초하여 카메라(35)로 촬영된 촬상대상(10)의 화상을 표시 디바이스에 표시할 수 있다. 또한, 촬상 제어 시스템(40)은 카메라(35)로 촬영된 광학 상에 CMOS 이미지 센서(41)로 촬상한 전계 영상, 자계 영상을 중첩시켜 표시 디바이스에 표시할 수도 있다.
여기서, 도 4에 나타낸 것처럼, 전기 광학 결정(11) 대향면의 네 모서리에는 각각 결정측 마커(25)가 부가되고, 촬상대상(10)을 구성하는 회로 기판의 네 모서리에는 각각 대상측 마커(101)가 부가되어 있다. 이들 마커(25, 101)도 카메라(35)로 촬영되어 화상으로 표시하고 확인할 수 있다.
본 실시 형태로서, 전기 광학 결정(11)의 위치는, 전기 광학 결정(11)이 카메라(35)로 촬영된 경우에 전기 광학 결정(11)의 4개 결정측 마커(25)가 모두 초점이 맞은 상태로 표시 디바이스에 표시되도록 조정된다. 따라서, 촬상대상(10)의 4개의 대상측 마커(101)에 대해서도 카메라(35)로 촬영된 경우에 모두 초점이 맞은 화상을 얻을 수 있으면, 전기 광학 결정(11)과 촬상대상(10)이 밀착한 상태, 혹은 조금 떨어진 상태이며, 또한 평행한 상태라고 말할 수 있다.
한편, 전기 광학 결정(11)의 4개 결정측 마커(25)가 모두 초점이 맞은 상태인 것에 대해 촬상대상(10)의 4개의 대상측 마커(101) 중 적어도 하나가 다른 것과 비교해 초점 맞추기가 다를 경우에는, 전기 광학 결정(11)과 촬상대상(10)이 평행인 상태가 아니거나, 혹은 양자의 이격 거리가 큰 상태에 있다고 말할 수 있다.
여기에서 본 실시 형태로서, 사용자는 각 마커(25, 101)의 초점 맞추는 것을 카메라(35)로 촬영하고 확인하면서, 전기 광학 결정(11)과 촬상대상(10)과의 밀착 평행도 조정을 실시할 수 있다. 구체적으로, 사용자는 카메라(35)의 촬영 화상에 있어서 각 결정측 마커(25) 및 각 대상측 마커(101)의 모든 초점이 맞은 상태가 되도록 위치 앙각 조정장치(7)로 촬상대상(10)을 전기 광학 결정(11)에 접근시켜 감으로써, 전기 광학 결정(11)과 촬상대상(10)을 평행 상태에 밀착한 상태로 할 수 있다. 또한, 사용자는 카메라(35) 대신에 CMOS 이미지 센서(41)를 광학 촬영 모드로 사용하여, CMOS 이미지 센서(41)에 의한 촬상 화상에 따라 초점 조절을 할 수 있다.
또한, 위치 앙각 조정장치(7)의 동작은, 예를 들면 해당 위치 앙각 조정장치(7)에 대한 직접적인 조작에 의해 제어할 수 있다. 또한 예를 들면, 위치 앙각 조정장치(7)와 촬상 제어 시스템(40)이 전기적으로 접속되어, 촬상 제어 시스템(40)이 카메라(35)의 촬영 화상으로부터 전기 광학 결정(11)의 아래면에 있는 각 결정측 마커(25)와 촬상대상(10)의 각 대상측 마커(101)의 초점 일치 정도를 자동 판단함으로써 위치 앙각 조정장치(7)를 자동 제어할 수도 있다.
또한, 전기 광학 결정(11)에 있어서, 대향면에 부가하는 결정측 마커(25)의 수나 형태, 위치 등은 적절히 결정해도 좋다. 촬상대상(10)의 대상측 마커(101)에 대해서도 그 수나 형태, 위치 등은 적절히 결정해도 좋다.
(2) 광학계 전체 해상도에 대한 추가 설명
여기서는 본 실시 형태에 따른 전자기장 촬상장치(1)의 해상도에 대해서, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5는 전기 광학 결정(11)과 CMOS 이미지 센서(41) 사이에 개입하는 광학계의 구성을 모식적으로 하나의 렌즈(50)로서 간략화한 광학 모델이다.
이 광학 모델의 이론적 분해능을 도 6에 나타낸다. 도 6에서 가로축은 광학계의 광로가 이상 상태로부터 어긋난 경우의 광로 편차를 나타낸다. 가로축의 제로점은 광학계가 이상적인 광로로 결합한 상태를 의미한다. 도 6의 세로축은 광학계의 해상도이다.
도 6에서, “Diffraction”으로 표기된 파선은 회절 한계를 나타내는데, 본 실시 형태로는 예를 들면 0.61λ/NA가 된다. 도 1에서 나타내는 본 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)에 있어서의 광학계는 회절 한계가 약 10μm가 된다. 초점 노망, 즉 초점의 불일치는 렌즈(50)와 전기 광학 결정(11)까지의 거리 d1의 편차(도 6에서 “Objective”로 표기되고 있는 일점쇄선)에 비례하고, 또한, 렌즈(50)와 이미지 센서(41)까지의 상(像) 거리 d2의 편차(도 6에서 “Image”로 표기되고 있는 점선)에도 비례한다. 이러한 경우에, d2의 편차보다 d1의 편차가 지배적이 된다. 광학계 전체의 해상도는 상기 3자의 합성(즉 파선, 일점쇄선, 및 점선의 3개 특성의 합성)이 되어, 그림에서 실선으로 나타나고 있다. 이 그림에서 알 수 있듯이, 광학계 전체의 해상도는 거리 d1의 편차가 가장 지배적이 된다.
본 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)는, 레이저 광원(43)으로부터 각종 광학 소자나 렌즈를 거쳐 CMOS 이미지 센서(41)에 이르는 광학계 전체가 촬상대상(10)의 전자기장을 촬상하기 위한 충분한 분해능, 정밀도를 가지고 있다. 즉, 도 6에서 거리 편차가 거의 없는(즉, 가로축이 0 혹은 0에 가까운) 상태이다.
(3) 전계 촬상 예
도 8에서, 본 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)를 이용하여 촬상대상(10)으로부터의 전계 분포를 촬상한 결과의 일례를 나타낸다. 도 8은, z 축 방향 전계 성분만을 촬상 가능하게 구성된 전기 광학 결정을 이용하여 촬상한 촬상 결과를 나타내고 있다. 도 8은, 도 7에 나타낸 배선 패턴(100)에 전달 신호를 공급한 경우의 전계 촬상 결과의 일례이다.
또한, 촬상을 실시할 때에는, 전술한 바와 같이, 촬상 개시 전에 밀착 평행도 조정을 실시하고, 전기 광학 결정(11)을 촬상대상(10)에 대해 평행한 한편, 밀착시킨 상태로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 촬상대상(10)에 형성된 배선 패턴(100)은 선폭 DL = 10μm의 배선이 2.0mm씩 배치되면서 Dgi 간격으로 부설된 구성이다. 인접하는 선로 사이의 간격 Dgi의 최소치인 최소 공극 간격 Dgm은 10μm이다. 또한, 도 8의 결과는 결정 두께 Dt가 10μm인 전기 광학 결정(11)을 이용한 경우의 결과이다.
도 8에서, 명암이 어두울수록 전기장 강도가 약하고, 반대로 명암이 얇을수록(밝을수록) 전기장 강도가 강하다는 것을 보여주고 있다. 도 8에서 알 수 있듯이, 배선 패턴(100)을 따라 그 바로 윗쪽의 전계 분포가 높은 분해능으로 관측되고 있다.
도 9는, 비교용으로서 결정 두께 Dt가 350μm로 두꺼운 전기 광학 결정을 이용한 경우의 촬상 결과의 일례를 나타낸다. 도 9에서 알 수 있듯이, 배선 패턴(100)의 최소 공극 간격 Dgm에 비해 결정 두께 Dt가 상대적으로 큰 경우, 배선 패턴 바로 윗쪽의 전계 뿐만 아니라, 또한 그 z 축 방향 상부의 전계까지 누적된 결과가 관측되므로, 배선 패턴(100) 바로 윗쪽의 전계 분포를 정밀하게 얻을 수 없다.
(4) 결정 두께 Dt와 인접하는 배선의 전계 분해능과의 관계
결정 두께 Dt와 배선의 공극 간격과의 관계에 대해서, 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 결정 두께 Dt의 검증을 위한 촬상대상으로서, 나란히 배치된 2개의 배선 100a, 100b을 포함한 촬상대상을 준비한다. 그리고, 그 촬상대상 위에 결정 두께 Dt의 전기 광학 결정(150)을 배치한다. 또한, 2개의 배선 100a, 100b의 선폭은 1μm이고, 이들 각 배선 100a, 100b 사이의 간격(즉, 공극 간격)은 1μm이다.
도 10은 전기 광학 결정(150)의 결정 두께 Dt를 다르게 6종류로 변화시킨 경우 각각의 z 축 방향 전계 성분 분포를 시뮬레이션한 예를 나타낸다. 또한, 도 10은 각 배선 100a, 100b에 동상(同相)의 전송 신호를 인가한 경우의 촬상 결과를 나타내고 있다. 도 10의 결과에 기초하여, 등간격으로 나란히 배치되어 있는 각 배선 100a, 100b 양쪽의 전기장 강도를 분리하고 검출하기 위해서 필요한 결정 두께 Dt에 대해서 검증한다.
각 배선 100a, 100b에 동상의 전송 신호를 인가한 경우, 각 배선 100a, 100b상의 전기장 강도는 동상에 따라 변화한다. 결정 두께 Dt가 두꺼워지면, 각 배선 100a, 100b의 바로 윗쪽의 전계 뿐만 아니라, 각 배선 100a, 100b의 바로 윗쪽보다도 한층 더 z 축 방향 윗쪽의 공간으로 퍼진 전계까지 검지되어 버린다. 그 때문에, 결정 두께 Dt가 두꺼워지면 배선의 유무에 의한 신호 강도 비를 충분히 취득할 수 없게 된다.
각 배선 100a, 100b로부터의 전계를 개별적으로 정밀하게 검출하기 위해서는, 각 배선 100a, 100b 사이의 갭 영역에 있어서의 중앙부의 전기장 강도의 검출값이, 각 배선 100a, 100b상의 전기장 강도의 검출값의 반 이하인 것이 바람직하다. 도 10의 예로, 결정 두께 Dt가 1.2μm 이하인 경우에 갭 영역 중앙부의 전기장 강도의 검출값이 각 배선 100a, 100b 상의 전기장 강도의 검출값의 반 이하가 된다.
즉, 배선의 공극 간격이 1μm의 경우에는 결정 두께 Dt는 1.2μm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이로부터, 결정 두께 Dt는 촬상대상에 있어서의 최소 공극 간격 Dgm의 1.2배 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 최소 공극 간격 Dgm 이하로 하면 좋다.
(5) 제 1 실시형태의 효과
이상 설명한 제1 실시형태에 따르면, 전기 광학 결정(11)이 촬상대상(10)에 대해 상대적으로 수직 방향으로 이동 가능하게 구성되고 있다. 즉, 전기 광학 결정(11)을 촬상대상(10)으로 접근시켜 감으로써, 촬상대상(10)에 맞닿게 되고 그로 인해 촬상대상(10)에서 z 축 방향의 외력을 받은 경우 그 외력의 방향으로 이동할 수 있는 구조이다. 그 때문에, 전기 광학 결정(11)과 촬상대상(10)을 상대적으로 밀착시킬 때에 양자가 맞닿아도 그 접촉에 의해 전기 광학 결정(11)이 파손하는 것을 억제할 수 있다.
게다가, 전기 광학 결정의 판 두께인 결정 두께 Dt는, 배선의 최소 공극 간격 Dgm의 1.2배 이하이기 때문에, 배선을 포함한 촬상대상으로부터의 전자기장 분포를 높은 분해능 혹은 저 침습성으로 촬상하고 그 촬상 결과를 화상으로 표시할 수 있다. 특히, 본 실시 형태로는, 촬상 결과를 정지화면으로서 표시시킬 수 있는 것 뿐만 아니라, 동화상으로 표시시킬 수도 있다. 그 때문에, 전자기장의 시계열적 변화를 높은 정밀도로 관측할 수 있다.
또한, 본 제1 실시형태는 전기 광학 결정(11)이 지지 유리(12, 13) 각각에 의해 지지를 받고, 제2 지지 유리(13)가 비금속(본 실시 형태로는 나일론)의 홀더 바닥판(14) 및 홀더 본체(15)에 의해 지지를 받고 있다. 즉, 전기 광학 결정(11)은 촬상대상(10)에서 발생하는 전기장의 분포에 영향을 주지 않는(혹은 그 영향이 작은) 소재에 의해 지지되고 있다. 그 때문에, 촬상대상(10)으로부터의 전자기장을 저침습성에서 촬상할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)는 촬상대상(10)과 전기 광학 결정(11)과의 상대적 위치 관계를 자유 자재로 조정할 수 있다. 구체적으로, 본 실시 형태는 테이블(5)을 x 축 방향, y 축 방향 및 z 축 방향에 이동시킬 수 있음과 동시에, x 축 주위 앙각 및 y 축 주위 앙각도 각각 개별적으로 조정할 수 있다. 그 때문에, 촬상대상(10)을 전기 광학 결정(11)에 평행인 상태로 밀착시키기 위한 밀착 평행도 조정을 용이하게 실시할 수 있다.
여기서의 전자기장 촬상장치(1)는 본 개시의 전자기장 촬상장치의 일례에 상당한다. 레이저 광원(43)은 본 개시의 변조광 출력부의 일례에 상당한다. 각 지지 유리(12, 13)는 본 개시의 제1의 지지 부재의 일례에 상당한다. 반사막(21)은 본 개시의 반사 부재의 일례에 상당한다. 홀더 바닥판(14)은 본 개시의 제2의 지지 부재의 일례에 상당한다. CMOS 이미지 센서(41)는 본 개시의 광전전환부의 일례에 상당한다. 촬상 제어 시스템(40)은 본 개시의 촬상 처리부의 일례에 상당한다. 편광 광학계는 본 개시의 편광 처리부의 일례에 상당한다. 위치 앙각 조정장치(7)는 본 개시의 이동부, 이동 제어부 및 가동 기구의 일례에 상당한다.
[제2 실시형태]
전기 광학 결정의 다른 구성 예를 제2 실시 형태로 설명한다. 전술한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 전기 광학 결정으로서 동일한 하나의 결정을 박판 형태로 형성한 전기 광학 결정(11)을 예시했다. 본 제2 실시 형태로는 전기장에 대한 감도 방향이 다른 복수의 결정을 가지는 구조의 전기 광학 결정을 예시한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 제2 실시 형태의 전기 광학 결정(70)은 전체적으로는 양면 사각형의 박판 형태이지만, 보다 자세하게는, 가늘고 긴(길쭉한) 형상의 복수의 결정부가 x 축 방향에 스트립 형태로 배치된 배열 구조이다. 구체적으로, x 축 방향으로 배열된 3개의 결정부, 즉 x 축 방향 결정부(70x), y 축 방향 결정부(70y), 및 z 축 방향 결정부(70z)를 하나의 단위 구조로서, 이 단위 구조가 x 축 방향에 4개 배열된 구성이다. 또한, 이러한 단위 구조가 4개 배열된 배열 구조는 일례이고, 촬상하고 싶은 영역에 따라 전기 광학 결정(70)의 스트립 형태, 배열 상태는 적절히 조합해도 된다. 예를 들면, 촬상대상에 따라, 스트립의 형상을 바꾸어도 좋으며, 혹은 다른 형태의 스트립을 조합하거나, 전기 광학 결정, 자기 광학 결정 등 다른 특성의 재료를 조합해도 된다.
x 축 방향 결정부(70x), y 축 방향 결정부(70y), 및 z 축 방향 결정부(70z)의 각 결정부의 치수 형태는 동일하다. 또한, 각 결정부 70x, 70y, 70z의 x 축 방향의 길이를 규정길이 Δd라고 칭한다.
각 결정부 70x, 70y, 70z는, 모두 같은 조성으로 이루어진 결정이며, 본 실시 형태로는 상술한 대로 ZnTe이지만, 전계에 대한 감도 방향이 각각 다르다. 즉, x 축 방향 결정부(70x)는 해당 x 축 방향 결정부(70x) 내의 전기장 중 x 축 방향의 성분인 x 축 방향 전계 성분에 대한 감도가 가장 높고, y 축 방향 전계 성분 및 z 축 방향 전계 성분에 대한 감도는 없거나 혹은 매우 낮다. 또한, 여기서 말하는 감도는 촬상대상의 전기장 강도 A와, PBS 후, 즉 편광 빔 분할기를 통과한 후 강도가 변조된 빛의 진폭 B와의 비율인, B/A로 정의된다. 또한, PBS란, 편광 빔 분할기를 의미하는 “Polarization beam splitter”의 약칭이다.
또한, 각 결정부 70x, 70y, 70z가 모두 같은 조성의 결정인 것은 필수가 아니며, 각 결정부 70x, 70y, 70z의 적어도 하나가 다른 것과 다른 조성이어도 된다.
y 축 방향 결정부(70y)는 해당 y 축 방향 결정부(70y) 내의 전기장 중 y 축 방향의 성분인 y 축 방향 전계 성분에 대한 감도가 가장 높고, x 축 방향 전계 성분 및 z 축 방향 전계 성분에 대한 감도는 없거나 혹은 매우 낮다. z 축 방향 결정부(70z)는 해당 z 축 방향 결정부(70z) 내의 전기장 중 z 축 방향의 성분인 x 축 방향 전계 성분에 대한 감도가 가장 높고, x 축 방향 전계 성분 및 y 축 방향 전계 성분에 대한 감도는 없거나 혹은 매우 낮다.
전기 광학 결정으로서, 예를 들면, 전체적으로 x 축 방향 전계 성분에 대한 감도만이 높고 다른 2 축 성분에 대한 감도가 낮은 것을 이용하면, x 축 방향의 전계 성분에 대해서는 적절하게 감지할 수 있지만 다른 2 축 성분은 검출광에 반영되기 어려워, x 축 방향 전계 성분의 분포가 상대적으로 강하게 나타나서 실체와는 다른 결과가 된다.
여기서 본 실시 형태에 따른 도 11에 도시된 바와 같이, 전기 광학 결정(70)은 x 축 방향 결정부(70x), y 축 방향 결정부(70y), 및 z 축 방향 결정부(70z)가 일정 방향(예를 들면 x 축 방향)에 주기적으로 배열된 구조이다. 이 전기 광학 결정(70)을 사용한 촬상대상(10)의 촬상은, 후술하는 바와 같이, x 축 방향에 규정길이 Δd씩 다른 3개 위치에서 행해진다. 그리고, 이들 3개 위치의 촬상 결과가 합성되는 것으로서, 촬상대상(10) 전체의 전계 분포를 적절히 얻을 수 있다.
도 12에는 도 11의 전기 광학 결정(70)을 이용하여 촬상대상(10)을 촬상하기 위한 전자기장 촬상장치가 도시된다. 도 12에 도시된 전자기장 촬상장치(80)는, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태의 전자기장 촬상장치(1)과 비교하여, 1/2 파장 판(57) 및 1/4 파장 판(56) 대신에 공간 편광 콘트롤러(81)를 마련하고 있는 점이 다르다.
도 11의 전기 광학 결정(70)의 x 축 방향 결정부(70x), y 축 방향 결정부(70y), 및 z 축 방향 결정부(70z)는 스트립 형태마다 다르다. 그래서, 촬상 화상을 얻기 위해서는, 1/2 파장 판(57) 및 1/4 파장 판(56)을 대신하여, 검출광의 편광 상태를 스트립 영역마다 제어하고, CMOS 이미지 센서(41)에서 광 강도 변조 신호로 검출할 수 있도록 하는 편광 광학계를 준비할 필요가 있다. 이를 구현하는 것이 공간 편광 콘트롤러(81)이다.
공간 편광 콘트롤러(81)는, 구체적으로, 해당 공간 편광 콘트롤러(81) 내에서 전기 광학 결정(70)에 있어서의 x, y, z 각 축 결정부의 광로에 상당하는 영역마다 다른 편광 콘트롤러가 배열된 구조이다. 즉, 공간 편광 콘트롤러(81)는 스트립에 배열된 각 결정부마다 그 결정부에 대응하는 편광 광학계가 조합된 구조이다.
한편, 상기 구성의 공간 편광 콘트롤러(81)를 고정 공간 편파 콘트롤러로 한 경우, 이 고정 공간 편파 콘트롤러와는 다른 구성의 공간 편파 콘트롤러를 구성할 수도 있다. 예를 들면, 액정 소자 등으로 전기적으로 편광 상태를 제어할 수 있는 구성의 공간 편파 콘트롤러를 이용할 수도 있다. 그러한 구성의 공간 편파 콘트롤러를 이용하면, 임의의 스트립 형태의 각 결정부마다 편광 상태를 조정할 수 있어, 전기 광학 결정(70)을 다른 형태의 것으로 변경할 때마다 공간 편광 콘트롤러를 교환할 필요가 없어진다. 이러한 동적 공간 편광 콘트롤러를 사용할 수 있다.
도 11에 도시된 전기 광학 결정(70)을 이용한 전자기장 촬상장치(80)에 의해 촬상대상(10)으로부터 전기장을 촬상할 때의 흐름의 개요를 도 13을 이용하여 설명한다.
또한, 촬상을 개시하기 전, 촬상 작업자는, 전술한 바와 같이, 밀착 평행도 조정을 실시하여 전기 광학 결정(70)을 촬상대상(10)에 대해 평행하게 밀착시킨 상태로 한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 촬상이 개시되면, S110에서 촬상 제어 시스템(40)이 촬상대상(10)에 있어서의 관측면 전체의 전계 분포를 촬상한다. 즉, 촬상 제어 시스템(40)은 레이저 광원(43)으로부터 변조광을 출력시켜 CMOS 이미지 센서(41)로부터의 전기신호에 기초한 촬상대상(10)의 전계 분포를 촬상한다.
S120에서는, 촬상 제어 시스템(40)이 전기 광학 결정(70)을 구성하는 x 축 방향 결정부(70x), y 축 방향 결정부(70y), 및 z 축 방향 결정부(70z)의 배열 주기에 따라 S110에서 얻을 수 있던 전계 분포를 x 축 방향 전계 성분, y 축 방향 전계 성분, 및 z 축 방향 전계 성분의 각 영역에 변별하여 보존한다.
S130에서는, 촬상 제어 시스템(40)이 S110에서 1회째 촬상을 실시한 초기 상태로부터 촬상대상(10)이 규정길이 Δd의 2배 거리만큼 이동된지 아닌지를 판단한다. 아직 규정길이 Δd의 2배 거리만큼 이동되지 않은 경우는, S140에서, 위치 앙각 조정장치(7)가 촬상대상(10)을 규정길이 Δd만큼 x 축 방향으로 이동시킨다. S140의 처리 후에는 S110으로 돌아온다. S130에서, 촬상대상(10)이 규정길이 Δd의 2배 거리만큼 이동된 경우에는 S150으로 나아간다.
S150으로 진행된 시점은, x 축 방향으로 Δd만큼 다른 3곳의 위치에서 각각 전계가 촬상되고 그 결과가 저장된 상태이다. 즉, 촬상대상(10)의 거의 전 영역에서, x, y, z 각 축의 전계 성분을 개별적으로 얻을 수 있던 상태이다.
S150에서는, 촬상 제어 시스템(40)이 이들 3개 위치에서 보존된 각 축 전계 성분을 합성하여 각 성분을 전계 분포로서 표시 디바이스에 표시시킨다. 도 11에 나타낸 구조의 전기 광학 결정(70)을 이용하여서도 제1 실시 형태와 동등의 작용 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 제2 실시 형태에 따르면, 전기 광학 결정(70)은 x, y, z 각 방향에 최대 감도를 가지는 각 결정부가 주기적으로 배열된 구조이다. 따라서, 그러한 배열 간격인 규정길이 Δd만큼 x 축 방향으로 이동하면서 전계 분포를 촬상하여, 촬상대상(10)의 거의 전면에서 3 축의 각 전계 성분이 합성된 전계 분포를 얻을 수 있다. 또한, 본 제2 실시 형태에 있어서의 유효 촬상 영역은 제1 실시 형태에 있어서의 x 축 방향의 유효 촬상 영역보다 2Δd만큼 작은 영역이 된다. 또한, 본 측정에는 2Δd의 이동을 위한 시간이 필요하지만, 이동에 소요되는 시간도 매우 짧고, 조건에 따라서는 1초 이하로도 가능하다. 그로 인해, 측정에 필요한 시간 대기는 거의 없이 촬상 결과를 표시할 수 있다.
여기서, 도 11에 도시된 바와 같이 구성된 본 실시 형태의 전기 광학 결정(70)을 이용하여 전기장을 촬상하는 방법의 다른 예에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 전기 광학 결정(70)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 가늘고 긴(길쭉한) 형태의 복수의 결정부가 x 축 방향에 스트립으로 배열된 구성이다. 구체적으로, x 축 방향 결정부(70x), y 축 방향 결정부(70y), 및 z 축 방향 결정부(70z)의 3개의 결정부로 구성된 단위 구조가 x 축 방향에 4개 배열된 구성이다.
여기서, 각 결정부의 x 축 방향의 폭인 규정길이 Δd는 촬상 광학계의 분해능에 대해 작은 값으로 한다. 그리고, 이렇게 규정길이 Δd가 결정된 전기 광학 결정(70)을 이용하여 촬상을 실시한다. 이 경우에, 촬상대상 영역을 CMOS 이미지 센서(41)로 촬상했을 때, 하나의 단위 구조 영역 내에서 얻을 수 있는 x 축 방향 결정부(70x)에 의한 x 축 방향 전계 성분, y 축 방향 결정부(70y)에 의한 y 축 방향 전계 성분, 및 z 축 방향 결정부(70z)에 의한 z 축 방향 전계 성분의 각 전계 성분을 하나의 단위 구조 내에서의 촬상 결과로서 근사(近似)할 수 있다.
구체적으로, 광학계, CMOS 이미지 센서(41)는 스트립의 규정길이 Δd를 충분히 판별할 수 있는 분해능을 가지기 때문에, 촬상 결과에 대해, x 축 방향 결정부(70x), y 축 방향 결정부(70y), 및 z 축 방향 결정부(70z)에 의한 촬상 결과를 나타내는 촬상 영역으로 대응매김을 실시한다. 그리고, 촬상 제어 시스템(40)의 표시 디바이스에 x 축, y 축, z 축의 각 전계 성분을 표시할 때에는, 전기 광학 결정(70)의 규정길이 Δd에서, 하나의 단위 구조의 폭인 3Δd 상당의 영역에 해상도를 떨어뜨려 표시 영역을 준비한다. 그리고, x 축, y 축, z 축의 각 전계 성분을 각각 3Δd 간격으로 표시 영역에 다시 할당하여 x 축, y 축, z 축으로 각 전계 성분을 재구성하여 화상을 표시한다. 이에 의해, 촬상대상(10)을 이동시키지 않고 한번에 촬상하여 각 전계 성분, 심지어 전계 벡터를 촬상 가능하게 한다.
또한, x 축 방향 결정부(70x)는 본 개시의 x 축 방향 광학부의 일례에 상당한다. y 축 방향 결정부(70y)는 본 개시의 y 축 방향 광학부의 일례에 상당한다. z 축 방향 결정부(70z)는 본 개시의 z 축 방향 광학부의 일례에 상당한다. 공간 편광 콘트롤러(81) 및 편광 빔 분할기(55)는 본 개시의 편광 처리부의 일례에 상당한다.
[기타 실시형태]
이상, 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상술의 실시 형태로 한정되지 않으며, 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
(1) 상기 각 실시 형태에 있어서, 편광용 광학 부재로서 전기 광학 결정을 사용한 예를 나타냈지만, 전기 광학 결정에 대신해서 자기 광학 결정을 이용하여 촬상대상(10)으로부터 발생하는 자기장의 분포를 촬상할 수 있도록 할 수 있다. 그러한 경우에도, 전기장의 촬상시와 같이 높은 분해능과 저침습성으로 자계 분포의 이차원 화상을 얻을 수 있다.
(2) 상기 각 실시 형태에 있어서, 촬상대상(10)을 움직임으로써 밀착 평행도 조정을 실시하는 것이 가능하도록 구성되고 있었지만, 반대로 촬상대상(10)은 고정시키고 전기 광학 결정을 포함한 광학계 전체를 움직임으로써 밀착 평행도 조정을 실시하는 것도 가능하다. 혹은 전기 광학 결정측 및 촬상대상(10)측의 쌍방을 움직일 수도 있다.
또한, 전기 광학 결정과 촬상대상(10)과의 밀착 평행도 조정을 실시하는 방법은 상술한 바와 같이 각 마커(25,101)를 사용한 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 전기 광학 결정에 대해서는 상기 실시 형태와 같이 각 마커(25)를 이용하여 초점 조정을 실시하고, 촬상대상(10)에 대해서는 일례로 배선 패턴(100)을 이용하여 초점 조정을 실시해도 된다. 그럴 경우, 배선 패턴(100)이 전체적으로 초점이 맞은 상태로 촬영되면 전기 광학 결정과 촬상대상(10)이 평행인 상태로 밀착하고 있다고 판단할 수 있다. 또한, 마커를 이용하지 않는 다른 방법, 혹은 카메라(35) 자체를 이용하지 않는 다른 방법에 의해서도 밀착 평행도 조정을 실시해도 된다.
(3) 전기 광학 결정이 각 지지 유리(12, 13)에 의해 지지되는 것은 어디까지나 일례이다. 유리 이외에 빛 투과가 가능한 다른 물질로 전기 광학 결정이 지지되어도 된다. 보다 구체적으로는, 투명한 물질, 즉 입사한 빛이 물질의 내부에서 반사, 굴절, 회절, 산란 등을 하지 않는 성질의 다른 물질로써 전기 광학 결정이 지지되어도 된다.
(4) 편광용 광학 부재의 판면 형태가 4각형인 것은 필수적이지 않다. 사각형 이외의 다른 형태의 판면 형태를 가지는 편광용 광학 부재를 이용해도 된다. 예를 들면, 사각형 이외의 다른 다각 형상이어도 되고, 원형 모양의 박판 형태여도 된다.
또한, 전계에 대한 감도 방향이 다른 복수의 결정부에 의해 구성되는 편광용 광학 부재로서, 도 11에 도시된 전기 광학 결정(70)과 같이 x, y, z의 3 축 각각의 감도 방향을 가지는 결정부를 주기적으로 배열한 구조는 어디까지나 일례이다. 각 축 결정부를 각각 어떻게 배치하는지에 대해서는 적절히 결정해도 좋다. 또한, x, y, z의 3 축의 결정부를 가지는 것은 필수가 아니므로, 예를 들어 어느 한 쪽 2 축의 결정부만을 가지고 있어도 된다. 또, 촬상대상이 특정 방향 성분(예를 들면 x 축 성분)만으로 좋은 경우는 그 특정 방향의 감도가 가장 강한 결정부만으로 구성된 편광용 광학 부재를 이용하여 촬상할 수 있다.
(5) 상기 실시 형태의 촬상대상으로서, 도 4, 도 7에 예시한 배선 패턴(100)을 포함한 회로 기판을 나타냈지만, 이것은 어디까지나 일례이다. 본 개시의 전자기장 촬상장치는 전기신호를 전달하는 배선을 포함한 각종의 촬상대상에 대해서 그 전자기장의 분포를 촬상할 수 있다. 예를 들면, 배선 이외의 다른 도체 패턴이 형성된 회로 기판이나, 각종 전자 부품이 탑재된 회로 기판 등을 촬상대상으로 하여 그들 도체 패턴이나 각종 전자 부품으로부터의 전자기장을 촬상할 수도 있다. 또한, 배선 이외의 촬상대상(예를 들면, 실장된 부품)으로부터의 전자기장의 촬상도 가능하다.
촬상대상이 배선 이외인 경우, 결정 두께 Dt는, 예를 들면, 촬상대상 중의 인접하는 도체 패턴간의 간격 중 가장 작은 간격의 1.2배 이하로 할 수 있다. 혹은, 촬상대상 안에 전자 부품과 도체 패턴이 있는 경우는 전자 부품과 도체 패턴의 간격의 가장 작은 값의 1.2배 이하로 하면 되고, 인접하는 전자 부품 사이의 간격의 가장 작은 값의 1.2배 이하로 할 수 있다.
필요한 최소 분해능은 촬상대상의 구성이나 촬상 목적에 의존한다. 따라서, 결정 두께 Dt는 촬상대상의 구성이나 촬상 목적에 따라 요구되는 최소 분해능에 기초하며, 그 최소 분해능에 상당하는 길이의 1.2배 이하의 범위 내에서 적절하게 결정할 수 있다.
(6) 그 외 상기 실시 형태에 있어서의 하나의 구성요소가 가지는 기능을 복수의 구성요소로서 분산시키거나, 복수의 구성요소가 가지는 기능을 하나의 구성요소에 통합시키거나 할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태의 구성의 일부를 생략할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태의 구성의 적어도 일부를, 다른 상기 실시 형태의 구성에 대해 부가 또는 치환할 수 있다. 또한, 특허청구범위에 기재한 문언만에 의해 특정되는 기술 사상에 포함되는 모든 형태가 본 개시의 실시 형태이다.
1, 80...전자기장 촬상장치, 5...테이블, 7...위치 앙각 조정장치, 8...바닥면, 10...촬상대상, 11, 70...전기 광학 결정, 12...제1 지지 유리, 13...제2 지지 유리, 14...홀더 바닥판, 14a...지지요부, 15...홀더 본체, 15a...지지 구멍, 16...대물렌즈, 21...반사막, 22, 23...반사 방지막, 25...결정측 마커, 30...LED 조명, 33...하프 미러, 35...카메라, 40...촬상 제어 시스템, 41...CMOS 이미지센서, 42...광 변조용 발진기, 43...레이저 광원, 44...전달 신호용 발진기, 51...파이버 끝, 52...콜리메이터 렌즈, 58...다이크로익 미러, 70x...x축 방향 결정부, 70y...y축 방향 결정부, 70z...z축 방향 결정부, 81...공간 편광 컨트롤러, 100...배선 패턴, 101...대상측 마커

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 배선(100)을 포함하는 촬상대상(10)에서 발생하는 전기장 또는 자기장인 전자기장을 촬상하도록 구성된 전자기장 촬상장치는,
    특정의 변조 주파수로 변조된 변조광을 출력시키는 변조광 출력부(43),
    전기 광학 효과 또는 자기 광학 효과를 가지는 판 모양의 부재로서, 양 판면 중 한 판면인 대향면이 상기 촬상대상에 마주하고, 상기 변조광 출력부에서 출력된 상기 변조광이 양 판면 중 다른 쪽 판면인 입사면에 수직 방향으로 입사되도록 배치되어, 상기 부재 내에 상기 전자기장이 존재하고 있는 경우에 상기 부재에 입사된 상기 변조광의 편광 상태 및 위상이 상기 전자기장의 인가에 의해 변화하고, 그 변화 후의 변조광인 검출광으로 출사되도록 구성되는 편광용 광학 부재(11, 70),
    상기 편광용 광학 부재를 지지하기 위해서 상기 편광용 광학 부재의 상기 입사면에 장착되어, 상기 변조광 및 검출광 모두 투과 가능한 제1 지지부재(12, 13),
    상기 편광용 광학 부재의 상기 대향면에 장착되어, 상기 편광용 광학 부재에 입사되고 상기 대향면까지 전파된 상기 변조광을 상기 입사면으로 반사시키는 반사 부재(21),
    상기 제1 지지부재를 상기 편광용 광학 부재의 두께 방향으로 이동 가능하도록 지지하는 제2 지지부재(14),
    상기 편광용 광학 부재에서 상기 제1 지지부재를 통해 출사된 상기 검출광을 상기 전자기장의 강도와 위상에 따라 변조된 광으로 변환하여 출력하는 편광 처리부(55-57),
    상기 편광 처리부에서 출력된 상기 전자기장의 강도에 의해 변조된 상기 검출광이 수광되도록 배치되어, 수광한 상기 검출광을 전기신호로 광전 변환하여 출력하는 광전변환부(41),
    상기 광전변환부로부터 출력되는 상기 전기신호와 상기 변조 주파수에 기초하여 상기 촬상대상으로부터 발생하는 상기 전자기장의 분포를 나타내는 이차원 화상을 생성하고 표시하는 촬상 처리부(40)를 포함하고,
    　상기 편광용 광학 부재는 판 두께가 상기 배선의 최소 공극 간격의 1.2배 이하인 전자기장 촬상장치(1, 80).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수직 방향을 z 축 방향, 상기 z 축 방향에 수직인 특정 방향을 x 축 방향, 상기 z 축 방향에 수직이면서 상기 x 축 방향에 수직인 방향을 y 축 방향으로 하는 상기 편광용 광학 부재(70)는,
    상기 전자계의 상기 x 축 방향 성분인 x 축 성분에 기인하여 상기 편광 상태가 변화하는 감도가 가장 큰 특성을 갖는 x 축 방향 광학부(70x),
    상기 전자계의 상기 y 축 방향 성분인 y 축 성분에 기인하여 상기 편광 상태가 변화하는 감도가 가장 큰 특성을 갖는 y 축 방향 광학부(70y), 및
    상기 전자계의 상기 z 축 방향 성분인 z 축 성분에 기인하여 상기 편광 상태가 변화하는 감도가 가장 큰 특성을 갖는 z 축 방향 광학부(70z)의 3 종류의 광학부 중 적어도 2 종류를 각각 적어도 하나 이상 가지고 그 각 광학부가 z 축 방향에 수직인 면에 배열되는 배열 구조를 가지는 전자기장 촬상장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 편광용 광학 부재는 상기 3 종류의 광학부를 각각 적어도 하나를 갖는 전자기장 촬상장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 편광용 광학 부재는 상기 x축 방향 광학부, 상기 y축 방향 광학부, 및 상기 z축 방향 광학부가 각각 하나씩 일정 방향으로 배열되어 이루어지는 단위 구조로서, 이 단위 구조가 상기 일정 방향으로 복수로 배열되어 구성되고, 상기 3 종류의 광학부에 있어서 상기 일정 방향의 길이는 모두 같은 전자기장 촬상장치.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전자기장 촬상장치는, 상기 편광용 광학 부재를 상기 촬상대상에 대하여 상대적으로 이동시키도록 구성되는 이동부(7)를 구비하는 전자기장 촬상장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    전자기장 촬상장치는, 상기 편광용 광학 부재를 상기 촬상대상에 대하여 상대적으로 상기 일정 방향으로 이동시키도록 구성된 이동부(7)와, 상기 이동부에 의한 상기 이동을 제어하는 이동 제어부로서, 상기 편광용 광학 부재의 위치를 상기 일정 방향으로 상기 길이씩 떨어진 3개 위치에 순차적으로 이동 가능하게 구성된 이동 제어부(7)를 구비하고,
    상기 촬상 처리부는 상기 편광용 광학 부재가 상기 3개 위치에 각각 배치되었을 때의 상기 전자기장을 개별적으로 촬상하고 그 개별 촬상한 결과에 기초하여, 상기 x축 성분, 상기 y축 성분, 및 상기 z축 성분이 합성된 상기 전자기장 분포를 나타내는 이차원 화상을 생성하고 표시하도록 구성되는 전자기장 촬상장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전자기장 촬상장치는, 상기 편광용 광학 부재를 상기 촬상대상에 대하여 상대적으로 상기 수직 방향인 z축 방향, 상기 z축 방향에 수직인 특정 방향의 x축 방향, 상기 z축 방향에 수직이면서 상기 x축 방향에 수직인 방향의 y축 방향에 이동시킬 수 있으며, x축 주위의 앙각(仰角) 및 y축 주위의 앙각(仰角)을 변화시키는 것이 가능하게 구성되는 가동 기구(7)를 구비하는 전자기장 촬상장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전자기장 촬상장치는, 상기 편광용 광학 부재로부터 상기 제1 지지부재를 통해 출사된 상기 검출광이 대물렌즈(16)를 투과하여 상기 편광 처리부에 입력되도록 구성되는 전자기장 촬상장치.
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